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公開番号2022133880
公報種別公開特許公報(A)
公開日2022-09-14
出願番号2021032813
出願日2021-03-02
発明の名称電力変換装置
出願人株式会社豊田自動織機
代理人個人,個人
主分類H02M 3/28 20060101AFI20220907BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】フルブリッジ回路を用いる場合に比して少ない能動素子で、入力と出力とを絶縁するとともに、交流電圧を直流電圧に変換できる電力変換装置を提供すること。
【解決手段】電力変換装置1は、交流電圧を直流電圧に変換するものであって、一次巻線W1と二次巻線W2を有するトランス18と第1キャパシタ17と一対の入力端t21,t22と第1インダクタ11と上アームスイッチング素子15と下アームスイッチング素子16と上アームダイオード12と下アームダイオード13とバッファキャパシタCcとを有する一次側回路10と、第2インダクタ21と二次側ダイオード22と出力キャパシタ23と第1出力端t91及び第2出力端t92とを有する整流平滑回路20とを備え、一次側回路10は、第1キャパシタ17を介して、トランス18の一次巻線W1と接続されている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
交流電源から入力される交流電圧を直流電圧に変換する電力変換装置であって、
一次巻線と二次巻線とを有するトランスと、
第1キャパシタと、
前記交流電源が接続される一対の入力端と、第1インダクタと、上アームスイッチング素子と、下アームスイッチング素子と、上アーム整流素子と、下アーム整流素子と、バッファキャパシタとを有する一次側回路と、
第2インダクタと、二次側整流素子と、出力キャパシタと、第1出力端及び第2出力端と、を有する整流平滑回路と、
を備え、
前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子の直列接続と、前記上アーム整流素子と前記下アーム整流素子の直列接続とがブリッジ回路を構成するとともに、前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子との接続点と、前記上アーム整流素子と前記下アーム整流素子の接続点とが、前記一対の入力端と、前記第1インダクタを介して接続され、
前記一次側回路は、前記第1キャパシタを介して、前記トランスの一次巻線と接続され、
前記整流平滑回路は、前記トランスの二次巻線と接続されている、
ことを特徴とする電力変換装置。
続きを表示(約 1,700 文字)【請求項2】
前記バッファキャパシタは、前記ブリッジ回路に対して並列に接続されている、
請求項1に記載の電力変換装置。
【請求項3】
前記バッファキャパシタは、前記上アームスイッチング素子を介して、前記トランスの一次巻線と並列に接続されている、
請求項1に記載の電力変換装置。
【請求項4】
第2キャパシタを更に有し、
前記整流平滑回路は、
前記第1出力端と前記出力キャパシタの一端とが接続され、
前記第2出力端と前記出力キャパシタの他端とが接続され、
前記第2インダクタの一端が、前記二次側整流素子を介して、前記出力キャパシタの一端に接続され、前記第2インダクタの他端が、前記出力キャパシタの他端に接続されており、
前記整流平滑回路は、前記第2キャパシタを介して、前記トランスの二次巻線に接続され、
前記一次巻線と前記二次巻線は、前記下アームスイッチング素子が非導通状態のときに前記二次側整流素子が導通する極性を有するように磁気結合している、
請求項1から3のうちいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項5】
第2キャパシタを更に有し、
前記整流平滑回路は、
前記第1出力端と前記出力キャパシタの一端とが接続され、
前記第2出力端と前記出力キャパシタの他端とが接続され、
前記二次側整流素子の一端が、前記第2インダクタを介して、前記出力キャパシタの一端に接続され、前記二次側整流素子の他端が、前記出力キャパシタの他端に接続されており、
前記整流平滑回路は、前記第2キャパシタを介して、前記トランスの二次巻線に接続され、
前記一次巻線と前記二次巻線は、前記下アームスイッチング素子が非導通状態のときに前記二次側整流素子が導通する極性を有するように磁気結合している、
請求項1から3のうちいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項6】
前記整流平滑回路は、
前記二次側整流素子として、第1二次側整流素子と、第2二次側整流素子とを有し、
前記第1出力端と前記出力キャパシタの一端とが接続され、
前記第2出力端と前記出力キャパシタの他端とが接続され、
前記第1二次側整流素子の一端が、前記第2インダクタを介して、前記出力キャパシタの一端に接続され、
前記第1二次側整流素子の他端が、前記二次巻線の一端に接続され、
前記第2二次側整流素子の一端が、前記第2インダクタと前記第1二次側整流素子との接続点に接続され、
前記二次側整流素子の他端が、前記二次巻線の他端に接続され、
前記出力キャパシタの他端は、前記二次巻線の中点に接続されている、
請求項1から3のうちいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項7】
前記上アームスイッチング素子、前記下アームスイッチング素子、および前記上アーム整流素子、前記下アーム整流素子、前記二次側整流素子のうちのいずれかまたは全てがスイッチング素子で構成される場合の当該スイッチング素子のスイッチングを制御する制御部を更に備え、
前記制御部は、前記交流電圧と、前記第1インダクタを流れる電流とに基づいて、入力電力の力率が改善するようにスイッチングを制御する、
請求項1から6のうちいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項8】
前記上アームスイッチング素子、前記下アームスイッチング素子、および前記上アーム整流素子、前記下アーム整流素子、前記二次側整流素子のうちのいずれかまたは全てがスイッチング素子で構成される場合において、当該スイッチング素子のスイッチングを制御する制御部を更に備え、
前記制御部は、前記第1出力端と前記第2出力端との間の電圧に基づいて、所定の直流電圧が出力されるように、スイッチングを制御する、
請求項1から7のうちいずれか一項に記載の電力変換装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、電力変換装置、特に、交流電圧から直流電圧に変換するとともに、入力と出力とを絶縁する回路に関する。
続きを表示(約 2,300 文字)【背景技術】
【0002】
従来、入力と出力とを絶縁するとともに、交流電圧から直流電圧に変換する回路として、トランスと、トランスの一次側に設けられた整流回路及びインバータ回路と、トランスの二次側に設けられた整流回路とを備える電力変換装置が知られている(例えば、特許文献1)。特許文献1に記載の電力変換装置は、両整流回路及びインバータ回路が、それぞれフルブリッジ回路により構成されている。この回路では、入力された交流電圧は、整流回路で直流電圧に変換されたのち、インバータ回路で高周波の交流電圧に変換してトランスに印加され、トランスにより絶縁して伝達され、再度整流回路で直流に変換される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2019-41428号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、従来の技術では、2つの整流回路とインバータ回路の合計3つのブリッジ回路を用いるため、能動素子の数を少なくすることが困難であった。ここで、能動素子とは、スイッチング素子と整流素子の総称である。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記目的を達成する電力変換装置は、交流電源から入力される交流電圧を直流電圧に変換する電力変換装置であって、一次巻線と二次巻線とを有するトランスと、第1キャパシタと、前記交流電源が接続される一対の入力端と、第1インダクタと、上アームスイッチング素子と、下アームスイッチング素子と、上アーム整流素子と、下アーム整流素子と、バッファキャパシタとを有する一次側回路と、第2インダクタと、二次側整流素子と、出力キャパシタと、第1出力端及び第2出力端と、を有する整流平滑回路と、を備え、前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子の直列接続と、前記上アーム整流素子と前記下アーム整流素子の直列接続とがブリッジ回路を構成するとともに、前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子との接続点と、前記上アーム整流素子と前記下アーム整流素子の接続点とが、前記一対の入力端と、前記第1インダクタを介して接続され、前記一次側回路は、前記第1キャパシタを介して、前記トランスの一次巻線と接続され、前記整流平滑回路は、前記トランスの二次巻線と接続されている。
【0006】
かかる構成によれば、上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子とをスイッチングすることにより、トランスにより入力と出力とを絶縁するとともに、交流電圧が直流電圧に変換される。これにより、従来の回路に比して、能動素子の数を少なくできる。また、バッファキャパシタを用いることにより、回路内の電流を整合させ、サージ電圧を抑制できる。
【0007】
上記電力変換装置において、前記バッファキャパシタは、前記ブリッジ回路に対して並列に接続されていてもよい。
上記電力変換装置において、前記バッファキャパシタは、前記上アームスイッチング素子を介して、前記トランスの一次巻線と並列に接続されていてもよい。
【0008】
かかる構成によれば、電力変換装置は、サージ電圧を抑制できる。また、電力変換装置は、バッファキャパシタに印加される電圧を低くできる。
上記電力変換装置において、第2キャパシタを更に有し、前記整流平滑回路は、前記第1出力端と前記出力キャパシタの一端とが接続され、前記第2出力端と前記出力キャパシタの他端とが接続され、前記第2インダクタの一端が、前記二次側整流素子を介して、前記出力キャパシタの一端に接続され、前記第2インダクタの他端が、前記出力キャパシタの他端に接続されており、前記整流平滑回路は、前記第2キャパシタを介して、前記トランスの二次巻線に接続され、前記一次巻線と前記二次巻線は、前記下アームスイッチング素子が非導通状態のときに前記二次側整流素子が導通する極性を有するように磁気結合しているものであってもよい。
【0009】
上記電力変換装置において、第2キャパシタを更に有し、前記整流平滑回路は、前記第1出力端と前記出力キャパシタの一端とが接続され、前記第2出力端と前記出力キャパシタの他端とが接続され、前記二次側整流素子の一端が、前記第2インダクタを介して、前記出力キャパシタの一端に接続され、前記二次側整流素子の他端が、前記出力キャパシタの他端に接続されており、前記整流平滑回路は、前記第2キャパシタを介して、前記トランスの二次巻線に接続され、前記一次巻線と前記二次巻線は、前記下アームスイッチング素子が非導通状態のときに前記二次側整流素子が導通する極性を有するように磁気結合しているものであってもよい。
【0010】
上記電力変換装置において、前記整流平滑回路は、前記二次側整流素子として、第1二次側整流素子と、第2二次側整流素子とを有し、前記第1出力端と前記出力キャパシタの一端とが接続され、前記第2出力端と前記出力キャパシタの他端とが接続され、前記第1二次側整流素子の一端が、前記第2インダクタを介して、前記出力キャパシタの一端に接続され、前記第1二次側整流素子の他端が、前記二次巻線の一端に接続され、前記第2二次側整流素子の一端が、前記第2インダクタと前記第1二次側整流素子との接続点に接続され、前記二次側整流素子の他端が、前記二次巻線の他端に接続され、前記出力キャパシタの他端は、前記二次巻線の中点に接続されているものであってもよい。
(【0011】以降は省略されています)

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