電力変換装置および電源システム
【課題】複数相の電源から供給される交流電力を変換して複数相の負荷に安定して供給し、かつ小型化を図ることが可能な電力変換装置および電源システムを提供する。
【解決手段】複数相の電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷの中性点ＮＰ１と複数相の負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣの中性点ＮＰ２とが共通の安定電位ＳＰに結合された電源システム２０１における電力変換装置１０１であって、電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷから供給される各相の交流電力を変換して負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣにそれぞれ供給するマトリックスコンバータＭＸと、各電源とマトリックスコンバータＭＸとの間およびマトリックスコンバータＭＸと各負荷との間の少なくとも一方に設けられ、受けた交流電力に含まれる所定周波数以上のノーマルモードノイズおよびコモンモードノイズの各負荷への伝達を抑制するフィルタＦＬＸ１，ＦＬＹ１とを備える。
【解決手段】複数相の電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷの中性点ＮＰ１と複数相の負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣの中性点ＮＰ２とが共通の安定電位ＳＰに結合された電源システム２０１における電力変換装置１０１であって、電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷから供給される各相の交流電力を変換して負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣにそれぞれ供給するマトリックスコンバータＭＸと、各電源とマトリックスコンバータＭＸとの間およびマトリックスコンバータＭＸと各負荷との間の少なくとも一方に設けられ、受けた交流電力に含まれる所定周波数以上のノーマルモードノイズおよびコモンモードノイズの各負荷への伝達を抑制するフィルタＦＬＸ１，ＦＬＹ１とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電力変換装置および電源システムに関し、特に、複数相の電源の各々から供給される各相の交流電力を変換して複数相の負荷にそれぞれ供給する電力変換装置および電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
周波数および振幅が変動する複数相の交流電力から任意の周波数および任意の振幅を有する複数相の交流電圧または交流電流を生成する電源システムが開発されている。
【０００３】
このような電源システムでは、一般的に、以下のようなＡＣ−ＤＣ−ＡＣ間接変換方式が採用されている。すなわち、交流電源からの交流電力を半導体スイッチを用いた整流器により直流電力に変換し、安定した電圧または電流を生成する。これにより、直流部にエネルギーを蓄積する。この直流部からのエネルギーすなわち電力をインバータにより任意の周波数および任意の振幅を有する交流電圧または交流電流に変換する。
【０００４】
このようなＡＣ−ＤＣ−ＡＣ間接変換方式を採用する電力変換装置として、たとえば、特許文献１には、以下のような構成が開示されている。すなわち、エンジンにより駆動される交流発電機と、整流回路と、インバータとを備える定周波電源において、中性点をグランドに接続した交流発電機の出力を整流して得られる直流電源を３組の単相インバータにより中性点接地型３相４線式交流電源に変換する。この３相４線式交流電源の各相出力が所定の仕様を満足するように、３組の単相インバータを制御する。
【０００５】
また、ＡＣ−ＤＣ−ＡＣ間接変換方式を採用する電力変換装置として、たとえば、特許文献２には、以下のような構成が開示されている。すなわち、交流電源を整流して直流電圧に変換する整流部と、変換された直流電圧をスイッチング素子の導電率を制御することにより交流に変換するインバータとを備えるモータ駆動装置に使用されるノイズフィルタにおいて、モータ駆動装置の入力側ノイズフィルタと、モータ駆動装置の出力側ノイズフィルタとを一体構造にしている。そして、入力側ノイズフィルタは雑音端子電圧低減フィルタであり、出力側ノイズフィルタはコモンモード電流低減フィルタである。雑音端子電圧低減フィルタは、交流電源とモータ駆動装置との間に直列に接続されたコモンモードチョークコイルと、モータ駆動装置の入力部とコモン線との間に並列に接続されたコンデンサとを含む。出力側ノイズフィルタは、モータ駆動装置の出力部とモータとの間に直列に接続されたコモンモードチョークコイルと、モータとコモン線との間に並列に接続されたコンデンサと、コモンモードチョークコイルに並列に接続された抵抗とを含む。そして、入力側ノイズフィルタのコモンモードチョークコイルおよび出力側ノイズフィルタのコモンモードチョークコイルを共通コア上に設けている。また、交流電源の中性点が接地されており、モータのフレームが接地されている。
【０００６】
ところで、電源システムが航空機等に組み込まれる場合には、電源システムの小型化が特に要求される。電源システムの小型化を図る技術としては、ＡＣ−ＤＣ−ＡＣ間接変換方式と比べて部品点数が少なくなるＡＣ−ＡＣ直接変換方式が知られている（たとえば非特許文献１参照）。このＡＣ−ＡＣ直接変換方式では、交流電力を交流電力に直接変換するマトリックスコンバータを用いることにより、任意の周波数および任意の振幅を有する交流電圧または交流電流を生成する。マトリックスコンバータを用いることにより、入力電流の力率を１に制御することができるため、電源システムの小型化を図ることができる。
【０００７】
このようなＡＣ−ＡＣ直接変換方式を採用する電力変換装置として、たとえば、特許文献３には、以下のような構成が開示されている。すなわち、マトリックスコンバータの交流電源側に設けられた入力用三相交流リアクトルと、入力用三相交流リアクトルとマトリックスコンバータとの接続点に並列接続された入力用コンデンサからなる受動フィルタと、マトリックスコンバータの出力側に設けられた出力用三相交流リアクトルとを備える。出力用三相交流リアクトルの一端はマトリックスコンバータに接続され、他端は出力用三相コモンモードチョークコイルに接続される。出力用三相コモンモードチョークコイルが有する出力用三相交流リアクトルとは反対側の端子にモータなどの負荷を接続し、かつ出力用三相コモンモードチョークコイルと負荷との接続点に並列に出力用コンデンサを接続する。入力用コンデンサおよび出力用コンデンサはそれぞれの三相分が星型結線でありかつこれらの星型結線の中性点同士を接続線で接続している。
【０００８】
また、ＡＣ−ＤＣ−ＡＣ間接変換方式およびＡＣ−ＡＣ直接変換方式の両方が適用可能な電力変換装置として、たとえば、特許文献４には、以下のような構成が開示されている。すなわち、インバータおよびマトリクスコンバータ等に代表されるような電力変換装置を用いたモータ駆動装置に使用されるノイズフィルタにおいて、モータ駆動装置の入力側ノイズフィルタと、モータ駆動装置の出力側ノイズフィルタとを一体構造にしている。入力側ノイズフィルタは、電源と電力変換装置との間に直列に接続されたコモンモードチョークコイルと、このコモンモードチョークコイルおよび電力変換装置の間に各Ｒ、Ｓ、Ｔ相それぞれに配置された接地用コンデンサと、各Ｒ、Ｓ、Ｔ相間にＹ結線された複数のコンデンサとを含む。入力側ノイズフィルタにおけるＹ結線された各コンデンサの中性点に出力側ノイズフィルタのバイパス回路部が接続されている。また、交流電源の中性点が接地されており、モータのフレームが接地されている。
【特許文献１】特開平４−３３１４７０号公報
【特許文献２】特開２００５−１３０５７５号公報
【特許文献３】特開２００５−２９５６７６号公報
【特許文献４】特開２００７−６８３１１号公報
【非特許文献１】石田宗秋他著、「入力力率可変正弦波入出力ＰＷＭ制御サイクロコンバータの波形制御法」、電気学会論文誌、第１０７巻−Ｄ、第２号、ｐｐ．２３９−２４６、１９８７年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、ＡＣ−ＡＣ直接変換方式を採用する電源システムにおいて、複数相の交流電源の中性点の電位が不定である場合、この電源システムに接続される負荷が誤動作する可能性がある。たとえば航空機では負荷である様々な電装品が使用されており、電装品の誤動作が重大な問題につながりかねない。そして、中性点の不定電位は推測不可能であるため、この不定電位による誤動作を制御によって防ぐことは困難である。
【００１０】
それゆえに、本発明の目的は、複数相の電源から供給される交流電力を変換して複数相の負荷に安定して供給し、かつ小型化を図ることが可能な電力変換装置および電源システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる電力変換装置は、複数相の電源の各々から供給される各相の交流電力を変換して複数相の負荷にそれぞれ供給し、かつ複数相の電源の中性点と複数相の負荷の中性点とが共通の安定電位に結合された電源システムにおける電力変換装置であって、複数相の電源から供給される各相の交流電力を変換して複数相の負荷にそれぞれ供給するマトリックスコンバータと、複数相の電源とマトリックスコンバータとの間およびマトリックスコンバータと複数相の負荷との間の少なくとも一方に設けられ、受けた交流電力に含まれる所定周波数以上のノーマルモードノイズおよびコモンモードノイズの負荷への伝達を抑制するフィルタとを備える。
【００１２】
このような構成により、ノーマルモードノイズに加えて、マトリックスコンバータのスイッチング等に起因して発生するコモンモードノイズが負荷へ伝達されることを防ぐことができるため、複数相の電源から供給される交流電力を変換して複数相の負荷に安定して供給することができる。また、マトリックスコンバータを用いることにより、ＡＣ−ＤＣ−ＡＣ間接変換方式と比べて電力変換装置の小型化を図ることができる。
【００１３】
好ましくは、フィルタは、各相に対応して設けられ、対応の相の負荷とマトリックスコンバータとの間に接続された複数の単相リアクトルを含む。
【００１４】
このような構成により、フィルタが、マトリックスコンバータから伝達されたコモンモードノイズに対してインダクタンス成分を有するため、コモンモードノイズが負荷へ伝達されることを防ぐことができる。
【００１５】
好ましくは、フィルタは、各相に対応して設けられ、マトリックスコンバータおよび対応の相の負荷の接続ノードと、安定電位との間に接続された複数のコンデンサを含む。
【００１６】
このような構成により、フィルタが、マトリックスコンバータから伝達されたコモンモードノイズに対してインピーダンス成分を有するため、コモンモードノイズが負荷へ伝達されることを防ぐことができる。
【００１７】
好ましくは、フィルタは、各相に対応して設けられ、対応の相の電源とマトリックスコンバータとの間に接続された複数の単相リアクトルを含む。
【００１８】
このような構成により、フィルタが、電源から伝達されたコモンモードノイズに対してインダクタンス成分を有するため、コモンモードノイズが負荷へ伝達されることを防ぐことができる。
【００１９】
好ましくは、フィルタは、各相に対応して設けられ、対応の相の電源およびマトリックスコンバータの接続ノードと、安定電位との間に接続された複数のコンデンサを含む。
【００２０】
このような構成により、フィルタが、電源から伝達されたコモンモードノイズに対してインピーダンス成分を有するため、コモンモードノイズが負荷へ伝達されることを防ぐことができる。
【００２１】
上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる電源システムは、安定電位に結合された中性点を有する複数相の負荷に電力を供給する電源システムであって、安定電位に結合された中性点を有し、複数相の交流電力を供給する複数相の電源と、複数相の電源から供給される各相の交流電力を変換して複数相の負荷にそれぞれ供給するマトリックスコンバータと、複数相の電源とマトリックスコンバータとの間およびマトリックスコンバータと複数相の負荷との間の少なくとも一方に設けられ、受けた各相の交流電力に含まれる所定周波数以上のノーマルモードノイズおよびコモンモードノイズの負荷への伝達を抑制するフィルタとを備える。
【００２２】
このような構成により、ノーマルモードノイズに加えて、マトリックスコンバータのスイッチング等に起因して発生するコモンモードノイズが負荷へ伝達されることを防ぐことができるため、複数相の電源から供給される交流電力を変換して複数相の負荷に安定して供給することができる。また、マトリックスコンバータを用いることにより、ＡＣ−ＤＣ−ＡＣ間接変換方式と比べて電源システムの小型化を図ることができる。
【００２３】
この発明のある局面に係わる電力変換装置は、マトリックスコンバータを備える。ＡＣ−ＤＣ−ＡＣ間接変換方式と比べてマトリックスコンバータの優れる点は、以下の（１）〜（４）のとおりである。
【００２４】
（１）小型化および軽量化が可能
電力変換装置の入力および出力間に挿入される半導体素子数が少なくて済むので、入力および出力間の電流経路上の半導体素子の損失が低減でき、これにより電力変換装置の損失を低減することができる。従って、ヒートシンクなどに代表される冷却部品を小型軽量化できるので、マトリックスコンバータを適用した電力変換装置はＡＣ−ＤＣ−ＡＣ間接変換方式と比べて小型軽量化を図ることができる。
【００２５】
また、マトリックスコンバータは、入力電流の位相を制御できることが知られている（非特許文献１参照）。従って、入力電圧と同位相になるように入力電流位相を制御した場合、入力力率を１にすることができる。一般的に、ＡＣ−ＤＣ−ＡＣ間接変換方式におけるＡＣ−ＤＣ変換方式は、ダイオード整流器を適用する方式およびＰＷＭ整流器を適用する方式に大別される。そして、一般的に、ダイオード整流器を適用する方式は、安価で構成が容易であり、かつ高効率であるが、入力力率が比較的悪いという欠点を持っている。また、一般的に、ＰＷＭ整流器を適用する方式は、マトリックスコンバータと同様に入力力率１を実現することができるが、高価であり、構成が複雑であり、かつ損失が大きいという欠点を持っている。
【００２６】
以上のことから、マトリックスコンバータはダイオード整流器を適用したＡＣ−ＤＣ−ＡＣ間接変換方式と異なり、力率１を実現することができる。これにより、マトリックスコンバータの入力電源設備容量、たとえば入力電源および発電機などの容量を低減できるため、マトリックスコンバータの入力電源設備の小型化を図ることができる。さらに、マトリックスコンバータは、ＰＷＭ整流器を適用したＡＣ−ＤＣ−ＡＣ間接変換方式と比べて損失が小さくなる。
【００２７】
なお、入力電源設備容量Ｓは、一般的に、以下の式で表わされる。
Ｓ［ＶＡ］＝Ｐ［ＶＡ］÷η÷ＰＦ
ただし、Ｐはマトリックスコンバータの出力電力すなわち負荷が要求する電力であり、ηはマトリックスコンバータの効率であり、ＰＦはマトリックスコンバータの入力力率である。
【００２８】
さらに、マトリックスコンバータは入力力率を１にすることができる為、ダイオード整流器を適用したＡＣ−ＤＣ−ＡＣ間接変換方式と比べて入力電流を小さくすることができる。これにより、入力電源設備およびマトリックスコンバータ間の配線を細くすることができるため、小型化および軽量化を図ることができる。
【００２９】
なお、三相の場合における入力電流Ｉは、一般的に、以下の式で表わされる。
Ｉ［Ａ］＝Ｓ［ＶＡ］÷Ｖ［Ｖ］÷３
ただし、Ｖはマトリックスコンバータの入力電圧すなわち入力電源設備の出力電圧である。
【００３０】
また、単相の場合における入力電流Ｉは、一般的に、以下の式で表わされる。
Ｉ［Ａ］＝Ｓ［ＶＡ］÷Ｖ［Ｖ］
航空機においては機器重量が重視され、少しでも軽量化を図ることが重要であり、従って、上記のように配線が少しでも細くなることが好ましく、電力変換装置が少しでも小さくかつ軽くなることが好ましい。
【００３１】
（２）長寿命化が可能
マトリックスコンバータは、一般的に直流部を有さないことが知られている（非特許文献１参照）。
【００３２】
これに対して、ＡＣ−ＤＣ−ＡＣ間接変換方式では、入力交流電力を一旦直流電力に変換し、再度任意の交流電力を生成する方式であるため、直流部を有する。この直流部では、一般的に容量の大きい電解コンデンサ等を設けることにより、入力交流電力を直流電力に変換している。
【００３３】
一般的に、電解コンデンサには寿命があり、抵抗器および半導体素子などの電力変換装置を構成する部品と比べて寿命が短い。電力変換装置の寿命は当該電解コンデンサの寿命と同一視される場合もある。
【００３４】
これに対して、マトリックスコンバータは、上記の通り直流部を有さないことから、電解コンデンサが不要である。したがって、長寿命化を図ることができる。
【００３５】
なお、一般的な観点から、電力変換装置の寿命が長くなることは、システムに組み込まれた電力変換装置の交換回数が少なくなる場合があるため、好ましい。
【００３６】
（３）電力回生機能がある
マトリックスコンバータは、一般的に、エネルギーの伝達方向の制約がない為、負荷で発生したエネルギーを入力側に回生できることが知られている。
【００３７】
これに対して、ダイオード整流器を適用したＡＣ−ＤＣ−ＡＣ間接変換方式では、ダイオード整流器によりエネルギーの伝達方向はある一方向に制限される。
【００３８】
なお、一般的に、ダイオード整流器を適用したＡＣ−ＤＣ−ＡＣ間接変換方式においては、負荷の端部に放電用の抵抗器を設けることにより、負荷で発生したエネルギーを放電する。この場合、負荷のエネルギーを抵抗器の熱に変換するので、負荷のエネルギーは有効に利用されない。更には、放電用の抵抗器を別途設ける必要があり、小型軽量化を妨げる。
【００３９】
なお、負荷でエネルギーが発生する例としては、以下のようなものがある。すなわち、電車などを駆動するインバータにおいては、インバータにより電動機を駆動して、この電動機によって電車が走行する。電車の加速時などはインバータを介して、その加速に要するエネルギー相当分を電動機に供給する。そして、電車の減速時において、電動機が発電機のようにエネルギーを発生する。
【００４０】
（４）低ノイズ化
ＡＣ−ＤＣ−ＡＣ間接変換方式は、前述の通り直流部を有する。一般的に、インバータは直流部の電圧を受けて、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）およびＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などに代表される半導体素子によって、直流部の電圧を当該半導体素子でスイッチングすることにより、任意に設定された出力電圧および出力周波数へ変調する。
【００４１】
この場合、直流部の電圧を当該半導体素子のスイッチングによりオン・オフした矩形波電圧が生じる。この矩形波電圧の最大値は、スイッチングサージなどを除き、理想的には直流電圧振幅になる。
【００４２】
従って、電圧変動率ｄｖ／ｄｔにおいて、ｄｖがマトリックスコンバータに比べて大きく、ｄｔは当該半導体素子の特性によって概ね決定されることから、当該半導体素子の電圧変動率ｄｖ／ｄｔは大きくなる。そうすると、当該半導体素子の電圧の変動によって発生するノイズを低減するために、各所にノイズフィルタを挿入する等のノイズ対策が必要になり、電力変換装置が大型かつ高重量になってしまう。
【００４３】
これに対して、マトリックスコンバータは、前述の通り直流部を有さない為、ＦＥＴおよびＩＧＢＴなどに代表される半導体素子を用いて、任意に設定された出力電圧および出力周波数に変調する場合に、当該半導体素子の電圧変動率ｄｖ／ｄｔは前述のＡＣ−ＤＣ−ＡＣ間接変換方式と比べて小さくなる。
【００４４】
即ち、ＡＣ−ＤＣ−ＡＣ間接変換方式における半導体素子の電圧変動は、直流部の電圧を受けた半導体素子を導通させた場合の半導体素子のオン電圧（一般的に数Ｖ）に対してスイッチングすなわちオン・オフを繰り返した形になる。
【００４５】
これに対して、マトリックスコンバータは、入力電圧の任意の相の電圧を半導体素子によって変調する為、半導体素子の電圧変動が、入力電圧の任意の相の電圧と半導体素子を導通させた場合の半導体素子のオン電圧（一般的に数Ｖ）とをスイッチングによって繰り返す形になる。
【００４６】
このため、マトリックスコンバータでは、ＡＣ−ＤＣ−ＡＣ間接変換方式に比べて半導体素子の電圧変動ｄｖ／ｄｔを抑制できることから、挿入するノイズフィルタの数量が少なくなり、サイズが小さくなる場合がある。従って、マトリックスコンバータは、ＡＣ−ＤＣ−ＡＣ間接変換方式に比べて小型軽量化を図ることができる。
【００４７】
この発明のある局面に係わる電力変換装置は、好ましくは、単相リアクトルを備える。三相リアクトルと比べて単相リアクトルの優れる点は、以下の（１）〜（２）のとおりである。
【００４８】
（１）磁気回路の非共通化
三相リアクトルは、後述するように磁気回路が共通である。これに対して、単相リアクトルを各相ごとに設ける構成では、単相リアクトル同士の磁気的結合がない為、下記の優れた点がある。すなわち、三相リアクトルでは、例えば、三相のうちの一相に過大な磁束が発生してコア飽和が発生した場合、コアが共通であるため、三相とも設計値通りのインダクタンス成分が発生しない場合がある。即ち、ある相に発生したコア磁束に関する影響が他の相にも発生する。
【００４９】
これに対して、単相リアクトルを各相ごとに設ける構成では、各単相リアクトル間の磁気的結合がない為、他の単相リアクトルに発生したコア磁束に関する影響が他の単相リアクトルには発生しない。
【００５０】
したがって、例えば、１つの単相リアクトルに過電流などが発生してコア磁束が飽和した場合、その相は単相リアクトルのインダクタンス値が設計値通りのインダクタンス値ではなくなる。このため、負荷へのノイズを設計通り抑制することができないが、他の相については設計通りノイズを抑制可能である。これにより、負荷の一相分の過電流などの異常に対して、負荷に与えるノイズ等の影響を少なくすることができる。
【００５１】
（２）設置場所の自由度改善
三相リアクトルは、三相分が１組のコアおよび３つの巻線などで構成され、一般的に他の部品より大きい。
【００５２】
これに対して、単相リアクトルは、単相分が１組のコアおよび１つの巻線などで構成され、三相の場合には単相リアクトルを３つ配置する必要がある。一般的に、単相リアクトルおよび三相リアクトルを同じ仕様に従って設計した場合、三相リアクトルの大きさは１つの単相リアクトルより大きい。但し、一般的には、三相リアクトル１つの体積と単相リアクトル３つの体積とでは、三相リアクトルの方が小さい。
【００５３】
当該リアクトル等の配置に関して、一般的には物理的な制約が発生する。即ち、１つの単相リアクトルは１つの三相リアクトルより小さい為、比較的配置の自由度が高い。これに対して、三相リアクトルは１つの単相リアクトルより大きいので、配置可能な場所が限定される場合がある。
【００５４】
以上のように、三相リアクトルは３つのリアクトルが一体的に構成されるため、その大きさおよび重さに起因して配置場所に制約が発生する。これに対して、単相リアクトルは、１つのリアクトルが１つの物体として構成されるため、三相リアクトルより一般的に小さく、三相リアクトルと比べて配置の自由度が高い。
【発明の効果】
【００５５】
本発明によれば、複数相の電源から供給される交流電力を変換して複数相の負荷に安定して供給し、かつ小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５６】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００５７】
＜第１の実施の形態＞
［電源システム２５１および電力変換装置１５１］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る電源システム２５１の構成を示す図である。
【００５８】
図１を参照して、電源システム２５１は、交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷと、電力変換装置１５１と、負荷部ＬＵとを備える。電力変換装置１５１は、入力フィルタＦＬＸ２と、出力フィルタＦＬＹ２と、マトリックスコンバータＭＸとを含む。入力フィルタＦＬＸ２は、三相リアクトルＬＩＴと、コンデンサＣＩＵ２，ＣＩＶ２，ＣＩＷ２とを含む。三相リアクトルＬＩＴは、リアクトルＬＩＵ２，ＬＩＶ２，ＬＩＷ２を含む。出力フィルタＦＬＹ２は、三相リアクトルＬＯＴと、コンデンサＣＯＡ２，ＣＯＢ２，ＣＯＣ２とを含む。三相リアクトルＬＯＴは、リアクトルＬＯＡ２，ＬＯＢ２，ＬＯＣ２を含む。マトリックスコンバータＭＸは、双方向スイッチＳＡ１，ＳＡ２，ＳＡ３，ＳＢ１，ＳＢ２，ＳＢ３，ＳＣ１，ＳＣ２，ＳＣ３を含む。負荷部ＬＵは、負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣを含む。
【００５９】
以下、交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷの各々を交流電源Ｅと称する場合がある。負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣの各々を負荷Ｌと称する場合がある。リアクトルＬＩＵ２，ＬＩＶ２，ＬＩＷ２の各々をリアクトルＬＩ２と称する場合がある。コンデンサＣＩＵ２，ＣＩＶ２，ＣＩＷ２の各々をコンデンサＣＩ２と称する場合がある。リアクトルＬＯＡ２，ＬＯＢ２，ＬＯＣ２の各々をリアクトルＬＯ２と称する場合がある。コンデンサＣＯＡ２，ＣＯＢ２，ＣＯＣ２の各々をコンデンサＣＯ２と称する場合がある。
【００６０】
電源システム２５１は、航空機および建設機械等に搭載される。電源システム２５１において、交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷの中性点ＮＰ１と負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣの中性点ＮＰ２とが共通の安定電位ＳＰに結合されている。ここで、安定電位とは、電源システム２５１における他の部分と比べてインピーダンスが小さく電位変動が微小な部分の電位であり、たとえば航空機のフレームグランドすなわち機体の電位である。ここで、機体は、導電性を有する材質からなる。また、航空機等の大型機に電源システム２５１が組み込まれる場合には、中性点ＮＰ１および中性点ＮＰ２の距離が大きくなることから、中性点ＮＰ１と機体は、接続経路のインピーダンスが最小となる箇所において接続されることが好ましい。中性点ＮＰ２と機体も、接続経路のインピーダンスが最小となる箇所において接続されることが好ましい。
【００６１】
電力変換装置１５１は、交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷの各々から供給されるＵ相，Ｖ相，Ｗ相の交流電力を任意の周波数および任意の振幅を有するＡ相，Ｂ相，Ｃ相の交流電力に変換して負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣにそれぞれ供給する。
【００６２】
入力フィルタＦＬＸ２は、交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷとマトリックスコンバータＭＸとの間に設けられている。より詳細には、リアクトルＬＩＵ２，ＬＩＶ２，ＬＩＷ２は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相に対応して設けられ、対応の相の交流電源ＥとマトリックスコンバータＭＸとの間に接続されている。コンデンサＣＩＵ２，ＣＩＶ２，ＣＩＷ２はΔ結線されている、すなわち三相リアクトルＬＩＴとマトリックスコンバータＭＸとの間におけるＵ相，Ｖ相，Ｗ相の配線間にそれぞれ接続されている。
【００６３】
出力フィルタＦＬＹ２は、マトリックスコンバータＭＸと負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣとの間に設けられている。リアクトルＬＯＡ２，ＬＯＢ２，ＬＯＣ２は、Ａ相，Ｂ相，Ｃ相に対応して設けられ、対応の相の負荷ＬとマトリックスコンバータＭＸとの間に接続されている。コンデンサＣＯＡ２，ＣＯＢ２，ＣＯＣ２はΔ結線されている、すなわち、三相リアクトルＬＯＴと負荷Ｌとの間におけるＡ相，Ｂ相，Ｃ相の配線間にそれぞれ接続されている。
【００６４】
マトリックスコンバータＭＸにおいて、双方向スイッチＳＡ１は、リアクトルＬＩＵ２とリアクトルＬＯＡ２との間に接続されている。双方向スイッチＳＡ２は、リアクトルＬＩＶ２とリアクトルＬＯＡ２との間に接続されている。双方向スイッチＳＡ３は、リアクトルＬＩＷ２とリアクトルＬＯＡ２との間に接続されている。双方向スイッチＳＢ１は、リアクトルＬＩＵ２とリアクトルＬＯＢ２との間に接続されている。双方向スイッチＳＢ２は、リアクトルＬＩＶ２とリアクトルＬＯＢ２との間に接続されている。双方向スイッチＳＢ３は、リアクトルＬＩＷ２とリアクトルＬＯＢ２との間に接続されている。双方向スイッチＳＣ１は、リアクトルＬＩＵ２とリアクトルＬＯＣ２との間に接続されている。双方向スイッチＳＣ２は、リアクトルＬＩＶ２とリアクトルＬＯＣ２との間に接続されている。双方向スイッチＳＣ３は、リアクトルＬＩＷ２とリアクトルＬＯＣ２との間に接続されている。
【００６５】
双方向スイッチＳＡ１，ＳＡ２，ＳＡ３，ＳＢ１，ＳＢ２，ＳＢ３，ＳＣ１，ＳＣ２，ＳＣ３の各々は、たとえば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）およびダイオードを直列接続した回路を２つ用意し、互いの導通方向が逆向きになるようにこの２つの回路を並列接続した構成である。あるいは、これらの双方向スイッチは、逆耐圧性能を有する２つの逆阻止ＩＧＢＴが、互いの導通方向が逆向きになるように並列接続されている構成であってもよい。
【００６６】
入力フィルタＦＬＸ２は、交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷからそれぞれ受けたＵ相，Ｖ相，Ｗ相の交流電力に含まれる所定周波数以上のノーマルモードノイズを減衰させ、減衰後の交流電力をマトリックスコンバータＭＸへ出力する。
【００６７】
マトリックスコンバータＭＸは、外部から受けた制御信号に基づいて双方向スイッチＳＡ１，ＳＡ２，ＳＡ３，ＳＢ１，ＳＢ２，ＳＢ３，ＳＣ１，ＳＣ２，ＳＣ３をそれぞれオン・オフすることにより、入力フィルタＦＬＸ２を通過したＵ相，Ｖ相，Ｗ相の交流電力を任意の周波数および任意の電圧／電流振幅を有するＡ相，Ｂ相，Ｃ相の交流電力に変換し、出力フィルタＦＬＹ２へ出力する。
【００６８】
出力フィルタＦＬＹ２は、マトリックスコンバータＭＸから受けたＡ相，Ｂ相，Ｃ相の交流電力に含まれる所定周波数以上のノーマルモードノイズを減衰させ、減衰後の交流電力を負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣへそれぞれ出力する。
【００６９】
ここで、入力フィルタＦＬＸ２および出力フィルタＦＬＹ２が減衰させるノイズの周波数は、電源システム２５１の仕様に応じて適宜変更され、たとえば負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣへ供給すべき交流電力の周波数より高い周波数である。
【００７０】
図２は、本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置１５１における三相リアクトルの構成を示す図である。
【００７１】
図２を参照して、三相リアクトルＬＩＴは、コアＭＣ１，ＭＣ２と、巻線部ＷＵ，ＷＶ，ＷＷとを含む。巻線部ＷＵ，ＷＶ，ＷＷおよび対応のコア部分がそれぞれリアクトルＬＩＵ２，ＬＩＶ２，ＬＩＷ２に対応している。
【００７２】
コアＭＣ１，ＭＣ２はＥ型であり、コアＭＣ１の端部、コアＭＣ２の端部、およびコアＭＣ１の端部とコアＭＣ２の端部との間のギャップが巻線部ＷＵ，ＷＶ，ＷＷにそれぞれ覆われている。なお、三相リアクトルＬＩＴは、コアＭＣ１の端部とコアＭＣ２の端部とが接触していてギャップが存在しない構成であってもよい。
【００７３】
図３は、本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置１５１における三相リアクトルの他の構成を示す図である。
【００７４】
図３を参照して、三相リアクトルＬＩＴは、コアＭＣ１，ＭＣ２と、巻線部ＷＵ，ＷＶ，ＷＷとを含む。巻線部ＷＵ，ＷＶ，ＷＷおよび対応のコア部分がそれぞれリアクトルＬＩＵ２，ＬＩＶ２，ＬＩＷ２に対応している。
【００７５】
コアＭＣ１はＥ型であり、コアＭＣ２はＩ型である。コアＭＣ１の端部付近が巻線部ＷＵ，ＷＶ，ＷＷにそれぞれ覆われている。なお、三相リアクトルＬＩＴは、コアＭＣ１の端部とコアＭＣ２とが接触していてギャップが存在しない構成であってもよい。
【００７６】
図４は、本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置１５１における三相リアクトルの他の構成を示す図である。
【００７７】
図４を参照して、三相リアクトルＬＩＴは、Ｉ型のコアＭＣ１，ＭＣ２，ＭＣＵ１，ＭＣＵ２，ＭＣＶ１，ＭＣＶ２，ＭＣＷ１，ＭＣＷ２と、巻線部ＷＵ，ＷＶ，ＷＷとを含む。巻線部ＷＵ、コアＭＣ１，ＭＣ２の対応部分およびコアＭＣＵ１，ＭＣＵ２がリアクトルＬＩＵ２に対応している。巻線部ＷＶ、コアＭＣ１，ＭＣ２の対応部分およびコアＭＣＶ１，ＭＣＶ２がリアクトルＬＩＶ２に対応している。巻線部ＷＷ、コアＭＣ１，ＭＣ２の対応部分およびコアＭＣＷ１，ＭＣＷ２がリアクトルＬＩＷ２に対応している。
【００７８】
コアＭＣＵ１の端部、コアＭＣＵ２の端部、およびコアＭＣＵ１の端部とコアＭＣＵ２の端部との間のギャップが巻線部ＷＵに覆われている。コアＭＣＶ１の端部、コアＭＣＶ２の端部、およびコアＭＣＶ１の端部とコアＭＣＶ２の端部との間のギャップが巻線部ＷＶに覆われている。コアＭＣＷ１の端部、コアＭＣＷ２の端部、およびコアＭＣＷ１の端部とコアＭＣＷ２の端部との間のギャップが巻線部ＷＷに覆われている。なお、三相リアクトルＬＩＴは、各コアが接触していてギャップが存在しない構成であってもよい。
【００７９】
三相リアクトルＬＯＴの構成は三相リアクトルＬＩＴと同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。
【００８０】
電源システム２５１では、交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷの中性点ＮＰ１および負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣの中性点ＮＰ２が共通の安定電位ＳＰに結合されている。このような構成により、交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷの電位が不定になることを防ぐことができるため、負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣの誤動作を防ぐことができる。
【００８１】
また、負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣにそれぞれ供給すべき電力量が異なる場合、平衡状態である負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣのいずれかに単相負荷がさらに接続される場合、および負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣにそれぞれ接続された単相負荷に供給すべき電力量が異なる場合には、負荷部ＬＵの三相負荷量が不平衡になる。しかしながら、電源システム２５１では、このような不平衡分の電流を負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣの中性点ＮＰ２から交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷの中性点ＮＰ１へ流すことができる。
【００８２】
［電源システム２５１および電力変換装置１５１の課題］
一方、交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷの中性点ＮＰ１および負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣの中性点ＮＰ２を安定電位ＳＰに接続すると、交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷからの各相の交流電力の不平衡、入力フィルタＦＬＸ２からの各相の出力電圧の不平衡、マトリックスコンバータＭＸの各スイッチを制御するパルスのデューティの不平衡および負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣに供給される各相の交流電力の不平衡により、負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣの中性点ＮＰ２と交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷの中性点ＮＰ１との間に電流が流れる。そして、マトリックスコンバータＭＸの各スイッチのスイッチングによって発生する各相のリップル電圧の差異により、負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣの中性点ＮＰ２と交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷの中性点ＮＰ１との間にスイッチング周波数成分を有する高周波電流が流れる。すなわち、中性点ＮＰ２と中性点ＮＰ１との間に高周波電流が流れ、この高周波電流によってコモンモードノイズが発生する。
【００８３】
なお、本発明の実施の形態において、コモンモードノイズとは、電源システムにおけるＵ相，Ｖ相，Ｗ相の各回路で、あるタイミングにおいて電流または電圧の向きが等しいノイズを意味する。コモンモードノイズである各相の電流は負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣの中性点ＮＰ２において打ち消し合わないため、コモンモードノイズによって中性点ＮＰ２およびＮＰ１を介して電流が流れることになる。これに対して、ノーマルモードノイズとは、負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣの中性点ＮＰ２において打ち消し合うような電流を意味する。
【００８４】
図５は、電力変換装置１５１における三相リアクトルを通して流れる正弦波電流を示す波形図である。図５は、正規化した電流波形を示している。
【００８５】
図６は、図５に示す正弦波電流が流れた場合の図２に示す三相リアクトルにおける電流の向きを示す図である。
【００８６】
以下、三相リアクトルＬＩＴにおける３つのリアクトルＬＩＵ２，ＬＩＶ２，ＬＩＷ２について、巻線部ＷＵ，ＷＶ，ＷＷの巻数が同じであり、巻方向が同じであり、コアＭＣ１，ＭＣ２がそれぞれ左右対称であると仮定する。また、コアＭＣ１，ＭＣ２間にギャップが存在する場合には、そのギャップ長、ならびにギャップに使用される材質の透磁率等の磁気的、電気的および機械的特性が同一であると仮定する。
【００８７】
この場合、図５に示すような三相平衡でかつ歪みのない理想的な正弦波電流を三相リアクトルＬＩＴに流すと、時刻ＡにおいてＵ相電流ＩＵすなわち巻線部ＷＵを通して流れる電流の振幅は最大の１となり、Ｖ相電流ＩＶすなわち巻線部ＷＶを通して流れる電流およびＷ相電流ＩＷすなわち巻線部ＷＷを通して流れる電流の振幅はそれぞれ−０．５となる。また、時刻Ａにおいて、巻線部ＷＵ，ＷＶ，ＷＷを通して流れる電流の向きは図６に示すようになる。
【００８８】
図７は、図５に示す正弦波電流が流れた場合の図２に示す三相リアクトルにおける電流および磁束の向きを示す図である。
【００８９】
図７を参照して、図５に示すような三相平衡でかつ歪みのない理想的な正弦波電流を三相リアクトルＬＩＴに流した場合、時刻Ａにおいて、リアクトルＬＩＵ２に発生する磁束ＦＬＵの向きとリアクトルＬＩＶ２，ＬＩＷ２にそれぞれ発生する磁束ＦＬＶ，ＦＬＷの向きとが異なる。このため、巻線部ＷＵ，ＷＶ，ＷＷはインダクタンス成分を有する。
【００９０】
図８は、三相リアクトルにおける高周波電流および磁束の向きを示す図である。
図８を参照して、電力変換装置１５１においては、前述のようにマトリックスコンバータＭＸのスイッチング等によってリップル成分を含む正弦波電流が三相リアクトルＬＩＴを通して流れる場合がある。すなわち、高周波電流が同一方向すなわち三相リアクトルＬＩＴのリアクトルＬＩＵ２，ＬＩＶ２，ＬＩＷ２から三相リアクトルＬＩＴの中性点へ向かって流れる場合がある。
【００９１】
このとき、三相リアクトルＬＩＴのＵ相、Ｖ相およびＷ相すなわちリアクトルＬＩＵ２，ＬＩＶ２，ＬＩＷ２でそれぞれ発生する磁束ＦＬＵ，ＦＬＶ，ＦＬＷの方向は互いに打ち消し合う方向となる。このため、コアＭＣ１，ＭＣ２を通して磁束が流れなくなることから、巻線部ＷＵ，ＷＶ，ＷＷはこの高周波電流に対してインダクタンス成分を有さない。なお、三相リアクトルＬＩＴの各リアクトルを通して流れる正弦波電流の振幅が異なる場合であっても、磁束ＦＬＵ，ＦＬＶ，ＦＬＷは互いに弱め合うため、巻線部ＷＵ，ＷＶ，ＷＷのインダクタンス成分は低減される。
【００９２】
したがって、電力変換装置１５１における三相リアクトルＬＩＴは、マトリックスコンバータＭＸのスイッチング等に起因して流れる同一方向の高周波電流に対してインダクタンス成分を持たないため、この高周波電流を低減することは困難である。
【００９３】
なお、三相リアクトルＬＯＴについては図５〜図８を用いて説明した三相リアクトルＬＩＴの内容と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。
【００９４】
さらに、電力変換装置１５１では、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の各相配線間に接続されたコンデンサＣＩＵ２，ＣＩＶ２，ＣＩＷ２はΔ結線されており、コンデンサＣＩＵ２，ＣＩＶ２，ＣＩＷ２の中性点は安定電位ＳＰに接続されていない。このため、入力フィルタＦＬＸ２は、中性点ＮＰ１およびＮＰ２に対してインピーダンスを有しない。また、電力変換装置１５１では、Ａ相、Ｂ相およびＣ相の各相配線間に接続されたコンデンサＣＯＡ２，ＣＯＢ２，ＣＯＣ２はΔ結線されており、コンデンサＣＯＡ２，ＣＯＢ２，ＣＯＣ２の中性点は安定電位ＳＰに接続されていない。このため、出力フィルタＦＬＹ２は、中性点ＮＰ１およびＮＰ２に対してインピーダンスを有しない。
【００９５】
したがって、電力変換装置１５１におけるコンデンサＣＩＵ２，ＣＩＶ２，ＣＩＷ２およびコンデンサＣＯＡ２，ＣＯＢ２，ＣＯＣ２は、マトリックスコンバータＭＸのスイッチング等に起因して中性点ＮＰ１およびＮＰ２を流れる高周波電流すなわちコモンモードノイズを低減することができない。ここで、中性点ＮＰ１およびＮＰ２間に抵抗を設けて高周波電流を低減する方法が考えられるが、このような構成では、高周波電流の振幅に応じて中性点ＮＰ１およびＮＰ２の電位が不安定になってしまう。
【００９６】
そして、コモンモードノイズが交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷの入力側へ与えられると、交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷから出力される各相の交流電力波形に歪が生じ、負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣの誤動作などの弊害が生じてしまう。
【００９７】
また、マトリックスコンバータＭＸのスイッチングに起因して発生する電流の周波数は、電力変換装置１５１の入出力周波数すなわち交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷから供給される交流電力の周波数および負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣに供給される交流電力の周波数と比べて十分に大きい。すなわち、この高周波電流はマトリックスコンバータＭＸのスイッチング周波数を有するため、マトリックスコンバータＭＸのスイッチング制御によって低減させることができない。
【００９８】
また、電力変換装置１５１ではマトリックスコンバータＭＸを用いているため、負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣの中性点ＮＰ２と交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷの中性点ＮＰ１との間に流れる電流により、入力電流に歪が生じることから、入力電流力率が悪化する。そうすると、電力変換装置１５１の入力電力が増加し、電力変換装置１５１の破損すなわち交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷとマトリックスコンバータＭＸとの間の配線および入力フィルタＦＬＸ２等の回路の焼損が生じる場合がある。
【００９９】
一方、マトリックスコンバータを用いない特許文献１および２に記載のＡＣ−ＤＣ−ＡＣ間接変換方式では、交流電源の中性点および負荷の中性点を共通の安定電位に接続することによって負荷の中性点と交流電源の中性点との間に高周波電流が流れても、直流部におけるコンデンサによってコモンモードノイズが吸収されるため、負荷の誤動作などの弊害は生じない。これに対して、マトリックスコンバータを用いる特許文献３および４に記載のＡＣ−ＡＣ直接変換方式では、交流電源の出力変動がそのまま負荷に伝達されてしまう。
【０１００】
このため、マトリックスコンバータを用いるＡＣ−ＡＣ直接変換方式では、特許文献３および４に記載の構成からも分かるように、交流電源の中性点および負荷の中性点を接続することは、通常は行なわれない。なお、特許文献２および４に記載の構成では、交流電源の中性点が接地されており、モータのフレームが接地されているが、「モータのフレーム」は負荷の中性点とはまったく異なるものである。
【０１０１】
しかしながら、以下で説明する本発明の第１の実施の形態に係る電源システム２０１では、電源システム２５１のように交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷの中性点ＮＰ１および負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣの中性点ＮＰ２を安定電位ＳＰに接続することにより、推測不可能な中性点の不定電位の発生を防ぐ。そして、これに加えて、中性点ＮＰ１および中性点ＮＰ２を接続することによって発生する推測可能なコモンモードノイズを抑制するフィルタを設ける。
【０１０２】
［電源システム２０１および電力変換装置１０１］
図９は、本発明の第１の実施の形態に係る電源システム２０１の構成を示す図である。
【０１０３】
図９を参照して、電源システム２０１は、交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷと、電力変換装置１０１と、負荷部ＬＵとを備える。電力変換装置１０１は、入力フィルタＦＬＸ１と、出力フィルタＦＬＹ１と、マトリックスコンバータＭＸとを含む。入力フィルタＦＬＸ１は、単相リアクトルＬＩＵ１，ＬＩＶ１，ＬＩＷ１と、コンデンサＣＩＵ１，ＣＩＶ１，ＣＩＷ１とを含む。出力フィルタＦＬＹ１は、単相リアクトルＬＯＡ１，ＬＯＢ１，ＬＯＣ１と、コンデンサＣＯＡ１，ＣＯＢ１，ＣＯＣ１とを含む。マトリックスコンバータＭＸは、双方向スイッチＳＡ１，ＳＡ２，ＳＡ３，ＳＢ１，ＳＢ２，ＳＢ３，ＳＣ１，ＳＣ２，ＳＣ３を含む。負荷部ＬＵは、負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣを含む。
【０１０４】
以下、単相リアクトルＬＩＵ１，ＬＩＶ１，ＬＩＷ１の各々を単相リアクトルＬＩ１と称する場合がある。コンデンサＣＩＵ１，ＣＩＶ１，ＣＩＷ１の各々をコンデンサＣＩ１と称する場合がある。単相リアクトルＬＯＡ１，ＬＯＢ１，ＬＯＣ１の各々を単相リアクトルＬＯ１と称する場合がある。コンデンサＣＯＡ１，ＣＯＢ１，ＣＯＣ１の各々をコンデンサＣＯ１と称する場合がある。
【０１０５】
電源システム２０１は、航空機および建設機械等に搭載される。電源システム２０１において、交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷの中性点ＮＰ１と負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣの中性点ＮＰ２とが共通の安定電位ＳＰに結合されている。ここで、安定電位とは、電源システム２０１における他の部分と比べてインピーダンスが小さく電位変動が微小な部分の電位であり、たとえば航空機のフレームグランドすなわち機体の電位である。ここで、機体は、導電性を有する材質からなる。また、航空機等の大型機に電源システム２０１が組み込まれる場合には、中性点ＮＰ１および中性点ＮＰ２の距離が大きくなることから、中性点ＮＰ１と機体は、接続経路のインピーダンスが最小となる箇所において接続されることが好ましい。中性点ＮＰ２と機体も、接続経路のインピーダンスが最小となる箇所において接続されることが好ましい。
【０１０６】
電力変換装置１０１は、交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷの各々から供給されるＵ相，Ｖ相，Ｗ相の交流電力を任意の周波数および任意の振幅を有するＡ相，Ｂ相，Ｃ相の交流電力に変換して負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣにそれぞれ供給する。
【０１０７】
入力フィルタＦＬＸ１は、交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷとマトリックスコンバータＭＸとの間に設けられている。より詳細には、単相リアクトルＬＩＵ１，ＬＩＶ１，ＬＩＷ１は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相に対応して設けられ、対応の相の交流電源ＥとマトリックスコンバータＭＸとの間に接続されている。コンデンサＣＩＵ１，ＣＩＶ１，ＣＩＷ１はＹ結線されている、すなわちＵ相，Ｖ相，Ｗ相に対応して設けられ、マトリックスコンバータＭＸおよび対応の相の単相リアクトルＬＩ１の接続ノードと安定電位ＳＰとの間に接続されている。
【０１０８】
出力フィルタＦＬＹ１は、マトリックスコンバータＭＸと負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣとの間に設けられている。より詳細には、単相リアクトルＬＯＡ１，ＬＯＢ１，ＬＯＣ１は、Ａ相，Ｂ相，Ｃ相に対応して設けられ、対応の相の負荷ＬとマトリックスコンバータＭＸとの間に接続されている。コンデンサＣＯＡ１，ＣＯＢ１，ＣＯＣ１はＹ結線されている、すなわち、Ａ相，Ｂ相，Ｃ相に対応して設けられ、マトリックスコンバータＭＸおよび対応の相の単相リアクトルＬＯ１の接続ノードと安定電位ＳＰとの間に接続されている。
【０１０９】
マトリックスコンバータＭＸにおいて、双方向スイッチＳＡ１は、単相リアクトルＬＩＵ１と単相リアクトルＬＯＡ１との間に接続されている。双方向スイッチＳＡ２は、単相リアクトルＬＩＶ１と単相リアクトルＬＯＡ１との間に接続されている。双方向スイッチＳＡ３は、単相リアクトルＬＩＷ１と単相リアクトルＬＯＡ１との間に接続されている。双方向スイッチＳＢ１は、単相リアクトルＬＩＵ１と単相リアクトルＬＯＢ１との間に接続されている。双方向スイッチＳＢ２は、単相リアクトルＬＩＶ１と単相リアクトルＬＯＢ１との間に接続されている。双方向スイッチＳＢ３は、単相リアクトルＬＩＷ１と単相リアクトルＬＯＢ１との間に接続されている。双方向スイッチＳＣ１は、単相リアクトルＬＩＵ１と単相リアクトルＬＯＣ１との間に接続されている。双方向スイッチＳＣ２は、単相リアクトルＬＩＶ１と単相リアクトルＬＯＣ１との間に接続されている。双方向スイッチＳＣ３は、単相リアクトルＬＩＷ１と単相リアクトルＬＯＣ１との間に接続されている。
【０１１０】
入力フィルタＦＬＸ１は、交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷからそれぞれ受けたＵ相，Ｖ相，Ｗ相の交流電力に含まれる所定周波数以上のノーマルモードノイズおよびコモンモードノイズを減衰させ、減衰後の交流電力をマトリックスコンバータＭＸへ出力する。
【０１１１】
マトリックスコンバータＭＸは、外部から受けた制御信号に基づいて双方向スイッチＳＡ１，ＳＡ２，ＳＡ３，ＳＢ１，ＳＢ２，ＳＢ３，ＳＣ１，ＳＣ２，ＳＣ３をそれぞれオン・オフすることにより、入力フィルタＦＬＸ１を通過したＵ相，Ｖ相，Ｗ相の交流電力を任意の周波数および任意の電圧／電流振幅を有するＡ相，Ｂ相，Ｃ相の交流電力に変換し、出力フィルタＦＬＹ１へ出力する。
【０１１２】
出力フィルタＦＬＹ１は、マトリックスコンバータＭＸから受けたＡ相，Ｂ相，Ｃ相の交流電力に含まれる所定周波数以上のノーマルモードノイズおよびコモンモードノイズを減衰させ、減衰後の交流電力を負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣへそれぞれ出力する。
【０１１３】
図１０は、本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置における各単相リアクトルの構成を示す図である。
【０１１４】
図１０を参照して、単相リアクトルＬＯＡ１は、コアＭＣＡ１，ＭＣＡ２と、巻線部ＷＡ１，ＷＡ２とを含む。単相リアクトルＬＯＢ１は、コアＭＣＢ１，ＭＣＢ２と、巻線部ＷＢ１，ＷＢ２とを含む。単相リアクトルＬＯＣ１は、コアＭＣＣ１，ＭＣＣ２と、巻線部ＷＣ１，ＷＣ２とを含む。
【０１１５】
コアＭＣＡ１，ＭＣＡ２はコの字型であり、コアＭＣＡ１の端部、コアＭＣＡ２の端部、およびコアＭＣＡ１の端部とコアＭＣＡ２の端部との間のギャップが巻線部ＷＡ１およびＷＡ２にそれぞれ覆われている。コアＭＣＢ１，ＭＣＢ２はコの字型であり、コアＭＣＢ１の端部、コアＭＣＢ２の端部、およびコアＭＣＢ１の端部とコアＭＣＢ２の端部との間のギャップが巻線部ＷＢ１およびＷＢ２にそれぞれ覆われている。コアＭＣＣ１，ＭＣＣ２はコの字型であり、コアＭＣＣ１の端部、コアＭＣＣ２の端部、およびコアＭＣＣ１の端部とコアＭＣＣ２の端部との間のギャップが巻線部ＷＣ１およびＷＣ２にそれぞれ覆われている。
【０１１６】
ここで、電力変換装置１５１における三相リアクトルＬＩＴではコアが共通すなわち各相のリアクトルで磁路が共通であったが、電力変換装置１０１における単相リアクトルＬＯＡ１，ＬＯＢ１，ＬＯＣ１ではコアが別個に設けられており、各相の磁路が別々である。
【０１１７】
単相リアクトルＬＯＡ１，ＬＯＢ１，ＬＯＣ１の各ギャップの長さはたとえば数ｍｍであり、上記各単相リアクトルの間隔Ｄ１およびＤ２は、各単相リアクトルの磁束が他の単相リアクトルの磁束の影響を受けないようにたとえば数ｃｍの距離に設定される。
【０１１８】
単相リアクトルＬＩＵ１，ＬＩＶ１，ＬＩＷ１の構成は単相リアクトルＬＯＡ１，ＬＯＢ１，ＬＯＣ１の構成と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。
【０１１９】
また、以下の変形例を含む単相リアクトルの説明では、単相リアクトルＬＯＡ１について代表的に説明するが、電力変換装置１５１における他の単相リアクトルについても同様である。
【０１２０】
図１１は、本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置における単相リアクトルの等価回路図である。
【０１２１】
図１１を参照して、単相リアクトルＬＯＡ１の等価回路は、巻線部ＷＡ１によって生じるインダクタンスと、巻線部ＷＡ２によって生じるインダクタンスとを含む。
【０１２２】
図１２は、本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置における単相リアクトルを並列回路で実現した場合を示す図である。
【０１２３】
図１２では、図１１に示す２つのインダクタンスを並列接続することにより、１つのインダクタンスを有するリアクトルを構成している。
【０１２４】
図１３は、本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置における単相リアクトルを並列回路で実現した場合を示す図である。
【０１２５】
図１３では、図１１に示す２つのインダクタンスを直列接続することにより、１つのインダクタンスを有するリアクトルを構成している。
【０１２６】
図１４は、本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置における単相リアクトルの変形例の構成を示す図である。図１５は、図１４に示す単相リアクトルの等価回路図である。
【０１２７】
図１４および図１５を参照して、単相リアクトルＬＯ１は、巻線部を１つだけ含む構成であってもよい。すなわち、単相リアクトルＬＯＡ１は、図１０に示す単相リアクトルＬＯＡ１と異なり、コアＭＣＡ２を含まない構成である。
【０１２８】
図１６は、本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置における単相リアクトルの変形例の構成を示す図である。
【０１２９】
図１６を参照して、単相リアクトルＬＯＡ１は、Ｉ型のコアＭＣＡ１，ＭＣＡ２，ＭＣＡ３，ＭＣＡ４と、巻線部ＷＡ１，ＷＡ２とを含む。
【０１３０】
コアＭＣＡ３が両端部を除いて巻線部ＷＡ１に覆われている。コアＭＣＡ４が両端部を除いて巻線部ＷＡ２に覆われている。なお、単相リアクトルＬＯＡ１は、各コアが接触していてギャップが存在しない構成であってもよい。
【０１３１】
図１７は、本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置における単相リアクトルの変形例の構成を示す図である。
【０１３２】
図１７を参照して、単相リアクトルＬＯＡ１は、Ｉ型のコアＭＣＡ１，ＭＣＡ２，ＭＣＡ３，ＭＣＡ４，ＭＣＡ５，ＭＣＡ６と、巻線部ＷＡ１，ＷＡ２とを含む。
【０１３３】
コアＭＣＡ３の端部とコアＭＣＡ４の端部との間のギャップが巻線部ＷＡ１に覆われている。コアＭＣＡ５の端部とコアＭＣＡ６の端部との間のギャップが巻線部ＷＡ２に覆われている。なお、単相リアクトルＬＯＡ１は、各コアが接触していてギャップが存在しない構成であってもよい。
【０１３４】
ところで、図２〜図４に示すような三相リアクトルは各相のリアクトルで共通のコアを含むため、単相リアクトルを各相分設ける構成と比べて小型である。このため、通常、電力変換装置１５１のように三相交流電力を扱う回路においては三相リアクトルが使用される。ここで、三相リアクトルを用いる電力変換装置１５１において、マトリックスコンバータＭＸのスイッチング等によって発生するコモンモードノイズを減衰させるために別途コモンモードノイズフィルタを設ける構成が考えられるが、このような構成では、小型化を図ることが困難となる。
【０１３５】
しかしながら、本発明の実施の形態に係る電力変換装置１０１では、三相リアクトルの代わりに単相リアクトルを用いる。このような構成により、マトリックスコンバータＭＸのスイッチング等に起因して発生する高周波電流が各単相リアクトルを通して同一方向に流れる場合であっても、Ａ相、Ｂ相およびＣ相すなわちリアクトルＬＯＡ１，ＬＯＢ１，ＬＯＣ１で発生する各磁束が互いに打ち消し合うことを防ぐことができる。同様に、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相すなわちリアクトルＬＩＵ１，ＬＩＶ１，ＬＩＷ１で発生する磁束ＦＬＵ，ＦＬＶ，ＦＬＷが互いに打ち消し合うことを防ぐことができる。
【０１３６】
したがって、電力変換装置１０１における単相リアクトルＬＯＡ１，ＬＯＢ１，ＬＯＣ１および単相リアクトルＬＩＵ１，ＬＩＶ１，ＬＩＷ１は、マトリックスコンバータＭＸのスイッチング等に起因して発生する同一方向の高周波電流に対してインダクタンス成分を有するため、この高周波電流を低減することができる。すなわち、負荷Ｌへ伝達されるコモンモードノイズを低減することができる。
【０１３７】
さらに、特許文献２〜４に記載の構成では、フィルタとしてコモンモードチョークコイルが用いられているが、コモンモードチョークコイルは、特許文献２の図１５にも記載されているように、通常、各相でコアが共通であり、本発明の第１の実施の形態に係る単相リアクトルＬＩＵ１，ＬＩＶ１，ＬＩＷ１および単相リアクトルＬＯＡ１，ＬＯＢ１，ＬＯＣ１とはまったく構成が異なる。また、コモンモードチョークコイルはコモンモードノイズに対してのみインダクタンス成分を有するため、ノーマルモードノイズを低減する場合には、コモンモードチョークコイルの他に回路を追加する必要がある。これに対して、本発明の第１の実施の形態に係る単相リアクトルＬＩＵ１，ＬＩＶ１，ＬＩＷ１および単相リアクトルＬＯＡ１，ＬＯＢ１，ＬＯＣ１は、ノーマルモードノイズおよびコモンモードノイズの両方に対してインダクタンス成分を有するため、回路の小型化を図ることができる。
【０１３８】
また、電力変換装置１０１では、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の各相配線間に接続されたコンデンサＣＩＵ１，ＣＩＶ１，ＣＩＷ１はＹ結線されており、コンデンサＣＩＵ１，ＣＩＶ１，ＣＩＷ１の中性点が安定電位ＳＰに結合されている。このため、入力フィルタＦＬＸ１は、中性点ＮＰ１およびＮＰ２に対してインピーダンスを有する。
【０１３９】
同様に、電力変換装置１０１では、Ａ相、Ｂ相およびＣ相の各相配線間に接続されたコンデンサＣＯＡ１，ＣＯＢ１，ＣＯＣ１はＹ結線されており、コンデンサＣＯＡ１，ＣＯＢ１，ＣＯＣ１の中性点が安定電位ＳＰに結合されている。このため、出力フィルタＦＬＹ１は、中性点ＮＰ１およびＮＰ２に対してインピーダンスを有する。
【０１４０】
したがって、電力変換装置１０１におけるコンデンサＣＩＵ１，ＣＩＶ１，ＣＩＷ１およびコンデンサＣＯＡ１，ＣＯＢ１，ＣＯＣ１により、負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣへ伝達される高周波電流すなわちコモンモードノイズを低減することができる。
【０１４１】
以上のように、本発明の第１の実施の形態に係る電源システム２０１では、複数相の電源から供給される交流電力を変換して複数相の負荷に安定して供給し、かつ小型化を図ることができる。
【０１４２】
次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【０１４３】
＜第２の実施の形態＞
本実施の形態は、第１の実施の形態に係る電源システム２０１と比べて入力フィルタの構成を変更した電源システムに関する。以下で説明する内容以外は第１の実施の形態に係る電源システム２０１と同様である。
【０１４４】
図１８は、本発明の第２の実施の形態に係る電源システムの構成を示す図である。
図１８を参照して、電源システム２０２は、本発明の第１の実施の形態に係る電源システム２０１と比べて、電力変換装置１０１の代わりに電力変換装置１０２を備える。電力変換装置１０２は、入力フィルタＦＬＸ３と、出力フィルタＦＬＹ１と、マトリックスコンバータＭＸとを含む。入力フィルタＦＬＸ３は、三相リアクトルＬＩＴと、コンデンサＣＩＵ１，ＣＩＶ１，ＣＩＷ１とを含む。三相リアクトルＬＩＴは、リアクトルＬＩＵ２，ＬＩＶ２，ＬＩＷ２を含む。
【０１４５】
入力フィルタＦＬＸ３は、交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷとマトリックスコンバータＭＸとの間に設けられている。より詳細には、リアクトルＬＩＵ２，ＬＩＶ２，ＬＩＷ２は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相に対応して設けられ、対応の相の交流電源ＥとマトリックスコンバータＭＸとの間に接続されている。コンデンサＣＩＵ１，ＣＩＶ１，ＣＩＷ１はＹ結線されている、すなわちＵ相，Ｖ相，Ｗ相に対応して設けられ、マトリックスコンバータＭＸおよび対応の相のリアクトルＬＩ２の接続ノードと安定電位ＳＰとの間に接続されている。
【０１４６】
マトリックスコンバータＭＸにおいて、双方向スイッチＳＡ１は、リアクトルＬＩＵ２と単相リアクトルＬＯＡ１との間に接続されている。双方向スイッチＳＡ２は、リアクトルＬＩＶ２と単相リアクトルＬＯＡ１との間に接続されている。双方向スイッチＳＡ３は、リアクトルＬＩＷ２と単相リアクトルＬＯＡ１との間に接続されている。双方向スイッチＳＢ１は、リアクトルＬＩＵ２と単相リアクトルＬＯＢ１との間に接続されている。双方向スイッチＳＢ２は、リアクトルＬＩＶ２と単相リアクトルＬＯＢ１との間に接続されている。双方向スイッチＳＢ３は、リアクトルＬＩＷ２と単相リアクトルＬＯＢ１との間に接続されている。双方向スイッチＳＣ１は、リアクトルＬＩＵ２と単相リアクトルＬＯＣ１との間に接続されている。双方向スイッチＳＣ２は、リアクトルＬＩＶ２と単相リアクトルＬＯＣ１との間に接続されている。双方向スイッチＳＣ３は、リアクトルＬＩＷ２と単相リアクトルＬＯＣ１との間に接続されている。
【０１４７】
入力フィルタＦＬＸ３は、交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷからそれぞれ受けたＵ相，Ｖ相，Ｗ相の交流電力に含まれる所定周波数以上のノーマルモードノイズおよびコモンモードノイズを減衰させ、減衰後の交流電力をマトリックスコンバータＭＸへ出力する。
【０１４８】
入力フィルタＦＬＸ３では、入力フィルタＦＬＸ１と異なり、単相リアクトルの代わりに三相リアクトルを含む。このような構成であっても、入力フィルタＦＬＸ３は、コンデンサＣＩＵ１，ＣＩＶ１，ＣＩＷ１により、中性点ＮＰ１およびＮＰ２に対してインピーダンスを有する。したがって、負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣへ伝達される高周波電流すなわちコモンモードノイズを低減することができる。また、入力フィルタＦＬＸ１を用いる電力変換装置１０１と比べて小型化を図ることができる。
【０１４９】
その他の構成および動作は第１の実施の形態に係る電源システム２０１と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。したがって、本発明の第２の実施の形態に係る電源システムでは、複数相の電源から供給される交流電力を変換して複数相の負荷に安定して供給し、かつ小型化を図ることができる。
【０１５０】
次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【０１５１】
＜第３の実施の形態＞
本実施の形態は、第１の実施の形態に係る電源システム２０１と比べて入力フィルタの構成を変更した電源システムに関する。以下で説明する内容以外は第１の実施の形態に係る電源システム２０１と同様である。
【０１５２】
図１９は、本発明の第３の実施の形態に係る電源システムの構成を示す図である。
図１９を参照して、電源システム２０３は、本発明の第１の実施の形態に係る電源システム２０１と比べて、電力変換装置１０１の代わりに電力変換装置１０３を備える。電力変換装置１０３は、入力フィルタＦＬＸ２と、出力フィルタＦＬＹ１と、マトリックスコンバータＭＸとを含む。
【０１５３】
電力変換装置１０３は、電力変換装置１０１と異なり、入力フィルタＦＬＸ１の代わりに入力フィルタＦＬＸ２を含む。このような構成であっても、出力フィルタＦＬＹ１が、単相リアクトルＬＯＡ１，ＬＯＢ１，ＬＯＣ１およびコンデンサＣＯＡ１，ＣＯＢ１，ＣＯＣ１により、マトリックスコンバータＭＸのスイッチング等に起因して流れる同一方向の高周波電流に対してそれぞれインダクタンス成分およびインピーダンス成分を有するため、この高周波電流を低減することができる。すなわち、負荷Ｌへ伝達されるコモンモードノイズを低減することができる。また、入力フィルタＦＬＸ１を用いる電力変換装置１０１と比べて小型化を図ることができる。
【０１５４】
その他の構成および動作は第１の実施の形態に係る電源システム２０１と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。したがって、本発明の第３の実施の形態に係る電源システムでは、複数相の電源から供給される交流電力を変換して複数相の負荷に安定して供給し、かつ小型化を図ることができる。
【０１５５】
次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【０１５６】
＜第４の実施の形態＞
本実施の形態は、第１の実施の形態に係る電源システム２０１と比べて入力フィルタの構成を変更した電源システムに関する。以下で説明する内容以外は第１の実施の形態に係る電源システム２０１と同様である。
【０１５７】
図２０は、本発明の第４の実施の形態に係る電源システムの構成を示す図である。
図２０を参照して、電源システム２０４は、本発明の第１の実施の形態に係る電源システム２０１と比べて、電力変換装置１０１の代わりに電力変換装置１０４を備える。電力変換装置１０４は、入力フィルタＦＬＸ４と、出力フィルタＦＬＹ１と、マトリックスコンバータＭＸとを含む。入力フィルタＦＬＸ４は、単相リアクトルＬＩＵ１，ＬＩＶ１，ＬＩＷ１と、コンデンサＣＩＵ２，ＣＩＶ２，ＣＩＷ２とを含む。
【０１５８】
入力フィルタＦＬＸ４は、交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷとマトリックスコンバータＭＸとの間に設けられている。より詳細には、単相リアクトルＬＩＵ１，ＬＩＶ１，ＬＩＷ１は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相に対応して設けられ、対応の相の交流電源ＥとマトリックスコンバータＭＸとの間に接続されている。コンデンサＣＩＵ２，ＣＩＵ２，ＣＩＵ２はΔ結線されている、すなわち、三相リアクトルＬＩＴとマトリックスコンバータＭＸとの間におけるＵ相，Ｖ相，Ｗ相の配線間にそれぞれ接続されている。
【０１５９】
入力フィルタＦＬＸ４は、交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷからそれぞれ受けたＵ相，Ｖ相，Ｗ相の交流電力に含まれる所定周波数以上のノーマルモードノイズおよびコモンモードノイズを減衰させ、減衰後の交流電力をマトリックスコンバータＭＸへ出力する。
【０１６０】
入力フィルタＦＬＸ４では、入力フィルタＦＬＸ１と異なり、Ｙ結線されたコンデンサの代わりにΔ結線されたコンデンサを含む。このような構成であっても、入力フィルタＦＬＸ４は、単相リアクトルＬＩＵ１，ＬＩＶ１，ＬＩＷ１により、マトリックスコンバータＭＸのスイッチング等に起因して流れる同一方向の高周波電流に対してインダクタンス成分を有するため、この高周波電流を低減することができる。すなわち、負荷Ｌへ伝達されるコモンモードノイズを低減することができる。
【０１６１】
その他の構成および動作は第１の実施の形態に係る電源システム２０１と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。したがって、本発明の第４の実施の形態に係る電源システムでは、複数相の電源から供給される交流電力を変換して複数相の負荷に安定して供給し、かつ小型化を図ることができる。
【０１６２】
次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【０１６３】
＜第５の実施の形態＞
本実施の形態は、第１の実施の形態に係る電源システム２０１と比べて出力フィルタの構成を変更した電源システムに関する。以下で説明する内容以外は第１の実施の形態に係る電源システム２０１と同様である。
【０１６４】
図２１は、本発明の第５の実施の形態に係る電源システムの構成を示す図である。
図２１を参照して、電源システム２０５は、本発明の第１の実施の形態に係る電源システム２０１と比べて、電力変換装置１０１の代わりに電力変換装置１０５を備える。電力変換装置１０５は、入力フィルタＦＬＸ１と、出力フィルタＦＬＹ３と、マトリックスコンバータＭＸとを含む。出力フィルタＦＬＹ３は、三相リアクトルＬＯＴと、コンデンサＣＯＡ１，ＣＯＢ１，ＣＯＣ１とを含む。三相リアクトルＬＯＴは、リアクトルＬＯＡ２，ＬＯＢ２，ＬＯＣ２を含む。
【０１６５】
出力フィルタＦＬＹ３は、マトリックスコンバータＭＸと負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣとの間に設けられている。リアクトルＬＯＡ２，ＬＯＢ２，ＬＯＣ２は、Ａ相，Ｂ相，Ｃ相に対応して設けられ、対応の相の負荷ＬとマトリックスコンバータＭＸとの間に接続されている。コンデンサＣＯＡ１，ＣＯＢ１，ＣＯＣ１はＹ結線されている、すなわち、Ａ相，Ｂ相，Ｃ相に対応して設けられ、マトリックスコンバータＭＸおよび対応の相の単相リアクトルＬＯ１の接続ノードと安定電位ＳＰとの間に接続されている。
【０１６６】
マトリックスコンバータＭＸにおいて、双方向スイッチＳＡ１は、単相リアクトルＬＩＵ１とリアクトルＬＯＡ２との間に接続されている。双方向スイッチＳＡ２は、単相リアクトルＬＩＶ１とリアクトルＬＯＡ２との間に接続されている。双方向スイッチＳＡ３は、単相リアクトルＬＩＷ１とリアクトルＬＯＡ２との間に接続されている。双方向スイッチＳＢ１は、単相リアクトルＬＩＵ１とリアクトルＬＯＢ２との間に接続されている。双方向スイッチＳＢ２は、単相リアクトルＬＩＶ１とリアクトルＬＯＢ２との間に接続されている。双方向スイッチＳＢ３は、単相リアクトルＬＩＷ１とリアクトルＬＯＢ２との間に接続されている。双方向スイッチＳＣ１は、単相リアクトルＬＩＵ１とリアクトルＬＯＣ２との間に接続されている。双方向スイッチＳＣ２は、単相リアクトルＬＩＶ１とリアクトルＬＯＣ２との間に接続されている。双方向スイッチＳＣ３は、単相リアクトルＬＩＷ１とリアクトルＬＯＣ２との間に接続されている。
【０１６７】
出力フィルタＦＬＹ３は、マトリックスコンバータＭＸから受けたＡ相，Ｂ相，Ｃ相の交流電力に含まれる所定周波数以上のノーマルモードノイズおよびコモンモードノイズを減衰させ、減衰後の交流電力を負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣへそれぞれ出力する。
【０１６８】
出力フィルタＦＬＹ３では、出力フィルタＦＬＹ１と異なり、単相リアクトルの代わりに三相リアクトルを含む。このような構成であっても、出力フィルタＦＬＹ３は、コンデンサＣＯＡ１，ＣＯＢ１，ＣＯＣ１により、中性点ＮＰ１およびＮＰ２に対してインピーダンスを有する。したがって、負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣへ伝達される高周波電流すなわちコモンモードノイズを低減することができる。また、出力フィルタＦＬＹ１を用いる電力変換装置１０１と比べて小型化を図ることができる。
【０１６９】
その他の構成および動作は第１の実施の形態に係る電源システム２０１と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。したがって、本発明の第５の実施の形態に係る電源システムでは、複数相の電源から供給される交流電力を変換して複数相の負荷に安定して供給し、かつ小型化を図ることができる。
【０１７０】
次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【０１７１】
＜第６の実施の形態＞
本実施の形態は、第１の実施の形態に係る電源システム２０１と比べて出力フィルタの構成を変更した電源システムに関する。以下で説明する内容以外は第１の実施の形態に係る電源システム２０１と同様である。
【０１７２】
図２２は、本発明の第６の実施の形態に係る電源システムの構成を示す図である。
図２２を参照して、電源システム２０６は、本発明の第１の実施の形態に係る電源システム２０１と比べて、電力変換装置１０１の代わりに電力変換装置１０６を備える。電力変換装置１０６は、入力フィルタＦＬＸ１と、出力フィルタＦＬＹ４と、マトリックスコンバータＭＸとを含む。出力フィルタＦＬＹ４は、単相リアクトルＬＯＡ１，ＬＯＢ１，ＬＯＣ１と、コンデンサＣＯＡ２，ＣＯＢ２，ＣＯＣ２とを含む。
【０１７３】
出力フィルタＦＬＹ４は、マトリックスコンバータＭＸと負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣとの間に設けられている。単相リアクトルＬＯＡ１，ＬＯＢ１，ＬＯＣ１は、Ａ相，Ｂ相，Ｃ相に対応して設けられ、対応の相の負荷ＬとマトリックスコンバータＭＸとの間に接続されている。コンデンサＣＯＡ２，ＣＯＢ２，ＣＯＣ２はΔ結線されている、すなわち、単相リアクトルＬＯ１と負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣとの間におけるＡ相，Ｂ相，Ｃ相の配線間にそれぞれ接続されている。
【０１７４】
出力フィルタＦＬＹ４は、マトリックスコンバータＭＸから受けたＡ相，Ｂ相，Ｃ相の交流電力に含まれる所定周波数以上のノーマルモードノイズおよびコモンモードノイズを減衰させ、減衰後の交流電力を負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣへそれぞれ出力する。
【０１７５】
出力フィルタＦＬＹ４では、出力フィルタＦＬＹ１と異なり、Ｙ結線されたコンデンサの代わりにΔ結線されたコンデンサを含む。このような構成であっても、出力フィルタＦＬＹ４は、単相リアクトルＬＯＡ１，ＬＯＢ１，ＬＯＣ１により、マトリックスコンバータＭＸのスイッチング等に起因して流れる同一方向の高周波電流に対してインダクタンス成分を有するため、この高周波電流を低減することができる。すなわち、負荷Ｌへ伝達されるコモンモードノイズを低減することができる。
【０１７６】
その他の構成および動作は第１の実施の形態に係る電源システム２０１と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。したがって、本発明の第６の実施の形態に係る電源システムでは、複数相の電源から供給される交流電力を変換して複数相の負荷に安定して供給し、かつ小型化を図ることができる。
【０１７７】
次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【０１７８】
＜第７の実施の形態＞
本実施の形態は、第１の実施の形態に係る電源システム２０１と比べて入力フィルタおよび出力フィルタの構成を変更した電源システムに関する。以下で説明する内容以外は第１の実施の形態に係る電源システム２０１と同様である。
【０１７９】
図２３は、本発明の第７の実施の形態に係る電源システムの構成を示す図である。
図２３を参照して、電源システム２０７は、本発明の第１の実施の形態に係る電源システム２０１と比べて、電力変換装置１０１の代わりに電力変換装置１０７を備える。電力変換装置１０７は、入力フィルタＦＬＸ５と、出力フィルタＦＬＹ５と、マトリックスコンバータＭＸとを含む。入力フィルタＦＬＸ５は、単相リアクトルＬＩＵ１，ＬＩＶ１，ＬＩＷ１を含む。出力フィルタＦＬＹ５は、コンデンサＣＯＡ１，ＣＯＢ１，ＣＯＣ１とを含む。
【０１８０】
入力フィルタＦＬＸ５は、交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷとマトリックスコンバータＭＸとの間に設けられている。より詳細には、単相リアクトルＬＩＵ１，ＬＩＶ１，ＬＩＷ１は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相に対応して設けられ、対応の相の交流電源ＥとマトリックスコンバータＭＸとの間に接続されている。
【０１８１】
出力フィルタＦＬＹ５は、マトリックスコンバータＭＸと負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣとの間に設けられている。より詳細には、コンデンサＣＯＡ１，ＣＯＢ１，ＣＯＣ１はＹ結線されている、すなわち、Ａ相，Ｂ相，Ｃ相に対応して設けられ、マトリックスコンバータＭＸおよび対応の相の負荷Ｌの接続ノードと安定電位ＳＰとの間に接続されている。
【０１８２】
マトリックスコンバータＭＸにおいて、双方向スイッチＳＡ１は、単相リアクトルＬＩＵ１とコンデンサＣＯＡ１および負荷ＬＡの接続ノードとの間に接続されている。双方向スイッチＳＡ２は、単相リアクトルＬＩＶ１とコンデンサＣＯＡ１および負荷ＬＡの接続ノードとの間に接続されている。双方向スイッチＳＡ３は、単相リアクトルＬＩＷ１とコンデンサＣＯＡ１および負荷ＬＡの接続ノードとの間に接続されている。双方向スイッチＳＢ１は、単相リアクトルＬＩＵ１とコンデンサＣＯＢ１および負荷ＬＢの接続ノードとの間に接続されている。双方向スイッチＳＢ２は、単相リアクトルＬＩＶ１とコンデンサＣＯＢ１および負荷ＬＢの接続ノードとの間に接続されている。双方向スイッチＳＢ３は、単相リアクトルＬＩＷ１とコンデンサＣＯＢ１および負荷ＬＢの接続ノードとの間に接続されている。双方向スイッチＳＣ１は、単相リアクトルＬＩＵ１とコンデンサＣＯＣ１および負荷ＬＣの接続ノードとの間に接続されている。双方向スイッチＳＣ２は、単相リアクトルＬＩＶ１とコンデンサＣＯＣ１および負荷ＬＣの接続ノードとの間に接続されている。双方向スイッチＳＣ３は、単相リアクトルＬＩＷ１とコンデンサＣＯＣ１および負荷ＬＣの接続ノードとの間に接続されている。
【０１８３】
入力フィルタＦＬＸ５は、交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷからそれぞれ受けたＵ相，Ｖ相，Ｗ相の交流電力に含まれる所定周波数以上のノーマルモードノイズおよびコモンモードノイズを減衰させ、減衰後の交流電力をマトリックスコンバータＭＸへ出力する。
【０１８４】
マトリックスコンバータＭＸは、外部から受けた制御信号に基づいて双方向スイッチＳＡ１，ＳＡ２，ＳＡ３，ＳＢ１，ＳＢ２，ＳＢ３，ＳＣ１，ＳＣ２，ＳＣ３をそれぞれオン・オフすることにより、入力フィルタＦＬＸ１を通過したＵ相，Ｖ相，Ｗ相の交流電力を任意の周波数および任意の電圧／電流振幅を有するＡ相，Ｂ相，Ｃ相の交流電力に変換し、出力フィルタＦＬＹ５へ出力する。
【０１８５】
出力フィルタＦＬＹ５は、マトリックスコンバータＭＸから受けたＡ相，Ｂ相，Ｃ相の交流電力に含まれる所定周波数以上のノーマルモードノイズおよびコモンモードノイズを減衰させ、減衰後の交流電力を負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣへそれぞれ出力する。
【０１８６】
入力フィルタＦＬＸ５は、入力フィルタＦＬＸ１と異なり、コンデンサＣＩＵ１，ＣＩＶ１，ＣＩＷ１を含まない。このような構成であっても、入力フィルタＦＬＸ５は、単相リアクトルＬＩＵ１，ＬＩＶ１，ＬＩＷ１により、マトリックスコンバータＭＸのスイッチング等に起因して流れる同一方向の高周波電流に対してインダクタンス成分を有するため、この高周波電流を低減することができる。すなわち、負荷Ｌへ伝達されるコモンモードノイズを低減することができる。また、入力フィルタＦＬＸ１を用いる電力変換装置１０１と比べて小型化を図ることができる。
【０１８７】
出力フィルタＦＬＹ５は、出力フィルタＦＬＹ１と異なり、単相リアクトルＬＯＡ１，ＬＯＢ１，ＬＯＣ１を含まない。このような構成であっても、出力フィルタＦＬＹ５は、コンデンサＣＯＡ１，ＣＯＢ１，ＣＯＣ１により、中性点ＮＰ１およびＮＰ２に対してインピーダンスを有する。したがって、負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣへ伝達される高周波電流すなわちコモンモードノイズを低減することができる。また、出力フィルタＦＬＹ１を用いる電力変換装置１０１と比べて小型化を図ることができる。
【０１８８】
その他の構成および動作は第１の実施の形態に係る電源システム２０１と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。したがって、本発明の第７の実施の形態に係る電源システムでは、複数相の電源から供給される交流電力を変換して複数相の負荷に安定して供給し、かつ小型化を図ることができる。
【０１８９】
次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【０１９０】
＜第８の実施の形態＞
本実施の形態は、第７の実施の形態に係る電源システムと比べて入力フィルタの構成を変更した電源システムに関する。以下で説明する内容以外は第７の実施の形態に係る電源システムと同様である。
【０１９１】
図２４は、本発明の第８の実施の形態に係る電源システムの構成を示す図である。
図２４を参照して、電源システム２０８は、本発明の第７の実施の形態に係る電源システム２０７と比べて、電力変換装置１０７の代わりに電力変換装置１０８を備える。電力変換装置１０８は、入力フィルタＦＬＸ６と、出力フィルタＦＬＹ５と、マトリックスコンバータＭＸとを含む。入力フィルタＦＬＸ６は、三相リアクトルＬＩＴを含む。三相リアクトルＬＩＴは、リアクトルＬＩＵ２，ＬＩＶ２，ＬＩＷ２を含む。
【０１９２】
入力フィルタＦＬＸ６は、交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷとマトリックスコンバータＭＸとの間に設けられている。より詳細には、リアクトルＬＩＵ２，ＬＩＶ２，ＬＩＷ２は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相に対応して設けられ、対応の相の交流電源ＥとマトリックスコンバータＭＸとの間に接続されている。
【０１９３】
マトリックスコンバータＭＸにおいて、双方向スイッチＳＡ１は、リアクトルＬＩＵ２とコンデンサＣＯＡ１および負荷ＬＡの接続ノードとの間に接続されている。双方向スイッチＳＡ２は、リアクトルＬＩＶ２とコンデンサＣＯＡ１および負荷ＬＡの接続ノードとの間に接続されている。双方向スイッチＳＡ３は、リアクトルＬＩＷ２とコンデンサＣＯＡ１および負荷ＬＡの接続ノードに接続されている。双方向スイッチＳＢ１は、リアクトルＬＩＵ２とコンデンサＣＯＢ１および負荷ＬＢの接続ノードとの間に接続されている。双方向スイッチＳＢ２は、リアクトルＬＩＶ２とコンデンサＣＯＢ１および負荷ＬＢの接続ノードとの間に接続されている。双方向スイッチＳＢ３は、リアクトルＬＩＷ２とコンデンサＣＯＢ１および負荷ＬＢの接続ノードとの間に接続されている。双方向スイッチＳＣ１は、リアクトルＬＩＵ２とコンデンサＣＯＣ１および負荷ＬＣの接続ノードとの間に接続されている。双方向スイッチＳＣ２は、リアクトルＬＩＶ２とコンデンサＣＯＣ１および負荷ＬＣの接続ノードとの間に接続されている。双方向スイッチＳＣ３は、リアクトルＬＩＷ２とコンデンサＣＯＣ１および負荷ＬＣの接続ノードとの間に接続されている。
【０１９４】
入力フィルタＦＬＸ６は、交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷからそれぞれ受けたＵ相，Ｖ相，Ｗ相の交流電力に含まれる所定周波数以上のノーマルモードノイズを減衰させ、減衰後の交流電力をマトリックスコンバータＭＸへ出力する。
【０１９５】
出力フィルタＦＬＹ５は、マトリックスコンバータＭＸから受けたＡ相，Ｂ相，Ｃ相の交流電力に含まれる所定周波数以上のノーマルモードノイズおよびコモンモードノイズを減衰させ、減衰後の交流電力を負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣへそれぞれ出力する。
【０１９６】
入力フィルタＦＬＸ６は、入力フィルタＦＬＸ５と異なり、単相リアクトルの代わりに三相リアクトルを含む。このような構成であっても、出力フィルタＦＬＹ５が、コンデンサＣＯＡ１，ＣＯＢ１，ＣＯＣ１により、中性点ＮＰ１およびＮＰ２に対してインピーダンスを有する。したがって、負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣへ伝達される高周波電流すなわちコモンモードノイズを低減することができる。また、入力フィルタＦＬＸ５を用いる電力変換装置１０７と比べて小型化を図ることができる。
【０１９７】
その他の構成および動作は第７の実施の形態に係る電源システムと同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。したがって、本発明の第８の実施の形態に係る電源システムでは、複数相の電源から供給される交流電力を変換して複数相の負荷に安定して供給し、かつ小型化を図ることができる。
【０１９８】
次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【０１９９】
＜第９の実施の形態＞
本実施の形態は、第７の実施の形態に係る電源システムと比べて出力フィルタの構成を変更した電源システムに関する。以下で説明する内容以外は第７の実施の形態に係る電源システムと同様である。
【０２００】
図２５は、本発明の第９の実施の形態に係る電源システムの構成を示す図である。
図２５を参照して、電源システム２０９は、本発明の第７の実施の形態に係る電源システム２０７と比べて、電力変換装置１０７の代わりに電力変換装置１０９を備える。電力変換装置１０９は、入力フィルタＦＬＸ５と、出力フィルタＦＬＹ６と、マトリックスコンバータＭＸとを含む。出力フィルタＦＬＹ６は、コンデンサＣＯＡ２，ＣＯＢ２，ＣＯＣ２を含む。
【０２０１】
出力フィルタＦＬＹ６は、マトリックスコンバータＭＸと負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣとの間に設けられている。より詳細には、コンデンサＣＯＡ２，ＣＯＢ２，ＣＯＣ２はΔ結線されている、すなわち、マトリックスコンバータＭＸと負荷Ｌとの間におけるＡ相，Ｂ相，Ｃ相の配線間にそれぞれ接続されている。
【０２０２】
マトリックスコンバータＭＸにおいて、双方向スイッチＳＡ１は、単相リアクトルＬＩＵ１とコンデンサＣＯＡ２、コンデンサＣＯＣ２および負荷ＬＡの接続ノードとの間に接続されている。双方向スイッチＳＡ２は、単相リアクトルＬＩＶ１とコンデンサＣＯＡ２、コンデンサＣＯＣ２および負荷ＬＡの接続ノードとの間に接続されている。双方向スイッチＳＡ３は、単相リアクトルＬＩＷ１とコンデンサＣＯＡ２、コンデンサＣＯＣ２および負荷ＬＡの接続ノードに接続されている。双方向スイッチＳＢ１は、単相リアクトルＬＩＵ１とコンデンサＣＯＢ２、コンデンサＣＯＡ２および負荷ＬＢの接続ノードとの間に接続されている。双方向スイッチＳＢ２は、単相リアクトルＬＩＶ１とコンデンサＣＯＢ２、コンデンサＣＯＡ２および負荷ＬＢの接続ノードとの間に接続されている。双方向スイッチＳＢ３は、単相リアクトルＬＩＷ１とコンデンサＣＯＢ２、コンデンサＣＯＡ２および負荷ＬＢの接続ノードとの間に接続されている。双方向スイッチＳＣ１は、単相リアクトルＬＩＵ１とコンデンサＣＯＣ２、コンデンサＣＯＢ２および負荷ＬＣの接続ノードとの間に接続されている。双方向スイッチＳＣ２は、単相リアクトルＬＩＶ１とコンデンサＣＯＣ２、コンデンサＣＯＢ２および負荷ＬＣの接続ノードとの間に接続されている。双方向スイッチＳＣ３は、単相リアクトルＬＩＷ１とコンデンサＣＯＣ２、コンデンサＣＯＢ２および負荷ＬＣの接続ノードとの間に接続されている。
【０２０３】
入力フィルタＦＬＸ５は、交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷからそれぞれ受けたＵ相，Ｖ相，Ｗ相の交流電力に含まれる所定周波数以上のノーマルモードノイズおよびコモンモードノイズを減衰させ、減衰後の交流電力をマトリックスコンバータＭＸへ出力する。
【０２０４】
出力フィルタＦＬＹ５は、マトリックスコンバータＭＸから受けたＡ相，Ｂ相，Ｃ相の交流電力に含まれる所定周波数以上のノーマルモードノイズを減衰させ、減衰後の交流電力を負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣへそれぞれ出力する。
【０２０５】
出力フィルタＦＬＹ６では、出力フィルタＦＬＹ５と異なり、Ｙ結線されたコンデンサの代わりにΔ結線されたコンデンサを含む。このような構成であっても、入力フィルタＦＬＸ５が、単相リアクトルＬＯＡ１，ＬＯＢ１，ＬＯＣ１により、マトリックスコンバータＭＸのスイッチング等に起因して流れる同一方向の高周波電流に対してインダクタンス成分を有するため、この高周波電流を低減することができる。すなわち、負荷Ｌへ伝達されるコモンモードノイズを低減することができる。
【０２０６】
その他の構成および動作は第７の実施の形態に係る電源システムと同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。したがって、本発明の第９の実施の形態に係る電源システムでは、複数相の電源から供給される交流電力を変換して複数相の負荷に安定して供給し、かつ小型化を図ることができる。
【０２０７】
次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【０２０８】
＜第１０の実施の形態＞
本実施の形態は、第１の実施の形態に係る電源システム２０１と比べて電源を変更した電源システムに関する。以下で説明する内容以外は第１の実施の形態に係る電源システム２０１と同様である。
【０２０９】
図２６は、本発明の第１０の実施の形態に係る電源システム２１０の構成を示す図である。
【０２１０】
図２６を参照して、電源システム２１０は、発電機ＭＵ，ＭＶ，ＭＷと、電力変換装置１１０と、負荷部ＬＵとを備える。発電機ＭＵは、交流電源ＥＵと、インダクタンスＬＩＵ３とを含む。発電機ＭＶは、交流電源ＥＶと、インダクタンスＬＩＶ３とを含む。発電機ＭＷは、交流電源ＥＷと、インダクタンスＬＩＷ３とを含む。電力変換装置１０７は、入力フィルタＦＬＸ７と、出力フィルタＦＬＹ１と、マトリックスコンバータＭＸとを含む。入力フィルタＦＬＸ７は、コンデンサＣＩＵ１，ＣＩＶ１，ＣＩＷ１を含む。
【０２１１】
以下、リアクトルＬＩＵ３，ＬＩＶ３，ＬＩＷ３の各々をリアクトルＬＩ３と称する場合がある。
【０２１２】
発電機ＭＵの等価回路は、交流電源ＥＵおよびインダクタンスＬＩＵ３の直列回路で表わされる。発電機ＭＶの等価回路は、交流電源ＥＶおよびインダクタンスＬＩＶ３の直列回路で表わされる。発電機ＭＷの等価回路は、交流電源ＥＷおよびインダクタンスＬＩＷ３の直列回路で表わされる。
【０２１３】
電源システム２１０は、航空機および建設機械等に搭載される。電源システム２１０において、発電機ＭＵ，ＭＶ，ＭＷの中性点ＮＰ１と負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣの中性点ＮＰ２とが共通の安定電位ＳＰに結合されている。
【０２１４】
電力変換装置１１０は、発電機ＭＵ，ＭＶ，ＭＷの各々から供給されるＵ相，Ｖ相，Ｗ相の交流電力を任意の周波数および任意の振幅を有するＡ相，Ｂ相，Ｃ相の交流電力に変換して負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣにそれぞれ供給する。
【０２１５】
入力フィルタＦＬＸ７は、発電機ＭＵ，ＭＶ，ＭＷとマトリックスコンバータＭＸとの間に設けられている。より詳細には、コンデンサＣＩＵ１，ＣＩＶ１，ＣＩＷ１はＹ結線されている、すなわちＵ相，Ｖ相，Ｗ相に対応して設けられ、マトリックスコンバータＭＸおよび対応の相のリアクトルＬＩ３の接続ノードと安定電位ＳＰとの間に接続されている。
【０２１６】
マトリックスコンバータＭＸにおいて、双方向スイッチＳＡ１は、リアクトルＬＩＵ３と単相リアクトルＬＯＡ１との間に接続されている。双方向スイッチＳＡ２は、リアクトルＬＩＶ３と単相リアクトルＬＯＡ１との間に接続されている。双方向スイッチＳＡ３は、リアクトルＬＩＷ３と単相リアクトルＬＯＡ１との間に接続されている。双方向スイッチＳＢ１は、リアクトルＬＩＵ３と単相リアクトルＬＯＢ１との間に接続されている。双方向スイッチＳＢ２は、リアクトルＬＩＶ３と単相リアクトルＬＯＢ１との間に接続されている。双方向スイッチＳＢ３は、リアクトルＬＩＷ３と単相リアクトルＬＯＢ１との間に接続されている。双方向スイッチＳＣ１は、リアクトルＬＩＵ３と単相リアクトルＬＯＣ１との間に接続されている。双方向スイッチＳＣ２は、リアクトルＬＩＶ３と単相リアクトルＬＯＣ１との間に接続されている。双方向スイッチＳＣ３は、リアクトルＬＩＷ３と単相リアクトルＬＯＣ１との間に接続されている。
【０２１７】
入力フィルタＦＬＸ７は、発電機ＭＵ，ＭＶ，ＭＷからそれぞれ受けたＵ相，Ｖ相，Ｗ相の交流電力に含まれる所定周波数以上のノーマルモードノイズおよびコモンモードノイズを減衰させ、減衰後の交流電力をマトリックスコンバータＭＸへ出力する。
【０２１８】
入力フィルタＦＬＸ７は、入力フィルタＦＬＸ１と異なり、単相リアクトルＬＩＡ１，ＬＩＢ１，ＬＩＣ１を含まない。このような構成であっても、入力フィルタＦＬＸ７は、コンデンサＣＩＡ１，ＣＩＢ１，ＣＩＣ１により、中性点ＮＰ１およびＮＰ２に対してインピーダンスを有する。したがって、負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣへ伝達される高周波電流すなわちコモンモードノイズを低減することができる。
【０２１９】
その他の構成および動作は第１の実施の形態に係る電源システム２０１と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。したがって、本発明の第１０の実施の形態に係る電源システムでは、複数相の電源から供給される交流電力を変換して複数相の負荷に安定して供給し、かつ小型化を図ることができる。
【０２２０】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【０２２１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電源システム２５１の構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置１５１における三相リアクトルの構成を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置１５１における三相リアクトルの他の構成を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置１５１における三相リアクトルの他の構成を示す図である。
【図５】電力変換装置１５１における三相リアクトルを通して流れる正弦波電流を示す波形図である。
【図６】図５に示す正弦波電流が流れた場合の図２に示す三相リアクトルにおける電流の向きを示す図である。
【図７】図５に示す正弦波電流が流れた場合の図２に示す三相リアクトルにおける電流および磁束の向きを示す図である。
【図８】三相リアクトルにおける高周波電流および磁束の向きを示す図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態に係る電源システム２０１の構成を示す図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置における各単相リアクトルの構成を示す図である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置における単相リアクトルの等価回路図である。
【図１２】本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置における単相リアクトルを並列回路で実現した場合を示す図である。
【図１３】本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置における単相リアクトルを並列回路で実現した場合を示す図である。
【図１４】本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置における単相リアクトルの変形例の構成を示す図である。
【図１５】図１４に示す単相リアクトルの等価回路図である。
【図１６】本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置における単相リアクトルの変形例の構成を示す図である。
【図１７】本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置における単相リアクトルの変形例の構成を示す図である。
【図１８】本発明の第２の実施の形態に係る電源システムの構成を示す図である。
【図１９】本発明の第３の実施の形態に係る電源システムの構成を示す図である。
【図２０】本発明の第４の実施の形態に係る電源システムの構成を示す図である。
【図２１】本発明の第５の実施の形態に係る電源システムの構成を示す図である。
【図２２】本発明の第６の実施の形態に係る電源システムの構成を示す図である。
【図２３】本発明の第７の実施の形態に係る電源システムの構成を示す図である。
【図２４】本発明の第８の実施の形態に係る電源システムの構成を示す図である。
【図２５】本発明の第９の実施の形態に係る電源システムの構成を示す図である。
【図２６】本発明の第１０の実施の形態に係る電源システムの構成を示す図である。
【符号の説明】
【０２２２】
１０１〜１１０，１５１ 電力変換装置、２０１〜２１０，２５１ 電源システム、ＥＵ，ＥＶ，ＥＷ 交流電源、ＬＵ 負荷部、ＦＬＸ１〜ＦＬＸ７ 入力フィルタ、ＦＬＹ１〜ＦＬＹ６ 出力フィルタ、ＭＸ マトリックスコンバータ、ＬＩＴ，ＬＯＴ 三相リアクトル、ＣＩＵ１，ＣＩＶ１，ＣＩＷ１，ＣＩＵ２，ＣＩＶ２，ＣＩＷ２，ＣＯＡ２，ＣＯＢ２，ＣＯＣ２ コンデンサ、ＬＩＵ２，ＬＩＶ２，ＬＩＷ２，ＬＯＡ２，ＬＯＢ２，ＬＯＣ２ リアクトル、ＬＩＵ１，ＬＩＶ１，ＬＩＷ１，ＬＯＡ１，ＬＯＢ１，ＬＯＣ１ 単相リアクトル、ＬＩＵ３，ＬＩＶ３，ＬＩＷ３ インダクタンス、ＳＡ１，ＳＡ２，ＳＡ３，ＳＢ１，ＳＢ２，ＳＢ３，ＳＣ１，ＳＣ２，ＳＣ３ 双方向スイッチ、ＬＡ，ＬＢ，ＬＣ 負荷、ＭＣ１，ＭＣ２，ＭＣＵ１，ＭＣＵ２，ＭＣＶ１，ＭＣＶ２，ＭＣＷ１，ＭＣＷ２，ＭＣＡ１，ＭＣＡ２，ＭＣＢ１，ＭＣＢ２，ＭＣＣ１，ＭＣＣ２ コア、ＷＵ，ＷＶ，ＷＷ，ＷＡ１，ＷＡ２，ＷＢ１，ＷＢ２，ＷＣ１，ＷＣ２ 巻線部、ＭＵ，ＭＶ，ＭＷ 発電機。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電力変換装置および電源システムに関し、特に、複数相の電源の各々から供給される各相の交流電力を変換して複数相の負荷にそれぞれ供給する電力変換装置および電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
周波数および振幅が変動する複数相の交流電力から任意の周波数および任意の振幅を有する複数相の交流電圧または交流電流を生成する電源システムが開発されている。
【０００３】
このような電源システムでは、一般的に、以下のようなＡＣ−ＤＣ−ＡＣ間接変換方式が採用されている。すなわち、交流電源からの交流電力を半導体スイッチを用いた整流器により直流電力に変換し、安定した電圧または電流を生成する。これにより、直流部にエネルギーを蓄積する。この直流部からのエネルギーすなわち電力をインバータにより任意の周波数および任意の振幅を有する交流電圧または交流電流に変換する。
【０００４】
このようなＡＣ−ＤＣ−ＡＣ間接変換方式を採用する電力変換装置として、たとえば、特許文献１には、以下のような構成が開示されている。すなわち、エンジンにより駆動される交流発電機と、整流回路と、インバータとを備える定周波電源において、中性点をグランドに接続した交流発電機の出力を整流して得られる直流電源を３組の単相インバータにより中性点接地型３相４線式交流電源に変換する。この３相４線式交流電源の各相出力が所定の仕様を満足するように、３組の単相インバータを制御する。
【０００５】
また、ＡＣ−ＤＣ−ＡＣ間接変換方式を採用する電力変換装置として、たとえば、特許文献２には、以下のような構成が開示されている。すなわち、交流電源を整流して直流電圧に変換する整流部と、変換された直流電圧をスイッチング素子の導電率を制御することにより交流に変換するインバータとを備えるモータ駆動装置に使用されるノイズフィルタにおいて、モータ駆動装置の入力側ノイズフィルタと、モータ駆動装置の出力側ノイズフィルタとを一体構造にしている。そして、入力側ノイズフィルタは雑音端子電圧低減フィルタであり、出力側ノイズフィルタはコモンモード電流低減フィルタである。雑音端子電圧低減フィルタは、交流電源とモータ駆動装置との間に直列に接続されたコモンモードチョークコイルと、モータ駆動装置の入力部とコモン線との間に並列に接続されたコンデンサとを含む。出力側ノイズフィルタは、モータ駆動装置の出力部とモータとの間に直列に接続されたコモンモードチョークコイルと、モータとコモン線との間に並列に接続されたコンデンサと、コモンモードチョークコイルに並列に接続された抵抗とを含む。そして、入力側ノイズフィルタのコモンモードチョークコイルおよび出力側ノイズフィルタのコモンモードチョークコイルを共通コア上に設けている。また、交流電源の中性点が接地されており、モータのフレームが接地されている。
【０００６】
ところで、電源システムが航空機等に組み込まれる場合には、電源システムの小型化が特に要求される。電源システムの小型化を図る技術としては、ＡＣ−ＤＣ−ＡＣ間接変換方式と比べて部品点数が少なくなるＡＣ−ＡＣ直接変換方式が知られている（たとえば非特許文献１参照）。このＡＣ−ＡＣ直接変換方式では、交流電力を交流電力に直接変換するマトリックスコンバータを用いることにより、任意の周波数および任意の振幅を有する交流電圧または交流電流を生成する。マトリックスコンバータを用いることにより、入力電流の力率を１に制御することができるため、電源システムの小型化を図ることができる。
【０００７】
このようなＡＣ−ＡＣ直接変換方式を採用する電力変換装置として、たとえば、特許文献３には、以下のような構成が開示されている。すなわち、マトリックスコンバータの交流電源側に設けられた入力用三相交流リアクトルと、入力用三相交流リアクトルとマトリックスコンバータとの接続点に並列接続された入力用コンデンサからなる受動フィルタと、マトリックスコンバータの出力側に設けられた出力用三相交流リアクトルとを備える。出力用三相交流リアクトルの一端はマトリックスコンバータに接続され、他端は出力用三相コモンモードチョークコイルに接続される。出力用三相コモンモードチョークコイルが有する出力用三相交流リアクトルとは反対側の端子にモータなどの負荷を接続し、かつ出力用三相コモンモードチョークコイルと負荷との接続点に並列に出力用コンデンサを接続する。入力用コンデンサおよび出力用コンデンサはそれぞれの三相分が星型結線でありかつこれらの星型結線の中性点同士を接続線で接続している。
【０００８】
また、ＡＣ−ＤＣ−ＡＣ間接変換方式およびＡＣ−ＡＣ直接変換方式の両方が適用可能な電力変換装置として、たとえば、特許文献４には、以下のような構成が開示されている。すなわち、インバータおよびマトリクスコンバータ等に代表されるような電力変換装置を用いたモータ駆動装置に使用されるノイズフィルタにおいて、モータ駆動装置の入力側ノイズフィルタと、モータ駆動装置の出力側ノイズフィルタとを一体構造にしている。入力側ノイズフィルタは、電源と電力変換装置との間に直列に接続されたコモンモードチョークコイルと、このコモンモードチョークコイルおよび電力変換装置の間に各Ｒ、Ｓ、Ｔ相それぞれに配置された接地用コンデンサと、各Ｒ、Ｓ、Ｔ相間にＹ結線された複数のコンデンサとを含む。入力側ノイズフィルタにおけるＹ結線された各コンデンサの中性点に出力側ノイズフィルタのバイパス回路部が接続されている。また、交流電源の中性点が接地されており、モータのフレームが接地されている。
【特許文献１】特開平４−３３１４７０号公報
【特許文献２】特開２００５−１３０５７５号公報
【特許文献３】特開２００５−２９５６７６号公報
【特許文献４】特開２００７−６８３１１号公報
【非特許文献１】石田宗秋他著、「入力力率可変正弦波入出力ＰＷＭ制御サイクロコンバータの波形制御法」、電気学会論文誌、第１０７巻−Ｄ、第２号、ｐｐ．２３９−２４６、１９８７年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、ＡＣ−ＡＣ直接変換方式を採用する電源システムにおいて、複数相の交流電源の中性点の電位が不定である場合、この電源システムに接続される負荷が誤動作する可能性がある。たとえば航空機では負荷である様々な電装品が使用されており、電装品の誤動作が重大な問題につながりかねない。そして、中性点の不定電位は推測不可能であるため、この不定電位による誤動作を制御によって防ぐことは困難である。
【００１０】
それゆえに、本発明の目的は、複数相の電源から供給される交流電力を変換して複数相の負荷に安定して供給し、かつ小型化を図ることが可能な電力変換装置および電源システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる電力変換装置は、複数相の電源の各々から供給される各相の交流電力を変換して複数相の負荷にそれぞれ供給し、かつ複数相の電源の中性点と複数相の負荷の中性点とが共通の安定電位に結合された電源システムにおける電力変換装置であって、複数相の電源から供給される各相の交流電力を変換して複数相の負荷にそれぞれ供給するマトリックスコンバータと、複数相の電源とマトリックスコンバータとの間およびマトリックスコンバータと複数相の負荷との間の少なくとも一方に設けられ、受けた交流電力に含まれる所定周波数以上のノーマルモードノイズおよびコモンモードノイズの負荷への伝達を抑制するフィルタとを備える。
【００１２】
このような構成により、ノーマルモードノイズに加えて、マトリックスコンバータのスイッチング等に起因して発生するコモンモードノイズが負荷へ伝達されることを防ぐことができるため、複数相の電源から供給される交流電力を変換して複数相の負荷に安定して供給することができる。また、マトリックスコンバータを用いることにより、ＡＣ−ＤＣ−ＡＣ間接変換方式と比べて電力変換装置の小型化を図ることができる。
【００１３】
好ましくは、フィルタは、各相に対応して設けられ、対応の相の負荷とマトリックスコンバータとの間に接続された複数の単相リアクトルを含む。
【００１４】
このような構成により、フィルタが、マトリックスコンバータから伝達されたコモンモードノイズに対してインダクタンス成分を有するため、コモンモードノイズが負荷へ伝達されることを防ぐことができる。
【００１５】
好ましくは、フィルタは、各相に対応して設けられ、マトリックスコンバータおよび対応の相の負荷の接続ノードと、安定電位との間に接続された複数のコンデンサを含む。
【００１６】
このような構成により、フィルタが、マトリックスコンバータから伝達されたコモンモードノイズに対してインピーダンス成分を有するため、コモンモードノイズが負荷へ伝達されることを防ぐことができる。
【００１７】
好ましくは、フィルタは、各相に対応して設けられ、対応の相の電源とマトリックスコンバータとの間に接続された複数の単相リアクトルを含む。
【００１８】
このような構成により、フィルタが、電源から伝達されたコモンモードノイズに対してインダクタンス成分を有するため、コモンモードノイズが負荷へ伝達されることを防ぐことができる。
【００１９】
好ましくは、フィルタは、各相に対応して設けられ、対応の相の電源およびマトリックスコンバータの接続ノードと、安定電位との間に接続された複数のコンデンサを含む。
【００２０】
このような構成により、フィルタが、電源から伝達されたコモンモードノイズに対してインピーダンス成分を有するため、コモンモードノイズが負荷へ伝達されることを防ぐことができる。
【００２１】
上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる電源システムは、安定電位に結合された中性点を有する複数相の負荷に電力を供給する電源システムであって、安定電位に結合された中性点を有し、複数相の交流電力を供給する複数相の電源と、複数相の電源から供給される各相の交流電力を変換して複数相の負荷にそれぞれ供給するマトリックスコンバータと、複数相の電源とマトリックスコンバータとの間およびマトリックスコンバータと複数相の負荷との間の少なくとも一方に設けられ、受けた各相の交流電力に含まれる所定周波数以上のノーマルモードノイズおよびコモンモードノイズの負荷への伝達を抑制するフィルタとを備える。
【００２２】
このような構成により、ノーマルモードノイズに加えて、マトリックスコンバータのスイッチング等に起因して発生するコモンモードノイズが負荷へ伝達されることを防ぐことができるため、複数相の電源から供給される交流電力を変換して複数相の負荷に安定して供給することができる。また、マトリックスコンバータを用いることにより、ＡＣ−ＤＣ−ＡＣ間接変換方式と比べて電源システムの小型化を図ることができる。
【００２３】
この発明のある局面に係わる電力変換装置は、マトリックスコンバータを備える。ＡＣ−ＤＣ−ＡＣ間接変換方式と比べてマトリックスコンバータの優れる点は、以下の（１）〜（４）のとおりである。
【００２４】
（１）小型化および軽量化が可能
電力変換装置の入力および出力間に挿入される半導体素子数が少なくて済むので、入力および出力間の電流経路上の半導体素子の損失が低減でき、これにより電力変換装置の損失を低減することができる。従って、ヒートシンクなどに代表される冷却部品を小型軽量化できるので、マトリックスコンバータを適用した電力変換装置はＡＣ−ＤＣ−ＡＣ間接変換方式と比べて小型軽量化を図ることができる。
【００２５】
また、マトリックスコンバータは、入力電流の位相を制御できることが知られている（非特許文献１参照）。従って、入力電圧と同位相になるように入力電流位相を制御した場合、入力力率を１にすることができる。一般的に、ＡＣ−ＤＣ−ＡＣ間接変換方式におけるＡＣ−ＤＣ変換方式は、ダイオード整流器を適用する方式およびＰＷＭ整流器を適用する方式に大別される。そして、一般的に、ダイオード整流器を適用する方式は、安価で構成が容易であり、かつ高効率であるが、入力力率が比較的悪いという欠点を持っている。また、一般的に、ＰＷＭ整流器を適用する方式は、マトリックスコンバータと同様に入力力率１を実現することができるが、高価であり、構成が複雑であり、かつ損失が大きいという欠点を持っている。
【００２６】
以上のことから、マトリックスコンバータはダイオード整流器を適用したＡＣ−ＤＣ−ＡＣ間接変換方式と異なり、力率１を実現することができる。これにより、マトリックスコンバータの入力電源設備容量、たとえば入力電源および発電機などの容量を低減できるため、マトリックスコンバータの入力電源設備の小型化を図ることができる。さらに、マトリックスコンバータは、ＰＷＭ整流器を適用したＡＣ−ＤＣ−ＡＣ間接変換方式と比べて損失が小さくなる。
【００２７】
なお、入力電源設備容量Ｓは、一般的に、以下の式で表わされる。
Ｓ［ＶＡ］＝Ｐ［ＶＡ］÷η÷ＰＦ
ただし、Ｐはマトリックスコンバータの出力電力すなわち負荷が要求する電力であり、ηはマトリックスコンバータの効率であり、ＰＦはマトリックスコンバータの入力力率である。
【００２８】
さらに、マトリックスコンバータは入力力率を１にすることができる為、ダイオード整流器を適用したＡＣ−ＤＣ−ＡＣ間接変換方式と比べて入力電流を小さくすることができる。これにより、入力電源設備およびマトリックスコンバータ間の配線を細くすることができるため、小型化および軽量化を図ることができる。
【００２９】
なお、三相の場合における入力電流Ｉは、一般的に、以下の式で表わされる。
Ｉ［Ａ］＝Ｓ［ＶＡ］÷Ｖ［Ｖ］÷３
ただし、Ｖはマトリックスコンバータの入力電圧すなわち入力電源設備の出力電圧である。
【００３０】
また、単相の場合における入力電流Ｉは、一般的に、以下の式で表わされる。
Ｉ［Ａ］＝Ｓ［ＶＡ］÷Ｖ［Ｖ］
航空機においては機器重量が重視され、少しでも軽量化を図ることが重要であり、従って、上記のように配線が少しでも細くなることが好ましく、電力変換装置が少しでも小さくかつ軽くなることが好ましい。
【００３１】
（２）長寿命化が可能
マトリックスコンバータは、一般的に直流部を有さないことが知られている（非特許文献１参照）。
【００３２】
これに対して、ＡＣ−ＤＣ−ＡＣ間接変換方式では、入力交流電力を一旦直流電力に変換し、再度任意の交流電力を生成する方式であるため、直流部を有する。この直流部では、一般的に容量の大きい電解コンデンサ等を設けることにより、入力交流電力を直流電力に変換している。
【００３３】
一般的に、電解コンデンサには寿命があり、抵抗器および半導体素子などの電力変換装置を構成する部品と比べて寿命が短い。電力変換装置の寿命は当該電解コンデンサの寿命と同一視される場合もある。
【００３４】
これに対して、マトリックスコンバータは、上記の通り直流部を有さないことから、電解コンデンサが不要である。したがって、長寿命化を図ることができる。
【００３５】
なお、一般的な観点から、電力変換装置の寿命が長くなることは、システムに組み込まれた電力変換装置の交換回数が少なくなる場合があるため、好ましい。
【００３６】
（３）電力回生機能がある
マトリックスコンバータは、一般的に、エネルギーの伝達方向の制約がない為、負荷で発生したエネルギーを入力側に回生できることが知られている。
【００３７】
これに対して、ダイオード整流器を適用したＡＣ−ＤＣ−ＡＣ間接変換方式では、ダイオード整流器によりエネルギーの伝達方向はある一方向に制限される。
【００３８】
なお、一般的に、ダイオード整流器を適用したＡＣ−ＤＣ−ＡＣ間接変換方式においては、負荷の端部に放電用の抵抗器を設けることにより、負荷で発生したエネルギーを放電する。この場合、負荷のエネルギーを抵抗器の熱に変換するので、負荷のエネルギーは有効に利用されない。更には、放電用の抵抗器を別途設ける必要があり、小型軽量化を妨げる。
【００３９】
なお、負荷でエネルギーが発生する例としては、以下のようなものがある。すなわち、電車などを駆動するインバータにおいては、インバータにより電動機を駆動して、この電動機によって電車が走行する。電車の加速時などはインバータを介して、その加速に要するエネルギー相当分を電動機に供給する。そして、電車の減速時において、電動機が発電機のようにエネルギーを発生する。
【００４０】
（４）低ノイズ化
ＡＣ−ＤＣ−ＡＣ間接変換方式は、前述の通り直流部を有する。一般的に、インバータは直流部の電圧を受けて、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）およびＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などに代表される半導体素子によって、直流部の電圧を当該半導体素子でスイッチングすることにより、任意に設定された出力電圧および出力周波数へ変調する。
【００４１】
この場合、直流部の電圧を当該半導体素子のスイッチングによりオン・オフした矩形波電圧が生じる。この矩形波電圧の最大値は、スイッチングサージなどを除き、理想的には直流電圧振幅になる。
【００４２】
従って、電圧変動率ｄｖ／ｄｔにおいて、ｄｖがマトリックスコンバータに比べて大きく、ｄｔは当該半導体素子の特性によって概ね決定されることから、当該半導体素子の電圧変動率ｄｖ／ｄｔは大きくなる。そうすると、当該半導体素子の電圧の変動によって発生するノイズを低減するために、各所にノイズフィルタを挿入する等のノイズ対策が必要になり、電力変換装置が大型かつ高重量になってしまう。
【００４３】
これに対して、マトリックスコンバータは、前述の通り直流部を有さない為、ＦＥＴおよびＩＧＢＴなどに代表される半導体素子を用いて、任意に設定された出力電圧および出力周波数に変調する場合に、当該半導体素子の電圧変動率ｄｖ／ｄｔは前述のＡＣ−ＤＣ−ＡＣ間接変換方式と比べて小さくなる。
【００４４】
即ち、ＡＣ−ＤＣ−ＡＣ間接変換方式における半導体素子の電圧変動は、直流部の電圧を受けた半導体素子を導通させた場合の半導体素子のオン電圧（一般的に数Ｖ）に対してスイッチングすなわちオン・オフを繰り返した形になる。
【００４５】
これに対して、マトリックスコンバータは、入力電圧の任意の相の電圧を半導体素子によって変調する為、半導体素子の電圧変動が、入力電圧の任意の相の電圧と半導体素子を導通させた場合の半導体素子のオン電圧（一般的に数Ｖ）とをスイッチングによって繰り返す形になる。
【００４６】
このため、マトリックスコンバータでは、ＡＣ−ＤＣ−ＡＣ間接変換方式に比べて半導体素子の電圧変動ｄｖ／ｄｔを抑制できることから、挿入するノイズフィルタの数量が少なくなり、サイズが小さくなる場合がある。従って、マトリックスコンバータは、ＡＣ−ＤＣ−ＡＣ間接変換方式に比べて小型軽量化を図ることができる。
【００４７】
この発明のある局面に係わる電力変換装置は、好ましくは、単相リアクトルを備える。三相リアクトルと比べて単相リアクトルの優れる点は、以下の（１）〜（２）のとおりである。
【００４８】
（１）磁気回路の非共通化
三相リアクトルは、後述するように磁気回路が共通である。これに対して、単相リアクトルを各相ごとに設ける構成では、単相リアクトル同士の磁気的結合がない為、下記の優れた点がある。すなわち、三相リアクトルでは、例えば、三相のうちの一相に過大な磁束が発生してコア飽和が発生した場合、コアが共通であるため、三相とも設計値通りのインダクタンス成分が発生しない場合がある。即ち、ある相に発生したコア磁束に関する影響が他の相にも発生する。
【００４９】
これに対して、単相リアクトルを各相ごとに設ける構成では、各単相リアクトル間の磁気的結合がない為、他の単相リアクトルに発生したコア磁束に関する影響が他の単相リアクトルには発生しない。
【００５０】
したがって、例えば、１つの単相リアクトルに過電流などが発生してコア磁束が飽和した場合、その相は単相リアクトルのインダクタンス値が設計値通りのインダクタンス値ではなくなる。このため、負荷へのノイズを設計通り抑制することができないが、他の相については設計通りノイズを抑制可能である。これにより、負荷の一相分の過電流などの異常に対して、負荷に与えるノイズ等の影響を少なくすることができる。
【００５１】
（２）設置場所の自由度改善
三相リアクトルは、三相分が１組のコアおよび３つの巻線などで構成され、一般的に他の部品より大きい。
【００５２】
これに対して、単相リアクトルは、単相分が１組のコアおよび１つの巻線などで構成され、三相の場合には単相リアクトルを３つ配置する必要がある。一般的に、単相リアクトルおよび三相リアクトルを同じ仕様に従って設計した場合、三相リアクトルの大きさは１つの単相リアクトルより大きい。但し、一般的には、三相リアクトル１つの体積と単相リアクトル３つの体積とでは、三相リアクトルの方が小さい。
【００５３】
当該リアクトル等の配置に関して、一般的には物理的な制約が発生する。即ち、１つの単相リアクトルは１つの三相リアクトルより小さい為、比較的配置の自由度が高い。これに対して、三相リアクトルは１つの単相リアクトルより大きいので、配置可能な場所が限定される場合がある。
【００５４】
以上のように、三相リアクトルは３つのリアクトルが一体的に構成されるため、その大きさおよび重さに起因して配置場所に制約が発生する。これに対して、単相リアクトルは、１つのリアクトルが１つの物体として構成されるため、三相リアクトルより一般的に小さく、三相リアクトルと比べて配置の自由度が高い。
【発明の効果】
【００５５】
本発明によれば、複数相の電源から供給される交流電力を変換して複数相の負荷に安定して供給し、かつ小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５６】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００５７】
＜第１の実施の形態＞
［電源システム２５１および電力変換装置１５１］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る電源システム２５１の構成を示す図である。
【００５８】
図１を参照して、電源システム２５１は、交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷと、電力変換装置１５１と、負荷部ＬＵとを備える。電力変換装置１５１は、入力フィルタＦＬＸ２と、出力フィルタＦＬＹ２と、マトリックスコンバータＭＸとを含む。入力フィルタＦＬＸ２は、三相リアクトルＬＩＴと、コンデンサＣＩＵ２，ＣＩＶ２，ＣＩＷ２とを含む。三相リアクトルＬＩＴは、リアクトルＬＩＵ２，ＬＩＶ２，ＬＩＷ２を含む。出力フィルタＦＬＹ２は、三相リアクトルＬＯＴと、コンデンサＣＯＡ２，ＣＯＢ２，ＣＯＣ２とを含む。三相リアクトルＬＯＴは、リアクトルＬＯＡ２，ＬＯＢ２，ＬＯＣ２を含む。マトリックスコンバータＭＸは、双方向スイッチＳＡ１，ＳＡ２，ＳＡ３，ＳＢ１，ＳＢ２，ＳＢ３，ＳＣ１，ＳＣ２，ＳＣ３を含む。負荷部ＬＵは、負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣを含む。
【００５９】
以下、交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷの各々を交流電源Ｅと称する場合がある。負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣの各々を負荷Ｌと称する場合がある。リアクトルＬＩＵ２，ＬＩＶ２，ＬＩＷ２の各々をリアクトルＬＩ２と称する場合がある。コンデンサＣＩＵ２，ＣＩＶ２，ＣＩＷ２の各々をコンデンサＣＩ２と称する場合がある。リアクトルＬＯＡ２，ＬＯＢ２，ＬＯＣ２の各々をリアクトルＬＯ２と称する場合がある。コンデンサＣＯＡ２，ＣＯＢ２，ＣＯＣ２の各々をコンデンサＣＯ２と称する場合がある。
【００６０】
電源システム２５１は、航空機および建設機械等に搭載される。電源システム２５１において、交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷの中性点ＮＰ１と負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣの中性点ＮＰ２とが共通の安定電位ＳＰに結合されている。ここで、安定電位とは、電源システム２５１における他の部分と比べてインピーダンスが小さく電位変動が微小な部分の電位であり、たとえば航空機のフレームグランドすなわち機体の電位である。ここで、機体は、導電性を有する材質からなる。また、航空機等の大型機に電源システム２５１が組み込まれる場合には、中性点ＮＰ１および中性点ＮＰ２の距離が大きくなることから、中性点ＮＰ１と機体は、接続経路のインピーダンスが最小となる箇所において接続されることが好ましい。中性点ＮＰ２と機体も、接続経路のインピーダンスが最小となる箇所において接続されることが好ましい。
【００６１】
電力変換装置１５１は、交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷの各々から供給されるＵ相，Ｖ相，Ｗ相の交流電力を任意の周波数および任意の振幅を有するＡ相，Ｂ相，Ｃ相の交流電力に変換して負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣにそれぞれ供給する。
【００６２】
入力フィルタＦＬＸ２は、交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷとマトリックスコンバータＭＸとの間に設けられている。より詳細には、リアクトルＬＩＵ２，ＬＩＶ２，ＬＩＷ２は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相に対応して設けられ、対応の相の交流電源ＥとマトリックスコンバータＭＸとの間に接続されている。コンデンサＣＩＵ２，ＣＩＶ２，ＣＩＷ２はΔ結線されている、すなわち三相リアクトルＬＩＴとマトリックスコンバータＭＸとの間におけるＵ相，Ｖ相，Ｗ相の配線間にそれぞれ接続されている。
【００６３】
出力フィルタＦＬＹ２は、マトリックスコンバータＭＸと負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣとの間に設けられている。リアクトルＬＯＡ２，ＬＯＢ２，ＬＯＣ２は、Ａ相，Ｂ相，Ｃ相に対応して設けられ、対応の相の負荷ＬとマトリックスコンバータＭＸとの間に接続されている。コンデンサＣＯＡ２，ＣＯＢ２，ＣＯＣ２はΔ結線されている、すなわち、三相リアクトルＬＯＴと負荷Ｌとの間におけるＡ相，Ｂ相，Ｃ相の配線間にそれぞれ接続されている。
【００６４】
マトリックスコンバータＭＸにおいて、双方向スイッチＳＡ１は、リアクトルＬＩＵ２とリアクトルＬＯＡ２との間に接続されている。双方向スイッチＳＡ２は、リアクトルＬＩＶ２とリアクトルＬＯＡ２との間に接続されている。双方向スイッチＳＡ３は、リアクトルＬＩＷ２とリアクトルＬＯＡ２との間に接続されている。双方向スイッチＳＢ１は、リアクトルＬＩＵ２とリアクトルＬＯＢ２との間に接続されている。双方向スイッチＳＢ２は、リアクトルＬＩＶ２とリアクトルＬＯＢ２との間に接続されている。双方向スイッチＳＢ３は、リアクトルＬＩＷ２とリアクトルＬＯＢ２との間に接続されている。双方向スイッチＳＣ１は、リアクトルＬＩＵ２とリアクトルＬＯＣ２との間に接続されている。双方向スイッチＳＣ２は、リアクトルＬＩＶ２とリアクトルＬＯＣ２との間に接続されている。双方向スイッチＳＣ３は、リアクトルＬＩＷ２とリアクトルＬＯＣ２との間に接続されている。
【００６５】
双方向スイッチＳＡ１，ＳＡ２，ＳＡ３，ＳＢ１，ＳＢ２，ＳＢ３，ＳＣ１，ＳＣ２，ＳＣ３の各々は、たとえば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）およびダイオードを直列接続した回路を２つ用意し、互いの導通方向が逆向きになるようにこの２つの回路を並列接続した構成である。あるいは、これらの双方向スイッチは、逆耐圧性能を有する２つの逆阻止ＩＧＢＴが、互いの導通方向が逆向きになるように並列接続されている構成であってもよい。
【００６６】
入力フィルタＦＬＸ２は、交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷからそれぞれ受けたＵ相，Ｖ相，Ｗ相の交流電力に含まれる所定周波数以上のノーマルモードノイズを減衰させ、減衰後の交流電力をマトリックスコンバータＭＸへ出力する。
【００６７】
マトリックスコンバータＭＸは、外部から受けた制御信号に基づいて双方向スイッチＳＡ１，ＳＡ２，ＳＡ３，ＳＢ１，ＳＢ２，ＳＢ３，ＳＣ１，ＳＣ２，ＳＣ３をそれぞれオン・オフすることにより、入力フィルタＦＬＸ２を通過したＵ相，Ｖ相，Ｗ相の交流電力を任意の周波数および任意の電圧／電流振幅を有するＡ相，Ｂ相，Ｃ相の交流電力に変換し、出力フィルタＦＬＹ２へ出力する。
【００６８】
出力フィルタＦＬＹ２は、マトリックスコンバータＭＸから受けたＡ相，Ｂ相，Ｃ相の交流電力に含まれる所定周波数以上のノーマルモードノイズを減衰させ、減衰後の交流電力を負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣへそれぞれ出力する。
【００６９】
ここで、入力フィルタＦＬＸ２および出力フィルタＦＬＹ２が減衰させるノイズの周波数は、電源システム２５１の仕様に応じて適宜変更され、たとえば負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣへ供給すべき交流電力の周波数より高い周波数である。
【００７０】
図２は、本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置１５１における三相リアクトルの構成を示す図である。
【００７１】
図２を参照して、三相リアクトルＬＩＴは、コアＭＣ１，ＭＣ２と、巻線部ＷＵ，ＷＶ，ＷＷとを含む。巻線部ＷＵ，ＷＶ，ＷＷおよび対応のコア部分がそれぞれリアクトルＬＩＵ２，ＬＩＶ２，ＬＩＷ２に対応している。
【００７２】
コアＭＣ１，ＭＣ２はＥ型であり、コアＭＣ１の端部、コアＭＣ２の端部、およびコアＭＣ１の端部とコアＭＣ２の端部との間のギャップが巻線部ＷＵ，ＷＶ，ＷＷにそれぞれ覆われている。なお、三相リアクトルＬＩＴは、コアＭＣ１の端部とコアＭＣ２の端部とが接触していてギャップが存在しない構成であってもよい。
【００７３】
図３は、本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置１５１における三相リアクトルの他の構成を示す図である。
【００７４】
図３を参照して、三相リアクトルＬＩＴは、コアＭＣ１，ＭＣ２と、巻線部ＷＵ，ＷＶ，ＷＷとを含む。巻線部ＷＵ，ＷＶ，ＷＷおよび対応のコア部分がそれぞれリアクトルＬＩＵ２，ＬＩＶ２，ＬＩＷ２に対応している。
【００７５】
コアＭＣ１はＥ型であり、コアＭＣ２はＩ型である。コアＭＣ１の端部付近が巻線部ＷＵ，ＷＶ，ＷＷにそれぞれ覆われている。なお、三相リアクトルＬＩＴは、コアＭＣ１の端部とコアＭＣ２とが接触していてギャップが存在しない構成であってもよい。
【００７６】
図４は、本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置１５１における三相リアクトルの他の構成を示す図である。
【００７７】
図４を参照して、三相リアクトルＬＩＴは、Ｉ型のコアＭＣ１，ＭＣ２，ＭＣＵ１，ＭＣＵ２，ＭＣＶ１，ＭＣＶ２，ＭＣＷ１，ＭＣＷ２と、巻線部ＷＵ，ＷＶ，ＷＷとを含む。巻線部ＷＵ、コアＭＣ１，ＭＣ２の対応部分およびコアＭＣＵ１，ＭＣＵ２がリアクトルＬＩＵ２に対応している。巻線部ＷＶ、コアＭＣ１，ＭＣ２の対応部分およびコアＭＣＶ１，ＭＣＶ２がリアクトルＬＩＶ２に対応している。巻線部ＷＷ、コアＭＣ１，ＭＣ２の対応部分およびコアＭＣＷ１，ＭＣＷ２がリアクトルＬＩＷ２に対応している。
【００７８】
コアＭＣＵ１の端部、コアＭＣＵ２の端部、およびコアＭＣＵ１の端部とコアＭＣＵ２の端部との間のギャップが巻線部ＷＵに覆われている。コアＭＣＶ１の端部、コアＭＣＶ２の端部、およびコアＭＣＶ１の端部とコアＭＣＶ２の端部との間のギャップが巻線部ＷＶに覆われている。コアＭＣＷ１の端部、コアＭＣＷ２の端部、およびコアＭＣＷ１の端部とコアＭＣＷ２の端部との間のギャップが巻線部ＷＷに覆われている。なお、三相リアクトルＬＩＴは、各コアが接触していてギャップが存在しない構成であってもよい。
【００７９】
三相リアクトルＬＯＴの構成は三相リアクトルＬＩＴと同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。
【００８０】
電源システム２５１では、交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷの中性点ＮＰ１および負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣの中性点ＮＰ２が共通の安定電位ＳＰに結合されている。このような構成により、交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷの電位が不定になることを防ぐことができるため、負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣの誤動作を防ぐことができる。
【００８１】
また、負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣにそれぞれ供給すべき電力量が異なる場合、平衡状態である負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣのいずれかに単相負荷がさらに接続される場合、および負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣにそれぞれ接続された単相負荷に供給すべき電力量が異なる場合には、負荷部ＬＵの三相負荷量が不平衡になる。しかしながら、電源システム２５１では、このような不平衡分の電流を負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣの中性点ＮＰ２から交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷの中性点ＮＰ１へ流すことができる。
【００８２】
［電源システム２５１および電力変換装置１５１の課題］
一方、交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷの中性点ＮＰ１および負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣの中性点ＮＰ２を安定電位ＳＰに接続すると、交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷからの各相の交流電力の不平衡、入力フィルタＦＬＸ２からの各相の出力電圧の不平衡、マトリックスコンバータＭＸの各スイッチを制御するパルスのデューティの不平衡および負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣに供給される各相の交流電力の不平衡により、負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣの中性点ＮＰ２と交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷの中性点ＮＰ１との間に電流が流れる。そして、マトリックスコンバータＭＸの各スイッチのスイッチングによって発生する各相のリップル電圧の差異により、負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣの中性点ＮＰ２と交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷの中性点ＮＰ１との間にスイッチング周波数成分を有する高周波電流が流れる。すなわち、中性点ＮＰ２と中性点ＮＰ１との間に高周波電流が流れ、この高周波電流によってコモンモードノイズが発生する。
【００８３】
なお、本発明の実施の形態において、コモンモードノイズとは、電源システムにおけるＵ相，Ｖ相，Ｗ相の各回路で、あるタイミングにおいて電流または電圧の向きが等しいノイズを意味する。コモンモードノイズである各相の電流は負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣの中性点ＮＰ２において打ち消し合わないため、コモンモードノイズによって中性点ＮＰ２およびＮＰ１を介して電流が流れることになる。これに対して、ノーマルモードノイズとは、負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣの中性点ＮＰ２において打ち消し合うような電流を意味する。
【００８４】
図５は、電力変換装置１５１における三相リアクトルを通して流れる正弦波電流を示す波形図である。図５は、正規化した電流波形を示している。
【００８５】
図６は、図５に示す正弦波電流が流れた場合の図２に示す三相リアクトルにおける電流の向きを示す図である。
【００８６】
以下、三相リアクトルＬＩＴにおける３つのリアクトルＬＩＵ２，ＬＩＶ２，ＬＩＷ２について、巻線部ＷＵ，ＷＶ，ＷＷの巻数が同じであり、巻方向が同じであり、コアＭＣ１，ＭＣ２がそれぞれ左右対称であると仮定する。また、コアＭＣ１，ＭＣ２間にギャップが存在する場合には、そのギャップ長、ならびにギャップに使用される材質の透磁率等の磁気的、電気的および機械的特性が同一であると仮定する。
【００８７】
この場合、図５に示すような三相平衡でかつ歪みのない理想的な正弦波電流を三相リアクトルＬＩＴに流すと、時刻ＡにおいてＵ相電流ＩＵすなわち巻線部ＷＵを通して流れる電流の振幅は最大の１となり、Ｖ相電流ＩＶすなわち巻線部ＷＶを通して流れる電流およびＷ相電流ＩＷすなわち巻線部ＷＷを通して流れる電流の振幅はそれぞれ−０．５となる。また、時刻Ａにおいて、巻線部ＷＵ，ＷＶ，ＷＷを通して流れる電流の向きは図６に示すようになる。
【００８８】
図７は、図５に示す正弦波電流が流れた場合の図２に示す三相リアクトルにおける電流および磁束の向きを示す図である。
【００８９】
図７を参照して、図５に示すような三相平衡でかつ歪みのない理想的な正弦波電流を三相リアクトルＬＩＴに流した場合、時刻Ａにおいて、リアクトルＬＩＵ２に発生する磁束ＦＬＵの向きとリアクトルＬＩＶ２，ＬＩＷ２にそれぞれ発生する磁束ＦＬＶ，ＦＬＷの向きとが異なる。このため、巻線部ＷＵ，ＷＶ，ＷＷはインダクタンス成分を有する。
【００９０】
図８は、三相リアクトルにおける高周波電流および磁束の向きを示す図である。
図８を参照して、電力変換装置１５１においては、前述のようにマトリックスコンバータＭＸのスイッチング等によってリップル成分を含む正弦波電流が三相リアクトルＬＩＴを通して流れる場合がある。すなわち、高周波電流が同一方向すなわち三相リアクトルＬＩＴのリアクトルＬＩＵ２，ＬＩＶ２，ＬＩＷ２から三相リアクトルＬＩＴの中性点へ向かって流れる場合がある。
【００９１】
このとき、三相リアクトルＬＩＴのＵ相、Ｖ相およびＷ相すなわちリアクトルＬＩＵ２，ＬＩＶ２，ＬＩＷ２でそれぞれ発生する磁束ＦＬＵ，ＦＬＶ，ＦＬＷの方向は互いに打ち消し合う方向となる。このため、コアＭＣ１，ＭＣ２を通して磁束が流れなくなることから、巻線部ＷＵ，ＷＶ，ＷＷはこの高周波電流に対してインダクタンス成分を有さない。なお、三相リアクトルＬＩＴの各リアクトルを通して流れる正弦波電流の振幅が異なる場合であっても、磁束ＦＬＵ，ＦＬＶ，ＦＬＷは互いに弱め合うため、巻線部ＷＵ，ＷＶ，ＷＷのインダクタンス成分は低減される。
【００９２】
したがって、電力変換装置１５１における三相リアクトルＬＩＴは、マトリックスコンバータＭＸのスイッチング等に起因して流れる同一方向の高周波電流に対してインダクタンス成分を持たないため、この高周波電流を低減することは困難である。
【００９３】
なお、三相リアクトルＬＯＴについては図５〜図８を用いて説明した三相リアクトルＬＩＴの内容と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。
【００９４】
さらに、電力変換装置１５１では、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の各相配線間に接続されたコンデンサＣＩＵ２，ＣＩＶ２，ＣＩＷ２はΔ結線されており、コンデンサＣＩＵ２，ＣＩＶ２，ＣＩＷ２の中性点は安定電位ＳＰに接続されていない。このため、入力フィルタＦＬＸ２は、中性点ＮＰ１およびＮＰ２に対してインピーダンスを有しない。また、電力変換装置１５１では、Ａ相、Ｂ相およびＣ相の各相配線間に接続されたコンデンサＣＯＡ２，ＣＯＢ２，ＣＯＣ２はΔ結線されており、コンデンサＣＯＡ２，ＣＯＢ２，ＣＯＣ２の中性点は安定電位ＳＰに接続されていない。このため、出力フィルタＦＬＹ２は、中性点ＮＰ１およびＮＰ２に対してインピーダンスを有しない。
【００９５】
したがって、電力変換装置１５１におけるコンデンサＣＩＵ２，ＣＩＶ２，ＣＩＷ２およびコンデンサＣＯＡ２，ＣＯＢ２，ＣＯＣ２は、マトリックスコンバータＭＸのスイッチング等に起因して中性点ＮＰ１およびＮＰ２を流れる高周波電流すなわちコモンモードノイズを低減することができない。ここで、中性点ＮＰ１およびＮＰ２間に抵抗を設けて高周波電流を低減する方法が考えられるが、このような構成では、高周波電流の振幅に応じて中性点ＮＰ１およびＮＰ２の電位が不安定になってしまう。
【００９６】
そして、コモンモードノイズが交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷの入力側へ与えられると、交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷから出力される各相の交流電力波形に歪が生じ、負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣの誤動作などの弊害が生じてしまう。
【００９７】
また、マトリックスコンバータＭＸのスイッチングに起因して発生する電流の周波数は、電力変換装置１５１の入出力周波数すなわち交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷから供給される交流電力の周波数および負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣに供給される交流電力の周波数と比べて十分に大きい。すなわち、この高周波電流はマトリックスコンバータＭＸのスイッチング周波数を有するため、マトリックスコンバータＭＸのスイッチング制御によって低減させることができない。
【００９８】
また、電力変換装置１５１ではマトリックスコンバータＭＸを用いているため、負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣの中性点ＮＰ２と交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷの中性点ＮＰ１との間に流れる電流により、入力電流に歪が生じることから、入力電流力率が悪化する。そうすると、電力変換装置１５１の入力電力が増加し、電力変換装置１５１の破損すなわち交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷとマトリックスコンバータＭＸとの間の配線および入力フィルタＦＬＸ２等の回路の焼損が生じる場合がある。
【００９９】
一方、マトリックスコンバータを用いない特許文献１および２に記載のＡＣ−ＤＣ−ＡＣ間接変換方式では、交流電源の中性点および負荷の中性点を共通の安定電位に接続することによって負荷の中性点と交流電源の中性点との間に高周波電流が流れても、直流部におけるコンデンサによってコモンモードノイズが吸収されるため、負荷の誤動作などの弊害は生じない。これに対して、マトリックスコンバータを用いる特許文献３および４に記載のＡＣ−ＡＣ直接変換方式では、交流電源の出力変動がそのまま負荷に伝達されてしまう。
【０１００】
このため、マトリックスコンバータを用いるＡＣ−ＡＣ直接変換方式では、特許文献３および４に記載の構成からも分かるように、交流電源の中性点および負荷の中性点を接続することは、通常は行なわれない。なお、特許文献２および４に記載の構成では、交流電源の中性点が接地されており、モータのフレームが接地されているが、「モータのフレーム」は負荷の中性点とはまったく異なるものである。
【０１０１】
しかしながら、以下で説明する本発明の第１の実施の形態に係る電源システム２０１では、電源システム２５１のように交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷの中性点ＮＰ１および負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣの中性点ＮＰ２を安定電位ＳＰに接続することにより、推測不可能な中性点の不定電位の発生を防ぐ。そして、これに加えて、中性点ＮＰ１および中性点ＮＰ２を接続することによって発生する推測可能なコモンモードノイズを抑制するフィルタを設ける。
【０１０２】
［電源システム２０１および電力変換装置１０１］
図９は、本発明の第１の実施の形態に係る電源システム２０１の構成を示す図である。
【０１０３】
図９を参照して、電源システム２０１は、交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷと、電力変換装置１０１と、負荷部ＬＵとを備える。電力変換装置１０１は、入力フィルタＦＬＸ１と、出力フィルタＦＬＹ１と、マトリックスコンバータＭＸとを含む。入力フィルタＦＬＸ１は、単相リアクトルＬＩＵ１，ＬＩＶ１，ＬＩＷ１と、コンデンサＣＩＵ１，ＣＩＶ１，ＣＩＷ１とを含む。出力フィルタＦＬＹ１は、単相リアクトルＬＯＡ１，ＬＯＢ１，ＬＯＣ１と、コンデンサＣＯＡ１，ＣＯＢ１，ＣＯＣ１とを含む。マトリックスコンバータＭＸは、双方向スイッチＳＡ１，ＳＡ２，ＳＡ３，ＳＢ１，ＳＢ２，ＳＢ３，ＳＣ１，ＳＣ２，ＳＣ３を含む。負荷部ＬＵは、負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣを含む。
【０１０４】
以下、単相リアクトルＬＩＵ１，ＬＩＶ１，ＬＩＷ１の各々を単相リアクトルＬＩ１と称する場合がある。コンデンサＣＩＵ１，ＣＩＶ１，ＣＩＷ１の各々をコンデンサＣＩ１と称する場合がある。単相リアクトルＬＯＡ１，ＬＯＢ１，ＬＯＣ１の各々を単相リアクトルＬＯ１と称する場合がある。コンデンサＣＯＡ１，ＣＯＢ１，ＣＯＣ１の各々をコンデンサＣＯ１と称する場合がある。
【０１０５】
電源システム２０１は、航空機および建設機械等に搭載される。電源システム２０１において、交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷの中性点ＮＰ１と負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣの中性点ＮＰ２とが共通の安定電位ＳＰに結合されている。ここで、安定電位とは、電源システム２０１における他の部分と比べてインピーダンスが小さく電位変動が微小な部分の電位であり、たとえば航空機のフレームグランドすなわち機体の電位である。ここで、機体は、導電性を有する材質からなる。また、航空機等の大型機に電源システム２０１が組み込まれる場合には、中性点ＮＰ１および中性点ＮＰ２の距離が大きくなることから、中性点ＮＰ１と機体は、接続経路のインピーダンスが最小となる箇所において接続されることが好ましい。中性点ＮＰ２と機体も、接続経路のインピーダンスが最小となる箇所において接続されることが好ましい。
【０１０６】
電力変換装置１０１は、交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷの各々から供給されるＵ相，Ｖ相，Ｗ相の交流電力を任意の周波数および任意の振幅を有するＡ相，Ｂ相，Ｃ相の交流電力に変換して負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣにそれぞれ供給する。
【０１０７】
入力フィルタＦＬＸ１は、交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷとマトリックスコンバータＭＸとの間に設けられている。より詳細には、単相リアクトルＬＩＵ１，ＬＩＶ１，ＬＩＷ１は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相に対応して設けられ、対応の相の交流電源ＥとマトリックスコンバータＭＸとの間に接続されている。コンデンサＣＩＵ１，ＣＩＶ１，ＣＩＷ１はＹ結線されている、すなわちＵ相，Ｖ相，Ｗ相に対応して設けられ、マトリックスコンバータＭＸおよび対応の相の単相リアクトルＬＩ１の接続ノードと安定電位ＳＰとの間に接続されている。
【０１０８】
出力フィルタＦＬＹ１は、マトリックスコンバータＭＸと負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣとの間に設けられている。より詳細には、単相リアクトルＬＯＡ１，ＬＯＢ１，ＬＯＣ１は、Ａ相，Ｂ相，Ｃ相に対応して設けられ、対応の相の負荷ＬとマトリックスコンバータＭＸとの間に接続されている。コンデンサＣＯＡ１，ＣＯＢ１，ＣＯＣ１はＹ結線されている、すなわち、Ａ相，Ｂ相，Ｃ相に対応して設けられ、マトリックスコンバータＭＸおよび対応の相の単相リアクトルＬＯ１の接続ノードと安定電位ＳＰとの間に接続されている。
【０１０９】
マトリックスコンバータＭＸにおいて、双方向スイッチＳＡ１は、単相リアクトルＬＩＵ１と単相リアクトルＬＯＡ１との間に接続されている。双方向スイッチＳＡ２は、単相リアクトルＬＩＶ１と単相リアクトルＬＯＡ１との間に接続されている。双方向スイッチＳＡ３は、単相リアクトルＬＩＷ１と単相リアクトルＬＯＡ１との間に接続されている。双方向スイッチＳＢ１は、単相リアクトルＬＩＵ１と単相リアクトルＬＯＢ１との間に接続されている。双方向スイッチＳＢ２は、単相リアクトルＬＩＶ１と単相リアクトルＬＯＢ１との間に接続されている。双方向スイッチＳＢ３は、単相リアクトルＬＩＷ１と単相リアクトルＬＯＢ１との間に接続されている。双方向スイッチＳＣ１は、単相リアクトルＬＩＵ１と単相リアクトルＬＯＣ１との間に接続されている。双方向スイッチＳＣ２は、単相リアクトルＬＩＶ１と単相リアクトルＬＯＣ１との間に接続されている。双方向スイッチＳＣ３は、単相リアクトルＬＩＷ１と単相リアクトルＬＯＣ１との間に接続されている。
【０１１０】
入力フィルタＦＬＸ１は、交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷからそれぞれ受けたＵ相，Ｖ相，Ｗ相の交流電力に含まれる所定周波数以上のノーマルモードノイズおよびコモンモードノイズを減衰させ、減衰後の交流電力をマトリックスコンバータＭＸへ出力する。
【０１１１】
マトリックスコンバータＭＸは、外部から受けた制御信号に基づいて双方向スイッチＳＡ１，ＳＡ２，ＳＡ３，ＳＢ１，ＳＢ２，ＳＢ３，ＳＣ１，ＳＣ２，ＳＣ３をそれぞれオン・オフすることにより、入力フィルタＦＬＸ１を通過したＵ相，Ｖ相，Ｗ相の交流電力を任意の周波数および任意の電圧／電流振幅を有するＡ相，Ｂ相，Ｃ相の交流電力に変換し、出力フィルタＦＬＹ１へ出力する。
【０１１２】
出力フィルタＦＬＹ１は、マトリックスコンバータＭＸから受けたＡ相，Ｂ相，Ｃ相の交流電力に含まれる所定周波数以上のノーマルモードノイズおよびコモンモードノイズを減衰させ、減衰後の交流電力を負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣへそれぞれ出力する。
【０１１３】
図１０は、本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置における各単相リアクトルの構成を示す図である。
【０１１４】
図１０を参照して、単相リアクトルＬＯＡ１は、コアＭＣＡ１，ＭＣＡ２と、巻線部ＷＡ１，ＷＡ２とを含む。単相リアクトルＬＯＢ１は、コアＭＣＢ１，ＭＣＢ２と、巻線部ＷＢ１，ＷＢ２とを含む。単相リアクトルＬＯＣ１は、コアＭＣＣ１，ＭＣＣ２と、巻線部ＷＣ１，ＷＣ２とを含む。
【０１１５】
コアＭＣＡ１，ＭＣＡ２はコの字型であり、コアＭＣＡ１の端部、コアＭＣＡ２の端部、およびコアＭＣＡ１の端部とコアＭＣＡ２の端部との間のギャップが巻線部ＷＡ１およびＷＡ２にそれぞれ覆われている。コアＭＣＢ１，ＭＣＢ２はコの字型であり、コアＭＣＢ１の端部、コアＭＣＢ２の端部、およびコアＭＣＢ１の端部とコアＭＣＢ２の端部との間のギャップが巻線部ＷＢ１およびＷＢ２にそれぞれ覆われている。コアＭＣＣ１，ＭＣＣ２はコの字型であり、コアＭＣＣ１の端部、コアＭＣＣ２の端部、およびコアＭＣＣ１の端部とコアＭＣＣ２の端部との間のギャップが巻線部ＷＣ１およびＷＣ２にそれぞれ覆われている。
【０１１６】
ここで、電力変換装置１５１における三相リアクトルＬＩＴではコアが共通すなわち各相のリアクトルで磁路が共通であったが、電力変換装置１０１における単相リアクトルＬＯＡ１，ＬＯＢ１，ＬＯＣ１ではコアが別個に設けられており、各相の磁路が別々である。
【０１１７】
単相リアクトルＬＯＡ１，ＬＯＢ１，ＬＯＣ１の各ギャップの長さはたとえば数ｍｍであり、上記各単相リアクトルの間隔Ｄ１およびＤ２は、各単相リアクトルの磁束が他の単相リアクトルの磁束の影響を受けないようにたとえば数ｃｍの距離に設定される。
【０１１８】
単相リアクトルＬＩＵ１，ＬＩＶ１，ＬＩＷ１の構成は単相リアクトルＬＯＡ１，ＬＯＢ１，ＬＯＣ１の構成と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。
【０１１９】
また、以下の変形例を含む単相リアクトルの説明では、単相リアクトルＬＯＡ１について代表的に説明するが、電力変換装置１５１における他の単相リアクトルについても同様である。
【０１２０】
図１１は、本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置における単相リアクトルの等価回路図である。
【０１２１】
図１１を参照して、単相リアクトルＬＯＡ１の等価回路は、巻線部ＷＡ１によって生じるインダクタンスと、巻線部ＷＡ２によって生じるインダクタンスとを含む。
【０１２２】
図１２は、本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置における単相リアクトルを並列回路で実現した場合を示す図である。
【０１２３】
図１２では、図１１に示す２つのインダクタンスを並列接続することにより、１つのインダクタンスを有するリアクトルを構成している。
【０１２４】
図１３は、本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置における単相リアクトルを並列回路で実現した場合を示す図である。
【０１２５】
図１３では、図１１に示す２つのインダクタンスを直列接続することにより、１つのインダクタンスを有するリアクトルを構成している。
【０１２６】
図１４は、本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置における単相リアクトルの変形例の構成を示す図である。図１５は、図１４に示す単相リアクトルの等価回路図である。
【０１２７】
図１４および図１５を参照して、単相リアクトルＬＯ１は、巻線部を１つだけ含む構成であってもよい。すなわち、単相リアクトルＬＯＡ１は、図１０に示す単相リアクトルＬＯＡ１と異なり、コアＭＣＡ２を含まない構成である。
【０１２８】
図１６は、本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置における単相リアクトルの変形例の構成を示す図である。
【０１２９】
図１６を参照して、単相リアクトルＬＯＡ１は、Ｉ型のコアＭＣＡ１，ＭＣＡ２，ＭＣＡ３，ＭＣＡ４と、巻線部ＷＡ１，ＷＡ２とを含む。
【０１３０】
コアＭＣＡ３が両端部を除いて巻線部ＷＡ１に覆われている。コアＭＣＡ４が両端部を除いて巻線部ＷＡ２に覆われている。なお、単相リアクトルＬＯＡ１は、各コアが接触していてギャップが存在しない構成であってもよい。
【０１３１】
図１７は、本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置における単相リアクトルの変形例の構成を示す図である。
【０１３２】
図１７を参照して、単相リアクトルＬＯＡ１は、Ｉ型のコアＭＣＡ１，ＭＣＡ２，ＭＣＡ３，ＭＣＡ４，ＭＣＡ５，ＭＣＡ６と、巻線部ＷＡ１，ＷＡ２とを含む。
【０１３３】
コアＭＣＡ３の端部とコアＭＣＡ４の端部との間のギャップが巻線部ＷＡ１に覆われている。コアＭＣＡ５の端部とコアＭＣＡ６の端部との間のギャップが巻線部ＷＡ２に覆われている。なお、単相リアクトルＬＯＡ１は、各コアが接触していてギャップが存在しない構成であってもよい。
【０１３４】
ところで、図２〜図４に示すような三相リアクトルは各相のリアクトルで共通のコアを含むため、単相リアクトルを各相分設ける構成と比べて小型である。このため、通常、電力変換装置１５１のように三相交流電力を扱う回路においては三相リアクトルが使用される。ここで、三相リアクトルを用いる電力変換装置１５１において、マトリックスコンバータＭＸのスイッチング等によって発生するコモンモードノイズを減衰させるために別途コモンモードノイズフィルタを設ける構成が考えられるが、このような構成では、小型化を図ることが困難となる。
【０１３５】
しかしながら、本発明の実施の形態に係る電力変換装置１０１では、三相リアクトルの代わりに単相リアクトルを用いる。このような構成により、マトリックスコンバータＭＸのスイッチング等に起因して発生する高周波電流が各単相リアクトルを通して同一方向に流れる場合であっても、Ａ相、Ｂ相およびＣ相すなわちリアクトルＬＯＡ１，ＬＯＢ１，ＬＯＣ１で発生する各磁束が互いに打ち消し合うことを防ぐことができる。同様に、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相すなわちリアクトルＬＩＵ１，ＬＩＶ１，ＬＩＷ１で発生する磁束ＦＬＵ，ＦＬＶ，ＦＬＷが互いに打ち消し合うことを防ぐことができる。
【０１３６】
したがって、電力変換装置１０１における単相リアクトルＬＯＡ１，ＬＯＢ１，ＬＯＣ１および単相リアクトルＬＩＵ１，ＬＩＶ１，ＬＩＷ１は、マトリックスコンバータＭＸのスイッチング等に起因して発生する同一方向の高周波電流に対してインダクタンス成分を有するため、この高周波電流を低減することができる。すなわち、負荷Ｌへ伝達されるコモンモードノイズを低減することができる。
【０１３７】
さらに、特許文献２〜４に記載の構成では、フィルタとしてコモンモードチョークコイルが用いられているが、コモンモードチョークコイルは、特許文献２の図１５にも記載されているように、通常、各相でコアが共通であり、本発明の第１の実施の形態に係る単相リアクトルＬＩＵ１，ＬＩＶ１，ＬＩＷ１および単相リアクトルＬＯＡ１，ＬＯＢ１，ＬＯＣ１とはまったく構成が異なる。また、コモンモードチョークコイルはコモンモードノイズに対してのみインダクタンス成分を有するため、ノーマルモードノイズを低減する場合には、コモンモードチョークコイルの他に回路を追加する必要がある。これに対して、本発明の第１の実施の形態に係る単相リアクトルＬＩＵ１，ＬＩＶ１，ＬＩＷ１および単相リアクトルＬＯＡ１，ＬＯＢ１，ＬＯＣ１は、ノーマルモードノイズおよびコモンモードノイズの両方に対してインダクタンス成分を有するため、回路の小型化を図ることができる。
【０１３８】
また、電力変換装置１０１では、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の各相配線間に接続されたコンデンサＣＩＵ１，ＣＩＶ１，ＣＩＷ１はＹ結線されており、コンデンサＣＩＵ１，ＣＩＶ１，ＣＩＷ１の中性点が安定電位ＳＰに結合されている。このため、入力フィルタＦＬＸ１は、中性点ＮＰ１およびＮＰ２に対してインピーダンスを有する。
【０１３９】
同様に、電力変換装置１０１では、Ａ相、Ｂ相およびＣ相の各相配線間に接続されたコンデンサＣＯＡ１，ＣＯＢ１，ＣＯＣ１はＹ結線されており、コンデンサＣＯＡ１，ＣＯＢ１，ＣＯＣ１の中性点が安定電位ＳＰに結合されている。このため、出力フィルタＦＬＹ１は、中性点ＮＰ１およびＮＰ２に対してインピーダンスを有する。
【０１４０】
したがって、電力変換装置１０１におけるコンデンサＣＩＵ１，ＣＩＶ１，ＣＩＷ１およびコンデンサＣＯＡ１，ＣＯＢ１，ＣＯＣ１により、負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣへ伝達される高周波電流すなわちコモンモードノイズを低減することができる。
【０１４１】
以上のように、本発明の第１の実施の形態に係る電源システム２０１では、複数相の電源から供給される交流電力を変換して複数相の負荷に安定して供給し、かつ小型化を図ることができる。
【０１４２】
次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【０１４３】
＜第２の実施の形態＞
本実施の形態は、第１の実施の形態に係る電源システム２０１と比べて入力フィルタの構成を変更した電源システムに関する。以下で説明する内容以外は第１の実施の形態に係る電源システム２０１と同様である。
【０１４４】
図１８は、本発明の第２の実施の形態に係る電源システムの構成を示す図である。
図１８を参照して、電源システム２０２は、本発明の第１の実施の形態に係る電源システム２０１と比べて、電力変換装置１０１の代わりに電力変換装置１０２を備える。電力変換装置１０２は、入力フィルタＦＬＸ３と、出力フィルタＦＬＹ１と、マトリックスコンバータＭＸとを含む。入力フィルタＦＬＸ３は、三相リアクトルＬＩＴと、コンデンサＣＩＵ１，ＣＩＶ１，ＣＩＷ１とを含む。三相リアクトルＬＩＴは、リアクトルＬＩＵ２，ＬＩＶ２，ＬＩＷ２を含む。
【０１４５】
入力フィルタＦＬＸ３は、交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷとマトリックスコンバータＭＸとの間に設けられている。より詳細には、リアクトルＬＩＵ２，ＬＩＶ２，ＬＩＷ２は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相に対応して設けられ、対応の相の交流電源ＥとマトリックスコンバータＭＸとの間に接続されている。コンデンサＣＩＵ１，ＣＩＶ１，ＣＩＷ１はＹ結線されている、すなわちＵ相，Ｖ相，Ｗ相に対応して設けられ、マトリックスコンバータＭＸおよび対応の相のリアクトルＬＩ２の接続ノードと安定電位ＳＰとの間に接続されている。
【０１４６】
マトリックスコンバータＭＸにおいて、双方向スイッチＳＡ１は、リアクトルＬＩＵ２と単相リアクトルＬＯＡ１との間に接続されている。双方向スイッチＳＡ２は、リアクトルＬＩＶ２と単相リアクトルＬＯＡ１との間に接続されている。双方向スイッチＳＡ３は、リアクトルＬＩＷ２と単相リアクトルＬＯＡ１との間に接続されている。双方向スイッチＳＢ１は、リアクトルＬＩＵ２と単相リアクトルＬＯＢ１との間に接続されている。双方向スイッチＳＢ２は、リアクトルＬＩＶ２と単相リアクトルＬＯＢ１との間に接続されている。双方向スイッチＳＢ３は、リアクトルＬＩＷ２と単相リアクトルＬＯＢ１との間に接続されている。双方向スイッチＳＣ１は、リアクトルＬＩＵ２と単相リアクトルＬＯＣ１との間に接続されている。双方向スイッチＳＣ２は、リアクトルＬＩＶ２と単相リアクトルＬＯＣ１との間に接続されている。双方向スイッチＳＣ３は、リアクトルＬＩＷ２と単相リアクトルＬＯＣ１との間に接続されている。
【０１４７】
入力フィルタＦＬＸ３は、交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷからそれぞれ受けたＵ相，Ｖ相，Ｗ相の交流電力に含まれる所定周波数以上のノーマルモードノイズおよびコモンモードノイズを減衰させ、減衰後の交流電力をマトリックスコンバータＭＸへ出力する。
【０１４８】
入力フィルタＦＬＸ３では、入力フィルタＦＬＸ１と異なり、単相リアクトルの代わりに三相リアクトルを含む。このような構成であっても、入力フィルタＦＬＸ３は、コンデンサＣＩＵ１，ＣＩＶ１，ＣＩＷ１により、中性点ＮＰ１およびＮＰ２に対してインピーダンスを有する。したがって、負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣへ伝達される高周波電流すなわちコモンモードノイズを低減することができる。また、入力フィルタＦＬＸ１を用いる電力変換装置１０１と比べて小型化を図ることができる。
【０１４９】
その他の構成および動作は第１の実施の形態に係る電源システム２０１と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。したがって、本発明の第２の実施の形態に係る電源システムでは、複数相の電源から供給される交流電力を変換して複数相の負荷に安定して供給し、かつ小型化を図ることができる。
【０１５０】
次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【０１５１】
＜第３の実施の形態＞
本実施の形態は、第１の実施の形態に係る電源システム２０１と比べて入力フィルタの構成を変更した電源システムに関する。以下で説明する内容以外は第１の実施の形態に係る電源システム２０１と同様である。
【０１５２】
図１９は、本発明の第３の実施の形態に係る電源システムの構成を示す図である。
図１９を参照して、電源システム２０３は、本発明の第１の実施の形態に係る電源システム２０１と比べて、電力変換装置１０１の代わりに電力変換装置１０３を備える。電力変換装置１０３は、入力フィルタＦＬＸ２と、出力フィルタＦＬＹ１と、マトリックスコンバータＭＸとを含む。
【０１５３】
電力変換装置１０３は、電力変換装置１０１と異なり、入力フィルタＦＬＸ１の代わりに入力フィルタＦＬＸ２を含む。このような構成であっても、出力フィルタＦＬＹ１が、単相リアクトルＬＯＡ１，ＬＯＢ１，ＬＯＣ１およびコンデンサＣＯＡ１，ＣＯＢ１，ＣＯＣ１により、マトリックスコンバータＭＸのスイッチング等に起因して流れる同一方向の高周波電流に対してそれぞれインダクタンス成分およびインピーダンス成分を有するため、この高周波電流を低減することができる。すなわち、負荷Ｌへ伝達されるコモンモードノイズを低減することができる。また、入力フィルタＦＬＸ１を用いる電力変換装置１０１と比べて小型化を図ることができる。
【０１５４】
その他の構成および動作は第１の実施の形態に係る電源システム２０１と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。したがって、本発明の第３の実施の形態に係る電源システムでは、複数相の電源から供給される交流電力を変換して複数相の負荷に安定して供給し、かつ小型化を図ることができる。
【０１５５】
次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【０１５６】
＜第４の実施の形態＞
本実施の形態は、第１の実施の形態に係る電源システム２０１と比べて入力フィルタの構成を変更した電源システムに関する。以下で説明する内容以外は第１の実施の形態に係る電源システム２０１と同様である。
【０１５７】
図２０は、本発明の第４の実施の形態に係る電源システムの構成を示す図である。
図２０を参照して、電源システム２０４は、本発明の第１の実施の形態に係る電源システム２０１と比べて、電力変換装置１０１の代わりに電力変換装置１０４を備える。電力変換装置１０４は、入力フィルタＦＬＸ４と、出力フィルタＦＬＹ１と、マトリックスコンバータＭＸとを含む。入力フィルタＦＬＸ４は、単相リアクトルＬＩＵ１，ＬＩＶ１，ＬＩＷ１と、コンデンサＣＩＵ２，ＣＩＶ２，ＣＩＷ２とを含む。
【０１５８】
入力フィルタＦＬＸ４は、交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷとマトリックスコンバータＭＸとの間に設けられている。より詳細には、単相リアクトルＬＩＵ１，ＬＩＶ１，ＬＩＷ１は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相に対応して設けられ、対応の相の交流電源ＥとマトリックスコンバータＭＸとの間に接続されている。コンデンサＣＩＵ２，ＣＩＵ２，ＣＩＵ２はΔ結線されている、すなわち、三相リアクトルＬＩＴとマトリックスコンバータＭＸとの間におけるＵ相，Ｖ相，Ｗ相の配線間にそれぞれ接続されている。
【０１５９】
入力フィルタＦＬＸ４は、交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷからそれぞれ受けたＵ相，Ｖ相，Ｗ相の交流電力に含まれる所定周波数以上のノーマルモードノイズおよびコモンモードノイズを減衰させ、減衰後の交流電力をマトリックスコンバータＭＸへ出力する。
【０１６０】
入力フィルタＦＬＸ４では、入力フィルタＦＬＸ１と異なり、Ｙ結線されたコンデンサの代わりにΔ結線されたコンデンサを含む。このような構成であっても、入力フィルタＦＬＸ４は、単相リアクトルＬＩＵ１，ＬＩＶ１，ＬＩＷ１により、マトリックスコンバータＭＸのスイッチング等に起因して流れる同一方向の高周波電流に対してインダクタンス成分を有するため、この高周波電流を低減することができる。すなわち、負荷Ｌへ伝達されるコモンモードノイズを低減することができる。
【０１６１】
その他の構成および動作は第１の実施の形態に係る電源システム２０１と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。したがって、本発明の第４の実施の形態に係る電源システムでは、複数相の電源から供給される交流電力を変換して複数相の負荷に安定して供給し、かつ小型化を図ることができる。
【０１６２】
次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【０１６３】
＜第５の実施の形態＞
本実施の形態は、第１の実施の形態に係る電源システム２０１と比べて出力フィルタの構成を変更した電源システムに関する。以下で説明する内容以外は第１の実施の形態に係る電源システム２０１と同様である。
【０１６４】
図２１は、本発明の第５の実施の形態に係る電源システムの構成を示す図である。
図２１を参照して、電源システム２０５は、本発明の第１の実施の形態に係る電源システム２０１と比べて、電力変換装置１０１の代わりに電力変換装置１０５を備える。電力変換装置１０５は、入力フィルタＦＬＸ１と、出力フィルタＦＬＹ３と、マトリックスコンバータＭＸとを含む。出力フィルタＦＬＹ３は、三相リアクトルＬＯＴと、コンデンサＣＯＡ１，ＣＯＢ１，ＣＯＣ１とを含む。三相リアクトルＬＯＴは、リアクトルＬＯＡ２，ＬＯＢ２，ＬＯＣ２を含む。
【０１６５】
出力フィルタＦＬＹ３は、マトリックスコンバータＭＸと負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣとの間に設けられている。リアクトルＬＯＡ２，ＬＯＢ２，ＬＯＣ２は、Ａ相，Ｂ相，Ｃ相に対応して設けられ、対応の相の負荷ＬとマトリックスコンバータＭＸとの間に接続されている。コンデンサＣＯＡ１，ＣＯＢ１，ＣＯＣ１はＹ結線されている、すなわち、Ａ相，Ｂ相，Ｃ相に対応して設けられ、マトリックスコンバータＭＸおよび対応の相の単相リアクトルＬＯ１の接続ノードと安定電位ＳＰとの間に接続されている。
【０１６６】
マトリックスコンバータＭＸにおいて、双方向スイッチＳＡ１は、単相リアクトルＬＩＵ１とリアクトルＬＯＡ２との間に接続されている。双方向スイッチＳＡ２は、単相リアクトルＬＩＶ１とリアクトルＬＯＡ２との間に接続されている。双方向スイッチＳＡ３は、単相リアクトルＬＩＷ１とリアクトルＬＯＡ２との間に接続されている。双方向スイッチＳＢ１は、単相リアクトルＬＩＵ１とリアクトルＬＯＢ２との間に接続されている。双方向スイッチＳＢ２は、単相リアクトルＬＩＶ１とリアクトルＬＯＢ２との間に接続されている。双方向スイッチＳＢ３は、単相リアクトルＬＩＷ１とリアクトルＬＯＢ２との間に接続されている。双方向スイッチＳＣ１は、単相リアクトルＬＩＵ１とリアクトルＬＯＣ２との間に接続されている。双方向スイッチＳＣ２は、単相リアクトルＬＩＶ１とリアクトルＬＯＣ２との間に接続されている。双方向スイッチＳＣ３は、単相リアクトルＬＩＷ１とリアクトルＬＯＣ２との間に接続されている。
【０１６７】
出力フィルタＦＬＹ３は、マトリックスコンバータＭＸから受けたＡ相，Ｂ相，Ｃ相の交流電力に含まれる所定周波数以上のノーマルモードノイズおよびコモンモードノイズを減衰させ、減衰後の交流電力を負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣへそれぞれ出力する。
【０１６８】
出力フィルタＦＬＹ３では、出力フィルタＦＬＹ１と異なり、単相リアクトルの代わりに三相リアクトルを含む。このような構成であっても、出力フィルタＦＬＹ３は、コンデンサＣＯＡ１，ＣＯＢ１，ＣＯＣ１により、中性点ＮＰ１およびＮＰ２に対してインピーダンスを有する。したがって、負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣへ伝達される高周波電流すなわちコモンモードノイズを低減することができる。また、出力フィルタＦＬＹ１を用いる電力変換装置１０１と比べて小型化を図ることができる。
【０１６９】
その他の構成および動作は第１の実施の形態に係る電源システム２０１と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。したがって、本発明の第５の実施の形態に係る電源システムでは、複数相の電源から供給される交流電力を変換して複数相の負荷に安定して供給し、かつ小型化を図ることができる。
【０１７０】
次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【０１７１】
＜第６の実施の形態＞
本実施の形態は、第１の実施の形態に係る電源システム２０１と比べて出力フィルタの構成を変更した電源システムに関する。以下で説明する内容以外は第１の実施の形態に係る電源システム２０１と同様である。
【０１７２】
図２２は、本発明の第６の実施の形態に係る電源システムの構成を示す図である。
図２２を参照して、電源システム２０６は、本発明の第１の実施の形態に係る電源システム２０１と比べて、電力変換装置１０１の代わりに電力変換装置１０６を備える。電力変換装置１０６は、入力フィルタＦＬＸ１と、出力フィルタＦＬＹ４と、マトリックスコンバータＭＸとを含む。出力フィルタＦＬＹ４は、単相リアクトルＬＯＡ１，ＬＯＢ１，ＬＯＣ１と、コンデンサＣＯＡ２，ＣＯＢ２，ＣＯＣ２とを含む。
【０１７３】
出力フィルタＦＬＹ４は、マトリックスコンバータＭＸと負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣとの間に設けられている。単相リアクトルＬＯＡ１，ＬＯＢ１，ＬＯＣ１は、Ａ相，Ｂ相，Ｃ相に対応して設けられ、対応の相の負荷ＬとマトリックスコンバータＭＸとの間に接続されている。コンデンサＣＯＡ２，ＣＯＢ２，ＣＯＣ２はΔ結線されている、すなわち、単相リアクトルＬＯ１と負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣとの間におけるＡ相，Ｂ相，Ｃ相の配線間にそれぞれ接続されている。
【０１７４】
出力フィルタＦＬＹ４は、マトリックスコンバータＭＸから受けたＡ相，Ｂ相，Ｃ相の交流電力に含まれる所定周波数以上のノーマルモードノイズおよびコモンモードノイズを減衰させ、減衰後の交流電力を負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣへそれぞれ出力する。
【０１７５】
出力フィルタＦＬＹ４では、出力フィルタＦＬＹ１と異なり、Ｙ結線されたコンデンサの代わりにΔ結線されたコンデンサを含む。このような構成であっても、出力フィルタＦＬＹ４は、単相リアクトルＬＯＡ１，ＬＯＢ１，ＬＯＣ１により、マトリックスコンバータＭＸのスイッチング等に起因して流れる同一方向の高周波電流に対してインダクタンス成分を有するため、この高周波電流を低減することができる。すなわち、負荷Ｌへ伝達されるコモンモードノイズを低減することができる。
【０１７６】
その他の構成および動作は第１の実施の形態に係る電源システム２０１と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。したがって、本発明の第６の実施の形態に係る電源システムでは、複数相の電源から供給される交流電力を変換して複数相の負荷に安定して供給し、かつ小型化を図ることができる。
【０１７７】
次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【０１７８】
＜第７の実施の形態＞
本実施の形態は、第１の実施の形態に係る電源システム２０１と比べて入力フィルタおよび出力フィルタの構成を変更した電源システムに関する。以下で説明する内容以外は第１の実施の形態に係る電源システム２０１と同様である。
【０１７９】
図２３は、本発明の第７の実施の形態に係る電源システムの構成を示す図である。
図２３を参照して、電源システム２０７は、本発明の第１の実施の形態に係る電源システム２０１と比べて、電力変換装置１０１の代わりに電力変換装置１０７を備える。電力変換装置１０７は、入力フィルタＦＬＸ５と、出力フィルタＦＬＹ５と、マトリックスコンバータＭＸとを含む。入力フィルタＦＬＸ５は、単相リアクトルＬＩＵ１，ＬＩＶ１，ＬＩＷ１を含む。出力フィルタＦＬＹ５は、コンデンサＣＯＡ１，ＣＯＢ１，ＣＯＣ１とを含む。
【０１８０】
入力フィルタＦＬＸ５は、交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷとマトリックスコンバータＭＸとの間に設けられている。より詳細には、単相リアクトルＬＩＵ１，ＬＩＶ１，ＬＩＷ１は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相に対応して設けられ、対応の相の交流電源ＥとマトリックスコンバータＭＸとの間に接続されている。
【０１８１】
出力フィルタＦＬＹ５は、マトリックスコンバータＭＸと負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣとの間に設けられている。より詳細には、コンデンサＣＯＡ１，ＣＯＢ１，ＣＯＣ１はＹ結線されている、すなわち、Ａ相，Ｂ相，Ｃ相に対応して設けられ、マトリックスコンバータＭＸおよび対応の相の負荷Ｌの接続ノードと安定電位ＳＰとの間に接続されている。
【０１８２】
マトリックスコンバータＭＸにおいて、双方向スイッチＳＡ１は、単相リアクトルＬＩＵ１とコンデンサＣＯＡ１および負荷ＬＡの接続ノードとの間に接続されている。双方向スイッチＳＡ２は、単相リアクトルＬＩＶ１とコンデンサＣＯＡ１および負荷ＬＡの接続ノードとの間に接続されている。双方向スイッチＳＡ３は、単相リアクトルＬＩＷ１とコンデンサＣＯＡ１および負荷ＬＡの接続ノードとの間に接続されている。双方向スイッチＳＢ１は、単相リアクトルＬＩＵ１とコンデンサＣＯＢ１および負荷ＬＢの接続ノードとの間に接続されている。双方向スイッチＳＢ２は、単相リアクトルＬＩＶ１とコンデンサＣＯＢ１および負荷ＬＢの接続ノードとの間に接続されている。双方向スイッチＳＢ３は、単相リアクトルＬＩＷ１とコンデンサＣＯＢ１および負荷ＬＢの接続ノードとの間に接続されている。双方向スイッチＳＣ１は、単相リアクトルＬＩＵ１とコンデンサＣＯＣ１および負荷ＬＣの接続ノードとの間に接続されている。双方向スイッチＳＣ２は、単相リアクトルＬＩＶ１とコンデンサＣＯＣ１および負荷ＬＣの接続ノードとの間に接続されている。双方向スイッチＳＣ３は、単相リアクトルＬＩＷ１とコンデンサＣＯＣ１および負荷ＬＣの接続ノードとの間に接続されている。
【０１８３】
入力フィルタＦＬＸ５は、交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷからそれぞれ受けたＵ相，Ｖ相，Ｗ相の交流電力に含まれる所定周波数以上のノーマルモードノイズおよびコモンモードノイズを減衰させ、減衰後の交流電力をマトリックスコンバータＭＸへ出力する。
【０１８４】
マトリックスコンバータＭＸは、外部から受けた制御信号に基づいて双方向スイッチＳＡ１，ＳＡ２，ＳＡ３，ＳＢ１，ＳＢ２，ＳＢ３，ＳＣ１，ＳＣ２，ＳＣ３をそれぞれオン・オフすることにより、入力フィルタＦＬＸ１を通過したＵ相，Ｖ相，Ｗ相の交流電力を任意の周波数および任意の電圧／電流振幅を有するＡ相，Ｂ相，Ｃ相の交流電力に変換し、出力フィルタＦＬＹ５へ出力する。
【０１８５】
出力フィルタＦＬＹ５は、マトリックスコンバータＭＸから受けたＡ相，Ｂ相，Ｃ相の交流電力に含まれる所定周波数以上のノーマルモードノイズおよびコモンモードノイズを減衰させ、減衰後の交流電力を負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣへそれぞれ出力する。
【０１８６】
入力フィルタＦＬＸ５は、入力フィルタＦＬＸ１と異なり、コンデンサＣＩＵ１，ＣＩＶ１，ＣＩＷ１を含まない。このような構成であっても、入力フィルタＦＬＸ５は、単相リアクトルＬＩＵ１，ＬＩＶ１，ＬＩＷ１により、マトリックスコンバータＭＸのスイッチング等に起因して流れる同一方向の高周波電流に対してインダクタンス成分を有するため、この高周波電流を低減することができる。すなわち、負荷Ｌへ伝達されるコモンモードノイズを低減することができる。また、入力フィルタＦＬＸ１を用いる電力変換装置１０１と比べて小型化を図ることができる。
【０１８７】
出力フィルタＦＬＹ５は、出力フィルタＦＬＹ１と異なり、単相リアクトルＬＯＡ１，ＬＯＢ１，ＬＯＣ１を含まない。このような構成であっても、出力フィルタＦＬＹ５は、コンデンサＣＯＡ１，ＣＯＢ１，ＣＯＣ１により、中性点ＮＰ１およびＮＰ２に対してインピーダンスを有する。したがって、負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣへ伝達される高周波電流すなわちコモンモードノイズを低減することができる。また、出力フィルタＦＬＹ１を用いる電力変換装置１０１と比べて小型化を図ることができる。
【０１８８】
その他の構成および動作は第１の実施の形態に係る電源システム２０１と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。したがって、本発明の第７の実施の形態に係る電源システムでは、複数相の電源から供給される交流電力を変換して複数相の負荷に安定して供給し、かつ小型化を図ることができる。
【０１８９】
次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【０１９０】
＜第８の実施の形態＞
本実施の形態は、第７の実施の形態に係る電源システムと比べて入力フィルタの構成を変更した電源システムに関する。以下で説明する内容以外は第７の実施の形態に係る電源システムと同様である。
【０１９１】
図２４は、本発明の第８の実施の形態に係る電源システムの構成を示す図である。
図２４を参照して、電源システム２０８は、本発明の第７の実施の形態に係る電源システム２０７と比べて、電力変換装置１０７の代わりに電力変換装置１０８を備える。電力変換装置１０８は、入力フィルタＦＬＸ６と、出力フィルタＦＬＹ５と、マトリックスコンバータＭＸとを含む。入力フィルタＦＬＸ６は、三相リアクトルＬＩＴを含む。三相リアクトルＬＩＴは、リアクトルＬＩＵ２，ＬＩＶ２，ＬＩＷ２を含む。
【０１９２】
入力フィルタＦＬＸ６は、交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷとマトリックスコンバータＭＸとの間に設けられている。より詳細には、リアクトルＬＩＵ２，ＬＩＶ２，ＬＩＷ２は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相に対応して設けられ、対応の相の交流電源ＥとマトリックスコンバータＭＸとの間に接続されている。
【０１９３】
マトリックスコンバータＭＸにおいて、双方向スイッチＳＡ１は、リアクトルＬＩＵ２とコンデンサＣＯＡ１および負荷ＬＡの接続ノードとの間に接続されている。双方向スイッチＳＡ２は、リアクトルＬＩＶ２とコンデンサＣＯＡ１および負荷ＬＡの接続ノードとの間に接続されている。双方向スイッチＳＡ３は、リアクトルＬＩＷ２とコンデンサＣＯＡ１および負荷ＬＡの接続ノードに接続されている。双方向スイッチＳＢ１は、リアクトルＬＩＵ２とコンデンサＣＯＢ１および負荷ＬＢの接続ノードとの間に接続されている。双方向スイッチＳＢ２は、リアクトルＬＩＶ２とコンデンサＣＯＢ１および負荷ＬＢの接続ノードとの間に接続されている。双方向スイッチＳＢ３は、リアクトルＬＩＷ２とコンデンサＣＯＢ１および負荷ＬＢの接続ノードとの間に接続されている。双方向スイッチＳＣ１は、リアクトルＬＩＵ２とコンデンサＣＯＣ１および負荷ＬＣの接続ノードとの間に接続されている。双方向スイッチＳＣ２は、リアクトルＬＩＶ２とコンデンサＣＯＣ１および負荷ＬＣの接続ノードとの間に接続されている。双方向スイッチＳＣ３は、リアクトルＬＩＷ２とコンデンサＣＯＣ１および負荷ＬＣの接続ノードとの間に接続されている。
【０１９４】
入力フィルタＦＬＸ６は、交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷからそれぞれ受けたＵ相，Ｖ相，Ｗ相の交流電力に含まれる所定周波数以上のノーマルモードノイズを減衰させ、減衰後の交流電力をマトリックスコンバータＭＸへ出力する。
【０１９５】
出力フィルタＦＬＹ５は、マトリックスコンバータＭＸから受けたＡ相，Ｂ相，Ｃ相の交流電力に含まれる所定周波数以上のノーマルモードノイズおよびコモンモードノイズを減衰させ、減衰後の交流電力を負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣへそれぞれ出力する。
【０１９６】
入力フィルタＦＬＸ６は、入力フィルタＦＬＸ５と異なり、単相リアクトルの代わりに三相リアクトルを含む。このような構成であっても、出力フィルタＦＬＹ５が、コンデンサＣＯＡ１，ＣＯＢ１，ＣＯＣ１により、中性点ＮＰ１およびＮＰ２に対してインピーダンスを有する。したがって、負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣへ伝達される高周波電流すなわちコモンモードノイズを低減することができる。また、入力フィルタＦＬＸ５を用いる電力変換装置１０７と比べて小型化を図ることができる。
【０１９７】
その他の構成および動作は第７の実施の形態に係る電源システムと同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。したがって、本発明の第８の実施の形態に係る電源システムでは、複数相の電源から供給される交流電力を変換して複数相の負荷に安定して供給し、かつ小型化を図ることができる。
【０１９８】
次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【０１９９】
＜第９の実施の形態＞
本実施の形態は、第７の実施の形態に係る電源システムと比べて出力フィルタの構成を変更した電源システムに関する。以下で説明する内容以外は第７の実施の形態に係る電源システムと同様である。
【０２００】
図２５は、本発明の第９の実施の形態に係る電源システムの構成を示す図である。
図２５を参照して、電源システム２０９は、本発明の第７の実施の形態に係る電源システム２０７と比べて、電力変換装置１０７の代わりに電力変換装置１０９を備える。電力変換装置１０９は、入力フィルタＦＬＸ５と、出力フィルタＦＬＹ６と、マトリックスコンバータＭＸとを含む。出力フィルタＦＬＹ６は、コンデンサＣＯＡ２，ＣＯＢ２，ＣＯＣ２を含む。
【０２０１】
出力フィルタＦＬＹ６は、マトリックスコンバータＭＸと負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣとの間に設けられている。より詳細には、コンデンサＣＯＡ２，ＣＯＢ２，ＣＯＣ２はΔ結線されている、すなわち、マトリックスコンバータＭＸと負荷Ｌとの間におけるＡ相，Ｂ相，Ｃ相の配線間にそれぞれ接続されている。
【０２０２】
マトリックスコンバータＭＸにおいて、双方向スイッチＳＡ１は、単相リアクトルＬＩＵ１とコンデンサＣＯＡ２、コンデンサＣＯＣ２および負荷ＬＡの接続ノードとの間に接続されている。双方向スイッチＳＡ２は、単相リアクトルＬＩＶ１とコンデンサＣＯＡ２、コンデンサＣＯＣ２および負荷ＬＡの接続ノードとの間に接続されている。双方向スイッチＳＡ３は、単相リアクトルＬＩＷ１とコンデンサＣＯＡ２、コンデンサＣＯＣ２および負荷ＬＡの接続ノードに接続されている。双方向スイッチＳＢ１は、単相リアクトルＬＩＵ１とコンデンサＣＯＢ２、コンデンサＣＯＡ２および負荷ＬＢの接続ノードとの間に接続されている。双方向スイッチＳＢ２は、単相リアクトルＬＩＶ１とコンデンサＣＯＢ２、コンデンサＣＯＡ２および負荷ＬＢの接続ノードとの間に接続されている。双方向スイッチＳＢ３は、単相リアクトルＬＩＷ１とコンデンサＣＯＢ２、コンデンサＣＯＡ２および負荷ＬＢの接続ノードとの間に接続されている。双方向スイッチＳＣ１は、単相リアクトルＬＩＵ１とコンデンサＣＯＣ２、コンデンサＣＯＢ２および負荷ＬＣの接続ノードとの間に接続されている。双方向スイッチＳＣ２は、単相リアクトルＬＩＶ１とコンデンサＣＯＣ２、コンデンサＣＯＢ２および負荷ＬＣの接続ノードとの間に接続されている。双方向スイッチＳＣ３は、単相リアクトルＬＩＷ１とコンデンサＣＯＣ２、コンデンサＣＯＢ２および負荷ＬＣの接続ノードとの間に接続されている。
【０２０３】
入力フィルタＦＬＸ５は、交流電源ＥＵ，ＥＶ，ＥＷからそれぞれ受けたＵ相，Ｖ相，Ｗ相の交流電力に含まれる所定周波数以上のノーマルモードノイズおよびコモンモードノイズを減衰させ、減衰後の交流電力をマトリックスコンバータＭＸへ出力する。
【０２０４】
出力フィルタＦＬＹ５は、マトリックスコンバータＭＸから受けたＡ相，Ｂ相，Ｃ相の交流電力に含まれる所定周波数以上のノーマルモードノイズを減衰させ、減衰後の交流電力を負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣへそれぞれ出力する。
【０２０５】
出力フィルタＦＬＹ６では、出力フィルタＦＬＹ５と異なり、Ｙ結線されたコンデンサの代わりにΔ結線されたコンデンサを含む。このような構成であっても、入力フィルタＦＬＸ５が、単相リアクトルＬＯＡ１，ＬＯＢ１，ＬＯＣ１により、マトリックスコンバータＭＸのスイッチング等に起因して流れる同一方向の高周波電流に対してインダクタンス成分を有するため、この高周波電流を低減することができる。すなわち、負荷Ｌへ伝達されるコモンモードノイズを低減することができる。
【０２０６】
その他の構成および動作は第７の実施の形態に係る電源システムと同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。したがって、本発明の第９の実施の形態に係る電源システムでは、複数相の電源から供給される交流電力を変換して複数相の負荷に安定して供給し、かつ小型化を図ることができる。
【０２０７】
次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【０２０８】
＜第１０の実施の形態＞
本実施の形態は、第１の実施の形態に係る電源システム２０１と比べて電源を変更した電源システムに関する。以下で説明する内容以外は第１の実施の形態に係る電源システム２０１と同様である。
【０２０９】
図２６は、本発明の第１０の実施の形態に係る電源システム２１０の構成を示す図である。
【０２１０】
図２６を参照して、電源システム２１０は、発電機ＭＵ，ＭＶ，ＭＷと、電力変換装置１１０と、負荷部ＬＵとを備える。発電機ＭＵは、交流電源ＥＵと、インダクタンスＬＩＵ３とを含む。発電機ＭＶは、交流電源ＥＶと、インダクタンスＬＩＶ３とを含む。発電機ＭＷは、交流電源ＥＷと、インダクタンスＬＩＷ３とを含む。電力変換装置１０７は、入力フィルタＦＬＸ７と、出力フィルタＦＬＹ１と、マトリックスコンバータＭＸとを含む。入力フィルタＦＬＸ７は、コンデンサＣＩＵ１，ＣＩＶ１，ＣＩＷ１を含む。
【０２１１】
以下、リアクトルＬＩＵ３，ＬＩＶ３，ＬＩＷ３の各々をリアクトルＬＩ３と称する場合がある。
【０２１２】
発電機ＭＵの等価回路は、交流電源ＥＵおよびインダクタンスＬＩＵ３の直列回路で表わされる。発電機ＭＶの等価回路は、交流電源ＥＶおよびインダクタンスＬＩＶ３の直列回路で表わされる。発電機ＭＷの等価回路は、交流電源ＥＷおよびインダクタンスＬＩＷ３の直列回路で表わされる。
【０２１３】
電源システム２１０は、航空機および建設機械等に搭載される。電源システム２１０において、発電機ＭＵ，ＭＶ，ＭＷの中性点ＮＰ１と負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣの中性点ＮＰ２とが共通の安定電位ＳＰに結合されている。
【０２１４】
電力変換装置１１０は、発電機ＭＵ，ＭＶ，ＭＷの各々から供給されるＵ相，Ｖ相，Ｗ相の交流電力を任意の周波数および任意の振幅を有するＡ相，Ｂ相，Ｃ相の交流電力に変換して負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣにそれぞれ供給する。
【０２１５】
入力フィルタＦＬＸ７は、発電機ＭＵ，ＭＶ，ＭＷとマトリックスコンバータＭＸとの間に設けられている。より詳細には、コンデンサＣＩＵ１，ＣＩＶ１，ＣＩＷ１はＹ結線されている、すなわちＵ相，Ｖ相，Ｗ相に対応して設けられ、マトリックスコンバータＭＸおよび対応の相のリアクトルＬＩ３の接続ノードと安定電位ＳＰとの間に接続されている。
【０２１６】
マトリックスコンバータＭＸにおいて、双方向スイッチＳＡ１は、リアクトルＬＩＵ３と単相リアクトルＬＯＡ１との間に接続されている。双方向スイッチＳＡ２は、リアクトルＬＩＶ３と単相リアクトルＬＯＡ１との間に接続されている。双方向スイッチＳＡ３は、リアクトルＬＩＷ３と単相リアクトルＬＯＡ１との間に接続されている。双方向スイッチＳＢ１は、リアクトルＬＩＵ３と単相リアクトルＬＯＢ１との間に接続されている。双方向スイッチＳＢ２は、リアクトルＬＩＶ３と単相リアクトルＬＯＢ１との間に接続されている。双方向スイッチＳＢ３は、リアクトルＬＩＷ３と単相リアクトルＬＯＢ１との間に接続されている。双方向スイッチＳＣ１は、リアクトルＬＩＵ３と単相リアクトルＬＯＣ１との間に接続されている。双方向スイッチＳＣ２は、リアクトルＬＩＶ３と単相リアクトルＬＯＣ１との間に接続されている。双方向スイッチＳＣ３は、リアクトルＬＩＷ３と単相リアクトルＬＯＣ１との間に接続されている。
【０２１７】
入力フィルタＦＬＸ７は、発電機ＭＵ，ＭＶ，ＭＷからそれぞれ受けたＵ相，Ｖ相，Ｗ相の交流電力に含まれる所定周波数以上のノーマルモードノイズおよびコモンモードノイズを減衰させ、減衰後の交流電力をマトリックスコンバータＭＸへ出力する。
【０２１８】
入力フィルタＦＬＸ７は、入力フィルタＦＬＸ１と異なり、単相リアクトルＬＩＡ１，ＬＩＢ１，ＬＩＣ１を含まない。このような構成であっても、入力フィルタＦＬＸ７は、コンデンサＣＩＡ１，ＣＩＢ１，ＣＩＣ１により、中性点ＮＰ１およびＮＰ２に対してインピーダンスを有する。したがって、負荷ＬＡ，ＬＢ，ＬＣへ伝達される高周波電流すなわちコモンモードノイズを低減することができる。
【０２１９】
その他の構成および動作は第１の実施の形態に係る電源システム２０１と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。したがって、本発明の第１０の実施の形態に係る電源システムでは、複数相の電源から供給される交流電力を変換して複数相の負荷に安定して供給し、かつ小型化を図ることができる。
【０２２０】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【０２２１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電源システム２５１の構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置１５１における三相リアクトルの構成を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置１５１における三相リアクトルの他の構成を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置１５１における三相リアクトルの他の構成を示す図である。
【図５】電力変換装置１５１における三相リアクトルを通して流れる正弦波電流を示す波形図である。
【図６】図５に示す正弦波電流が流れた場合の図２に示す三相リアクトルにおける電流の向きを示す図である。
【図７】図５に示す正弦波電流が流れた場合の図２に示す三相リアクトルにおける電流および磁束の向きを示す図である。
【図８】三相リアクトルにおける高周波電流および磁束の向きを示す図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態に係る電源システム２０１の構成を示す図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置における各単相リアクトルの構成を示す図である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置における単相リアクトルの等価回路図である。
【図１２】本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置における単相リアクトルを並列回路で実現した場合を示す図である。
【図１３】本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置における単相リアクトルを並列回路で実現した場合を示す図である。
【図１４】本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置における単相リアクトルの変形例の構成を示す図である。
【図１５】図１４に示す単相リアクトルの等価回路図である。
【図１６】本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置における単相リアクトルの変形例の構成を示す図である。
【図１７】本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置における単相リアクトルの変形例の構成を示す図である。
【図１８】本発明の第２の実施の形態に係る電源システムの構成を示す図である。
【図１９】本発明の第３の実施の形態に係る電源システムの構成を示す図である。
【図２０】本発明の第４の実施の形態に係る電源システムの構成を示す図である。
【図２１】本発明の第５の実施の形態に係る電源システムの構成を示す図である。
【図２２】本発明の第６の実施の形態に係る電源システムの構成を示す図である。
【図２３】本発明の第７の実施の形態に係る電源システムの構成を示す図である。
【図２４】本発明の第８の実施の形態に係る電源システムの構成を示す図である。
【図２５】本発明の第９の実施の形態に係る電源システムの構成を示す図である。
【図２６】本発明の第１０の実施の形態に係る電源システムの構成を示す図である。
【符号の説明】
【０２２２】
１０１〜１１０，１５１ 電力変換装置、２０１〜２１０，２５１ 電源システム、ＥＵ，ＥＶ，ＥＷ 交流電源、ＬＵ 負荷部、ＦＬＸ１〜ＦＬＸ７ 入力フィルタ、ＦＬＹ１〜ＦＬＹ６ 出力フィルタ、ＭＸ マトリックスコンバータ、ＬＩＴ，ＬＯＴ 三相リアクトル、ＣＩＵ１，ＣＩＶ１，ＣＩＷ１，ＣＩＵ２，ＣＩＶ２，ＣＩＷ２，ＣＯＡ２，ＣＯＢ２，ＣＯＣ２ コンデンサ、ＬＩＵ２，ＬＩＶ２，ＬＩＷ２，ＬＯＡ２，ＬＯＢ２，ＬＯＣ２ リアクトル、ＬＩＵ１，ＬＩＶ１，ＬＩＷ１，ＬＯＡ１，ＬＯＢ１，ＬＯＣ１ 単相リアクトル、ＬＩＵ３，ＬＩＶ３，ＬＩＷ３ インダクタンス、ＳＡ１，ＳＡ２，ＳＡ３，ＳＢ１，ＳＢ２，ＳＢ３，ＳＣ１，ＳＣ２，ＳＣ３ 双方向スイッチ、ＬＡ，ＬＢ，ＬＣ 負荷、ＭＣ１，ＭＣ２，ＭＣＵ１，ＭＣＵ２，ＭＣＶ１，ＭＣＶ２，ＭＣＷ１，ＭＣＷ２，ＭＣＡ１，ＭＣＡ２，ＭＣＢ１，ＭＣＢ２，ＭＣＣ１，ＭＣＣ２ コア、ＷＵ，ＷＶ，ＷＷ，ＷＡ１，ＷＡ２，ＷＢ１，ＷＢ２，ＷＣ１，ＷＣ２ 巻線部、ＭＵ，ＭＶ，ＭＷ 発電機。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数相の電源の各々から供給される各相の交流電力を変換して複数相の負荷にそれぞれ供給し、かつ前記複数相の電源の中性点と前記複数相の負荷の中性点とが共通の安定電位に結合された電源システムにおける電力変換装置であって、
前記複数相の電源から供給される各相の交流電力を変換して前記複数相の負荷にそれぞれ供給するマトリックスコンバータと、
前記複数相の電源と前記マトリックスコンバータとの間および前記マトリックスコンバータと前記複数相の負荷との間の少なくとも一方に設けられ、受けた交流電力に含まれる所定周波数以上のノーマルモードノイズおよびコモンモードノイズの前記負荷への伝達を抑制するフィルタとを備える電力変換装置。
【請求項２】
前記フィルタは、
各前記相に対応して設けられ、対応の相の前記負荷と前記マトリックスコンバータとの間に接続された複数の単相リアクトルを含む請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記フィルタは、
各前記相に対応して設けられ、前記マトリックスコンバータおよび対応の相の前記負荷の接続ノードと、前記安定電位との間に接続された複数のコンデンサを含む請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記フィルタは、
各前記相に対応して設けられ、対応の相の前記電源と前記マトリックスコンバータとの間に接続された複数の単相リアクトルを含む請求項１から３のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記フィルタは、
各前記相に対応して設けられ、対応の相の前記電源および前記マトリックスコンバータの接続ノードと、前記安定電位との間に接続された複数のコンデンサを含む請求項１から４のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項６】
安定電位に結合された中性点を有する複数相の負荷に電力を供給する電源システムであって、
前記安定電位に結合された中性点を有し、複数相の交流電力を供給する複数相の電源と、
前記複数相の電源から供給される各相の交流電力を変換して前記複数相の負荷にそれぞれ供給するマトリックスコンバータと、
前記複数相の電源と前記マトリックスコンバータとの間および前記マトリックスコンバータと前記複数相の負荷との間の少なくとも一方に設けられ、受けた前記各相の交流電力に含まれる所定周波数以上のノーマルモードノイズおよびコモンモードノイズの前記負荷への伝達を抑制するフィルタとを備える電源システム。
【請求項１】
複数相の電源の各々から供給される各相の交流電力を変換して複数相の負荷にそれぞれ供給し、かつ前記複数相の電源の中性点と前記複数相の負荷の中性点とが共通の安定電位に結合された電源システムにおける電力変換装置であって、
前記複数相の電源から供給される各相の交流電力を変換して前記複数相の負荷にそれぞれ供給するマトリックスコンバータと、
前記複数相の電源と前記マトリックスコンバータとの間および前記マトリックスコンバータと前記複数相の負荷との間の少なくとも一方に設けられ、受けた交流電力に含まれる所定周波数以上のノーマルモードノイズおよびコモンモードノイズの前記負荷への伝達を抑制するフィルタとを備える電力変換装置。
【請求項２】
前記フィルタは、
各前記相に対応して設けられ、対応の相の前記負荷と前記マトリックスコンバータとの間に接続された複数の単相リアクトルを含む請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記フィルタは、
各前記相に対応して設けられ、前記マトリックスコンバータおよび対応の相の前記負荷の接続ノードと、前記安定電位との間に接続された複数のコンデンサを含む請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記フィルタは、
各前記相に対応して設けられ、対応の相の前記電源と前記マトリックスコンバータとの間に接続された複数の単相リアクトルを含む請求項１から３のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記フィルタは、
各前記相に対応して設けられ、対応の相の前記電源および前記マトリックスコンバータの接続ノードと、前記安定電位との間に接続された複数のコンデンサを含む請求項１から４のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項６】
安定電位に結合された中性点を有する複数相の負荷に電力を供給する電源システムであって、
前記安定電位に結合された中性点を有し、複数相の交流電力を供給する複数相の電源と、
前記複数相の電源から供給される各相の交流電力を変換して前記複数相の負荷にそれぞれ供給するマトリックスコンバータと、
前記複数相の電源と前記マトリックスコンバータとの間および前記マトリックスコンバータと前記複数相の負荷との間の少なくとも一方に設けられ、受けた前記各相の交流電力に含まれる所定周波数以上のノーマルモードノイズおよびコモンモードノイズの前記負荷への伝達を抑制するフィルタとを備える電源システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【公開番号】特開２０１０−１４８３３３（Ｐ２０１０−１４８３３３Ａ）
【公開日】平成２２年７月１日（２０１０．７．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３２６３８２（Ｐ２００８−３２６３８２）
【出願日】平成２０年１２月２２日（２００８．１２．２２）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２０年７月６日〜１０日 社団法人電気学会の「Ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ２００８」および平成２０年９月１８日〜１９日 電気学会東海支部、電子情報通信学会東海支部、情報処理学会東海支部、照明学会東海支部、映像情報メディア学会東海支部、日本音響学会東海支部、電気設備学会中部支部、ＩＥＥＥ名古屋支部の「平成２０年度電気関係学会東海支部連合大会」において文書をもって発表
【出願人】（０００００２０５９）シンフォニアテクノロジー株式会社 (1,111)
【出願人】（３０４０２６６９６）国立大学法人三重大学 (270)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月１日（２０１０．７．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月２２日（２００８．１２．２２）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２０年７月６日〜１０日 社団法人電気学会の「Ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ２００８」および平成２０年９月１８日〜１９日 電気学会東海支部、電子情報通信学会東海支部、情報処理学会東海支部、照明学会東海支部、映像情報メディア学会東海支部、日本音響学会東海支部、電気設備学会中部支部、ＩＥＥＥ名古屋支部の「平成２０年度電気関係学会東海支部連合大会」において文書をもって発表
【出願人】（０００００２０５９）シンフォニアテクノロジー株式会社 (1,111)
【出願人】（３０４０２６６９６）国立大学法人三重大学 (270)
【Ｆターム（参考）】
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