JP2019050682A - 出力電流合成装置及び電力供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】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できる出力電流合成装置及び電力供給装置を提供する。【解決手段】逆変換回路２２０は、直流電流を高周波の交流電力に変換する。逆変換回路２２０の出力電流を導通する対をなすアームＵ１−Ｖ１〜Ｕ４−Ｖ４は、リアクトル３１０Ｔ１〜３１０Ｔ４にそれぞれ挿通し、合成電流出力端子３３０を有する長手状の一対の導電部材３２０に並列に接続する。導電部材３２０は、合成電流出力端子３３０から最も遠いアームＵ４−Ｖ４の接続位置でのインダクタンスを基準に、他のアーム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ように、アームＵ１−Ｖ１，Ｕ２−Ｖ２，Ｕ３−Ｖ３間のギャップを広げる。各リアクトルは、対をなすアームの離間方向に分離可能であり、互いに組み合わされることによって環状体を形成する第１コア部材と第２コア部材とを有する。【選択図】図３

Description

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装置、及びこの出力電流合成装置を備えた電力供給装置に関する。

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。

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１１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。

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１２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１２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。

具体的には、図１２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Ｕ４（Ｖ１）とアームＵ１（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１２に示す構成の例では図１３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。

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）。

この特許文献２に記載のものは、例えば図１４に示すように、円筒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。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。

また、特許文献３に記載のものは、例えば図１５に示すように、長手方向の一端部に出力端子が設けられている一対の導電部材に、例えば４系統の逆変換回路（ブロック１〜４）を、対をなすアームＵ１−Ｖ１〜Ｕ４−Ｖ４を介して並列に接続する。そして、一対の出力端子から最も遠い位置に接続されるアームＵ４−Ｖ４の接続位置と一対の出力端子との間のインダクタンスを基準として、例えばアームＵ１−Ｖ１の接続位置と一対の出力端子との間のインダクタンスと基準との差と同じインダクタンスとなるように、アームＵ１−Ｖ１の導体間距離を広くする。同様にアームＵ２−Ｖ２、アームＵ３−Ｖ３それぞれの接続位置に応じてアームＵ２−Ｖ２、アームＵ３−Ｖ３それぞれの導体間距離を広くする。この構成により、インダクタンスの差による４系統の逆変換回路のそれぞれの出力電流にばらつきが生じることを抑制している。

さらに、特許文献３に記載のものは、円筒状に形成された磁性体のコアＴ１〜Ｔ４に、対をなすアームＵ１−Ｖ１〜Ｕ４−Ｖ４をそれぞれ挿通させる。この構成により、例えばコアＴ１にアームＵ１−Ｖ１が挿通されてなるリアクトルは、アームＵ１に流れる電流値とアームＶ１に流れる電流値とが異なる場合に、電流値の差を小さくするリアクタンスを発生させる。このことにより、４系統の逆変換回路のそれぞれから出力される出力電流のさらなる均衡を得ている。

特許第２８１６６９２号公報 特開平１１−２９９２５２号公報 特許第４４４５２１６号公報

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にくい。これに対して、特許文献３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ず、汎用性の向上が図られる。

ところで、近年、ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴ等の比較的大容量なスイッチング素子が開発され、スイッチ素子の大容量化に伴い、逆変換回路の一系統の出力電流も増加している。一系統の出力電流の増加に伴い、特許文献３に記載の電力供給装置では、対をなすアームＵ１−Ｖ１〜Ｕ４−Ｖ４にも大型なものが用いられる。

そして、特許文献３に記載の電力装置では、アームＵ１−Ｖ１〜Ｕ４−Ｖ４それぞれの接続位置と一対の出力端子との間のインダクタンスに応じてアームＵ１−Ｖ１〜Ｕ４−Ｖ４それぞれの導体間距離を広げており、アームＵ１−Ｖ１〜Ｕ４−Ｖ４の大型化と相まって、アームＵ１−Ｖ１〜Ｕ４−Ｖ４がそれぞれ挿通される円筒状のコアＴ１〜Ｔ４の大径化が必要となる。

しかし、一般に流通している円筒状のコアの径は限られる。一般的な径から外れる大径なコアを、挿通されるアームのサイズ及び導体間距離に応じて作製したのでは、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。また、一般に、大径なコアは、コアの特性の一つであるＡＬ値が低く、挿通されるアームに流れる電流値の差を小さくするリアクトルとしての性能の低下が懸念される。

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でき、製造性の向上及び装置コストの低減を図ることができる出力電流合成装置及び電力供給装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様の出力電流合成装置は、直流電力を交流電力に変換する複数の逆変換回路のそれぞれ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、前記逆変換回路毎に設けられ、前記逆変換回路の前記出力電流が流れる対をなす導体と、前記対をなす導体毎に設けられ、前記対をなす導体に流れる電流値の差に対応する磁束を発生させることによって前記電流値の差を小さくするように作用するリアクトルと、前記対をなす導体が並列に接続されている一対の導電部材と、前記一対の導電部材に設けられ、前記合成電流を出力する一対の出力端子と、を備え、前記一対の導電部材において前記一対の出力端子から最も遠い位置に接続される前記対をなす導体の接続位置と前記一対の出力端子との間のインダクタンスを基準として、前記対をなす導体は、当該対をなす導体の接続位置と前記一対の出力端子との間のインダクタンスと前記基準との差に対応する導体間距離をおいて配置されており、前記リアクトルは、互いに組み合わされることによって前記対をなす導体が挿通可能な環状体を形成する第１コア部材と第２コア部材とを有し、前記環状体は、前記対をなす導体の離間方向に延びる二つの弧を周上に含み、前記第１コア部材と前記第２コア部材とは、前記二つの弧それぞれにおいて、前記弧と交差する面を境に前記離間方向に分離可能である。

また、本発明の一態様の電力供給装置は、直流電力を交流電力に変換する複数の逆変換回路と、前記出力電流合成装置と、を備える。

本発明によれば、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でき、製造性の向上及び装置コストの低減を図ることができる出力電流合成装置及び電力供給装置を提供することができる。

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。 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。 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。 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。 （Ａ）〜（Ｃ）は前記一実施の形態におけるリアクトルの構成例を示す模式図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は前記一実施の形態におけるリアクトルの他の構成例を示す模式図である。 前記一実施の形態におけるリアクトルのさらに他の構成例を示す模式図である。 前記一実施の形態におけるリアクトルのさらに他の構成例を示す模式図である。 前記一実施の形態におけるリアクトルのさらに他の構成例を示す模式図である。 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。 従来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。 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１２に示す従来の電力供給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。 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。 従来のさらに他の電力供給装置のブロック図である。

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。

〔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必要な周波数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。

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周波数の交流電力に変換するものである。そして、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（ブロック１〜４）とを有している。

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を含む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。また、サイリスタ等の能動的な整流素子に替えて、受動的な整流素子である例えばダイオードを用いて整流してもよい。

４系統の逆変換回路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Ｓｉ製又はＳｉＣ製の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。

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、導体であるアーム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ブスバーが用いられる。そして、図２に示すように、スイッチング素子２２２Ａ１，２２２Ｂ１，２２２Ｃ１，２２２Ｄ１にて第１の逆変換回路２２０（ブロック１）が構成され、スイッチング素子２２２Ａ２，２２２Ｂ２，２２２Ｃ２，２２２Ｄ２にて第２の逆変換回路２２０（ブロック２）が構成され、スイッチング素子２２２Ａ３，２２２Ｂ３，２２２Ｃ３，２２２Ｄ３にて第３の逆変換回路２２０（ブロック３）が構成され、スイッチング素子２２２Ａ４，２２２Ｂ４，２２２Ｃ４，２２２Ｄ４にて第４の逆変換回路２２０（ブロック４）が構成される。ブロック１には対をなすアームＵ１−Ｖ１が設けられ、ブロック２には対をなすアームＵ２−Ｖ２が設けられ、ブロック３には対をなすアームＵ３−Ｖ３が設けられ、ブロック４には対をなすアームＵ４−Ｖ４が設けられている。

４系統の逆変換回路２２０（ブロック１〜４）の正極側と負極側との間には、図示しないコンデンサがブロック１〜４毎に設けられている。なお、図２および図３では、ブロック１〜４毎に設けられる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１〜４を構成して説明するが、直列回路の数及びブロックの数はこの限りではない。

出力電流合成部３００は、４系統の逆変換回路２２０から出力される電流の大きさを均等にして４系統の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、一対の導電部材３２０と、一対の合成電流出力端子３３０と、を有している。

リアクトル３１０としては、例えば磁性材にて形成された環状のコアが用いられる。そして、リアクトル３１０は、例えば４系統の逆変換回路２２０（ブロック１〜４）に対応して４つ設けられている。これらリアクトル３１０は、ブロック１〜４それぞれの対をなすアームＵ１−Ｖ１〜Ｕ４−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はブロック１から導出するアームＵ１−Ｖ１を挿通し、リアクトル３１０Ｔ２はブロック２から導出するアームＵ２−Ｖ２を挿通し、リアクトル３１０Ｔ３はブロック３から導出するアームＵ３−Ｖ３を挿通し、リアクトル３１０Ｔ４はブロック４から導出するアームＵ４−Ｖ４を挿通する。

一対の導電部材３２０は、ブスバーとして機能し、対をなすアームＵ１−Ｖ１〜Ｕ４−Ｖ４が接続され、４系統の逆変換回路２２０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、合成電流出力端子３３０が接続されている。一対の合成電流出力端子３３０は、一対の導電部材３２０にて合成した合成電流を出力する。例えば、一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負荷に接続され、一対の導電部材３２０にて合成した合成電流を負荷に供給し、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負荷を機能させる。

また、一対の導電部材３２０は、対をなすアームＵ１−Ｖ１〜Ｕ４−Ｖ４を、それぞれ所定の条件で接続する。すなわち、４系統の逆変換回路２２０（ブロック１〜４）が並列状態となるように接続するとともに、一対の導電部材３２０における対をなすアームＵ１−Ｖ１〜Ｕ４−Ｖ４それぞれの接続位置との関係で、ブロック１〜４それぞれのインダクタンスが同値となるように接続する。具体的には、一対の合成電流出力端子３３０から最も遠い距離に接続され、一対の導電部材３２０に由来するインダクタンスが最も大きくなるブロック４を基準にして、接続位置が一対の合成電流出力端子３３０に近づくにしたがって、アームＵ１−Ｖ１〜Ｕ４−Ｖ４それぞれのギャップ（導体間距離）が広くなるようにアームＵ１−Ｖ１〜Ｕ４−Ｖ４を接続し、対をなすアームのギャップに由来するインダクタンスを増加させる。

例えば一対の導電部材３２０の銅板の幅寸法が１００ｍｍ、ギャップが２ｍｍであり、対をなすアームＵ１〜Ｕ４−Ｖ１〜Ｖ４が一対の導電部材３２０の長手方向に１６０ｍｍの間隔をあけて並列状態に接続されたとすると、アームＵ１−Ｖ１〜Ｕ４−Ｖ４それぞれ接続位置のうち隣り合う二つの接続位置の間における一対の導電部材３２０のインダクタンスは約５０ｎＨとなる。ブロック４のアームＵ４−Ｖ４のギャップが１ｍｍである場合に、一対の導電部材３２０に由来するインダクタンスが５０ｎＨ分小さくなる位置のブロック３のアームＵ３−Ｖ３のギャップを１＋Δｍｍとして、アームＵ３−Ｖ３のギャップに由来するインダクタンスを５０ｎＨ分増加させ、一対の導電部材３２０に由来するインダクタンスがさらに５０ｎＨ（合計で１００ｎＨ）分小さくなる位置のブロック２のアームＵ２−Ｖ２のギャップを１＋２Δｍｍとして、アームＵ２−Ｖ２のギャップに由来するインダクタンスを１００ｎＨ分増加させ、一対の導電部材３２０に由来するインダクタンスがさらに５０ｎＨ（合計で１５０ｎＨ）分小さくなる位置のブロック１のアームＵ１−Ｖ１のギャップを１＋３Δｍｍとして、アームＵ１−Ｖ１のギャップに由来するインダクタンスを１５０ｎＨ分増加させる。なお、Δの値は対をなすアームＵ１−Ｖ１〜Ｕ４−Ｖ４の形状等に関連し、例えばアームＵ１−Ｖ１〜Ｕ４−Ｖ４として一辺２５ｍｍの断面略矩形の銅パイプが用いられる場合に、Δの値は６ｍｍ前後である。

〔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。

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４系統の逆変換回路２２０（ブロック１〜４）にて所定の周波数（高周波）の交流電力に変換して対をなすアームＵ１−Ｖ１〜Ｕ４−Ｖ４を介して出力電流合成部３００へ出力させる。

この出力電流合成部３００への交流電力の出力の際、対をなすアームＵ１−Ｖ１〜Ｕ４−Ｖ４に出力電流が流れると、これら対をなすアームＵ１−Ｖ１〜Ｕ４−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−Ｖ１〜Ｕ４−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−Ｖ１〜Ｕ４−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、例えばアームＵ１とアームＶ１と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。一方、アームＵ１とアームＶ１と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、対をなすアームＵ１−Ｖ１〜Ｕ４−Ｖ４毎にアームＵ−Ｖ間の出力電流の均衡が得られる。

さらに、均衡が保たれて出力電流合成部３００の一対の導電部材３２０に流れるブロック１〜４の出力電流は、対をなすアームＵ１−Ｖ１〜Ｕ４−Ｖ４の一対の導電部材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、一対の導電部材３２０にて良好に合成され、一対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、一対の合成電流出力端子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周波数の交流電力は負荷に供給され、適宜負荷が機能、例えば誘導加熱コイルが被加熱物を誘導加熱する。

〔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、４系統の逆変換回路２２０（ブロック１〜４）から出力される出力電流を導通する対をなすアームＵ１−Ｖ１〜Ｕ４−Ｖ４それぞれの一対の導電部材３２０への接続位置における一対の合成電流出力端子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、対をなすアームＵ１−Ｖ１〜Ｕ４−Ｖ４を接続する。具体的には、一対の合成電流出力端子３３０から最も遠い位置で一対の導電部材３２０に接続されるブロック４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、他のブロック１〜３のアームＵ１−Ｖ１〜Ｕ３−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のギャップを広くして接続させる。このため、４系統の逆変換回路２２０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、４系統の逆変換回路２２０（ブロック１〜４）毎に対をなすアームＵ１−Ｖ１〜Ｕ４−Ｖ４を一対の導電部材３２０に接続するので、接続する逆変換回路２２０の系統数の増減が容易にでき、汎用性に富み、系統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、負荷を安定して良好に機能させることができる。

そして、対をなすアームＵ１−Ｖ１〜Ｕ４−Ｖ４毎に、アームにそれぞれ流れる電流値の差に対応する磁束をリアクトル３１０により発生させ、アーム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、対をなすアームＵ１−Ｖ１〜Ｕ４−Ｖ４毎にアームＵ−Ｖ間の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、一対の導電部材３２０の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。

また、リアクトル３１０として、磁性材にて形成された環状のコアを用い、このコアの内周側に対をなすアームＵ１−Ｖ１〜Ｕ４−Ｖ４をそれぞれ挿通させる。このため、対をなすアームＵ１−Ｖ１〜Ｕ４−Ｖ４毎にアームＵ−Ｖ間の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の系統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。

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、４系統の逆変換回路２２０（ブロック１〜４）からの対をなすアームＵ１−Ｖ１〜Ｕ４−Ｖ４の一対の導電部材３２０との接続位置から一対の合成電流出力端子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、４系統の逆変換回路２２０（ブロック１〜４）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。

さらに、４系統の逆変換回路２２０（ブロック１〜４）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〜Ｕ４−Ｖ４を一対の導電部材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の系統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。

また、複数のスイッチング素子２２２をブリッジ状に接続して逆変換回路２２０（ブロック１〜４）を構成する。このため、４系統の逆変換回路２２０（ブロック１〜４）から出力する出力電流を導通する対をなすアームＵ１−Ｖ１〜Ｕ４−Ｖ４毎に一対の導電部材３２０に接続して逆変換回路２２０の系統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。

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２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。

次に、リアクトル３１０の構成例について説明する。

図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すリアクトル３１０Ａは、第１コア部材４０１と第２コア部材４０２とを有する。図５（Ａ）に示すように、第１コア部材４０１と第２コア部材４０２とは、互いに組み合わされることによって、対をなすアームＵ−Ｖが挿通可能な略円形の環状体を形成する。

図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示す例では、アームＵ，Ｖは、導電性に優れる銅等の金属材料からなる断面略円形の金属パイプ４０４と、ろう付け等によって金属パイプ４０４と電気的に接続された状態で金属パイプ４０４の外周面に接合されている金属板４０５とによって構成されている。そして、対をなすアームＵ−Ｖは、両アームの金属板４０５同士がギャップをおいて対向した状態に配置され、ギャップには絶縁板４０６が配置されている。対をなすアームＵ−Ｖに流れるスイッチング回路の出力電流の電流密度は、表皮効果及び近接効果に起因し、両アームの対向部分にて高まり、対向部分が金属板４０５によって構成されていることにより、抵抗が低減され、損失もまた低減される。

第１コア部材４０１と第２コア部材４０２とが組み合わされてなる略円形の環状体は、対をなすアームＵ，Ｖの離間方向Ｘ、すなわち両アームの金属板４０５の対向方向に延びる二つの弧Ａｒｃ１、Ａｒｃ２を周上に含む。図５（Ｂ）に示すとおり、第１コア部材４０１と第２コア部材４０２とは、弧Ａｒｃ１、Ａｒｃ２それぞれにおいて、弧と交差する面Ｓ１を境にして離間方向Ｘに分離可能である。面Ｓ１は、上記環状体の中心軸を包含する面であり、この面Ｓ１を境に分離される第１コア部材４０１と第２コア部材４０２とは、双方が半円状に形成され、互いに同一形状である。

第１コア部材４０１と第２コア部材４０２とが離間方向Ｘに分離されることにより、対をなすアームＵ−Ｖが挿通される内周の離間方向寸法Ｈが拡大され、対をなすアームＵ−Ｖのギャップが拡大可能となる。例えば、上記のとおり、対をなすアームＵ４−Ｖ４のギャップが１ｍｍ、対をなすアームＵ３−Ｖ３のギャップが１＋Δｍｍ、対をなすアームＵ２−Ｖ２のギャップが１＋２Δｍｍ、対をなすアームＵ１−Ｖ１のギャップが１＋３Δｍｍであるとして、リアクトル３１０Ａに挿通されるアームＵ−ＶがアームＵ４−Ｖ４である場合には、図５（Ａ）に示したとおり、第１コア部材４０１と第２コア部材４０２とが互いに組み合わされ、対をなすアームＵ−Ｖが、アームＵ１−Ｖ１、アームＵ２−Ｖ２、又はアームＵ３−Ｖ３である場合には、図５（Ｂ）に示したとおり、ギャップに応じて、第１コア部材４０１と第２コア部材４０２とは離間方向Ｘに分離される。

このように、リアクトル３１０Ａが、対をなすアームＵ−Ｖの離間方向Ｘに分離可能な第１コア部材４０１と第２コア部材４０２とを有することにより、単一種のリアクトル３１０Ａによってアームの多様なギャップに対応でき、さらに比較的大きなギャップのアームも挿通できる。これにより、製造性の向上及び装置コストの低減を図ることができる。

なお、図５（Ｃ）に示すように、リアクトル３１０Ａは、離間方向Ｘに分離された第１コア部材４０１及び第２コア部材４０２それぞれの、離間方向Ｘに対向する対向面４０１ａ−４０２ａ間及び／又は対向面４０１ｂ−４０２ｂ間に配置される一つ以上の棒状の第３コア部材４０３をさらに有してもよい。第３コア部材４０３を設け、対向面４０１ａ−４０２ａ間及び／又は対向面４０１ｂ−４０２ｂ間の空隙を埋めることにより、リアクトル３１０Ａの磁気抵抗値の上昇を抑制し、リアクトル３１０Ａの性能を維持できる。対向面４０１ｂ−４０２ｂ間の空隙を埋める材料としては、磁性材を例示することができるが、磁性材に限定されるものではない。

図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すリアクトル３１０Ｂは、第１コア部材４１１と第２コア部材４１２とを有する。図６（Ａ）に示すように、第１コア部材４１１と第２コア部材４１２とは、互いに組み合わされることによって、対をなすアームＵ−Ｖが挿通可能な略矩形の環状体を形成する。

図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示す例では、アームＵ，Ｖは、断面略矩形の金属パイプ４１４によって構成されている。そして、対をなすアームＵ−Ｖは、両アームの金属パイプ４１４の一面同士がギャップをおいて対向した状態に配置され、ギャップには絶縁板４１６が配置されている。対をなすアームＵ−Ｖに流れる電流の電流密度が高まる両アームの対向部分が断面略矩形の金属パイプ４１４の一面によって構成されていることにより、図５（Ａ）等に示した断面略円形の金属パイプ４０４に接合される金属板４０５は不要である。これにより、製造性の向上及び装置コストの低減を図ることができる。また、断面略矩形の金属パイプ４１４によって構成されるアームＵ，Ｖに対し、リアクトル３１０Ｂもまた略矩形の環状体として構成することにより、対をなすアームＵ−Ｖが挿通されるリアクトル３１０Ｂの内周側のスペースを有効に活用できる。

第１コア部材４１１と第２コア部材４１２とが組み合わされてなる略矩形の環状体は、対をなすアームＵ，Ｖの離間方向Ｘに延びる二つの弧Ａｒｃ１、Ａｒｃ２を周上に含む。図６（Ｂ）に示すとおり、第１コア部材４１１と第２コア部材４１２とは、弧Ａｒｃ１、Ａｒｃ２それぞれにおいて、弧と交差する面Ｓ２を境にして離間方向Ｘに分離可能である。面Ｓ２は、離間方向Ｘに対して垂直な面であり、この面Ｓ２を境に分離される第１コア部材４０１と第２コア部材４０２とは、双方が略Ｕ字状に形成されている。

第１コア部材４１１と第２コア部材４１２とが離間方向Ｘに分離されることにより、対をなすアームＵ−Ｖが挿通される内周の離間方向寸法Ｈが拡大され、対をなすアームＵ−Ｖのギャップが拡大可能となる。そこで、単一種のリアクトル３１０Ｂによってアームの多様なギャップに対応でき、さらに比較的大きなギャップのアームも挿通できる。これにより、製造性の向上及び装置コストの低減を図ることができる。

なお、図６（Ｃ）に示すように、リアクトル３１０Ｂは、離間方向Ｘに分離された第１コア部材４１１及び第２コア部材４１２それぞれの、離間方向Ｘに対向する対向面４１１ａ−４１２ａ間及び／又は対向面４１１ｂ−４１２ｂ間に配置される一つ以上の棒状の第３コア部材４１３をさらに有してもよい。第３コア部材４１３を設け、対向面４１１ａ−４１２ａ間及び／又は対向面４１１ｂ−４１２ｂ間の空隙を埋めることにより、リアクトル３１０Ｂの磁気抵抗値の上昇を抑制し、リアクトル３１０Ｂの性能を維持できる。対向面４１１ｂ−４１２ｂ間の空隙を埋める材料としては、磁性材を例示することができるが、磁性材に限定されるものではない。

図７に示すリアクトル３１０Ｃは、第１コア部材４２１と第２コア部材４２２とを有し、第１コア部材４２１と第２コア部材４２２とは、互いに組み合わされることによって、対をなすアームＵ−Ｖが挿通可能な略矩形の環状体を形成する。そして、環状体は、対をなすアームＵ，Ｖの離間方向Ｘに延びる二つの弧Ａｒｃ１、Ａｒｃ２を周上に含み、第１コア部材４２１と第２コア部材４２２とは、弧Ａｒｃ１、Ａｒｃ２それぞれにおいて、弧と交差する面Ｓ３を境にして離間方向Ｘに分離可能である。面Ｓ３は、離間方向Ｘに対して垂直な面であり、且つ環状体の中心軸を包含する面である。この面Ｓ３を境に分離される第１コア部材４２１と第２コア部材４２２とは、双方が略Ｕ字状に形成され、互いに同一形状である。

図８に示すリアクトル３１０Ｄは、第１コア部材４３１と第２コア部材４３２とを有し、第１コア部材４３１と第２コア部材４３２とは、互いに組み合わされることによって、対をなすアームＵ−Ｖが挿通可能な略矩形の環状体を形成する。そして、環状体は、対をなすアームＵ，Ｖの離間方向Ｘに延びる二つの弧Ａｒｃ１、Ａｒｃ２を周上に含み、第１コア部材４３１と第２コア部材４３２とは、弧Ａｒｃ１、Ａｒｃ２それぞれにおいて、弧と交差する面Ｓ４を境にして離間方向Ｘに分離可能である。面Ｓ４は、離間方向Ｘに対して傾斜した面であり、且つ環状体の中心軸を包含する面である。この面Ｓ４を境に分離される第１コア部材４３１と第２コア部材４３２とは、双方が略Ｊ字状に形成され、互いに同一形状である。

図９に示すリアクトル３１０Ｅは、第１コア部材４４１と第２コア部材４４２とを有し、第１コア部材４４１と第２コア部材４４２とは、互いに組み合わされることによって、対をなすアームＵ−Ｖが挿通可能な略矩形の環状体を形成する。そして、環状体は、対をなすアームＵ，Ｖの離間方向Ｘに延びる二つの弧Ａｒｃ１、Ａｒｃ２を周上に含み、第１コア部材４４１と第２コア部材４４２とは、弧Ａｒｃ１と交差する面Ｓ５及び弧Ａｒｃ２と交差する面Ｓ６を境にして離間方向Ｘに分離可能である。面Ｓ５と面Ｓ６とは環状体の中心軸に関して対称な面である。これら面Ｓ５と面Ｓ６とを境に分離される第１コア部材４４１と第２コア部材４４２とは、双方が略Ｊ字状に形成され、互いに同一形状である。

図７から図９に示した例のように、第１コア部材と第２コア部材とが同一形状に形成されることにより、製造性の向上及び装置コストの低減を図ることができる。なお、図７から図９に示した例においても、離間方向Ｘに分離された第１コア部材及び第２コア部材それぞれの、離間方向Ｘに対向する対向面間に配置される一つ以上の棒状の第３コア部材をさらに有してもよい。

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。

すなわち、上述したように、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。

そして、電力変換回路２００は１系統に限らず、複数系統でもできる。また、図１０に示すように、電力変換回路２００として、例えば順変換回路２１０および逆変換回路２２０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１０に示す構成では、順変換回路２１０と逆変換回路２２０間に平滑コンデンサなどを設けるとよい。

また、アームＵ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４としては、金属パイプに限らず線材や帯状材や板材などを用いるなどしてもよい。

さらに、導電部材３２０としては銅パイプに限らずブスバー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。

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。

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。

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
３１０，３１０Ａ，３１０Ｂ，３１０Ｃ，３１０Ｄ，３１０Ｅ リアクトル
３２０ 導電部材
３３０ 合成電流出力端子
４０１，４１１，４２１，４３１，４４１ 第１コア部材
４０２，４１２，４２２，４３２，４４２ 第２コア部材
４０３，４１３ 第３コア部材
Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４ 導体としてのアーム

Claims (9)

1. 直流電力を交流電力に変換する複数の逆変換回路のそれぞれ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、
   前記逆変換回路毎に設けられ、前記逆変換回路の前記出力電流が流れる対をなす導体と、
   前記対をなす導体毎に設けられ、前記対をなす導体に流れる電流値の差に対応する磁束を発生させることによって前記電流値の差を小さくするように作用するリアクトルと、
   前記対をなす導体が並列に接続されている一対の導電部材と、
   前記一対の導電部材に設けられ、前記合成電流を出力する一対の出力端子と、
   を備え、
   前記一対の導電部材において前記一対の出力端子から最も遠い位置に接続される前記対をなす導体の接続位置と前記一対の出力端子との間のインダクタンスを基準として、前記対をなす導体は、当該対をなす導体の接続位置と前記一対の出力端子との間のインダクタンスと前記基準との差に対応する導体間距離をおいて配置されており、
   前記リアクトルは、互いに組み合わされることによって前記対をなす導体が挿通可能な環状体を形成する第１コア部材と第２コア部材とを有し、
   前記環状体は、前記対をなす導体の離間方向に延びる二つの弧を周上に含み、
   前記第１コア部材と前記第２コア部材とは、前記二つの弧それぞれにおいて、前記弧と交差する面を境に前記離間方向に分離可能である出力電流合成装置。
2. 請求項１記載の出力電流合成装置であって、
   前記第１コア部材と前記第２コア部材とは同一形状である出力電流合成装置。
3. 請求項１又は２記載の出力電流合成装置であって、
   前記リアクトルは、分離された前記第１コア部材及び前記第２コア部材それぞれの、前記離間方向に対向する対向面間に配置される第３コア部材をさらに有する出力電流合成装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項記載の出力電流合成装置であって、
   前記対をなす導体は、断面矩形状であり、
   前記環状体の内周もまた、断面矩形状である出力電流合成装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項記載の出力電流合成装置であって、
   前記一対の出力端子は、前記一対の導電部材の長手方向の一端部に設けられている出力電流合成装置。
6. 請求項５に記載の出力電流合成装置であって、
   前記対をなす導体は、前記一対の導電部材の長手方向に間隔をあけて前記一対の導電部材に並列に接続されている出力電流合成装置。
7. 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から６のいずれか一項記載の出力電流合成装置と、
   を備える電力供給装置。
8. 請求項７記載の電力供給装置であって、
   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型である電力供給装置。
9. 請求項７又は８記載の電力供給装置であって、
   前記逆変換回路は、直流電力を交流電力に変換する電力供給装置。

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