JP4445216B2 - 出力電流合成装置、電力供給装置および誘導負荷装置 - Google Patents
出力電流合成装置、電力供給装置および誘導負荷装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の逆変換回路の出力電流を合成する出力電流合成回路、この出力電流合成回路を備えた電力供給装置、および、誘導負荷装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
従来、インダクタンス成分を有する誘導電動機や誘導加熱装置などの誘導負荷の出力を容量制御するにあたり、負荷に供給する交流電力の周波数を調節可能とした電力供給装置が利用されている。この電力供給装置は、商用電源から供給される交流電力を、一旦、順変換回路で直流電力に変換し、この直流電力をさらにインバータである逆変換回路で交流電力に変換することにより、所望の周波数の交流電力が得られるようにした構成が一般的に知られている。
【０００３】
このような電力供給装置における逆変換回路の最大出力は、主に逆変換回路に採用される電力制御用のスイッチング素子の容量によって決定される。このことから、電力供給装置では、スイッチング素子の電力許容範囲内で出力が小さい場合、例えば図６に示すような１つのブリッジ型、すなわち４つのスイッチング素子Ｑで１対のアームＵ，Ｖとなる簡単な回路構成で構成される。
【０００４】
しかしながら、より大きな出力容量が要求される場合、例えば図７に示すような一対のアームＵ，Ｖに多数のスイッチング素子Ｑを並列に接続して構成する必要がある（例えば、特許文献１参照）。この図７に示すような特許文献１に記載の逆変換回路は、特に周波数の低い領域で広く利用される回路構成で、周波数が例えば数十ｋＨｚ以上に高くなると、並列の各スイッチング素子Ｑ間における僅かなインダクタンスの差により、各スイッチング素子Ｑに流れる電流にばらつきが生じる。
【０００５】
具体的には、図７において、出力端子ｔとの距離関係により、アームＵ４（Ｖ１）からアームＵ１（Ｖ４）の順でインダクタンスが大きくなるので、各スイッチング素子Ｑに流れる電流もその順に小さくなる。このことから、インダクタンスの差が最も大きくなるアームＶ１とアームＶ４とで電流値に約２０％〜３０％のばらつきが生じている。このように、ばらつきが大きくなると、各スイッチング素子の定格に対して、ばらつきに基づく低減率、図７に示す構成の例では図８の電流波形図に示すように約３０％で低減して使用することとなる。このため、一定の出力容量に対して、より多くのスイッチング素子が必要となり、回路構成が複雑となって、製造性の低減や装置コストの増大を生じるおそれがある。
【０００６】
そこで、例えばコアなどの磁性材にて構成されたバランサを用いて、各スイッチング素子に流れる電流のばらつきを防止する構成が知られている（例えば、特許文献２）。
【０００７】
この特許文献２に記載のものは、例えば図９に示すように、リング状に形成された複数の磁性体のコアＴに、例えば４系統の逆変換回路に接続された導線Ｌのうちの２本を、電流方向が逆方向となる状態にそれぞれ異なる導線Ｌの組み合わせで挿通させる。すなわち、いずれか一方の導線ＬをコアＴの軸方向の一端側から挿通させるとともに、いずれか他方の導線ＬをコアＴの軸方向の他端側から挿通させる。
【０００８】
この構成により、２本の導線Ｌに流れる電流値が同じ場合、各電流の流れて発生する磁束が互いに打ち消し合う状態となり、コアＴはインダクタンスとして作用しない。一方、電流値が異なる（ばらつき）場合には、コアＴに電流値の差の大きさに対応して磁束が発生し、この発生する磁束に対するインダクタンスがコアＴの両端に生じる。このインダクタンスが、２本の導線Ｌにそれぞれ流れる電流のばらつきを小さくする方向に作用する。そして、複数のコアＴにて電流のばらつきを効率よく低減させ、アンバランス率を５％以下に抑制している。
【０００９】
【特許文献１】
特許第２８１６６９２号公報（第３頁右欄−第５頁右欄、図１）
【特許文献２】
特開平１１−２９９２５２号公報（第４頁左欄−第５頁右欄）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献２に記載の電力供給装置では、逆変換回路が偶数系統で設けた回路構成に限られ、汎用性の向上が図りにくい。また、複数のコアＴを用いることで、構成の簡略化が図りにくく、製造性の向上および装置コストの低減が図りにくい問題がある。
【００１１】
本発明は、このような問題点に鑑みて、簡単な構成で複数系統の逆変換回路の出力電流のばらつきを抑制し汎用性が向上する出力電流合成回路および電力供給装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、直流電力を交流電力に変換する複数の逆変換回路から出力される出力電流を合成して所定の周波数の合成電流として出力する出力電流合成装置であって、前記複数の逆変換回路の出力電流を導通する対をなす導体をそれぞれ接続する一対の導電部材と、これら一対の導電部材にそれぞれ設けられ前記合成電流を出力する合成電流出力端子と、を備え、前記導電部材は、前記合成電流出力端子から最も遠い位置に接続する前記逆変換回路からの一対の導体の接続位置における前記合成電流出力端子までのインダクタンスを基準として、他の前記逆変換回路からの一対の導体の接続位置における前記合成電流出力端子までのインダクタンスの差に対応する前記一対の導体間の距離でそれぞれ接続することを特徴とした出力電流合成装置である。
【００１３】
この発明では、合成電流出力端子から最も遠い位置で導電部材に接続する逆変換回路からの一対の導体の接続位置での合成電流出力端子までのインダクタンスと、他の逆変換回路からの一対の導体の接続位置での合成電流出力端子までのインダクタンスとの差と同じインダクタンスとなる一対の導体間の距離で導電部材にそれぞれ接続させる。このことにより、複数の逆変換回路間でのインダクタンスの差による各逆変換回路からの出力電流にばらつきが生じることを防止して、安定した良好な合成電流を出力させる。そして、逆変換回路ごとに導体にて導電部材に接続される状態となり、接続する逆変換回路の数の増減が容易で、汎用性に富み、各逆変換回路を接続する簡単な構成で、製造性の向上も図れる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の出力電流合成装置であって、前記対をなす導体にそれぞれ流れる電流値の差に対応する磁束を発生されて流れる電流の差を小さくする方向に作用させるリアクタンスを発生させるリアクトルを備えたことを特徴とする。
【００１５】
この発明では、各逆変換回路からの出力電流を導通する対をなす導体はそれぞれ異なる方向に電流が流れる状態となっているので、リアクトルにより、対をなす導体にそれぞれ流れる電流値の差に対応する磁束を発生されて流れる電流の差を小さくする方向に作用させるリアクタンスを発生させる。このことにより、各逆変換回路から出力される出力電流のばらつきを防止し、合成する出力電流がばらつき無く導電部材に出力され、導電部材におけるインダクタンスの差のみを考慮して設計すればよく、製造性の向上が容易に図れる。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の出力電流合成装置であって、前記リアクトルは、磁性材にて略円筒状に形成され、内周側に前記対をなす導体をそれぞれ挿通するコアであることを特徴とする。
【００１９】
この発明では、リアクトルとして、磁性材にて略円筒状に形成されたコアを用い、このコアの内周側に対をなす導体をそれぞれ挿通させる。このことにより、各逆変換回路から出力される出力電流のばらつきが防止されるとともに逆変換回路の数の増減が容易となる構成が簡単な構成で容易に得られる。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の出力電流合成装置であって、前記導電部材は、長手状に設けられ、前記合成電流出力端子は、前記導電部材の長手方向の一端部に設けられたことを特徴とする。
【００２１】
この発明では、長手状の導電部材の長手方向の一端に合成電流出力端子を設ける。このことにより、各対をなす導体の導電部材との接続点から合成電流出力端子までの距離に基づくインダクタンスの差が容易に認識可能となり、各逆変換回路から出力される出力電流のばらつきを防止するために差分のインダクタンスを設定することが容易となり、製造性が向上する。
【００２２】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の出力電流合成装置であって、前記導電部材は、前記逆変換回路が長手方向に沿って並列状態に前記対をなす導体を接続することを特徴とする。
【００２３】
この発明では、逆変換回路が導電部材の長手方向に沿って略並列状態となるように各対をなす導体を導電部材に接続する。このことにより、逆変換回路の数の増減が容易にできる構成が簡単な構成で容易に得られる。
【００２４】
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の出力電流合成装置であって、前記逆変換回路は、複数のスイッチング素子がブリッジ状に接続されたブリッジ形であることを特徴とする。
【００２５】
この発明では、複数のスイッチング素子をブリッジ状に接続したブリッジ形に逆変換回路を構成する。このことにより、各逆変換回路から出力する出力電流を導通する対をなす導体毎に導電部材へ接続して逆変換回路の数の増減が容易にできる構成が簡単な構成で容易に得られる。
【００２６】
請求項７に記載の発明は、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の出力電流合成装置であって、前記逆変換回路は、直流電力を高周波の交流電力に変換することを特徴とする。
【００２７】
この発明では、逆変換回路の構成として直流電力を高周波の交流電力に変換させるものとする。このことにより、例えば複数の逆変換回路の並列のスイッチング素子間における僅かなインダクタンスの差により、各スイッチング素子に流れる電流値に大きく影響を与えてしまう高周波でも、特に顕著に安定した合成電流が簡単な構成で容易に得られる。
【００２８】
請求項８に記載の発明は、直流電力を交流電力に変換する複数の逆変換回路と、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の出力電流合成装置と、を具備したことを特徴とした電力供給装置である。
【００２９】
この発明では、直流電力を複数の逆変換回路にて交流電力に変換して出力される出力電流を、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の出力電流合成装置にて合成する。このため、安定した良好な合成電流を供給するとともに、逆変換回路の数の増減が容易で汎用性に富み、簡単な構成で製造性の向上も図れる。
【００３０】
請求項９に記載の発明は、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の出力電流合成装置、または、請求項８に記載の電力供給装置と、前記出力電流合成装置または前記電力供給装置の出力電流合成装置から出力される交流電力が供給されて機能する誘導負荷と、を具備したことを特徴とした誘導負荷装置とする。
【００３１】
この発明では、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の出力電流合成装置、または、請求項８に記載の電力供給装置の出力電流合成装置から出力される交流電力を誘導負荷に供給して機能させる。このことにより、安定した良好な合成電流が誘導負荷に供給され、誘導負荷が安定して良好に機能する。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。本実施の形態では、誘導加熱装置などに利用する高周波電力に変換するための電圧型の電力供給装置を例示して説明するが、これに限らず、いずれの負荷に電力を供給する構成に適用できる。また、４系統の逆変換回路からの出力電流の均衡を採る構成について例示するが、逆変換回路は４系統に限らず、複数系統に対応できる。図１は、本実施の形態に係る電力供給装置の概略回路構成を示す単結線図である。図２は、逆変換回路を示す回路図である。図３は、逆変換回路と出力電流合成部との関係を示すブロック図である。
【００３３】
〔電力供給装置の構成〕
図１において、１００は電力供給装置で、この電力供給装置１００は、例えば三相交流電源から供給される交流電力を誘導加熱装置などの駆動に必要な高周波の交流電力に変換するものである。そして、電力供給装置は、電力変換回路２００と、出力電流合成装置としての出力電流合成部３００と、を備えている。
【００３４】
電力変換回路２００は、商用交流電源である例えば三相交流電力を所定の高周波の交流電力に変換するものである。そして、各電力変換回路２００は、１つの順変換回路２１０と、例えば４系統のインバータである逆変換回路２２０とをそれぞれ有している。
【００３５】
順変換回路２１０は、商用交流電源である三相交流電力を直流電力に変換する。順変換回路２１０は、制御電極であるゲートを備えた能動的な整流素子である例えばサイリスタと、このサイリスタで整流した脈動する直流電力を平滑する平滑素子である例えばコンデンサとを有している。サイリスタは、動作時にその出力電圧が所定電圧となり、かつ、双方の制御角が同一となるように制御される。なお、平滑素子としては、コンデンサに限らずリアクトルなどを用いたものでもよい。すなわち、電流型あるいは電圧型のいずれのものを用いてもよい。
【００３６】
逆変換回路２２０は、例えば図２および図３に示すように、順変換回路２１０で変換された直流電力が印加される一対の入力端子２２１を有している。これら入力端子２２１間には、例えばＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor）などの一対のスイッチング素子２２２が直列に接続された直列回路が、複数並列に接続されている。すなわち、一方のスイッチング素子２２２のソースが他方のスイッチング素子２２２のドレインに接続され直列回路が構成されている。なお、各スイッチング素子２２２のゲートには、図示しない位相同期ループ回路が送出する制御電圧信号が同時に入力される。位相同期ループ回路は、電力供給装置から出力される交流電力の周波数が負荷の共振周波数となるように制御する。
【００３７】
また、各直列回路におけるスイッチング素子２２２の接続点には、例えば導体としての導線であるアームＵ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４が設けられている。これらアームＵ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４は、例えば導電性に優れた銅にて形成された対をなす直径が約１２ｍｍの銅パイプが用いられる。そして、アームＵ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４の正極側と負極側との間には、それぞれ図示しないコンデンサがそれぞれ設けられている。そして、図３に示すように、スイッチング素子２２２Ａ１，２２２Ｂ１，２２２Ｃ１，２２２Ｄ１にて第１のスイッチング回路２２３Ａ、スイッチング素子２２２Ａ２，２２２Ｂ２，２２２Ｃ２，２２２Ｄ２にて第２のスイッチング回路２２３Ｂ、スイッチング素子２２２Ａ３，２２２Ｂ３，２２２Ｃ３，２２２Ｄ３にて第３のスイッチング回路２２３Ｃ、スイッチング素子２２２Ａ４，２２２Ｂ４，２２２Ｃ４，２２２Ｄ４にて第４のスイッチング回路２２３Ｄが構成される。すなわち、第１のスイッチング回路２２３ＡはアームＵ１，Ｖ１を有し、第２のスイッチング回路２２３ＢはアームＵ２，Ｖ２を有し、第３のスイッチング回路２２３ＣはアームＵ３，Ｖ３を有し、第４のスイッチング回路２２３ＤはアームＵ４，Ｖ４を有し、並列の４系列が構成されている。
【００３８】
なお、図２および図３では、各アームＵ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４に設けられる各コンデンサを入力端子２２１間に接続される等価コンデンサＣとして示す。また、本実施の形態では、スイッチング素子２２２の直列回路として８つを並列に接続して４つのブロックとなるスイッチング回路２２３Ａ〜２２３Ｄを構成して説明するが、この限りではない。
【００３９】
出力電流合成部３００は、電力変換回路２００の逆変換回路２２０で変換されて出力される電流の大きさを均等にして出力電流のバランスを取るものである。この出力電流合成部３００は、複数のリアクトル３１０と、ブスバとして機能する導電部材３２０と、合成電流出力端子３３０と、などを有している。
【００４０】
リアクトル３１０としては、例えば磁性材にて略円筒状に形成されたリング状のコアが用いられる。そして、リアクトル３１０は、例えば逆変換回路２２０の４系統に対応して４つ設けられている。これらリアクトル３１０は、各スイッチング回路２２３Ａ〜２２３Ｄの導線であるアームＵ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４をそれぞれ内周側に挿通する状態で配設される。具体的には、リアクトル３１０Ｔ１は第１のスイッチング回路２２３Ａから導出するアームＵ１，Ｖ１を挿通し、リアクトル３１０Ｔ２は第２のスイッチング回路２２３Ｂから導出するアームＵ２，Ｖ２を挿通し、リアクトル３１０Ｔ３は第３のスイッチング回路２２３Ｃから導出するアームＵ３，Ｖ３を挿通し、リアクトル３１０Ｔ４は第４のスイッチング回路２２３Ｄから導出するアームＵ４，Ｖ４を挿通する。
【００４１】
導電部材３２０は、２本一対のブスバとして機能し、電力変換回路２００の逆変換回路２２０から導出するアームＵ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４がそれぞれ接続され、逆変換回路２２０の４系統から出力される出力電流を合成する。この導電部材３２０としては、例えば導電性に優れた銅にて形成された対をなす厚さ寸法が約３ｍｍ〜４ｍｍの銅板が用いられる。そして、この導電部材３２０の長手方向の一端に、合成電力出力端子３３０が接続されている。この合成電流出力端子３３０は、導電部材３２０にて合成した合成電流を出力する。例えば、対の合成電流出力端子３３０は、図示しない誘導電動機や誘導加熱コイルなどの誘導負荷に接続され、誘導電動機や誘導加熱コイルに導電部材３２０にて合成した合成電流を誘導負荷に供給し、誘導電動機を駆動させたり誘導加熱コイルにて被加熱物を誘導加熱させたりするなどで誘導負荷を機能させる。
【００４２】
また、導電部材３２０は、電力変換回路２００の逆変換回路２２０の４系統からそれぞれ導出するアームＵ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４を、それぞれ所定の条件で接続する。すなわち、逆変換回路２２０の４系統が並列状態となるように接続するとともに、対をなすアームＵ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４の導電部材３２０における接続位置でのインダクタンスがそれぞれ同値となるように接続する。
【００４３】
具体的には、例えば導電部材３２０の対をなす銅板の幅寸法が１００ｍｍ、ギャップが２ｍｍである場合、各スイッチング回路２２３Ａ〜２２３ＤのアームＵ１〜Ｕ４−Ｖ１〜Ｖ４間における接続間隔が１６０ｍｍとすると、並列状態に接続した対をなすアームＵ１〜Ｕ４−Ｖ１〜Ｖ４間における導電部材３２０のインダクタンス差は約４ｎＨとなる。このことから、合成電流出力端子３３０が接続された一端から最も遠い距離に接続されインダクタンスによる出力電流への影響が最も大きくなる第４のスイッチング回路２２３Ｄを基準にして、接続位置が合成電流出力端子３３０に近づくにしたがって４ｎＨ分のインダクタンスが増加する状態に対をなすアームＵ１−Ｖ１，Ｕ２−Ｖ２，Ｕ３−Ｖ３，Ｕ４−Ｖ４間の距離が広くなるように接続する。例えば、第４のスイッチング回路２２３ＤのアームＵ４−Ｖ４間のギャップが１ｍｍである場合、４ｎＨ分のインダクタンスが小さくなる位置の第３のスイッチング回路２２３ＣのアームＵ３−Ｖ３間のギャップを４ｎＨ分増加するように２ｍｍとし、さらに４ｎＨ分のインダクタンスが小さくなる位置の第２のスイッチング回路２２３ＢのアームＵ２−Ｖ２間のギャップをさらに４ｎＨ分増加（８ｎＨ分）するように３ｍｍとし、最も合成電流出力端子３３０に近くさらに４ｎＨ分のインダクタンスが小さくなる位置の第１のスイッチング回路２２３ＡのアームＵ１−Ｖ１間のギャップをさらに４ｎＨ分増加（１２ｎＨ）するように４ｍｍと設定してそれぞれ接続する。
【００４４】
〔電力供給装置の動作〕
次に、上記実施の形態の電力供給装置の動作について図面を参照して説明する。図４は、アームＶ１，Ｖ４の電流値関係を示す波形図である。
【００４５】
まず、商用交流電源を電力変換回路２００の順変換回路２１０にて所定の直流電力に変換する。この変換された直流電力は、電力変換回路２００の逆変換回路２２０の４系統のスイッチング回路２２３Ａ〜２２３Ｄにて所定の周波数（高周波）の交流電力に変換してアームＵ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４を介して出力電流合成部３００へ出力させる。
【００４６】
この出力電流合成部３００への交流電力の出力の際、各アームＵ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４に出力電流が流れると、これらアームＵ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４に流れる電流に対応する磁束が各リアクトル３１０に発生する。そして、対をなすアームＵ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４にはそれぞれ互いに逆方向に電流が流れるので、これら対をなすアームＵ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４とリアクトルとにてそれぞれ差動リアクトルが構成される。この差動リアクトルは、アームＵ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４にそれぞれ互いに逆方向に流れる電流が均一であれば、互いの磁束が打ち消し合って合成磁束はゼロとなりリアクタンスがゼロとなる。
【００４７】
また、対をなすアームＵ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４に流れる出力電流が均一でなくなると、差動リアクトルの作用により大きい出力電流のアームＵ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４に対して出力電流を抑制するリアクタンスを発生させる。このことにより、逆変換回路２２０の各スイッチング回路２２３Ａ〜２２３Ｄから出力される出力電流の均衡が得られる。
【００４８】
さらに、均衡が保たれて出力電流合成部３００の導電部材３２０に流れる各出力電流は、対をなすアームＵ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４の導電部材３２０における接続位置でそれぞれ同値のインダクタンスとなっているので、導電部材３２０にて良好に合成され、一端の合成電流出力端子３３０から合成電流として出力される。具体的には、図４に示すように、合成電流出力端子３３０に最も近い接続位置となるアームＶ１に流れる電流値と、最も遠い接続位置となるアームＶ４に流れる電流値とは、ほぼ同値となる。この出力された合成された所定の高周波の交流電力は誘導負荷に供給され、適宜誘導負荷が機能、例えば誘導加熱コイルが被加熱物を誘導加熱する。
【００４９】
〔実施の形態の作用効果〕
上述したように、上記実施の形態では、電力変換回路２００の逆変換回路２２０における並列に接続した４系統のスイッチング回路２２３Ａ〜２２３Ｄからそれぞれ出力される出力電流を導通する各対をなすアームＵ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４の導電部材３２０への接続位置における合成電流出力端子３３０までの距離に基づくインダクタンスが同値となる状態に各対をなすアームＵ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４を接続する。具体的には、合成電流出力端子３３０から最も遠い位置で導電部材３３０に接続される第４のスイッチング回路２２３Ｄの一対のアームＵ４，Ｖ４の接続位置のインダクタンスを基準として、他の系統のスイッチング回路２２３Ａ〜２２３ＣのアームＵ１〜Ｕ３，Ｖ１〜Ｖ３の接続位置でのインダクタンスとの差と同じインダクタンスとなる状態に、アームＵ１−Ｖ１，Ｕ２−Ｖ２，Ｕ３−Ｖ３間のギャップを広くして接続させる。このため、複数の逆変換回路２２０の各スイッチング回路２２３Ａ〜２２３Ｄ間でのインダクタンスの差による各出力電流にばらつきが生じることを防止でき、出力電流を良好に合成でき、安定した良好な合成電流を出力できる。そして、逆変換回路２２０の各スイッチング回路２２３Ａ〜２２３Ｄ毎に対をなすアームＵ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４を導電部材３２０に接続するので、接続する逆変換回路２２０の数の増減が容易にでき、汎用性に富み、逆変換回路２２０の各スイッチング回路２２３Ａ〜２２３Ｄ毎に接続する簡単な構成で、製造性も向上できる。また、安定した良好な合成電流を出力できることから、誘導負荷を安定して良好に機能させることができる。
【００５０】
そして、リアクトル３１０により、対をなすアームＵ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４にそれぞれ流れる電流値の差に対応する磁束を発生させ、対をなすアームＵ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４間での電流の差を小さくする方向にインダクタンスを発生させる。このため、逆変換回路２２０の各スイッチング回路２２３Ａ〜２２３Ｄから出力される出力電流のばらつきを防止でき、合成する各出力電流の均衡が得られ、導電部材３２０における接続位置におけるインダクタンスの差のみを考慮して製造すればよいので、製造性を容易に向上できる。
【００５１】
また、リアクトル３１０として、磁性材にて略円筒状に形成されたリング状のコアを用い、このコアの内周側に対をなすアームＵ１−Ｖ１，Ｕ２−Ｖ２，Ｕ３−Ｖ３，Ｕ４−Ｖ４をそれぞれ挿通させる。このため、逆変換回路２２０の各スイッチング回路２２３Ａ〜２２３Ｄから出力される出力電流のばらつきを防止できるとともに逆変換回路２２０における系列の数の増減が容易で汎用性に富み製造性を向上できる構成が簡単な構成で容易に得られる。
【００５２】
そして、導電部材３２０を長手状に形成して、導電部材３２０の長手方向の一端部に合成電流出力端子３３０を設ける。このため、逆変換回路２２０の各スイッチング回路２２３Ａ〜２２３Ｄからの対をなすアームＵ１−Ｖ１，Ｕ２−Ｖ２，Ｕ３−Ｖ３，Ｕ４−Ｖ４の導電部材３２０との接続点から合成電流出力端子３３０までの距離に基づくインダクタンスの差を容易に求めることができ、逆変換回路２２０の各スイッチング回路２２３Ａ〜２２３Ｄから出力される出力電流のばらつきを防止するために各接続位置での差分のインダクタンスの設定が容易にでき、製造性を向上でき、安定した良好な合成電流が容易に得られる。
【００５３】
さらに、逆変換回路２２０の各スイッチング回路２２３Ａ〜２２３Ｄが長手状の導電部材３２０の長手方向に沿って略並列状態となるように各対をなすアームＵ１−Ｖ１，Ｕ２−Ｖ２，Ｕ３−Ｖ３，Ｕ４−Ｖ４を導電部材３２０に接続する。このため、出力電流のばらつきを防止して安定した良好な合成電流が得られるとともに逆変換回路２２０における系列の数の増減が容易にでき汎用性に富み製造性を向上できる構成が簡単な構成で容易に得られる。
【００５４】
また、複数のスイッチング素子２２２をブリッジ状に接続したブリッジ形に逆変換回路２２０の各スイッチング回路２２３Ａ〜２２３Ｄを構成する。このため、逆変換回路２２０の各スイッチング回路２２３Ａ〜２２３Ｄから出力する出力電流を導通する対をなすアームＵ１−Ｖ１，Ｕ２−Ｖ２，Ｕ３−Ｖ３，Ｕ４−Ｖ４毎に導電部材３２０に接続して逆変換回路２２０の系列数の増減が容易にできる構成が簡単な構成で容易に得られる。
【００５５】
そして、順変換回路２１０からの直流電力を高周波の交流電力に変換する逆変換回路２２０の構成としている。このため、特に図に示すような逆変換回路２２０の並列に接続されるスイッチング素子２２２間における僅かなインダクタンスの差により各スイッチング素子２２２に流れる電流値に大きく影響を与えてしまう高周波としても、電流のばらつきを防止でき、安定した合成電流が簡単な構成で容易に得られる。
【００５６】
以上、本発明について好適な実施の形態を挙げて説明したが、本発明は、この実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良並びに設計の変更が可能である。
【００５７】
すなわち、上述したように、誘導負荷に変換した交流電力を供給する構成に限らず、いずれのものにも適用できる。また、供給する交流電力として高周波に限られない。
【００５８】
そして、電力変換回路２００は４系統に限らず、複数系統でもできる。また、図５に示すように、電力変換回路２００として、例えば図５に示すような順変換回路および逆変換回路の各スイッチング回路２２３Ａ〜２２３Ｄをそれぞれ接続して構成し複数の電力変換回路とした構成としてもよい。なお、この図５に示す構成では、順変換回路２１０とスイッチング回路２２３Ａ〜２２３Ｄ間に平滑コンデンサなどを設けるとよい。
【００５９】
また、アームＵ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４としては、導線などの線材に限らず帯状材や板材などを用いるなどしてもよい。
【００６０】
さらに、導電部材３２０としては銅パイプに限らずブスバとして機能するいずれのものをもちいてもよい。そして、合成電流出力端子３３０を導電部材３２０の一端に設ける場合に限らない。
【００６１】
また、リアクトル３１０を設けなくてもよい。一方、リアクトル３１０を設けて対をなすアームアームＵ１−Ｖ１，Ｕ２−Ｖ２，Ｕ３−Ｖ３，Ｕ４−Ｖ４の接続位置でのインダクタンスの設定をしない構成としてもよい。なお、双方の構成を設けることで、確実に良好な合成電流が得られる。
【００６２】
さらに、リアクトル３１０としては、コアを用いる構成に限られない。
【００６３】
また、逆変換回路２２０のスイッチング素子２２２としては、トランジスタに限らずサイリスタなどいずれのスイッチング素子を用いることができる。
【００６４】
その他、本発明の実施の際の具体的な構造および手順などは、本発明の目的を達成できる範囲で他の構成に変更するなどしてもよい。
【００６５】
【発明の効果】
本発明によれば、合成電流出力端子から最も遠い位置で導電部材に接続する逆変換回路からの一対の導線の接続位置での合成電流出力端子までのインダクタンスと、他の逆変換回路からの一対の導線の接続位置での合成電流出力端子までのインダクタンスとの差と同じインダクタンスとなる一対の導線間の距離で導電部材にそれぞれ接続させるため、複数の逆変換回路間でのインダクタンスの差による各逆変換回路からの出力電流にばらつきが生じることを防止でき、安定した良好な合成電流を出力できるとともに、逆変換回路ごとに導線にて導電部材に接続する状態となり、接続する逆変換回路の数の増減が容易にでき、汎用性に富み、各逆変換回路を接続する簡単な構成で製造性を向上できる。
【００６６】
また、本発明によれば、複数の逆変換回路の出力電流を導通し導電部材にそれぞれ接続される複数対の導線にそれぞれ対応するリアクトルにより、対をなす導線にそれぞれ流れる電流値の差に対応する磁束を発生させ、流れる電流の値の差を小さくする方向にインダクタンスを作用させるため、各逆変換回路から出力される出力電流のばらつきを防止でき、良好な合成電流を得ることができるとともに、逆変換回路ごとに導線にて導電部材に接続させることにより、接続する逆変換回路の数の増減が容易にでき、汎用性に富み、各逆変換回路を接続する簡単な構成で製造性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係る電力供給装置の概略回路構成を示す単結線図である。
【図２】前記一実施の形態における逆変換回路を示す回路図である。
【図３】前記一実施の形態における逆変換回路と出力電流合成部との関係を示すブロック図である。
【図４】前記一実施の形態におけるアームＶ１，Ｖ４の電流値の関係を示す波形図である。
【図５】本発明の他の実施の形態に係る電力供給装置の概略回路構成を示す単結線図である。
【図６】従来例の電力供給装置における逆変換回路を示す回路図である。
【図７】従来の他の電力供給装置における逆変換回路を示す回路図である。
【図８】前記図７に示す従来の電力装置におけるアームＶ１，Ｖ４の電流値の関係を示す波形図である。
【図９】従来のさらに他の電力供給装置における逆変換回路からの出力電流の均衡を図るための構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１００ 電力供給装置
２２０ 逆変換回路
２２２ スイッチング素子
３００ 出力電流合成装置としての出力電流合成部
３１０ リアクトル
３２０ 導電部材
３３０ 合成電流出力端子
Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４ 導体としてのアーム
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の逆変換回路の出力電流を合成する出力電流合成回路、この出力電流合成回路を備えた電力供給装置、および、誘導負荷装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
従来、インダクタンス成分を有する誘導電動機や誘導加熱装置などの誘導負荷の出力を容量制御するにあたり、負荷に供給する交流電力の周波数を調節可能とした電力供給装置が利用されている。この電力供給装置は、商用電源から供給される交流電力を、一旦、順変換回路で直流電力に変換し、この直流電力をさらにインバータである逆変換回路で交流電力に変換することにより、所望の周波数の交流電力が得られるようにした構成が一般的に知られている。
【０００３】
このような電力供給装置における逆変換回路の最大出力は、主に逆変換回路に採用される電力制御用のスイッチング素子の容量によって決定される。このことから、電力供給装置では、スイッチング素子の電力許容範囲内で出力が小さい場合、例えば図６に示すような１つのブリッジ型、すなわち４つのスイッチング素子Ｑで１対のアームＵ，Ｖとなる簡単な回路構成で構成される。
【０００４】
しかしながら、より大きな出力容量が要求される場合、例えば図７に示すような一対のアームＵ，Ｖに多数のスイッチング素子Ｑを並列に接続して構成する必要がある（例えば、特許文献１参照）。この図７に示すような特許文献１に記載の逆変換回路は、特に周波数の低い領域で広く利用される回路構成で、周波数が例えば数十ｋＨｚ以上に高くなると、並列の各スイッチング素子Ｑ間における僅かなインダクタンスの差により、各スイッチング素子Ｑに流れる電流にばらつきが生じる。
【０００５】
具体的には、図７において、出力端子ｔとの距離関係により、アームＵ４（Ｖ１）からアームＵ１（Ｖ４）の順でインダクタンスが大きくなるので、各スイッチング素子Ｑに流れる電流もその順に小さくなる。このことから、インダクタンスの差が最も大きくなるアームＶ１とアームＶ４とで電流値に約２０％〜３０％のばらつきが生じている。このように、ばらつきが大きくなると、各スイッチング素子の定格に対して、ばらつきに基づく低減率、図７に示す構成の例では図８の電流波形図に示すように約３０％で低減して使用することとなる。このため、一定の出力容量に対して、より多くのスイッチング素子が必要となり、回路構成が複雑となって、製造性の低減や装置コストの増大を生じるおそれがある。
【０００６】
そこで、例えばコアなどの磁性材にて構成されたバランサを用いて、各スイッチング素子に流れる電流のばらつきを防止する構成が知られている（例えば、特許文献２）。
【０００７】
この特許文献２に記載のものは、例えば図９に示すように、リング状に形成された複数の磁性体のコアＴに、例えば４系統の逆変換回路に接続された導線Ｌのうちの２本を、電流方向が逆方向となる状態にそれぞれ異なる導線Ｌの組み合わせで挿通させる。すなわち、いずれか一方の導線ＬをコアＴの軸方向の一端側から挿通させるとともに、いずれか他方の導線ＬをコアＴの軸方向の他端側から挿通させる。
【０００８】
この構成により、２本の導線Ｌに流れる電流値が同じ場合、各電流の流れて発生する磁束が互いに打ち消し合う状態となり、コアＴはインダクタンスとして作用しない。一方、電流値が異なる（ばらつき）場合には、コアＴに電流値の差の大きさに対応して磁束が発生し、この発生する磁束に対するインダクタンスがコアＴの両端に生じる。このインダクタンスが、２本の導線Ｌにそれぞれ流れる電流のばらつきを小さくする方向に作用する。そして、複数のコアＴにて電流のばらつきを効率よく低減させ、アンバランス率を５％以下に抑制している。
【０００９】
【特許文献１】
特許第２８１６６９２号公報（第３頁右欄−第５頁右欄、図１）
【特許文献２】
特開平１１−２９９２５２号公報（第４頁左欄−第５頁右欄）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献２に記載の電力供給装置では、逆変換回路が偶数系統で設けた回路構成に限られ、汎用性の向上が図りにくい。また、複数のコアＴを用いることで、構成の簡略化が図りにくく、製造性の向上および装置コストの低減が図りにくい問題がある。
【００１１】
本発明は、このような問題点に鑑みて、簡単な構成で複数系統の逆変換回路の出力電流のばらつきを抑制し汎用性が向上する出力電流合成回路および電力供給装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、直流電力を交流電力に変換する複数の逆変換回路から出力される出力電流を合成して所定の周波数の合成電流として出力する出力電流合成装置であって、前記複数の逆変換回路の出力電流を導通する対をなす導体をそれぞれ接続する一対の導電部材と、これら一対の導電部材にそれぞれ設けられ前記合成電流を出力する合成電流出力端子と、を備え、前記導電部材は、前記合成電流出力端子から最も遠い位置に接続する前記逆変換回路からの一対の導体の接続位置における前記合成電流出力端子までのインダクタンスを基準として、他の前記逆変換回路からの一対の導体の接続位置における前記合成電流出力端子までのインダクタンスの差に対応する前記一対の導体間の距離でそれぞれ接続することを特徴とした出力電流合成装置である。
【００１３】
この発明では、合成電流出力端子から最も遠い位置で導電部材に接続する逆変換回路からの一対の導体の接続位置での合成電流出力端子までのインダクタンスと、他の逆変換回路からの一対の導体の接続位置での合成電流出力端子までのインダクタンスとの差と同じインダクタンスとなる一対の導体間の距離で導電部材にそれぞれ接続させる。このことにより、複数の逆変換回路間でのインダクタンスの差による各逆変換回路からの出力電流にばらつきが生じることを防止して、安定した良好な合成電流を出力させる。そして、逆変換回路ごとに導体にて導電部材に接続される状態となり、接続する逆変換回路の数の増減が容易で、汎用性に富み、各逆変換回路を接続する簡単な構成で、製造性の向上も図れる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の出力電流合成装置であって、前記対をなす導体にそれぞれ流れる電流値の差に対応する磁束を発生されて流れる電流の差を小さくする方向に作用させるリアクタンスを発生させるリアクトルを備えたことを特徴とする。
【００１５】
この発明では、各逆変換回路からの出力電流を導通する対をなす導体はそれぞれ異なる方向に電流が流れる状態となっているので、リアクトルにより、対をなす導体にそれぞれ流れる電流値の差に対応する磁束を発生されて流れる電流の差を小さくする方向に作用させるリアクタンスを発生させる。このことにより、各逆変換回路から出力される出力電流のばらつきを防止し、合成する出力電流がばらつき無く導電部材に出力され、導電部材におけるインダクタンスの差のみを考慮して設計すればよく、製造性の向上が容易に図れる。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の出力電流合成装置であって、前記リアクトルは、磁性材にて略円筒状に形成され、内周側に前記対をなす導体をそれぞれ挿通するコアであることを特徴とする。
【００１９】
この発明では、リアクトルとして、磁性材にて略円筒状に形成されたコアを用い、このコアの内周側に対をなす導体をそれぞれ挿通させる。このことにより、各逆変換回路から出力される出力電流のばらつきが防止されるとともに逆変換回路の数の増減が容易となる構成が簡単な構成で容易に得られる。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の出力電流合成装置であって、前記導電部材は、長手状に設けられ、前記合成電流出力端子は、前記導電部材の長手方向の一端部に設けられたことを特徴とする。
【００２１】
この発明では、長手状の導電部材の長手方向の一端に合成電流出力端子を設ける。このことにより、各対をなす導体の導電部材との接続点から合成電流出力端子までの距離に基づくインダクタンスの差が容易に認識可能となり、各逆変換回路から出力される出力電流のばらつきを防止するために差分のインダクタンスを設定することが容易となり、製造性が向上する。
【００２２】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の出力電流合成装置であって、前記導電部材は、前記逆変換回路が長手方向に沿って並列状態に前記対をなす導体を接続することを特徴とする。
【００２３】
この発明では、逆変換回路が導電部材の長手方向に沿って略並列状態となるように各対をなす導体を導電部材に接続する。このことにより、逆変換回路の数の増減が容易にできる構成が簡単な構成で容易に得られる。
【００２４】
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の出力電流合成装置であって、前記逆変換回路は、複数のスイッチング素子がブリッジ状に接続されたブリッジ形であることを特徴とする。
【００２５】
この発明では、複数のスイッチング素子をブリッジ状に接続したブリッジ形に逆変換回路を構成する。このことにより、各逆変換回路から出力する出力電流を導通する対をなす導体毎に導電部材へ接続して逆変換回路の数の増減が容易にできる構成が簡単な構成で容易に得られる。
【００２６】
請求項７に記載の発明は、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の出力電流合成装置であって、前記逆変換回路は、直流電力を高周波の交流電力に変換することを特徴とする。
【００２７】
この発明では、逆変換回路の構成として直流電力を高周波の交流電力に変換させるものとする。このことにより、例えば複数の逆変換回路の並列のスイッチング素子間における僅かなインダクタンスの差により、各スイッチング素子に流れる電流値に大きく影響を与えてしまう高周波でも、特に顕著に安定した合成電流が簡単な構成で容易に得られる。
【００２８】
請求項８に記載の発明は、直流電力を交流電力に変換する複数の逆変換回路と、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の出力電流合成装置と、を具備したことを特徴とした電力供給装置である。
【００２９】
この発明では、直流電力を複数の逆変換回路にて交流電力に変換して出力される出力電流を、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の出力電流合成装置にて合成する。このため、安定した良好な合成電流を供給するとともに、逆変換回路の数の増減が容易で汎用性に富み、簡単な構成で製造性の向上も図れる。
【００３０】
請求項９に記載の発明は、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の出力電流合成装置、または、請求項８に記載の電力供給装置と、前記出力電流合成装置または前記電力供給装置の出力電流合成装置から出力される交流電力が供給されて機能する誘導負荷と、を具備したことを特徴とした誘導負荷装置とする。
【００３１】
この発明では、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の出力電流合成装置、または、請求項８に記載の電力供給装置の出力電流合成装置から出力される交流電力を誘導負荷に供給して機能させる。このことにより、安定した良好な合成電流が誘導負荷に供給され、誘導負荷が安定して良好に機能する。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。本実施の形態では、誘導加熱装置などに利用する高周波電力に変換するための電圧型の電力供給装置を例示して説明するが、これに限らず、いずれの負荷に電力を供給する構成に適用できる。また、４系統の逆変換回路からの出力電流の均衡を採る構成について例示するが、逆変換回路は４系統に限らず、複数系統に対応できる。図１は、本実施の形態に係る電力供給装置の概略回路構成を示す単結線図である。図２は、逆変換回路を示す回路図である。図３は、逆変換回路と出力電流合成部との関係を示すブロック図である。
【００３３】
〔電力供給装置の構成〕
図１において、１００は電力供給装置で、この電力供給装置１００は、例えば三相交流電源から供給される交流電力を誘導加熱装置などの駆動に必要な高周波の交流電力に変換するものである。そして、電力供給装置は、電力変換回路２００と、出力電流合成装置としての出力電流合成部３００と、を備えている。
【００３４】
電力変換回路２００は、商用交流電源である例えば三相交流電力を所定の高周波の交流電力に変換するものである。そして、各電力変換回路２００は、１つの順変換回路２１０と、例えば４系統のインバータである逆変換回路２２０とをそれぞれ有している。
【００３５】
順変換回路２１０は、商用交流電源である三相交流電力を直流電力に変換する。順変換回路２１０は、制御電極であるゲートを備えた能動的な整流素子である例えばサイリスタと、このサイリスタで整流した脈動する直流電力を平滑する平滑素子である例えばコンデンサとを有している。サイリスタは、動作時にその出力電圧が所定電圧となり、かつ、双方の制御角が同一となるように制御される。なお、平滑素子としては、コンデンサに限らずリアクトルなどを用いたものでもよい。すなわち、電流型あるいは電圧型のいずれのものを用いてもよい。
【００３６】
逆変換回路２２０は、例えば図２および図３に示すように、順変換回路２１０で変換された直流電力が印加される一対の入力端子２２１を有している。これら入力端子２２１間には、例えばＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor）などの一対のスイッチング素子２２２が直列に接続された直列回路が、複数並列に接続されている。すなわち、一方のスイッチング素子２２２のソースが他方のスイッチング素子２２２のドレインに接続され直列回路が構成されている。なお、各スイッチング素子２２２のゲートには、図示しない位相同期ループ回路が送出する制御電圧信号が同時に入力される。位相同期ループ回路は、電力供給装置から出力される交流電力の周波数が負荷の共振周波数となるように制御する。
【００３７】
また、各直列回路におけるスイッチング素子２２２の接続点には、例えば導体としての導線であるアームＵ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４が設けられている。これらアームＵ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４は、例えば導電性に優れた銅にて形成された対をなす直径が約１２ｍｍの銅パイプが用いられる。そして、アームＵ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４の正極側と負極側との間には、それぞれ図示しないコンデンサがそれぞれ設けられている。そして、図３に示すように、スイッチング素子２２２Ａ１，２２２Ｂ１，２２２Ｃ１，２２２Ｄ１にて第１のスイッチング回路２２３Ａ、スイッチング素子２２２Ａ２，２２２Ｂ２，２２２Ｃ２，２２２Ｄ２にて第２のスイッチング回路２２３Ｂ、スイッチング素子２２２Ａ３，２２２Ｂ３，２２２Ｃ３，２２２Ｄ３にて第３のスイッチング回路２２３Ｃ、スイッチング素子２２２Ａ４，２２２Ｂ４，２２２Ｃ４，２２２Ｄ４にて第４のスイッチング回路２２３Ｄが構成される。すなわち、第１のスイッチング回路２２３ＡはアームＵ１，Ｖ１を有し、第２のスイッチング回路２２３ＢはアームＵ２，Ｖ２を有し、第３のスイッチング回路２２３ＣはアームＵ３，Ｖ３を有し、第４のスイッチング回路２２３ＤはアームＵ４，Ｖ４を有し、並列の４系列が構成されている。
【００３８】
なお、図２および図３では、各アームＵ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４に設けられる各コンデンサを入力端子２２１間に接続される等価コンデンサＣとして示す。また、本実施の形態では、スイッチング素子２２２の直列回路として８つを並列に接続して４つのブロックとなるスイッチング回路２２３Ａ〜２２３Ｄを構成して説明するが、この限りではない。
【００３９】
出力電流合成部３００は、電力変換回路２００の逆変換回路２２０で変換されて出力される電流の大きさを均等にして出力電流のバランスを取るものである。この出力電流合成部３００は、複数のリアクトル３１０と、ブスバとして機能する導電部材３２０と、合成電流出力端子３３０と、などを有している。
【００４０】
リアクトル３１０としては、例えば磁性材にて略円筒状に形成されたリング状のコアが用いられる。そして、リアクトル３１０は、例えば逆変換回路２２０の４系統に対応して４つ設けられている。これらリアクトル３１０は、各スイッチング回路２２３Ａ〜２２３Ｄの導線であるアームＵ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４をそれぞれ内周側に挿通する状態で配設される。具体的には、リアクトル３１０Ｔ１は第１のスイッチング回路２２３Ａから導出するアームＵ１，Ｖ１を挿通し、リアクトル３１０Ｔ２は第２のスイッチング回路２２３Ｂから導出するアームＵ２，Ｖ２を挿通し、リアクトル３１０Ｔ３は第３のスイッチング回路２２３Ｃから導出するアームＵ３，Ｖ３を挿通し、リアクトル３１０Ｔ４は第４のスイッチング回路２２３Ｄから導出するアームＵ４，Ｖ４を挿通する。
【００４１】
導電部材３２０は、２本一対のブスバとして機能し、電力変換回路２００の逆変換回路２２０から導出するアームＵ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４がそれぞれ接続され、逆変換回路２２０の４系統から出力される出力電流を合成する。この導電部材３２０としては、例えば導電性に優れた銅にて形成された対をなす厚さ寸法が約３ｍｍ〜４ｍｍの銅板が用いられる。そして、この導電部材３２０の長手方向の一端に、合成電力出力端子３３０が接続されている。この合成電流出力端子３３０は、導電部材３２０にて合成した合成電流を出力する。例えば、対の合成電流出力端子３３０は、図示しない誘導電動機や誘導加熱コイルなどの誘導負荷に接続され、誘導電動機や誘導加熱コイルに導電部材３２０にて合成した合成電流を誘導負荷に供給し、誘導電動機を駆動させたり誘導加熱コイルにて被加熱物を誘導加熱させたりするなどで誘導負荷を機能させる。
【００４２】
また、導電部材３２０は、電力変換回路２００の逆変換回路２２０の４系統からそれぞれ導出するアームＵ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４を、それぞれ所定の条件で接続する。すなわち、逆変換回路２２０の４系統が並列状態となるように接続するとともに、対をなすアームＵ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４の導電部材３２０における接続位置でのインダクタンスがそれぞれ同値となるように接続する。
【００４３】
具体的には、例えば導電部材３２０の対をなす銅板の幅寸法が１００ｍｍ、ギャップが２ｍｍである場合、各スイッチング回路２２３Ａ〜２２３ＤのアームＵ１〜Ｕ４−Ｖ１〜Ｖ４間における接続間隔が１６０ｍｍとすると、並列状態に接続した対をなすアームＵ１〜Ｕ４−Ｖ１〜Ｖ４間における導電部材３２０のインダクタンス差は約４ｎＨとなる。このことから、合成電流出力端子３３０が接続された一端から最も遠い距離に接続されインダクタンスによる出力電流への影響が最も大きくなる第４のスイッチング回路２２３Ｄを基準にして、接続位置が合成電流出力端子３３０に近づくにしたがって４ｎＨ分のインダクタンスが増加する状態に対をなすアームＵ１−Ｖ１，Ｕ２−Ｖ２，Ｕ３−Ｖ３，Ｕ４−Ｖ４間の距離が広くなるように接続する。例えば、第４のスイッチング回路２２３ＤのアームＵ４−Ｖ４間のギャップが１ｍｍである場合、４ｎＨ分のインダクタンスが小さくなる位置の第３のスイッチング回路２２３ＣのアームＵ３−Ｖ３間のギャップを４ｎＨ分増加するように２ｍｍとし、さらに４ｎＨ分のインダクタンスが小さくなる位置の第２のスイッチング回路２２３ＢのアームＵ２−Ｖ２間のギャップをさらに４ｎＨ分増加（８ｎＨ分）するように３ｍｍとし、最も合成電流出力端子３３０に近くさらに４ｎＨ分のインダクタンスが小さくなる位置の第１のスイッチング回路２２３ＡのアームＵ１−Ｖ１間のギャップをさらに４ｎＨ分増加（１２ｎＨ）するように４ｍｍと設定してそれぞれ接続する。
【００４４】
〔電力供給装置の動作〕
次に、上記実施の形態の電力供給装置の動作について図面を参照して説明する。図４は、アームＶ１，Ｖ４の電流値関係を示す波形図である。
【００４５】
まず、商用交流電源を電力変換回路２００の順変換回路２１０にて所定の直流電力に変換する。この変換された直流電力は、電力変換回路２００の逆変換回路２２０の４系統のスイッチング回路２２３Ａ〜２２３Ｄにて所定の周波数（高周波）の交流電力に変換してアームＵ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４を介して出力電流合成部３００へ出力させる。
【００４６】
この出力電流合成部３００への交流電力の出力の際、各アームＵ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４に出力電流が流れると、これらアームＵ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４に流れる電流に対応する磁束が各リアクトル３１０に発生する。そして、対をなすアームＵ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４にはそれぞれ互いに逆方向に電流が流れるので、これら対をなすアームＵ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４とリアクトルとにてそれぞれ差動リアクトルが構成される。この差動リアクトルは、アームＵ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４にそれぞれ互いに逆方向に流れる電流が均一であれば、互いの磁束が打ち消し合って合成磁束はゼロとなりリアクタンスがゼロとなる。
【００４７】
また、対をなすアームＵ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４に流れる出力電流が均一でなくなると、差動リアクトルの作用により大きい出力電流のアームＵ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４に対して出力電流を抑制するリアクタンスを発生させる。このことにより、逆変換回路２２０の各スイッチング回路２２３Ａ〜２２３Ｄから出力される出力電流の均衡が得られる。
【００４８】
さらに、均衡が保たれて出力電流合成部３００の導電部材３２０に流れる各出力電流は、対をなすアームＵ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４の導電部材３２０における接続位置でそれぞれ同値のインダクタンスとなっているので、導電部材３２０にて良好に合成され、一端の合成電流出力端子３３０から合成電流として出力される。具体的には、図４に示すように、合成電流出力端子３３０に最も近い接続位置となるアームＶ１に流れる電流値と、最も遠い接続位置となるアームＶ４に流れる電流値とは、ほぼ同値となる。この出力された合成された所定の高周波の交流電力は誘導負荷に供給され、適宜誘導負荷が機能、例えば誘導加熱コイルが被加熱物を誘導加熱する。
【００４９】
〔実施の形態の作用効果〕
上述したように、上記実施の形態では、電力変換回路２００の逆変換回路２２０における並列に接続した４系統のスイッチング回路２２３Ａ〜２２３Ｄからそれぞれ出力される出力電流を導通する各対をなすアームＵ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４の導電部材３２０への接続位置における合成電流出力端子３３０までの距離に基づくインダクタンスが同値となる状態に各対をなすアームＵ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４を接続する。具体的には、合成電流出力端子３３０から最も遠い位置で導電部材３３０に接続される第４のスイッチング回路２２３Ｄの一対のアームＵ４，Ｖ４の接続位置のインダクタンスを基準として、他の系統のスイッチング回路２２３Ａ〜２２３ＣのアームＵ１〜Ｕ３，Ｖ１〜Ｖ３の接続位置でのインダクタンスとの差と同じインダクタンスとなる状態に、アームＵ１−Ｖ１，Ｕ２−Ｖ２，Ｕ３−Ｖ３間のギャップを広くして接続させる。このため、複数の逆変換回路２２０の各スイッチング回路２２３Ａ〜２２３Ｄ間でのインダクタンスの差による各出力電流にばらつきが生じることを防止でき、出力電流を良好に合成でき、安定した良好な合成電流を出力できる。そして、逆変換回路２２０の各スイッチング回路２２３Ａ〜２２３Ｄ毎に対をなすアームＵ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４を導電部材３２０に接続するので、接続する逆変換回路２２０の数の増減が容易にでき、汎用性に富み、逆変換回路２２０の各スイッチング回路２２３Ａ〜２２３Ｄ毎に接続する簡単な構成で、製造性も向上できる。また、安定した良好な合成電流を出力できることから、誘導負荷を安定して良好に機能させることができる。
【００５０】
そして、リアクトル３１０により、対をなすアームＵ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４にそれぞれ流れる電流値の差に対応する磁束を発生させ、対をなすアームＵ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４間での電流の差を小さくする方向にインダクタンスを発生させる。このため、逆変換回路２２０の各スイッチング回路２２３Ａ〜２２３Ｄから出力される出力電流のばらつきを防止でき、合成する各出力電流の均衡が得られ、導電部材３２０における接続位置におけるインダクタンスの差のみを考慮して製造すればよいので、製造性を容易に向上できる。
【００５１】
また、リアクトル３１０として、磁性材にて略円筒状に形成されたリング状のコアを用い、このコアの内周側に対をなすアームＵ１−Ｖ１，Ｕ２−Ｖ２，Ｕ３−Ｖ３，Ｕ４−Ｖ４をそれぞれ挿通させる。このため、逆変換回路２２０の各スイッチング回路２２３Ａ〜２２３Ｄから出力される出力電流のばらつきを防止できるとともに逆変換回路２２０における系列の数の増減が容易で汎用性に富み製造性を向上できる構成が簡単な構成で容易に得られる。
【００５２】
そして、導電部材３２０を長手状に形成して、導電部材３２０の長手方向の一端部に合成電流出力端子３３０を設ける。このため、逆変換回路２２０の各スイッチング回路２２３Ａ〜２２３Ｄからの対をなすアームＵ１−Ｖ１，Ｕ２−Ｖ２，Ｕ３−Ｖ３，Ｕ４−Ｖ４の導電部材３２０との接続点から合成電流出力端子３３０までの距離に基づくインダクタンスの差を容易に求めることができ、逆変換回路２２０の各スイッチング回路２２３Ａ〜２２３Ｄから出力される出力電流のばらつきを防止するために各接続位置での差分のインダクタンスの設定が容易にでき、製造性を向上でき、安定した良好な合成電流が容易に得られる。
【００５３】
さらに、逆変換回路２２０の各スイッチング回路２２３Ａ〜２２３Ｄが長手状の導電部材３２０の長手方向に沿って略並列状態となるように各対をなすアームＵ１−Ｖ１，Ｕ２−Ｖ２，Ｕ３−Ｖ３，Ｕ４−Ｖ４を導電部材３２０に接続する。このため、出力電流のばらつきを防止して安定した良好な合成電流が得られるとともに逆変換回路２２０における系列の数の増減が容易にでき汎用性に富み製造性を向上できる構成が簡単な構成で容易に得られる。
【００５４】
また、複数のスイッチング素子２２２をブリッジ状に接続したブリッジ形に逆変換回路２２０の各スイッチング回路２２３Ａ〜２２３Ｄを構成する。このため、逆変換回路２２０の各スイッチング回路２２３Ａ〜２２３Ｄから出力する出力電流を導通する対をなすアームＵ１−Ｖ１，Ｕ２−Ｖ２，Ｕ３−Ｖ３，Ｕ４−Ｖ４毎に導電部材３２０に接続して逆変換回路２２０の系列数の増減が容易にできる構成が簡単な構成で容易に得られる。
【００５５】
そして、順変換回路２１０からの直流電力を高周波の交流電力に変換する逆変換回路２２０の構成としている。このため、特に図に示すような逆変換回路２２０の並列に接続されるスイッチング素子２２２間における僅かなインダクタンスの差により各スイッチング素子２２２に流れる電流値に大きく影響を与えてしまう高周波としても、電流のばらつきを防止でき、安定した合成電流が簡単な構成で容易に得られる。
【００５６】
以上、本発明について好適な実施の形態を挙げて説明したが、本発明は、この実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良並びに設計の変更が可能である。
【００５７】
すなわち、上述したように、誘導負荷に変換した交流電力を供給する構成に限らず、いずれのものにも適用できる。また、供給する交流電力として高周波に限られない。
【００５８】
そして、電力変換回路２００は４系統に限らず、複数系統でもできる。また、図５に示すように、電力変換回路２００として、例えば図５に示すような順変換回路および逆変換回路の各スイッチング回路２２３Ａ〜２２３Ｄをそれぞれ接続して構成し複数の電力変換回路とした構成としてもよい。なお、この図５に示す構成では、順変換回路２１０とスイッチング回路２２３Ａ〜２２３Ｄ間に平滑コンデンサなどを設けるとよい。
【００５９】
また、アームＵ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４としては、導線などの線材に限らず帯状材や板材などを用いるなどしてもよい。
【００６０】
さらに、導電部材３２０としては銅パイプに限らずブスバとして機能するいずれのものをもちいてもよい。そして、合成電流出力端子３３０を導電部材３２０の一端に設ける場合に限らない。
【００６１】
また、リアクトル３１０を設けなくてもよい。一方、リアクトル３１０を設けて対をなすアームアームＵ１−Ｖ１，Ｕ２−Ｖ２，Ｕ３−Ｖ３，Ｕ４−Ｖ４の接続位置でのインダクタンスの設定をしない構成としてもよい。なお、双方の構成を設けることで、確実に良好な合成電流が得られる。
【００６２】
さらに、リアクトル３１０としては、コアを用いる構成に限られない。
【００６３】
また、逆変換回路２２０のスイッチング素子２２２としては、トランジスタに限らずサイリスタなどいずれのスイッチング素子を用いることができる。
【００６４】
その他、本発明の実施の際の具体的な構造および手順などは、本発明の目的を達成できる範囲で他の構成に変更するなどしてもよい。
【００６５】
【発明の効果】
本発明によれば、合成電流出力端子から最も遠い位置で導電部材に接続する逆変換回路からの一対の導線の接続位置での合成電流出力端子までのインダクタンスと、他の逆変換回路からの一対の導線の接続位置での合成電流出力端子までのインダクタンスとの差と同じインダクタンスとなる一対の導線間の距離で導電部材にそれぞれ接続させるため、複数の逆変換回路間でのインダクタンスの差による各逆変換回路からの出力電流にばらつきが生じることを防止でき、安定した良好な合成電流を出力できるとともに、逆変換回路ごとに導線にて導電部材に接続する状態となり、接続する逆変換回路の数の増減が容易にでき、汎用性に富み、各逆変換回路を接続する簡単な構成で製造性を向上できる。
【００６６】
また、本発明によれば、複数の逆変換回路の出力電流を導通し導電部材にそれぞれ接続される複数対の導線にそれぞれ対応するリアクトルにより、対をなす導線にそれぞれ流れる電流値の差に対応する磁束を発生させ、流れる電流の値の差を小さくする方向にインダクタンスを作用させるため、各逆変換回路から出力される出力電流のばらつきを防止でき、良好な合成電流を得ることができるとともに、逆変換回路ごとに導線にて導電部材に接続させることにより、接続する逆変換回路の数の増減が容易にでき、汎用性に富み、各逆変換回路を接続する簡単な構成で製造性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係る電力供給装置の概略回路構成を示す単結線図である。
【図２】前記一実施の形態における逆変換回路を示す回路図である。
【図３】前記一実施の形態における逆変換回路と出力電流合成部との関係を示すブロック図である。
【図４】前記一実施の形態におけるアームＶ１，Ｖ４の電流値の関係を示す波形図である。
【図５】本発明の他の実施の形態に係る電力供給装置の概略回路構成を示す単結線図である。
【図６】従来例の電力供給装置における逆変換回路を示す回路図である。
【図７】従来の他の電力供給装置における逆変換回路を示す回路図である。
【図８】前記図７に示す従来の電力装置におけるアームＶ１，Ｖ４の電流値の関係を示す波形図である。
【図９】従来のさらに他の電力供給装置における逆変換回路からの出力電流の均衡を図るための構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１００ 電力供給装置
２２０ 逆変換回路
２２２ スイッチング素子
３００ 出力電流合成装置としての出力電流合成部
３１０ リアクトル
３２０ 導電部材
３３０ 合成電流出力端子
Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４ 導体としてのアーム
Claims (9)
- 直流電力を交流電力に変換する複数の逆変換回路から出力される出力電流を合成して所定の周波数の合成電流として出力する出力電流合成装置であって、
前記複数の逆変換回路の出力電流を導通する対をなす導体をそれぞれ接続する一対の導電部材と、
これら一対の導電部材にそれぞれ設けられ前記合成電流を出力する合成電流出力端子と、を備え、
前記導電部材は、前記合成電流出力端子から最も遠い位置に接続する前記逆変換回路からの一対の導体の接続位置における前記合成電流出力端子までのインダクタンスを基準として、他の前記逆変換回路からの一対の導体の接続位置における前記合成電流出力端子までのインダクタンスの差に対応する前記一対の導体間の距離でそれぞれ接続する
ことを特徴とした出力電流合成装置。 - 請求項１に記載の出力電流合成装置であって、
前記対をなす導体にそれぞれ流れる電流値の差に対応する磁束を発生されて流れる電流の差を小さくする方向に作用させるリアクタンスを発生させるリアクトルを備えた
ことを特徴とした出力電流合成装置。 - 請求項２に記載の出力電流合成装置であって、
前記リアクトルは、磁性材にて略円筒状に形成され、内周側に前記対をなす導体をそれぞれ挿通するコアである
ことを特徴とした出力電流合成装置。 - 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の出力電流合成装置であって、
前記導電部材は、長手状に設けられ、
前記合成電流出力端子は、前記導電部材の長手方向の一端部に設けられた
ことを特徴とした出力電流合成装置。 - 請求項４に記載の出力電流合成装置であって、
前記導電部材は、前記逆変換回路が長手方向に沿って並列状態に前記対をなす導体を接続する
ことを特徴とした出力電流合成装置。 - 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の出力電流合成装置であって、
前記逆変換回路は、複数のスイッチング素子がブリッジ状に接続されたブリッジ形である
ことを特徴とした出力電流合成装置。 - 請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の出力電流合成装置であって、
前記逆変換回路は、直流電力を高周波の交流電力に変換する
ことを特徴とした出力電流合成装置。 - 直流電力を交流電力に変換する複数の逆変換回路と、
請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の出力電流合成装置と、
を具備したことを特徴とした電力供給装置。 - 請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の出力電流合成装置、または、請求項８に記載の電力供給装置と、
前記出力電流合成装置または前記電力供給装置の出力電流合成装置から出力される交流電力が供給されて機能する誘導負荷と、
を具備したことを特徴とした誘導負荷装置。
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