JP5274718B1

JP5274718B1 - 電源装置

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Publication number: JP5274718B1
Application number: JP2012544983A
Authority: JP
Inventors: 竜一竹澤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-05-18
Filing date: 2012-05-18
Publication date: 2013-08-28
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Abstract

電源装置は、インバータ及び複数の外部供給先へ出力すべき電源電力を生成する電源装置であって、第１の１次側巻線と前記第１の１次側巻線の外側に巻き回された複数の第１の２次側巻線とを有する第１の電源トランスと、１つの前記第１の２次側巻線に電気的に接続された第２の１次側巻線と前記第２の１次側巻線の外側に巻き回された複数の第２の２次側巻線とを有する第２の電源トランスとを備え、前記複数の第２の２次側巻線は、前記複数の外部供給先に接続されており、前記複数の第１の２次側巻線では、前記インバータの上アームのスイッチング素子をオン・オフさせる上ゲート電源回路に接続された上ゲート巻線が、前記１つの第１の２次側巻線から離間するように最も外側に巻き回されている。

Description

本発明は、電源装置に関する。

従来から、外部電源から交流電力を受けて、複数の電源電力を生成する電源装置が存在する。

特許文献１には、ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、スイッチングトランスの入力側のスイッチングトランジスタを過電流から保護する過電流保護トランジスタが設けられており、過電流保護トランジスタをオンさせるための保護回路駆動電源を、スイッチングトランスの入力側の制御用巻線の起電力から生成することが記載されている。これにより、特許文献１によれば、保護回路駆動電源を出力させるための巻線をスイッチングトランスの出力側に設けてその出力側巻線から出力させる場合に比べて、スイッチングトランスの巻線の数が１つ少なくなり、スイッチングトランスが小型化するとされている。

特開２０００−２３３０９０号公報

特許文献１に記載の技術では、スイッチングトランスにおいて、モータドライバの上側トランジスタにベース電流を供給する上アーム電源を出力する巻線が、ユーザに開放された電源を出力する巻線に隣接して巻き回されていると考えられる。このため、モータドライバの上側トランジスタ（上アームのスイッチング素子）のスイッチング動作により発生したノイズ（スイッチングノイズ）が、上アーム電源を出力する巻線からユーザに開放された電源を出力する巻線に伝達され、ユーザに開放された電源の出力先（外部供給先）の機器を誤動作させる可能性がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、上アームのスイッチング素子によるスイッチングノイズの外部供給先への伝達を抑制できる電源装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の１つの側面にかかる電源装置は、インバータ及び複数の外部供給先へ出力すべき電源電力を生成する電源装置であって、第１の１次側巻線と前記第１の１次側巻線の外側に巻き回された複数の第１の２次側巻線とを有する第１の電源トランスと、１つの前記第１の２次側巻線に電気的に接続された第２の１次側巻線と前記第２の１次側巻線の外側に巻き回された複数の第２の２次側巻線とを有する第２の電源トランスとを備え、前記複数の第２の２次側巻線は、前記複数の外部供給先に接続されており、前記複数の第１の２次側巻線では、前記インバータの上アームのスイッチング素子をオン・オフさせる上ゲート電源回路に接続された上ゲート巻線が、前記１つの第１の２次側巻線から離間するように最も外側に巻き回されていることを特徴とする。

本発明によれば、第１の電源トランスの巻線構造において、１つの第１の２次側巻線と上ゲート巻線との距離を引き離すことができ、スイッチングノイズが上ゲート巻線から１つの第１の２次側巻線へ伝達されにくくなるようにすることができ、スイッチングノイズが１つの第１の２次側巻線を介して外部供給先へ伝達しにくくなるようにすることができる。したがって、上アームのスイッチング素子によるスイッチングノイズの外部供給先への伝達を抑制できる。

図１は、実施の形態にかかる電源装置の構成を示す図である。図２は、実施の形態における電源トランスの巻線構造を示す図である。図３は、基本の形態にかかる電源装置の構成を示す図である。図４は、基本の形態にかかる電源装置を適用したシステムの構成を示す図である。図５は、基本の形態における電源トランスの巻線構造を示す図である。

以下に、本発明にかかる電源装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
実施の形態にかかる電源装置１００について説明する前に、基本の形態にかかる電源装置１について図３及び図４を用いて説明する。図３は、基本の形態にかかる電源装置１の構成を示す図である。図４は、基本の形態にかかる電源装置１を適用したシステムの構成を示す図である。

電源装置１は、外部電源ＰＳから交流電力を受け、受けた交流電力を用いて複数の電源電力（例えば、直流電力）を生成し、生成された電源電力をインバータＩＮＶ及び複数の客先使用電源回路（複数の外部供給先）ＵＰ１〜ＵＰ３へ供給する。インバータＩＮＶは、例えば汎用のインバータであり、インバータ装置ＡＰに備えられている。インバータ装置ＡＰでは、外部電源ＰＳから受けた交流電力をコンバータＣＮＶで直流電力に変換し、直流電力をインバータＩＮＶで交流電力に変換し、交流電力をモータＩＭに供給することでモータＩＭを駆動する。複数の客先使用電源回路ＵＰ１〜ＵＰ３は、例えば、ユーザ機器で使用される電源回路である。

具体的には、電源装置１は、電源トランスＴ１、入力回路２、複数の出力回路３−１〜３−３、４−１〜４−６を備える。

電源トランスＴ１は、入力回路２から直流電力を受け、直流電力を例えば複数の変圧比で変圧し（例えば昇圧し）、変圧された複数の直流電力を複数の出力回路３−１〜３−３、４−１〜４−６へ供給する。

電源トランスＴ１は、コアＣＲ１、１次側巻線Ｐ１、複数の２次側巻線Ｐ３〜Ｐ５、ＢＰ１〜ＢＰ６、及び制御巻線Ｐ２を有する。図５に示すように、電源トランスＴ１では、コアＣＲ１の外側に１次側巻線Ｐ１が巻き回されており、１次側巻線Ｐ１の外側に複数の２次側巻線Ｐ３〜Ｐ５、ＢＰ１〜ＢＰ６が巻き回されている。

以下では、複数の２次側巻線Ｐ３〜Ｐ５、ＢＰ１〜ＢＰ６を、その供給先を示す名前で、すなわち、客先電源巻線Ｐ３、客先電源巻線Ｐ４、客先電源巻線Ｐ５、Ｕ相上ゲート巻線ＢＰ１、Ｖ相上ゲート巻線ＢＰ２、Ｗ相上ゲート巻線ＢＰ３、Ｕ相下ゲート巻線ＢＰ４、Ｖ相下ゲート巻線ＢＰ５、Ｗ相下ゲート巻線ＢＰ６と呼ぶこともある。また、Ｕ相上ゲート巻線ＢＰ１、Ｖ相上ゲート巻線ＢＰ２、Ｗ相上ゲート巻線ＢＰ３をまとめて上ゲート巻線ＢＰ１〜ＢＰ３と呼ぶこともあり、Ｕ相下ゲート巻線ＢＰ４、Ｖ相下ゲート巻線ＢＰ５、Ｗ相下ゲート巻線ＢＰ６をまとめて下ゲート巻線ＢＰ４〜ＢＰ６と呼ぶこともある。

図５は、電源装置１における電源トランスＴ１の巻線構造を示す図である。図５では、図面における左側が内側（コアＣＲ１側）で図面における右側が外側（コアＣＲ１と反対側）を示しており、それに対応するように、図３では、図面における上側が内側で図面における下側が外側を示している。すなわち、図３及び図５に示すように、１次側巻線Ｐ１の外側には、客先電源巻線Ｐ３、客先電源巻線Ｐ４、客先電源巻線Ｐ５、Ｕ相上ゲート巻線ＢＰ１、Ｖ相上ゲート巻線ＢＰ２、Ｗ相上ゲート巻線ＢＰ３、Ｗ相下ゲート巻線ＢＰ６、Ｖ相下ゲート巻線ＢＰ５、Ｕ相下ゲート巻線ＢＰ４が順に巻き回されている。

入力回路２は、外部電源ＰＳから受けた交流電力を直流電力に変換し、変換された直流電力を電源トランスＴ１へ供給する。例えば、入力回路２では、入力端子Ｒ１、Ｓ１で２相（Ｒ相、Ｓ相）の交流電力を受け、交流電力をブリッジ接続された複数のダイオードＤ１〜Ｄ４で整流化して直流電力を生成し、直流電力をコンデンサＣ１で平滑化する。平滑化された直流電力は抵抗Ｒ１、コンデンサＣ２、ダイオードＤ５、及びトランジスタＴＲを介して電源トランスＴ１の１次側巻線Ｐ１へ伝達される。また、トランジスタＴＲは、抵抗Ｒ３を介して制御巻線Ｐ２からゲートで受けた電力（電圧）に応じて、オン・オフする。

複数の出力回路３−１〜３−３、４−１〜４−６は、複数の２次側巻線Ｐ３〜Ｐ５、ＢＰ１〜ＢＰ６に対応している。出力回路３−１〜３−３は、２次側巻線Ｐ３〜Ｐ５から伝達された直流電力を複数の客先使用電源回路ＵＰ１〜ＵＰ３へ供給し、出力回路４−１〜４−６は、２次側巻線ＢＰ１〜ＢＰ６から伝達された直流電力を複数のゲート電源回路ＧＰ１〜ＧＰ６へ供給する。

以下では、複数のゲート電源回路ＧＰ１〜ＧＰ６を、その供給先を区別する名前で、すなわち、Ｕ相上ゲート電源回路ＧＰ１、Ｖ相上ゲート電源回路ＧＰ２、Ｗ相上ゲート電源回路ＧＰ３、Ｕ相下ゲート電源回路ＧＰ４、Ｖ相下ゲート電源回路ＧＰ５、Ｗ相下ゲート電源回路ＧＰ６で呼ぶこともある。また、Ｕ相上ゲート電源回路ＧＰ１、Ｖ相上ゲート電源回路ＧＰ２、Ｗ相上ゲート電源回路ＧＰ３をまとめて上ゲート電源回路ＧＰ１〜ＧＰ３と呼ぶこともあり、Ｕ相下ゲート電源回路ＧＰ４、Ｖ相下ゲート電源回路ＧＰ５、Ｗ相下ゲート電源回路ＧＰ６をまとめて下ゲート電源回路ＧＰ４〜ＧＰ６と呼ぶこともある。

例えば、出力回路３−１は、客先電源巻線Ｐ３にダイオードＤ１１−１を介して接続されたコンデンサＣ１１−１を有し、客先電源巻線Ｐ３から伝達された直流電力をコンデンサＣ１１−１で保持しながら客先使用電源回路ＵＰ１へ出力する。出力回路３−２は、客先電源巻線Ｐ４にダイオードＤ１１−２を介して接続されたコンデンサＣ１１−２を有し、客先電源巻線Ｐ４から伝達された直流電力をコンデンサＣ１１−２で保持しながら客先使用電源回路ＵＰ２へ出力する。出力回路３−３は、客先電源巻線Ｐ５にダイオードＤ１１−３を介して接続されたコンデンサＣ１１−３を有し、客先電源巻線Ｐ５から伝達された直流電力をコンデンサＣ１１−３で保持しながら客先使用電源回路ＵＰ３へ出力する。これにより、１又は複数のユーザ機器は、客先使用電源回路ＵＰ１による電源電力（例えば、５Ｖの電圧を含む電力）、客先使用電源回路ＵＰ２による電源電力（例えば、１０Ｖの電圧を含む電力）、及び客先使用電源回路ＵＰ３による電源電力（例えば、−１０Ｖの電圧を含む電力）を用いて動作する。

例えば、出力回路４−１は、Ｕ相上ゲート巻線ＢＰ１にＤ１２−１を介して接続されたコンデンサＣ１２−１を有し、Ｕ相上ゲート巻線ＢＰ１から伝達された直流電力をコンデンサＣ１２−１で保持しながらＵ相上ゲート電源回路ＧＰ１へ出力する。出力回路４−２は、Ｖ相上ゲート巻線ＢＰ２にＤ１２−２を介して接続されたコンデンサＣ１２−２を有し、Ｖ相上ゲート巻線ＢＰ２から伝達された直流電力をコンデンサＣ１２−２で保持しながらＶ相上ゲート電源回路ＧＰ２へ出力する。出力回路４−３は、Ｗ相上ゲート巻線ＢＰ３にＤ１２−３を介して接続されたコンデンサＣ１２−３を有し、Ｗ相上ゲート巻線ＢＰ３から伝達された直流電力をコンデンサＣ１２−３で保持しながらＷ相上ゲート電源回路ＧＰ３へ出力する。これにより、Ｕ相上ゲート電源回路ＧＰ１、Ｖ相上ゲート電源回路ＧＰ２、及びＷ相上ゲート電源回路ＧＰ３は、それぞれ、制御回路（図示せず）による制御のもと、インバータＩＮＶの上アームのスイッチング素子Ｕｕ、Ｖｕ、Ｗｕ（図４参照）をオン・オフさせるスイッチング動作を行わせる。

例えば、出力回路４−６は、Ｗ相下ゲート巻線ＢＰ６にＤ１２−６を介して接続されたコンデンサＣ１２−６を有し、Ｗ相下ゲート巻線ＢＰ６から伝達された直流電力をコンデンサＣ１２−６で保持しながらＷ相下ゲート電源回路ＧＰ６へ出力する。出力回路４−５は、Ｖ相下ゲート巻線ＢＰ５にＤ１２−５を介して接続されたコンデンサＣ１２−５を有し、Ｖ相下ゲート巻線ＢＰ５から伝達された直流電力をコンデンサＣ１２−５で保持しながらＶ相下ゲート電源回路ＧＰ５へ出力する。出力回路４−４は、Ｕ相下ゲート巻線ＢＰ４にＤ１２−４を介して接続されたコンデンサＣ１２−４を有し、Ｕ相下ゲート巻線ＢＰ４から伝達された直流電力をコンデンサＣ１２−４で保持しながらＵ相下ゲート電源回路ＧＰ４へ出力する。これにより、Ｗ相下ゲート電源回路ＧＰ６、Ｖ相下ゲート電源回路ＧＰ５、及びＵ相下ゲート電源回路ＧＰ４は、それぞれ、制御回路（図示せず）による制御のもと、インバータＩＮＶの下アームのスイッチング素子Ｗｄ、Ｖｄ、Ｕｄ（図４参照）をオン・オフさせるスイッチング動作を行わせる。

この構成では、インバータＩＮＶの上アームのスイッチング素子Ｕｕ、Ｖｕ、Ｗｕのスイッチング動作によりスイッチングノイズが発生し、発生したスイッチングノイズが様々な経路で他の機器に影響を与えることがある。

例えば、図３及び図４に示すように、スイッチングノイズが、上ゲート電源回路ＧＰ１〜ＧＰ３、出力回路４−１〜４−３、上ゲート巻線ＢＰ１〜ＢＰ３へ伝達（伝播）される。このとき、電源トランスＴ１では、図５に示すように、上ゲート巻線ＢＰ１〜ＢＰ３が客先電源巻線Ｐ３〜Ｐ５に隣接して巻き回されているため、上ゲート巻線ＢＰ１〜ＢＰ３へ伝達されたスイッチングノイズが、客先電源巻線Ｐ３〜Ｐ５へさらに伝達（伝播）されやすい。これにより、スイッチングノイズが出力回路３−１〜３−３を介して客先使用電源回路ＵＰ１〜ＵＰ３に伝達（伝播）されやすいので、客先使用電源回路ＵＰ１〜ＵＰ３による電源電力を用いて動作させた１又は複数のユーザ機器を誤動作させる可能性がある。

これに対して、受動フィルタ（コモンモードリアクトルや１次フィルタ）にて対策することが考えられる。しかし、受動フィルタにて対策した場合、電源装置が大型化してしまい、限られたスペース内に電源装置を設置することが困難になる。

そこで、本実施の形態では、電源装置１００において、電源トランスを２重化して１段目の電源トランスにおける客先電源巻線の数を減らすとともに上ゲート巻線を客先電源巻線から離間するように最も外側に巻き回すことで、上ゲート巻線から客先電源巻線へスイッチングノイズが伝達されにくくなるようにする。

具体的には、電源装置１００は、図１に示すように、電源トランスＴ１及び出力回路３−１〜３−３に代えて、電源トランス（第１の電源トランス）Ｔ１０１、電源トランス（第２の電源トランス）Ｔ１０２、中継回路１０５、及び出力回路１０３−１〜１０３−４を備える。図１は、電源装置１００の構成を示す図である。

電源トランスＴ１０１は、入力回路２から直流電力を受け、直流電力を例えば複数の変圧比で変圧し（例えば昇圧し）、変圧された複数の直流電力を中継回路１０５及び複数の出力回路４−１〜４−６へ供給する。

電源トランスＴ１０１は、コアＣＲ１、１次側巻線（第１の１次側巻線）Ｐ１’、複数の２次側巻線（複数の第１の２次側巻線）Ｐ３’、ＢＰ１〜ＢＰ６、及び制御巻線Ｐ２を有する。電源トランスＴ１０１では、図２に示すように、コアＣＲ１の外側に１次側巻線Ｐ１’が巻き回されており、１次側巻線Ｐ１’の外側に複数の２次側巻線Ｐ３’、ＢＰ１〜ＢＰ６が巻き回されている。

図２は、電源装置１００における電源トランスＴ１０１の巻線構造を示す図である。図２では、図面における左側が内側（コアＣＲ１側）で図面における右側が外側（コアＣＲ１と反対側）を示しており、それに対応するように、図１では、図面における上側が内側で図面における下側が外側を示している。すなわち、図１及び図２に示すように、１次側巻線Ｐ１’の外側には、客先電源巻線Ｐ３’、所定の複数の巻線、Ｗ相下ゲート巻線ＢＰ６、Ｖ相下ゲート巻線ＢＰ５、Ｕ相下ゲート巻線ＢＰ４、Ｕ相上ゲート巻線ＢＰ１、Ｖ相上ゲート巻線ＢＰ２、Ｗ相上ゲート巻線ＢＰ３が順に巻き回されている。

１次側巻線Ｐ１’では、複数の層のうち巻始めの層が最も内側になるように複数の層が巻き回されている。図２に破線の丸で示した箇所が巻始めの箇所である。

複数の２次側巻線Ｐ３’、ＢＰ１〜ＢＰ６では、客先電源巻線Ｐ３’の数が１つに減らされており、１つの客先電源巻線Ｐ３’が最も内側に巻き回されているとともに、上ゲート巻線ＢＰ１〜ＢＰ３が最も外側に巻き回されている。また、複数の２次側巻線Ｐ３’、ＢＰ１〜ＢＰ６では、下ゲート巻線ＢＰ４〜ＢＰ６が、上ゲート巻線ＢＰ１〜ＢＰ３と１つの客先電源巻線Ｐ３’との間において、上ゲート巻線ＢＰ１〜ＢＰ３と軸方向高さが略同じになるように巻き回されている。

電源トランスＴ１０１は、電源トランスＴ１０１から中継回路１０５を介して直流電力を受け、直流電力を例えば複数の変圧比で変圧し（例えば昇圧し）、変圧された複数の直流電力を複数の出力回路１０３−１〜１０３−４へ供給する。

電源トランスＴ１０２は、コアＣＲ１０２、１次側巻線Ｐ１１、複数の２次側巻線Ｐ１３〜Ｐ１６、及び制御巻線Ｐ１２を有する。１次側巻線Ｐ１１は、中継回路１０５を介して客先電源巻線Ｐ３’と電気的に接続されている。電源トランスＴ１０２では、コアＣＲ１０２の外側に１次側巻線Ｐ１１が巻き回されており、１次側巻線Ｐ１１の外側に複数の２次側巻線Ｐ１３〜Ｐ１６が巻き回されている。

中継回路１０５は、１つの客先電源巻線Ｐ３’から伝達された直流電力を電源トランスＴ１０２へ供給する。例えば、中継回路１０５では、客先電源巻線Ｐ３’からダイオードＤ１１を介して伝達された直流電力がコンデンサＣ１１で保持され、コンデンサＣ１１からダイオードＤ１３を介して伝達された直流電力がコンデンサＣ１３で保持される。コンデンサＣ１３で保持された直流電力は、抵抗Ｒ１１、コンデンサＣ１４、ダイオードＤ１４、及びトランジスタＴＲ１１を介して電源トランスＴ１０２の１次側巻線Ｐ１１へ伝達される。また、トランジスタＴＲ１１は、抵抗Ｒ１２を介して制御巻線Ｐ１２からゲートで受けた電力（電圧）に応じて、オン・オフする。

複数の出力回路１０３−１〜１０３−４は、複数の２次側巻線Ｐ１３〜Ｐ１６に対応している。出力回路１０３−１〜１０３−４は、２次側巻線Ｐ１３〜Ｐ１６から伝達された直流電力を複数の客先使用電源回路ＵＰ１１〜ＵＰ１４へ供給する。これにより、１又は複数のユーザ機器は、客先使用電源回路ＵＰ１１による電源電力（例えば、５Ｖの電圧を含む電力）、客先使用電源回路ＵＰ１２による電源電力（例えば、１０Ｖの電圧を含む電力）、客先使用電源回路ＵＰ１３による電源電力（例えば、１５Ｖの電圧を含む電力）、及び客先使用電源回路ＵＰ１４による電源電力（例えば、−１５Ｖの電圧を含む電力）を用いて動作する。

基本の形態では、図３に示すように、１つの大きな電源トランスＴ１で、各相のＩＧＢＴのゲート電源（ＢＰ１〜ＢＰ６）や客先が使用する電源等を供給する。

それに対して、本実施の形態では、図１に示すように電源トランスを１段目の電源トランスＴ１０１と２段目の電源トランスＴ１０２との２つに分けることで、客先が使用する各電源を分離することができる。これにより、以下の効果が得られる。

ｉ）電源トランスを２重化することで、１段目の電源トランスＴ１０１の巻線が減ることで、電源トランスＴ１０１の巻きスペースが広がる。これにより、ノイズ低減効果のある巻線構造が可能となる。

ｉｉ）客先が使用する各電源を分離することで、１段目の電源トランスＴ１０１の絶縁距離が減り、さらにスペースが広がる。すなわち、客先電源はユーザがふれるため、絶縁距離（強化絶縁）が多く必要であり、客先電源の巻数が減ることで絶縁距離が減ることとなる。

ｉｉｉ）ノイズ経路を客先電源巻線Ｐ３’に一元化でき、その経路に電源トランスＴ１０１、Ｔ１０２を２重に介すことで、ノイズ低減を図ることができる。

ｉｖ）近年、高機能になってきている汎用インバータにおいて、客先が必要とする電源が増えており、電源トランスを２重化することで、ノイズを増加することなく、必要な電源を自由に増やすことが可能である。

上記の電源トランス２重化により生まれたスペースを利用し、図２のようなノイズ低減効果のある巻線構造とする。

まず、１次巻線Ｐ１の隣に客先電源巻線Ｐ３’を巻くことで、最も大きなノイズ発生源である上ゲート巻線ＢＰ１〜ＢＰ３を客先電源巻線Ｐ３’から一番遠ざけることができる。この時、どんなに客先使用電源が増えても、本方式では１つの客先電源巻線Ｐ３’により供給できるため、客先電源巻線Ｐ３’を全て１次巻線Ｐ１の隣に配置することができる。

ただし、客先電源巻線Ｐ３’を全て１次巻線Ｐ１の隣に配置した場合、制御電源のスイッチングノイズの発生源（図５に破線の丸で示す箇所）に近くなるため、図２に示すように、１段目の電源トランスＴ１０１における１次側巻線Ｐ１’の巻始めをスイッチング素子により電圧変動する巻き線と一致させ、最内殻に配置する。これにより、客先電源巻線Ｐ３’から制御電源のスイッチングノイズの発生源（図５に破線の丸で示す箇所）を遠ざけることができる。１段目の電源トランスＴ１０１における１次側巻線Ｐ１’内の層の数が増えれば、増えるほど効果が大きい。なお、図２では、１段目の電源トランスＴ１０１における１次側巻線Ｐ１’内の層の数が４層である場合を例示している。

次に、ノイズ発生源である上ゲート巻線ＢＰ１〜ＢＰ３を最外殻に巻き、客先電源巻線Ｐ３’から遠ざける。

この時、どんなに客先使用電源が増えても、本方式では１段目の電源トランスＴ１０１における巻線の数を増やす必要がなく、巻太りによる１次側巻線Ｐ１’との結合の低下（電圧降下）を抑制することができ、上ゲート巻線ＢＰ１〜ＢＰ３を容易に最外殻層に配置することができる。

また、ノイズ発生源である上ゲート巻線ＢＰ１〜ＢＰ３とインバータのＧＮＤ側（Ｎ側）に接続された下ゲート巻線ＢＰ４〜ＢＰ６との軸方向の高さが同じになるように（径方向に沿って一列で）巻くことにより、ＧＮＤ側（Ｎ側）の下ゲート巻線による伝播経路のシールド（図２に２点鎖線で示す箇所）をつくることができ、ノイズ伝播を効果的に抑制することができる。

基本の形態では、図３に示すように巻線の数が多すぎて、図５に示すように上ゲート巻線ＢＰ１〜ＢＰ３と下ゲート巻線ＢＰ４〜ＢＰ６との軸方向の高さが同じになるように巻くことが困難であり、各層の高さ位置を交互に巻く方法を採用している。この方法では、例えば上ゲート巻線ＢＰ３と客先電源巻線Ｐ３〜Ｐ５との間にシールドするものが存在せず、図５に一点鎖線の矢印で示すように、上ゲート巻線ＢＰ３から客先電源巻線Ｐ３〜Ｐ５へ容易にノイズが伝播されてしまう。また、仮に、上ゲート巻線ＢＰ１〜ＢＰ３と下ゲート巻線ＢＰ４〜ＢＰ６とを入れ替えてとしても、下ゲート巻線ＢＰ４〜ＢＰ６によるシールド効果が低くなりやすく、上ゲート巻線ＢＰ１〜ＢＰ３から客先電源巻線Ｐ３〜Ｐ５へ容易にノイズが伝播されてしまう。また、巻数が多い場合は同じ層に別巻線を配置する方法もあるが、同様にシールド効果の低下や客先電源巻線Ｐ３’との距離が近づいてしまい、ノイズ低減効果を失ってしまう傾向にある。

本実施の形態では、図１に示すように電源トランスＴ１０１、Ｔ１０２を２重化し１段目の電源トランスＴ１０１におけるスペースを確保することで、１段目の電源トランスＴ１０１において、図２に示すような、下ゲート巻線ＢＰ４〜ＢＰ６が上ゲート巻線ＢＰ１〜ＢＰ３から客先電源巻線Ｐ３’へのノイズ伝播を効果的にシールドできる巻線構造をとることが可能である。

次に、基本の形態と本実施の形態とを比較する。

基本の形態では、制御電源について、図３に示すように、必要とする巻線（電源の種類）が多い（例えば、ＩＧＢＴ駆動用の６巻線や２４Ｖ、±１０Ｖ、５Ｖ、３．３Ｖ等）ため、巻太りや巻ききれないことが発生しやすい。そのため、電源トランスＴ１では、図５に示すように、スペースを有効に使用するために、軸方向の高さが同じになるように（径方向に沿って一列で）巻くことが困難である。

それに対して、本実施の形態では、電源トランスを２重化することで、図１に示すように、客先電源巻線Ｐ３’の数を１つに減らすことができ、１つあたりの電源トランスの巻線が負担する巻線の数を減らすことができる。これにより、１段目の電源トランスＴ１０１において、スペースを確保でき、上ゲート巻線ＢＰ１〜ＢＰ３と下ゲート巻線ＢＰ４〜ＢＰ６との軸方向の高さが同じになるように（径方向に沿って一列で）巻くことが容易である。

基本の形態では、ノイズ発生源である上ゲート巻線ＢＰ１〜ＢＰ３を最外殻層に巻くことが困難である理由として、必要とする巻線が多く巻太りによる１次側巻線との結合が低下（電圧が降下）しやすいため、インバータにとって重要なＵ／Ｖ／Ｗ相上ゲート巻線を最外殻層に容易に配置できないことがあげられる。

それに対して、本実施の形態では、電源トランスを２重化することで、図１に示すように、客先電源巻線Ｐ３’の数を１つに減らすことができ、１つあたりの電源トランスの巻線が負担する巻線の数を減らすことができる。これにより、巻太りによる１次側巻線との結合の低下を抑制できる。

基本の形態では、ユーザ機器の動作に用いられる客先使用電源回路に接続される客先電源巻線を最も内側の層（１次巻線の隣）に巻くことが困難である理由として、客先使用電源回路に接続される電源の数（２４Ｖや５Ｖ、±１０Ｖ等）が多く、全てを内側の層に巻くことが困難であることがあげられる。

それに対して、本実施の形態では、電源トランスを２重化し、２段目の電源トランスＴ１０２で複数の客先使用電源回路に接続される電源（２４Ｖや５Ｖ、±１０Ｖ等）を作るため、１段目の電源トランスＴ１０１で客先電源巻線Ｐ３’の全てを最も内側の層（１次巻線の隣）に巻くことが容易である。

基本の形態では、電源トランスＴ１において、図５に破線の丸で示すように、１次側巻線Ｐ１の巻始めの箇所が客先電源巻線Ｐ３〜Ｐ５に隣接しているため、図３に破線で示すように、制御電源のスイッチングノイズが客先電源巻線Ｐ３〜Ｐ５を介して客先使用電源回路ＵＰ１〜ＵＰ３へ伝播する可能性がある。

それに対して、本実施の形態では、図２に破線の丸で示すように、１次側巻線Ｐ１’の巻始めの箇所が客先電源巻線Ｐ３’から離れているため、制御電源のスイッチングノイズが客先電源巻線Ｐ３’へ伝播しにくい。

以上のように、実施の形態では、電源装置１００において、電源トランスＴ１０１、Ｔ１０２を２重化するので、１段目の電源トランスＴ１０１の複数の２次側巻線Ｐ３’、ＢＰ１〜ＢＰ６における客先電源巻線Ｐ３’の数を１つに減らすことができる。また、１段目の電源トランスＴ１０１の複数の２次側巻線Ｐ３’、ＢＰ１〜ＢＰ６において、上ゲート巻線ＢＰ１〜ＢＰ３が、客先電源巻線Ｐ３’から離間するように最も外側に巻き回されている。これにより、１段目の電源トランスＴ１０１の巻線構造において、客先電源巻線Ｐ３’と上ゲート巻線ＢＰ１〜ＢＰ３との距離を容易に引き離すことができ、インバータＩＮＶのスイッチングノイズが上ゲート巻線ＢＰ１〜ＢＰ３から客先電源巻線Ｐ３’へ伝達されにくくなるようにすることができ、スイッチングノイズが客先電源巻線Ｐ３’を介して客先使用電源回路ＵＰ１１〜ＵＰ１４へ伝達されにくくなるようにすることができる。したがって、インバータＩＮＶの上アームのスイッチング素子Ｕｕ、Ｖｕ、Ｗｕによるスイッチングノイズの客先使用電源回路ＵＰ１１〜ＵＰ１４への伝達を抑制でき、客先使用電源回路ＵＰ１１〜ＵＰ１４を用いて動作させる１又は複数のユーザ機器の誤動作を低減できる。

また、実施の形態では、１段目の電源トランスＴ１０１の複数の２次側巻線Ｐ３’、ＢＰ１〜ＢＰ６において、１つの客先電源巻線Ｐ３’が最も内側に巻き回されている。これにより、客先電源巻線Ｐ３’と上ゲート巻線ＢＰ１〜ＢＰ３との距離を効果的に引き離すことができる。

また、実施の形態では、１段目の電源トランスＴ１０１の複数の２次側巻線Ｐ３’、ＢＰ１〜ＢＰ６において、下ゲート巻線ＢＰ４〜ＢＰ６が、上ゲート巻線ＢＰ１〜ＢＰ３と１つの客先電源巻線Ｐ３’との間において、上ゲート巻線ＢＰ１〜ＢＰ３と軸方向高さが略同じになるように巻き回されている。これにより、下ゲート巻線ＢＰ４〜ＢＰ６を、上ゲート巻線ＢＰ１〜ＢＰ３から１つの客先電源巻線Ｐ３’へのノイズの伝播を抑制するシールドとして機能させることができ、上ゲート巻線ＢＰ１〜ＢＰ３から１つの客先電源巻線Ｐ３’へのノイズの伝播を効果的に抑制できる。

また、実施の形態では、１段目の電源トランスＴ１０１の１次側巻線Ｐ１’において、複数の層のうち巻始めの層が最も内側になるように複数の層が巻き回されている。これにより、制御電源のスイッチングノイズの発生源（図２に破線の丸で示す箇所）を１つの客先電源巻線Ｐ３’から遠ざけることができ、制御電源のスイッチングノイズが１次側巻線Ｐ１’から客先電源巻線Ｐ３’へ伝達されにくくなるようにすることができ、制御電源のスイッチングノイズが客先電源巻線Ｐ３’を介して客先使用電源回路ＵＰ１１〜ＵＰ１４へ伝達されにくくなるようにすることができる。したがって、入力回路２のトランジスタＴＲによるスイッチングノイズの客先使用電源回路ＵＰ１１〜ＵＰ１４への伝達を抑制でき、客先使用電源回路ＵＰ１１〜ＵＰ１４を用いて動作させる１又は複数のユーザ機器の誤動作を低減できる。

以上のように、本発明にかかる電源装置は、インバータのゲート電源の供給に有用である。

１電源装置
２入力回路
３−１〜３−３出力回路
４−１〜４−６出力回路
１００電源装置
１０３−１〜１０３−４出力回路
１０５中継回路
ＢＰ１〜ＢＰ３上ゲート巻線
ＢＰ４〜ＢＰ６下ゲート巻線
ＧＰ１〜ＧＰ３上ゲート電源回路
ＧＰ４〜ＧＰ６下ゲート電源回路
Ｐ１、Ｐ１’ １次側巻線
Ｐ２制御巻線
Ｐ３〜Ｐ５、Ｐ３’、ＢＰ１〜ＢＰ６２次側巻線
Ｔ１、Ｔ１０１、Ｔ１０２電源トランス
ＵＰ１〜ＵＰ３、ＵＰ１１〜ＵＰ１４客先使用電源回路

Claims

インバータ及び複数の外部供給先へ出力すべき電源電力を生成する電源装置であって、
第１の１次側巻線と前記第１の１次側巻線の外側に巻き回された複数の第１の２次側巻線とを有する第１の電源トランスと、
１つの前記第１の２次側巻線に電気的に接続された第２の１次側巻線と前記第２の１次側巻線の外側に巻き回された複数の第２の２次側巻線とを有する第２の電源トランスと、
を備え、
前記複数の第２の２次側巻線は、前記複数の外部供給先に接続されており、
前記複数の第１の２次側巻線では、前記インバータの上アームのスイッチング素子をオン・オフさせる上ゲート電源回路に接続された上ゲート巻線が、前記１つの第１の２次側巻線から離間するように最も外側に巻き回されており、
前記複数の第１の２次側巻線では、前記１つの第１の２次側巻線が最も内側に巻き回されている
ことを特徴とする電源装置。
前記第１の１次側巻線では、複数の層のうち巻始めの層が最も内側になるように前記複数の層が巻き回されている
ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
前記複数の第１の２次側巻線では、前記インバータの下アームのスイッチング素子をオン・オフさせる下ゲート電源回路に接続された下ゲート巻線が、前記上ゲート巻線と前記１つの第１の２次側巻線との間において、前記上ゲート巻線と軸方向高さが略同じになるように巻き回されている
ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。