JP2013232996A

JP2013232996A - インバータ装置及びインバータ受電装置

Info

Publication number: JP2013232996A
Application number: JP2012102240A
Authority: JP
Inventors: Jun Takahashi; 潤高橋; Osamu Yokoi; 修横井
Original assignee: Toshiba Schneider Inverter Corp
Current assignee: Toshiba Schneider Inverter Corp
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2012-04-27
Publication date: 2013-11-14

Abstract

【課題】小型化及び低価格化を実現し、さらに、配線工数の削除、配線不良の防止及び保守性の向上を実現する。
【解決手段】インバータ装置１は、モータＡ２に交流電圧を出力する主回路２と、その主回路２の内部に設けられ、モータＡ２からの回生エネルギーを非接触給電により主回路２の外部に供給するインバータ給電部１６と、主回路２の外部に設けられ、インバータ給電部１６により供給される回生エネルギーを受け取るインバータ受電部３Ａとを備える。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、インバータ装置及びインバータ受電装置に関する。

インバータ装置は、任意の周波数及び電圧の交流電圧供給によりモータを駆動する装置である。このインバータ装置により回転するモータを減速させる場合には、回生エネルギーが発生するが、この回生エネルギーはモータからインバータ装置に戻ってくる。このとき、回生エネルギーによってインバータ装置の直流部の電圧が上昇することになるが、回生量が大きい場合には直流部の電圧が設計値以上となることで、インバータ装置内の回路が故障する恐れがある。そこで、モータからの回生エネルギーを消費してインバータ装置の故障を防止することが行われている。

この回生エネルギーの消費方法としては、回生放電抵抗器により回生エネルギーを消費する技術が提案されている。この技術では、回生放電抵抗器の他に、回生放電抵抗器の電流のＯＮ／ＯＦＦ（回生放電抵抗器に電流を流すか否か）を制御する駆動回路が利用されるが、この駆動回路や回生放電抵抗器をインバータ装置の内部に設ける場合、また、他の装置として外部に接続する場合、あるいは、回生放電抵抗器をインバータ装置の外部に接続し、駆動回路をインバータ装置の内部に設ける場合の三通りがある。なお、回生放電抵抗器や駆動回路を外部に設ける場合には、通常、その回生放電抵抗器や駆動回路とインバータ装置とを有線（例えば、導線やブスバーなど）により接続する必要がある。

一方、近年では、非接触給電装置が産業用や民生用として徐々に普及してきている。この非接触給電装置としては、過電圧防止を目的として、逆起電力によって過電圧の発生を阻止する過電圧保護機能を具備する非接触電源装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−０９６８５３号公報

しかしながら、前述のように、回生放電抵抗器や駆動回路がインバータ装置の内部に設けられた場合には、インバータ装置が大型化してしまう。特に、回生放電抵抗器がインバータ装置の内部に設けられた場合には、回生放電抵抗器により発生する熱が周辺回路に悪影響を及ぼすことを防止するため、回生放電抵抗器と周辺回路との離間距離を十分に取る必要があることから、インバータ装置は大型化してしまう。また、回生制動が不要なユーザにとっては、インバータ装置に余分な回路が組み込まれていることになるため、その分コストが増加してしまう。

一方、回生放電抵抗器や駆動回路がインバータ装置の外部に設けられた場合には、それらを有線により接続するため、客先における配線工数が増加してしまう。また、配線作業が必要となるため、作業時に接続間違いや接続不良などの配線不良が発生することがある。さらに、経年時のネジの緩みや線の損傷あるいは劣化が生じることもあり、保守性が不十分となる。

本発明が解決しようとする課題は、小型化及び低価格化を実現することができ、さらに、配線工数の削除、配線不良の防止及び保守性の向上を実現することができるインバータ装置及びインバータ受電装置を提供することである。

実施形態に係るインバータ装置は、モータに交流電圧を出力する主回路と、主回路の内部に設けられ、モータからの回生エネルギーを非接触給電により主回路の外部に供給するインバータ給電部と、主回路の外部に設けられ、インバータ給電部により供給される回生エネルギーを受け取るインバータ受電部とを備える。

実施形態に係るインバータ装置は、第１のモータに交流電圧を出力する第１の主回路と、第１の主回路の内部に設けられ、第１のモータからの回生エネルギーを非接触給電により第１の主回路の外部に供給するインバータ給電部と、第２のモータに交流電圧を出力する第２の主回路と、第２の主回路の内部に設けられ、インバータ給電部により供給される回生エネルギーを受け取るインバータ受電部とを備える。

実施形態に係るインバータ装置は、モータに交流電圧を出力する主回路と、主回路の内部に設けられ、モータからの回生エネルギーを非接触給電により主回路の外部に供給するインバータ給電部とを備える。

実施形態に係るインバータ受電装置は、モータに交流電圧を出力する主回路から非接触給電により供給される回生エネルギーを受け取る。

実施形態に係るインバータ装置は、モータに交流電圧を出力する主回路と、主回路の内部に設けられ、主回路の外部から非接触給電により供給される回生エネルギーを受け取るインバータ受電部とを備える。

実施形態に係るインバータ装置は、モータに交流電圧を出力する主回路と、主回路の内部に設けられ、モータからの回生エネルギーを非接触給電により主回路の外部に供給するインバータ給電部と、主回路の内部に設けられ、主回路の外部から非接触給電により供給される回生エネルギーを受け取るインバータ受電部とを備える。

第１の実施形態に係るインバータ装置の概略構成を示す図である。第１の実施形態に係るインバータ装置が備えるインバータ給電部及びインバータ受電部の概略構成を示す図である。第２の実施形態に係るインバータ装置の概略構成を示す図である。第２の実施形態に係るインバータ装置が備えるインバータ受電部の概略構成を示す図である。

（第１の実施形態）
第１の実施形態について図１及び図２を参照して説明する。

図１に示すように、第１の実施形態に係るインバータ装置１は、三相交流電源Ａ１からの交流電圧を任意の周波数及び電圧に変換してモータＡ２に出力する主回路２と、その主回路２を介してモータＡ２からの回生エネルギーを非接触給電により受電するインバータ受電部３Ａとを備えている。なお、インバータ受電部３Ａは、主回路２の外部装置であるインバータ受電装置として機能する。

主回路２は、三相交流電源Ａ１から供給される交流電圧を整流して電源線１１及び１２間に出力する整流回路１３と、電源線１１及び１２間に接続された平滑用のコンデンサ１４と、電源線１１及び１２間の直流電圧を交流電圧に変換してモータＡ２に供給するインバータ回路１５と、モータＡ２からの回生エネルギーをインバータ受電部３Ａに供給するインバータ給電部１６とを備えている。

整流回路１３は、ダイオード１３ａを三相ブリッジ接続することにより構成されており、コンバータ回路として機能する。また、インバータ回路１５は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などのスイッチング素子１５ａを三相ブリッジ接続すると共に、各スイッチング素子１５ａに対して還流ダイオード１５ｂを並列接続することによって構成されている。このインバータ回路１５には、スイッチング素子１５ａ用のゲート信号が制御部（図示せず）から入力される。これにより、インバータ回路１５は制御部により制御され、Ｖ／ｆ（電圧／周波数）一定制御に代表されるようなモータ制御が行われる。

インバータ給電部１６は、図２に示すように、駆動回路１６ａ及び非接触給電用のコイル１６ｂを有しており、主回路２の内部に設けられている。このインバータ給電部１６は、駆動回路１６ａにより任意の周波数でスイッチングを行い、非接触給電用のコイル１６ｂの電磁誘導により電流を磁束に変え、外部に磁界を発生させる。すなわち、インバータ給電部１６は、モータＡ２の回生動作時のエネルギー（回生エネルギー）を主回路２の外部装置であるインバータ受電部３Ａに供給可能に構成されており、非接触給電用の回路部として機能する。

駆動回路１６ａは、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの一個のスイッチング素子により構成されている。この駆動回路１６ａには、スイッチング素子用のゲート信号が制御部（図示せず）から入力される。これにより、モータＡ２からの回生エネルギーにより電源線１１及び１２間の直流電圧が上昇し、この電圧があらかじめ設定した閾値を超えると、その回生エネルギーを非接触給電によりインバータ受電部３Ａに供給するような給電制御が行われる。

インバータ受電部３Ａは、図２に示すように、非接触受電用のコイル３ａ、ダイオード３ｂ及び回生エネルギー消費用の回生放電抵抗器３ｃを有している。このインバータ受電部３Ａでは、インバータ給電部１６の非接触給電用のコイル１６ｂにより発生する磁束が媒体とされ、非接触受電用のコイル３ａに起電力が生じて電流が流れる。このとき、インバータ受電部３Ａは、その電流が流れる向きをダイオード３ｂにより制限し、回生エネルギー消費用の回生放電抵抗器３ｃにより電気エネルギーを熱エネルギーに変換して消費する。すなわち、インバータ受電部３Ａは、インバータ給電部１６から回生エネルギーを非接触で受電し消費可能に構成されており、非接触受電用の回路部として機能する。これにより、インバータ受電部３Ａは主回路２に対して非接触で接続されることになる。

このような構成のインバータ装置１では、三相交流電源Ａ１からの三相交流電圧が整流回路１３によって直流電圧に変換され、コンデンサ１４によって平滑化される。平滑化された直流電圧はインバータ回路１５によって任意の三相交流電圧に変換されてモータＡ２に出力され、モータＡ２が駆動される。

このとき、例えば、回転するモータＡ２を減速させると、回生エネルギーが発生する。その発生した回生エネルギーはモータＡ２から主回路２に戻ってくる。この回生エネルギーにより電源線１１及び１２間の直流電圧が上昇し、この電圧があらかじめ設定した閾値を超えると、駆動回路１６ａにより任意の周波数でスイッチングが行われ、非接触給電用のコイル１６ｂの電磁誘導により磁束が得られる。この磁束が媒体とされ、非接触受電用のコイル３ａに起電力が生じて電流が流れる。この電流は流れる向きがダイオード３ｂにより制限されて回生放電抵抗器３ｃを流れる。このとき、電気エネルギーが回生放電抵抗器３ｃにより熱エネルギーに変換されて消費される。

以上説明したように、第１の実施形態によれば、非接触給電によりインバータ受電部３Ａを主回路２の外部に設けることが可能となるので、主回路２の大型化を抑止することができ、さらに、ユーザが回生制動を不要とする場合には、インバータ受電部３Ａを設置しなければ良く、コストも抑えることができる。加えて、主回路２とインバータ受電部３Ａとの接続を配線レスで行うことが可能となるため、配線工数の削減を実現することができ、さらに、経年時のネジの緩みや線（例えば、導線やブスバーなど）の損傷あるいは劣化を注視する必要がなく、保守性を向上させることができる。

ここで、前述の非接触給電の方法としては、主に三方式、すなわち電磁誘導型、電波受信型及び共鳴（共振）型が挙げられるが、いずれの方式が用いられても良い。なお、前述の非接触給電では、一例として電磁誘導型が用いられている。

（第２の実施形態）
第２の実施形態について図３及び図４を参照して説明する。なお、第２の実施形態では、第１の実施形態との相違点について説明し、第１の実施形態で説明した部分と同一部分は同一符号で示し、その説明も省略する。

図３に示すように、第２の実施形態に係るインバータ装置１は、三相交流電源Ａ１ａからの交流電圧を任意の周波数及び電圧に変換して第１のモータＡ２ａに出力する第１の主回路２Ａと、三相交流電源Ａ１ｂからの交流電圧を任意の周波数及び電圧に変換して第２のモータＡ２ｂに出力する第２の主回路２Ｂとを備えている。

第１の主回路２Ａは、第１の実施形態に係る主回路２と同じ構造を有している。また、第２の主回路２Ｂは、第１の主回路２Ａと基本的に同じ構造であるが、インバータ給電部１６に替えてインバータ受電部３Ｂを備えている。

インバータ受電部３Ｂは、図４に示すように、非接触受電用のコイル３ａ及びダイオード３ｂを有しており、第２の主回路２Ｂの内部に設けられている。このインバータ受電部３Ｂでは、インバータ給電部１６の非接触給電用のコイル１６ｂ（図２参照）により発生する磁束が媒体とされ、非接触受電用のコイル３ａに起電力が生じて電流が流れる。このとき、インバータ受電部３Ｂは、その電流が流れる向きをダイオード３ｂにより制限し、電気エネルギーを第２のモータＡ２ｂの力行動作中のエネルギーとして利用する。すなわち、インバータ受電部３Ｂは、インバータ給電部１６から回生エネルギーを非接触で受電して第２のモータＡ２ｂの駆動に使用可能に構成されており、非接触受電用の回路部として機能する。

このような構成のインバータ装置１では、第１の主回路２Ａにおいて、三相交流電源Ａ１ａからの三相交流電圧が整流回路１３によって直流電圧に変換され、コンデンサ１４によって平滑化される。平滑化された直流電圧はインバータ回路１５によって任意の三相交流電圧に変換されて第１のモータＡ２ａに出力され、第１のモータＡ２ａが駆動される。

同様に、第２の主回路２Ｂでも、三相交流電源Ａ１ｂからの三相交流電圧が整流回路１３によって直流電圧に変換され、コンデンサ１４によって平滑化される。平滑化された直流電圧はインバータ回路１５によって任意の三相交流電圧に変換されて第２のモータＡ２ｂに出力され、第２のモータＡ２ｂが駆動される。

このとき、例えば、第１の主回路２Ａにおいて、回転する第１のモータＡ２ａを減速させると、回生エネルギーが発生する。その発生した回生エネルギーは第１のモータＡ２ａから第１の主回路２Ａに戻ってくる。この回生エネルギーにより電源線１１及び１２間の直流電圧が上昇し、この電圧があらかじめ設定した閾値を超えると、駆動回路１６ａ（図２参照）により任意の周波数でスイッチングが行われ、非接触給電用のコイル１６ｂ（図２参照）の電磁誘導により磁束が得られる。この磁束が媒体とされ、第２の主回路２Ｂにおけるインバータ受電部３Ｂの非接触受電用のコイル３ａに起電力が生じて電流が流れる。その電流は流れる向きがダイオード３ｂにより制限され、電気エネルギーが第２のモータＡ２ｂの回転に用いられて消費される。

このように、第２のモータＡ２ｂが力行動作中である場合には、第１のモータＡ２ａからの回生エネルギーがインバータ給電部１６の非接触給電によりインバータ受電部３Ｂに供給される。このとき、インバータ給電部１６の駆動回路１６ａ（図２参照）には、第１の実施形態と同様に、スイッチング素子用のゲート信号が制御部（図示せず）から入力されるが、制御部は、第２のモータＡ２ｂに係る回転情報（例えば、回転速度）などの各種情報に基づいて、第２のモータＡ２ｂが力行動作中であるか否かを把握することが可能である。

以上説明したように、第２の実施形態によれば、前述の第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。特に、第１の実施形態に比べ、回生放電抵抗器３ｃにより消費させていたエネルギーを他の力行動作中のモータ、すなわち第２のモータＡ２ｂに供給することが可能となるため、エネルギーを有効に活用することができ、その結果、省エネルギー化を実現することができる。さらに、ユーザは第１の主回路２Ａ及び第２の主回路２Ｂのインバータ同士を隣り合わせて設置すれば良いので（この設置はサイド・バイ・サイドと呼ばれる）、容易に配線レスを実現することが可能であり、ユーザの省力化を図ることができる。

なお、サイド・バイ・サイドの設置において、例えば、２００Ｖや４００Ｖのように異なる電圧クラスのインバータ同士を用いた場合には、有線により直接直流部を接続することは不可能となるが、このような場合でも、非接触給電の利用により配線レスで接続することが可能となる。このように非接触給電を用いて、近接するインバータ間で一方の回生を利用して他方の力行を行うことができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

前述の第１の実施形態では、インバータ装置１を主回路２とインバータ受電部３Ａにより構成しているが、これに限るものではなく、例えば、インバータ装置１を主回路２のみで構成するようにしても良い。また、前述の第２の実施形態では、インバータ装置１を主回路２Ａ及び主回路２Ｂにより構成しているが、これに限るものではなく、例えば、インバータ装置１を主回路２Ａのみで構成するようにしても良く、あるいは、主回路２Ｂのみで構成するようにしても良い。

また、前述の第２の実施形態では、第１の主回路２Ａ内にインバータ給電部１６を設け、第２の主回路２Ｂ内にインバータ受電部３Ｂを設けているが、これに限るものではなく、例えば、第１の主回路２Ａ内にインバータ給電部１６に加えてインバータ受電部３Ｂを設け、さらに、第２の主回路２Ｂ内にインバータ受電部３Ｂに加えてインバータ給電部１６を設けるようにしても良い。この場合には、第２のモータＡ２ｂからの回生エネルギーが第２の主回路２Ｂ内のインバータ給電部１６の非接触給電により第１の主回路２Ａ内のインバータ受電部３Ｂに供給されることになる。これにより、第１の主回路２Ａ及び第２の主回路２Ｂは互いに回生エネルギーを授受することができる。

１…インバータ装置、２…主回路、２Ａ…第１の主回路、２Ｂ…第２の主回路、３Ａ…インバータ受電部、３Ｂ…インバータ受電部、１６…インバータ給電部、Ａ２…モータ、Ａ２ａ…第１のモータ、Ａ２ｂ…第２のモータ

Claims

モータに交流電圧を出力する主回路と、
前記主回路の内部に設けられ、前記モータからの回生エネルギーを非接触給電により前記主回路の外部に供給するインバータ給電部と、
前記主回路の外部に設けられ、前記インバータ給電部により供給される前記回生エネルギーを受け取るインバータ受電部と、
を備えることを特徴とするインバータ装置。
第１のモータに交流電圧を出力する第１の主回路と、
前記第１の主回路の内部に設けられ、前記第１のモータからの回生エネルギーを非接触給電により前記第１の主回路の外部に供給するインバータ給電部と、
第２のモータに交流電圧を出力する第２の主回路と、
前記第２の主回路の内部に設けられ、前記インバータ給電部により供給される前記回生エネルギーを受け取るインバータ受電部と、
を備えることを特徴とするインバータ装置。
前記インバータ給電部は、前記第２のモータが力行動作中である場合、前記第１のモータからの回生エネルギーを非接触給電により前記インバータ受電部に供給することを特徴とする請求項２記載のインバータ装置。
モータに交流電圧を出力する主回路と、
前記主回路の内部に設けられ、前記モータからの回生エネルギーを非接触給電により前記主回路の外部に供給するインバータ給電部と、
を備えることを特徴とするインバータ装置。
モータに交流電圧を出力する主回路から非接触給電により供給される回生エネルギーを受け取ることを特徴とするインバータ受電装置。
モータに交流電圧を出力する主回路と、
前記主回路の内部に設けられ、前記主回路の外部から非接触給電により供給される回生エネルギーを受け取るインバータ受電部と、
を備えることを特徴とするインバータ装置。
モータに交流電圧を出力する主回路と、
前記主回路の内部に設けられ、前記モータからの回生エネルギーを非接触給電により前記主回路の外部に供給するインバータ給電部と、
前記主回路の内部に設けられ、前記主回路の外部から非接触給電により供給される回生エネルギーを受け取るインバータ受電部と、
を備えることを特徴とするインバータ装置。