JP2014183320A - チョークおよび電力変換器 - Google Patents

Abstract

【課題】市場で利用できる標準的な体積の制約を克服することによってコモンモードフィルタリングおよびディファレンシャルフィルタリングを可能にするチョークを提供する。
【解決手段】下部５と上部４との間で延びる３つの分岐部１、２、３を備える強磁性コアと、第１の側方分岐部１の周囲に巻回される第１のコイルｂ１と、第２の側方分岐部３の周囲に巻回される第２のコイルｂ３と、第１の側方分岐部は、第１の空隙ｅ１によって上部から離間されるとともに、第２の空隙ｅ１０によって下部から離間され、第２の側方分岐部は、第１の空隙ｅ３によって上部から離間されるとともに、第２の空隙ｅ３０によって下部５から離間され、中央分岐部は、第１の空隙ｅ２によって上部から離間されるとともに、第２の空隙ｅ２０によって下部５から離間される、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、ディファレンシャルモードおよびコモンモードでフィルタ処理するように作られたチョークに関する。

周知のように、電力変換器は、ＤＣ電圧源により給電されるＤＣ電力供給バスと、バスのＤＣ電圧を一定の値に維持するように意図されたバスキャパシタと、バスを介して供給されるＤＣ電圧を電気負荷を対象とした可変電圧へと変換するように意図されたインバータモジュールとを備える。変速駆動型の電力変換器において、ＤＣ電圧源は、配電網に接続されるとともに配電網により供給されるＡＣ電圧を整流してＤＣ電圧をＤＣ電力供給バスに印加するように意図された整流モジュールを備える。

また、ＴＨＤｉ（“電流の全高調波歪み”）およびＰＷＨＤ（“部分重み付け高調波歪み”）に作用するように、チョークをＤＣ電力供給バスに接続することも既知の実践である。

ＴＨＤｉは、電流モード高調波歪み率に対応し、したがって、基本波電流のＲＭＳ値に関連する高調波のＲＭＳ値を表す。それに関する限り、ＰＷＨＤは、高周波の高調波、特に１４〜４０のランクの高調波に対してより大きな重みを与える重み付けをもたらす。

ディファレンシャルモードおよびコモンモードでフィルタ処理できるようにする結合チョークを作り出すことは、従来技術から知られる（図１Ａおよび図１Ｂ）。このタイプのチョークは、上部４０と、下部５０により連結される３つの分岐部１０，２０，３０とを備える強磁性コアを備え、３つの分岐部のそれぞれは空隙によって上部から離間される。第１のコイルｂ１０が側方分岐部のうちの一方の周囲に巻回され、また、第２のコイルｂ３０が他方の側方分岐部の周囲に巻回され、中央分岐部は剥き出しのままである。これらのチョーク構成は、しばしば、標準サイズの磁性板を積み重ねることによって形成される。標準的な磁性板が三相チョークの磁性板である場合には、３つの分岐部が同一であり、３つの空隙も同一である（図１Ａ）。そこから分かるように、このチョークのコモンモードフィルタリング特性は、そのディファレンシャルモードフィルタリング特性によって完全に設定される。また、使用される標準的な磁性板が単相チョークの磁性板である場合、中央分岐部は、２つの側方分岐部のサイズと比べて不釣り合いなサイズである（図１Ｂ）。

その結果、コモンモードフィルタリングおよびディファレンシャルモードフィルタリングを独立に調整することによって異なる分岐部のサイズが最適化される強磁性コアの設計は、機械加工され得る或いは鋳造され得る材料の使用を要する。

特開平１１−２０４３５５号公報は、それに関する限り、システムで利用できる磁気回路から利益を得るために２つのチョークをたった１つのチョークにまとめることができるようにする解決策について記載する。

特開平１１−２０４３５５号公報

本発明の目的は、市場で利用できる標準的な体積の制約を克服することによってコモンモードフィルタリングおよびディファレンシャルモードフィルタリングを可能にするチョークを提案することである。本発明のチョークは、特に、磁性板を積み重ねることによって製造することができる。

この目的は、
−下部と上部との間で延びる３つの分岐部を備え、前記３つの分岐部が第１の側方分岐部、第２の側方分岐部、および、中央分岐部を備える、強磁性コアと、
−第１の側方分岐部の周囲に巻回される第１のコイルと、
−第２の側方分岐部の周囲に巻回される第２のコイルと、
を備えるディファレンシャルモード及びコモンモードチョークであって、
−第１の側方分岐部は、第１の空隙によって上部から離間されるとともに、第２の空隙によって下部から離間され、
−第２の側方分岐部は、第１の空隙によって上部から離間されるとともに、第２の空隙によって下部から離間され、
−中央分岐部は、第１の空隙によって上部から離間されるとともに、第２の空隙によって下部から離間され、
−前記第１のコイル（ｂ１）が第１のインダクタンス値を有し、
−前記第２のコイル（ｂ３）が第１のインダクタンス値に等しい第２のインダクタンス値を有する、
ことを特徴とするディファレンシャルモード及びコモンモードチョークによって達成される。

特定の特徴によれば、第１の側方分岐部および第２の側方分岐部は、磁性板を積み重ねることによって、または、磁性材料を機械加工する或いは鋳造することによって製造される。

他の特定の特徴によれば、中央分岐部は、磁性板を積み重ねることによって、または、磁性材料を機械加工する或いは鋳造することによって製造される。

他の特定の特徴によれば、上部および下部は、磁性板を積み重ねることによって、または、磁性材料を機械加工する或いは鋳造することによって製造される。

また、本発明は、電気負荷に接続されるように意図されているとともに、
−第１の電力供給ラインと第２の電力供給ラインとを備えるＤＣ電力供給バスと、
−第１の電力供給ラインと第２の電力供給ラインとに接続されるとともに、ＤＣ電力供給バスでＤＣ電圧を一定に維持するように意図されたバスキャパシタと、
−バスキャパシタの下流側で、ＤＣ電力供給バスに接続されるとともに、ＤＣ電圧を電気負荷に印加されるべき可変電圧へと変換するように意図されたインバータモジュールと、
−前述したチョークと同等のディファレンシャルモード及びコモンモードチョークであって、第１のコイルが第１の電力供給ラインに直列に接続され、第２のコイルが第２の電力供給ラインに直列に接続される、ディファレンシャルモード及びコモンモードチョークと、
を備え、
−前記第１のコイルは、第１の側方分岐部の周囲に巻回されて、第１のコモンモード磁束を中央分岐部に所定の方向で生成できるとともに第１のディファレンシャルモード磁束を中央分岐部に所定の方向で生成できるように第１の電力供給ラインに接続され、
−前記第２のコイルは、第１のコモンモード磁束の方向と同じ方向で、中央分岐部において循環する第１のコモンモード磁束と同一の第２のコモンモード磁束を生成できるとともに、第１のディファレンシャルモード磁束の方向と反対の方向で中央分岐部に第２のディファレンシャルモード磁束を生成できるように、第２の側方分岐部の周囲に巻回され、それにより、中央分岐部にはゼロの合成ディファレンシャルモード磁束が形成される、
電力変換器に関する。

他の特徴および利点は、以下の詳細な説明から添付図面に照らして明らかになる。

図１Ａは、従来技術から知られる２つのチョーク構成を表す。 図１Ｂは、従来技術から知られる２つのチョーク構成を表す。 本発明のチョークを表し、前記チョークにおけるコモンモード磁束およびディファレンシャルモード磁束の経路を示す。 本発明のチョークを備える電力変換器を表す。

図１Ａおよび図１Ｂは、既に前述した従来技術から知られるチョーク構成を表す。

図２を参照すると、本発明のチョークは、ディファレンシャルモードフィルタリングおよびコモンモードフィルタリングを可能にする。また、本発明のチョークは、ディファレンシャルモードインダクタンスの値とは無関係にコモンモードインダクタンスの値を設定できるという利点を与える。本発明のチョークは、数字８の形状を成す強磁性コアを備える（図２に書き記されている）。したがって、本発明のチョークは、上部４と、下部５と、上部４と下部５との間で延びる３つの側方分岐部１，２，３とを備える。この場合、３つの分岐部は、第１の側方分岐部１、第２の側方分岐部３、および、中央分岐部２を有するように上部と下部との間に配置される。

優先的に、第１の側方分岐部１および第２の側方分岐部３は、同一であり、したがって、１つの同じ厚さを有する。中央分岐部２は、それを受け入れる電気器具のＥＭＣ（電磁適合性）要件に応じて可変サイズを有することができる。そのため、中央分岐部２は、側方分岐部１，３のサイズの０〜１００％の範囲のサイズを有することができる。

本発明によれば、第１の側方分岐部１は、第１の空隙ｅ１によって上部４から離間されるとともに、第２の空隙ｅ１０によって下部５から離間される。

第２の側方分岐部３は、第１の空隙ｅ３によって上部４から離間されるとともに、第２の空隙ｅ３０によって下部５から離間される。

中央分岐部２は、第１の空隙ｅ２によって上部４から離間されるとともに、第２の空隙ｅ２０によって下部５から離間される。

したがって、本発明によれば、３つの分岐部１，２，３は上部４および下部５に対して独立している。そのため、これらの分岐部のサイズを独立に調整すること、したがって、それぞれの分岐部によって行われるフィルタリングのインダクタンスの値を設定することは容易である。また、分岐部を独立に形成することにより、これらの分岐部を異なる方法にしたがって製造することができ、それにより、材料の無駄が最小限に抑えられる。したがって、磁性板を組み立てることによって或いは磁性材料を機械加工する或いは鋳造することによってチョークの３つの分岐部１，２，３を製造することができる。同様に、磁性板を組み立てることによって或いは磁性材料を機械加工する或いは鋳造することによって上部４および下部５を製造することができる。

本発明によれば、第１のコイルｂ１が第１の側方分岐部の周囲に巻回され、また、第２のコイルｂ３が第２の側方分岐部の周囲に巻回される。中央分岐部はコイルを何ら支持しない（図２）。本発明によれば、第１のコイルｂ１は、第２のコイルｂ３のインダクタンス値に等しいインダクタンス値を有する。

本発明のチョークは、特に、変速駆動型の電力変換器に接続できるように意図されている。図３を参照すると、電力変換器は、
−ＤＣ電圧源により給電されるＤＣ電力供給バスを備える。ＤＣ電力供給バスは、第１の電力供給ラインＬ１と第２の電力供給ラインＬ２とを備える。これらの２つの電力供給ラインのうちの一方がプラス電位を有し、また、これらの２つの電力供給ラインのうちの他方がマイナス電位を有する。

−バスＶｂｕｓの電圧を一定値に維持するように意図されているとともに、第１の電力供給ラインＬ１と第２の電力供給ラインＬ２とに接続されるバスキャパシタＣｂｕｓを備える。

−ＤＣ電力供給バスの下流側に接続されるとともに、バスに存在するＤＣ電圧を、電気負荷を対象とした可変電圧へと変換するように意図されたインバータモジュールＩＮＶを備える。インバータモジュールＩＮＶは複数の切り換えアームを備え、各切り換えアームは少なくとも２つの電力トランジスタを備える。

また、変速駆動型の電力変換器は、バスキャパシタＣｂｕｓの上流側に、配電網Ｒに接続されるとともに配電網Ｒにより供給されるＡＣ電圧を整流して、ＤＣ電圧をＤＣ電力供給バスに印加するように意図された整流モジュールＲＥＣも備える。

本発明によれば、電力変換器は、バスキャパシタＣｂｕｓの上流側に、ＤＣ電力供給バスに接続される本発明のチョークを備える。チョークは、その第１のコイルｂ１が第１の電力供給ラインＬ１に直列に接続され且つその第２のコイルｂ３が第２の電力供給ラインＬ２に直列に接続されるように、ＤＣ電力供給バスに接続される。

したがって、図２を参照すると、第１のコイルｂ１は、第１の側方分岐部１の周囲に巻回されて、第１のコモンモード磁束を第１の側方分岐部１に生成できるとともに中央分岐部２に所定の方向で生成でき且つ第１のディファレンシャルモード磁束を中央分岐部２に所定の方向で生成できるように、第１の電力供給ラインＬ１に接続される。第２のコイルは、第１のコモンモード磁束の方向と同じ方向で、第２の側方分岐部３および中央分岐部２において循環する第１のコモンモード磁束と同一の第２のコモンモード磁束を生成できるとともに、第１のディファレンシャルモード磁束の方向と反対の方向で中央分岐部２に第２のディファレンシャルモード磁束を生成できるように、第２の側方分岐部３の周囲に巻回され、それにより、中央分岐部２にはゼロの合成ディファレンシャルモード磁束が形成される。

したがって、図２を参照すると、ディファレンシャルモード磁束Ｆ＿ｍｄは、上部４、第２の側方分岐部３、下部５、および、第１の側方分岐部１を通過する。コモンモード磁束Ｆ＿ｍｃは、中央分岐部へ向けて、上部および下部を通過することにより各側方分岐部を通じて循環する。

そのため、中央分岐部は、コモンモードおよびＥＭＣ管理のためだけに設けられる。したがって、コイルの配置および配線は、コモンモードインダクタンス値をディファレンシャルモードインダクタンス値から切り離すことを可能にする。

このように、独立した分岐部を伴う本発明のチョークの特定の配置は、分岐部のサイズに作用するとともに分岐部と上部と下部との間に存在する空隙に作用することによってインダクタンス値を容易に設定できることを可能にし、したがって、チョークの構成を所望の用途に適合させることを可能にする。

Claims (8)

1. 下部（５）と上部（４）との間で延びる３つの分岐部（１，２，３）を備え、前記３つの分岐部が第１の側方分岐部（１）、第２の側方分岐部（３）、および、中央分岐部（２）を備える、強磁性コアと、
   前記第１の側方分岐部（１）の周囲に巻回される第１のコイル（ｂ１）と、
   前記第２の側方分岐部（３）の周囲に巻回される第２のコイル（ｂ３）と、
   を備えるディファレンシャルモード及びコモンモードチョークであって、
   前記第１の側方分岐部（１）は、第１の空隙（ｅ１）によって前記上部（４）から離間されるとともに、第２の空隙（ｅ１０）によって前記下部（５）から離間され、
   前記第２の側方分岐部（３）は、第１の空隙（ｅ３）によって前記上部（４）から離間されるとともに、第２の空隙（ｅ３０）によって前記下部（５）から離間され、
   前記中央分岐部（２）は、第１の空隙（ｅ２）によって前記上部（４）から離間されるとともに、第２の空隙（ｅ２０）によって前記下部（５）から離間され、
   前記第１のコイル（ｂ１）が第１のインダクタンス値を有し、
   前記第２のコイル（ｂ３）が前記第１のインダクタンス値に等しい第２のインダクタンス値を有する、
   ことを特徴とするディファレンシャルモード及びコモンモードチョーク。
2. 前記第１の側方分岐部（１）および前記第２の側方分岐部（３）は、磁性板を積み重ねることによって製造されることを特徴とする請求項１に記載のチョーク。
3. 前記第１の側方分岐部（１）および前記第２の側方分岐部（３）は、磁性材料を機械加工する或いは鋳造することによって製造されることを特徴とする請求項１に記載のチョーク。
4. 前記中央分岐部（２）は、磁性板を積み重ねることによって製造されることを特徴とする請求項１に記載のチョーク。
5. 前記中央分岐部（２）は、磁性材料を機械加工する或いは鋳造することによって製造されることを特徴とする請求項１に記載のチョーク。
6. 前記上部（４）および前記下部（５）は、磁性板を積み重ねることによって製造されることを特徴とする請求項１に記載のチョーク。
7. 前記上部（４）および前記下部（５）は、磁性材料を機械加工する或いは鋳造することによって製造されることを特徴とする請求項１に記載のチョーク。
8. 電気負荷（Ｃ）に接続されるように意図されているとともに、
   第１の電力供給ライン（Ｌ１）と第２の電力供給ライン（Ｌ２）とを備えるＤＣ電力供給バスと、
   前記第１の電力供給ライン（Ｌ１）と前記第２の電力供給ライン（Ｌ２）とに接続されるとともに、前記ＤＣ電力供給バスでＤＣ電圧を一定に維持するように意図されたバスキャパシタ（Ｃｂｕｓ）と、
   前記バスキャパシタ（Ｃｂｕｓ）の下流側で、前記ＤＣ電力供給バスに接続されるとともに、ＤＣ電圧を、前記電気負荷（Ｃ）に印加されるべき可変電圧へと変換するように意図されたインバータモジュール（ＩＮＶ）と、
   を備える電力変換器であって、
   該電力変換器は、請求項１から７のいずれか一項に記載のチョークと同等のディファレンシャルモード及びコモンモードチョークを備え、前記第１のコイル（ｂ１）が前記第１の電力供給ライン（Ｌ１）に直列に接続され、前記第２のコイル（ｂ３）が前記第２の電力供給ライン（Ｌ２）に直列に接続され、
   前記第１のコイル（ｂ１）は、前記第１の側方分岐部の周囲に巻回されて、第１のコモンモード磁束を前記中央分岐部（２）内に所定の方向で生成できるとともに第１のディファレンシャルモード磁束を前記中央分岐部（２）内に所定の方向で生成できるように、前記第１の電力供給ライン（Ｌ１）に接続され、
   前記第２のコイルは、前記第１のコモンモード磁束の方向と同じ方向で、前記中央分岐部（２）内において循環する前記第１のコモンモード磁束と同一の第２のコモンモード磁束を生成できるとともに、前記第１のディファレンシャルモード磁束の方向と反対の方向で前記中央分岐部（２）に第２のディファレンシャルモード磁束を生成できるように、前記第２の側方分岐部（３）の周囲に巻回され、それにより、前記中央分岐部（２）にはゼロの合成ディファレンシャルモード磁束が形成される、
   ことを特徴とする電力変換器。

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