(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源及び二次電池と、この二次電池に接続されてモータを駆動するモータ駆動回路と、前記交流電源の交流電力を直流電力に変換し前記二次電池を充電可能な充電回路とを有する充電回路付き駆動装置であって、
前記充電回路の両端間に、前記二次電池、前記モータ駆動回路内の駆動用素子さらにモータ巻線からなる直列回路が接続され、
前記充電回路は、前記モータ駆動回路を介することなく前記モータ巻線と前記二次電池とに接続されていると共に、当該充電回路の導通を開閉する開閉手段を備え、
前記モータ巻線は、前記二次電池に接続されていると共に、前記充電回路に接続されている、
ことを特徴とする充電回路付き駆動装置。
【請求項２】
前記充電回路の一方端に前記モータ巻線の中間部が接続されていることを特徴とする請求項１記載の充電回路付き駆動装置。
【請求項３】
前記モータ巻線の中間部は、前記モータ巻線がスター結線の場合はその中性点、前記モータ巻線がデルタ結線の場合は、デルタ結線の各モータ巻線のうちの何れかのモータ巻線の中間点であることを特徴とする請求項２記載の充電回路付き駆動装置。
【請求項４】
交流電源及び二次電池と、この二次電池に接続されてモータを駆動するモータ駆動回路と、前記交流電源の交流電力を直流電力に変換し前記二次電池を充電可能な充電回路とを有する充電回路付き駆動装置であって、
前記充電回路の両端間に、前記二次電池、前記モータ駆動回路内の駆動用素子、駆動用ブラシ、モータ巻線さらに充電用ブラシからなる直列回路が接続され、
前記充電回路は、前記モータ駆動回路を介することなく前記充電ブラシと前記二次電池とに接続され、当該充電回路の導通を開閉する開閉手段を備え、
前記モータ巻線は、前記駆動用ブラシを介して前記二次電池に接続されると共に、前記充電ブラシを介して前記充電回路に接続されている、
ことを特徴とする充電回路付き駆動装置。
【請求項５】
前記駆動用素子はフライホイールダイオード及びスイッチング素子のうち何れかであることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の充電回路付き駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バッテリーなどの二次電池を電源とする車両などの駆動に使用され、二次電池充電回路とモータ駆動回路の両方を設けた充電回路付き駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の充電回路付き駆動装置は、例えば電気自動車の電気システムなどに使用されており、バッテリーなどの二次電池の直流電力を、回生機能を持つ順逆変換動作可能な電力変換器により交流電力に変換して車輪駆動用の交流電動機に供給し、これによって、交流電動機を回転駆動している。
【０００３】
図４は、従来の充電回路付き駆動装置の構成を示すブロック図である。
【０００４】
図４において、二次電池としてのバッテリー１の両端は電力変換器としてのインバータ２にそれぞれ接続され、このインバータ２の各出力端はそれぞれ車輪駆動用の交流電動機としての誘導モータ３の各巻線３ａ，３ｂ，３ｃの各一方端にそれぞれ接続されており、バッテリー１からの直流電力をインバータ２で交流電力に変換して誘導モータ３の各巻線３ａ，３ｂ，３ｃに供給可能になっている。また、誘導モータ３の各巻線３ａ，３ｂ，３ｃの各他方端はそれぞれ、開閉器４の各共通接点４ａ，４ｂ，４ｃにそれぞれ接続され、開閉器４の各切替接点のうち一方切替接点４ｄ，４ｅ，４ｆはそれぞれ交流電源５に接続され、開閉器４の各切替接点のうち他方切替接点４ｇ，４ｈ，４ｉはそれぞれ互いに接続されており、開閉器４は、誘導モータ３の各巻線３ａ，３ｂ，３ｃの各他方端を、交流電源５側とスター結線側の何れかに切り替え接続可能に構成されている。
【０００５】
上記構成により、誘導モータ３を駆動するに際して、開閉器４の各共通接点４ａ，４ｂ，４ｃをそれぞれ他方切替接点４ｇ，４ｈ，４ｉにそれぞれ接続することで、誘導モータ３の各巻線３ａ，３ｂ，３ｃをスター結線とする。これによって、誘導モータ３の各巻線３ａ，３ｂ，３ｃは、交流電源５と切り離されると共に、バッテリー１からの直流電力がインバータ２で交流電力に変換されて入力され、誘導モータ３は、回転駆動して力行運転することになる。また。誘導モータ３の回生制動時には、インバータ２によって力行運転時とは逆の電力変換、即ち交流電力から直流電力への電力変換が行われて、電力をバッテリー１側に回生させることになる。このように、インバータ２内には、図示されていないモータ駆動回路が設けられており、それによって誘導モータ３の回転駆動が行われている。
【０００６】
一方、バッテリー１への充電に際しては、開閉器４の各共通接点４ａ，４ｂ，４ｃをそれぞれ一方切替接点４ｄ，４ｅ，４ｆとそれぞれ接続することで、誘導モータ３の各巻線３ａ，３ｂ，３ｃをそれぞれ交流電源５側に接続する。これによって、交流電源５からの充電電力が誘導モータ３の各巻線３ａ，３ｂ，３ｃをそれぞれ介してインバータ２に供給され、インバータ２は上記回生制動時と同様の動作により交流電力を直流電力に変換してバッテリー１を充電することになる。このとき、誘導モータ３の各巻線３ａ，３ｂ，３ｃは交流リアクトルとして作用している。また、インバータ２内には、図示されていない充電制御回路が設けられており、それによって充電動作が制御されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の構成では、誘導モータ３の各巻線３ａ，３ｂ，３ｃをバッテリー充電時の充電電流の制限用に使用しているため、交流リアクトルを別途必要としないという利点はあるものの、誘導モータ３の各巻線３ａ，３ｂ，３ｃをバッテリー１への充電用と、誘導モータ３の駆動用とに切り替える開閉器４のような大容量の切替手段を必要とするという問題を有していた。
【０００８】
この開閉器４は、交流電源５側に接続した充電時の、比較的小さい充電電流だけではなく、スター結線側に接続したモータ回転駆動時の大きな電流も流さなければならず、大容量の切替手段となっている。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、交流リアクトルを別途必要とせず、かつ大容量の切替手段を必要としない充電回路付き駆動装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の充電回路付き駆動装置は、交流電源及び二次電池と、この二次電池に接続されてモータを駆動するモータ駆動回路と、前記交流電源の交流電力を直流電力に変換し前記二次電池を充電可能な充電回路とを有する充電回路付き駆動装置であって、充電回路の両端間に、二次電池、モータ駆動回路内の駆動用素子さらにモータ巻線からなる直列回路が接続され、前記充電回路は、前記モータ駆動回路を介することなく前記モータ巻線と前記二次電池とに接続されていると共に、当該充電回路の導通を開閉する開閉手段を備え、前記モータ巻線は、前記二次電池に接続されると共に、前記充電回路に接続されている、ことを特徴とするものである。この場合、モータが、誘導モータや同期モータなどの交流モータに適応可能である他、ブラシ付きＤＣモータやブラシレスＤＣモータなどの直流モータに適応可能である。特に、ブラシ付きＤＣモータの場合には、本発明の充電回路付き駆動装置は、交流電源及び二次電池と、この二次電池に接続されてモータを駆動するモータ駆動回路と、前記交流電源の交流電力を直流電力に変換し前記二次電池を充電可能な充電回路とを有する充電回路付き駆動装置であって、前記充電回路の両端間に、前記二次電池、前記モータ駆動回路内の駆動用素子、駆動用ブラシ、モータ巻線さらに充電用ブラシからなる直列回路が接続され、前記充電回路は、前記モータ駆動回路を介することなく前記充電ブラシと前記二次電池とに接続され、当該充電回路の導通を開閉する開閉手段を備え、前記モータ巻線は、前記駆動用ブラシを介して前記二次電池に接続されると共に、前記充電ブラシを介して前記充電回路に接続されている、ことを特徴とするものである。
【００１１】
この構成により、充電回路の両端間に、二次電池、モータ駆動回路内の駆動用素子さらにモータ巻線からなる直列回路が接続され、充電回路は、モータ駆動回路を介することなくモータ巻線と二次電池とに接続され、当該充電回路の導通を開閉する開閉手段を備え、モータ巻線は、二次電池に接続されると共に、前記充電回路に接続されているので、充電時に、充電回路の＋側端から出力される充電電流は、二次電池、モータ駆動回路内の駆動用素子さらにモータ巻線を経て充電回路の一側端に戻るように閉ループを形成して流れることになる。このとき、モータ巻線は、バッテリー充電時の充電電流の制限用として作用し、リアクトルを別途必要とせず、また、モータ駆動時と充電時との切り替えは、モータ巻線に駆動電力を供給する経路外の充電回路内で行っており、例えばモータ駆動時には、充電回路がオフで充電回路とモータ巻線とが切り離され、モータ巻線には、二次電池から駆動電力が供給可能であり、また例えば充電時には、充電回路がオンで充電回路とモータ巻線とが接続され、充電回路から二次電池に充電電流が供給された後にモータ巻線を介して流れるようになっており、モータ巻線に駆動電力を供給する経路中に、従来のような大容量の切替手段を必要としない。
【００１２】
また、好ましくは、本発明の充電回路付き駆動装置における充電回路の一方端にモータ巻線の中間部が接続されていることを特徴とする。このモータ巻線の中間部は、好ましくは、モータ巻線がスター結線の場合はその中性点、モータ巻線がデルタ結線の場合はデルタ結線を構成する各モータ巻線のうちの何れかのモータ巻線の中間点であることを特徴とする。
【００１３】
この構成により、巻線の中間点としてスター結線の場合はその中性点、デルタ結線の場合は各巻線のうちの何れかの巻線の中間点であればよいが、スター結線の中性点から接続線が取り出し易いのに対して、何れかの巻線の中間点から接続線を取り出す場合には、巻線に対して加工するなどして接続部を設ける必要があり、若干の加工工数が必要となる。
【００１４】
また、スター結線されているモータの、リアクトルとしての巻線の方が、デルタ結線されているモータの、リアクトルとしての巻線よりも、インダクタンスの値が約１．３倍大きいので、スイッチング素子のスイッチング周波数を下げることが可能で、スイッチング素子の発熱を小さくすることが可能である。
【００１５】
さらに、好ましくは、本発明の充電回路付き駆動装置における駆動用素子はフライホイールダイオード（以下、フライホイール・ダイオードともいう）およびスイッチング素子の何れかであることを特徴とする。
【００１６】
この構成により、モータ駆動回路内の駆動用素子としてフライホイール・ダイオードやスイッチング素子を用いることで、別に充電電流用経路を設ける必要はなく、簡単な構成で充電電流をモータ巻線に容易に流すことが可能となって、モータ巻線を充電電流制限用に用いることが可能となる。
【００１７】
また、二次電池の電圧が高い場合には、定格電圧の高いスイッチング素子を使用する必要があり、スイッチング素子が特にＦＥＴ（電解効果トランジスタ）の場合、スイッチング素子のオン抵抗が大きいので、充電電流はフライホイール・ダイオードを通した方が損失がより少なくなり、また、二次電池の電圧が低い場合には、定格電圧の低いスイッチング素子を使用でき、スイッチング素子が特にＦＥＴの場合、スイッチング素子のオン抵抗が小さいので、充電電流はスイッチング素子を通した方が損失がより少なくなる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る充電回路付き駆動装置の実施形態について図面を参照して説明するが、本発明は以下に示す各実施形態に限定されるものではない。
【００１９】
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１の充電回路付き駆動装置の構成を示す回路図である。
【００２０】
図１において、充電回路１１は、モータ駆動回路１３を介することなく多相巻線（所謂、本発明におけるモータ巻線である。）１４ａ、１４ｂ、１４ｃとバッテリー（所謂、本発明における二次電池である。）１２とに接続され、充電を制御する充電回路１１の＋側端は、二次電池としてのバッテリー１２の＋側端子とモータ駆動回路１３との接続点に接続され、バッテリー１２の−側端子もモータ駆動回路１３に接続されており、バッテリー１２からモータ駆動回路１３に直流電力を供給可能で、かつ充電回路１１からバッテリー１２に充電電力を供給可能である。この構成により、充電回路１１は、モータ駆動回路１３を介して二次電池に接続されると共に、充電回路１１に接続されている。また、このモータ駆動回路１３の各出力端にはそれぞれ誘導モータ１４の多相巻線１４ａ、１４ｂ、１４ｃの一方端がそれぞれ接続されており、モータ駆動回路１３は、バッテリー１２からの直流電力を交流駆動電力に電力変換して各相巻線１４ａ、１４ｂ、１４ｃにそれぞれ出力するように構成されている。さらに、これらの各相巻線１４ａ、１４ｂ、１４ｃの他方端は中性点１５で一括して接続されてスター結線を構成しており、そのスター結線の中性点１５は充電回路１１の一側端に接続されている。
【００２１】
この充電回路１１は、交流電源１６と充電スイッチ１７との直列回路の両端が整流器１８の交流入力端に接続されており、この整流器１８の＋側の直流出力端にはスイッチング素子としての定電流充電用トランジスタ１９が接続されて構成されており、交流電源１６からの交流電力が整流器１８を介して直流電力に変換された後、さらに定電流充電用トランジスタ１９を介して一定の直流電流としてバッテリー１２に供給可能に構成されている。このように、充電回路１１は、充電時には、充電スイッチ１７がオンで、かつ定電流充電用トランジスタ１９の制御端子に所定電圧が印加されて所定電流が通電可能であり、また、モータ駆動時には、充電スイッチ１７がオフで、かつ定電流充電用トランジスタ１９の制御端子に電圧印加が為されず通電不能の状態となっている。本発明の開閉手段は、充電スイッチ１７によってその機能が発現される。
【００２２】
この場合、充電スイッチ１７のオン・オフ制御時には、比較的小さい充電電流を流せばよいので大容量とする必要はなく、さらに、定電流充電用トランジスタ１９の通電不能時に充電スイッチ１７のオン・オフ制御を行うようにすれば、オン・オフ制御時に電流は流れないことになり、接点容量の小さいスイッチを用いることができる。さらに、定電流充電用トランジスタ１９の開閉だけで充電制御をするようにすれば、充電スイッチ１７は省略することも可能である。さらに、本発明は、バッテリー１２を電源とする電気車両などに使用され、電気車両の走行中はバッテリー１２を電源として誘導モータ１４が回転駆動するため、交流電源１６に接続することはできず、電気車両の停車時に交流電源１６と接続して充電を行うようになっている。
【００２３】
また、モータ駆動回路１３は、スイッチング素子としての駆動用トランジスタ２０，２１の直列回路とフライホイール・ダイオード２２，２３の直列回路とが並列接続されており、これらのフライホイール・ダイオード２２，２３の接続点は駆動用トランジスタ２０，２１の接続点に接続されると共に誘導モータ１４の巻線１４ａの一方端に接続され、また、スイッチング素子としての駆動用トランジスタ２４，２５の直列回路とフライホイール・ダイオード２６，２７の直列回路とが並列接続されており、これらのフライホイール・ダイオード２６，２７の接続点は駆動用トランジスタ２４，２５の接続点に接続されると共に誘導モータ１４の巻線１４ｂの一方端に接続され、さらに、スイッチング素子としての駆動用トランジスタ２８，２９の直列回路とフライホイール・ダイオード３０，３１の直列回路とが並列接続されており、これらのフライホイール・ダイオード３０，３１の接続点は駆動用トランジスタ２８，２９の接続点に接続されると共に誘導モータ１４の巻線１４ｃの一方端に接続されて構成されている。これらのフライホイール・ダイオード２２，２３、フライホイール・ダイオード２６，２７およびフライホイール・ダイオード３０，３１は全て、バッテリー１２の＋側から電流が流れ込んでくる方向に対して阻止する方向に接続（ダイオードのカソード側がバッテリー１２の＋側に接続）されていると共に、駆動用トランジスタ２０，２１、駆動用トランジスタ２４，２５および駆動用トランジスタ２８，２９のうちのオンしている素子がオフしたときに、駆動用トランジスタを保護すべく、誘導モータ１４の多相巻線１４ａ，１４ｂ，１４ｃに流れる電流を循環させて逃がすように構成されている。
【００２４】
また、これらの駆動用トランジスタ２０，２１、駆動用トランジスタ２４，２５および駆動用トランジスタ２８，２９は、図示しないモータ駆動制御回路によって、順次、オン・オフ制御されて、スター結線の多相巻線１４ａ，１４ｂ，１４ｃに位相の異なる交流電力を供給可能に構成されている。これらの駆動用トランジスタ２０，２１、駆動用トランジスタ２４，２５および駆動用トランジスタ２８，２９のオン・オフ制御は、例えば、まず第１に、駆動用トランジスタ２０，２５，２８がオンし、駆動用トランジスタ２１，２４，２９がオフすると、電流は、巻線１４ａおよび巻線１４ｃから巻線１４ｂに流れることになる。第２に、駆動用トランジスタ２０，２５，２９がオンし、駆動用トランジスタ２１，２４，２８がオフすると、電流は、巻線１４ａから巻線１４ｃおよび巻線１４ｂに流れることになる。第３に、駆動用トランジスタ２０，２４，２９がオンし、駆動用トランジスタ２１，２５，２８がオフすると、電流は、巻線１４ａおよび巻線１４ｂから巻線１４ｃに流れることになる。第４に、駆動用トランジスタ２１，２４，２９がオンし、駆動用トランジスタ２０，２５，２８がオフすると、電流は、巻線１４ｂから巻線１４ａおよび巻線１４ｃに流れることになる。第５に、駆動用トランジスタ２１，２４，２８がオンし、駆動用トランジスタ２０，２５，２９がオフすると、電流は、巻線１４ｂおよび巻線１４ｃから巻線１４ａに流れることになる。第６に、駆動用トランジスタ２１，２５，２８がオンし、駆動用トランジスタ２０，２４，２９がオフすると、電流は、巻線１４ｃから巻線１４ａおよび巻線１４ｂに流れることになる。以上で移動子が１回転し、これが繰り返されることになって移動子が回転駆動する。
【００２５】
また、誘導モータ１４の回生制動時にも同様に、図示しないモータ駆動制御回路によって、順次、駆動用トランジスタ２０，２１、駆動用トランジスタ２４，２５および駆動用トランジスタ２８，２９がオン・オフ制御されて、スター結線の多相巻線１４ａ，１４ｂ，１４ｃからの交流電力の＋側がバッテリー１２の＋端子側に印加され、その交流電力の−側がバッテリー１２の−端子側に印加されるようになっている。
【００２６】
上記構成により、誘導モータ１４を回転駆動するに際して、充電スイッチ１７と定電流充電用トランジスタ１９がオフの状態で、充電回路１１は誘導モータ１４の多相巻線１４ａ，１４ｂ，１４ｃからは切り離されており、多相巻線１４ａ，１４ｂ，１４ｃはスター結線となっている。さらに、図示しないモータ駆動制御回路によって、駆動用トランジスタ２０，２１、駆動用トランジスタ２４，２５および駆動用トランジスタ２８，２９を誘導モータ１４が駆動可能なようにスイッチング制御することで、バッテリー１２からの直流電力が交流電力に変換されて、位相の異なる交流電力が、スター結線された多相巻線１４ａ，１４ｂ，１４ｃに順次供給され、誘導モータ１４として回転駆動して力行運転することになる。また、誘導モータ１４の回生制動時には、上記力行運転時とは逆の電力変換、即ち交流電力から直流電力への電力変換が行われて、直流電力をバッテリー１２側に回生させることになる。
【００２７】
また、バッテリー１２への充電に際しては、交流電源１６を接続すると共に充電スイッチ１７と定電流充電用トランジスタ１９がオンの状態で、交流電源１６からの交流電力が整流器１８を介して直流電力に変換され、この直流電力は定電流充電用トランジスタ１９によって制御され、一定の直流電力としてバッテリー１２の＋側端子に供給されて定電流充電される。このとき、整流器１８の＋側端子から出力された充電電流Ｉは、バッテリー１２の＋側端子から−側端子を通ってフライホイール・ダイオード２３，２７，３１で電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３に分流されて流れる。さらに、この分流した電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３はそれぞれ、スター結線された多相巻線１４ａ，１４ｂ，１４ｃからその中性点１５を介して整流器１８の−側端子側に戻ることになる。この場合、誘導モータ１４の多相巻線１４ａ，１４ｂ，１４ｃは交流リアクトルとして作用している。
【００２８】
以上のように、誘導モータ１４の回転駆動時には、充電回路１１をオフ状態にすることで、誘導モータ１４の多相巻線１４ａ，１４ｂ，１４ｃのスター結線と充電回路１１とが切り離され、モータ駆動回路１３により誘導モータ１４は回転駆動制御され、また、誘導モータ１４の回生制動時には、多相巻線１４ａ，１４ｂ，１４ｃからの交流電力が直流電力に変換されてバッテリー１２側に回生し、さらに、充電時には、充電回路１１をオン状態にすることで、多相巻線１４ａ，１４ｂ，１４ｃのスター結線と充電回路１１とが接続された状態となって、充電回路１１からの充電電流がバッテリー１２側に供給され、モータ駆動回路１３内のダイオード２３，２７，３１で分流された後に多相巻線１４ａ，１４ｂ，１４ｃに供給され、そのスター結線の中性点１５を介して充電回路１１に戻るようになっている。このため、充電時には多相巻線１４ａ，１４ｂ，１４ｃが交流リアクトルとして作用し、これによって交流リアクトルを別途必要とせず、かつ、誘導モータ１４の駆動電力供給経路には、従来のようなスター結線と交流電源とを切り替える大容量の切替手段を必要としない充電回路付き駆動装置を得ることができる。
【００２９】
（実施形態２）
上記実施形態１では、誘導モータ１４の多相巻線１４ａ，１４ｂ，１４ｃがスター結線の場合について説明したが、本実施形態２では、誘導モータの多相巻線がデルタ結線の場合である。
【００３０】
図２は本発明の実施形態２の充電回路付き駆動装置の構成を示す回路図であり、図１の充電回路付き駆動装置と同様の作用効果を有する部材には同一の符号を付けてその説明を省略する。
【００３１】
図２において、誘導モータ３４の多相巻線３４ａ，３４ｂ，３４ｃはデルタ結線であり、巻線３４ａと巻線３４ｂの接続点がフライホイール・ダイオード２６，２７の接続点と駆動用トランジスタ２４，２５の接続点とに接続され、巻線３４ａと巻線３４ｃの接続点がフライホイール・ダイオード２２，２３の接続点と駆動用トランジスタ２０，２１の接続点とに接続され、巻線３４ｂと巻線３４ｃの接続点がフライホイール・ダイオード３０，３１の接続点と駆動用トランジスタ２８，２９の接続点とに接続されている。ここでは、巻線３４ｃの中間点３５は充電回路１１の整流器１８の直流側端子の−側に接続されているが、多相巻線３４ａ，３４ｂ，３４ｃのうち何れかの巻線の中間点であればよい。また、この巻線３４ｃの中間点３５は、接続線を取り出すべく巻線３４ｃに対して加工するなどして設ける必要がある。これに比べると、上記実施形態１のスター結線されている中性点１５からの方が接続線を取り出し易い。
【００３２】
上記構成により、誘導モータ３４を回転駆動するに際して、充電スイッチ１７と定電流充電用トランジスタ１９がオフの状態で、充電回路１１は誘導モータ３４の多相巻線３４ａ，３４ｂ，３４ｃからは切り離されており、多相巻線３４ａ，３４ｂ，３４ｃはデルタ結線となっている。さらに、図示しないモータ駆動制御回路によって、駆動用トランジスタ２０，２１、駆動用トランジスタ２４，２５および駆動用トランジスタ２８，２９を誘導モータ３４が駆動可能なようにスイッチング制御することで、バッテリー１２からの直流電力が交流電力に変換されて、位相の異なる交流電力が、デルタ結線された多相巻線３４ａ，３４ｂ，３４ｃに順次供給され、誘導モータ３４を回転駆動して力行運転することになる。また、誘導モータ３４の回生制動時には、上記力行運転時とは逆の電力変換、即ち交流電力から直流電力への電力変換が行われて、直流電力をバッテリー１２側に回生させることになる。
【００３３】
また、バッテリー１２への充電に際しては、交流電源１６を接続すると共に充電スイッチ１７と定電流充電用トランジスタ１９がオンの状態で、交流電源１６からの交流電力が整流器１８を介して直流電力に変換され、この直流電力は定電流充電用トランジスタ１９によって制御され、一定の直流電力としてバッテリー１２の＋側端子に供給されて定電流充電される。このとき、整流器１８の＋側端子から出力された充電電流Ｉは、バッテリー１２の＋側端子から−側端子を通ってフライホイール・ダイオード２３，２７，３１で電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３に分流して流れる。さらに、この分流した電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３はそれぞれ、デルタ結線された多相巻線３４ａ，３４ｂ，３４ｃから巻線３４ｃの中間点３５を介して整流器１８の−側端子側に戻ることになる。この場合、誘導モータ３４の多相巻線３４ａ，３４ｂ，３４ｃは交流リアクトルとして作用している。
【００３４】
以上のように、誘導モータ３４の回転駆動時には、充電回路１１をオフ状態にすることで、多相巻線３４ａ，３４ｂ，３４ｃのデルタ結線と充電回路１１とが切り離されて、モータ駆動回路１３により誘導モータ３４は回転駆動制御され、また、誘導モータ３４の回生制動時には、多相巻線３４ａ，３４ｂ，３４ｃからの交流電力が直流電力に変換されてバッテリー１２側に回生し、さらに、充電時には、充電回路１１をオン状態にすることで、多相巻線３４ａ，３４ｂ，３４ｃのデルタ結線と充電回路１１とが接続された状態となって、充電回路１１からの充電電力がバッテリー１２側に供給され、モータ駆動回路１３内のダイオード２３，２７，３１で分流された後に多相巻線３４ａ，３４ｂ，３４ｃに供給され、巻線３４ｃの中間点３５を介して充電回路１１に戻るようになっている。このため、充電時には多相巻線３４ａ，３４ｂ，３４ｃが交流リアクトルとして作用し、これによって交流リアクトルを別途必要とせず、かつ、誘導モータ３４の駆動電力供給経路には、従来のようなスター結線と交流電源とを切り替える大容量の切替手段を必要としない充電回路付き駆動装置を得ることができる。
【００３５】
（実施形態３）
上記実施形態１では、誘導モータ３４の各巻線３４ａ，３４ｂ，３４ｃがスター結線の場合について説明し、また、上記実施形態２では、誘導モータの各巻線がデルタ結線の場合について説明したが、本実施形態３ではブラシ付きＤＣモータの場合について説明する。
【００３６】
図３は本発明の実施形態３の充電回路付き駆動装置の構成を示す回路図であり、図１および図２の充電回路付き駆動装置と同様の作用効果を有する部材には同一の符号を付けてその説明を省略する。
【００３７】
図３において、充電回路１１は、モータ駆動回路４３を介することなく充電ブラシ４７と二次電池１２とに接続され、モータ駆動回路４３の両出力端は、ブラシ付きＤＣモータ４４の両駆動ブラシ４５ａ、４５ｂに接続されており、これらの両駆動ブラシ４５ａ、４５ｂは電機子４６に接続可能になっていると共に、この電機子４６には充電ブラシ４７が接続可能になっている。つまり、この電機子４６にはモータ巻線（図示せず）の両端にそれぞれ接続された各整流子（図示せず）が回転軸外周側に配設されており、これらの各整流子（図示せず）に駆動ブラシ４５ａ、４５ｂが接続可能となっている。また、モータ巻線（図示せず）の中間部から取り出された接続線を介して、回転軸外周側に配設された別の整流子（図示せず）に充電ブラシ４７が接続可能になっている。そして、モータ巻線は、駆動用ブラシ４５ａ、４５ｂを介して二次電池１２に接続されると共に、充電ブラシ４７を介して充電回路１１に接続されている。

【００３８】
この充電ブラシ４７が充電回路１１の整流器１８の直流側端子の−側に接続されている。このように、ブラシ付きＤＣモータ４４から整流器１８の−側端子への接続線を取り出すためには、充電用ブラシ４７としてブラシやブラシ・ホルダーを駆動用ブラシ４５ａ，４５ｂとしてのブラシやブラシ・ホルダーに追加して別途配設しなければならないために、適当な加工工数が新たに必要となる。ブラシ付きモータ４４をスイッチング素子を用いて可変速駆動する方が、ブラシレスＤＣモータをスイッチング素子を用いて可変速駆動するよりもスイッチング素子の数が少なくてすみ、その制御もより簡単である。
【００３９】
このモータ駆動回路４３は、スイッチング素子としての駆動用トランジスタ５０，５１の直列回路とフライホイール・ダイオード５２，５３の直列回路とが並列接続されており、これらのフライホイール・ダイオード５２，５３の接続点は駆動用トランジスタ５０，５１の接続点に接続されていると共に駆動ブラシ４５ａに接続され、また、スイッチング素子としての駆動用トランジスタ５４，５５の直列回路とフライホイール・ダイオード５６，５７の直列回路とが並列接続されており、これらのフライホイール・ダイオード５６，５７の接続点は駆動用トランジスタ５４，５５の接続点に接続されていると共に駆動ブラシ４５ｂに接続されて構成されている。これらのフライホイール・ダイオード５２，５３およびフライホイール・ダイオード５６，５７は全て、バッテリー１２の＋側から電流が流れ込んでくる方向に対して阻止する方向に接続（ダイオードのカソード側がバッテリー１２の＋側に接続）されていると共に、駆動用トランジスタ５０，５１および駆動用トランジスタ５４，５５のうちのオンしている素子がオフしたときに、ブラシ付きＤＣモータ４４の電機子４６の巻線に流れる電流を循環させて逃がすように構成されている。
【００４０】
また、これらの駆動用トランジスタ５０，５１および駆動用トランジスタ５４，５５は、図示しないモータ駆動制御回路によってスイッチング制御されて速度制御が為されている。図示しないモータ駆動制御回路による速度制御は、例えば駆動用トランジスタ５０および駆動用トランジスタ５５のオン時間を制御するパルス幅制御で行われている。このとき、駆動用トランジスタ５１および駆動用トランジスタ５４はオフ状態である。また、逆回転制御時には、駆動用トランジスタ５１および駆動用トランジスタ５４のオン時間を制御するパルス幅制御で行われ、駆動用トランジスタ５０および駆動用トランジスタ５５はオフ状態である。一方、ブラシ付きＤＣモータ４４の回生制動時にも同様に、図示しないモータ駆動制御回路によって制御される駆動用トランジスタ５０，５１および駆動用トランジスタ５４，５５のうち何れかを介して電機子４６からの電力がバッテリー１２に印加されるようになっている。
【００４１】
上記構成により、ブラシ付きＤＣモータ４４を回転駆動するに際して、充電スイッチ１７と定電流充電用トランジスタ１９がオフの状態で、充電回路１１はブラシ付きＤＣモータ４４からは切り離されている。さらに、図示しないモータ駆動制御回路によって、駆動用トランジスタ５０および駆動用トランジスタ５５のオン時間をスイッチング制御することで、バッテリー１２からの直流電力が駆動ブラシ４５ａ，４５ｂの間の電機子４６に供給され、ブラシ付きＤＣモータ４４は回転速度が制御されて力行運転することになる。一方、ブラシ付きＤＣモータ４４の回生制動時には、上記力行運転時とは逆に電力をバッテリー１２側に回生させることになる。
【００４２】
また、バッテリー１２への充電に際しては、交流電源１６を接続すると共に充電スイッチ１７と定電流充電用トランジスタ１９がオンの状態で、交流電源１６からの交流電力が整流器１８を介して直流電力に変換され、この変換された直流電力は定電流充電用トランジスタ１９によって制御され、一定の直流電力としてバッテリー１２の＋側端子に供給されて定電流充電される。このとき、整流器１８の＋側端子に出力された充電電流Ｉは、バッテリー１２の＋側端子から−側端子を通ってフライホイール・ダイオード５３，５７で電流Ｉ４，Ｉ５に分かれて流れる。さらに、これらの分流した電流Ｉ４，Ｉ５はそれぞれ駆動ブラシ４５ａ，４５ｂから電機子４６に供給され、さらに電機子４６から充電ブラシ４７を介して出力された後に整流器１８の−側端子側に戻ることになる。この場合、ブラシ付きＤＣモータ４４の電機子４６内の巻線（図示せず）はリアクトルとして作用している。
【００４３】
以上のように、ブラシ付きＤＣモータ４４の回転駆動時には、ブラシ付きＤＣモータ４４の駆動ブラシ４５ａ，４５ｂの間から電機子４６に、パルス幅制御された駆動電力が供給されて回転速度制御が為され、また、ブラシ付きＤＣモータ４４の回生制動時には、電機子４６からの電力がバッテリー１２側に回生し、さらに、充電時には、充電回路１１からの充電電力はバッテリー１２側に供給された後に、モータ駆動回路４３内のフライホイール・ダイオード５３，５７さらに駆動ブラシ４５ａ，４５ｂを介して電機子４６に供給され、さらに電機子４６から充電ブラシ４７を介して充電回路１１に戻るようになっているため、充電時には電機子４６の巻線がリアクトルとして作用し、かつ、駆動電力供給経路に、従来のようなスター結線と交流電源とを切り替える大容量の切替手段を必要としない充電回路付き駆動装置を得ることができる。
【００４４】
なお、上記実施形態１ではモータが誘導モータで各巻線がスター結線の場合について説明し、また、上記実施形態２ではモータが誘導モータで巻線がデルタ結線の場合について説明し、さらに、上記実施形態３ではモータがブラシ付きＤＣモータの場合について説明したが、本発明が適応されるモータは、誘導モータの他に同期モータなどの交流モータであってもよく、ブラシ付きＤＣモータの他にブラシレスＤＣモータなどの直流モータであってもよい。
【００４５】
また、上記実施形態１〜３では、モータ駆動回路１３，４３内の駆動用素子としてフライホイール・ダイオードに充電電流を流すように構成したが、フライホイール・ダイオードの代りにスイッチング素子としての駆動用トランジスタであってもよい。この駆動用トランジスタが特にＦＥＴの場合、ＦＥＴのドレイン・ソース間電圧もバッテリーの電圧の高低に応じて選定され、ＦＥＴのドレイン・ソース間電圧が高い場合にＦＥＴのドレイン・ソース間オン抵抗も大きくなる傾向にある。また、ＦＥＴのドレイン・ソース間電圧が低い場合にＦＥＴのドレイン・ソース間オン抵抗も小さくなる傾向にある。したがって、バッテリーの電圧が高い場合に、ＦＥＴのドレイン・ソース間オン抵抗も大きいので、充電電流はフライホイール・ダイオードを通した方がその損失がより少なくなる。また、バッテリーの電圧が低い場合には、ＦＥＴのドレイン・ソース間オン抵抗も小さいので、充電電流はスイッチング素子としての駆動用トランジスタを通した方がその損失がより少なくなる。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、充電回路から、二次電池、モータ駆動回路内の駆動用素子さらにモータ巻線が直列接続された充電可能な状態で、モータを回転駆動させることができるため、モータ巻線を充電電流の制限用として用いることができると共に、駆動電力供給経路に、従来のような大容量の切替手段を必要としない充電回路付き駆動装置を得ることができる。
【００４７】
また、巻線の中間点としてスター結線の場合はその中性点から接続線を取り出す方が、デルタ結線の巻線の中間点から接続線を取り出すよりも、接続線が取り出し易く、デルタ結線の巻線の中間点から接続線を取り出す場合には、巻線に対して加工するなどして接続部を設ける必要があり、若干の加工工数を必要とする。また、スター結線の巻線の方が、デルタ結線の巻線よりも、インダクタンスの値が約１．３倍大きいため、スイッチング素子のスイッチング周波数を下げることができて、スイッチング素子の発熱を小さく抑えることができる。
【００４８】
さらに、モータ駆動回路内の駆動用素子としてフライホイール・ダイオードやスイッチング素子を用いることで、充電電流用に経路を別に設ける必要はなく、簡単な構成で充電電流をモータ巻線に容易に流すことができて、モータ巻線を充電電流制限用に容易に用いることができる。また、二次電池の電圧が高い場合には、スイッチング素子のオン抵抗も大きいため、充電電流はフライホイール・ダイオードを通した方が損失をより少なくすることができ、また、二次電池の電圧が低い場合には、スイッチング素子のオン抵抗も小さいため、充電電流はスイッチング素子を通した方が損失をより少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の充電回路付き駆動装置の構成を示す回路図である。
【図２】本発明の実施形態２の充電回路付き駆動装置の構成を示す回路図である。
【図３】本発明の実施形態３の充電回路付き駆動装置の構成を示す回路図である。
【図４】従来の充電回路付き駆動装置の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
１１    充電回路
１２    バッテリー（二次電池）
１３，４３    モータ駆動回路
１４，３４    誘導モータ
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，３４ａ，３４ｂ，３４ｃ    巻線
１５    中性点
１６    交流電源
１７    充電スイッチ
１８    整流器
１９    定電流用トランジスタ（スイッチング素子）
２０，２１，２４，２５，２８，２９，５０，５１，５４，５５    駆動用トランジスタ
２２，２３，２６，２７，３０，３１，５２，５３，５６，５７    フライホイール・ダイオード
３５    中間点
４４    ブラシ付きＤＣモータ
４５ａ，４５ｂ    駆動ブラシ
４６    電機子
４７    充電ブラシ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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