(57)【要約】【課題】異なる値の電圧を使用する２つの機器のそれぞれに直流電力が供給可能であって、かつそれぞれの機器から出力された回生電力を２つの機器の間で共有して使用可能な直流変換装置を提供すること。【解決手段】本発明にかかる直流変換装置は、３相４線のスター結線構造を有し、スター結線の３相の出力線ｕ、ｖ、ｗから３相交流電力を出力する交流電力出力部１３と、３相の出力線ｕ、ｖ、ｗから３相交流電力が入力され、入力された３相交流電力を整流して直流電力を生成し、正極及び負極の出力線ｌ１、ｌ２から直流電力を出力する３相整流器１６と、正極の出力線ｌ１とスター結線の中性線ｏとの間に接続されるコンデンサ１７と、負極の出力線ｌ２と中性線ｏとの間に接続されるコンデンサ１８と、を備える。【選択図】図１
2016067070.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３相４線のスター結線構造を有し、前記スター結線の３相の出力線から３相交流電力を出力する交流電力出力部と、
前記３相の出力線から前記３相交流電力が入力され、入力された前記３相交流電力を整流して直流電力を生成し、正極及び負極の出力線から前記直流電力を出力する３相整流器と、
前記正極の出力線と前記スター結線の中性線との間に接続される第１のコンデンサと、
前記負極の出力線と前記中性線との間に接続される第２のコンデンサと、
を備える直流変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は直流変換装置に関し、特に３相交流電力を直流電力に変換する直流変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
３相交流電力を直流電力に変換する直流変換装置が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、３相４線式交流電源を入力とする直流電源装置が開示されている。この直流電源装置は、３相４線式交流電源と、６個のダイオードで形成された３相ブリッジ整流回路と、３相ブリッジ整流回路の正極出力と負極出力との間に接続された高圧用電解コンデンサと、３相ブリッジ整流回路の負極出力と３相４線式交流電源の中性点との間に接続された低圧用電解コンデンサとを備える。３相ブリッジ整流回路の正極出力と負極出力との間の電圧と、３相ブリッジ整流回路の負極出力と中性点との間の電圧とは異なる値を有する。従って、特許文献１においては、１つの直流電源装置で２種類の異なる電圧を負荷に供給することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１８０６５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１にかかる直流電源装置では、高圧用電解コンデンサが３相ブリッジ整流回路の正極出力と負極出力との間に接続され、低圧用電解コンデンサが３相ブリッジ整流回路の負極出力と３相４線式交流電源の中性点との間に接続されている。このため、高圧用負荷から回生電力が出力される場合には、回生電力は高圧用電解コンデンサを充電する。このとき、高圧用電解コンデンサに充電された電力は、低圧用負荷に供給することができない。これは、高圧用電解コンデンサの正極が低圧用負荷に接続されていないためである。同様に、低圧用負荷から回生電力が出力されて低圧用電解コンデンサが充電された場合には、低圧用電解コンデンサに充電された電力は、高圧用負荷に供給することができない。これは、低圧用電解コンデンサの正極が高圧用負荷に接続されていないためである。
【０００６】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、異なる値の電圧を使用する２つの機器のそれぞれに直流電力が供給可能であって、かつそれぞれの機器から出力された回生電力を２つの機器の間で共有して使用可能な直流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】
【０００７】
本発明にかかる給電装置は、３相４線のスター結線構造を有し、前記スター結線の３相の出力線から３相交流電力を出力する交流電力出力部と、前記３相の出力線から前記３相交流電力が入力され、入力された前記３相交流電力を整流して直流電力を生成し、正極及び負極の出力線から前記直流電力を出力する３相整流器と、前記正極の出力線と前記スター結線の中性線との間に接続される第１のコンデンサと、前記負極の出力線と前記中性線との間に接続される第２のコンデンサと、を備える。
【０００８】
この給電装置において、正極の出力線と負極の出力線との間の電圧と、正極の出力線と中性線との間の電圧とは異なる。そのため、正極の出力線と負極の出力線との間に第１の機器を接続し、正極の出力線と中性線との間に第２の機器を接続した場合に、第１及び第２の機器には、それぞれ異なる値の電圧を供給することができる。
【０００９】
さらに、第１のコンデンサは、正極の出力線とスター結線の中性線との間に接続されているため、第１のコンデンサの正極は、正極の出力線側に位置する。従って、前述の通り第１及び第２の機器を接続した場合において、第１の機器から回生電力を出力した場合に、第１のコンデンサの正極に回生電力が流れるため、第１のコンデンサは充電される。第１のコンデンサの正極は第２の機器にも接続されているため、第１のコンデンサに充電された電力は、第２の機器にも供給することができる。同様に、第２の機器から回生電力を出力した場合にも、第１のコンデンサの正極に回生電力が流れるため、第１のコンデンサは充電される。この第１のコンデンサに充電された電力は、第１の機器にも供給することができる。従って、２つの機器の間で回生電力を共有して使用することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、異なる値の電圧を使用する２つの機器のそれぞれに直流電力が供給可能であって、かつそれぞれの機器から出力された回生電力を２つの機器の間で共有して使用可能な直流変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１にかかる直流変換装置の構成図である。
【図２】実施の形態２にかかる直流変換装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
[実施の形態１]
以下、図面を参照して本発明の実施の形態１について説明する。図１に示される通り、直流変換装置１は、交流電力を出力する１次側回路１１と、１次側回路１１からの交流電力が入力されるとともに、この交流電力を直流に変換する２次側回路１２を備える。
【００１３】
１次側回路１１は、インダクタ１１ａ、１１ｂ、１１ｃを有する。インダクタ１１ａの一端とインダクタ１１ｂの一端、インダクタ１１ａの他端とインダクタ１１ｃの一端、インダクタ１１ｂの他端とインダクタ１１ｃの他端はそれぞれ接続されている。つまり、インダクタ１１ａ、１１ｂ、１１ｃはデルタ結線を構成している。デルタ結線の３点（つまり、各インダクタ１１ａ、１１ｂ、１１ｃの端点）には電流が供給される。以上の構成により、１次側回路１１は、３相交流電流（対称３相交流電流）を２次側回路１２に出力することができる。
【００１４】
２次側回路１２は、２次側回路１２からの３相交流電流が入力されることで３相交流電力を出力する交流電力出力部１３と、交流電力出力部１３から出力された３相交流電力を後段に出力するＡＣ（Alternating Current）送電部１４と、ＡＣ送電部１４から出力された交流電力を直流に変換するＡＣ／ＤＣ（Direct Current）変換部１５を有する。以下、各部の詳細について説明する。
【００１５】
交流電力出力部１３は、インダクタ１３ａ、１３ｂ、１３ｃを有する。インダクタ１３ａ、１３ｂ、１３ｃは中性点Ｏで共通に接続され、３相のスター結線構造を構成している。この構成を有するため、交流電力出力部１３には、１次側回路１１から出力された３相交流電流が入力される。ここで、インダクタ１３ａの相をＵ相、インダクタ１３ｂの相をＶ相、インダクタ１３ｃの相をＷ相とし、Ｕ相（インダクタ１３ａ）からの出力線をｕ、Ｖ相（インダクタ１３ｂ）からの出力線をｖ、Ｗ相（インダクタ１３ｃ）からの出力線をｗと記載する。出力線ｕ、ｖ、ｗからは、相間電圧Ｅの３相交流電力が出力される。また、中性点Ｏからは中性線ｏが延伸している。
【００１６】
実施の形態１においては、交流電力出力部１３とＡＣ／ＤＣ変換部１５との間が離間しているため、ＡＣ送電部１４が交流電力出力部１３とＡＣ／ＤＣ変換部１５との間に設けられている。ＡＣ送電部１４は、送電線１４ａ〜１４ｄを有する。具体的に、出力線ｕ、ｖ、ｗに関しては、それぞれ送電線１４ａ、１４ｂ、１４ｃにより電力の送電がなされる。中性線ｏに関しては、送電線１４ｄにより電力の送電がなされる。
【００１７】
ＡＣ／ＤＣ変換部１５は、出力線ｕ、ｖ、ｗの交流電力を直流に整流する３相整流器（３相全波整流器）１６と、３相整流器１６の後段に接続されたコンデンサ１７、１８を有する。３相整流器１６は、６個のダイオード１６ａ〜１６ｆから構成されており、ダイオード１６ａと１６ｂ、ダイオード１６ｃと１６ｄ、ダイオード１６ｅと１６ｆとがそれぞれ直列に接続されている。具体的には、ダイオード１６ａのアノードとダイオード１６ｂのカソードとが接続され、ダイオード１６ｃのアノードとダイオード１６ｄのカソードとが接続され、ダイオード１６ｅのアノードとダイオード１６ｆのカソードとが接続されている。ここで、ダイオード１６ａのアノードとダイオード１６ｂのカソードとの間には出力線ｕが、ダイオード１６ｃのアノードとダイオード１６ｄのカソードとの間には出力線ｖが、ダイオード１６ｅのアノードとダイオード１６ｆのカソードとの間には出力線ｗが、それぞれ接続されている。そして、ダイオード１６ａ、１６ｃ、１６ｅのカソードには正極の出力線ｌ１が接続されるとともに、ダイオード１６ｂ、１６ｄ、１６ｆのアノードには負極の出力線ｌ２が接続されている。この構成により、３相整流器１６は、交流電力出力部１３から出力される交流電力を直流電力に変換し、変換した直流電力を正極の出力線ｌ１及び負極の出力線ｌ２から出力する。
【００１８】
正極の出力線ｌ１と中性線ｏとの間には、電力を充電するためのコンデンサ１７（第１のコンデンサ）が接続されている。コンデンサ１７は、正極の出力線ｌ１に接続されている側が正極１７ａとなり、中性線ｏに接続されている側が負極１７ｂとなる。また、負極の出力線ｌ２と中性線ｏとの間にも、電力を充電するためのコンデンサ１８（第２のコンデンサ）が接続されている。コンデンサ１８は、中性線ｏに接続されている側が正極１８ａとなり、負極の出力線ｌ２に接続されている側が負極１８ｂとなる。
【００１９】
例えば、中性点Ｏに対して、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧のうちＷ相の電圧が最も低い場合には、出力線ｕ、ｖ及び中性線ｏから電流が流れる。出力線ｕ、ｖから流れた電流は、それぞれダイオード１６ａ、１６ｃを介して正極の出力線ｌ１に流れる。正極の出力線ｌ１に流れた電流は、コンデンサ１７を充電させる。また、コンデンサ１７及び１８は、正極の出力線ｌ１と負極の出力線ｌ２との間に接続されているといえる。そのため、正極の出力線ｌ１から負極の出力線ｌ２に流れる電流が、コンデンサ１７及び１８を充電することもできる。Ｕ相又はＶ相の電圧が最も低い場合であっても、コンデンサ１７及び１８は同様に充電される。
【００２０】
ＡＣ／ＤＣ変換部１５の後段には、機器１０１、１０２が接続されている。機器１０１は、正極の出力線ｌ１と負極の出力線ｌ２に接続されており、機器１０２は、正極の出力線ｌ１と中性線ｏに接続されている。
【００２１】
ここで、正極の出力線ｌ１と負極の出力線ｌ２との間の電圧Ｅ１は、正極の出力線ｌ１と中性線ｏとの間の電圧Ｅ２（又は中性線ｏと負極の出力線ｌ２との間の電圧）の略２倍になる。従って、機器１０１、１０２はそれぞれ異なる電圧の電力を使用することができる。
【００２２】
また、ＡＣ／ＤＣ変換部１５の直前まで高電圧による電力の送電が可能となるため、送電ロスをより小なくすることができる。電圧変換においても、トランスやＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）のようなスイッチング素子を用いた電圧変換装置を使用せずに降圧が可能となるため、電力のロスを少なくすることができる。また、ＡＣ送電部１４において高電圧の送電を行うため、１本の送電系統で大容量の電力を送電することができる。
【００２３】
さらに、機器１０１、１０２が回生電力を発生する機器（例えばサーボモータ）である場合、発生した回生電力の少なくとも一部により、コンデンサ１７は充電される。具体的にいえば、機器１０２から回生電力を出力した場合に、その回生電力の電流はコンデンサ１７の正極１７ａに流れるため、コンデンサ１７は充電される。ここで、コンデンサ１７の正極１７ａは機器１０１にも接続されているため、コンデンサ１７に充電された電力は、機器１０１にも供給することができる。同様に、機器１０１から回生電力を出力した場合に、コンデンサ１７の正極１７ａに回生電力の電流の一部が流れるため、コンデンサ１７は充電される（なお、残りの回生電力の電流は、コンデンサ１８を充電するのに用いられる。）。このとき、コンデンサ１７に充電された電力は、機器１０２にも供給することができる。従って、２つの機器の間で回生電力を共有して使用することができる。
【００２４】
なお、機器は、中性線ｏと負極の出力線ｌ２との間に接続されてもよい。直流変換装置１の構造として、正極の出力線ｌ１と負極の出力線ｌ２との間、正極の出力線ｌ１と中性線ｏとの間、中性線ｏと負極の出力線ｌ２との間のいずれに機器を接続した場合であっても、交流電力出力部１３は対称の３相交流電力を出力することができる。これは、ＡＣ／ＤＣ変換部１５に、交流電力出力部１３の３相及び中性線の全てから電力が供給されており、接続されていない出力線が存在していないためである。
【００２５】
[実施の形態２]
実施の形態１では、交流電力出力部１３とＡＣ／ＤＣ変換部１５との間が離間しているため、ＡＣ送電部１４により交流電力を伝達していた。しかしながら、電力送電部は、ＡＣ／ＤＣ変換部１５の後段に設けられてもよい。
【００２６】
図２は、実施の形態２にかかる直流変換装置２の構成図である。交流電力出力部１３が出力した３相交流電力は、ＡＣ／ＤＣ変換部１５により直流電力に変換された後、ＤＣ送電部１９によって機器１０１、１０２に出力される。ＤＣ送電部１９は、送電線１９ａ〜１９ｄを有する。送電線１９ａは、一端が正極の出力線ｌ１に接続されるとともに、他端が機器１０１に接続される。送電線１９ｂは、一端が負極の出力線ｌ２に接続されるとともに、他端が機器１０１に接続される。送電線１９ｃは、一端が正極の出力線ｌ１に接続されるとともに、他端が機器１０２に接続される。送電線１９ｄは、一端が中性線ｏに接続されるとともに、他端が機器１０２に接続される。ＤＣ送電部１９が以上の構成を有するため、機器１０１、１０２には、実施の形態１と同様の電圧を有する電力を供給することができる。
【００２７】
直流変換装置２のその他の構成については、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。この直流変換装置２においても、実施の形態１と同様、２つの機器の間で回生電力を共有して使用することができる。その他の効果についても、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００２８】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、直流変換装置１、２に接続されるのは、機器ではなく、他の負荷であってもよい。また、３相整流器１６のダイオードは、サイリスタに変更することができる。サイリスタで３相整流器１６を構成する場合、サイリスタのゲート電流を調整することにより、３相整流器１６から出力される電圧の値を任意に変更することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１、２  直流変換装置
１１  １次側回路
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ  インダクタ
１２  ２次側回路
１３  交流電力出力部
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ  インダクタ
１４  ＡＣ送電部
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ  送電線
１５  ＡＣ／ＤＣ変換部
１６  ３相整流器
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ  ダイオード
１７、１８  コンデンサ
１７ａ、１８ａ  正極
１７ｂ、１８ｂ  負極
１９  ＤＣ送電部
１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ  送電線
ｌ１  正極の出力線
ｌ２  負極の出力線
ｏ  中性線
ｕ、ｖ、ｗ  出力線
【図１】
2016067070.tif 000003
【図２】
2016067070.tif 000004