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公開番号2020171159
公報種別公開特許公報(A)
公開日20201015
出願番号2019071852
出願日20190404
発明の名称直流用耐雷装置
出願人音羽電機工業株式会社
代理人特許業務法人前田特許事務所
主分類H02H 9/04 20060101AFI20200918BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】雷保護性能が高い直流用の耐雷装置を提供する。
【解決手段】直流用耐雷装置1は、直流電源5と被保護機器6との間に設けられる。直流用耐雷装置1は、直流電源5から直流電力を受ける一対の一次側端子31,32と、一次側端子31,32が受ける直流電力を交流電力に変換する変換回路11と、変換回路11の出力を一次側に受ける耐雷トランス12と、耐雷トランス12の二次側に接続される整流回路13と、整流回路13の出力を被保護機器6に供給する一対の二次側端子41,42とを備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
直流電源と被保護機器との間に設けられる直流用耐雷装置であって、
前記直流電源から直流電力を受ける、一対の一次側端子と、
前記一次側端子が受ける直流電力を交流電力に変換する、変換回路と、
前記変換回路の出力を一次側に受ける、耐雷トランスと、
前記耐雷トランスの二次側に接続される、整流回路と、
前記整流回路の出力を前記被保護機器に供給する、一対の二次側端子とを備える
ことを特徴とする直流用耐雷装置。
続きを表示(約 210 文字)【請求項2】
請求項1記載の直流用耐雷装置において、
前記一次側端子同士の間に設けられた避雷器を備える
ことを特徴とする直流用耐雷装置。
【請求項3】
請求項2記載の直流用耐雷装置において、
前記一次側端子の一方と、接地との間に設けられた第2避雷器と、
前記一次側端子の他方と、接地との間に設けられた第3避雷器とを備える
ことを特徴とする直流用耐雷装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、機器を雷サージから保護する技術に関する。
続きを表示(約 4,400 文字)【背景技術】
【0002】
現在、機器を雷サージから保護する装置として、耐雷トランスやSPD(Surge Protective Device:避雷器)などがある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0003】
耐雷トランス、音羽電機工業株式会社、[online]、[平成31年3月27日検索]、インターネット、<URL:https://www.otowadenki.co.jp/products/>
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
耐雷トランスは、AC(交流)の雷保護として使用されており、高い絶縁性能によるサージ侵入ルートの遮蔽機能(30kV)や、高いサージ減衰性能(雷サージを1/100〜1/10,000に減衰)を有している。また、DC(直流)の雷対策には、電源用や制御電源用としてSPDが用いられている。ただし、SPDの雷保護性能は、耐雷トランスほどは高くない。
【0005】
ここで、DCに対しても、AC用耐雷トランスと同様の高い絶縁性能を有する装置があれば、直流電源に接続する機器について、より強固な耐雷対策が可能となる。
【0006】
本発明は、前記のような問題に鑑み、雷保護性能が高い直流用の耐雷装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の一態様では、直流電源と被保護機器との間に設けられる直流用耐雷装置は、前記直流電源から直流電力を受ける、一対の一次側端子と、前記一次側端子が受ける直流電力を交流電力に変換する、変換回路と、前記変換回路の出力を一次側に受ける、耐雷トランスと、前記耐雷トランスの二次側に接続される、整流回路と、前記整流回路の出力を前記被保護機器に供給する、一対の二次側端子とを備える。
【0008】
この態様によると、直流用耐雷装置において、一次側端子が受ける直流電力は、変換回路によって交流電力に変換され、耐雷トランスの一次側に供給される。耐雷トランスの二次側の出力は、整流回路によって整流され、二次側端子から被保護機器に供給される。これにより、耐雷トランスの高い絶縁性能を利用して、直流電源に接続する被保護機器を雷サージから保護することができる。
【0009】
そして、前記直流用耐雷装置は、前記一次側端子同士の間に設けられた避雷器を備える、としてもよい。
【0010】
この態様によると、直流電力の線間の電位差を避雷器によって低減できるので、雷サージからの被保護機器の保護をより強固に行うことができる。
【0011】
さらに、前記直流用耐雷装置は、前記一次側端子の一方と、接地との間に設けられた第2避雷器と、前記一次側端子の他方と、接地との間に設けられた第3避雷器とを備える、としてもよい。
【0012】
この態様によると、直流電力の対地間の電位差を第2および第3避雷器によって低減できるので、雷サージからの被保護機器の保護をより強固に行うことができる。
【発明の効果】
【0013】
本発明によると、雷保護性能が高い直流用の耐雷装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
実施形態に係る直流用耐雷装置の回路構成例
実施形態に係る直流用耐雷装置の他の回路構成例
実施形態に係る直流用耐雷装置の他の回路構成例
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【0016】
(実施形態)
図1は実施形態に係る直流用耐雷装置の回路構成例を示す。図1に示すように、本実施形態に係る直流用耐雷装置1は、直流電源5と、被保護機器6、すなわち雷サージから保護する対象となる機器との間に設けられる。直流用耐雷装置1は、直流電源5に接続される一対の一次側端子31,32と、被保護機器に接続される一対の二次側端子41,42とを備える。
【0017】
図1の直流用耐雷装置1は、変換回路11と、耐雷トランス12と、整流回路13とを備える。変換回路11は、一次側端子31,32が直流電源5から受ける直流電力を交流電力に変換する回路である。変換回路11は例えば、複数のスイッチングFET(Field Effect Transistor)と、スイッチングFETのオンオフ動作を制御する制御回路とを有する構成とすればよい。制御回路は、スイッチングFETのゲートに与えるPWM(Pulse Width Modulation)信号の周波数やデューティ比を変えることによって、変換回路11の出力を調整することができる。
【0018】
耐雷トランス12は、交流用の雷保護のために用いられるものである。耐雷トランス12は、一次−二次間のインパルス耐電圧が高く(例えば30kV以上)、一次−二次間のサージ減衰が大きい(例えば1/100〜1/10,000)、という高い絶縁性能と高いサージ減衰性能を有している。耐雷トランス12は、変換回路11の出力すなわち交流電力を一次側に受ける。
【0019】
整流回路13は、耐雷トランス12の二次側に接続されており、交流電力を直流電力に変換する回路である。整流回路13は例えば、ブリッジ状に構成されたダイオードと、リップルを低減するためのコンデンサとを有する構成とすればよい。また、整流回路13内に電圧安定回路を設けることによって、一次側の電圧変動に対して安定した電圧を出力させることができる。整流回路13の出力は、二次側端子41,42を介して、被保護機器6に供給される。
【0020】
また、直流用耐雷装置1は、一次側端子31,32同士の間に、SPD(Surge Protective Device、避雷器)21が設けられている。SPD21は、金属酸化物バリスタ(MOV)等の非線形素子を内蔵しており、通常の電源電圧に対しては高抵抗であるが、雷サージなどの過電圧に対しては瞬時に低抵抗となり、雷サージを処理した後はすぐに高抵抗に戻るという特性を有する。非線形素子としては、その他に、ガス入り放電管(GDT)、アバランシブレークダウンダイオード(ABD)、サージ保護サイリスタ(TSS)等がある。SPD21を一次側端子31,32同士の間に設けることによって、直流電力の線間の電位差が低減される。
【0021】
図1の構成の直流用耐雷装置1によると、一次側端子31,32に供給された直流電力は変換回路11によって交流電力に変換され、耐雷トランス12の一次側に与えられる。耐雷トランス12は、一次巻線の交流電力を磁気エネルギーに変換し、コアを通して二次巻線に伝える。そして、耐雷トランス12の二次側の交流電力は、整流回路13によって直流電力に変換されて、二次側端子41,42から出力される。これにより、耐雷トランス12の高い絶縁性能を利用して、直流電源5に接続する被保護機器6を雷サージから保護することができる。
【0022】
そして、図1の構成では、直流電力の対地間の電位差は耐雷トランス12によって低減され、直流電力の線間の電位差はSPD21によって低減される。これにより、雷サージからの被保護機器6の保護をより強固に行うことができる。なお、図1の構成は、耐雷トランス12の一次側の対地間にSPDが設けられていない、いわゆる絶縁型といわれる構成である。
【0023】
(他の構成例)
図2は実施形態に係る直流用耐雷装置の他の回路構成例を示す。図2では、図1と共通の構成要素については、図1と同一の符号を付しており、ここでは重複する説明は省略する。図2の直流用耐雷装置2は、図1の構成に加えて、さらに2個のSPD22,23が設けられている。SPD22は、一次側端子31と接地との間に設けられており、SPD23は、一次側端子32と接地との間に設けられている。
【0024】
図2の構成の直流用耐雷装置2によると、図1の構成と同様に、耐雷トランス12の高い絶縁性能を利用して、直流電源5に接続する被保護機器6を雷サージから保護することができる。さらに、直流電力の対地間の電位差は、SPD22,23によって低減される。これにより、雷サージからの被保護機器6の保護をより強固に行うことができる。なお、図2の構成は、耐雷トランス12の一次側の対地間にSPD22,23を付加し、接地を分離した、いわゆる接地分離型といわれる構成である。
【0025】
図3は実施形態に係る直流用耐雷装置の他の構成例を示す。図3では、図1と共通の構成要素については、図1と同一の符号を付しており、ここでは重複する説明は省略する。図3の直流用耐雷装置3は、図1の構成に加えて、二次側の電圧情報を一次側の変換回路11に伝達する伝達手段15が設けられている。この伝達手段15は、絶縁性が高い光通信や無線通信を用いる構成とするのが好ましい。変換回路11は、伝達手段15を介して二次側の電圧情報を受け、この電圧情報に従って、直流交流変換における周波数やデューティ比を調整する。これにより、変換回路11は最適な出力を維持することができる。
【0026】
また、本実施形態に係る直流用耐雷装置は、変換回路11、耐雷トランス12および整流回路13について、負荷容量に応じた制作および部品の選定を行うことによって、小容量から大容量のものまで制作が可能になる。また、定格電圧以下の入力電圧であれば、その電圧に応じた出力電圧(例:DC12V、DC24V、DC48V、DC100V)が出力されるため、電圧の選定が不要になる。
【産業上の利用可能性】
【0027】
本発明では、雷保護性能が高い直流用の耐雷装置を提供することができるので、直流電源で動作する機器を雷サージから保護するのに有用である。
【符号の説明】
【0028】
1,2,3 直流用耐雷装置
5 直流電源
6 被保護機器
11 変換回路
12 耐雷トランス
13 整流回路
21,22,23 避雷器
31,32 一次側端子
41,42 二次側端子

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