(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を供給するコンバータと、
前記直流電力を交流電力に変換するインバータと、
前記コンバータと前記インバータとを接続する直流母線と、
前記交流電力により駆動される交流モータと、
前記コンバータの出力側における電圧値を検出する直流電圧値検出手段と、
前記直流電力を前記直流母線から充電し、かつ、充電した前記直流電力を前記直流母線へ放電する蓄電デバイスと、
前記直流母線に対して前記インバータと並列に接続され、かつ、前記直流母線と前記蓄電デバイスとの間に接続され、前記蓄電デバイスを充放電させる充放電回路と、
前記蓄電デバイスの充放電電流量を検出する充放電電流量検出手段と
を備え、
前記充放電回路は、
前記直流電圧値検出手段が検出する電圧値、及び前記充放電電流量検出手段が検出する前記充放電電流量に応じて、
前記インバータから前記交流モータへ供給する電力のうち、第１の電力閾値を超える電力を、前記蓄電デバイスから放電、
ないし、
前記インバータを介して回生される前記交流モータの回生電力のうち、第２の電力閾値を超える電力を、前記蓄電デバイスに充電、
をなさしめる
ことを特徴とする交流モータ駆動システム。
【請求項２】
直流電力を供給するコンバータと、
前記直流電力を交流電力に変換するインバータと、
前記コンバータと前記インバータとを接続する直流母線と、
前記交流電力により駆動される交流モータと、
前記コンバータの出力側における電圧値を検出する直流電圧値検出手段と、
前記直流電力を前記直流母線から充電し、かつ、充電した前記直流電力を前記直流母線へ放電する蓄電デバイスと、
前記直流母線に対して前記インバータと並列に接続され、かつ、前記直流母線と前記蓄電デバイスとの間に接続され、前記蓄電デバイスを充放電させる充放電回路と、
前記蓄電デバイスの充放電電流量を検出する充放電電流量検出手段と
を備え、
前記充放電回路は、
前記直流電圧値検出手段が検出する電圧値、及び前記充放電電流量検出手段が検出する前記充放電電流量に応じて、
前記インバータから前記交流モータへ供給される電力が第１の電力閾値を超える場合には、前記直流電圧値検出手段が検出する電圧値が、前記第１の電力閾値に応じた第１の電圧値となるように、前記蓄電デバイスを放電、
ないし、
前記インバータを介して回生される前記交流モータの回生電力が第２の電力閾値を超える場合には、前記直流電圧値検出手段が検出する電圧値が、前記第２の電力閾値に応じた第２の電圧値となるように、前記蓄電デバイスを充電、
をなさしめる
ことを特徴とする交流モータ駆動システム。
【請求項３】
直流電力を供給するコンバータと、
前記直流電力を交流電力に変換するインバータと、
前記コンバータと前記インバータとを接続する直流母線と、
前記交流電力により駆動される交流モータと、
前記コンバータの出力側における電圧値を検出する直流電圧値検出手段と、
前記コンバータの入力側における電圧値を検出する交流電圧値検出手段と、
前記直流電力を前記直流母線から充電し、かつ、充電した前記直流電力を前記直流母線へ放電する蓄電デバイスと、
前記直流母線に対して前記インバータと並列に接続され、かつ、前記直流母線と前記蓄電デバイスとの間に接続され、前記蓄電デバイスを充放電させる充放電回路と、
前記蓄電デバイスの充放電電流量を検出する充放電電流量検出手段と
を備え、
前記充放電回路は、
前記直流電圧値検出手段が検出する電圧値、前記交流電圧値検出手段が検出する電圧値、及び前記充放電電流量検出手段が検出する前記充放電電流量に応じて、
前記インバータから前記交流モータへ供給される電力が第１の電力閾値を超える場合には、前記直流電圧値検出手段が検出する電圧値が、前記第１の電力閾値と前記交流電圧値検出手段が検出する電圧値とに応じた第１の電圧値となるように、前記蓄電デバイスを放電、
ないし、
前記インバータを介して回生される前記交流モータの回生電力が第２の電力閾値を超える場合には、前記直流電圧値検出手段が検出する電圧値が、前記第２の電力閾値と前記交流電圧値検出手段が検出する電圧値とに応じた第２の電圧値となるように、前記蓄電デバイスを充電、
をなさしめる
ことを特徴とする交流モータ駆動システム。
【請求項４】
直流電力を供給するコンバータと、
前記直流電力を交流電力に変換するインバータと、
前記コンバータと前記インバータとを接続する直流母線と、
前記交流電力により駆動される交流モータと、
前記コンバータの出力側における電圧値を検出する直流電圧値検出手段と、
前記直流電力を前記直流母線から充電し、かつ、充電した前記直流電力を前記直流母線へ放電する蓄電デバイスと、
前記蓄電デバイスの両端電圧値を検出する蓄電デバイス電圧値検出手段と、
前記直流母線に対して前記インバータと並列に接続され、かつ、前記直流母線と前記蓄電デバイスとの間に接続され、前記蓄電デバイスを充放電させる充放電回路と、
前記蓄電デバイスの充放電電流量を検出する充放電電流量検出手段と
を備え、
前記充放電回路は、
前記直流電圧値検出手段が検出する電圧値、前記蓄電デバイス電圧値検出手段が検出する電圧値、及び前記充放電電流量検出手段が検出する前記充放電電流量に応じて、
前記インバータから前記交流モータへ供給される電力が第１の電力閾値を超える場合には、前記直流電圧値検出手段が検出する電圧値が、前記第１の電力閾値に応じた第１の電圧値となるように、前記蓄電デバイス電圧値検出手段が検出する電圧値に応じた前記充放電回路の放電電流により、前記蓄電デバイスを放電、
ないし、
前記インバータを介して回生される前記交流モータの回生電力が第２の電力閾値を超える場合には、前記直流電圧値検出手段が検出する電圧値が、前記第２の電力閾値に応じた第２の電圧値となるように、前記蓄電デバイス電圧値検出手段が検出する電圧値に応じた前記充放電回路の充電電流により、前記蓄電デバイスを充電、
をなさしめる
ことを特徴とする交流モータ駆動システム。
【請求項５】
直流電力を供給するコンバータと、
前記直流電力を交流電力に変換するインバータと、
前記コンバータと前記インバータとを接続する直流母線と、
前記交流電力により駆動される交流モータと、
前記コンバータの出力側における電圧値を検出する直流電圧値検出手段と、
前記コンバータの入力側における電圧値を検出する交流電圧値検出手段と、
前記直流電力を前記直流母線から充電し、かつ、充電した前記直流電力を前記直流母線へ放電する蓄電デバイスと、
前記蓄電デバイスの両端電圧値を検出する蓄電デバイス電圧値検出手段と、
前記直流母線に対して前記インバータと並列に接続され、かつ、前記直流母線と前記蓄電デバイスとの間に接続され、前記蓄電デバイスを充放電させる充放電回路と、
前記蓄電デバイスの充放電電流量を検出する充放電電流量検出手段と
を備え、
前記充放電回路は、
前記直流電圧値検出手段が検出する電圧値、前記交流電圧値検出手段が検出する電圧値、前記蓄電デバイス電圧値検出手段が検出する電圧値、及び前記充放電電流量検出手段が検出する前記充放電電流量に応じて、
前記インバータから前記交流モータへ供給される電力が第１の電力閾値を超える場合には、前記直流電圧値検出手段が検出する電圧値が、前記第１の電力閾値と前記交流電圧値検出手段が検出する電圧値とに応じた第１の電圧値となるように、前記蓄電デバイス電圧値検出手段が検出する電圧値に応じた前記充放電回路の放電電流により、前記蓄電デバイスを放電、
ないし、
前記インバータを介して回生される前記交流モータの回生電力が第２の電力閾値を超える場合には、前記直流電圧値検出手段が検出する電圧値が、前記第２の電力閾値と前記交流電圧値検出手段が検出する電圧値とに応じた第２の電圧値となるように、前記蓄電デバイス電圧値検出手段が検出する電圧値に応じた前記充放電回路の充電電流により、前記蓄電デバイスを充電、
をなさしめる
ことを特徴とする交流モータ駆動システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流モータの力行動作時に蓄電デバイスに蓄えられたエネルギーを使用すること、ないし、交流モータの回生動作時に蓄電デバイスにエネルギーを蓄積することによって、交流モータ駆動システムのピーク電力を抑制する交流モータ駆動システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の交流モータ駆動システムにおいて、直流電源より出力された直流電力は、直流母線を介してインバータに供給される。インバータは、直交電力変換を行って適切な交流電力を交流モータに供給する。電力補償装置は、直流電源とインバータとを電気的に接続する直流母線にインバータと並列接続されており、昇降圧回路、蓄電装置、制御装置及び電圧や電流の検出器等で構成されている。そして制御装置は、各検出器から得た直流母線の電圧値と電流値及び蓄電装置の電圧値と電流値の情報に基づいて、昇降圧回路を制御するためのスイッチング指令を出力して、蓄電装置の電力を直流母線側へ放電、あるいは、蓄電装置への充電を行う。（特許文献１参照）。【０００３】
また、従来の他の交流モータ駆動システムは、交流電源からの交流電力を直流電力に変換する整流回路と、整流回路からの直流電圧を平滑する平滑コンデンサと、平滑コンデンサを介して送られる直流電力を任意の周波数に変換するＰＷＭインバータ回路と、インバータ出力電流を検出する電流検出器と、平滑コンデンサの端子電圧を検出する電圧検出回路と、停電検出中の速度指令を演算する速度指令演算回路と、停電を検出し停電検出中に通常運転時の速度指令から停電検出中の速度指令へ速度指令を選択して出力する停電検出回路と、停電検出回路から送出される速度指令をもとに出力電圧指令を演算する出力電圧指令演算回路と、停電検出回路から送出される出力信号をもとにＰＷＭインバータ回路をＰＷＭ制御するＰＷＭ制御回路と、ＰＷＭ制御回路からの出力信号をもとにＰＷＭインバータ回路を駆動するべ一スドライブ回路と、ＰＷＭインバータ回路の出力で駆動される交流電動機とを備える。【０００４】
この従来の他の交流モータ駆動システムは、交流電源が瞬時停電すると停電時の速度指令が選択され、平滑コンデンサ端子電圧の目標電圧と検出電圧とに基づいて停電時の速度指令を演算する。そして、交流電源の瞬時停電が回復すると通常運転の速度指令に切り替わり、通常運転を行う。この従来の他の交流モータ駆動システムでは、平滑コンデンサの端子電圧を用いて、瞬時停電時に運転を継続する技術が開示されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＷＯ２０１２／０３２５８９号公報（例えば、段落００１７、段落００２２及び図１）
【０００６】
【特許文献２】特許４８３１５２７号公報（例えば、段落００１１ないし段落００１８及び図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の技術では、充放電回路（昇降圧回路）を制御する指令を出力して、蓄電デバイス（蓄電装置）に蓄えられた電力を直流母線側へ放電したり、または、直流母線から蓄電デバイスへ充電するために、直流母線の電圧値（平滑コンデンサの端子電圧）と電流量を検出する手段（検出器）双方を設けていた。しかし、直流母線を流れる電流量は大きいため、直流母線の電流量を検出する手段は、直流母線の電圧値を検出する手段に比べ高価である。また、直流母線の電流量を検出する手段は、体積が大きいため、装置内に設置する場合には大きなコストが発生する。【０００８】
一方、特許文献２の技術は、直流母線の電流量を検出する手段を設けていない。また、瞬時停電時、直流母線の電圧値を用いて、平滑コンデンサに蓄積されるエネルギーを制御している。しかし、瞬時停電時に運転を継続するために、減速運転を行う必要がある。このため、交流モータは所望の運転を行うことができないという問題点があった。【０００９】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、直流母線を流れる電流量を検出する手段を設けずに、直流母線の電圧値を用いて、直流母線と蓄電デバイスとの間で電力の授受を行うことができ、かつ、直流母線に供給される電力ないし直流母線から回生される電力を予め定められた値に抑制することができる交流モータ駆動システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に係る交流モータ駆動システムは、直流電力を供給するコンバータと、直流電力を交流電力に変換するインバータと、コンバータとインバータとを接続する直流母線と、交流電力により駆動される交流モータと、コンバータの出力側における電圧値を検出する直流電圧値検出手段と、直流電力を直流母線から充電し、かつ、充電した直流電力を直流母線へ放電する蓄電デバイスと、直流母線に対してインバータと並列に接続され、かつ、直流母線と蓄電デバイスとの間に接続され、蓄電デバイスを充放電させる充放電回路と、蓄電デバイスの充放電電流量を検出する充放電電流量検出手段とを備え、充放電回路は、直流電圧値検出手段が検出する電圧値、及び充放電電流量検出手段が検出する充放電電流量に応じて、インバータから交流モータへ供給する電力のうち、第１の電力閾値を超える電力を、蓄電デバイスから放電、ないし、インバータを介して回生される交流モータの回生電力のうち、第２の電力閾値を超える電力を、蓄電デバイスに充電、をなさしめることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、直流母線を流れる電流量を検出する手段を設けずに、直流母線の電圧値を用いて、直流母線と蓄電デバイスとの間で電力の授受を行うことができ、かつ、直流母線に供給される電力ないし直流母線から回生される電力を予め定められた値に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態１に係る交流モータ駆動システムの全体ブロック図
【図２】実施の形態１に係るコンバータの例である抵抗回生型コンバータのブロック図
【図３】実施の形態１に係るコンバータの例である電源回生型コンバータのブロック図
【図４】実施の形態１に係る充放電回路の例である電流可逆チョッパ回路を採用した充放電回路のブロック図
【図５】実施の形態１に係る充放電回路の例である可逆昇降圧チョッパ回路を採用した充放電回路のブロック図
【図６】実施の形態１に係る交流モータの消費電力模式図
【図７】実施の形態１における充放電制御手段のブロック図
【図８】実施の形態１に係る力行動作時の交流モータ消費電力及び直流母線電圧値の振る舞いを説明する時間経過図
【図９】実施の形態１に係る力行動作時の交流モータ消費電力に対する直流母線の電圧降下を説明する概略図
【図１０】実施の形態１における力行時制御部のブロック図
【図１１】実施の形態１に係る回生動作時の交流モータ消費電力及び直流母線電圧値の振る舞いを説明する時間経過図
【図１２】実施の形態１に係る回生動作時の交流モータ消費電力に対する直流母線の電圧上昇を説明する概略図
【図１３】実施の形態１における回生時制御部のブロック図
【図１４】実施の形態１に係る電力供給状態と放電電流指令値、充電電流指令値、統合電流指令値との関係を説明する概略図
【図１５】実施の形態２における力行時制御部のブロック図
【図１６】実施の形態２における回生時制御部のブロック図
【図１７】実施の形態２における回生時制御部のブロック図
【図１８】実施の形態３に係る交流モータ駆動システムの全体ブロック図
【図１９】実施の形態３における充放電制御手段のブロック図
【図２０】実施の形態３における充放電制御手段のブロック図
【図２１】実施の形態３に係る蓄電調整処理技術を付加した場合の充放電制御手段のブロック図
【図２２】実施の形態４に係る交流モータ駆動システムの全体ブロック図
【図２３】実施の形態４に係る力行動作時の交流モータ消費電力に対する直流母線の電圧降下を説明する概略図
【図２４】実施の形態４における力行時制御部のブロック図
【図２５】実施の形態４に係る回生動作時の交流モータ消費電力に対する直流母線の電圧上昇を説明する概略図
【図２６】実施の形態４における回生時制御部のブロック図
【図２７】実施の形態５に係る力行動作時の交流モータ消費電力と蓄電デバイスが供給する電力と直流母線電圧値との振る舞いを説明する時間経過図
【図２８】実施の形態５における力行時制御部のブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１
図１は、本発明の実施の形態１における交流モータ駆動システムの全体を示すブロック図である。図１に示す交流モータ駆動システムにおいて、発電所や工場内の変電設備などの交流電源（図示せず）は、配線Ｒ、Ｓ、Ｔを介して交流電力を供給する。コンバータ１は、この交流電力を直流電力に変換する。変換された直流電力は、コンバータ１から直流母線２に出力される。
【００１４】
コンバータ１としては、例えば、抵抗回生型コンバータ、または電源回生型コンバータなどが使用される。
【００１５】
抵抗回生型コンバータは、図２に示すような構成である。三相全波整流回路１１は、ダイオード１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄ、１１１ｅ、１１１ｆで構成される。抵抗回生回路１２は、三相全波整流回路１１の出力側に位置し、スイッチング素子１２１と抵抗１２２から構成される。直流母線２からの回生電力により直流母線２の電圧値が予め定められた値より高電圧になった場合、図示していない制御部は、スイッチング素子１２１が導通状態となるように制御し、抵抗１２２が上記回生電力を消費する。交流リアクトル１４は、配線Ｒ、Ｓ、Ｔと直流母線２との間における短絡を防ぐ。
【００１６】
電源回生型コンバータは、図３に示すような構成である。整流回路１３は、三相全波整流回路と同じ各ダイオード１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄ、１３１ｅ、１３１ｆに対し、逆並列に、例えばＩＧＢＴなどのスイッチング素子１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃ、１３２ｄ、１３２ｅ、１３２ｆがそれぞれ接続された構成である。図示していない制御部は、スイッチング素子１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃ、１３２ｄ、１３２ｅ、１３２ｆを制御する。交流リアクトル１４は、配線Ｒ、Ｓ、Ｔと直流母線２との間における短絡を防ぐ。
【００１７】
上記コンバータ１の出力部分、ないし、上記直流母線２中、ないし、後述するインバータ４の入力部分、ないし、後述する充放電回路６の上記直流母線２側の部分の、１箇所あるいは複数の箇所において、直流電力を平滑する目的で、上記直流母線２の高電位側２ａと低電位側２ｂとの間にコンデンサが設置される。これらのコンデンサをまとめて、図１に示すように、平滑コンデンサ３として取り扱う。以後の説明のために、上記平滑コンデンサ３の静電容量をＣ［Ｆ］とする。
【００１８】
平滑コンデンサ３で平滑された直流電力は、直流母線２によりコンバータ１と接続されるインバータ４によって、交流電力に変換される。この交流電力は、上記の交流電源から供給される交流電力とは異なった電圧値や周波数である。上記インバータ４の出力である交流電力は、交流モータを駆動するために用いられる。
【００１９】
また、実施の形態１に係る交流モータ駆動システムは、蓄電デバイス５を備えている。蓄電デバイス５は、直流母線２を流れる電力を蓄えたり、蓄えた電力を直流母線２に放出したりする。蓄電デバイス５は、充放電回路６を介して直流母線２に接続されている。蓄電デバイス５における電力の充放電は、直流母線２に対してインバータ４と並列に接続された充放電回路６により実行される。
【００２０】
さらに、実施の形態１に係る交流モータ駆動システムには、直流電圧値検出手段７が設置されている。直流電圧値検出手段７は、直流母線２の高電位側２ａと低電位側２ｂとの間の電圧値Ｖｄｃ［Ｖ］を検出する。電圧値Ｖｄｃ［Ｖ］は、直流電圧値検出手段７から充放電制御手段８へ出力される。充放電制御手段８は、電圧値Ｖｄｃ［Ｖ］に基づいて、充放電回路６を制御するための制御信号を出力する。
【００２１】
一般に、充放電回路６には可逆チョッパ回路が採用される。
【００２２】
充放電回路６の一例として、図４に電流可逆チョッパ回路を採用した場合の充放電回路６を示す。電流可逆チョッパ回路を採用した充放電回路６は、直流母線２の高電位側２ａと低電位側２ｂとの間に、図４に示すように、２つのダイオード６１ａと６１ｂとが直列に接続されており、ダイオード６１ａと６１ｂそれぞれに対し逆並列にスイッチング素子６２ａと６２ｂとが接続される。ドライバ回路６３ａと６３ｂとは、充放電制御手段８が出力する制御信号に従い、スイッチング素子６２ａと６２ｂとをそれぞれ制御する。ダイオード６１ａとダイオード６１ｂとの接続点には、リアクトル６５の一方の端が接続される。リアクトル６５の他方の端は、蓄電デバイス５の充放電電流量を検出する充放電電流量検出手段６４を介して、蓄電デバイス５の一方の端子に接続される。また、蓄電デバイス５の他方の端子は、直流母線２の低電位側２ｂに接続される。充放電電流量検出手段６４が検出する蓄電デバイス５の充放電電流量は、充放電制御手段８へ出力される。
【００２３】
充放電回路６の別の例として、直流母線２の高電位側２ａと低電位側２ｂとの間に、図４に示す電流可逆チョッパ回路をｎ個多重に構成するｎ多重電流可逆チョッパ回路を採用する場合もある。ｎ多重電流可逆チョッパ回路を採用する場合には、ｎ個のリアクトルのダイオードに接続されていない方の端子は、まとめて蓄電デバイス５の一方の端子に接続され、蓄電デバイス５の他方の端子は、直流母線２の低電位側２ｂに接続される。ｎ多重電流可逆チョッパ回路を採用する場合には、ｎ個のリアクトルそれぞれに対して充放電電流量検出手段が設けられ、各充放電電流量検出手段が検出するそれぞれの電流量が、各相の充放電電流量として充放電制御手段８へ出力される。
【００２４】
充放電回路６のさらに別の例として、図５に可逆昇降圧チョッパ回路を採用した場合の充放電回路６を示す。可逆昇降圧チョッパ回路を採用した充放電回路６は、直流母線２の高電位側２ａと低電位側２ｂとの間に、図５に示すように、２つのダイオード６１ａと６１ｂとが直列に接続されており、ダイオード６１ａと６１ｂそれぞれに対し逆並列にスイッチング素子６２ａと６２ｂとが接続される。ドライバ回路６３ａと６３ｂとは、充放電制御手段８が出力する制御信号に従い、スイッチング素子６２ａと６２ｂとをそれぞれ制御する。ダイオード６１ａとダイオード６１ｂとの接続点には、リアクトル６５の一方の端が接続される。リアクトル６５の他方の端は、蓄電デバイス５の充放電電流量を検出する充放電電流量検出手段６４を介して、図５に示すように、さらに２つのダイオード６１ｃと６１ｄとの接続点に接続される。ダイオード６１ｃの充放電電流量検出手段６４に接続されていない端は、蓄電デバイス５の一方の端子に接続される。ダイオード６１ｄの充放電電流量検出手段６４に接続されていない端は、直流母線２の低電位側２ｂと接続され、さらに、蓄電デバイス５の他方の端子に接続される。ダイオード６１ｃと６１ｄには、それぞれスイッチング素子６２ｃと６２ｄとが逆並列に接続される。ドライバ回路６３ｃと６３ｄとは、充放電制御手段８が出力する制御信号に従い、スイッチング素子６２ｃと６２ｄとをそれぞれ制御する。充放電電流量検出手段６４が検出する蓄電デバイス５の充放電電流量は、充放電制御手段８へ出力される。
【００２５】
充放電回路６に、可逆昇降圧チョッパ回路をｎ個多重に採用することも可能である。この場合、ｎ個のリアクトルそれぞれに対して充放電電流量検出手段が設けられ、各充放電電流量検出手段が検出するそれぞれの電流量が、各相の充放電電流量として充放電制御手段８へ出力される。
【００２６】
以降の説明において、スイッチング素子６２ａと６２ｂおよび６２ｃと６２ｄをまとめてスイッチング素子６２とする。さらに、ドライバ回路６３ａと６３ｂおよび６３ｃと６３ｄをまとめてドライバ回路６３とする。
【００２７】
充放電制御手段８から充放電回路６に出力される制御信号には、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号が用いられる。ＰＷＭ信号は、チョッパ回路のスイッチング素子の導通（ＯＮ）状態と遮断（ＯＦＦ）状態とを切り換えるものである。
【００２８】
なお、充放電回路６において、リアクトル６５と充放電電流量検出手段６４の接続が逆であっても本発明の効果を失うものではないことは、自明である。また、充放電電流量検出手段６４は充放電回路６内に設けられているが、これに限るものではなく、充放電回路６と蓄電デバイス５との間に設けてもよい。この場合においても充放電電流量検出手段６４は、蓄電デバイス５の充放電電流量を検出し、充放電制御手段８へ出力する構成とする。
【００２９】
上述のように、一般に充放電回路６には可逆チョッパ回路が採用され、充放電制御手段８から充放電回路６に出力される制御信号にはＰＷＭ信号が多く用いられると説明した。本実施の形態においてもこの例に従って説明をするが、充放電回路６または制御信号は、必ずしもこの限りではない。
【００３０】
また、本明細書中における［］（かぎ括弧）は物理量の単位を示している。これは、説明の際に使用する記号の判然性を向上させることが目的であり、本発明を［］の物理量に制限するものではない。
【００３１】
図６は、実施の形態１に係る交流モータの消費電力を表す模式図である。例えば、交流モータの消費電力Ｐｌｏａｄ［Ｗ］が、図６の太線で示すように力行動作と回生動作とを繰り返して生起され、交流電源からコンバータ１を介して供給される電力は閾値ＰｔｈＢ［Ｗ］以下、また、コンバータ１が回生する電力は、閾値ＰｔｈＡ［Ｗ］（ＰｔｈＡ＜０）以上に抑制する必要がある場合を考える。
【００３２】
ここで、閾値ＰｔｈＢ［Ｗ］は、コンバータ１の電力変換能力、コンバータ１に供給される電力量の制約、電力購入に伴う経済的要求などの条件により定まる交流モータの力行状態における電力供給量の上限値である。例えば、閾値ＰｔｈＢ［Ｗ］は、コンバータ１の定格電力値、あるいはその定格電力値より若干小さい値である。また閾値ＰｔｈＢ［Ｗ］は、例えば、交流モータ駆動システムが設置される工場または事業所での電力供給能力値、あるいはその電力供給能力値より若干小さい値である。閾値ＰｔｈＢ［Ｗ］は、例えば、交流モータ駆動システムが設置される工場または事業所が電力会社と契約している電力量、あるいはそこから導かれる交流モータ駆動システムが使用できる電力量としてもよい。
【００３３】
一方、負値である閾値ＰｔｈＡ［Ｗ］は、コンバータ１の回生能力、蓄電デバイス５に蓄電できる電荷量の制約、次に到来する力行動作で使用する電力量などの条件により定まる交流モータの回生状態における電力回生量の下限値である。例えば、閾値ＰｔｈＡ［Ｗ］は、コンバータ１が抵抗回生型である場合において抵抗１２２により消費可能な電力量の絶対値の符号を反転した値、あるいはその消費可能電力量の絶対値より若干小さい値を符号反転した値である。コンバータ１が電源回生型である場合、閾値ＰｔｈＡ［Ｗ］は、例えば、回生電力定格値の絶対値の符号を反転した値、あるいはその定格値の絶対値より若干小さい値を符号反転した値である。また閾値ＰｔｈＡ［Ｗ］は、例えば、蓄電デバイス５が充電可能な電荷から算出される電力の絶対値の符号を反転した値、あるいはその充電可能電力の絶対値より若干小さい値を符号反転した値である。閾値ＰｔｈＡ［Ｗ］は、例えば、交流モータ駆動システムに対し次に到来する力行動作が使用する電力量の符号を反転した値、あるいは力行動作が使用する電力量より若干大きい値を符号反転させた値、あるいは力行動作が使用する電力量より若干小さい値を符号反転させた値としてもよい。
【００３４】
充放電制御手段８は、制御信号を出力して充放電回路６を制御することにより、交流モータの回生動作で生じる電力の内、閾値ＰｔｈＡ［Ｗ］を超える電力（図６の領域Ａの部分）を、蓄電デバイス５に蓄えさせる。また、充放電制御手段８は、充放電回路６を制御することにより、交流モータの力行動作に必要な電力の内、閾値ＰｔｈＢ［Ｗ］を超える電力（図６の領域Ｂの部分）を、蓄電デバイス５から放電させる。
【００３５】
図７は、充放電制御手段８の構成を示すブロック図である。力行時制御部８１は、直流電圧値検出手段７の出力である電圧値Ｖｄｃ［Ｖ］に基づいて、充放電回路６を介して蓄電デバイス５から放電させる電流量の指令値である放電電流指令値Ｉｂ＊［Ａ］を生成する。回生時制御部８２は、同じく直流電圧値検出手段７の出力である電圧値Ｖｄｃ［Ｖ］に基づいて、充放電回路６を介して蓄電デバイス５に充電させる電流量の指令値である充電電流指令値Ｉａ＊［Ａ］を生成する。
【００３６】
電流指令値統合部８３は、放電電流指令値Ｉｂ＊［Ａ］と充電電流指令値Ｉａ＊［Ａ］とを加え合わせ、蓄電デバイス５に充電または放電させる電流量の指令値である統合電流指令値Ｉｃ＊［Ａ］を出力する。
【００３７】
制御信号生成部８４は、統合電流指令値Ｉｃ＊［Ａ］と充放電電流量検出手段６４が検出する充放電回路６を流れる充放電電流量とから、充放電回路６へ出力する制御信号を生成する。
【００３８】
次に、交流モータが力行動作を行う場合について説明する。交流モータ駆動システムにおいて、交流電源から供給される交流電力は、無制限に供給されるわけではない。このため図８に示すように、交流モータが負荷電力Ｐｂ［Ｗ］の力行動作を行うと、コンバータ１のインピーダンスの影響から、直流母線２の電圧値Ｖｄｃ［Ｖ］はＶｂ［Ｖ］に低下する。
【００３９】
交流モータの力行動作時における負荷電力と電圧降下した直流母線２の電圧値との関係は、例えば、回路シミュレーションから算出することができる。また、負荷電力と直流母線２の電圧値との関係は、対象システムのコンバータの仕様及び交流リアクトルの仕様から算出することもできる。負荷電力と直流母線２の電圧値との関係は、プロト機／試作機の実測データからの推定から算出することもできる。負荷電力と直流母線２の電圧値との関係は、他の既納入大容量システムにおける実績値から算出することもできる。さらに、負荷電力と直流母線２の電圧値との関係は、上記の組み合わせ等から算出することもできる。これにより、負荷電力と直流母線２の電圧値との関係は、一対一に定まり、図９に太線で示すような電圧降下曲線を定めることができる。
【００４０】
この電圧降下曲線から、閾値ＰｔｈＢ［Ｗ］に対応する直流母線２の電圧値ＶｔｈＢ［Ｖ］を求めることができる。そこで、直流母線２の電圧値Ｖｄｃ［Ｖ］をＶｔｈＢ［Ｖ］に制御することにより、交流電源からコンバータ１を介して供給される電力を閾値ＰｔｈＢ［Ｗ］に抑制することを図る。そして、直流母線２の電圧値Ｖｄｃ［Ｖ］をＶｔｈＢ［Ｖ］に制御することは、図６の領域Ｂの部分の電力を蓄電デバイス５から直流母線２へ供給することにより実現を図る。
【００４１】
一方、ラプラス変換子をｓとし、平滑コンデンサ３に流れる電流量をＩｓ［Ａ］とすると、
Ｉｓ  ＝  ｓ×Ｃ×Ｖｄｃ  ・・・（式１）
の関係が成立する。よって、直流母線２の電圧値Ｖｄｃ［Ｖ］を制御することは、平滑コンデンサ３に流れる電流量を制御することで実現できる。そこで、図６の領域Ｂの部分の電力を蓄電デバイス５から直流母線２へ供給する際、蓄電デバイス５から直流母線２へ放電する電流量を制御することにより、直流母線２の電圧値Ｖｄｃ［Ｖ］をＶｔｈＢ［Ｖ］に制御することを図る。
【００４２】
上記の考えを実現するための力行時制御部８１の構成及び動作を、図１０を用いて説明する。力行時電力閾値格納手段８１１には、閾値ＰｔｈＢ［Ｗ］が予め記録されている。力行時電力閾値格納手段８１１は、閾値ＰｔｈＢ［Ｗ］を力行時電力／電圧手段８１２へ出力する。
【００４３】
力行時電力／電圧手段８１２には、図９に示す電圧降下曲線の特性が、近似式またはルックアップテーブル（ＬＵＴ）などにより予め準備されている。力行時電力／電圧手段８１２は、この電圧降下曲線の特性を用いて閾値ＰｔｈＢ［Ｗ］に対応する電圧値ＶｔｈＢ［Ｖ］を求め、減算手段８１３へ出力する。
【００４４】
減算手段８１３には、直流電圧値検出手段７が検出した直流母線２の電圧値Ｖｄｃ［Ｖ］と力行時電力／電圧手段８１２の出力である電圧値ＶｔｈＢ［Ｖ］とが入力される。減算手段８１３は、電圧値Ｖｄｃ［Ｖ］と電圧値ＶｔｈＢ［Ｖ］との差を演算し、演算結果ＥｒｒＢ［Ｖ］を乗算手段８１４へ出力する。
【００４５】
平滑コンデンサ静電容量値格納手段８１５には、平滑コンデンサ３の静電容量値Ｃ［Ｆ］が予め記録されている。平滑コンデンサ静電容量値格納手段８１５は、平滑コンデンサ３の静電容量値Ｃ［Ｆ］を乗算手段８１４へ出力する。
【００４６】
乗算手段８１４は、減算手段８１３の出力であるＥｒｒＢ［Ｖ］に平滑コンデンサ３の静電容量値Ｃ［Ｆ］を乗じる演算をし、演算結果を力行時電力補償制御部８１６へ出力する。なお、以降の説明においては、減算手段８１３と乗算手段８１４とを合わせて力行時演算手段とする。
【００４７】
力行時電力補償制御部８１６は、乗算手段８１４の出力から、充放電回路６を介して流れる蓄電デバイス５の放電電流量の指令値である放電電流指令値Ｉｂ＊［Ａ］を生成する。この演算は、比例積分制御（ＰＩ制御）、積分制御（Ｉ制御）、または比例積分微分制御（ＰＩＤ制御）により実行される。力行時電力補償制御部８１６は、生成した放電電流指令値Ｉｂ＊［Ａ］を電流指令値統合部８３へ出力する。
【００４８】
次に、交流モータが電力を回生する場合について説明する。交流モータの回転数が減少したり外部から力が加わったりしたとき、交流モータは、図１１に示すようにＰａ［Ｗ］（負値）の電力を回生する。インバータ４を介して回生される交流モータの回生電力Ｐａ［Ｗ］は、平滑コンデンサ３に蓄えられ、直流母線２の電圧値Ｖｄｃ［Ｖ］をＶａ［Ｖ］に上昇させる。コンバータ１が抵抗回生型の場合には、Ｖａ［Ｖ］が抵抗回生回路１２が動作し始めるまでの範囲、即ち、スイッチング素子１２１が導通するまでの範囲では、直流母線２の電圧値Ｖｄｃ［Ｖ］はＶａ［Ｖ］を保つ。また、コンバータ１が電源回生型の場合には、コンバータ１は、コンバータ１のインピーダンスの影響により、この電圧上昇分に基づく電力を交流電源に回生する。
【００４９】
交流モータの回生動作時における回生電力と電圧上昇した直流母線２の電圧値との関係は、例えば、回路シミュレーションから算出することができる。また、回生電力と直流母線２の電圧値との関係は、対象システムのコンバータの仕様及び交流リアクトルの仕様から算出することもできる。回生電力と直流母線２の電圧値との関係は、プロト機／試作機の実測データからの推定から算出することもできる。回生電力と直流母線２の電圧値との関係は、他の既納入大容量システムにおける実績値から算出することもできる。さらに、回生電力と直流母線２の電圧値との関係は、上記の組み合わせ等から算出することもできる。これにより、回生電力と直流母線２の電圧値との関係は、一対一に定まり、図１２に太線で示すような電圧上昇曲線を定めることができる。
【００５０】
この電圧上昇曲線から、閾値ＰｔｈＡ［Ｗ］（負値）に対応する直流母線２の電圧値ＶｔｈＡ［Ｖ］を求めることができる。そこで、直流母線２の電圧値Ｖｄｃ［Ｖ］をＶｔｈＡ［Ｖ］に制御することにより、コンバータ１が回生する電力を閾値ＰｔｈＡ［Ｗ］に抑制することを図る。そして、直流母線２の電圧値Ｖｄｃ［Ｖ］をＶｔｈＡ［Ｖ］に制御することは、図６の領域Ａの部分の電力を直流母線２、具体的には平滑コンデンサ３から充放電回路６を介して蓄電デバイス５へ充電することにより実現を図る。
【００５１】
また、回生動作時においても、力行動作時と同様に（式１）の関係が成立する。このことから、直流母線２の電圧値Ｖｄｃ［Ｖ］を制御することは、平滑コンデンサ３に流れる電流量を制御することで実現できる。そこで、図６の領域Ａの部分の電力を直流母線２から蓄電デバイス５へ充電する際、直流母線２から蓄電デバイス５へ充電する電流量を制御することにより、直流母線２の電圧値Ｖｄｃ［Ｖ］をＶｔｈＡ［Ｖ］に制御することを図る。
【００５２】
上記の考えを実現するための回生時制御部８２の構成及び動作を、図１３を用いて説明する。回生時電力閾値格納手段８２１には、閾値ＰｔｈＡ［Ｗ］が予め記録されている。回生時電力閾値格納手段８２１は、閾値ＰｔｈＡ［Ｗ］を回生時電力／電圧手段８２２へ出力する。
【００５３】
回生時電力／電圧手段８２２には、図１２に示す電圧上昇曲線の特性が、近似式またはＬＵＴなどにより予め準備されている。回生時電力／電圧手段８２２は、この電圧上昇曲線の特性を用いて閾値ＰｔｈＡ［Ｗ］に対応する電圧値ＶｔｈＡ［Ｖ］を求め、減算手段８２３へ出力する。
【００５４】
減算手段８２３には、直流電圧値検出手段７が検出した直流母線２の電圧値Ｖｄｃ［Ｖ］と回生時電力／電圧手段８２２の出力である電圧値ＶｔｈＡ［Ｖ］とが入力される。減算手段８２３は、電圧値Ｖｄｃ［Ｖ］と電圧値ＶｔｈＡ［Ｖ］との差を演算し、演算結果ＥｒｒＡ［Ｖ］を乗算手段８２４へ出力する。
【００５５】
平滑コンデンサ静電容量値格納手段８２５には、平滑コンデンサ３の静電容量値Ｃ［Ｆ］が予め記録されている。平滑コンデンサ静電容量値格納手段８２５は、平滑コンデンサ３の静電容量値Ｃ［Ｆ］を乗算手段８２４へ出力する。
【００５６】
乗算手段８２４は、減算手段８２３の出力であるＥｒｒＡ［Ｖ］に平滑コンデンサ３の静電容量値Ｃ［Ｆ］を乗じる演算をし、演算結果を回生時電力補償制御部８２６へ出力する。なお、以降の説明においては、減算手段８２３と乗算手段８２４とを合わせて回生時演算手段とする。
【００５７】
回生時電力補償制御部８２６は、乗算手段８２４の出力から、充放電回路６を介して流れる蓄電デバイス５の充電電流量の指令値である充電電流指令値Ｉａ＊［Ａ］を生成する。この演算は、ＰＩ制御、Ｉ制御、またはＰＩＤ制御により実行される。回生時電力補償制御部８２６は、生成した充電電流指令値Ｉａ＊［Ａ］を電流指令値統合部８３へ出力する。
【００５８】
次に、力行動作時及び回生動作時における電流指令値統合部８３及び制御信号生成部８４の動作について説明する。電流指令値統合部８３は、力行時制御部８１の出力である放電電流指令値Ｉｂ＊［Ａ］と回生時制御部８２の出力である充電電流指令値Ｉａ＊［Ａ］とを加算して、統合電流指令値Ｉｃ＊［Ａ］を生成し、制御信号生成部８４へ出力する。
【００５９】
但し、電流指令値統合部８３においては、放電電流指令値Ｉｂ＊［Ａ］と充電電流指令値Ｉａ＊［Ａ］とは互いに正負が逆の値である。
【００６０】
即ち、交流モータ駆動システムにおいて、蓄電デバイス５への充電電流を正と定義すれば、放電電流指令値Ｉｂ＊［Ａ］は零または負値に変換して取り扱い、充電電流指令値Ｉａ＊［Ａ］は零または正値に変換して取り扱う。
【００６１】
逆に、交流モータ駆動システムにおいて、蓄電デバイス５からの放電電流を正と定義すれば、放電電流指令値Ｉｂ＊［Ａ］は零または正値に変換して取り扱い、充電電流指令値Ｉａ＊［Ａ］は零または負値に変換して取り扱う。
【００６２】
図１４は、実施の形態１に係る交流モータ駆動システムにおける、蓄電デバイス５への充電電流を正と定義した場合の交流モータの消費電力Ｐｌｏａｄ［Ｗ］と、これに対応する放電電流指令値Ｉｂ＊［Ａ］と、充電電流指令値Ｉａ＊［Ａ］と、統合電流指令値Ｉｃ＊［Ａ］との関係を、模式的に示したものである。
【００６３】
制御信号生成部８４は、統合電流指令値Ｉｃ＊［Ａ］に応じた充放電電流を充放電回路６に流させるための電圧指令値（図示せず）を生成する。具体的には、充放電電流量検出手段６４が検出した充放電回路６を流れる充放電電流量と統合電流指令値Ｉｃ＊［Ａ］とに基づいて、ＰＩ制御、Ｉ制御、またはＰＩＤ制御を実行することにより演算される。
【００６４】
生成された電圧指令値は、一般的に三角波が使用されるキャリア波形と比較される。その比較結果に基づいて、制御信号生成部８４は、電圧指令値をＰＷＭ信号である制御信号に変換する。制御信号生成部８４は、この制御信号を充放電回路６のドライバ回路６３へ出力する。充放電回路６では、制御信号に従って、スイッチング素子６２のＯＮ状態とＯＦＦ状態とが切り換わり、統合電流指令値Ｉｃ＊［Ａ］に応じた充放電電流が流れる。
【００６５】
このように交流モータ駆動システムを構成することにより、直流母線２を流れる電流量を用いることなく、コンバータ１を介して交流電源から供給される力行時の電力を、予め定められた閾値ＰｔｈＢ［Ｗ］に抑制することが可能となる。また、直流母線２を流れる電流量を用いることなく、コンバータ１が回生する回生時の電力を、予め定められた閾値ＰｔｈＡ［Ｗ］に抑制することが可能となる。
【００６６】
本実施の形態１では、直流母線２を流れる電流量を検出する手段（以後、直流母線電流量検出手段と呼ぶ）を設ける必要がない。このため、交流モータ駆動システムを安価に製作することが可能になる。
【００６７】
また、直流母線電流量検出手段を設ける必要がないため、交流モータ駆動システムを小型に製造することができ、資源の節約及びコストの削減を図ることをも可能になる。また、交流モータ駆動システムの設置場所に対する自由度をも増す。
【００６８】
さらに、直流母線電流量検出手段は発熱する場合がある。このため、直流母線電流量検出手段を用いるとき、放熱に関しても対策を施さなければならず、交流モータ駆動システムのコスト上昇の要因になる。しかし、実施の形態１に係る交流モータ駆動システムは、直流母線電流量検出手段を設ける必要がない。このため、直流母線電流量検出手段に対する発熱対策が不要になり、交流モータ駆動システムの低価格化または小型化を図ることもできる。
【００６９】
加えて、直流母線電流量検出手段には、磁気飽和を発生する物もある。磁気飽和が生じると、正確な電流量を把握できなくなる。これにより、本実施の形態に示したような電力ピークカットの機能が実現できなくなり、システム全体の不具合や故障に至る可能性がある。しかし、本実施の形態によると、直流母線電流量検出手段を設ける必要がないため、磁性材料を用いた直流母線電流量検出手段で生じ得る、磁気飽和が発生することはない。このため、磁気飽和による力行時の電力または回生時の電力の誤検出の問題をも回避することが可能となる。
【００７０】
なお、力行時制御部８１及び回生時制御部８２の構成は、上述の構成に限るものではない。例えば、力行時演算手段における、減算手段８１３と乗算手段８１４の配置の順序は逆であってもよい。すなわち、電圧値Ｖｄｃ［Ｖ］と平滑コンデンサ３の静電容量値Ｃ［Ｆ］とが入力される乗算手段と、電圧値ＶｔｈＢ［Ｖ］と静電容量値Ｃ［Ｆ］が入力される乗算手段とをそれぞれ設ける。そして、各乗算手段は、電圧値Ｖｄｃ［Ｖ］に静電容量値Ｃ［Ｆ］を乗じる演算と、電圧値ＶｔｈＢ［Ｖ］に静電容量値Ｃ［Ｆ］を乗じる演算とを別個に行い、それぞれの乗算結果を減算手段８１３へ出力する。減算手段８１３は、入力された各乗算手段の乗算結果の差を演算し、演算結果ＥｒｒＢ［Ｖ］を力行時電力補償制御部８１６へと出力するようにしてもよい。
【００７１】
回生時演算手段においても同様であり、電圧値Ｖｄｃ［Ｖ］が入力される乗算手段と、電圧値ＶｔｈＡ［Ｖ］が入力される乗算手段とをそれぞれ設け、平滑コンデンサ３の静電容量値Ｃ［Ｆ］をそれぞれの乗算手段で乗じる演算を行うようにしてもよい。そして、それぞれの乗算結果を減算手段８２３へ出力し、減算手段８２３はその差を演算する。減算手段８２３は、演算結果ＥｒｒＡ［Ｖ］を回生時電力補償制御部８２６へと出力するようにしてもよい。
【００７２】
また、力行時制御部８１及び回生時制御部８２において、平滑コンデンサ静電容量値格納手段８１５及び平滑コンデンサ静電容量値格納手段８２５を設けない構成としてもよい。さらに、乗算手段８１４及び乗算手段８２４についても設けない構成としてもよい。
【００７３】
この場合、力行時電力補償制御部８１６は、静電容量値Ｃ［Ｆ］によらずに、減算手段８１３の出力であるＥｒｒＢ［Ｖ］に基づいて放電電流指令値Ｉｂ＊［Ａ］を生成する。また、力行時電力補償制御部８１６が演算を行う際に、静電容量値Ｃ［Ｆ］を乗じるようにしてもよい。
【００７４】
回生時電力補償制御部８２６も同様であり、静電容量値Ｃ［Ｆ］によらずに、減算手段８２３の出力であるＥｒｒＡ［Ｖ］に基づいて充電電流指令値Ｉａ＊［Ａ］を生成するようにしてもよいし、回生時電力補償制御部８２６が演算する際に静電容量値Ｃ［Ｆ］を乗じるようにしてもよい。
【００７５】
さらに、力行時演算手段は、減算手段８１３を有することとしていたが、これに限るものではない。例えば、減算手段８１３を有する代わりに比較手段を設けることとしてもよい。この場合、比較手段には電圧値Ｖｄｃ［Ｖ］及び電圧値ＶｔｈＢ［Ｖ］が入力され、これらの比較のみを行う。比較手段は、比較結果を力行時電力補償制御部８１６へと出力する。力行時電力補償制御部８１６は、比較結果に基づき、電圧値Ｖｄｃ［Ｖ］を電圧値ＶｔｈＢ［Ｖ］以下とするための放電電流指令値Ｉｂ＊［Ａ］を生成し、電流指令値統合部８３へ出力する。
【００７６】
回生時演算手段が有する減算手段８２３も同様であり、代わりに比較手段を設けることとしてもよい。この場合、比較手段は、入力された電圧値Ｖｄｃ［Ｖ］と電圧値ＶｔｈＡ［Ｖ］とを比較し、比較結果を回生時電力補償制御部８２６へと出力する。回生時電力補償制御部８２６は、比較結果に基づき、電圧値Ｖｄｃ［Ｖ］を電圧値ＶｔｈＡ［Ｖ］以上とするための充電電流指令値Ｉａ＊［Ａ］を生成し、電流指令値統合部８３へ出力する。
【００７７】
実施の形態２
力行時制御部８１に関し、実施の形態１とは別の実施の形態について図１５を用いて説明する。なお、本実施の形態において、実施の形態１と同一または同等の手段に関しては、同一の名称と符号とを用いて説明を省略する。
【００７８】
実施の形態２に係る力行時制御部８１は、実施の形態１に係る力行時制御部８１の構成に加えて、さらに力行比較手段８１７と、力行時電力閾値格納手段８１１及び平滑コンデンサ静電容量値格納手段８１５とは別の第３の格納手段８１８を備えている。
【００７９】
力行動作時における実施の形態２に係る交流モータ駆動システムの原理について説明する。直流電圧値検出手段７が検出した直流母線２の電圧値Ｖｄｃ［Ｖ］には、ノイズが重畳することがある。特に小消費電力時において、本来は蓄電デバイス５から電力を放電させる動作（以下、電力アシスト動作）が必要でない場合でも、電力アシスト動作を行うことがある。そして、力行時電力補償制御部８１６または制御信号生成部８４には、積分要素が存在する。このため、ノイズが去った後しばらくは、電力アシスト動作に入ってしまったならば、システムは直ちに修正をすることができず、所望の機能を発揮することができない。
【００８０】
反対に、電力アシスト動作が必要であるにも拘らず、ノイズの重畳により電力アシスト動作を止めてしまい、ノイズが無くなって再び電力アシスト動作を実行するまでの間、時間遅れが発生する場合もある。つまり、ノイズが去った後の時間遅れを排除し、直ちに電力アシスト動作等を実行できるようにするための予防処置が必要となる。
【００８１】
そこで、力行時電力補償制御部８１６を、その動作が停止する状態（状態ａ）、または力行時電力補償制御部８１６の出力である放電電流指令値Ｉｂ＊［Ａ］を強制的に零に変換させる状態（状態ｂ）に制御するような力行マスク信号Ｆｂを用いることで、ノイズの影響を軽減することを図る。
【００８２】
次に、図１５を用いて、実施の形態２に係る力行時制御部８１の動作を説明する。第３の格納手段８１８には、零または小さい量の負値が、閾値ＶｂＦ（≦０）として予め記録されている。力行比較手段８１７には、減算手段８１３の出力ＥｒｒＢ［Ｖ］と第３の格納手段８１８に格納されている閾値ＶｂＦとが入力される。
【００８３】
力行比較手段８１７は、減算手段８１３の出力ＥｒｒＢ［Ｖ］が閾値ＶｂＦ以上の場合、力行マスク信号Ｆｂを生成する。そして力行比較手段８１７は、力行マスク信号Ｆｂを力行時電力補償制御部８１６へ出力する。力行比較手段８１７は、力行マスク信号Ｆｂにより、力行時電力補償制御部８１６を状態ａないし状態ｂに制御する。
【００８４】
その後、減算手段８１３の出力ＥｒｒＢ［Ｖ］が閾値ＶｂＦよりも小さくなった場合、力行比較手段８１７は、力行マスク信号Ｆｂを、状態ａが解除され、かつ、状態ｂが解除される信号に変化させる。
【００８５】
以上のように力行時制御部８１を構成することで、交流モータ駆動システムにおける小消費電力時の力行動作に対して、放電電流指令値Ｉｂ＊［Ａ］の断絶を抑制することが可能になる。これにより、スムーズな電力補償動作を実施することができる。
【００８６】
なお、実施の形態２に係る力行時制御部８１の構成は、これに限るものではない。例えば、第３の格納手段８１８に、零または小さい量の負値である２つの値ＶｂＦ１及びＶｂＦ２（ＶｂＦ１＜ＶｂＦ２≦０）を、閾値として予め記録させておく構成としてもよい。この場合、力行比較手段８１７は、ＥｒｒＢ［Ｖ］がＶｂＦ１より小さくなるまで、力行時電力補償制御部８１６を状態ａないし状態ｂに制御する。そして、力行比較手段８１７は、一度ＥｒｒＢ［Ｖ］がＶｂＦ１より小さくなると、力行時電力補償制御部８１６を動作させて零以外の放電電流指令値Ｉｂ＊［Ａ］を出力させる。その後、力行比較手段８１７は、次にＥｒｒＢ［Ｖ］がＶｂＦ２以上になった場合、力行時電力補償制御部８１６を再び状態ａないし状態ｂに制御する。このような制御を実現するヒステリシスな力行マスク信号Ｆｂを用いる場合においても、上述のような効果を得ることができる。
【００８７】
また、力行比較手段８１７は、力行マスク信号Ｆｂを、力行時電力補償制御部８１６へ出力することに加えて力行時制御部８１の外部（図１５の点線部分）にも出力するようにしてもよい。この場合、力行比較手段８１７は、力行マスク信号Ｆｂを、制御信号生成部８４へ出力する。このような構成とすることにより、力行比較手段８１７は、力行時電力補償制御部８１６の状態ａに対応して、制御信号生成部８４の状態を、動作が停止する状態に設定するように制御することが可能となる。また、力行比較手段８１７は、力行時電力補償制御部８１６の状態ｂに対応して、制御信号生成部８４の状態を制御することにより、その出力である制御信号について制御してもよい。この場合、制御信号のうち、蓄電デバイス５の放電に係る制御信号が、強制的にスイッチング素子６２をＯＦＦ状態に設定する制御信号となるように、制御信号生成部８４の状態を制御することも可能となる。
【００８８】
このように力行マスク信号Ｆｂで制御信号生成部８４を制御する場合、交流モータ駆動システムにおける小消費電力の力行動作時、または力行動作と回生動作とが切り換わる時において、チョッパ回路である充放電回路６のスイッチング素子６２が直流母線２間で短絡する可能性を減少させることができる。これにより、充放電回路６の故障の回避またはスイッチング素子６２の寿命の延長を図ることをもできる。このことにより、さらに、交流モータ駆動システムの故障回避または装置寿命延長をも期待できる。
【００８９】
次に、回生時制御部８２に関し、実施の形態１とは別の実施の形態について、図１６を用いて説明する。実施の形態２に係る回生時制御部８２は、実施の形態１に係る回生時制御部８２の構成に加えて、さらに回生比較手段８２７と、回生時電力閾値格納手段８２１及び平滑コンデンサ静電容量値格納手段８２５とは別の第４の格納手段８２８を備えている。
【００９０】
回生動作時における実施の形態２に係る交流モータ駆動システムの原理について説明する。回生動作時も力行動作時と同様に、直流電圧値検出手段７が検出した直流母線２の電圧値Ｖｄｃ［Ｖ］にノイズが重畳することにより誤動作を行ってしまうことがある。このため、ノイズが去った後正常な動作を実行するまでの時間遅れを排除する必要がある。
【００９１】
そこで、回生時電力補償制御部８２６を、その動作が停止する状態（状態ｃ）、または回生時電力補償制御部８２６の出力である充電電流指令値Ｉａ＊［Ａ］を強制的に零に変換させる状態（状態ｄ）に制御するような回生マスク信号Ｆａを用いることで、ノイズの影響を軽減することを図る。
【００９２】
次に、図１６を用いて、実施の形態２に係る回生時制御部８２の動作を説明する。第４の格納手段８２８には、零または小さい量の正値が、閾値ＶａＦ（≧０）として予め記録されている。回生比較手段８２７には、減算手段８２３の出力ＥｒｒＡ［Ｖ］と第４の格納手段８２８に格納されている閾値ＶａＦとが入力される。
【００９３】
回生比較手段８２７は、減算手段８２３の出力ＥｒｒＡ［Ｖ］が閾値ＶａＦ以下の場合、回生マスク信号Ｆａを生成する。そして回生比較手段８２７は、回生マスク信号Ｆａを回生時電力補償制御部８２６へ出力する。回生比較手段８２７は、回生マスク信号Ｆａにより、回生時電力補償制御部８２６を状態ｃないし状態ｄに制御する。
【００９４】
その後、減算手段８２３の出力ＥｒｒＡ［Ｖ］が閾値ＶａＦよりも大きくなった場合、回生比較手段８２７は、回生マスク信号Ｆａを、状態ｃが解除され、かつ、状態ｄが解除される信号に変化させる。
【００９５】
以上のように回生時制御部８２を構成することで、交流モータ駆動システムにおける小消費電力時の回生動作に対して、充電電流指令値Ｉａ＊［Ａ］の断絶を抑制することが可能になる。これにより、スムーズな電力補償動作を実施することができる。
【００９６】
なお、実施の形態２に係る回生時制御部８２の構成は、これに限るものではない。例えば、第４の格納手段８２８に、零または小さい量の正値である２つの値ＶａＦ１及びＶａＦ２（ＶａＦ１＞ＶａＦ２≧０）を、閾値として予め記録させておく構成としてもよい。この場合、回生比較手段８２７は、ＥｒｒＡ［Ｖ］がＶａＦ１より大きくなるまで、回生時電力補償制御部８２６を状態ｃないし状態ｄに制御する。そして、回生比較手段８２７は、一度ＥｒｒＡ［Ｖ］がＶａＦ１より大きくなると、回生時電力補償制御部８２６を動作させて零以外の充電電流指令値Ｉａ＊［Ａ］を出力させる。その後、回生比較手段８２７は、次にＥｒｒＡ［Ｖ］がＶａＦ２以下になった場合、回生時電力補償制御部８２６を再び状態ｃないし状態ｄに制御する。このような制御を実現するヒステリシスな回生マスク信号Ｆａを用いる場合においても、上述のような効果を得ることができる。
【００９７】
また、回生比較手段８２７は、回生マスク信号Ｆａを、回生時電力補償制御部８２６へ出力することに加えて回生時制御部８２の外部（図１６の点線部分）にも出力するようにしてもよい。この場合、回生比較手段８２７は、回生マスク信号Ｆａを、制御信号生成部８４へ出力する。このような構成とすることにより、回生比較手段８２７は、回生時電力補償制御部８２６の状態ｃに対応して、制御信号生成部８４の状態を、動作が停止する状態に設定するように制御することが可能となる。また、回生比較手段８２７は、回生時電力補償制御部８２６の状態ｄに対応して、制御信号生成部８４の状態を制御することにより、その出力である制御信号について制御してもよい。この場合、制御信号のうち、蓄電デバイス５の充電に係る制御信号が、強制的にスイッチング素子６２をＯＦＦ状態に設定する制御信号となるように、制御信号生成部８４の状態を制御することも可能となる。
【００９８】
このように回生マスク信号Ｆａで制御信号生成部８４を制御する場合、交流モータ駆動システムにおける小消費電力の回生動作時、または回生動作と力行動作とが切り換わる時において、チョッパ回路である充放電回路６のスイッチング素子６２が直流母線２間で短絡する可能性を減少させることができる。これにより、充放電回路６の故障の回避またはスイッチング素子６２の寿命の延長を図ることをもできる。このことにより、さらに、交流モータ駆動システムの故障回避または装置寿命延長をも期待できる。
【００９９】
さらに、第４の格納手段８２８は、上記閾値ＶａＦ２と共に、交流モータが力行動作及び回生動作を実行しない時の直流母線２の電圧値Ｖｄｃ０［Ｖ］（図８及び図１１参照）を予め記録するような構成としてもよい。この場合、図１７に示すように、回生比較手段８２７には、ＥｒｒＡ［Ｖ］と共に、直流母線２の電圧値Ｖｄｃ［Ｖ］と、閾値ＶａＦ２と、電圧値Ｖｄｃ０［Ｖ］とを入力する。
【０１００】
回生比較手段８２７は、電圧値Ｖｄｃ［Ｖ］がＶｄｃ０［Ｖ］より大きくなったとき、直ちに回生マスク信号Ｆａを、回生時電力補償制御部８２６を動作させる信号に変化させる。そして、回生比較手段８２７は、ＥｒｒＡ［Ｖ］がＶａＦ２以下にならない限り、回生マスク信号Ｆａを回生時電力補償制御部８２６が動作し続ける様に保持する。その後、回生比較手段８２７は、ＥｒｒＡ［Ｖ］がＶａＦ２以下になった場合、回生時電力補償制御部８２６を状態ｃないし状態ｄに制御する回生マスク信号Ｆａを生成する。回生比較手段８２７は、生成した回生マスク信号Ｆａを回生時電力補償制御部８２６へ出力する。
【０１０１】
このように回生時制御部８２を構成することにより、蓄電デバイス５は、交流モータ駆動システムが回生動作を開始するや否や、充電を開始することができる。このため、本システムの制御遅れを小さくでき、無駄な電力を交流電源に回生することなく蓄電デバイス５に蓄えることが可能となる。
【０１０２】
実施の形態３
実施の形態３に係る交流モータ駆動システムの全体の構成を、図１８に示す。なお、本実施の形態において、実施の形態１または実施の形態２と同一または同等の手段に関しては、同一の名称と符号とを用いて説明を省略する。
【０１０３】
図１８に示すように、蓄電デバイス電圧値検出手段５１は、蓄電デバイス５に接続され、蓄電デバイス５の両端電圧値Ｖｃａｐ［Ｖ］を検出する。蓄電デバイス電圧値検出手段５１は、検出した両端電圧値Ｖｃａｐ［Ｖ］を充放電制御手段８へと出力する。
【０１０４】
実施の形態１または実施の形態２においては、直流母線２の電圧値Ｖｄｃ［Ｖ］がＶｔｈＢ［Ｖ］になるように、蓄電デバイス５から直流母線２へ放電させることにより、コンバータ１から直流母線２へ供給される電力を閾値ＰｔｈＢ［Ｗ］に抑制できる技術を開示した。実施の形態１または実施の形態２において、力行時制御部８１が出力する放電電流指令値Ｉｂ＊［Ａ］は、直流母線２と充放電回路６との間の電流量を制御の対象としている。以降の説明において、直流母線２と充放電回路６との間の電流量を、一次側電流量ｉ１［Ａ］とする。一方、実施の形態１または実施の形態２において、制御信号生成部８４は、蓄電デバイス５と充放電回路６との間の電流量が入力され、直流母線２と充放電回路６との間を流れる電流量を制御する制御信号を、充放電回路６のドライバ回路６３へ出力する。以降の説明において、蓄電デバイス５と充放電回路６との間の電流量を、二次側電流量ｉ２［Ａ］とする。
【０１０５】
充放電回路６のチョッパ回路による損失が小さいと仮定すると、一次側電流量ｉ１［Ａ］と二次側電流量ｉ２［Ａ］との間には、
ｉ１×Ｖｄｃ  ＝  ｉ２×Ｖｃａｐ  ・・・  （式２）
の関係が成立する。コンバータ１から直流母線２へ供給される電力を閾値ＰｔｈＢ［Ｗ］に抑制制御する場合には、Ｖｄｃ＝ＶｔｈＢ、ｉ１＝Ｉｂ＊と近似できることから、これらを（式２）に代入して、
ｉ２＝  （ＶｔｈＢ÷Ｖｃａｐ）Ｉｂ＊  ・・・（式３）
の関係が成立する。両端電圧値Ｖｃａｐ［Ｖ］の変化が小さい場合には、（ＶｔｈＢ÷Ｖｃａｐ）は定数と見なせるため、制御信号生成部８４内のＰＩ制御、Ｉ制御、ＰＩＤ制御等で対応が可能である。しかし、蓄電デバイス５からの放電量が大きく、両端電圧値Ｖｃａｐ［Ｖ］が大きく変化する場合には、制御信号生成部８４だけでは対応できなくなる。
【０１０６】
そこで、（式３）を実現するべく、図１９に示すように、力行時制御部８１と電流指令値統合部８３との間に、さらに、力行時換算手段８５を設置する。力行時換算手段８５は、力行時制御部８１の出力である放電電流指令値Ｉｂ＊［Ａ］と、力行時制御部８１内の力行時電力／電圧手段８１２の出力である電圧値ＶｔｈＢ［Ｖ］と、蓄電デバイス電圧値検出手段５１の検出値である両端電圧値Ｖｃａｐ［Ｖ］とを入力する。力行時換算手段８５は、（ＶｔｈＢ÷Ｖｃａｐ）Ｉｂ＊を演算し、演算結果を二次側放電電流指令値Ｉｂ２＊［Ａ］として電流指令値統合部８３へ出力する。
【０１０７】
同様に、実施の形態１または実施の形態２においては、直流母線２の電圧値Ｖｄｃ［Ｖ］がＶｔｈＡ［Ｖ］になるように、直流母線２から蓄電デバイス５へ充電させることにより、直流母線２からコンバータ１へ回生される電力を閾値ＰｔｈＡ［Ｗ］に抑制できる技術を開示した。実施の形態１または実施の形態２において、回生時制御部８２が出力する充電電流指令値Ｉａ＊［Ａ］は、一次側電流量ｉ１［Ａ］を制御の対象としている。一方、実施の形態１または実施の形態２において、制御信号生成部８４は、二次側電流量ｉ２［Ａ］を制御する制御信号を、充放電回路６のドライバ回路６３へ出力する。
【０１０８】
充放電回路６のチョッパ回路による損失が小さいと仮定すると、一次側電流量ｉ１［Ａ］と二次側電流量ｉ２［Ａ］との間には、（式２）が成立する。直流母線２からコンバータ１へ回生される電力を閾値ＰｔｈＡ［Ｗ］に抑制制御する場合には、Ｖｄｃ＝ＶｔｈＡ、ｉ１＝Ｉａ＊と近似できることから、これらを（式２）に代入して、
ｉ２＝  （ＶｔｈＡ÷Ｖｃａｐ）ｉａ＊  ・・・（式４）
の関係が成立する。両端電圧値Ｖｃａｐ［Ｖ］の変化が小さい場合には、（ＶｔｈＡ÷Ｖｃａｐ）は定数と見なせるため、制御信号生成部８４内のＰＩ制御、Ｉ制御、ＰＩＤ制御等で対応が可能である。しかし、蓄電デバイス５への充電量が大きく、両端電圧値Ｖｃａｐ［Ｖ］が大きく変化する場合には、制御信号生成部８４だけでは対応できなくなる。
【０１０９】
そこで、（式４）を実現するべく、図２０に示すように、回生時制御部８２と電流指令値統合部８３との間に、さらに、回生時換算手段８６を設置する。回生時換算手段８６は、回生時制御部８２の出力である充電電流指令値Ｉａ＊［Ａ］と、回生時制御部８２内の回生時電力／電圧手段８２２の出力である電圧値ＶｔｈＡ［Ｖ］と、蓄電デバイス電圧値検出手段５１の検出値である両端電圧値Ｖｃａｐ［Ｖ］とを入力する。回生時換算手段８６は、（ＶｔｈＡ÷Ｖｃａｐ）Ｉａ＊を演算し、演算結果を二次側放電電流指令値Ｉａ２＊［Ａ］として電流指令値統合部８３へ出力する。
【０１１０】
ここまで、力行時換算手段８５と回生時換算手段８６とをそれぞれ単独に充放電制御手段８に設置する形態を開示した。しかし、力行時換算手段８５が力行時制御部８１と電流指令値統合部８３との間、かつ、回生時換算手段８６が回生時制御部８２と電流指令値統合部８３との間であって、両方とも充放電制御手段８に設置されても構わない。
【０１１１】
このように、力行時換算手段８５ないし回生時換算手段８６の両方あるいはいずれか一方を充放電制御手段８に設置することにより、蓄電デバイス５の両端電圧値Ｖｃａｐ［Ｖ］が大きく変化した場合でも、直流母線２を流れる電流量を用いることなく、コンバータ１を介して交流電源から供給される力行時の電力を、予め定められた閾値ＰｔｈＢ［Ｗ］に抑制することが可能となる。また同様に、蓄電デバイス５の両端電圧値Ｖｃａｐ［Ｖ］が大きく変化した場合でも、直流母線２を流れる電流量を用いることなく、コンバータ１が回生する回生時の電力を、予め定められた閾値ＰｔｈＡ［Ｗ］に抑制することが可能となる。
【０１１２】
さらに、蓄電デバイス５の両端電圧値Ｖｃａｐ［Ｖ］を大きく変化させて使用できることにより、蓄電デバイス５が直流母線２に対して充放電できる電力量を大きくすることが可能になる。このため、交流モータ駆動システムに設置される蓄電デバイス５の静電容量が小さくて済む。よって、交流モータ駆動システムのさらなる小型化ないし低価格化を図ることをも可能とする。
【０１１３】
このように二次側電流量ｉ２［Ａ］を用いるならば、チョッパ回路をｎ多重に構成する場合、充放電電流量と制御信号とを多重の相毎に対応させることが可能となる。
【０１１４】
多重構成のチョッパ回路を導入し、充放電電流量と制御信号とを相毎に対応させる場合、充放電電流のリプル成分の抑制が実現できる。これにより、良質な電力補償動作が実現できると共にノイズの低減が可能になる。つまり、交流モータ駆動システムのノイズ対策部材の削減または低性能のノイズ対策部材の利用が可能となる。よって、交流モータ駆動システムを安価に製作することができる。
【０１１５】
また、蓄電デバイス電圧値検出手段５１を設け、蓄電デバイス５の両端電圧値Ｖｃａｐ［Ｖ］を検出して充放電制御手段８へ出力することにより、背景技術で開示した特許文献１に記載の蓄電調整処理技術を採用することもできる。
【０１１６】
具体的には、図２１に示すように、充放電制御手段８内にさらに蓄電調整制御部８７を設置する。蓄電調整制御部８７には、蓄電デバイス電圧値検出手段５１の出力である両端電圧値Ｖｃａｐ［Ｖ］を入力する。蓄電調整制御部８７には、充放電電流量検出手段６４の出力である充放電電流量を入力する。蓄電調整制御部８７には、力行時制御部８１からの出力であるＥｒｒＢ［Ｖ］または放電電流指令値Ｉｂ＊［Ａ］を入力する。蓄電調整制御部８７には、回生時制御部８２からの出力であるＥｒｒＡ［Ｖ］または充電電流指令値Ｉａ＊［Ａ］を入力する。蓄電調整制御部８７は、入力に基づいて、蓄電調整電流指令値Ｉｄ＊［Ａ］を生成し、電流指令値統合部８３へ出力する。電流指令値統合部８３は、蓄電調整制御部８７の出力である蓄電調整電流指令値Ｉｄ＊［Ａ］と、力行時換算手段８５の出力である二次側放電電流指令値Ｉｂ２＊［Ａ］と、回生時換算手段８６の出力である二次側充電電流指令値Ｉａ２＊［Ａ］とを足し合わせて、統合電流指令値Ｉｃ＊［Ａ］を生成する。電流指令値統合部８３は、統合電流指令値Ｉｃ＊［Ａ］を、制御信号生成部８４へ出力する。
【０１１７】
この蓄電調整制御部８７において、特許文献１に記載の定電圧制御部１６Ｅの構成を採用する。さらに、蓄電調整制御部８７において、本件の実施の形態１ないし実施の形態３に示したような、直流母線２の電力値でなく直流母線２の電圧値Ｖｄｃ［Ｖ］に基づいて動作する構成を採用する。このようにして、特許文献１に記載の蓄電調整処理技術を採用することで、当該技術の効果を実現することも可能になる。
【０１１８】
なお、図２１には、充放電制御手段８に力行時換算手段８５および回生時換算手段８６を導入する場合を図示している。しかし、蓄電調整制御部８７は、力行時換算手段８５ないし回生時換算手段８６のいずれか一方を採用しなくても問題はない。また、蓄電調整制御部８７は、力行時換算手段８５と回生時換算手段８６の双方を採用しなくても問題はない。
【０１１９】
実施の形態４
実施の形態４に係る交流モータ駆動システムの全体ブロック図を図２２に示す。本実施の形態が実施の形態１（図１参照）ないし実施の形態３（図１８参照）と異なる所は、コンバータ１の入力側に接続される交流線間における電圧値（以後、交流線間電圧値と呼ぶ）Ｖａｃ［Ｖ］を検出し、充放電制御手段８へ出力する交流電圧値検出手段９を設けた点である。
【０１２０】
なお、図２２において点線で記載した部分は、本実施の形態に実施の形態３を適用した場合の構成を表している。また、本実施の形態において、実施の形態１ないし実施の形態３と同一または同等の手段に関しては、同一の名称と符号とを用いて説明を省略する。
【０１２１】
実施の形態４に係る交流モータ駆動システムの原理について説明する。コンバータ１に入力される交流線間電圧値Ｖａｃ［Ｖ］は、交流電源からコンバータ１までの配線の長短により異なる。また、同じ交流電源に複数の交流モータ駆動システムが接続されるような場合、一の交流モータ駆動システムのコンバータ１に入力される交流線間電圧値Ｖａｃ［Ｖ］は、他の交流モータ駆動システムの稼動状態の繁閑により変動する。コンバータ１に入力される交流線間電圧値Ｖａｃ［Ｖ］が変動すると、コンバータ１の出力である直流母線２の電圧値Ｖｄｃ［Ｖ］も変動する。
【０１２２】
本実施の形態では、コンバータ１の入力交流線間電圧値Ｖａｃ［Ｖ］が変動しても、交流電源からコンバータ１を介して供給される力行電力を、予め定められた閾値ＰｔｈＢ［Ｗ］に抑制することを図る。また、コンバータ１の入力交流線間電圧値Ｖａｃ［Ｖ］が変動しても、コンバータ１を介して回生する回生電力を、予め定められた閾値ＰｔｈＡ［Ｗ］に抑制することを図る。
【０１２３】
次に、力行動作時における実施の形態４に係る交流モータ駆動システムについて説明する。交流モータが力行動作を行う場合、交流線間電圧値Ｖａｃ［Ｖ］の変動に対する交流モータの消費電力Ｐｌｏａｄ［Ｗ］と直流母線２の電圧値Ｖｄｃ［Ｖ］との関係は、図２３に示す様になる。ここで電圧値Ｖａｃ０［Ｖ］は、交流線間電圧値Ｖａｃ［Ｖ］について基準となる電圧値である。
【０１２４】
実際の交流線間電圧値Ｖａｃ［Ｖ］が基準となる電圧値Ｖａｃ０［Ｖ］に比して高い場合、電圧降下曲線は、電圧値Ｖｄｃ［Ｖ］の高い方へ凡そ平行移動する。逆に、実際の交流線間電圧値Ｖａｃ［Ｖ］が基準となる電圧値Ｖａｃ０［Ｖ］より低い場合、電圧降下曲線は、電圧値Ｖｄｃ［Ｖ］の低い方へ凡そ平行移動する。
【０１２５】
そこで、交流線間電圧値Ｖａｃ［Ｖ］の変動に対応する構成とするために、実施の形態４に係る力行時制御部８１は、図２４に示す様に、基準となる電圧値Ｖａｃ０［Ｖ］が予め記録されている基準時交流線間電圧値格納手段８３１を備える。さらに、本実施の形態は、実施の形態１ないし実施の形態３に記載した、力行時電力閾値格納手段８１１の出力である閾値ＰｔｈＢ［Ｗ］のみが入力されて電圧値ＶｔｈＢ［Ｖ］を出力する力行時電力／電圧手段８１２に代えて、交流線間電圧値対応力行時電力／電圧手段８３２を設ける。交流線間電圧値対応力行時電力／電圧手段８３２には、図２３に示す電圧降下曲線の特性が、近似式またはＬＵＴなどにより予め準備されている。
【０１２６】
また、交流線間電圧値対応力行時電力／電圧手段８３２には、Ｖａｃ＝Ｖａｃ０の場合の電圧降下曲線の値であるｆ（Ｐｌｏａｄ）のみを、実施の形態１ないし実施の形態３と同様に、近似式あるいはＬＵＴなどの形式で予め準備しておき、交流線間電圧値対応力行時電力／電圧手段８３２は、この関数ｆ（Ｐｌｏａｄ）に（式５）で示す演算を施すことにより、電圧値ＶｔｈＢ［Ｖ］を算出してもよい。ここで、Ｋｂ（＞０）は、電圧降下曲線が交流線間電圧値Ｖａｃ［Ｖ］により平行移動する割合を調整する定数である。
ＶｔｈＢ  ＝  Ｋｂ（Ｖａｃ÷Ｖａｃ０）ｆ（Ｐｌｏａｄ）  ・・・（式５）
【０１２７】
交流線間電圧値対応力行時電力／電圧手段８３２には、交流電圧値検出手段９で検出した交流線間電圧値Ｖａｃ［Ｖ］を入力する。交流線間電圧値対応力行時電力／電圧手段８３２には、基準時交流線間電圧値格納手段８３１に予め記録されている電圧値Ｖａｃ０［Ｖ］を入力する。交流線間電圧値対応力行時電力／電圧手段８３２には、力行時電力閾値格納手段８１１の出力である閾値ＰｔｈＢ［Ｗ］を入力する。交流線間電圧値対応力行時電力／電圧手段８３２は、入力に基づいて、電圧値ＶｔｈＢ［Ｖ］を出力する。
【０１２８】
なお、交流線間電圧値対応力行時電力／電圧手段８３２の出力ＶｔｈＢ［Ｖ］の出力先は、実施の形態１ないし実施の形態３と同様である。交流線間電圧値対応力行時電力／電圧手段８３２は、出力ＶｔｈＢ［Ｖ］を減算手段８１３ないし力行時換算手段８５へ出力する。
【０１２９】
次に、回生動作時における実施の形態４に係る交流モータ駆動システムについて説明する。交流モータが回生動作を行う場合、交流線間電圧値Ｖａｃ［Ｖ］の変動に対する交流モータの消費電力Ｐｌｏａｄ［Ｗ］と直流母線２の電圧値Ｖｄｃ［Ｖ］との関係は、図２５に示す様になる。
【０１３０】
実際の交流線間電圧値Ｖａｃ［Ｖ］が基準となる電圧値Ｖａｃ０［Ｖ］に比して高い場合、電圧上昇曲線は、電圧値Ｖｄｃ［Ｖ］の高い方へ凡そ平行移動する。逆に、実際の交流線間電圧値Ｖａｃ［Ｖ］が基準となる電圧値Ｖａｃ０［Ｖ］より低い場合、電圧上昇曲線は、電圧値Ｖｄｃ［Ｖ］の低い方へ凡そ平行移動する。
【０１３１】
そこで、交流線間電圧値Ｖａｃ［Ｖ］の変動に対応する構成とするために、実施の形態４に係る回生時制御部８２は、図２６に示す様に、基準となる電圧値Ｖａｃ０［Ｖ］が予め記録されている基準時交流線間電圧値格納手段８４１を備える。さらに、本実施の形態は、実施の形態１ないし実施の形態３に記載した、回生時電力閾値格納手段８２１の出力である閾値ＰｔｈＡ［Ｗ］のみが入力されて電圧値ＶｔｈＡ［Ｖ］を出力する回生時電力／電圧手段８２２に代えて、交流線間電圧値対応回生時電力／電圧手段８４２を設ける。交流線間電圧値対応回生時電力／電圧手段８４２には、図２５に示す電圧上昇曲線の特性が、近似式またはＬＵＴなどにより予め準備されている。
【０１３２】
また、交流線間電圧値対応回生時電力／電圧手段８４２には、Ｖａｃ＝Ｖａｃ０の場合の電圧上昇曲線の値であるｇ（Ｐｌｏａｄ）のみを、実施の形態１ないし実施の形態３と同様に、近似式あるいはＬＵＴなどの形式で予め準備しておき、交流線間電圧値対応回生時電力／電圧手段８４２は、この関数ｇ（Ｐｌｏａｄ）に（式６）で示す演算を施すことにより、電圧値ＶｔｈＡ［Ｖ］を算出してもよい。ここで、Ｋａ（＞０）は、電圧上昇曲線が交流線間電圧値Ｖａｃ［Ｖ］により平行移動する割合を調整する定数である。
ＶｔｈＡ  ＝  Ｋａ（Ｖａｃ÷Ｖａｃ０）ｇ（Ｐｌｏａｄ）  ・・・（式６）
【０１３３】
交流線間電圧値対応回生時電力／電圧手段８４２には、交流電圧値検出手段９で検出した交流線間電圧値Ｖａｃ［Ｖ］を入力する。交流線間電圧値対応回生時電力／電圧手段８４２には、基準時交流線間電圧値格納手段８４１に予め記録されている電圧値Ｖａｃ０［Ｖ］を入力する。交流線間電圧値対応回生時電力／電圧手段８４２には、回生時電力閾値格納手段８２１の出力である閾値ＰｔｈＡ［Ｗ］を入力する。交流線間電圧値対応回生時電力／電圧手段８４２は、入力に基づいて、電圧値ＶｔｈＡ［Ｖ］を出力する。
【０１３４】
なお、交流線間電圧値対応回生時電力／電圧手段８４２の出力ＶｔｈＡ［Ｖ］の出力先は、実施の形態１ないし実施の形態３と同様である。交流線間電圧値対応回生時電力／電圧手段８４２は、出力ＶｔｈＡ［Ｖ］を減算手段８２３ないし回生時換算手段８６へ出力する。
【０１３５】
本実施の形態によると、コンバータ１の入力交流線間電圧値Ｖａｃ［Ｖ］が変動した場合においても、直流母線電流量検出手段を設けることなく、交流電源からコンバータ１を介して供給される力行電力を、予め定められた閾値ＰｔｈＢ［Ｗ］に抑制することが可能になる。また、コンバータ１の入力交流線間電圧値Ｖａｃ［Ｖ］が変動した場合においても、直流母線電流量検出手段を設けることなく、コンバータ１を介して回生する回生電力を、予め定められた閾値ＰｔｈＡ［Ｗ］に抑制することが可能になる。
【０１３６】
実施の形態５
力行時制御部８１の他の実施の形態について説明する。実施の形態１ないし実施の形態４に係る交流モータ駆動システムにおいて、交流モータが消費電力Ｐｌｏａｄ（ｔ）［Ｗ］の力行動作を行う場合を考える。この場合、蓄電デバイス５から充放電回路６を介して直流母線２に供給する電力Ｐａｓｓｉｓｔ（ｔ）［Ｗ］が存在しなければ、直流母線の電圧値Ｖｄｃ［Ｖ］がＶｌｏａｄ（ｔ）［Ｖ］になると仮定する（図２７参照）。ここで、ｔは時刻を表す。
【０１３７】
次に、Ｐａｓｓｉｓｔ（ｔ）［Ｗ］が存在し、交流電源から供給される電力が閾値ＰｔｈＢ［Ｗ］に制御される場合を考える。この場合の短い時間間隔Δｔにおけるエネルギーの授受を考えると、（式７）が成立する。
Passist(t)・Δt ＝ Pload(t)・Δt  −  PthB・Δt            ・・・（式７）
【０１３８】
直流母線の電圧値Ｖｄｃ［Ｖ］は、平滑コンデンサ３に蓄えられたエネルギーの表れである。このため、（式７）は（式８）に書き換えられる。
Passist(t)・Δt＝  (1/2) C [Vdc0 2 −｛Vload(t)｝2] − (1/2)C(Vdc0 2 − VthB 2)
＝  −(1/2) C ［｛Vload(t)｝2  −  VthB 2 ］      ・・・  （式８）
【０１３９】
また、蓄電デバイス５から電力供給が存在する場合のＶｌｏａｄ（ｔ）［Ｖ］は、直流電圧値検出手段７の検出値Ｖｄｃ［Ｖ］に他ならない。よって、（式８）はさらに（式９）に書き改められる。
Passist(t)・Δt  ＝  −(1/2) C (Vdc 2  −  VthB 2 )        ・・・  （式９）
【０１４０】
したがって、（式９）に基づいて、電圧値Ｖｄｃ［Ｖ］の二乗値と電圧値ＶｔｈＢ［Ｖ］の二乗値との差をＥｒｒＢ［Ｖ］とし、このＥｒｒＢ［Ｖ］に−（１／２）Ｃを乗じた値から、放電電流指令値Ｉｂ＊［Ａ］を生成することが可能である。
【０１４１】
図２８に、実施の形態５に係る力行時制御部８１のブロック図を示す。なお、図２８において、点線で表した部分は、本実施の形態に実施の形態２ないし実施の形態４を適用した場合の構成を表している。また、実施の形態１ないし実施の形態４と同一または同等の手段に関しては、同一の名称と符号とを用いて説明を省略する。
【０１４２】
図において、二乗手段８３３には、直流電圧値検出手段７の出力である電圧値Ｖｄｃ［Ｖ］を入力する。二乗手段８３３は、入力に基づいてＶｄｃ２を演算し、減算手段８１３の被減数入力へ出力する。
【０１４３】
二乗手段８３４には、力行時電力／電圧手段８１２または交流線間電圧値対応力行時電力／電圧手段８３２の出力である電圧値ＶｔｈＢ［Ｖ］を入力する。二乗手段８３４は、入力に基づいてＶｔｈＢ２を演算し、減算手段８１３の減数入力へ出力する。
【０１４４】
減算手段８１３は、入力に基づいてＶｄｃ２−ＶｔｈＢ２を演算し、出力ＥｒｒＢ［Ｖ］として乗算手段８１４に出力する。
【０１４５】
乗算手段８１４は、入力に基づいてＣ（Ｖｄｃ２−ＶｔｈＢ２）を演算し、乗算手段８３５へ出力する。乗算手段８３５は、入力であるＣ（Ｖｄｃ２−ＶｔｈＢ２）を−（１／２）倍して、力行時電力補償制御部８１６または力行時換算手段８５へ出力する。以下において、二乗手段８３３、二乗手段８３４、減算手段８１３、乗算手段８１４、及び乗算手段８３５を合わせて、力行時演算手段とする。
【０１４６】
力行時電力補償制御部８１６は、入力に基づいて放電電流指令値Ｉｂ＊［Ａ］を生成し、電流指令値統合部８３へ出力する。
【０１４７】
本実施の形態によると、（式１）を用いずに（式９）を用いることによっても、直流母線電流量検出手段を設けることなく、交流電源からコンバータ１を介して供給される力行電力を、予め定められた閾値ＰｔｈＢ［Ｗ］に抑制することが可能になる。
【０１４８】
なお、力行時制御部８１の構成は、上述の構成に限るものではない。例えば、力行時演算手段において、乗算手段８１４と乗算手段８３５とを１つの乗算手段で実施し、一度に乗じるようにしてもよい。他にも、力行時演算手段の構成について、減算手段８１３、乗算手段８１４及び乗算手段８３５等の配置は、同じ結果を得られる限りにおいて、順序が逆である等の異なる配置であってもよいことは、いうまでもない。
【０１４９】
なお、実施の形態１から実施の形態５までにおいて、交流電源からコンバータ１を介して直流母線２へ供給される電力の閾値ＰｔｈＢ［Ｗ］を格納する力行時電力閾値格納手段８１１には、予め定められた閾値が格納されていると説明した。また、電圧降下曲線の特性を格納する力行時電力／電圧手段８１２には、予め定められた特性が格納されていると説明した。平滑コンデンサ３の静電容量値Ｃ［Ｆ］を格納する平滑コンデンサ静電容量値格納手段８１５、８２５には、予め定められた数値が格納されていると説明した。交流モータ力行時の充放電回路６の動作を制限する閾値を格納する第３の格納手段８１８には、予め定められた閾値が格納されていると説明した。直流母線２からコンバータ１を介して回生する電力の閾値ＰｔｈＡ［Ｗ］を格納する回生時電力閾値格納手段８２１には、予め定められた閾値が格納されていると説明した。電圧上昇曲線の特性を格納する回生時電力／電圧手段８２２には、予め定められた特性が格納されていると説明した。交流モータ回生時の充放電回路６の動作を制限する閾値を格納する第４の格納手段８２８には、予め定められた閾値が格納されていると説明した。コンバータ１の入力側である交流線間における基準となる電圧値Ｖａｃ０［Ｖ］を格納する基準時交流線間電圧値格納手段８３１、８４１には、予め定められた数値が格納されていると説明した。交流線間電圧値の変動に対応した電圧降下曲線の特性を格納する交流線間電圧値対応力行時電力／電圧手段８３２には、予め定められた特性が格納されていると説明した。交流線間電圧値の変動に対応した電圧上昇曲線の特性を格納する交流線間電圧値対応回生時電力／電圧手段８４２には、予め定められた特性が格納されていると説明した。これらは、交流モータ駆動システムが稼動し始めた時点及びそれ以降についての説明である。
【０１５０】
上記の閾値、数値、または特性は、交流モータ駆動システムが稼動し始める前、即ち装置搬入時点、装置点検終了時点、毎日の始業時間前、タスクの変更時などにおいて、設定等ができるようにしてもよい。この設定等は、例えば、ダイヤル、選択ボタン、専用インターフェイス、汎用の通信インターフェイスなどの設定手段を用いて行えるようにするとよい。
【０１５１】
そして、この設定手段は、例えば、作業の負荷状況、作業における力行または回生の連続状態、交流電源の状況、作業時間帯、騒音等の環境状態、及び蓄電デバイス５の積み替えなどによる静電容量値の変化などに応じて、設定等ができるようにしてもよい。さらに、この設定手段は、上記の閾値、数値、または特性を、設定または変更、場合によっては削除することも可能である手段とすることができる。このような設定手段を備えても、実施の形態１ないし実施の形態５に係る交流モータ駆動システムにおいて実現できる効果を妨げるものでないことは、明らかである。
【符号の説明】
【０１５２】
１  コンバータ、１１  三相全波整流回路、１１１ａ  ダイオード、１１１ｂ  ダイオード、１１１ｃ  ダイオード、１１１ｄ  ダイオード、１１１ｅ  ダイオード、１１１ｆ  ダイオード、１２  抵抗回生回路、１２１  スイッチング素子、１２２  抵抗、１３  整流回路、１３１ａ  ダイオード、１３１ｂ  ダイオード、１３１ｃ  ダイオード、１３１ｄ  ダイオード、１３１ｅ  ダイオード、１３１ｆ  ダイオード、１３２ａ  スイッチング素子、１３２ｂ  スイッチング素子、１３２ｃ  スイッチング素子、１３２ｄ  スイッチング素子、１３２ｅ  スイッチング素子、１３２ｆ  スイッチング素子、１４  交流リアクトル、２  直流母線、３  平滑コンデンサ、４  インバータ、５  蓄電デバイス、５１  蓄電デバイス電圧値検出手段、６  充放電回路、６１ａ  ダイオード、６１ｂ  ダイオード、６１ｃ  ダイオード、６１ｄ  ダイオード、６２ａ  スイッチング素子、６２ｂ  スイッチング素子、６２ｃ  スイッチング素子、６２ｄ  スイッチング素子、６３ａ  ドライバ回路、６３ｂ  ドライバ回路、６３ｃ  ドライバ回路、６３ｄ  ドライバ回路、６４  充放電電流量検出手段、６５  リアクトル、７  直流電圧値検出手段、８  充放電制御手段、８１  力行時制御部、８１１  力行時電力閾値格納手段、８１２  力行時電力／電圧手段、８１３  減算手段、８１４  乗算手段、８１５  平滑コンデンサ静電容量値格納手段、８１６  力行時電力補償制御部、８１７  力行比較手段、８１８  第３の格納手段、８３１  基準時交流線間電圧値格納手段、８３２  交流線間電圧値対応力行時電力／電圧手段、８３３  二乗手段、８３４  二乗手段、８３５  乗算手段、８２  回生時制御部、８２１  回生時電力閾値格納手段、８２２  回生時電力／電圧手段、８２３  減算手段、８２４  乗算手段、８２５  平滑コンデンサ静電容量値格納手段、８２６  回生時電力補償制御部、８２７  回生比較手段、８２８  第４の格納手段、８４１  基準時交流線間電圧値格納手段、８４２  交流線間電圧値対応回生時電力／電圧手段、８３  電流指令値統合部、８４  制御信号生成部、８５  力行時換算手段、８６  回生時換算手段、８７  蓄電調整制御部、９  交流電圧値検出手段
【要約】
直流母線を流れる電流量を検出する手段を設けずに、直流母線の電圧値を用いて、直流母線と蓄電デバイスとの間で電力の授受を行うことができる交流モータ駆動システムを提供する。
この発明に係る交流モータ駆動システムは、充放電回路が、直流電圧値検出手段が検出する電圧値、及び充放電電流量検出手段が検出する充放電電流量に応じて、インバータから交流モータへ供給する電力のうち、第１の電力閾値を超える電力を、蓄電デバイスから放電、ないし、インバータを介して回生される交流モータの回生電力のうち、第２の電力閾値を超える電力を、蓄電デバイスに充電、をなさしめる。【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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