JP6228515B2 - Reactor and power conversion device using the same - Google Patents
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Description
本発明は、ノイズ低減等のために電力線に挿入されるリアクトル並びにそれを用いた電力変換装置に関する。 The present invention relates to a reactor inserted into a power line for noise reduction and the like, and a power converter using the same.
インバータ装置などの電力変換装置によって交流電動機を駆動する場合、電力変換装置が交流電動機へ出力するパルス電圧によってノイズが発生する。ノイズを低減するために、電力変換装置の出力電力を交流電動機に供給する電力線には、リアクトルが挿入される。 When the AC motor is driven by a power conversion device such as an inverter device, noise is generated by the pulse voltage output from the power conversion device to the AC motor. In order to reduce noise, a reactor is inserted into the power line that supplies the output power of the power converter to the AC motor.
このようなリアクトルに関する技術として、特許文献1や特許文献2に記載の技術が知られている。本技術によるリアクトルの磁性体コアにおいては、中央部に窓を有するループ部が平面的に三相分配置される。
As a technique related to such a reactor, techniques described in
しかしながら、上記従来技術によるリアクトルにおいては、中央部に窓を有するループ部が平面的に三相分配置されるため、各相のループ部に、磁気飽和を防ぐためのギャップがそれぞれ形成される場合、磁性体コアの中間部に位置するループ部に形成される磁路は、その両側に位置するループ部にそれぞれ形成されるギャップの影響を受ける。このため、各相のインダクタンスにアンバランスが生じる。 However, in the reactor according to the above prior art, since the loop portion having the window at the center portion is arranged for three phases in a plane, a gap for preventing magnetic saturation is formed in the loop portion of each phase. The magnetic path formed in the loop portion located in the intermediate portion of the magnetic core is affected by the gaps formed in the loop portions located on both sides thereof. For this reason, an imbalance occurs in the inductance of each phase.
そこで、本発明は、各相のインダクタンスを均等にすることができるリアクトル並びにそれを用いた電力変換装置を提供する。 Therefore, the present invention provides a reactor that can equalize the inductance of each phase and a power conversion device using the reactor.
上記課題を解決するために、本発明によるリアクトルは、磁性体コア部と、磁性体コア部に巻き回される導線と、を備えるものであって、磁性体コア部は、それぞれ中央部に窓部を有し、閉磁路を構成する、交流三相分のループ部を有し、三相分のループ部は、略同一形状および略同一寸法であり、かつ矩形状枠体部から構成され、三相分のループ部を構成する3個の矩形状枠体部の各一辺が、結合部分によって一体的に結合されて、一体の磁性体コア部が構成され、三相分のループ部は、結合部分に対してそれぞれ異なる方向に伸びるように配置され、各ループ部には、窓部を通して導線が巻回され、三相分のループ部内に、それぞれ一つのみギャップ部を有し、三相分のループ部内に設けられるギャップ部の各々はギャップ長が等しく、ギャップ部は、三相分のループ部において、結合部分に隣接する部分を除く部分であって結合部分に対向する部分のみに設けられる。
また、本発明による電力変換装置は、三相交流電動機に三相交流電力を供給するインバータ装置と、インバータ装置の三相交流出力と三相交流電動機の三相交流端子との間に接続されるリアクトルと、を備えるものであって、リアクトルとして、上記本発明によるリアクトルが用いられる。
In order to solve the above problems, a reactor according to the present invention includes a magnetic core portion and a conductive wire wound around the magnetic core portion, and each of the magnetic core portions has a window at a central portion thereof. Having a three-phase loop portion that is substantially the same shape and substantially the same size, and is composed of a rectangular frame body portion. each side of the three rectangular frame portions constituting the loop portion of the three phases can be integrally coupled by a coupling portion, the configuration the magnetic core portion of the integral, the loop portion of the three phases is is arranged to extend in different directions with respect to binding portion, each loop portion, wire is wound through the window portion, in the loop portion of the three phases, it has a gap only one each, three Each of the gap portions provided in the loop portion of the phase has the same gap length, Cap portion, the loop portion of the three phases, are provided only in a portion opposed to the coupling portion a portion except for the portion adjacent to the binding moiety.
Moreover, the power converter device by this invention is connected between the three-phase alternating current output of the inverter apparatus which supplies three-phase alternating current power to a three-phase alternating current motor, and the three-phase alternating current terminal of a three-phase alternating current motor. A reactor according to the present invention is used as a reactor.
本発明によれば、一体化された磁性体コアにおいて交流の相毎に磁路となるループ部を設けることにより、リアクトルにおける各相のインダクタンスを容易に均等化することができる。また、本発明によるリアクトルを用いることにより、電力変換装置が発生するノイズを効果的に低減できる。 According to the present invention, it is possible to easily equalize the inductance of each phase in the reactor by providing a loop portion that becomes a magnetic path for each alternating phase in the integrated magnetic core. Moreover, the noise which a power converter device generate | occur | produces can be effectively reduced by using the reactor by this invention.
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。 Problems, configurations, and effects other than those described above will become apparent from the following description of embodiments.
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施例であるリアクトルを含むエレベーター用電力変換装置の要部を示す回路図である。 FIG. 1 is a circuit diagram showing a main part of an elevator power converter including a reactor according to an embodiment of the present invention.
本図において、インバータ装置1は、商用三相交流電圧を整流および平滑して得られる直流電圧を、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などの半導体パワースイッチング素子をオン・オフスイッチングすることにより交流電圧に変換し、この交流電圧を三相交流出力端子U,V,Wから出力する。インバータ装置1が出力する交流電圧は、図示しない電力線によって三相交流電動機5に印加される。
In this figure, the
三相分の電力線並びに接地線にはリアクトル100が挿入される。すなわち、インバータ装置1が出力する交流電圧はリアクトル100を介して、三相交流電動機5に印加される。リアクトル100は、U相用端子U1およびU2,V相用端子V1およびV2,W相用端子W1およびW2,接地線用端子E1およびE2を備える。端子U1,V1,W1はそれぞれインバータ装置1の出力端子U,V,Wに電気的に接続される。また、端子U2,V2,W2はそれぞれ三相交流電動機5のU相端子,V相端子,W相端子に電気的に接続される。さらに、端子E1,E2は、それぞれインバータ装置1の接地電位部E,三相交流電動機5の接地電位部に電気的に接続される。
リアクトル100においては、後述するように、三相分のリアクトルが一体の磁性体コア(以下、単に「コア」と記す)を用いて構成されるが、図1においては、便宜上、機能別に別の回路要素として表記している。ノーマルモードリアクトル機能2は、ノーマルモードノイズ低減機能であり、U相導線14,V相導線15,W相導線16による機能である。コモンモードリアクトル機能3は、コモンモードノイズ低減機能であり、U相導線14,V相導線15,W相導線および三相分のコア6による機能である。また、接地線用リアクトルの機能4は、接地線に生ずるノイズを低減する機能であり、接地用導線17,三相分のコア6の結合部分13による機能である。この結合部分13は各相のコア部の共有部分である。これにより、三相分のリアクトルに用いられる一体のコア6が構成される。
In the
三相交流電動機5は、インバータ装置1およびリアクトル100を備える電力変換装置から供給される交流電力によって回転駆動される。三相交流電動機5の回転力は、エレベーター用巻上機のシーブ50に伝達され、シーブ50を回転する。シーブ50および転向プーリ51には主ロープ52が巻き掛けられる。主ロープ52によって、乗りかご53および釣り合い錘54が、図示しない昇降路内において吊られる。そして、シーブ50が回転することによって主ロープ52が駆動されると、図示しない昇降路内において、乗りかご53が昇降する。なお、三相交流電動機5としては、例えば、永久磁石同期電動機が適用される。
The three-phase AC motor 5 is rotationally driven by AC power supplied from a power conversion device including the
以下、リアクトルの構成について説明する。 Hereinafter, the configuration of the reactor will be described.
図2および図3は、それぞれ、本実施例のリアクトルのコアを示す正面図および平面図である。 2 and 3 are a front view and a plan view, respectively, showing the core of the reactor of the present embodiment.
図2に示すように、コア6は、中央部に窓部7,8,9をそれぞれ備えて、閉磁路が形成される三相分のループ部10,11,12を有している。各ループ部10,11,12は、図3に示すように、コア6の上面側(下面側)において、略T字状に配列される。すなわち、ループ部10,12は、図3中の仮想直線AA’に沿って配置され、ループ部11は、ループ部10,12のちょうど中間部を通ると共に仮想直線AA’に直交する仮想直線BB’に沿って配置される。すなわち、仮想直線AA’における縦方向断面である第一の仮想平面上に二つのループ部10,12が配置され、仮想直線BB’における縦方向断面であると共に第一の仮想平面に直交する第二の仮想平面上に他のループ部11が配置される。ループ部10,11,12が、これら相互の近接側が結合部分13によって一体的に結合されることにより、三相分のリアクトルに用いられる一体のコア6が構成される。
As shown in FIG. 2, the
なお、ループ部10,11,12および結合部分は、珪素鋼板やアモルファス磁性薄帯の積層体や、バルク磁性材料からなる。
The
三相のループ部10,11,12は略同一形状および略同一寸法であり、ループ部10,12はその幅w10,w12の方向を合わせて配置され、ループ部11は、ループ部10,12の幅w10,w12の方向にその厚みt11の方向を合わせて配置される。
The three-
コア6は、結合部分13からそれぞれ異なる方向に、幅(w10,w11,w12)方向が伸びるように配置されるループ部10,11,12を有しているため、各ループ部10,11,12の結合部分13の近傍に、各窓部7,8,9が隣接する。言わば、各ループ部10,11,12を構成する3個の矩形状枠体部の各一辺が、結合部分13によって結合されている。
Since the
図4および図5は、それぞれ、本実施例のリアクトルの平面図および斜視図である。リアクトル100は、図2,3に示したコア6を用いて構成される。従って、図4に示すコア6は、図3に示したコア6に相当する。
4 and 5 are a plan view and a perspective view, respectively, of the reactor of the present embodiment. The
リアクトル100は、コア6と、コア6のループ部に巻かれる三相分の導線すなわちU相導線14,V相導線15,W相導線16と、コア6の結合部分に巻かれる接地用の導線である接地線17とを有する。
図4,5に示すように、U相導線14は、ループ部10において窓部7を通して巻回される。U相導線14の端子U1,U2は、それぞれ、インバータ装置1のU相出力端子,三相交流電動機5の巻線のU相端子に接続される(図1参照)。V相導線15は、ループ部11において窓部8を通して巻回される。V相導線15の端子V1,V2は、それぞれ、インバータ装置1のV相出力端子,三相交流電動機5の巻線のV相端子に接続される(図1参照)。W相導線16は、ループ部11において窓部9を通して巻回される。W相導線16の端子W1,W2は、それぞれ、インバータ装置1のW相出力端子,三相交流電動機5の巻線のW相端子に接続される(図1参照)。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
本実施例において、各導線14,15,16は、各ループ部10,11,12において結合部分13に対向する部分に巻き回される。なお各導線14,15,16巻き回し数は、所望のリアクトルの性能に応じて適宜設定される。
In the present embodiment, each of the conducting
図5に示すように、接地線17は、各ループ部10,11,12の結合部分13において、隣接する各窓部7,8,9の全てを通して巻回される。接地線17の端子E1,E2は、それぞれ、インバータ装置1の接地電位部,三相交流電動機5の接地電位部に接続される(図1参照)。
As shown in FIG. 5, the
リアクトル100は、上述したような、U相導線14の巻線,V相導線15の巻線,W相導線16の巻線によって、図1に示すノーマルモードリアクトル機能2を有する。また、リアクトル100は、これらの巻線と、結合部分13によって磁気的に結合されるループ部10,11,12とによって、図1に示すコモンモードリアクトル機能3を有する。さらに、リアクトル100は、接地線17の巻線および結合部分13によって、図1に示す接地線用リアクトルの機能4を有する。
上述したように、本実施例のリアクトル100においては、一体化されたコアにおいて交流の相毎に磁路となるループ部を設けることにより、各相のインダクタンスを容易に均等化することができる。
As described above, in the
図6は、上記実施例のコアのループ部にギャップが設けられる場合の各相の磁路を示す。なお、図6においては、各磁路を比較しやすいように、各ループ部の正面図を横に並べて示すとともに、導線は1ターン分のみ記す。なお、導線に付記する「×」および「・」は電流の向きを示す。また、点線は磁路を示し、点線に付記する矢印は磁束の向きを示す。 FIG. 6 shows the magnetic path of each phase when a gap is provided in the loop portion of the core of the above embodiment. In FIG. 6, the front views of the loop portions are shown side by side so that the magnetic paths can be easily compared, and only one turn of the conductive wire is shown. In addition, “x” and “•” added to the conductor indicate the direction of current. Moreover, a dotted line shows a magnetic path and the arrow attached to a dotted line shows the direction of magnetic flux.
図6に示すコア6のループ部10,11,12には、コアの磁気飽和を防ぐために、それぞれ、ギャップ長が略等しいギャップg1,g2,g3が設けられる。ループ部10においては、結合部分13に隣接する部分を除く部分、図6では結合部分13に対向する部分にギャップg1が設けられ、図中点線で示すように磁路18が形成される。ループ部11においては、結合部分13に隣接する部分を除く部分、図6では結合部分13に対向する部分にギャップg2が設けられ、図中点線で示すように磁路19が形成される。ループ部12においては、結合部分13に隣接する部分を除く部分、図6では結合部分13に対向する部分にギャップg3が設けられ、図中点線で示すように磁路20が形成される。
In order to prevent magnetic saturation of the core, gaps g1, g2, and g3 having substantially the same gap length are provided in the
このように、それぞれの磁路18,19,20に設けられるギャップはそれぞれ一つとなっており、隣接された相で兼用されるギャップは存在しない。また、ギャップg1,g2,g3のギャップ長が等しい。これにより、各相のインダクタンスは、アンバランスが生じることはなく、均等化される。
As described above, each of the
さらに、図2〜6に示す実施例のリアクトルを電力変換装置に使用することによって、電力変換装置、並びに電力変換装置と三相交流電動機からなる電動機駆動システムが発生するノイズを効果的に低減することができる。また、シールド設備を軽減できるので、電力変換装置や電動機駆動システムを小型化することができる。これにより、図1に示すような、エレベーター用の電力変換装置および電動機駆動システムでは、その設置スペースを低減できるので、エレベーターを省スペース化することができる。 Further, by using the reactor of the embodiment shown in FIGS. 2 to 6 for the power converter, the noise generated by the power converter and the motor drive system including the power converter and the three-phase AC motor is effectively reduced. be able to. Further, since the shield facility can be reduced, the power conversion device and the motor drive system can be reduced in size. Thereby, since the installation space can be reduced in the power converter for an elevator and the electric motor drive system as shown in FIG. 1, the elevator can be saved in space.
図7は、上記実施例の変形例であるリアクトルのコアを示す。本変形例のコア6は、図3に示す実施例と同様に、中央部に窓部7,8,9をそれぞれ備えて閉磁路が形成される三相分のループ部10,11,12を有している。また、本変形例のコア6は、図3に示す実施例とは異なり、各ループ部10,11,12は、図7に示すように、コア6の上面側(下面側)において、略Y字状に配列される。すなわち、ループ部10,11,12は、コア6の上面側(下面側)において、結合部分13から放射状に伸びる。隣り合うループが伸びる方向どうしは略120度の角度をなしており、3相分のループ部10,11,12は、回転対称に配置される。なお、図示を省略しているが、導線およびその巻線などの他の構成は、図3の実施例と同様である。
FIG. 7 shows a reactor core which is a modification of the above embodiment. As in the embodiment shown in FIG. 3, the
図8は、上記実施例の他の変形例であるリアクトルのコアを示す。本変形例のコア6は、図3に示す実施例と同様に、中央部に窓部7,8,9をそれぞれ備えて閉磁路が形成される三相分のループ部10,11,12を有している。また、本変形例のコア6は、図3に示す実施例とは異なり、さらに、中央部に窓部21備えて閉磁路が形成される接地線用のループ部22を有している。このループ部22には、接地線用の導線が、窓部21を通して巻き回される。そして、各ループ部10,11,12,22は、図8に示すように、コア6の上面側(下面側)において、略十字状に配列される。なお、図示を省略しているが、三相分の導線およびその巻線などの他の構成は、図3の実施例と同様である。
FIG. 8 shows a reactor core which is another modification of the above embodiment. As in the embodiment shown in FIG. 3, the
これらの変形例によっても、同様に、各相のインダクタンスは、容易に均等化される。さらに、これら変形例のリアクトルを電力変換装置に使用することによって、電力変換装置や電動機駆動システムが発生するノイズを効果的に低減することができると共に、電力変換装置や電動機駆動システムを小型化することができる。さらに、エレベーター用の電力変換装置や電動機駆動システムでは、その設置スペースを低減できるので、エレベーターを省スペース化することができる。 Similarly, with these modifications, the inductance of each phase is easily equalized. Furthermore, by using the reactor of these modified examples for a power converter, noise generated by the power converter and the motor drive system can be effectively reduced, and the power converter and the motor drive system can be downsized. be able to. Furthermore, since the installation space can be reduced in the power converter for an elevator and the motor drive system, the elevator can be saved in space.
なお、本発明は前述した実施例および変形例に限定されるものではなく、他の様々な変形例が含まれる。例えば、前述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、実施例および変形例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置き換えをすることが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, and includes various other modifications. For example, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. In addition, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configurations of the embodiment and the modified example.
例えば、コアのループ部において、導線を巻き回す位置やギャップを設ける位置は適宜変更しても良い。 For example, in the loop portion of the core, the position where the conductive wire is wound and the position where the gap is provided may be changed as appropriate.
1 インバータ装置
5 三相交流電動機
6 コア
7,8,9 窓部
10,11,12 ループ部
13 結合部分
14 U相導体
15 V相導体
16 W相導体
18,19,20 磁路
21 窓部
22 ループ部
50 シーブ
51 転向プーリ
52 主ロープ
53 乗りかご
54 釣り合い錘
100 リアクトル
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記磁性体コア部は、それぞれ中央部に窓部を有し、閉磁路を構成する、交流三相分のループ部を有し、
前記三相分のループ部は、略同一形状および略同一寸法であり、かつ矩形状枠体部から構成され、
前記三相分のループ部を構成する3個の前記矩形状枠体部の各一辺が、結合部分によって一体的に結合されて、一体の前記磁性体コア部が構成され、
前記三相分のループ部は、前記結合部分に対してそれぞれ異なる方向に伸びるように配置され、
前記各ループ部には、前記窓部を通して前記導線が巻回され、
前記三相分のループ部内に、それぞれ一つのみギャップ部を有し、
前記三相分のループ部内に設けられる前記ギャップ部の各々はギャップ長が等しく、
前記ギャップ部は、前記三相分のループ部において、前記結合部分に隣接する部分を除く部分であって前記結合部分に対向する部分のみに設けられることを特徴とするリアクトル。 In a reactor comprising a magnetic core part and a conducting wire wound around the magnetic core part,
Each of the magnetic core parts has a window part in the center part, and has a loop part for AC three-phases constituting a closed magnetic circuit,
The three-phase loop portion has substantially the same shape and substantially the same size, and is composed of a rectangular frame body portion,
One side of each of the three rectangular frame portions constituting the three-phase loop portion is integrally coupled by a coupling portion to constitute the integral magnetic core portion,
Loop portion of the three phases is disposed to extend in different directions relative to the front Symbol binding moiety,
In each loop part, the conducting wire is wound through the window part ,
In the loop portion for the three phases, each has only one gap portion,
Each of the gap portions provided in the loop portion for the three phases has the same gap length,
The reactor is characterized in that the gap portion is provided only in a portion of the three-phase loop portion excluding a portion adjacent to the coupling portion and facing the coupling portion .
前記リアクトルは、請求項1乃至6のいずれか一項に記載されるリアクトルであることを特徴とする電力変換装置。The said reactor is a reactor as described in any one of Claims 1 thru | or 6. The power converter device characterized by the above-mentioned.
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