JPWO2021044496A1 - 電力変換装置及びコモンモードリアクトルの磁気飽和検出方法 - Google Patents

Abstract

コモンモードリアクトルの飽和状態を適切に検出できる電力変換装置を提供する。電力変換装置（１００）は、直流電力をモータ（１０２）への交流電力に変換する半導体電力変換器（１）、第１及び第２の補助巻線（２４ａ，２４ｂ）が追加された、半導体電力変換器（１）とモータ（１０２）との間に流れ得るコモンモード電流を抑制するコモンモードリアクトル（２）、第１の補助巻線（２４ａ）に交流電流を重畳する信号発生器（３）、及び第１の補助巻線（２４ａ）に重畳される重畳電流と、重畳電流によって第２の補助巻線（２４ｂ）に発生する巻線電圧とに基づいてコモンモードリアクトル（２）の飽和状態を検出する検出回路（４）を備える。

Description

本発明は、コモンモードリアクトルを備えた電力変換装置、及びコモンモードリアクトルの磁気飽和検出方法に関する。

電力変換装置には、ノイズ対策用にコモンモードリアクトルが設けられることがある。ノイズ対策用のコモンモードリアクトルは、コモンモード電流が飽和レベルを超えて流れると、磁気飽和が発生し、インダクタンス値が大きく低下して、ノイズ抑制効果が減少する。このため、コモンモードリアクトルの飽和状態を検出し、ノイズ抑制効果が適切に機能しているかどうかを判定する技術が望まれている。なお、下記特許文献１には、電流センサのコアの飽和状態を検出する技術が開示されている。

特開２００６−３５２９４９号公報

上記特許文献１を含む従来技術では、コモンモードリアクトルの飽和状態を計測し、ノイズ抑制効果が減少したことを判定する装置は提案されていない。また、上記特許文献１の技術では、通常運転時の電流計測と、飽和状態の計測とが、電流センサの同じ端子から出力される出力電圧値を利用して計測されるため、これらの２つの計測を同時には行えない。このため、コモンモードリアクトルの飽和状態を適切に検出できる技術が求められている。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、コモンモードリアクトルの飽和状態を適切に検出できる電力変換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、本発明に係る電力変換装置は、直流電力を負荷への交流電力に変換する電力変換器、及び電力変換器と負荷との間に流れ得るコモンモード電流を抑制するコモンモードリアクトルを備える。コモンモードリアクトルには、第１及び第２の補助巻線が追加される。また、電力変換装置は、第１の補助巻線に交流電流を重畳する信号発生器、及び第１の補助巻線に重畳される重畳電流と、重畳電流によって第２の補助巻線に発生する巻線電圧とに基づいてコモンモードリアクトルの飽和状態を検出する検出回路を備える。

本発明に係る電力変換装置によれば、コモンモードリアクトルの飽和状態を適切に検出できるという効果を奏する。

実施の形態１に係る電力変換装置の構成を示す図 実施の形態１に係る電力変換装置の動作原理の説明に使用する図 実施の形態１に係る磁気飽和検出方法の説明に使用するフローチャート 実施の形態１における診断処理の機能を実現する演算装置の一構成例を示すブロック図 実施の形態１における診断処理の機能を実現する演算装置の他の構成例を示すブロック図 実施の形態２に係る電力変換装置の動作原理の説明に使用する図 実施の形態２に係る磁気飽和検出方法の説明に使用するフローチャート 実施の形態３に係る電力変換装置の動作原理の説明に使用する図 実施の形態３に係る磁気飽和検出方法の説明に使用するフローチャート

以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態に係る電力変換装置及びコモンモードリアクトルの磁気飽和検出方法（以下、単に「磁気飽和検出方法」と呼ぶ）について詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により、本発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る電力変換装置の構成を示す図である。図１に示す電力変換装置１００は、半導体電力変換器１と、コモンモードリアクトル２と、信号発生器３と、検出回路４とを備える。半導体電力変換器１は、半導体スイッチング素子を備えた電力変換器である。半導体電力変換器１は、直流電源１０１から供給される直流電力を負荷であるモータ１０２への交流電力に変換してモータ１０２に供給する。モータ１０２の一例は、図示のような三相モータである。三相モータに代えて、単相モータ又は多相モータが用いられてもよい。

半導体電力変換器１とモータ１０２は、３本の電気配線６で電気的に接続されている。コモンモードリアクトル２は、磁気コアを共通としたチョークコイル２２と、補助巻線２４とを備える。チョークコイル２２は、３つの巻線を有し、それぞれの巻線は、半導体電力変換器１とモータ１０２との間において、電気配線６に挿入される。なお、図１では、チョークコイル２２が電気配線６に挿入されるコモンモードリアクトル２を例示しているが、これに限定されない。

コモンモードリアクトル２の補助巻線２４は、第１の補助巻線２４ａと、第２の補助巻線２４ｂとを備える。第１の補助巻線２４ａと第２の補助巻線２４ｂとは、相互に磁気的に結合している。また、第１の補助巻線２４ａ及び第２の補助巻線２４ｂは、３つのチョークコイル２２のそれぞれとも磁気的に結合している。第１の補助巻線２４ａは信号発生器３に接続され、第２の補助巻線２４ｂは検出回路４に接続される。信号発生器３は、検出回路４にも接続される。

検出回路４は、バンドパスフィルタ（Ｂａｎｄ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ：ＢＰＦ）４１と、整流部４２，４３と、ゲイン調整部４４と、比較器４５とを備える。また、ゲイン調整部４４は、増幅器４４ａ，４４ｂを備える。

次に、実施の形態１に係る電力変換装置１００の動作について、図１及び図２を参照して説明する。図２は、実施の形態１に係る電力変換装置の動作原理の説明に使用する図である。

半導体電力変換器１からモータ１０２に電力が供給されている間、コモンモードリアクトル２には、同じ向きのコモンモード電流ｉｃが流れる。コモンモード電流ｉｃは交流電流である。コモンモード電流ｉｃは、放射ノイズ及び伝導ノイズの主な原因となる電流である。電気配線６にコモンモード電流ｉｃが流れている間、信号発生器３は、第１の補助巻線２４ａに交流電流を重畳する。この交流電流を「重畳電流」と呼び、「ｉｒ」で表す。

第１の補助巻線２４ａに重畳電流ｉｒが流れるとき、第２の補助巻線２４ｂには誘起電圧が発生する。この誘起電圧を「巻線電圧」と呼び、「Ｖ１」で表す。巻線電圧Ｖ１は、検出回路４のＢＰＦ４１に入力される。また、検出回路４には、信号発生器３から出力される重畳電流信号Ｓ１が入力される。重畳電流信号Ｓ１は、重畳電流ｉｒと同一波形の信号である。なお、重畳電流信号Ｓ１は、必ずしも同一波形である必要はなく、主たる周波数成分が同一であり、重畳電流ｉｒの振幅が大きくなれば重畳電流信号Ｓ１の振幅も大きくなり、重畳電流ｉｒの振幅が小さくなれば重畳電流信号Ｓ１の振幅も小さくなる信号であればよい。

上述したように、コモンモードリアクトル２には、コモンモード電流ｉｃが流れている。このため、コモンモード電流ｉｃによる成分も巻線電圧Ｖ１に現れる。即ち、巻線電圧Ｖ１には、重畳電流ｉｒによる第１の成分と、コモンモード電流ｉｃによる第２の成分とが表れる。第１の成分と、第２の成分とを区別するため、第１の成分に特定周波数成分を持たせる。ＢＰＦ４１は、この特定周波数成分のみを通過させるフィルタである。即ち、ＢＰＦ４１からは、巻線電圧Ｖ１から重畳電流ｉｒの周波数成分が抽出されて、整流部４２に入力される。

図２の左側には、コモンモードリアクトル２が飽和していないとき（以下、「非飽和時」と呼ぶ）の巻線電圧Ｖ１の波形が示されている。また、図２の右側には、コモンモードリアクトル２が飽和しているとき（以下、「飽和時」と呼ぶ）の巻線電圧Ｖ１の波形が示されている。これらの波形は、ＢＰＦ４１を通過した後の波形である。非飽和時において、第１の補助巻線２４ａと第２の補助巻線２４ｂとの間（以下、「補助巻線間」と呼ぶ）の相互インダクタンスは、ある特定の値をとる。一方、飽和時においては、補助巻線間の相互インダクタンスは、ある特定の値よりも小さくなる。これにより、非飽和時においては、巻線電圧Ｖ１の波形は重畳電流ｉｒの振幅値に応じた波形となる。一方、飽和時においては、相互インダクタンスが小さくなるため、巻線電圧Ｖ１の波形は重畳電流ｉｒの振幅値に応じた波形とはならない。具体的に、飽和時の巻線電圧Ｖ１の振幅値は、非飽和時の巻線電圧Ｖ１の振幅値よりも小さくなる。

以上の説明から理解できるように、コモンモードリアクトル２が飽和しているか否かは、重畳電流ｉｒを流したときの巻線電圧Ｖ１のＢＰＦ４１の出力を見ることで判定することができる。また、巻線電圧Ｖ１の出力をＢＰＦ４１に通すことで、コモンモード電流ｉｃによる外乱が加わっても、飽和状態を判定することができる。これにより、ノイズ抑制効果の有無が判る。なお、特定周波数成分は１つである必要はなく、複数の特定周波数成分を設定してもよい。複数の特定周波数成分を設定して判定を行うことで、外乱に対する耐量を高めることもできる。

なお、コモンモードリアクトル２が飽和していない場合、重畳電流ｉｒをゼロにすると、巻線電圧Ｖ１には、コモンモードリアクトル２を流れるノイズ電流成分が現れる。これにより、ノイズ電流の計測が可能となる。

図１の検出回路４では、コモンモードリアクトル２の飽和状態、言い替えるとコモンモードリアクトル２によるノイズ抑制効果を定量的に判定するための構成部として、第１の整流部である整流部４２と、第２の整流部である整流部４３と、ゲイン調整部４４と、比較器４５とが設けられている。整流部４２は、巻線電圧Ｖ１を整流し、その整流値である第１の整流値を巻線電圧振幅Ｖｏとして増幅器４４ａに出力する。整流部４３は、重畳電流信号Ｓ１を整流し、その整流値である第２の整流値を重畳電流信号振幅Ｉｉとして増幅器４４ｂに出力する。増幅器４４ａでは、巻線電圧振幅Ｖｏのレベルが調整される。増幅器４４ｂでは、重畳電流信号振幅Ｉｉのレベルが調整される。

増幅器４４ａの出力は、比較器４５のマイナス端子に入力され、増幅器４４ｂの出力は、比較器４５のプラス端子に入力される。比較器４５は、増幅器４４ａの出力と増幅器４４ｂの出力とを比較した比較信号を判定結果Ｓ２として出力する。増幅器４４ａの出力と増幅器４４ｂの出力とが同等であれば、判定結果Ｓ２は「非飽和」を表す信号となる。増幅器４４ａの出力が増幅器４４ｂの出力よりも小さければ、判定結果Ｓ２は「飽和」を表す信号となる。

なお、増幅器４４ａ，４４ｂの各出力は、非飽和時には同等であるか、もしくは増幅器４４ａの出力が増幅器４４ｂの出力よりも大きく、且つ、飽和時には増幅器４４ａの出力が増幅器４４ｂの出力よりも小さくなる信号レベルに調整されている必要がある。重畳電流信号Ｓ１のレベルは信号発生器３において比較的容易に調整可能であるのに対し、巻線電圧Ｖ１の調整は重畳電流信号Ｓ１に比べて困難である。このため、ゲイン調整部４４においては、少なくとも増幅器４４ａの出力レベルが調整されるものであればよい。即ち、増幅器４４ｂの出力レベルは固定とされ、増幅器４４ａの出力レベルのみが調整される構成でもよい。

また、増幅器４４ａ，４４ｂにおけるレベル調整は、コモンモードリアクトル２を搭載した製品が実際の使用環境下に置かれている状態のときに、実施することが好ましい。但し、必ずしも製品を設置した直後、或いは製品の使用開始前に実施する必要はなく、コモンモードリアクトル２が非飽和状態であることが明らかな時期にレベル調整を実施してもよい。

上記特許文献１の手法では、通常動作時の電流の計測と、飽和状態の計測とが、電流センサの同じ端子から出力される出力電圧値を利用して計測されるため、これらの２つの計測を同時には行えない。このため、通常動作時の電流検出動作中は、飽和状態の計測が行えず、判定ができる期間が限られている。これに対し、実施の形態１の手法では、通常運転時でも重畳電流を常時流し続けることができる。このため、実施の形態１の手法によれば、通常運転を行いつつ、コモンモードリアクトル２の飽和状態を診断することができる。

図３は、実施の形態１に係る磁気飽和検出方法の説明に使用するフローチャートである。ステップＳ１０１では、信号発生器３によって、第１の補助巻線２４ａに交流電流が重畳される。ステップＳ１０２では、重畳電流ｉｒによって第２の補助巻線２４ｂに発生する巻線電圧Ｖ１が検出される。ステップＳ１０３では、磁気飽和の診断処理に用いるデータとして、補助巻線間の相互インダクタンスＭが演算される。具体的に、補助巻線間の相互インダクタンスＭは、巻線電圧振幅Ｖｏと、重畳電流信号振幅Ｉｉとを用いて、以下の（１）式を使用して演算することができる。

Ｍ＝Ｖｏ／（ｋ・Ｉｉ） ……（１）

なお、上記（１）式において、ｋは回路に依存する係数、即ち結合係数であり、固定値である。

上述したように、コモンモードリアクトル２の飽和時においては、補助巻線間の相互インダクタンスＭは、ある特定の値よりも小さくなる。従って、相互インダクタンスＭを演算することで、コモンモードリアクトル２の飽和状態及びノイズ抑制効果を定量的に判定することができる。

磁気飽和の診断処理に用いるデータは、図４又は図５に示す構成の演算装置を用いて演算することができる。図４は、実施の形態１における診断処理の機能を実現する演算装置の一構成例を示すブロック図である。図５は、実施の形態１における診断処理の機能を実現する演算装置の他の構成例を示すブロック図である。

実施の形態１における診断処理の機能を実現する演算装置５０は、図４に示すように、演算を行うプロセッサ２００、プロセッサ２００によって読みとられるプログラムが保存されるメモリ２０２、及び信号の入出力を行うインタフェース２０４を含む構成とすることができる。

プロセッサ２００は、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、又はＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）といった演算手段であってもよい。また、メモリ２０２には、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ＥＰＲＯＭ）といった不揮発性又は揮発性の半導体メモリを例示することができる。

メモリ２０２には、実施の形態１における診断処理の機能を実行するプログラムが格納されている。プロセッサ２００は、インタフェース２０４を介して必要な情報を授受する。ここで言う必要な情報には、巻線電圧Ｖ１、重畳電流ｉｒ、重畳電流信号Ｓ１、巻線電圧振幅Ｖｏ、重畳電流信号振幅Ｉｉ、判定結果Ｓ２などが含まれる。プロセッサ２００は、インタフェース２０４を介して受領した情報を使用し、メモリ２０２に格納されたプログラムをプロセッサ２００が実行することにより、所要の診断処理を行うことができる。プロセッサ２００による演算結果は、メモリ２０２に記憶することができる。

また、図４に示すプロセッサ２００及びメモリ２０２は、図５のように処理回路２０５に置き換えてもよい。処理回路２０５は、単一回路、複合回路、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、又は、これらを組み合わせたものが該当する。処理回路２０５に入力する情報、及び処理回路２０５から出力する情報は、インタフェース２０４を介して授受することができる。

以上説明したように、実施の形態１に係る電力変換装置は、第１の補助巻線に重畳される重畳電流と、重畳電流によって第２の補助巻線に発生する巻線電圧とに基づいて、コモンモードリアクトルの飽和状態を検出する。これにより、コモンモードリアクトルにコモンモード電流が流れている状態でコモンモードリアクトルの飽和状態を検出することができる。これにより、通常運転を行いつつ、コモンモードリアクトルの飽和状態を検出することができる。

また、実施の形態１に係る電力変換装置は、コモンモードリアクトルの飽和状態を定量的に判定するための演算装置を備える。演算装置は、補助巻線間の相互インダクタンスを演算する。磁気飽和の診断処理に用いるデータとして、この相互インダクタンスを用いれば、コモンモードリアクトルの飽和状態及びノイズ抑制効果を定量的に判定することができる。

また、実施の形態１に係るコモンモードリアクトルの磁気飽和検出方法は、第１の補助巻線に交流電流を重畳する第１ステップと、重畳電流によって第２の補助巻線に発生する巻線電圧を検出する第２ステップと、重畳電流及び巻線電圧に基づいてコモンモードリアクトルの磁気飽和を検出する第３ステップと、を含む。これにより、コモンモードリアクトルにコモンモード電流が流れている状態でコモンモードリアクトルの飽和状態を検出することができる。これにより、通常運転を行いつつ、コモンモードリアクトルの飽和状態を検出することができる。

なお、上記の第３ステップには、補助巻線間の相互インダクタンスを演算する処理が含まれていてもよい。磁気飽和の診断処理に用いるデータとして、補助巻線間の相互インダクタンスを用いれば、コモンモードリアクトルの飽和状態及びノイズ抑制効果を定量的に判定することができる。

実施の形態２．
次に、実施の形態２に係る電力変換装置及び磁気飽和検出方法について説明する。図６は、実施の形態２に係る電力変換装置の動作原理の説明に使用する図である。なお、実施の形態２に係る電力変換装置及びコモンモードリアクトルの磁気飽和検出方法は、図１に示した電力変換装置１００を用いて実施することができる。

実施の形態２では、重畳電流ｉｒの周波数をコモンモード電流ｉｃの周波数よりも高く設定した上で、重畳電流ｉｒを第１の補助巻線２４ａに流す。なお、ここで言うコモンモード電流ｉｃの周波数は、コモンモード電流ｉｃによる放射ノイズの影響が比較的大きく現れる周波数を意味し、具体的には、数十ｋＨｚから数百ｋＨｚである。この場合、重畳電流ｉｒの周波数は、数ＭＨｚ程度に設定することができる。なお、重畳電流ｉｒの周波数とコモンモード電流ｉｃの周波数との間の周波数差は、検出回路４のＢＰＦ４１の帯域幅との関係で決まる。従って、ＢＰＦ４１の性能が良好であればあるほど、当該周波数差を小さくすることができる。

重畳電流ｉｒを第１の補助巻線２４ａに常時流すと、飽和状態の変化が補助巻線電圧に現れるトレンドカーブが得られる。図６の下部には、トレンドカーブの一例が示されている。巻線電圧Ｖ１の振幅は、図１に示すゲイン調整部４４のゲインを調整することで適宜に調整することができる。図６において、巻線電圧Ｖ１の振幅が小さくなる区間が飽和期間であり、それ以外は非飽和期間である。具体例として、トレンドカーブの大半が飽和状態となっている場合、コモンモードリアクトル２に過大なノイズ電流成分が流れているか、地絡が発生して過大なコモンモード電流ｉｃが流れていると判定することができる。

図７は、実施の形態２に係る磁気飽和検出方法の説明に使用するフローチャートである。ステップＳ１０１では、信号発生器３によって、第１の補助巻線２４ａに交流電流が重畳される。ステップＳ１０２では、重畳電流ｉｒによって第２の補助巻線２４ｂに発生する巻線電圧Ｖ１が検出される。ステップＳ２０１では、磁気飽和の診断処理に用いるデータとして、飽和時比率が演算される。飽和時比率は、コモンモードリアクトル２に重畳電流ｉｒが流れているときの全体の時間に対し、コモンモードリアクトル２が飽和状態となるときの時間の比である。即ち、飽和時比率は、重畳電流ｉｒの印加時間に対する飽和時間の割合を表している。飽和時比率は、図４に示すプロセッサ２００又は図５に示す処理回路２０５によって演算することができる。飽和時比率を演算して用いることにより、コモンモードリアクトル２の飽和状態及びノイズ抑制効果を定量的に判定することができる。

以上説明したように、実施の形態２に係る電力変換装置は、コモンモードリアクトルの飽和状態を定量的に判定するための演算装置を備える。演算装置は、重畳電流がコモンモードリアクトルに流れているときの全体の時間に対するコモンモードリアクトルが飽和状態となるときの時間の比である飽和時比率を演算する。磁気飽和の診断処理に用いるデータとして、この飽和時比率を用いれば、コモンモードリアクトルの飽和状態及びノイズ抑制効果を定量的に判定することができる。

また、実施の形態２に係るコモンモードリアクトルの磁気飽和検出方法は、第１の補助巻線に交流電流を重畳する第１ステップと、重畳電流によって第２の補助巻線に発生する巻線電圧を検出する第２ステップと、重畳電流がコモンモードリアクトルに流れているときの全体の時間に対するコモンモードリアクトルが飽和状態となるときの時間の比である飽和時比率を演算する第３ステップと、を含む。これにより、コモンモードリアクトルにコモンモード電流が流れている状態でコモンモードリアクトルの飽和状態を検出することができる。また、飽和時比率を用いれば、コモンモードリアクトルの飽和状態及びノイズ抑制効果を定量的に判定することができる。

実施の形態３．
次に、実施の形態３に係る電力変換装置及び磁気飽和検出方法について説明する。図８は、実施の形態３に係る電力変換装置の動作原理の説明に使用する図である。なお、実施の形態３に係る電力変換装置及びコモンモードリアクトルの磁気飽和検出方法は、図１に示した電力変換装置１００を用いて実施することができる。

実施の形態３では、重畳電流ｉｒの振幅値を変化させながら、巻線電圧Ｖ１を計測する。重畳電流ｉｒの振幅値を変化させると、非飽和の期間では、重畳電流ｉｒの振幅値の変化に応じた巻線電圧Ｖ１の出力が現れる。一方、飽和の期間では、重畳電流ｉｒの振幅値の変化に応じた巻線電圧Ｖ１の出力が現れなくなる。実施の形態３では、この現象を利用する。具体的に、実施の形態３では、重畳電流の振幅値を変化させたときにコモンモードリアクトル２が非飽和状態から飽和状態、或いは飽和状態から非飽和状態に変化するときの重畳電流ｉｒの振幅値に基づいて、コモンモードリアクトル２の非飽和状態の電流範囲を演算する。非飽和状態の電流範囲を用いれば、コモンモードリアクトル２が飽和する飽和レベルの磁束に対して、どの程度の磁束がコモンモードリアクトル２に発生しているのかを把握することができる。また、どの程度の電流振幅で飽和が始まるのかの余裕度を把握することができる。

図９は、実施の形態３に係る磁気飽和検出方法の説明に使用するフローチャートである。ステップＳ１０１では、信号発生器３によって、第１の補助巻線２４ａに交流電流が重畳される。ステップＳ１０２では、重畳電流ｉｒによって第２の補助巻線２４ｂに発生する巻線電圧Ｖ１が検出される。ステップＳ３０１では、重畳電流ｉｒの振幅値を変化させたときにコモンモードリアクトル２が非飽和状態から飽和状態、或いは飽和状態から非飽和状態に変化するときの重畳電流ｉｒの振幅値が検出される。ステップＳ３０２では、Ｓ３０１で検出された重畳電流ｉｒの振幅値に基づいて、コモンモードリアクトル２の非飽和状態の電流範囲が演算される。ステップＳ３０１とステップＳ３０２の処理が、図３に示される磁気飽和の診断処理（ステップＳ１０３）に対応する。非飽和状態の電流範囲は、図４に示すプロセッサ２００又は図５に示す処理回路２０５によって演算することができる。非飽和状態の電流範囲を演算して用いることにより、コモンモードリアクトル２の飽和状態及びノイズ抑制効果を定量的に判定することができる。

以上説明したように、実施の形態３に係る電力変換装置は、コモンモードリアクトルの飽和状態を定量的に判定するための演算装置を備える。演算装置は、重畳電流の振幅値を変化させたときに、コモンモードリアクトルが非飽和状態から飽和状態、或いは飽和状態から非飽和状態に変化するときの重畳電流の振幅値に基づいて、コモンモードリアクトルの非飽和状態の電流範囲を演算する。磁気飽和の診断処理に用いるデータとして、非飽和状態の電流範囲を用いれば、コモンモードリアクトルの飽和状態及びノイズ抑制効果を定量的に判定することができる。

また、実施の形態３に係るコモンモードリアクトルの磁気飽和検出方法は、第１の補助巻線に交流電流を重畳する第１ステップと、重畳電流によって第２の補助巻線に発生する巻線電圧を検出する第２ステップと、重畳電流の振幅値を変化させたときに、コモンモードリアクトルが非飽和状態から飽和状態、或いは飽和状態から非飽和状態に変化するときの重畳電流の振幅値に基づいて、コモンモードリアクトルの非飽和状態の電流範囲を演算する第３ステップと、を含む。これにより、コモンモードリアクトルにコモンモード電流が流れている状態でコモンモードリアクトルの飽和状態を検出することができる。また、非飽和状態の電流範囲を用いれば、コモンモードリアクトルの飽和状態及びノイズ抑制効果を定量的に判定することができる。

なお、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ 半導体電力変換器、２ コモンモードリアクトル、３ 信号発生器、４ 検出回路、６ 電気配線、２２ チョークコイル、２４ 補助巻線、２４ａ 第１の補助巻線、２４ｂ 第２の補助巻線、４１ バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）、４２，４３ 整流部、４４ ゲイン調整部、４４ａ，４４ｂ 増幅器、４５ 比較器、５０ 演算装置、１００ 電力変換装置、１０１ 直流電源、１０２ モータ、２００ プロセッサ、２０２ メモリ、２０４ インタフェース、２０５ 処理回路。

Claims (11)

1. 直流電力を負荷への交流電力に変換する電力変換器と、
   第１及び第２の補助巻線が追加された、前記電力変換器と前記負荷との間に流れ得るコモンモード電流を抑制するコモンモードリアクトルと、
   前記第１の補助巻線に交流電流を重畳する信号発生器と、
   前記第１の補助巻線に重畳される重畳電流と、前記重畳電流によって前記第２の補助巻線に発生する巻線電圧とに基づいて前記コモンモードリアクトルの飽和状態を検出する検出回路と、
   を備えたことを特徴とする電力変換装置。
2. 前記重畳電流の周波数は前記コモンモード電流の周波数よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記検出回路は、前記コモンモードリアクトルに前記コモンモード電流が流れている状態で前記コモンモードリアクトルの飽和状態を検出する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電力変換装置。
4. 前記検出回路は、
   前記巻線電圧を整流する第１の整流部と、
   前記信号発生器から出力される重畳電流信号を整流する第２の整流部と、
   前記第１の整流部から出力される第１の整流値及び前記第２の整流部から出力される第２の整流値のうちで、少なくとも前記第１の整流値の出力レベルを調整するレベル調整部と、
   前記レベル調整部から出力される前記第１の整流値と前記第２の整流値とを比較する比較器と、
   を備えたことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の電力変換装置。
5. 前記コモンモードリアクトルの飽和状態を定量的に判定するための演算装置を備え、
   前記演算装置は、前記第１の補助巻線と前記第２の補助巻線との間の相互インダクタンスを演算する
   ことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の電力変換装置。
6. 前記コモンモードリアクトルの飽和状態を定量的に判定するための演算装置を備え、
   前記演算装置は、前記重畳電流が前記コモンモードリアクトルに流れているときの全体の時間に対する前記コモンモードリアクトルが飽和状態となるときの時間の比である飽和時比率を演算する
   ことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の電力変換装置。
7. 前記コモンモードリアクトルの飽和状態を定量的に判定するための演算装置を備え、
   前記演算装置は、前記重畳電流の振幅値を変化させたときに前記コモンモードリアクトルが非飽和状態から飽和状態、或いは飽和状態から非飽和状態に変化するときの前記重畳電流の振幅値に基づいて前記コモンモードリアクトルの非飽和状態の電流範囲を演算する
   ことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の電力変換装置。
8. 電力変換器と負荷との間に配され、第１及び第２の補助巻線が追加されたコモンモードリアクトルと、第１の補助巻線に重畳する電流を発生する信号発生器と、を備えた構成の装置に適用され、前記コモンモードリアクトルの磁気飽和を検出するコモンモードリアクトルの磁気飽和検出方法であって、
   前記第１の補助巻線に交流電流を重畳する第１ステップと、
   前記第１の補助巻線に重畳される重畳電流によって前記第２の補助巻線に発生する巻線電圧を検出する第２ステップと、
   前記重畳電流及び前記巻線電圧に基づいて前記コモンモードリアクトルの磁気飽和を検出する第３ステップと、
   を含むことを特徴とするコモンモードリアクトルの磁気飽和検出方法。
9. 前記第３ステップには、前記第１の補助巻線と前記第２の補助巻線との間の相互インダクタンスを演算する処理が含まれることを特徴とする請求項８に記載のコモンモードリアクトルの磁気飽和検出方法。
10. 前記第３ステップには、前記重畳電流が前記コモンモードリアクトルに流れているときの全体の時間に対する前記コモンモードリアクトルが飽和状態となるときの時間の比である飽和時比率を演算する処理が含まれることを特徴とする請求項８に記載のコモンモードリアクトルの磁気飽和検出方法。
11. 前記第３ステップには、前記重畳電流の振幅値を変化させたときに前記コモンモードリアクトルが非飽和状態から飽和状態、或いは飽和状態から非飽和状態に変化するときの前記重畳電流の振幅値に基づいて、前記コモンモードリアクトルの非飽和状態の電流範囲を演算する処理が含まれることを特徴とする請求項８に記載のコモンモードリアクトルの磁気飽和検出方法。

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