(57)【要約】【課題】電源、あるいは電気二重層コンデンサに接続された装置に起因するリップル電流を流さずに急速充放電を可能とする電気二重層コンデンサの充放電回路およびそれを用いた電動機駆動装置を提供する。【解決手段】電気二重層コンデンサの充放電回路８は、交直変換装置２の出力正極母線と一端が接続され、他端が電気二重層コンデンサ７の正極に接続された開閉手段４と抵抗５からなる直列体１９と、カソード側が出力正極母線と接続する向きに直列体１９と並列接続されたダイオード６と、を備え、電気二重層コンデンサ７の充電時は前記開閉手段４をオンし、充電完了後は前記開閉手段４をオフする。また、電動機駆動装置は、本発明の電気二重層コンデンサの充放電回路８を備える。【選択図】図１
2006158017.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電圧を直流電圧に変換する交直変換装置（２）の出力負極母線と負極が接続された電気二重層コンデンサ（７）を備えた電源バックアップ装置の充放電回路において、
前記交直変換装置（２）の出力正極母線と一端が接続され、他端が前記電気二重層コンデンサ（７）の正極に接続された開閉手段（４）と抵抗（５）からなる直列体（１９）と、
カソード側が前記出力正極母線と接続する向きに前記直列体（１９）と並列接続されたダイオード（６）と、を備え、
前記電気二重層コンデンサ（７）の充電時は前記開閉手段（４）をオンし、充電完了後は前記開閉手段（４）をオフすることを特徴とする電気二重層コンデンサの充放電回路。
【請求項２】
交流電圧を直流電圧に変換する交直変換装置（２）の出力負極母線と負極が接続された電気二重層コンデンサ（７）を備えた電源バックアップ装置の充放電回路において、
前記交直変換装置（２）の出力正極母線と一端が接続され、他端が前記電気二重層コンデンサ（７）の正極に接続された開閉手段（４）と、
カソード側が前記出力正極母線と接続する向きに前記開閉手段（４）と並列接続されたダイオード（６）と、を備え、
前記電気二重層コンデンサ（７）の充電時は前記開閉手段（４）をオンし、充電完了後は前記開閉手段（４）をオフすることを特徴とする電気二重層コンデンサの充放電回路。
【請求項３】
前記抵抗（５）は、充電電流が前記交直変換装置（２）の許容値に達するまで抵抗値を小さくしたものであることを特徴とする請求項１項記載の電気二重層コンデンサの充放電回路。
【請求項４】
交流電圧を直流電圧に変換する順変換装置（１３）と、直流電圧を交流電圧に変換する逆変換装置（１４）と、電気二重層コンデンサ（７）を備えた電源バックアップ装置（２０）と、を具備した電動機駆動装置において、
前記電源バックアップ装置（２０）は、請求項１乃至３記載の電気二重層コンデンサの充放電回路（８、１０）を備えたことを特徴とする電動機駆動装置。
【請求項５】
前記逆変換装置（１４）は、前記順変換装置（１３）の電源（１）が停電時は前記電動機（１５）が停止しても安全な状態で前記電動機（１５）の駆動を停止し、
前記電源（１）が復帰時は前記電気二重層コンデンサ（７）の再充電が完了した後に前記電動機（１５）の駆動を開始するものであることを特徴とする請求項４に記載の電動機駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気二重層コンデンサを用いた電源バックアップ装置に関し、特に電気二重層コンデンサの充放電回路およびそれを用いた電動機駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電源のバックアップ用として電気二重層コンデンサが広く用いられている。
しかしながら、電解コンデンサは、仕様で交流の許容リップル電流が明確に規定されているのに対し、電気二重層コンデンサは、仕様で交流の許容リップル電流が規定されておらず、基本的に電気二重層コンデンサは、リップル電流を流してはいけないコンデンサである。
【０００３】
図４は、第１従来例を示す電源バックアップ装置の構成図である。
図４において、１は交流の電源、２は交直変換装置（コンバータ）、３は負荷装置、５は抵抗、７は電気二重層コンデンサ、２０は電源バックアップ装置である。
図４に示された第１従来例の電源バックアップ装置２０の充放電回路は、電気二重層コンデンサ７と直列に抵抗５（あるいはリアクトル）を接続することにより、電気二重層コンデンサ７にリップル電流を流さないようにしたものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図５は、第２従来例を示す電源バックアップ装置の構成図である。なお、第１従来例と構成要素が同じものについてはその説明を省略し、異なる点のみ説明する。
図５において、６はダイオード、１８はバックアップコンデンサである。
図５に示された第２従来例の電源バックアップ装置２０の充放電回路は、バックアップコンデンサ１８に、抵抗５とダイオード６を接続する構成とし、充電時は、抵抗５を介してバックアップコンデンサ１８に充電電流を流し、放電時は、ダイオード６を介して放電電流を流すようにしたものである（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００２−２１８６５３号公報（第９頁、第７図）
【特許文献２】特開２００４−１５９４５１号公報（第３頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、第１従来例のように、電気二重層コンデンサと直列に抵抗、あるいはリアクトルを接続することによりリップル電流を流さないように構成した電気二重層コンデンサの充放電回路の場合、電気二重層コンデンサの瞬時入出力電流が制限されるため、電気二重層コンデンサの急速充放電ができないという問題があった。
【０００６】
また、第２従来例のように、電気二重層コンデンサと直列に抵抗およびダイオードを接続した電気二重層コンデンサ充放電回路の場合、抵抗の抵抗値をかなり大きくしないと電気二重層コンデンサにリップル電流が流れてしまい、逆にリップル電流が流れないように抵抗値を大きくすると、電気二重層コンデンサの充電に時間がかかりすぎるという問題があった。
【０００７】
このように、従来技術の電気二重層コンデンサの充放電回路は、リップル電流が流れないようにすることができる反面、急速充放電が困難であるという問題があった。
【０００８】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、電源、あるいは電気二重層コンデンサに接続された装置に起因するリップル電流を流さずに急速充放電を可能とする電気二重層コンデンサの充放電回路およびそれを用いた安全な電動機駆動装置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】
【０００９】
上記問題を解決するため、請求項１に記載の発明は、交流電圧を直流電圧に変換する交直変換装置の出力負極母線と負極が接続された電気二重層コンデンサを備えた電源バックアップ装置の充放電回路において、前記交直変換装置の出力正極母線と一端が接続され、他端が前記電気二重層コンデンサの正極に接続された開閉手段と抵抗からなる直列体と、  カソード側が前記出力正極母線と接続する向きに前記直列体と並列接続されたダイオードと、を備え、前記電気二重層コンデンサの充電時は前記開閉手段をオンし、充電完了後は前記開閉手段をオフすることを特徴としている。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、交流電圧を直流電圧に変換する交直変換装置の出力負極母線と負極が接続された電気二重層コンデンサを備えた電源バックアップ装置の充放電回路において、前記交直変換装置の出力正極母線と一端が接続され、他端が前記電気二重層コンデンサの正極に接続された開閉手段と、カソード側が前記出力正極母線と接続する向きに前記開閉手段と並列接続されたダイオードと、を備え、前記電気二重層コンデンサの充電時は前記開閉手段をオンし、充電完了後は前記開閉手段をオフすることを特徴としている。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１項に記載の電気二重層コンデンサの充放電回路において、前記抵抗は、充電電流が前記交直変換装置の許容値に達するまで抵抗値を小さくしたものであることを特徴としている。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明は、交流電圧を直流電圧に変換する順変換装置と、直流電圧を交流電圧に変換する逆変換装置と、電気二重層コンデンサを備えた電源バックアップ装置と、を具備した電動機駆動装置において、前記電源バックアップ装置は、請求項１乃至３記載の電気二重層コンデンサの充放電回路を備えたことを特徴としている。
【００１３】
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の電動機駆動装置において、前記逆変換装置は、前記順変換装置の電源が停電時は前記電動機が停止しても安全な状態で前記電動機の駆動を停止し、前記電源が復帰時は前記電気二重層コンデンサの再充電が完了した後に前記電動機の駆動を開始するものであることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１および２に記載の発明によると、電気二重層コンデンサを用いた電源のバックアップ装置において、電気二重層コンデンサにリップル電流を流すことなく急速充放電を実現できる。
【００１５】
また、請求項３に記載の発明によると、交直変換装置の許容電流まで電気二重層コンデンサの充電電流を流すことにより、より急速な充電が実現出来る。
【００１６】
また、請求項４に記載の発明によると、電動機を駆動中においても電気二重層コンデンサにリップル電流を流すことなく、且つ急速充放電することが可能な電源バックアップ装置を備えた電動機駆動装置を実現できる。
【００１７】
また、請求項５記載の発明によると、電動機を駆動中においても電気二重層コンデンサにリップル電流を流すことなく、且つ急速充放電することが可能な電源バックアップ装置を備えた安全な電動機駆動装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１は、本発明の第１実施例を示す電気二重層コンデンサの充放電回路を用いた電源バックアップ装置の構成図である。なお、本発明の構成要素が従来技術と同じものについてはその説明を省略し、異なる点のみ説明する。
図１において、４は開閉手段としてのスイッチ、８は本発明の電気二重層コンデンサの充放電回路、１９はスイッチと抵抗からなる直列体（直列回路）である。
本発明が第１の従来例および第２の従来例と異なる点は以下のとおりである。
すなわち、本発明の電気二重層コンデンサの充放電回路は、電気二重層コンデンサ７の充放電回路にスイッチ４を設け、充電中はスイッチ４をオンして充電電流を流し、充電完了後はスイッチ４をオフすることにより、電気二重層コンデンサ７にリップル電流が流れないようにしている点である。
【００２０】
以下、図１を用いて本実施例である二重層コンデンサの充放電回路の各構成要素間の接続について説明する。
電気二重層コンデンサ７の負極は、交流電圧を直流電圧に変換する交直変換装置２の出力負極母線と接続されている。電気二重層コンデンサ７の正極は、スイッチ４と抵抗５からなる直列体１９の一端と接続されている。直列体１９の他端は、交直変換装置２の出力正極母線と接続されている。ダイオード６は、カソード側が交直変換装置２の出力正極母線と接続する向きで直列体１９と並列接続されている。
【００２１】
以下、図１を用いて本実施例である二重層コンデンサの充放電回路の動作について説明する。
スイッチ４をオンすることにより、抵抗５を介して電気二重層コンデンサ７は充電される。ここで、抵抗５は、電気二重層コンデンサ７の充電電流を制限するための抵抗である。なお、電気二重層コンデンサ７の充電中は、負荷装置３は動作しないようにする。充電が完了する（例えば、電気二重層コンデンサ７の両端電圧を監視することにより充電を確認する）とスイッチ４をオフし、負荷装置３を動作させる。
停電等により電源１の電圧が低下すると、電気二重層コンデンサ７に蓄えられたエネルギーは、ダイオード６を介して負荷装置３に供給される。負荷装置３は、電気二重層コンデンサ７から供給されるエネルギーにより電源１の電圧低下時も動作を継続する。このとき、負荷装置３は、電源１の電圧低下を検出し、例えば、負荷装置３が駆動するマシンが安全な位置に停止する等の、負荷装置３が動作を停止しても良い状態になると、負荷装置３は動作を停止し、電源１の電圧の復帰を待つように構成するのが望ましい。
電源１の電圧が復帰すると、再度スイッチ４をオンし、電気二重層コンデンサ７を充電する。電気二重層コンデンサ７の充電完了後、スイッチ４をオフし、負荷装置３は動作を再開する。
【００２２】
電気二重層コンデンサ７の充電電流は電源１の電圧と抵抗５の抵抗値により決定されるが、本発明の充放電回路８は、抵抗５の抵抗値を小さくして充電電流を大きくすることにより、電気二重層コンデンサ７の急速充電が可能となる。また、放電時はダイオード６を介するので、急速放電が可能である。なお、抵抗５の抵抗値は、充電電流が交直変換装置２の許容電流値に達するまで小さくすることができる。
また、負荷装置３の動作中はスイッチ４をオフするため、電源１、及び負荷装置３に起因するリップル電流が電気二重層コンデンサ７に流れることは無い。
【実施例２】
【００２３】
図２は、本発明の第２実施例を示す電気二重層コンデンサの充放電回路を用いた電源バックアップ装置の構成図である。なお、本発明の構成要素が従来技術および第１実施例と同じものについてはその説明を省略し、異なる点のみ説明する。
図２において、９は電気二重層コンデンサ７の内部抵抗、１０は、本発明の電気二重層コンデンサの充放電回路である。
本実施例が第１実施例と異なる点は、本実施例は、図１に示す抵抗５を省いている点であり、その他の構成および接続は第１実施例と同じである。電気二重層コンデンサ７には、ある程度の抵抗値の内部抵抗９が存在する。この内部抵抗９の抵抗値と電源１の電圧で決まる充電電流が、交直変換装置２の許容電流値以下である場合は、図１に示す抵抗５を省略することが出来る。
【００２４】
以下、図２を用いて、図１の抵抗５を省略した場合の動作を説明する。
電気二重層コンデンサ７の充電中はスイッチ４、及び電気二重層コンデンサの内部抵抗９を介して電気二重層コンデンサ７に充電される。その他の動作は第１実施例と同じなので説明は省略する。
【実施例３】
【００２５】
図３は、本発明の第３実施例を示す電動機駆動装置の構成図である。なお、本発明の構成要素が従来技術および第１実施例と同じものについてはその説明を省略し、異なる点のみ説明する。
図３において、１１は電解コンデンサ充電回路、１２は電解コンデンサ、１３は交直変換装置（単相または三相の順変換装置）、１４は交直変換装置（単相または三相の逆変換装置）、１５はモータ、１６は抵抗、１７はスイッチである。
本発明は、インバータ装置等の電動機駆動装置の電源バックアップ装置２０に電気二重層コンデンサ７を使用し、その電気二重層コンデンサ７の充放電回路に第１、２実施例で述べた充放電回路８、１０を適用したものである。
【００２６】
以下、図３を用いて本実施例の電動機駆動装置の各構成要素間の接続について説明する。
交流電源１は交直変換装置１３に接続され、抵抗１６、スイッチ１７よりなる電解コンデンサ充電回路１１を介して、交直変換装置１３と並列に電解コンデンサ１２が接続されている。電解コンデンサ１２と並列に負荷装置として、交直変換装置１４が設けられており、この交直変換装置１４は、モータ１５を駆動する。交直変換装置１３の電源１のバックアップ用に、電気二重層コンデンサ７が設けられており、電気二重層コンデンサ７の負極は、交流電圧を直流電圧に変換する交直変換装置２の出力負極母線と接続されている。
電気二重層コンデンサ７の正極は、スイッチ４と抵抗５からなる直列体１９の一端と接続されている。直列体１９の他端は、電解コンデンサ充電回路１１を介して交直変換装置２の出力正極母線と接続されている。ダイオード６は、カソード側が電解コンデンサの正極と接続する向きで直列体１９と並列接続されている。なお、第２実施例で述べたとおり、電気二重層コンデンサ７の内部抵抗の抵抗値と電源１の電圧で決まる充電電流が、交直変換装置１３の許容電流値以下である場合は、抵抗５を省略することが出来る。
【００２７】
以下、図３を用いて本実施例の電動機駆動装置の動作について説明する。
電源１の投入時は、まず電解コンデンサ１２を充電する。
電解コンデンサ１２の充電時は、スイッチ１７をオフする。電解コンデンサ１２は、抵抗１６を介して充電され、充電完了（例えば、電解コンデンサ１２の両端電圧を監視することにより充電を確認）後、スイッチ１７をオンし、抵抗１６の両端を短絡する。ここで、抵抗１６は、電解コンデンサ１２の充電電流を制限するための抵抗である。
電解コンデンサ１２の充電後、電気二重層コンデンサ７を充電する。
電気二重層コンデンサ７の充電時は、スイッチ４をオンし、抵抗５を介して電気二重層コンデンサ７に充電する。抵抗５は、電気二重層コンデンサ７の充電電流を制限するための抵抗である。電気二重層コンデンサ７の充電中は、交直変換装置１４は動作させないようにする。充電が完了（例えば、電気二重層コンデンサ７の両端電圧を監視することにより充電を確認）するとスイッチ４をオフする。
電解コンデンサ１２、及び電気二重層コンデンサ７の充電完了後、交直変換装置１４を動作させ、モータ１５を運転する。
停電等により電源１の電圧が低下すると、電気二重層コンデンサ７に蓄えられたエネルギーは、ダイオード６を介して交直変換装置１４に供給される。
また、電源１の低下を検出して、電解コンデンサの充電装置１１のスイッチ１７をオフする。
交直変換装置１４は、電源１の電圧低下時も、電気二重層コンデンサ７のエネルギーによりモータ１５の運転を継続するが、電源１の電圧低下を検出しており、モータ１５が駆動するマシン等が安全な位置に停止する等の、モータ１５が運転を停止しても良い状態になると、モータ１５の運転を停止し、電源１の電圧の復帰を待つ。
電解コンデンサ１２に関しては、電源１の電圧が復帰すると、スイッチ１７はオフされているので。電解コンデンサ１２は、抵抗１６を介して充電される。電解コンデンサ１２の充電完了後、スイッチ１７を再度オンし、抵抗１６の両端を短絡する
電気二重層コンデンサ７に関しては、電源１の電圧が復帰すると、電解コンデンサ１２の充電完了（例えば、電解コンデンサ１２の両端電圧を監視することにより充電を確認）後、再度スイッチ４をオンし、電気二重層コンデンサ７を充電する。電気二重層コンデンサ７の充電完了（例えば、電気二重層コンデンサ７の両端電圧を監視することにより充電を確認）後、スイッチ４をオフする。
電解コンデンサ１２、及び電気二重層コンデンサ７の充電完了後、交直変換装置１４はモータ１５の運転を再開する。
【００２８】
以上述べたように、本実施例に係る電動機駆動装置は、交直変換装置１４の動作中はスイッチ４をオフするため、電源１、及び交直変換装置１４に起因するリップル電流が電気二重層コンデンサ７に流れることは無い。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、電気二重層コンデンサを電源バックアップ用途に使用するあらゆる用途の装置に適用でき、特に、大きなイナーシャを有するスピンドル設備や射出成形設備等、あるいは停電や復帰時の安全を要求されるロボット設備や搬送設備等に使用されるインバータ装置およびサーボドライブ装置の主回路電源に最適である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１実施例を示す電気二重層コンデンサの充放電回路を用いた電源バックアップ装置の構成図
【図２】本発明の第２実施例を示す電気二重層コンデンサの充放電回路を用いた電源バックアップ装置の構成図
【図３】本発明の第３実施例を示す電動機駆動装置の構成図
【図４】第１従来例を示す電源バックアップ装置の構成図
【図５】第２従来例を示す電源バックアップ装置の構成図
【符号の説明】
【００３１】
１  電源
２、１３  交直変換装置（順変換装置）
３  負荷装置
４、１７  スイッチ
５、１６  抵抗
６  ダイオード
７  電気二重層コンデンサ
８  充放電回路
９  電気二重層コンデンサ内部抵抗
１０  充放電回路
１１  電解コンデンサ充電回路
１２  電解コンデンサ
１４  交直変換装置（逆変換装置）
１５  モータ
１８  バックアップコンデンサ
１９  スイッチと抵抗からなる直列体（直列回路）
２０  電源バックアップ装置
【図１】
2006158017.tif 000003
【図２】
2006158017.tif 000004
【図３】
2006158017.tif 000005
【図４】
2006158017.tif 000006
【図５】
2006158017.tif 000007