(57)【要約】【課題】  出力フィルタのコモンモードフィルタに用いるコモンモードチョークに印加される電圧を低減し、コモンモードチョークの巻線のターン数を減らすことにより小形化ができる出力フィルタおよび電力変換装置を提供することを目的とする。【解決手段】  インバータ手段２２の出力端子と負荷との間に挿入したコモンモードフィルタ５の帰線端ｎｆを直流母線の正側Ｐと負側Ｎの間の電圧を分圧して得られた中性点に接続した出力フィルタ４において、直流母線の正側Ｐと負側Ｐの間の電圧を分圧して異なった電位の複数の中性点を作る分圧回路６ａと、インバータ手段２２の各アームの半導体スイッチング素子のスイッチング状態に基づいて、コモンモードフィルタ５の帰線端ｎｆを複数の中性点のいずれかに切替えて接続する中性点切替手段７を備える。【選択図】図１
2009194953.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流母線の正側に接続した上アーム半導体スイッチング素子と前記直流母線の負側に接続した下アーム半導体スイッチング素子とを直列接続したアームを複数用いて構成されゲート信号でＰＷＭスイッチングされるインバータ手段の出力端子と負荷との間に挿入したコモンモードフィルタの帰線端を、前記直流母線の正側と負側との間の電圧を分圧して得られた中性点に接続した出力フィルタにおいて、
前記直流母線の正側と負側との間の電圧を分圧して異なった電位の複数の中性点を作る分圧回路と、
前記インバータ手段の各アームの半導体スイッチング素子のスイッチング状態に基づいて前記コモンモードフィルタの帰線端を前記複数の中性点のいずれかに切替えて接続する中性点切替手段とを備えることを特徴とする出力フィルタ。
【請求項２】
前記中性点切替手段は、一方を前記分圧回路の前記複数の中性点のそれぞれに接続し他方をそれぞれ共通接続した複数の半導体スイッチと、
前記インバータ手段の上アーム半導体スイッチング素子のそれぞれのスイッチング状態を検出する電圧ベクトル検出手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載の出力フィルタ。
【請求項３】
前記電圧ベクトル検出手段は、前記ゲート信号に基づいて前記上アーム半導体スイッチング素子のそれぞれのスイッチング状態を検出することを特徴とする請求項２に記載の出力フィルタ。
【請求項４】
前記中性点切替手段は、前記電圧ベクトル検出手段の検出結果に基づいて前記半導体スイッチを切替えることを特徴とする請求項２に記載の出力フィルタ。
【請求項５】
前記複数の中性点は、３つであることを特徴とする請求項１に記載の出力フィルタ。
【請求項６】
前記複数の中性点は、前記直流母線の正側と負側との間の電圧を負側からそれぞれ、６分の１、２分の１、および６分の５の電圧に分圧されている点であることを特徴とする請求項５に記載の出力フィルタ。
【請求項７】
前記インバータ手段のアームの数は３であって、前記中性点切替手段は、前記コモンモードフィルタの帰線端を、前記インバータ手段の上アーム半導体スイッチング素子のスイッチング状態が、すべてオンのときは前記直流母線の正側と負側との間の電圧を負側から６分の１の電圧に分圧されている中性点に、すべてオフのときは前記直流母線の正側と負側との間の電圧を負側から６分の５の電圧に分圧されている中性点に、それら以外のときは前記直流母線の正側と負側との間の電圧を負側から２分の１の電圧に分圧されている中性点に、接続することを特徴とする請求項６に記載の出力フィルタ。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載の出力フィルタを備え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、電力変換装置のスイッチング動作で発生す高周波ノイズを低減する出力フィルタおよび電力変換装置に関する。  
【背景技術】
【０００２】
電力変換装置の出力側における問題として、高周波漏れ電流、伝導ＥＭＩ（Electro Magnetic Interference：電磁妨害雑音）、放射ＥＭＩ、モータ軸受の電食（モータ回転中の軸受ボールベアリングの内部を高周波電流が通過することにより、軌道輪と転動体の接触面が損傷する現象。特徴として、波状の磨耗が見られる。）、モータ端子でのサージ電圧が挙げられる。従来では、雑音端子電圧抑制のために例えば特許文献１に示すＥＭＩフィルタを用いていた。また、電力変換装置の出力側での対策は、出力フィルタを付加して対策を行ってきた。従来の電力変換装置の出力フィルタには、例えば特許文献２および３、並びに非特許文献１がある。特許文献２および３、並びに非特許文献１は、コモンモード電流を抑制するためのコモンモードフィルタである。
特許文献２および３、並びに非特許文献１に代表されるコモンモードフィルタは、フィルタの共振周波数を電力変換装置のＰＷＭスイッチングのキャリア周波数よりも低くしているため、高周波漏れ電流、伝導ＥＭＩ、放射ＥＭＩ、モータ軸受の電食を効果的に抑制することができるが、モータ端子でのサージ電圧の抑制をすることができない。
【０００３】
図７は、出力側に出力フィルタを付加した従来の電力変換装置の回路構成図である。図７において、１は商用電源、２は電力変換装置、３はモータであり、２１は整流器、Ｃｐｎは平滑コンデンサ、２２はインバータ手段、２３は制御部、２４はゲート駆動回路、４は出力フィルタである。また、５はコモンモードフィルタ、６は分圧回路である。また、Ｌｃはコモンモードチョーク、Ｃｆ１はコンデンサ、５１はノーマルモード電流抑制用トランス、Ｃｆ２はコンデンサ、Ｒｆはダンピング抵抗である。
電力変換装置２は、整流器２１、平滑コンデンサＣｐｎ、インバータ手段２２、制御部２３、ゲート駆動回路２４、および出力フィルタ４で構成されている。
整流器２１は、商用電源１を整流し、平滑コンデンサＣｐｎで平滑して直流電圧にして直流母線に出力する。制御部２３は、所望の電力が得られるように電力変換演算を行い、ゲート駆動回路２４を介してゲート信号をインバータ手段２２に出力する。インバータ手段２２は、前記ゲート信号に基づいて、前記直流母線の直流電圧をＰＷＭスイッチングし、出力フィルタ４を介して、負荷であるモータ３に所望の電力を出力する。
出力フィルタ４は、コモンモードフィルタ５と分圧回路６とで構成し、コモンモードフィルタ５の帰線端ｎｆと分圧回路６の中性点ｎとが接続されている。
コモンモードフィルタ５は、コモンモードチョークＬｃの各相出力端にコンデンサＣｆ１の一端を接続し、他端をノーマルモード電流抑制用トランス５１の各入力端にそれぞれ接続し、共通結線端ｃと帰線端ｎｆとの間に直列接続したコンデンサＣｆ２とダンピング抵抗Ｒｆを挿入して構成している。ノーマルモード電流抑制用トランス５１は、三相絶縁トランスの１次側巻線をスター結線し２次側巻線をデルタ結線して構成し、各スター結線端を入力端、共通結線端をｃとしている。
分圧回路６は、直流母線の正側Ｐと負側Ｎとの間に、直列接続された同容量Ｃの二つのコンデンサを挿入して構成し、その二つのコンデンサの接続点を中性点ｎとしている。
コモンモードフィルタを付加した従来の電力変換装置は、このように構成されている。
【０００４】
また、図８は、従来技術を用いた場合の電力変換装置のゲート信号およびコモンモード電圧を示す図である。図８において、Ｔr-upは電力変換装置のＵ相上側アームのゲート信号、Ｔr-vpは電力変換装置のＶ相上側アームのゲート信号、Ｔr-wpは電力変換装置のＷ相上側アームのゲート信号を示し、ＶＰｎは中性点ｎから直流母線の正側Ｐを見た場合の電圧、ＶＮｎは中性点ｎから直流母線の負側Ｎを見た場合の電圧を示す。
Ｔr-up、Ｔr-vp、および Ｔr-wpは、それぞれ独立して、オン／オフさせることが可能であり、Ｔr-up、Ｔr-vp、および Ｔr-wpそれぞれのオン／オフの状態によって、インバータ手段２２の各アームから出力される電圧を合成したベクトルが決定される。この合成された電圧のベクトルを、一般的に電圧ベクトルと呼んでいる。
また、図９は、従来技術を用いて出力フィルタを付加した電力変換装置の各部の電圧・電流およびコモンモードチョークのコアでのＢ−Ｈ特性の計算結果を示す図（巻線のターン数Ｎ＝１７ターン時）である。図９において、Ｖcはコモンモードフィルタ５の入力端のコモンモード電圧を示し、Ｖｃ′はコモンモードフィルタ５の出力端のコモンモード電圧を示す。また、Ｉfはコモンモードフィルタ５のダンピング抵抗Ｒｆを流れるフィルタ電流を示す。
図８におけるコモンモード電圧Ｖｃの電圧波形と図９におけるコモンモード電圧Ｖｃの電圧波形とが異なっているのは、ＰＷＭスイッチングの変調率が異なっているためで、図８の変調率の方が図９の変調率よりも高い場合の例である。
【０００５】
図８に示すコモンモード電圧Ｖcは、中性点ｎと直流母線間電圧の中心電位ＰＮｈとが等しいので、一般的に以下の式で表すことができる。
Ｖｃ＝（Ｖun＋Ｖvn＋Ｖwn）／３                              （１）
ここで、Ｖunは電力変換装置のＵ相電圧、Ｖvnは電力変換装置のＶ相電圧、Ｖwnは電力変換装置のＷ相電圧を示す。
【０００６】
例えば、図８に示すように（Ｔr-up，Ｔr-vp, Ｔr-wp）が（オン， オン， オン）（以下、「Ｖ０ベクトル」という。）のときは、コモンモード電圧Ｖｃは、
Ｖｃ＝（Ｖun＋Ｖvn＋Ｖwn）／３
＝（ＶＰn＋ＶＰn＋ＶＰn）／３
＝ＶＰn  ＝ＶＰＮ／２                                    （２）
となる。
また、（Ｔr-up，Ｔr-vp，Ｔr-wp）が（オン， オフ， オフ）（以下、「Ｖ１ベクトル」という。）のときは、コモンモード電圧Ｖcは、
Ｖｃ＝（Ｖun＋Ｖvn＋Ｖwn）／３
＝（ＶＰn＋ＶＮn＋ＶＮn）／３
＝ＶＮn／３  ＝−ＶＰＮ／６                              （３）
となる。
また、（Ｔr-up，Ｔr-vp，Ｔr-wp）が（オン， オン， オフ）（以下、「Ｖ２ベクトル」という。）のときは、コモンモード電圧Ｖcは、
Ｖｃ＝（Ｖun＋Ｖvn＋Ｖwn）／３
＝（ＶＰn＋ＶＰn＋ＶＮn）／３
＝ＶＰn／３  ＝ＶＰＮ／６                                （４）
となる。
また、（Ｔr-up，Ｔr-vp，Ｔr-wp）が（オフ， オン， オフ）（以下、「Ｖ３ベクトル」という。）のときは、コモンモード電圧Ｖcは、
Ｖｃ＝（Ｖun＋Ｖvn＋Ｖwn）／３
＝（ＶＮn＋ＶＰn＋ＶＮn）／３
＝ＶＮn／３  ＝−ＶＰＮ／６                              （５）
となる。
【０００７】
また、（Ｔr-up，Ｔr-vp，Ｔr-wp）が（オフ， オン， オン）（以下、「Ｖ４ベクトル」という。）のときは、コモンモード電圧Ｖcは、
Ｖｃ＝（Ｖun＋Ｖvn＋Ｖwn）／３
＝（ＶＮn＋ＶＰn＋ＶＰn）／３
＝ＶＰn／３  ＝ＶＰＮ／６                                （６）
となる。
また、（Ｔr-up，Ｔr-vp，Ｔr-wp）が（オフ， オフ， オン）（以下、「Ｖ５ベクトル」という。）のときは、コモンモード電圧Ｖcは、
Ｖｃ＝（Ｖun＋Ｖvn＋Ｖwn）／３
＝（ＶＮn＋ＶＮn＋ＶＰn）／３
＝ＶＮn／３  ＝−ＶＰＮ／６                              （７）
となる。
また、（Ｔr-up，Ｔr-vp，Ｔr-wp）が（オン，オフ，オン）（以下、「Ｖ６ベクトル」という。）のときは、コモンモード電圧Ｖcは、
Ｖｃ＝（Ｖun＋Ｖvn＋Ｖwn）／３
＝（ＶＰn＋ＶＮn＋ＶＰn）／３
＝ＶＰn／３  ＝ＶＰＮ／６                                （８）
となる。
また、（Ｔr-up，Ｔr-vp，Ｔr-wp）が（オフ， オフ， オフ）（以下、「Ｖ７ベクトル」という。）のときは、コモンモード電圧Ｖcは、
Ｖｃ＝（Ｖun＋Ｖvn＋Ｖwn）／３
＝（ＶＮn＋ＶＮn＋ＶＮn）／３
＝ＶＮn  ＝−ＶＰＮ／２                                  （９）
となる。
【０００８】
その結果、中性点切替手段を用いない従来のコモンモード電圧は、図８に示すような４段（±ＶＰＮ／２， ±ＶＰＮ／６）のステップ状の電圧波形となる。
また、図９に示す計算に用いたコモンモードチョークＬｃの条件は、コアの磁気飽和磁束密度Ｂsat＝１．２３Ｔ、巻線のターン数１７ターンである。図９に示すように、コモンモードフィルタ５を付加することによって、コモンモードフィルタ５の入力端のコモンモード電圧Ｖcはステップ状の電圧でもコモンモードフィルタ５の出力端のコモンモード電圧Ｖｃ′は低減されていることがわかる。また、この時のフィルタ電流Ｉfのピーク値は、およそ１．０Ａとなる。また、この時のコモンモードチョークＬｃのコアにおける最大磁束密度Ｂｍは、１．０Ｔとなる。ここで、コモンモード電圧ＶｃをＶｃ＝ Ｖｍ・ｃｏｓ (ωｔ)で近似し、コアの断面積をＳ、巻線のターン数をＮ、キャリア周波数をｆとすると、コア内での磁束密度Ｂは、
【０００９】
【数１】
2009194953.tif 000003
【００１０】
と、近似できる。また、コアの最大磁束密度Ｂｍは、式（１０）より
【数２】
2009194953.tif 000004
となる。
【００１１】
Ｖｍ、ｆ、Ｓを固定値とすると、図９より、Ｎ＝１７においてＢｍ＝１．０Ｔなので、Ｂｍを１．０Ｔ以下にしたい場合には、式（１１）より、巻線のターン数Ｎを１７以上に大きくしなければならない。
このように、従来のコモンモードフィルタは、コモンモード電圧を低減するものである。
【特許文献１】特開平１０−１０７５７１号公報
【特許文献２】特開平０９−０８４３５７号公報（６頁、図７）
【特許文献３】特許第３４６６１１８号（１８頁、図１８）
【非特許文献１】IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS、VOL.28、NO.4、p858〜p863、JULY/AUGUST 1992
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従来の出力フィルタのコモンモードフィルタに用いるコモンモードチョークに、コモンモード電圧のキャリア成分のほとんどが印加されるため、磁気飽和を起こしやすく、磁気飽和を起こさせないためにはコモンモードチョークのコアの最大磁束密度をできるだけ小さくする必要があり、最大磁束密度を小さくするには巻線のターン数を増やさなければならず小形化することが難しいという問題があった。また、電流容量が大きな用途に対しては、巻線の電線サイズが大きくなり、線を巻くことが物理的に困難となるというような問題もあった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、出力フィルタのコモンモードフィルタに用いるコモンモードチョークに印加される電圧を低減し、コモンモードチョークの巻線のターン数を減らすことにより小形化ができる出力フィルタおよび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】
【００１３】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、直流母線の正側に接続した上アーム半導体スイッチング素子と前記直流母線の負側に接続した下アーム半導体スイッチング素子とを直列接続したアームを複数用いて構成されゲート信号でＰＷＭスイッチングされるインバータ手段の出力端子と負荷との間に挿入したコモンモードフィルタの帰線端を、前記直流母線の正側と負側との間の電圧を分圧して得られた中性点に接続した出力フィルタにおいて、前記直流母線の正側と負側との間の電圧を分圧して異なった電位の複数の中性点を作る分圧回路と、前記インバータ手段の各アームの半導体スイッチング素子のスイッチング状態に基づいて前記コモンモードフィルタの帰線端を前記複数の中性点のいずれかに切替えて接続する中性点切替手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１４】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の出力フィルタにおいて、前記中性点切替手段は、一方を前記分圧回路の前記複数の中性点のそれぞれに接続し他方をそれぞれ共通接続した複数の半導体スイッチと、前記インバータ手段の上アーム半導体スイッチング素子のそれぞれのスイッチング状態を検出する電圧ベクトル検出手段とを備えることを特徴とするものである。
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の出力フィルタにおいて、前記電圧ベクトル検出手段は、前記ゲート信号に基づいて前記上アーム半導体スイッチング素子のそれぞれのスイッチング状態を検出することを特徴とするものである。
また、請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の出力フィルタにおいて、前記中性点切替手段は、前記電圧ベクトル検出手段の検出結果に基づいて前記半導体スイッチを切替えることを特徴とするものである。
【００１５】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の出力フィルタにおいて、前記複数の中性点は、３つであることを特徴とするものである。
また、請求項６に記載の発明は、前記複数の中性点は、請求項５に記載の出力フィルタにおいて、前記直流母線の正側と負側との間の電圧を負側からそれぞれ、６分の１、２分の１、および６分の５の電圧に分圧されている点であることを特徴とするものである。
また、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の出力フィルタにおいて、前記インバータ手段のアームの数は３であって、前記中性点切替手段は、前記コモンモードフィルタの帰線端を、前記インバータ手段の上アーム半導体スイッチング素子のスイッチング状態が、すべてオンのときは前記直流母線の正側と負側との間の電圧を負側から６分の１の電圧に分圧されている中性点に、すべてオフのときは前記直流母線の正側と負側との間の電圧を負側から６分の５の電圧に分圧されている中性点に、それら以外のときは前記直流母線の正側と負側との間の電圧を負側から２分の１の電圧に分圧されている中性点に、接続することを特徴とするものである。
【００１６】
また、請求項８に記載の発明は、電力変換装置において、請求項１ないし７のいずれかに記載の出力フィルタを備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１ないし７のいずれかに記載の発明によると、直流母線の正側に接続した上アーム半導体スイッチング素子と直流母線の負側に接続した下アーム半導体スイッチング素子とを直列接続したアームを複数用いて構成されてゲート信号でＰＷＭスイッチングされるインバータ手段の出力端子と負荷との間に挿入したコモンモードフィルタの帰線端を前記直流母線の正側と負側の間の電圧を分圧して得られた中性点に接続した出力フィルタにおいて、前記直流母線の正側と負側の間の電圧を分圧して異なった電位の複数の中性点を作る分圧回路と、前記インバータ手段の各アームの半導体スイッチング素子のスイッチング状態に基づいて前記コモンモードフィルタの帰線端を前記複数の中性点のいずれかに切替えて接続する中性点切替手段を備えているので、出力フィルタのコモンモードフィルタに用いるコモンモードチョークに印加される電圧を低減することができ、コモンモードチョークの巻線のターン数を減らすことにより、出力フィルタを小形化ができる。
【００１８】
とくに、請求項２ないし４のいずれかに記載の発明によると、前記中性点切替手段は、一方を前記分圧回路の前記複数の中性点のそれぞれ接続し、他方をそれぞれ共通接続した複数の半導体スイッチと、前記インバータ手段の上アーム半導体スイッチング素子のそれぞれのスイッチング状態を検出する電圧ベクトル検出手段とを備えているので、前記インバータ手段の各アームの半導体スイッチング素子のスイッチング状態が検出でき、複数の半導体スイッチにより、コモンモードフィルタの帰線端を異なった電位の複数の中性点のいずれかに切替えて接続することができる。
【００１９】
請求項５ないし７のいずれかに記載の発明によれば、３つの中性点があり、その３つの中性点が前記直流母線の正側と負側との間の電圧を負側からそれぞれ、６分の１、２分の１、および６分の５の電圧に分圧されている点であり、コモンモードフィルタの帰線端を、インバータ手段の上アーム半導体スイッチング素子のスイッチング状態が、すべてオフのときは直流母線の正側と負側との間の電圧を負側から６分の１の電圧に分圧されている中性点に、すべてオンのときは直流母線の正側と負側との間の電圧を負側から６分の５の電圧に分圧されている中性点に、それら以外のときは前記直流母線の正側と負側との間の電圧を負側から２分の１の電圧に分圧されている中性点に、接続するので、三相電力変換装置において、出力フィルタのコモンモードフィルタに用いるコモンモードチョークに印加される電圧を低減することができ、コモンモードチョークの巻線のターン数を減らすことにより、出力フィルタを小形化ができる。
【００２０】
請求項８に記載の発明によれば、請求項１ないし７のいずれかに記載の出力フィルタを備えているので、出力フィルタのコモンモードフィルタに用いるコモンモードチョークに印加される電圧を低減し、コモンモードチョークの巻線のターン数を減らすことにより、出力フィルタを小形化ができる電力変換装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
実際の電力変換装置には様々な機能や手段が内蔵されているが、図には本発明に関係する機能や手段のみを記載し説明することとする。また、以下同一名称には極力同一符号を付け重複説明を省略する。
【実施例１】
【００２２】
図１は、本発明の中性点切替手段を備えた出力フィルタを付加した電力変換装置の概念を説明するシステム構成図である。図１において、６ａは分圧回路、７は中性点切替手段である。分圧回路６ａは、直流母線の正側Ｐと負側Ｎとの間の電圧を分圧して複数の中性点を作る回路である。また、中性点切替手段７は、インバータ手段２２の各アームの半導体スイッチング素子のスイッチング状態に基づいて、コモンモードフィルタ５の帰線を前記複数の中性点のいずれかに切替えて接続する。
本発明が従来技術と異なる部分は、異なった電位の複数の中性点を作る分圧回路６ａと、インバータ手段２２の各アームの半導体スイッチング素子のスイッチング状態に基づいてコモンモードフィルタの帰線端ｎｆを前記複数の中性点のいずれかに切替えて接続する中性点切替手段７を備え、コモンモードフィルタの帰線端ｎｆを接続する中性点をシフトすることで、電力変換装置のコモンモード電圧を低減し、コモンモードフィルタに流れる電流を低減できる部分である。
【００２３】
つぎに、本発明の具体的な例について説明する。
図２は、本発明の中性点切替手段を備えた出力フィルタを付加した電力変換装置の回路構成図である。図２において、８は電圧ベクトル検出手段であり、８１は３入力ＮＯＲ回路、８２は３入力ＡＮＤ回路、８３は２入力ＮＯＲ回路であり、Ｓ１、Ｓ２、およびＳ３は半導体スイッチである。
制御部２３は、ゲート駆動回路２４にゲート信号を出力すると同時に、電圧ベクトル検出手段８に、電力変換装置のＵ相上側アーム半導体スイッチング素子のゲート信号Ｔr-up、電力変換装置のＶ相上側アーム半導体スイッチング素子のゲート信号Ｔr-vp、および電力変換装置のＷ相上側アーム半導体スイッチング素子のゲート信号Ｔr-wpを出力する。
【００２４】
図３は、本発明の中性点切替手段および分圧回路の詳細を説明する図である
電圧ベクトル検出手段８は、３入力ＮＯＲ回路８１、３入力ＡＮＤ回路８２、および２入力ＮＯＲ回路８３で構成され、ゲート信号Ｔr-up、Ｔr-vp、およびＴr-wpを３入力ＮＯＲ回路８１および３入力ＡＮＤ回路８２に入力し、さらに、３入力ＮＯＲ回路８１および３入力ＡＮＤ回路８２の出力を２入力ＮＯＲ回路８３に入力する。３入力ＮＯＲ回路８１の出力信号が半導体スイッチＳ１の切替信号となり、３入力ＡＮＤ回路８２の出力信号が半導体スイッチＳ２の切替信号となり、２入力ＮＯＲ回路８３の出力信号が半導体スイッチＳ３の切替信号となる。
具体的には、Ｖ７ベクトル、すなわち（Ｔr-up、Ｔr-vp、Ｔr-wp）が（オフ、オフ、オフ）のときは、３入力ＮＯＲ回路８１の出力が「１」となり、半導体スイッチＳ１をオンにする信号を出力する。また、Ｖ０ベクトル、すなわち（Ｔr-up、Ｔr-vp、Ｔr-wp）が（オン、オン、オン）のときは、３入力ＡＮＤ回路８２の出力が「１」となり、半導体スイッチＳ３をオンにする信号を出力する。それら以外のとき、すなわち、Ｖ１〜Ｖ６ベクトルのときは、３入力ＮＯＲ回路８１の出力が「０」で、３入力ＡＮＤ回路８２の出力が「０」なので、２入力ＮＯＲ回路８３の出力が「１」となり、半導体スイッチＳ２をオンにする信号を出力する。
本実施例では、インバータ手段２２の各アームの上アーム半導体スイッチング素子のゲート信号より電圧ベクトルを検出し、半導体スイッチＳ１〜Ｓ３を切替える例について説明しているが、インバータ手段２２の各アームの下アーム半導体スイッチング素子のゲート信号より電圧ベクトルを検出し、半導体スイッチＳ１〜Ｓ３を切替えてもよい。
【００２５】
分圧回路６ａは、容量が２Ｃのコンデンサと抵抗値がＲの抵抗器を並列接続されたものと、容量がＣのコンデンサと抵抗値が２Ｒの抵抗器を並列接続されたものと、容量がＣのコンデンサと抵抗値が２Ｒの抵抗器を並列接続されたものと、容量が２Ｃのコンデンサと抵抗値がＲの抵抗器を並列接続されたものと、を上記の順に直列接続して構成し、正側端子をＰＤ、負側端子をＮＤとする。そして、それぞれの接続点を正側端子ＰＤ側から順に、中性点ｅ１、中性点ｅ２、中性点ｅ３とする。
正側端子ＰＤを直流母線の正側Ｐに、負側端子ＮＤを直流母線の負側Ｎに接続すると、直流母線間電圧の中心電位ＰＮｈを基準とした各中性点の電位は、
ｅ１＝ＶＰＮ／３
ｅ２＝０
ｅ３＝−ＶＰＮ／３
となる。
【００２６】
つぎに、中性点切替手段７の動作について説明する。
中性点切替手段７は、半導体スイッチＳ１がオンになると、中性点ｅ１と中性点切替手段７の出力端子ｎｏとが接続され、出力端子ｎｏの電位はＶＰＮ／３となり、半導体スイッチＳ２がオンになると、中性点ｅ２と中性点切替手段７の出力端子ｎｏとが接続され、出力端子ｎｏの電位は０となり、半導体スイッチＳ３がオンになると、中性点ｅ３と中性点切替手段７の出力端子ｎｏとが接続され、出力端子ｎｏの電位は−ＶＰＮ／３となる。
したがって、中性点ｎｏから直流母線の正側Ｐを見た場合の電圧ＶＰｎ、および中性点ｎｏから直流母線の負側Ｎを見た場合の電圧ＶＮｎは、
半導体スイッチＳ１がオンの場合、
ＶＰｎ＝ＶＰＮ／２−ＶＰＮ／３＝ＶＰＮ／６
ＶＮｎ＝−ＶＰＮ／２−ＶＰＮ／３＝−５・ＶＰＮ／６
半導体スイッチＳ２がオンの場合、
ＶＰｎ＝ＶＰＮ／２−０＝ＶＰＮ／２
ＶＮｎ＝−ＶＰＮ／２−０＝−ＶＰＮ／２
半導体スイッチＳ３がオンの場合、
ＶＰｎ＝ＶＰＮ／２−（−ＶＰＮ／３）＝５・ＶＰＮ／６
ＶＮｎ＝−ＶＰＮ／２−（−ＶＰＮ／３）＝−ＶＰＮ／６
となる。
【００２７】
図４は、本発明の電力変換装置のゲート信号、半導体スイッチの切替信号およびコモンモード電圧を示す図である。
直流母線間電圧の中心電位ＰＮｎを基準としたときの、各電圧ベクトルにおけるコモンモード電圧Ｖｃｎは、式（２）〜（９）より、
Ｖ０ベクトルのときは、Ｖｃｎ＝ＶＰＮ／２
Ｖ１ベクトルのときは、Ｖｃｎ＝−ＶＰＮ／６
Ｖ２ベクトルのときは、Ｖｃｎ＝ＶＰＮ／６
Ｖ３ベクトルのときは、Ｖｃｎ＝−ＶＰＮ／６
Ｖ４ベクトルのときは、Ｖｃｎ＝ＶＰＮ／６
Ｖ５ベクトルのときは、Ｖｃｎ＝−ＶＰＮ／６
Ｖ６ベクトルのときは、Ｖｃｎ＝ＶＰＮ／６
Ｖ７ベクトルのときは、Ｖｃｎ＝−ＶＰＮ／２
となる。
したがって、図４に示すように、コモンモード電圧Ｖcは、
Ｖ７ベクトルのときは、Ｖｃ＝−ＶＰＮ／２−（−ＶＰＮ／３）＝−ＶＰＮ／６
Ｖ３ベクトルのときは、Ｖｃ＝−ＶＰＮ／６−０＝−ＶＰＮ／６
Ｖ２ベクトルのときは、Ｖｃ＝ＶＰＮ／６−０＝ＶＰＮ／６
Ｖ０ベクトルのときは、Ｖｃ＝ＶＰＮ／２−ＶＰＮ／３＝ＶＰＮ／６
また、図４には示されていないが、Ｖ１ベクトル、Ｖ４ベクトル、Ｖ５ベクトル、およびＶ６ベクトルのときのコモンモード電圧Ｖcは、それぞれ、
Ｖ１ベクトルのときは、Ｖｃ＝−ＶＰＮ／６−０＝−ＶＰＮ／６
Ｖ４ベクトルのときは、Ｖｃ＝ＶＰＮ／６−０＝ＶＰＮ／６
Ｖ５ベクトルのときは、Ｖｃ＝−ＶＰＮ／６−０＝−ＶＰＮ／６
Ｖ６ベクトルのときは、Ｖｃ＝ＶＰＮ／６−０＝ＶＰＮ／６
となる。
このように、図４に示すように、直流母線電圧のＰ側あるいはＮ側の電圧は、中性点切替手段７によってシフトされる構成となっているため、中性点nｏから見たコモンモード電圧Ｖｃは、いずれの電圧ベクトルの場合も、±ＶＰＮ／６の２種類の値のステップ状の電圧波形となり、図８に示す従来の方式よりもコモンモード電圧Ｖｃを低減することができる。その結果、本発明の中性点切替手段７を備えた出力フィルタ４は、コモンモードフィルタ５のダンピング抵抗Ｒｆを流れるフィルタ電流Ｉfを小さくすることができる。
【００２８】
図５は、本発明の中性点切替手段を備えた出力フィルタを用いた電力変換装置の各部の電圧・電流およびコモンモードチョークのコアでのＢ−Ｈ特性の計算結果を示す図（巻線のターン数Ｎ＝１７ターン時）である。また、図５に示す計算に用いたコモンモードチョークの条件は、コアの磁気飽和磁束密度Ｂsat＝１．２３Ｔ、巻線のターン数１７ターンである。
図９は、従来技術を用いて出力フィルタを付加した電力変換装置の各部の電圧・電流およびコモンモードチョークのコアでのＢ−Ｈ特性の計算結果を示す図（巻線のターン数Ｎ＝１７ターン時）である。
図９に示す従来技術の出力フィルタを用いた電力変換装置のコモンモード電圧Ｖｃに比べて、図５に示す本発明の中性点切替手段７を備えた出力フィルタ４を用いた電力変換装置２のコモンモード電圧Ｖｃは、低減されていることがわかる。また、フィルタ電流Ｉｆのピーク値も低減されていることがわかる。そのため、コモンモードチョークでの最大磁束密度Ｂｍ（＝０．３５Ｔ)も、図９に示す従来技術に比べて低くなっていることが分かる。このことは、逆にコモンモードチョークの巻線のターン数を減らし、最大磁束密度Ｂｍを上げることが可能であることを意味している。
【００２９】
図１０は、従来技術を用いて出力フィルタを付加した電力変換装置の各部の電圧・電流およびコモンモードチョークのコアでのＢ−Ｈ特性の計算結果を示す図（巻線のターン数Ｎ＝１１ターン時）である。図１０に示すように、従来技術の場合は、巻線のターン数が少ないためにコモンモードチョークでは磁気飽和現象を引き起こしていることが分かる。その結果、フィルタ電流Ｉｆもピークで３０Ａ近く流れていることがわかる。
図６は、本発明の中性点切替手段を備えた出力フィルタを用いた電力変換装置の各部電圧・電流およびコモンモードチョークのコアでのＢ−Ｈ特性の計算結果を示す図（巻線のターン数Ｎ＝１１ターン時）である。本発明の中性点切替手段７を備えた出力フィルタ４は、図６に示すようにチョークの巻線のターン数を１１ターンに減らした場合でも磁気飽和現象を起こさず、コモンモードフィルタの入力端のコモンモード電圧Ｖｃをコモンモードフィルタの出力端のＶｃ′程度までに低減していることがわかる。
【００３０】
このように、本発明は、コモンモードフィルタの帰線端を接続する中性点を各電圧ベクトルごとにシフトしてコモンモード電圧を小さくする構成としているので、出力フィルタのコモンモードフィルタに用いられるコモンモードチョークのコアの磁束密度を低減できる。そのため、コモンモードチョークの巻線のターン数を減らすことができ、結果としてコモンモードチョークの小形化が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
コモンモードチョークのサイズを小さくすることができるので，コモンモードフィルタのサイズも小さくなり、電力変換装置内に配置することが可能となり、コモンモードフィルタ内蔵型の電力変換装置への適用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の中性点切替手段を備えた出力フィルタを付加した電力変換装置の概念を説明するシステム構成図
【図２】本発明の中性点切替手段を備えた出力フィルタを付加した電力変換装置の回路構成図
【図３】本発明の中性点切替手段および分圧回路の詳細を説明する図
【図４】本発明の電力変換装置のゲート信号、半導体スイッチの切替信号およびコモンモード電圧を示す図
【図５】本発明の中性点切替手段を備えた出力フィルタを用いた電力変換装置の各部の電圧・電流およびコモンモードチョークのコアでのＢ−Ｈ特性の計算結果を示す図（巻線のターン数Ｎ＝１７ターン時）
【図６】本発明の中性点切替手段を備えた出力フィルタを用いた電力変換装置の各部電圧・電流およびコモンモードチョークのコアでのＢ−Ｈ特性の計算結果を示す図（巻線のターン数Ｎ＝１１ターン時）
【図７】出力側に出力フィルタを付加した従来の電力変換装置の回路構成図
【図８】従来技術を用いた場合の電力変換装置のゲート信号およびコモンモード電圧を示す図
【図９】従来技術を用いて出力フィルタを付加した電力変換装置の各部の電圧・電流およびコモンモードチョークのコアでのＢ−Ｈ特性の計算結果を示す図（巻線のターン数Ｎ＝１７ターン時）
【図１０】従来技術を用いて出力フィルタを付加した電力変換装置の各部の電圧・電流およびコモンモードチョークのコアでのＢ−Ｈ特性の計算結果を示す図（巻線のターン数Ｎ＝１１ターン時）
【符号の説明】
【００３３】
１  商用電源
２  電力変換装置
３  モータ
４  出力フィルタ
５  コモンモードフィルタ
６、６ａ  分圧回路
７  中性点切替手段
８  電圧ベクトル検出回路
２１  整流器
２２  インバータ手段
２３  制御部
２４  ゲート駆動回路
５１  ノーマルモード電流抑制用トランス
８１  ３入力ＮＯＲ回路
８２  ３入力ＡＮＤ回路
８３  ２入力ＮＯＲ回路
【図１】
2009194953.tif 000005
【図２】
2009194953.tif 000006
【図３】
2009194953.tif 000007
【図４】
2009194953.tif 000008
【図５】
2009194953.tif 000009
【図６】
2009194953.tif 000010
【図７】
2009194953.tif 000011
【図８】
2009194953.tif 000012
【図９】
2009194953.tif 000013
【図１０】
2009194953.tif 000014