(57)【要約】【課題】装置を小型に保ったまま、かつ装置のコストを増やすことなく、出力ケーブルに重畳する高周波ノイズが入力ケーブルに誘導されにくい電力変換装置を提供する。【解決手段】商用電源の交流電圧を直流電圧に変換して出力するコンバータから出力される直流電圧を所望の交流電圧に変換するインバータによって変換された交流電圧を取り出す出力端子を具備した電力変換装置であって、この出力端子の近傍に設けられてインバータの接地ラインに接続される接地導体を有し、出力端子に接続される出力ケーブルが接地導体との電気的結合が大きくなる部位に配置した。【選択図】図１
2012110092.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電源が入力される入力端子と、
この入力端子に与えられた商用電源の交流電圧を直流電圧に変換して出力するコンバータと、
このコンバータから出力される直流電圧を所望の交流電圧に変換するインバータと、
このインバータによって変換された交流電圧を取り出す出力端子と
を具備した電力変換装置であって、
前記出力端子の近傍に設けられて接地ラインに接続された接地導体を有し、
前記出力端子に接続される出力ケーブルが前記接地導体との電気的結合が大きくなる部位に配置されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
商用電源が入力される入力端子と、
この入力端子に与えられた商用電源の交流電圧を直流電圧に変換して出力するコンバータと、
このコンバータから出力される直流電圧を所望の交流電圧に変換するインバータと、
このインバータによって変換された交流電圧を取り出す出力端子と
を具備した電力変換装置であって、
前記入力端子の近傍に設けられて接地ラインに接続された接地導体を有し、
前記入力端子に接続される入力ケーブルが前記接地導体との電気的結合が大きくなる部位に配置されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
商用電源が入力される入力端子と、
この入力端子に与えられた商用電源の交流電圧を直流電圧に変換して出力するコンバータと、
このコンバータから出力される直流電圧を所望の交流電圧に変換するインバータと、
このインバータによって変換された交流電圧を取り出す出力端子と
を具備した電力変換装置であって、
前記入力端子の近傍に設けられて接地ラインに接続された入力側接地導体と、
前記入力端子の近傍に設けられて接地ラインに接続された出力側接地導体と
を有し、
前記入力ケーブルは、前記入力側接地導体との電気的結合が大きくなる部位に配置され、かつ前記出力ケーブルは、前記出力側接地導体との電気的結合が大きくなる部位に配置されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
商用電源が入力される入力端子と、
この入力端子に与えられた商用電源の交流電圧を直流電圧に変換して出力するコンバータと、
このコンバータから出力される直流電圧を所望の交流電圧に変換するインバータと、
このインバータによって変換された交流電圧を取り出す出力端子と
を具備した電力変換装置であって、
前記入力端子および前記出力端子に近接して、接地ラインに接続された接地導体を有し、
前記入力端子に接続される入力ケーブルおよび前記出力端子に接続される出力ケーブルがそれぞれ前記接地導体との電気的結合が大きくなる部位に配置されることを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に係り、特に電力変換装置の内部で発生したノイズが商用交流電源側へ流出することを抑制する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５は、三相の商用交流電源２から所望の交流電圧・交流電流を得る一般的な電力変換装置１の概略構成を示す図である。この電力変換装置１は、電力変換装置１内で発生したノイズが商用交流電源２側に伝わらないようにするために設けられたノイズフィルタ回路４と、ノイズフィルタ回路４の出力側に接続され、商用交流電源２から入力された交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ５と、このコンバータ５が出力する脈動波形を平滑する平滑コンデンサ６と、平滑コンデンサ６の出力側に接続され、半導体素子のスイッチングにより、負荷３の要求する交流電圧・交流電流を出力するインバータ７とを備える。
【０００３】
図６は従来の電力変換装置１を示す概略図である。三相商用交流電源２（図６中には図示せず）から入力ケーブル８（商用交流電源２と電力変換装置１の間を接続するケーブル、またはＬＩＳＮ（擬似電源回路網）と電力変換装置１の間を接続するケーブル）、入力端子台１０、入力ブスバー１２を順次経由してノイズフィルタ回路４（図６中には図示せず）へ三相交流電力が供給される。
【０００４】
三相商用交流電源２に接続された入力ケーブル８は、電力変換装置１の筐体１７の外部配線引き込み口から電力変換装置１内に引き入れられる。電力変換装置１内で、入力ケーブル８の三相の各相（ここではＲ相、Ｓ相、Ｔ相とする。以下同じ）の電線が入力端子台１０のＲ相、Ｓ相、Ｔ相の各端子にそれぞれ接続され、入力ケーブル８のアース線は、コンバータ５および／またはインバータ７の冷却フィン１８に設けられた例えばＬ字型導電部材１６ａによって構成された入力アース端子１４に接続される。
【０００５】
インバータ７が出力する三相交流電力は、出力ブスバー１３、出力端子台１１、出力ケーブル９（電力変換装置１と負荷３の間を接続するケーブル）を順次経由して負荷（図６中には図示せず）へ供給される。負荷に接続される出力ケーブル９は、電力変換装置１の筐体１７の外部配線引き込み口から電力変換装置１内に引き入れられる。そして電力変換装置１内で、出力ケーブル９のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各電線が出力端子台１１のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各端子にそれぞれ接続され、出力ケーブル９のアース線とシールド線は、例えばＬ字型導電部材１６ｂによって構成された出力アース端子１５に接続される。
【０００６】
このような電力変換装置において、例えばインバータ７の各相が半導体素子の上下アームを有した構成をとる場合、これら半導体素子のスイッチングに伴い、各上下アームの中点には高周波の電圧変動が発生する。これが出力ケーブル９を通り、モータなどの負荷３の巻線とフレーム間の浮遊容量を充放電する高周波漏れ電流となって出力ケーブル９のアース線、およびシールド線を伝わり、電力変換装置１の筐体アースに到達する。
【０００７】
出力ケーブル９を流れる高周波漏れ電流が入力ケーブル８に流出するのを抑制するためには、ケーブル相互の間隔（距離）をなるべく離せばよい。しかしながら、電力変換装置１のサイズによって入力ブスバー１２および出力ブスバー１３の配置はおおよそ決まってしまう。つまり入力端子台１０と出力端子台１１の間の距離と、入力端子台１０と出力端子台１１にそれぞれ接続される入力ケーブル８と出力ケーブル９の間の、接続箇所近辺での距離をどこまで離せるかは電力変換装置１のメーカの設計によって決定されるものであるといえる。
【０００８】
その一方で、ノイズの知識のない者が電力変換装置１を使用する場合、ケーブルを整然とさせようと入力ケーブル８と出力ケーブル９を結束バンドでまとめてしまう懸念がある。このとき、結束バンドでまとめた箇所の入力ケーブル８と出力ケーブル９は、端子台１０、１１と入出力ケーブル８、９接続箇所近辺での入力ケーブル８と出力ケーブル９の距離よりもより一層近接してしまう。結束バンドでまとめられた箇所の入出力ケーブル８、９間の容量結合・誘導結合は大きいため、出力ケーブル９を流れる高周波ノイズはこの箇所で入力ケーブル８側に誘導されることになる。そしてノイズフィルタ回路４より商用交流電源２側にある入力ケーブル部分へ漏洩した高周波ノイズ電流は、商用交流電源２側をまわり電力変換装置１に戻ってくるため、ノイズ規格を逸脱したり、または同一の商用交流電源に接続された別の装置の誤動作を引き起こしたりする原因となる。
【０００９】
そこで、コモンモードチョークなどのノイズフィルタを電力変換装置の出力側に設置して電力変換装置の出力ケーブルに高周波ノイズが重畳することを防止する技術が開示されている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１では、ノイズフィルタを複数備え、それら複数のノイズフィルタが互いに並列接続された構成としており、大電力用の電力変換装置の場合でも、コアが磁気飽和を起こしたり、ケーブル径が大きくなったりすることはない。また特許文献１によれば、高周波ノイズが出力ケーブルへ流出することを抑制できるので、入出力ケーブル間の容量結合・誘電結合が大きい場合であっても、入力ケーブルに誘導される高周波ノイズを低減することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−２３１２６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述した特許文献１の方法では、大電力用の電力変換装置においてコアが磁気飽和を起こすことやケーブル径が大きくなることを防ぐために、複数のノイズフィルタを互いに並列に接続した構成をとっている。このため、複数のノイズフィルタ、およびそれら複数のノイズフィルタとの接続配線の設置スペースが増大し、それゆえ電力変換装置を小型化できず、また電力変換装置のコストが増えるという問題があった。
【００１２】
次に、ノイズを悪化させる要因である電気的結合について説明する。高速伝送を行うプリント板では、配線間距離が小さくなるほど、また、伝導速度が速いほど、容量結合と誘導結合によるクロストークが無視できなくなることが良く知られている。高速プリント板と電力変換装置の違いはあるものの、このクロストークの原因となる容量結合と誘導結合を併せて電気的結合と称する。ここで、クロストークは容量結合と誘導結合両方（電気的結合）の影響により、伝送信号を悪化させる現象のことであるが、容量結合の影響と誘導結合の影響を、完全に切り離して把握することは原理的に難しい。たとえば、配線間距離が小さくなるほど、クロストークの影響は大きくなり信号伝送は困難になるが、このとき、静電結合と誘導結合も共に大きくなる。逆に、配線間距離が大きくなるほど、クロストークの影響は小さくなり信号伝送は容易になるが、静電結合と誘導結合も共に小さくなる。つまり、容量結合と誘導結合の影響を小さくする対策を行った際の効果が一方のみをコントロールすることはむしろ困難であり、一方を意図した対策であっても、容量結合と誘導結合の両方に対策効果が得られることが一般的である。
【００１３】
次いでクロストークの原理を電力変換装置に当てはめてノイズが悪化する原因について考察する。電力変換装置内部にはノイズの大きな電流が流れる部位と、ノイズの小さな部位が存在していることは良く知られている。このとき、ノイズの大きな電流が流れる部位とノイズの小さな部位が近接した構成をとる電力変換装置では、電気的結合によりノイズの多い部位の電流がノイズの少ない部位に誘導される。そして誘導された高周波漏れ電流がＬＩＳＮに到達し、ノイズが大きく測定されてしまうという問題もあった。この種の問題を防止するためには、ノイズが多い出力側とノイズの少ない入力側の間の電気的結合を小さくすることが重要であり、物理的な距離を遠ざけることが特に有効である。しかしながら、入出力端子台の距離が予め決定されているような電力変換装置には適用することができない。
【００１４】
そこで入力側と出力側との電気的結合を小さくする別な方法として、入力ケーブルまたは出力ケーブルまたはその両方の直下にアース電位の平板を布設することが知られている。これは物体間の容量結合の大きさは、物体間の電気力線の数（単位面積あたり）で決まることに由来する。具体的には入力線や出力線にアース電位の物体が近接すると、それまで入力線と出力線間に向かっていた電気力線の一部が、入力線または出力線からアース電位の物体に延びるようになる。したがって、入力線と出力線間の電気力線の数は減少し、静電容量は小さくなる。つまり、入力線と出力線の間の容量結合が小さくなり、出力側に流れるノイズレベルの高い電流が、入力線に流出する割合が少なくなるため、測定されるノイズレベルが低くなる。この考え方を電力変換装置に適用すれば、アース電位の物体を入出力線近傍に設置することで誘導結合も同様に小さくなるためノイズを低減させることができる。この原理は、高速プリント板に置き換えると、信号線単体で信号伝送するよりも、信号線の隣接層をベタパターンとするマイクロストリップラインや、ストリップラインとすることで、クロストークの影響を小さくする効果と同様であると考えられる。
【００１５】
あるいは入力ケーブルと出力ケーブルの両方の直下にアース平板を布設した場合が最も効果が高いものの、どちらか一方のみ布設した条件でも、ある程度の効果を得ることがある。さらには、アースが１つの平板導体で作られている場合より、入力側と出力側に分離した方が、アース間の結合が小さくなるため、一層効果が高くなる。
【００１６】
本発明の電力変換装置はこのような知見に基づいてなされたものであって、上記従来技術の問題点を解決することを課題とする。具体的に本発明は、装置を小型に保ったまま、かつ装置のコストを増やすことなく、出力ケーブルに重畳される高周波ノイズが入力ケーブルに誘導されにくい電力変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上述した目的を達成するため本発明の電力変換装置は、商用電源が入力される入力端子（例えば、端子台で構成される）と、この入力端子に与えられた商用電源の交流電圧を直流電圧に変換して出力するコンバータと、このコンバータから出力される直流電圧を所望の交流電圧に変換するインバータと、このインバータによって変換された交流電圧を取り出す出力端子（例えば、端子台で構成される）とを具備した電力変換装置であって、前記出力端子の近傍に設けられて接地ラインに接続された接地導体を有し、前記出力端子に接続される出力ケーブルが前記接地導体との電気的結合が大きくなる部位に配置されることを特徴としている。
【００１８】
上述の電力変換装置は、出力端子に接続される出力ケーブルが接地導体との電気的結合が大きくなる部位に配置されているので接地導体と出力ケーブル間の電気的結合（容量結合・誘導結合）が大きくなることで、入力ケーブルと出力ケーブル間の電気的結合小さくなる。それゆえ、入力ケーブルに誘導される高周波ノイズが減少する。
【００１９】
あるいは本発明の電力変換装置は、商用電源が入力される入力端子と、この入力端子に与えられた商用電源の交流電圧を直流電圧に変換して出力するコンバータと、このコンバータから出力される直流電圧を所望の交流電圧に変換するインバータと、このインバータによって変換された交流電圧を取り出す出力端子とを具備した電力変換装置であって、前記入力端子の近傍に設けられて接地ラインに接続された接地導体を有し、前記入力端子に接続される入力ケーブルが前記接地導体との電気的結合が大きくなる部位に配置されることを特徴としている。
【００２０】
上述の電力変換装置は、入力端子に接続される入力ケーブルが接地導体との電気的結合が大きくなる部位に配置されているので接地導体と入力ケーブル間の電気的結合が大きくなることで、入力ケーブルと出力ケーブル間の電気的結合小さくなる。それゆえ、入力ケーブルに誘導される高周波ノイズが減少する。
【００２１】
また本発明の電力変換装置は、商用電源が入力される入力端子と、この入力端子に与えられた商用電源の交流電圧を直流電圧に変換して出力するコンバータと、このコンバータから出力される直流電圧を所望の交流電圧に変換するインバータと、このインバータによって変換された交流電圧を取り出す出力端子とを具備した電力変換装置であって、前記入力端子の近傍に設けられて接地ラインに接続された入力側接地導体と、前記出力端子の近傍に設けられて接地ラインに接続された出力側接地導体とを有し、前記入力ケーブルは、前記入力側接地導体との電気的結合が大きくなる部位に配置され、かつ前記出力ケーブルは、前記出力側接地導体との電気的結合が大きくなる部位に配置されることを特徴としている。
【００２２】
上述した電力変換装置は、入力端子に接続される入力ケーブルと出力端子に接続される出力ケーブルが接地導体との電気的結合が大きくなる部位に配置されているので入力ケーブルおよび出力ケーブルと接地導体との間の電気的結合がより強くなる。それゆえ入力ケーブルと出力ケーブル間の電気的結合が小さくなり、出力ケーブルから、入力ケーブルに誘導される高周波ノイズは減少する。
【００２３】
あるいは本発明の電力変換装置は、商用電源が入力される入力端子と、この入力端子に与えられた商用電源の交流電圧を直流電圧に変換して出力するコンバータと、このコンバータから出力される直流電圧を所望の交流電圧に変換するインバータと、このインバータによって変換された交流電圧を取り出す出力端子とを具備した電力変換装置であって、
前記入力端子および前記出力端子に近接して、接地ラインに接続された接地導体を有し、前記入力端子に接続される入力ケーブルおよび前記出力端子に接続される出力ケーブルがそれぞれ前記接地導体との電気的結合が大きくなる部位に配置されることを特徴としている。
【００２４】
上述した電力変換装置は、入力端子に接続される入力ケーブルと出力端子に接続される出力ケーブルが接地導体との電気的結合が大きくなる部位に配置されているので入力ケーブルおよび出力ケーブルと接地導体との間の電気的結合がより強くなる。それゆえ入力ケーブルと出力ケーブル間の電気的結合が小さくなり、出力ケーブルから、入力ケーブルに誘導される高周波ノイズは減少する。
【発明の効果】
【００２５】
上述したように本発明によれば、電力変換装置の出力にノイズフィルタを設置しなくても、高周波ノイズが出力ケーブルから入力ケーブルに誘導されるのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る電力変換装置を示す概略図である。
【図２】本発明の第二の実施形態に係る電力変換装置を示す概略図である。
【図３】本発明の第三の実施形態に係る電力変換装置を示す概略図である。
【図４】本発明の第四の実施形態に係る電力変換装置を示す概略図である。
【図５】三相の商用交流電源から電力を得る電力変換装置の概略構成図である。
【図６】従来の電力変換装置を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図１〜図４は、本発明の一実施形態に係る電力変換装置を説明するためのものであり、これらの図によって本発明が限定されるものではない。
［第一の実施形態］
図１は、本発明の第一の実施形態に係る電力変換装置１を示す概略図であり、図６の従来の電力変換装置と同じ機能部材には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００２８】
さて、図１に示す電力変換装置１には、出力端子台１１から筐体１７の外部配線引き込み口までの領域において、出力ケーブル９が設置される位置の下部の冷却フィン１８に設けられた出力アース端子１５を介して筐体１７に接地された接地ラインと同電位となる出力側導体（接地導体）１９ｂが設けられる。なお、この実施例では出力側接地導体１９ｂを板状のものとしている。
【００２９】
図１（ｂ）に電力変換装置１の正面概略図（図１（ａ）のＡ−Ａ断面図）を示す。図１（ｂ）に示すように、出力ケーブル９と絶縁体２０、絶縁体２０と出力側接地導体１９ｂは、それぞれ接触するように配置される。これは通常、電力変換装置はケーブルとの接続端子以外で剥き出しの金属部分がないように製作されるが、出力ケーブル９と剥き出しの金属部分である出力側接地導体１９ｂとの絶縁をとるため、出力ケーブル９と出力側接地導体１９ｂの間に絶縁体２０を挟む構成としたものである。
【００３０】
このような構成をとることによって、入力ケーブル８と出力ケーブル９の間の容量結合に対して、出力ケーブル９と出力側接地導体１９ｂの間の容量結合がより一層強くなるので、出力ケーブル９を伝播する高周波ノイズは、入力ケーブル８には誘導されない。したがって、本発明の第一の実施形態に係る電力変換装置によれば電力変換装置１の出力側にノイズフィルタを設置しなくても、出力ケーブル９を伝播する高周波ノイズが入力ケーブル８に誘導されるのを抑制することが可能となる。
［第二の実施形態］
図２は、本発明の第二の実施形態に係る電力変換装置１を示す概略図である。前述した本発明の第一の実施形態に係る電力変換装置１と同じ機能部材には同一の符号を付して説明を省略する。
【００３１】
この第二の実施形態が前述した第一の実施形態と異なる点は、入力ケーブル８が設置される位置の下部近傍に、筐体１７に接地された入力側接地導体１９ａを設けたところにある。
【００３２】
このように構成した本発明の第二の実施形態によれば、入力ケーブル８と入力側接地導体１９ａの静電結合が強くなり、出力ケーブル９を伝播する高周波ノイズは、入力ケーブル８には誘導されない。
【００３３】
このように本発明の第二の実施形態に係る電力変換装置は、入力ケーブルに誘導される高周波ノイズを抑制することができる。
［第三の実施形態］
図３は、本発明の第三の実施形態に係る電力変換装置１を示す概略図である。前述した本発明の第二の実施形態に係る電力変換装置１と同じ機能部材には同一の符号を付して説明を省略する。
【００３４】
この第三の実施形態が前述した第二の実施形態と異なる点は、図３に示したように入力ケーブル８の下部近傍に筐体１７に接地された入力側接地導体１９ａと、出力ケーブル９の下部近傍に筐体１７に接地された出力側接地導体１９ｂとを別々の導体に分離したところにある。そして入力側接地導体１９ａを入力アース端子１４に、出力側接地導体１９ｂを出力アース端子１５にそれぞれ接続する。
【００３５】
第二の実施形態では、出力ケーブル９から入力側接地導体１９ａに誘導された高周波ノイズが入力側接地導体１９ａを経由して入力ケーブル８のアース線に流れる可能性があったが、第三の実施形態のように、接地導体およびアース端子を入力側と出力側で分離することで、接地導体を直接経由して高周波ノイズが入力ケーブル側に流出することがない。
【００３６】
したがって本発明の第三の実施形態に係る電力変換装置は、入力ケーブルに誘導される高周波ノイズをより一層抑制することができて好ましい。
［第四の実施形態］
図４は、本発明の第三の実施形態に係る電力変換装置１を示す概略図である。前述した本発明の第一〜三の実施形態に係る電力変換装置１と同じ機能部材には同一の符号を付して説明を省略する。
【００３７】
この第四の実施形態が前述した実施形態と異なる点は、図４に示したように入力ケーブル８の下部および出力ケーブル９の下部にそれぞれ近接する接地導体１９を設けたところにある。
【００３８】
この実施形態にあっては、入力ケーブル８と出力ケーブル９との間の容量結合よりも入力ケーブル８と接地導体１９との間、および出力ケーブル９と接地導体１９との間の容量結合が大きくなる。すなわち発明の第四の実施形態に係る電力変換装置は、出力ケーブル９と入力ケーブル８との間の電気力線が抑制されることになり、入力ケーブルに誘導される高周波ノイズを抑制することが可能となる。
【００３９】
なお前述した各実施形態において、導体１９ａ，１９ｂ，１９を板状としたが、それに限られるものではない。例えば、円筒状部分を用意し、その中に出力ケーブルを通す構成をとってもかまわない。また、絶縁体２０をケーブルと導体の間に敷設しているが、この絶縁体２０はなくてはならないものではない（つまり無くてもよい）。この絶縁体２０は、端子台近辺でケーブルの絶縁皮膜が何らかの原因で傷つくなどして芯線が現われている場合に、芯線が誤って導体と接触し短絡することがないようにしたに過ぎない。
【００４０】
このように本発明によれば電力変換装置の出力にノイズフィルタを設置しなくても、高周波ノイズが出力ケーブルから入力ケーブルに誘導されるのを抑制することができるという実用上多大なる効果を奏する。
【符号の説明】
【００４１】
１    電力変換装置
２    商用交流電源
４    ノイズフィルタ回路
５    コンバータ
７    インバータ
８    入力ケーブル
９    出力ケーブル
１０    入力端子台
１１    出力端子台
１４    入力アース端子
１５    出力アース端子
１７    筐体
１８    冷却フィン
１９    接地導体
１９ａ  入力側接地導体
１９ｂ  出力側接地導体
２０    絶縁体
【図１】
2012110092.tif 000003
【図２】
2012110092.tif 000004
【図３】
2012110092.tif 000005
【図４】
2012110092.tif 000006
【図５】
2012110092.tif 000007
【図６】
2012110092.tif 000008