JP6228515B2 - リアクトル並びにそれを用いた電力変換装置 - Google Patents

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。

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。

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。

特開２００９−１３５２７１号公報 特開２０１１−１１９４７７号公報

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。

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。

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。

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。

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。

本発明の一実施例によるエレベーター用電力変換装置の回路図である。 本実施例のリアクトルのコアを示す正面図である。 本実施例のリアクトルのコアを示す平面図である。 本実施例のリアクトルの平面図である。 本実施例のリアクトルの斜視図である。 コアにギャップが設けられる場合の磁路を示す。 一変形例であるリアクトルのコアを示す。 他の変形例であるリアクトルのコアを示す。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

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。

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。

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。

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。

以下、リアクトルの構成について説明する。

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。

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。

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。

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ｗ_１０，ｗ_１２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ｗ_１０，ｗ_１２の方向にその厚みｔ_１１の方向を合わせて配置される。

コア６は、結合部分１３からそれぞれ異なる方向に、幅（ｗ_１０，ｗ_１１，ｗ_１２）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。

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。

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）。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (8)

1. 磁性体コア部と、前記磁性体コア部に巻き回される導線と、を備えるリアクトルにおいて、
   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。
2. 請求項１において、前記結合部分には、前記三相分のループ部の各々における前記窓部を通して、接地線用の導線が巻き回されることを特徴とするリアクトル。
3. 請求項１または請求項２において、前記三相分のループ部は、前記磁性体コア部の上面側において、略Ｔ字状に配置されることを特徴とするリアクトル。
4. 請求項１または請求項２において、前記三相分のループ部は、前記磁性体コア部の上面側において、略Ｙ字状に配置されることを特徴とするリアクトル。
5. 請求項１において、さらに前記磁性体コア部は、接地用の導線が巻き回される接地線用ループ部を備えることを特徴とするリアクトル。
6. 請求項５において、前記三相分のループ部および前記接地線用ループ部は、前記磁性体コア部の上面側において、略十字状に配置されることを特徴とするリアクトル。
7. 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、前記インバータ装置の三相交流出力と前記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、を備える電力変換装置において、
   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。
8. 請求項７において、前記三相交流電動機はエレベーター用巻上機を駆動することを特徴とする電力変換装置。

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