JP2023089281A - 電力変換装置及び冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コモンモードノイズの検出信号に電力変換器のスイッチングノイズが重畳することによるコモンモードノイズに対する補償性能の悪化を抑制する。【解決手段】スイッチング素子を用いた電力変換器と、電力変換器の動作に応じて電力ラインに発生するコモンモードノイズ電流又はコモンモードノイズ電圧を検出するノイズ検出手段と、ノイズ検出手段による検出信号に基づき補償電流を生成する増幅器と、増幅器が生成した補償電流を電力ラインに出力する出力回路とを有するノイズ低減回路とを備え、電力変換器を搭載した電力変換基板と、増幅器を搭載したキャンセラ基板とは、異なる基板である、電力変換装置。【選択図】図２

Description

本開示は、電力変換装置及び冷凍装置に関する。

特許文献１には、交流電源と整流回路と平滑用コンデンサとインバ－タ回路とから成るインバ－タ装置に負荷として電動機を接続し、交流電源と整流回路との間に洩れ電流検出器を接続し、平滑用コンデンサの一端と電動機のケ－スとの間にＮＰＮ型の第１のトランジスタを接続し、電動機のケ－スと平滑用コンデンサの他端との間にＰＮＰ型の第２のトランジスタを接続し、第１及び第２のトランジスタを洩れ電流検出器の出力で駆動してコモンモ－ドノイズを打ち消すための電流を注入する、電力変換装置のノイズ低減装置が記載されている。

特許第３０４４６５０号公報

スイッチング素子を用いた電力変換器と、電力変換器の動作に応じて電力ラインに発生するコモンモードノイズの検出信号に基づき補償電流を生成する増幅器とを、同一基板に実装することが、通常の実装方法として考えられる。しかしながら、そのような実装方法では、コモンモードノイズの検出信号に電力変換器のスイッチングノイズが重畳してコモンモードノイズに対する補償性能が悪化する虞がある。

本開示は、コモンモードノイズの検出信号に電力変換器のスイッチングノイズが重畳することによるコモンモードノイズに対する補償性能の悪化を抑制することを目的とする。

本開示の電力変換装置は、スイッチング素子を用いた電力変換器と、前記電力変換器の動作に応じて電力ラインに発生するコモンモードノイズ電流又はコモンモードノイズ電圧を検出するノイズ検出手段と、当該ノイズ検出手段による検出信号に基づき補償電流を生成する増幅器と、当該増幅器が生成した補償電流を当該電力ラインに出力する出力回路とを有するノイズ低減回路とを備え、前記電力変換器を搭載した電力変換基板と、前記増幅器を搭載したキャンセラ基板とは、異なる基板である、電力変換装置である。

この電力変換装置によれば、コモンモードノイズの検出信号に電力変換器のスイッチングノイズが重畳することによるコモンモードノイズに対する補償性能の悪化を抑制することができる。

本開示の電力変換装置は、交流電源が接続される電源端子台を備え、前記ノイズ検出手段は、前記電力変換基板よりも前記電源端子台の近くに配置されている、ものであってよい。

このようにすれば、コモンモードノイズの補償効果が大きくなる。

本開示の電力変換装置は、交流電源が接続される電源端子台を備え、前記キャンセラ基板は、前記電力変換基板よりも前記電源端子台の近くに配置されている、ものであってよい。

このようにすれば、電力変換器による熱の影響を抑えつつ、コモンモードノイズを補償することができる。

本開示の電力変換装置は、前記ノイズ低減回路と前記電力変換器との間にノイズフィルタを備える、ものであってよい。

このようにすれば、電力変換器からのスイッチングノイズを低減することができる。

本開示の電力変換装置は、前記電力変換基板と前記キャンセラ基板とを収容し、アース線が接続されるアース端子と、当該アース端子と同電位となる導電部とを有する筐体を備え、前記ノイズ低減回路から補償電流を出力する端子である補償経路接続端子と、前記ノイズフィルタのアース端子とが、別々に前記筐体の前記導電部に接続されている、ものであってよい。

このようにすれば、ノイズフィルタで回収した電流から補償電流へのノイズの混入を抑制することができる。

前記補償経路接続端子が接続される前記筐体側の端子は、前記筐体のアース端子に、前記ノイズフィルタのアース端子が接続される前記筐体側の端子よりも近い、ものであってよい。

このようにすれば、補償経路のインピーダンスを低下させることができる。

前記ノイズフィルタの負荷側に、前記電力変換器とは並列に、他の電力変換器が接続されている、ものであってよい。

このようにすれば、他の電力変換器からのスイッチングノイズも併せてキャンセルすることができる。

前記ノイズフィルタが前記キャンセラ基板に実装されている、ものであってよい。

このようにすれば、補償経路のインピーダンスを低下させることができる。

前記ノイズ低減回路の電源が他の基板から前記キャンセラ基板に供給され、当該電源の供給経路にノイズ低減素子が設けられている、ものであってよい。

このようにすれば、電力変換器のスイッチングノイズのノイズキャンセラを介しての外部への流出を抑制することができる。

前記ノイズ低減回路の電源が他の基板から前記キャンセラ基板に供給される、ものであってよい。

このようにすれば、ノイズ低減回路を動作させる際のコストを低下させることができる。

前記ノイズ検出手段は、前記コモンモードノイズ電流を検出する検出コアであってよい。

このようにすれば、検出したコモンモードノイズ電流をそのまま増幅してコモンモードノイズを補償することができる。

本開示の冷凍装置は、上記の何れかの電力変換装置を備える、冷凍装置である。

この冷凍装置によれば、コモンモードノイズの検出信号に電力変換器のスイッチングノイズが重畳することによるコモンモードノイズに対する補償性能の悪化を抑制することができる。

第１の実施形態における電力変換システムの回路構成を示す図である。 第１の実施形態における電力変換システムの回路構成の変形例を示す図である。 第１の実施形態における電力変換システムの構成を模式的に示す図である。 第２の実施形態における電力変換システムの回路構成を示す図である。 第２の実施形態における電力変換システムの構成を模式的に示す図である。 第３の実施形態における電力変換システムの構成を模式的に示す図である。 第４の実施形態における電力変換システムの構成を模式的に示す図である。 第５の実施形態における電力変換システムの構成を模式的に示す図である。 第６の実施形態における電力変換システムの構成を模式的に示す図である。 第７の実施形態における電力変換システムの構成を模式的に示す図である。 本実施形態における冷凍装置の配管系統の一例を示す図である。

以下、添付図面を参照して、実施形態について詳細に説明する。

［第１の実施形態］
図１－１は、第１の実施形態における電力変換システム１の回路構成を示す図である。図示するように、電力変換システム１は、交流電源１００と、モータ２００と、電力変換装置３００とを含む。

交流電源１００は、例えば、三相３線式の商用の交流電源であり、電力変換装置３００に交流を供給する。ここでは、第一相から第三相を、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相と表記する。また、Ｒ相、Ｓ相及びＴ相を供給する電力ラインを、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の電力ラインと表記する。相を区別しない場合は電力ラインと表記する。尚、以下では、三相３線式交流を用いる場合について説明するが、三相４線式や単相交流を用いる場合であっても同様の考え方で構成できる。

モータ２００は、電力変換装置３００に接続され、負荷として三相交流で制御されるモータである。モータ２００は、例えば、ＤＣブラシレスモータであってよい。或いは、モータ２００は、他の三相交流モータであってもよい。

電力変換装置３００は、電源端子台１０と、電力変換器２０と、ノイズ低減回路３０とを含む。

電源端子台１０は、交流電源１００から交流を入力するための配線を接続する部分である。電源端子台１０は、図示しないＲ相入力端子、Ｓ相入力端子及びＴ相入力端子を備える。また、電源端子台１０は、図中、電源端子台１０から離れた位置に示しているが、外部アース線が接続されるアース端子Ｅ０も備えている場合もある。

電力変換器２０は、整流部２１と、インバータ部２３とを備える。電力変換器２０において、交流電源１００側から整流部２１、インバータ部２３の順に接続されている。そして、インバータ部２３がモータ２００に接続されている。

整流部２１は、交流電源１００から供給される交流を直流に整流する。インバータ部２３は、整流部２１から出力された直流を三相交流に変換して、モータ２００に供給する。インバータ部２３は、図示しないが、スイッチング素子を備える。スイッチング素子としては、例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor））等を用いるとよい。尚、整流部２１とインバータ部２３との間には、整流部２１から出力された直流を平滑化する平滑化部を設けてもよい。

ノイズ低減回路３０は、コモンモードノイズを検出し、フィードバックして抑制するアクティブ型のコモンモードノイズ低減回路である。ノイズ低減回路３０は、ノイズ検出部３１と、カップリングコンデンサ部３２と、直流電源部３３と、検出回路３４と、増幅器３５と、出力コンデンサ部３６とを備える。

ノイズ検出部３１は、コモンモードノイズ電流を検出する。ノイズ検出部３１の一例として検出コアがある。検出コアは、トロイダルコアに貫通させるための導線を備えるものでもよいが、ここでは、コイル（巻線）Ｌ１ｒ、Ｌ１ｓ、Ｌ１ｔ、Ｌ１ａを備えるものを例にとって説明する。

コイルＬ１ｒ、Ｌ１ｓ、Ｌ１ｔは、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の電力ライン毎に直列に接続されたコイルである。ここで、コイルとは、インダクタを構成するように螺旋（ループ）状に巻かれた導線をいう。

これらのコイルＬ１ｒ、Ｌ１ｓ、Ｌ１ｔは、電力ラインの一部を構成する導線（ワイヤ）であって、１個のトロイダルコアに巻き回されて構成されている。トロイダルコアは、例えば、断面が円形の円環状（ドーナツ形状）のフェライト等の磁性体で構成されている。トロイダルコアは鉄心と呼ばれることがある。尚、トロイダルコアは、円環状でなくともよく、四角形、三角形等の多角形の枠状であってもよい。また、断面形状も四角形、三角形等の形状であってもよい。

コイルＬ１ｒ、Ｌ１ｓ、Ｌ１ｔは、１個のトロイダルコアに互いに隣接するように巻き回されている。よって、コイルＬ１ｒ、Ｌ１ｓ、Ｌ１ｔは、相互に磁気的に結合（磁気結合）している。尚、コイルＬ１ｒ、Ｌ１ｓ、Ｌ１ｔは、図１－１に“・”で示す極性になるように巻き回されている。

コイルＬ１ａは、コイルＬ１ｒ、Ｌ１ｓ、Ｌ１ｔに磁気的に結合（磁気結合）するように設けられている。例えば、コイルＬ１ａは、１個のトロイダルコアにコイルＬ１ｒ、Ｌ１ｓ、Ｌ１ｔと隣接するよう巻き回されている。また、１個のトロイダルコアにコイルＬ１ｒ、Ｌ１ｓ、Ｌ１ｔが互いに隣接するように巻き回され、コイルＬ１ａがコイルＬ１ｒ、Ｌ１ｓ、Ｌ１ｔに重なるように巻き回されてもよい。尚、コイルＬ１ａは、図１－１に“・”で示す極性になるように巻き回されている。

コイルＬ１ｒ、Ｌ１ｓ、Ｌ１ｔに例えば図の右方向に電流が流れた場合に、コイルＬ１ａに図の左方向に電流が流れるように、コイルＬ１ｒ、Ｌ１ｓ、Ｌ１ｔ、Ｌ１ａは巻き回されている。よって、上記の“・”で示す極性とは、電流が流れ込む向きに従った極性である。

コモンモードノイズ電流は、インバータ部２３のスイッチング素子Ｓｔのスイッチングにより、モータ２００等の浮遊容量を介して、接地に対して漏れた高周波の電流である。よって、コモンモードノイズ電流は、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の電力ラインと接地（アース）との間で流れる。

コモンモードノイズ電流がコイルＬ１ｒ、Ｌ１ｓ、Ｌ１ｔに流れると、トロイダルコアを介してコイルＬ１ａにコモンモードノイズ電流に比例した電流を誘起する。この場合、コイルＬ１ｒ、Ｌ１ｓ、Ｌ１ｔとコイルＬ１ａとは、電流トランスとして機能し、コモンモードノイズ電流を検出する検出トランスを構成する。

カップリングコンデンサ部３２は、カップリングコンデンサＣｃと、コンデンサＣ１、Ｃ２とを備える。コンデンサＣ１、Ｃ２は直列接続され、直流電源部３３及び増幅器３５に並列接続されている。カップリングコンデンサＣｃの一方の３つの端子はそれぞれＲ相、Ｓ相、Ｔ相の電力ラインに接続されている。カップリングコンデンサＣｃの他方の端子は、直列接続されたコンデンサＣ１、Ｃ２の接続点に接続されている。そして、カップリングコンデンサ部３２は、カップリングコンデンサＣｃ及びコンデンサＣ１、Ｃ２を介して、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の電力ラインと増幅器３５との間に補償電流を流す経路となる。

或いは、カップリングコンデンサ部３２は、図１－２に示すように、カップリングコンデンサＣｃ１、Ｃｃ２を備えるものであってもよい。この場合、カップリングコンデンサＣｃ１の一方の３つの端子はそれぞれＲ相、Ｓ相、Ｔ相の電力ラインに接続され、カップリングコンデンサＣｃ１の他方の端子は、直流電源部３３及び増幅器３５に接続されている。カップリングコンデンサＣｃ２の一方の３つの端子はそれぞれＲ相、Ｓ相、Ｔ相の電力ラインに接続され、カップリングコンデンサＣｃ２の他方の端子は、直流電源部３３及び増幅器３５に接続されている。

直流電源部３３は、直流電源Ｖを含む。直流電源Ｖは、増幅器３５に直流電圧を供給する。

検出回路３４は、ベース抵抗Ｒｂを備える。ベース抵抗Ｒｂは、増幅器３５に流れるベース電流を制限するための抵抗である。ここでは、検出コアの接続部からベース抵抗Ｒｂの間に接続される回路を検出回路とする。

増幅器３５は、第１及び第２の電流制御素子の一例としての第１及び第２のトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２と、第１及び第２のダイオ－ドＤ１、Ｄ２とを備える。

第１のトランジスタＴｒ１は、直流電源Ｖの一端と出力コンデンサ部３６との間に接続されている。第２のトランジスタＴｒ２は、直流電源Ｖの他端と出力コンデンサ部３６との間に接続されている。第１のトランジスタＴｒ１はＰＮＰ型であり、第２のトランジスタＴｒ２はＮＰＮ型であり、第１及び第２のトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２は互いに逆の極性を有する。第１及び第２のトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のベ－ス（制御端子）はコイルＬ１ａの一方の出力ラインに接続され、第１及び第２のトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２の相互接続点はコイルＬ１ａの他方の出力ラインに接続されている。これにより、第１及び第２のトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２は互いに逆に動作する。

第１及び第２のダイオ－ドＤ１、Ｄ２は、第１及び第２のトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２を保護するためにこれ等に逆並列に接続されている。尚、第１及び第２のダイオ－ドＤ１、Ｄ２は、設けられていなくてもよい。

尚、ここでは、増幅器３５として、トランジスタを含むものを用いたが、トランジスタに限らず、オペアンプを含むものを用いてもよい。

出力コンデンサ部３６は、出力コンデンサＣｏを備える。出力コンデンサＣｏは、一端は第１及び第２のトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のエミッタ側にある接続点に接続され、他端は補償経路接続端子Ｅｃを介して筐体のアース端子Ｅ１に接続されている。尚、出力コンデンサ部３６が存在しない形態や、出力コンデンサ部３６が出力コンデンサＣｏに加えてこれと直接に接続された抵抗を有する形態を採用してもよい。或いは、出力コンデンサ部３６が電力ラインに接続され、直流電源部３３が直接又はカップリングコンデンサを介してアースに接続される形態を採用してもよい。

第１の実施形態では、検出回路３４と増幅器３５と出力コンデンサ部３６とがノイズキャンセラを構成する。

ここで、第１の実施形態における電力変換システム１の動作を説明する。

商用の交流電源１００は、電源端子台１０を介して、交流電圧を電力変換器２０に供給する。電力変換器２０において、整流部２１は、交流電源１００から供給された交流電圧を直流電圧に整流する。インバータ部２３は、スイッチング素子のオンオフの制御により、モータ２００に対して交流電圧を供給する。

その際、インバータ部２３からパルス的に電圧が印加される毎に、図示するように、モータ２００からコモンモードノイズ電流Ｉｃが流れる。ノイズ検出部３１は電力変換器２０に入力する電力ラインにおいてコモンモードノイズ電流を検出し、第１及び第２のトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２を駆動する。ノイズ検出部３１による検出電流が第１及び第２のトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のベ－スに流入すると、これが第１及び第２のトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２で増幅される。

第１のトランジスタＴｒ１がオンの時（正のコモンモードノイズ電流Ｉｃが発生した時）には、補償電流Ｉｏは、直流電源Ｖから供給され、直流電源Ｖのプラス側端子から、コンデンサＣ２、カップリングコンデンサＣｃ、交流電源１００、出力コンデンサＣｏ、第１のトランジスタＴｒ１を経由して直流電源Ｖのマイナス側端子へと繋がる電流経路（補償経路）を流れる。この場合、コモンモードノイズ電流Ｉｃ、補償電流Ｉｏ及び補償後のコモンモードノイズ電流Ｉｇは、図の矢印の方向に流れる。そして、補償電流Ｉｏは、モータ２００からのコモンモードノイズ電流Ｉｃからマイナスされることでコモンモードノイズ電流Ｉｃを低減する。言い換えれば、補償電流Ｉｏは、コモンモードノイズ電流Ｉｃを補償する。

第２のトランジスタＴｒ２がオンの時（負のコモンモードノイズ電流Ｉｃが発生した時）には、補償電流Ｉｏは、直流電源Ｖから供給され、直流電源Ｖのプラス側端子から、第２のトランジスタＴｒ２、出力コンデンサＣｏ、交流電源１００、カップリングコンデンサＣｃ、コンデンサＣ１を経由して直流電源Ｖのマイナス側端子へと繋がる電流経路（補償経路）を流れる。この場合、コモンモードノイズ電流Ｉｃ、補償電流Ｉｏ及び補償後のコモンモードノイズ電流Ｉｇは、図の矢印とは逆の方向に流れる。そして、負の補償電流Ｉｏは、モータ２００からの負のコモンモードノイズ電流Ｉｃからマイナスされることでコモンモードノイズ電流Ｉｃを低減する。言い換えれば、補償電流Ｉｏは、コモンモードノイズ電流Ｉｃを補償する。

以上説明したように、第１のトランジスタＴｒ１がオンの場合及び第２のトランジスタＴｒ２がオンの場合の何れにおいても、交流電源１００には、補償後のコモンモードノイズ電流Ｉｇが流れる。

尚、第１の実施形態では、ノイズ検出部３１がコモンモードノイズ電流を検出することとしたが、ノイズ検出部３１がコモンモードノイズ電圧を検出することとしてもよい。その場合、ノイズ低減回路３０は、ノイズ検出部３１が検出したコモンモードノイズ電圧から経路に流れるコモンモードノイズ電流を推定し、そのコモンモードノイズ電流を打ち消すように補償電流を流すとよい。

図２は、第１の実施形態における電力変換システム１の構成を模式的に示す図である。

第１の実施形態では、図示するように、電力変換器２０を搭載した電力変換基板５１０と、検出回路３４、増幅器３５及び出力コンデンサ部３６を搭載したキャンセラ基板５２０とを、異なる基板で構成している。

このように、第１の実施形態では、スイッチングノイズの発生源であるインバータ部２３と、ノイズキャンセラとを、別の基板に実装することで、インバータ部２３とノイズキャンセラとの距離が離れることとなる。これにより、コモンモードノイズの検出信号に対するインバータ部２３のスイッチングノイズの重畳が低減し、ノイズキャンセラが安定して動作するようになる。また、補償電流に対するインバータ部２３のスイッチングノイズの重畳も低減できるので、補償性能が向上する。

アクティブノイズキャンセラでは、検出信号を増幅して補償するため、外乱ノイズに対する感度が高く、通常のパッシブノイズフィルタよりも、基板を分ける効果が大きい。

更に、第１の実施形態では、実装位置の自由度が増し、低インピーダンスな補償経路を構成することが可能となる。また、電力変換基板５１０の仕様（入力電源電圧、負荷容量等）に関わらず、ノイズ低減回路３０を共通化し、コストダウンすることができる。

尚、図では、ノイズ検出部３１、カップリングコンデンサ部３２及び直流電源部３３はキャンセラ基板５２０に搭載していないが、ノイズ検出部３１、カップリングコンデンサ部３２及び直流電源部３３をキャンセラ基板５２０に搭載してもよい。また、図では、検出回路３４及び出力コンデンサ部３６をキャンセラ基板５２０に搭載しているが、検出回路３４及び出力コンデンサ部３６はキャンセラ基板５２０に搭載しなくてもよい。少なくとも増幅器３５をキャンセラ基板５２０に搭載すればよい。

また、第１の実施形態では、図示するように、ノイズ検出部３１を、電力変換基板５１０よりも、電源端子台１０の近くに配置している。

このように、第１の実施形態では、ノイズ検出部３１を電源端子台１０の近くに配置することにより、電源端子台１０でコモンモードノイズを補償することが可能となる。これにより、コモンモードノイズの補償効果が大きくなる。

更に、第１の実施形態では、図示するように、キャンセラ基板５２０を、電力変換基板５１０よりも、電源端子台１０の近くに配置している。具体的には、図中の距離ＤＳ１よりも図中の距離ＤＳ２が短くなるように、電力変換基板５１０及びキャンセラ基板５２０が配置されている。

このように、第１の実施形態では、キャンセラ基板５２０を電力変換器２０から離すことにより、キャンセラ基板５２０に対する電力変換基板５１０からの熱の影響を小さくすることが可能となる。これにより、ノイズキャンセラは、安定的に動作することが可能となる。

尚、ノイズキャンセラの電源を低電圧化した場合、補償経路のインピーダンスを小さくしなければ、十分な補償電流を流すことができない。ノイズキャンセラを電源端子台の近くに置くことで、補償経路のインピーダンスを下げることができるため、低電圧化したノイズキャンセラに、より大きな効果がある。

［第２の実施形態］
図３は、第２の実施形態における電力変換システム２の回路構成を示す図である。図示するように、電力変換システム２は、交流電源１００と、モータ２００と、電力変換装置４００とを含む。

交流電源１００及びモータ２００は、第１の実施形態で述べたものと同様なので説明を省略する。

電力変換装置４００は、電源端子台１０と、電力変換器２０と、ノイズ低減回路３０と、ノイズフィルタ４０とを含む。

電源端子台１０、電力変換器２０及びノイズ低減回路３０は、第１の実施形態で述べたものと同様なので説明を省略する。

ノイズフィルタ４０は、電力変換器２０とノイズ低減回路３０と間に接続される。ノイズフィルタ４０は、コモンモードノイズを低減させる。ノイズフィルタ４０は、コモンモードチョークコイルＬ２ｒ、Ｌ２ｓ、Ｌ２ｔと、ＹコンデンサＣｙとを備えている。コモンモードチョークコイルＬ２ｒ、Ｌ２ｓ、Ｌ２ｔは、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の電力ラインのそれぞれに接続された一対のコイルである。ＹコンデンサＣｙは、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の電力ラインとアースとの間に設けられたコンデンサである。ＹコンデンサＣｙは、ノイズフィルタ４０のアース端子Ｅｆを介して筐体のアース端子Ｅ２に接続されている。

ここで、第２の実施形態における電力変換システム２の動作は、ノイズフィルタ４０が電力変換器２０からのスイッチングノイズを低減させる以外は、第１の実施形態における電力変換システム１の動作と同様なので、説明を省略する。

尚、第２の実施形態では、ノイズ検出部３１がコモンモードノイズ電流を検出することとしたが、ノイズ検出部３１がコモンモードノイズ電圧を検出することとしてもよい。その場合、ノイズ低減回路３０は、ノイズ検出部３１が検出したコモンモードノイズ電圧から経路に流れるコモンモードノイズ電流を推定し、そのコモンモードノイズ電流を打ち消すように補償電流を流すとよい。

図４は、第２の実施形態における電力変換システム２の構成を模式的に示す図である。

第２の実施形態では、図示するように、ノイズ低減回路３０と電力変換基板５１０との間にノイズフィルタ４０が接続されている。

これにより、第２の実施形態では、電力変換器２０からのスイッチングノイズが低減され、ノイズキャンセラの安定動作が見込める。

尚、図４では、ノイズフィルタ４０は、ノイズ低減回路３０と電力変換基板５１０との間に接続されることとしたが、ノイズ低減回路３０と電力変換器２０との間に接続されることとしてもよい。例えば、ノイズフィルタ４０は、電力変換基板５１０に搭載されていてもよい。

［第３の実施形態］
第３の実施形態における電力変換システム３の回路構成は、第２の実施形態における電力変換システム２の回路構成と同じである。

図５は、第３の実施形態における電力変換システム３の構成を模式的に示す図である。

第３の実施形態では、図示するように、電力変換装置４００を収容する筐体６００が設けられている。筐体６００は、外部からアース線が接続されるアース端子Ｅ０を備えている。そして、キャンセラ基板５２０の補償経路接続端子Ｅｃと、ノイズフィルタ４０のアース端子Ｅｆとが、別々に筐体６００に接続されている。

このように、第３の実施形態では、パッシブ型のノイズフィルタ４０で回収した電流と、補償電流とを分離するようにしたので、補償電流へのノイズの混入を防ぐことが可能となった。

尚、上記では、筐体６００は、その全体がアース端子Ｅ０と同電位となる導電部であるものとしたが、これには限らない。筐体６００は、その一部がアース端子Ｅ０と同電位となる導電部であってもよい。その場合、キャンセラ基板５２０の補償経路接続端子Ｅｃが接続される筐体６００側のアース端子Ｅ１と、ノイズフィルタ４０のアース端子Ｅｆが接続される筐体６００側のアース端子Ｅ２とは、この導電部に配置するとよい。

また、第３の実施形態では、図示するように、アース端子Ｅ１を、アース端子Ｅ２よりも、アース端子Ｅ０の近くに配置している。具体的には、図中の距離ＤＥ１が図中の距離ＤＥ２よりも短くなるように、アース端子Ｅ１、Ｅ２が配置されている。

これにより、第３の実施形態では、補償経路のインピーダンスを低下させることが可能となる。

［第４の実施形態］
第４の実施形態における電力変換システム４の回路構成は、第２の実施形態における電力変換システム２の回路構成と基本的には同じである。

図６は、第４の実施形態における電力変換システム４の構成を模式的に示す図である。

第４の実施形態では、図示するように、電力変換基板５１０に加え、複数の電力変換基板５１０ａ、５１０ｂ、…がノイズフィルタ４０の負荷側に並列に接続されている。ここで、複数の電力変換基板５１０ａ、５１０ｂ、…はそれぞれ、電力変換器２０ａ、２０ｂ、…を搭載するとよい。

或いは、電力変換器２０ａ、２０ｂ、…の何れかは、アクティブフィルタであってもよい。この場合、アクティブフィルタは、電源ラインにおけるノイズフィルタ４０と電力変換器２０との間に並列接続される。アクティブフィルタは、電力ライン上のカレントトランス（図示せず）によって検出された電力変換器２０に流れる電流値に基づいて、電力変換器２０で発生する高調波電流と逆位相の高調波電流を補償することで、電力変換器２０から電源ラインへ流出する高調波電流を低減するものである。

これにより、第４の実施形態では、複数の電力変換基板５１０からのノイズをまとめてキャンセルすることができる。

尚、上記では、複数の電力変換基板５１０、５１０ａ、５１０ｂ、…がそれぞれ電力変換器２０、２０ａ、２０ｂ、…を搭載するようにしたが、これには限らない。１つの電力変換基板が電力変換器２０、２０ａ、２０ｂ、…を搭載してもよい。換言すれば、電力変換器２０とは並列に、他の電力変換器２０ａ、２０ｂ、…がノイズフィルタ４０の負荷側に接続されているものであってもよい。

［第５の実施形態］
第５の実施形態における電力変換システム５の回路構成は、第２の実施形態における電力変換システム２の回路構成と同じである。

図７は、第５の実施形態における電力変換システム５の構成を模式的に示す図である。

第５の実施形態では、図示するように、検出回路３４、増幅器３５及び出力コンデンサ部３６を搭載したキャンセラ基板５２０に代えて、カップリングコンデンサ部３２、直流電源部３３及びノイズフィルタ４０を更に搭載したキャンセラ基板５３０が設けられている。

これにより、第５の実施形態では、電力ラインとカップリングコンデンサ部３２、及びカップリングコンデンサ部３２と増幅器３５を接続する配線を短くすることができるので、補償経路のインピーダンスを低下させることができる。

尚、図では、直流電源部３３、検出回路３４及び出力コンデンサ部３６をキャンセラ基板５３０に搭載しているが、直流電源部３３、検出回路３４及び出力コンデンサ部３６はキャンセラ基板５３０に搭載しなくてもよい。少なくともカップリングコンデンサ部３２、増幅器３５及びノイズフィルタ４０をキャンセラ基板５３０に搭載すればよい。

［第６の実施形態］
第６の実施形態における電力変換システム６の回路構成は、第１の実施形態における電力変換システム１の回路構成と同じである。

図８は、第６の実施形態における電力変換システム６の構成を模式的に示す図である。

第６の実施形態では、図示するように、電力変換基板５１０とキャンセラ基板５２０との間に電源供給ハーネス５４０が設けられている。電源供給ハーネス５４０は、電力変換基板５１０のスイッチング電源からキャンセラ基板５２０に電源を供給する。

これにより、第６の実施形態では、電力変換器２０で使用している電源回路を用いてキャンセラ基板５２０に電源を供給することができ、コストダウンにつながる。

尚、キャンセラ基板５２０への電源供給は、電力変換基板５１０以外の基板から行われてもよい。

［第７の実施形態］
第７の実施形態における電力変換システム７の回路構成は、第２の実施形態における電力変換システム２の回路構成と同じである。

図９は、第７の実施形態における電力変換システム７の構成を模式的に示す図である。

第７の実施形態の構成でも、図示するように、電力変換基板５１０とキャンセラ基板５２０との間に電源供給ハーネス５５０が設けられている。電源供給ハーネス５５０は、電力変換基板５１０のスイッチング電源からキャンセラ基板５２０に電源を供給する。

ところが、ノイズフィルタ４０を基準として電力変換基板５１０とは反対側にキャンセラ基板５２０を配置した場合は、電源供給ハーネス５５０がノイズフィルタ４０の交流電源１００側の回路と電力変換器２０側の回路とを接続することになる。そのため、ノイズフィルタ４０よりも低いインピーダンスの経路が構成され、電力変換器２０のノイズが電源供給ハーネス５５０を介して交流電源１００側に流出することになる。そこで、第７の実施形態では、電源供給ハーネス５５０にノイズ低減素子５５１を設けている。ノイズ低減素子５５１は、例えば、フェライトコア等であってよい。

これにより、第７の実施形態では、電力変換器２０のスイッチングノイズのノイズキャンセラを介しての外部への流出を抑制することができる。

尚、キャンセラ基板５２０への電源供給は、電力変換基板５１０以外の基板から行われてもよい。

［冷凍装置］
図１０は、本実施形態における冷凍装置９の配管系統の一例を示す図である。冷凍装置９は、冷媒回路９０において冷媒を循環させて、冷凍サイクルを行う。冷媒回路９０では、図示するように、圧縮機９１と、凝縮器９２と、膨張機構９３と、蒸発器９４とが順に配管接続されている。

圧縮機９１は、モータ２００の動力を用いて、低圧のガス冷媒を圧縮し、高圧のガス冷媒を吐出する。モータ２００は第１乃至第７の実施形態における電力変換システム１～７に含まれ、電力変換装置３００、４００が交流電源１００を電源としてモータ２００を駆動する。

凝縮器９２は、圧縮機９１が吐出した高圧のガス冷媒を凝縮し、高圧の液冷媒を吐出する。膨張機構９３は、凝縮器９２が吐出した高圧の液冷媒を膨張させ、低圧の気液混合状態の冷媒を吐出する。蒸発器９４は、膨張機構９３が吐出した膨張させた低圧の気液混合状態の冷媒液冷媒を蒸発させ、低圧のガス冷媒を吐出する。

［実施形態の作用効果］
本実施形態の電力変換装置３００、４００は、スイッチング素子を用いた電力変換器２０と、電力変換器２０の動作に応じて電力ラインに発生するコモンモードノイズ電流又はコモンモードノイズ電圧を検出するノイズ検出部３１と、ノイズ検出部３１による検出信号に基づき補償電流を生成する増幅器３５と、増幅器３５が生成した補償電流を電力ラインに出力するカップリングコンデンサ部３２とを有するノイズ低減回路３０とを備える。そして、電力変換器２０を搭載した電力変換基板５１０と、増幅器３５を搭載したキャンセラ基板５２０とは、異なる基板である。

この電力変換装置３００、４００によれば、コモンモードノイズの検出信号に電力変換器のスイッチングノイズが重畳することによるコモンモードノイズに対する補償性能の悪化を抑制することができる。

本実施形態の電力変換装置３００、４００は、交流電源１００が接続される電源端子台１０を備え、ノイズ検出部３１は、電力変換基板５１０よりも電源端子台１０の近くに配置されている、ものであってよい。

このようにすれば、コモンモードノイズの補償効果が大きくなる。

本実施形態の電力変換装置３００、４００は、交流電源１００が接続される電源端子台１０を備え、キャンセラ基板５２０は、電力変換基板５１０よりも電源端子台１０の近くに配置されている、ものであってよい。

このようにすれば、電力変換器２０による熱の影響を抑えつつ、コモンモードノイズを補償することができる。

本実施形態の電力変換装置４００は、ノイズ低減回路３０と電力変換器２０との間にノイズフィルタ４０を備える、ものであってよい。

このようにすれば、電力変換器２０からのスイッチングノイズを低減することができる。

本実施形態の電力変換装置４００は、電力変換基板５１０とキャンセラ基板５２０とを収容し、アース線が接続されるアース端子と、アース端子と同電位となる導電部とを有する筐体６００を備え、ノイズ低減回路３０から補償電流を出力する端子である補償経路接続端子と、ノイズフィルタ４０のアース端子とが、別々に筐体６００の導電部に接続されている、ものであってよい。

このようにすれば、ノイズフィルタ４０で回収した電流から補償電流へのノイズの混入を抑制することができる。

本実施形態において、補償経路接続端子が接続される筐体６００側の端子は筐体６００のアース端子に、ノイズフィルタ４０のアース端子が接続される筐体６００側の端子よりも近い、ものであってよい。

このようにすれば、補償経路のインピーダンスを低下させることができる。

本実施形態では、ノイズフィルタ４０の負荷側に、電力変換器２０とは並列に、他の電力変換器２０ａ、２０ｂ、…が接続されている、ものであってよい。

このようにすれば、他の電力変換器２０ａ、２０ｂ、…からのスイッチングノイズも併せてキャンセルすることができる。

本実施形態では、ノイズフィルタ４０がキャンセラ基板５３０に実装されている、ものであってよい。

このようにすれば、補償経路のインピーダンスを低下させることができる。

本実施形態では、ノイズ低減回路３０の電源が電力変換基板５１０からキャンセラ基板５２０に供給され、電源の供給経路にノイズ低減素子５５１が設けられている、ものであってよい。

このようにすれば、電力変換器２０のスイッチングノイズのノイズキャンセラを介しての外部への流出を抑制することができる。

本実施形態では、ノイズ低減回路３０の電源が電力変換基板５１０からキャンセラ基板５２０に供給される、ものであってよい。

このようにすれば、ノイズ低減回路３０を動作させる際のコストを低下させることができる。

本実施形態において、ノイズ検出部３１は、コモンモードノイズ電流を検出する検出コアであってよい。

このようにすれば、検出したコモンモードノイズ電流をそのまま増幅してコモンモードノイズを補償することができる。

本実施形態の冷凍装置９は、上記の何れかの電力変換装置３００、４００を備える。

この冷凍装置９によれば、コモンモードノイズの検出信号に電力変換器２０のスイッチングノイズが重畳することによるコモンモードノイズに対する補償性能の悪化を抑制することができる。

以上、実施形態を説明したが、特許請求の範囲の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。

１～７…電力変換システム、１０…電源端子台、２０…電力変換器、２１…整流部、２３…インバータ部、３０…ノイズ低減回路、３１…ノイズ検出部、３２…カップリングコンデンサ部、３３…直流電源部、３４…検出回路、３５…増幅器、３６…出力コンデンサ部、４０…ノイズフィルタ、１００…交流電源、２００…モータ、３００、４００…電力変換装置、５１０…電力変換基板、５２０、５３０…キャンセラ基板、５４０、５５０…電源供給ハーネス、５５１ノイズ低減素子、６００…筐体

Claims (12)

1. スイッチング素子を用いた電力変換器と、
   前記電力変換器の動作に応じて電力ラインに発生するコモンモードノイズ電流又はコモンモードノイズ電圧を検出するノイズ検出手段と、当該ノイズ検出手段による検出信号に基づき補償電流を生成する増幅器と、当該増幅器が生成した補償電流を当該電力ラインに出力する出力回路とを有するノイズ低減回路と
   を備え、
   前記電力変換器を搭載した電力変換基板と、前記増幅器を搭載したキャンセラ基板とは、異なる基板である、電力変換装置。
2. 交流電源が接続される電源端子台を備え、
   前記ノイズ検出手段は、前記電力変換基板よりも前記電源端子台の近くに配置されている、請求項１に記載の電力変換装置。
3. 交流電源が接続される電源端子台を備え、
   前記キャンセラ基板は、前記電力変換基板よりも前記電源端子台の近くに配置されている、請求項１に記載の電力変換装置。
4. 前記ノイズ低減回路と前記電力変換器との間にノイズフィルタを備える、請求項１に記載の電力変換装置。
5. 前記電力変換基板と前記キャンセラ基板とを収容し、アース線が接続されるアース端子と、当該アース端子と同電位となる導電部とを有する筐体を備え、
   前記ノイズ低減回路から補償電流を出力する端子である補償経路接続端子と、前記ノイズフィルタのアース端子とが、別々に前記筐体の前記導電部に接続されている、請求項４に記載の電力変換装置。
6. 前記補償経路接続端子が接続される前記筐体側の端子は、前記筐体のアース端子に、前記ノイズフィルタのアース端子が接続される前記筐体側の端子よりも近い、請求項５に記載の電力変換装置。
7. 前記ノイズフィルタの負荷側に、前記電力変換器とは並列に、他の電力変換器が接続されている、請求項４に記載の電力変換装置。
8. 前記ノイズフィルタが前記キャンセラ基板に実装されている、請求項４に記載の電力変換装置。
9. 前記ノイズ低減回路の電源が他の基板から前記キャンセラ基板に供給され、当該電源の供給経路にノイズ低減素子が設けられている、請求項４に記載の電力変換装置。
10. 前記ノイズ低減回路の電源が他の基板から前記キャンセラ基板に供給される、請求項１に記載の電力変換装置。
11. 前記ノイズ検出手段は、前記コモンモードノイズ電流を検出する検出コアである、請求項１に記載の電力変換装置。
12. 請求項１乃至請求項１１の何れかに記載の電力変換装置を備える、冷凍装置。

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