(57)【要約】  本発明は、可変速ドライブ（１）に関し、前記可変速ドライブ（１）は、正ライン（１０）と負ライン（１１）とを備えるＤＣ電力供給バスと、前記ＤＣ電力供給バスの前記正ライン（１０）と前記負ライン（１１）との間に接続されたバスキャパシタ（Ｃｂ）と、前記ＤＣ電力供給バスにより電力を供給され、電気負荷（Ｃ）に可変電圧を供給するよう制御されるインバータモジュール（１３）と、前記バスの前記正ライン（１０）と前記負ライン（１１）との間に接続され、少なくとも１つの第１の電子スイッチ（Ｔ１）を備える第１のスイッチングブランチ（１００）と、制動抵抗を備える第１のモジュール（Ｍ１）、または、前記電気負荷（Ｃ）の制動中に発生した電気エネルギーを蓄積および回生する手段を備える第２のモジュール（Ｍ２）とを備え、前記第１のモジュールおよび前記第２のモジュールは、取り外し可能、かつ互いに交換可能である。
2013544066.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正ライン（１０）と負ライン（１１）とを備えるＤＣ電力供給バスと、
前記ＤＣ電力供給バスの前記正ライン（１０）と前記負ライン（１１）との間に接続されたバスキャパシタ（Ｃｂ）と、
前記ＤＣ電力供給バスにより給電され、電気負荷（Ｃ）に可変電圧を配電するよう制御されるインバータモジュール（１３）と、
前記バスの前記正ライン（１０）と前記負ライン（１１）との間に接続され、少なくとも１つの第１の電子スイッチ（Ｔ１）を備える第１のスイッチングレッグ（１００）と、
を備える可変速ドライブ（１）であって、
前記可変速ドライブはさらに、
制動抵抗を備える第１のモジュール（Ｍ１）、または、前記電気負荷（Ｃ）の制動中に発生した電気エネルギーを蓄積および回生する手段を備える第２のモジュール（Ｍ２）、を備え、
前記第１のモジュールおよび前記第２のモジュールは、取り外し可能、かつ互いに交換可能であり、
前記第１のモジュールおよび前記第２のモジュールは、カセットの形態を有し、前記カセットは、一方で前記ＤＣ電力供給バスと接続し、他方で前記第１のスイッチングレッグ（１００）と接続する、
ことを特徴とする可変速ドライブ。
【請求項２】
前記第１のスイッチングレッグ（１００）は、ダイオード（Ｄ１）を備え、前記ダイオード（Ｄ１）は、前記第１の電子スイッチ（Ｔ１）と直列に取り付けられており、かつ、これらの間に接続中間点（Ｐ３）を定める、ことを特徴とする請求項１に記載の可変速ドライブ。
【請求項３】
前記第２のモジュールは、第２のスイッチングレッグ（２００）と、１つ以上のスーパーキャパシタ（ＵＣ）とを備える、ことを特徴とする請求項２に記載の可変速ドライブ。
【請求項４】
前記第２のスイッチングレッグ（２００）は、前記第１のスイッチングレッグ（１００）と並列に接続される、ことを特徴とする請求項３に記載の可変速ドライブ。
【請求項５】
前記第２のスイッチングレッグは、第２の電子スイッチ（Ｔ２）とダイオード（Ｄ２）とを備え、前記第２の電子スイッチ（Ｔ２）と前記ダイオード（Ｄ２）は、直列に接続されており、かつ、前記第１のスイッチングレッグ（１００）の前記接続中間点（Ｐ３）に接続される接続中間点（Ｐ４）を定め、前記第２のスイッチングレッグの前記ダイオード（Ｄ２）は、前記第１の電子スイッチ（Ｔ１）と反平行に接続され、前記第１のスイッチングレッグの前記ダイオード（Ｄ１）は、前記第２の電子スイッチ（Ｔ２）と反平行に接続される、ことを特徴とする請求項４に記載の可変速ドライブ。
【請求項６】
前記第２のモジュールは、前記スーパーキャパシタ（ＵＣ）と直列に接続されたインダクタ（Ｌ）を備える、ことを特徴とする請求項４に記載の可変速ドライブ。
【請求項７】
前記第１のモジュール（Ｍ１）の前記制動抵抗（Ｒｆ）は、前記第１のスイッチングレッグ（１００）の前記ダイオード（Ｄ１）と並列に接続される、ことを特徴とする請求項２に記載の可変速ドライブ。
【請求項８】
前記第１のモジュール（Ｍ１）が接続されるか前記第２のモジュール（Ｍ２）が接続されるかに依存して異なって動作するように設計された制御手段を備えることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の可変速ドライブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気負荷の制動（braking）中に発生した電気エネルギーを蓄積（store）および回生（regenerate）する手段を備える可変速ドライブ（variable-speed drive）に関する。これらの蓄積および回生手段は、例えば、１つ以上のスーパーキャパシタ（ウルトラキャパシタとも呼ばれる）を備える。
【背景技術】
【０００２】
知られているように、可変速ドライブは、電力供給ネットワークに接続され、電気負荷を制御するように意図される。可変速ドライブは、入力に電圧整流器モジュールを備え、電圧整流器モジュールは、このネットワークにより供給されるＡＣ電圧からＤＣ電圧を生成し、正ラインと負ラインとを備えるＤＣ電力供給バスに下流において給電する。フィルタリングキャパシタ（一般にバスキャパシタと呼ばれる）は、このＤＣバスの正ラインと負ラインとの間に取り付けられる。出力では、可変速ドライブは、このＤＣバスにより給電されるインバータモジュールを備え、これは、ＤＣ電圧から可変電圧を生成することを可能にする。この可変電圧は、パルス幅変調（ＰＷＭ）により制御される（例えば、ＩＧＢＴトランジスタ型の）複数の電子スイッチを使用することにより、可変振幅および可変周波数とすることができる。
【０００３】
文献ＵＳ６，７４２，６３０は、エレベータタイプまたは持ち上げタイプの設備の制動エネルギーを回収（recover）するよう可変速ドライブ内に設置されたデバイスを開示している。このタイプのデバイスは、複数のスーパーキャパシタとエネルギーレギュレータとにより形成されるエネルギー蓄積ユニットからなり、これらのスーパーキャパシタおよびエネルギーレギュレータは、ＤＣバスおよび蓄積ユニットの異なる電圧レベル間のエネルギーの流れを調整することや、余剰エネルギーから蓄積ユニットに充電することが可能である。負荷のエネルギー需要が高い場合、スーパーキャパシタはＤＣバスに放電される。
【０００４】
さらに、特許ＥＰ２１３１４８３は、電気負荷に接続された可変速ドライブを開示しており、この可変速ドライブは、上記負荷の制動中に発生した電気エネルギーを蓄積および回生する手段を備え、これらの蓄積手段は、１つ以上のスーパーキャパシタを備える。そのため、この可変速ドライブでは、ＤＣ／ＤＣコンバータが、スーパーキャパシタの充電および放電を発生させるように制御される。ＤＣ／ＤＣコンバータは、上流においてバスキャパシタと並列に接続されており、また、バス上を循環する電流を制御して、これにより可変速ドライブの入力でのＴＨＤｉ（total harmonic distortion of current：電流の全高調波歪み）を制限することを可能とする。
【０００５】
先行技術のこれらの可変速ドライブは、製造中に最終的に構成されており、ＤＣ電力供給バス上の電気エネルギーを蓄積および回生する機能を必然的に備える。しかしながら、ユーザが、この機能を要求せず、負荷の制動中に発生したエネルギーを散逸（dissipate）させるように意図された単純な制動抵抗（braking resistor）のみを採用する可能性があることは、まったくあり得ることである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、製造物に余分なコストを追加せずに、ユーザが、彼または彼女が制動抵抗を望むかエネルギー蓄積および回生機能を望むかを選択可能な可変速ドライブを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、
正ラインと負ラインとを備えるＤＣ電力供給バスと、
前記ＤＣ電力供給バスの前記正ラインと前記負ラインとの間に接続されたバスキャパシタと、
前記ＤＣ電力供給バスにより給電され、電気負荷（Ｃ）に可変電圧を配電（deliver）するよう制御されるインバータモジュールと、
前記バスの前記正ラインと前記負ラインとの間に接続され、少なくとも１つの第１の電子スイッチを備える第１のスイッチングレッグ（switching leg）と、
を備える可変速ドライブであって、
前記可変速ドライブはさらに、
制動抵抗を備える第１のモジュール、または、前記電気負荷の制動中に発生した電気エネルギーを蓄積および回生する手段を備える第２のモジュール、を備え、
前記第１のモジュールおよび前記第２のモジュールは、取り外し可能（removable）、かつ互いに交換可能（interchangeable）であり、
前記第１のモジュールおよび前記第２のモジュールは、カセットの形態を有し、前記カセットは、一方で前記ＤＣ電力供給バスと接続し、他方で前記第１のスイッチングレッグと接続する、
可変速ドライブにより実現される。
【０００８】
特定の特徴によれば、前記第１のスイッチングレッグは、ダイオードを備え、前記ダイオードは、前記第１の電子スイッチと直列に取り付けられており、かつ、これらの間に接続中間点（connection mid-point）を定める。
【０００９】
別の特定の特徴によれば、前記第２のモジュールは、第２のスイッチングレッグと、１つ以上のスーパーキャパシタとを備える。
【００１０】
別の特定の特徴によれば、前記第２のスイッチングレッグは、前記第１のスイッチングレッグと並列に接続される。
【００１１】
別の特定の特徴によれば、前記第２のスイッチングレッグは、第２の電子スイッチとダイオードとを備え、前記第２の電子スイッチと前記ダイオードは、直列に接続されており、かつ、前記第１のスイッチングレッグの前記接続中間点に接続される接続中間点を定め、前記第２のスイッチングレッグの前記ダイオードは、前記第１の電子スイッチと反平行（antiparallel）に接続され、前記第１のスイッチングレッグの前記ダイオードは、前記第２の電子スイッチと反平行に接続される。
【００１２】
別の特定の特徴によれば、前記第２のモジュールは、前記スーパーキャパシタと直列に接続されたインダクタを備える。
【００１３】
別の特定の特徴によれば、前記第１のモジュールの前記制動抵抗は、前記第１のスイッチングレッグの前記ダイオードと並列に接続される。
【００１４】
別の特定の特徴によれば、前記可変速ドライブは、前記第１のモジュールが接続されるか前記第２のモジュールが接続されるかに依存して異なって動作するように設計された制御手段を備える。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明による可変速ドライブを概略的に表す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
その他の特徴および利点は、例として与えられ、かつ、添付の図１により表された実施形態を参照した以下の詳細な説明から明らかになる。
【００１７】
図１を参照すると、可変速ドライブ１は、入力に、外部電力供給ネットワークＡ（例えば、３８０Ｖａｃ三相電気ネットワーク）から生じたＡＣ電圧（例えば三相）を整流するように意図された整流器モジュール１２を備えている。この整流器モジュール１２は、有利には、サイリスタよりも経済的で信頼性のある複数のダイオード１２０を使用する。この整流された電圧は、正ライン１０および負ライン１１で構成されるＤＣ電力供給バスに印加される（例えば、使用の条件に応じて、２００から８００Ｖｄｃのオーダーまたはそれ以上の）ＤＣ電圧Ｖｄｃを得るようにフィルタリングされることが可能である。バスキャパシタＣｂは、通常、ＤＣバスの電圧Ｖｄｃを一定に維持するために使用される。このバスキャパシタＣｂは、標準的な可変速ドライブにおいて、バスの正ライン１０と負ライン１１との間に接続されており、それは一般に電解型である。
【００１８】
可変速ドライブ１は、出力にインバータモジュール１３を備えており、インバータモジュール１３は、ＤＣバスから、可変振幅および可変周波数とすることが可能な可変電圧を用いて電気負荷Ｃを制御することを可能とする。このために、インバータモジュール１３は、パルス幅変調（ＰＷＭ）による制御を用いて、各相に設置された複数のパワー電子スイッチ１３０を制御する。これらのスイッチは、ＰＷＭを提供する制御ユニット（図示せず）により制御される（例えばＩＧＢＴ型の）複数のパワートランジスタである。図１において、インバータモジュール１３は、電気負荷Ｃに三相可変電圧を配電する３つのレッグを備えており、各レッグは、電力バスの正端子と負端子との間に直列に２つのパワートランジスタ１３０を備えており、総計で６つのパワートランジスタを備えている。
【００１９】
一般的な規則として、非可逆整流器（non-reversible rectifier）を有する可変速ドライブはさらに、前充電抵抗（prechargeing resistor）Ｒｐおよび前充電継電器（precharging relay）ＲＬｐで構成される前充電回路を備えており、前充電抵抵抗と前充電継電器は、ＤＣ電力供給バスの正ライン１０に接続、または、バスキャパシタＣｂに直接直列に接続されている。
【００２０】
さらに、可変速ドライブ１は、電気負荷の制動中に発生したエネルギーを散逸させるように意図された制動抵抗Ｒｆ、または、電気負荷Ｃの制動中に発生した電気エネルギーを蓄積および回生する手段を備えることができる。電気エネルギー蓄積および回生手段はさらに、１つ以上のキャパシタ、より詳細には、スーパーキャパシタＵＣ型の１つ以上のキャパシタ（ウルトラキャパスタとも呼ばれる）を備えることが可能である。スーパーキャパシタＵＣは、標準的なキャパシタよりも多くの量の電気エネルギーを蓄積可能という点では電気化学バッテリのように作用するが、強い充電電流および放電電流をサポート可能という点では、電気化学バッテリのようには作用せず、標準的なキャパシタのように作用する。
【００２１】
制動抵抗Ｒｆまたは電気エネルギー蓄積および回生手段の使用には、第１のスイッチングレッグ１００の存在が必要となり、第１のスイッチングレッグ１００は、ＤＣ電力供給バスの正ライン１０と負ライン１１との間に接続され、バスキャパシタＣｂと並列にバスキャパシタＣｂの下流に接続されている。この第１のスイッチングレッグ１００は、（例えばＩＧＢＴ型のトランジスタのような）少なくとも１つの第１の制御電子スイッチ（controlled electronic switch）Ｔ１と、例えば、電子スイッチＴ１に直列に接続されたダイオードＤ１とを備えている。
【００２２】
よって、本発明の目的は、この第１のスイッチングレッグ１００で構成されるこの共通部分（common part）を使用し、制動抵抗Ｒｆを備える第１のモジュールＭ１、または、電気負荷の制動中に発生した電気エネルギーを蓄積および回生する手段を備える第２のモジュールＭ２をここに接続することを提供することで可能となる。本発明によれば、モジュールＭ１、Ｍ２が取り外し可能であるため、ユーザは、制動抵抗Ｒｆ、または、電気負荷の制動中に発生した電気エネルギーを蓄積する手段を使用することを選択することが可能となる。
【００２３】
そのため、本発明によれば、可変速ドライブは、第１のモジュールＭ１または第２のモジュールＭ２を第１のスイッチングレッグ１００に接続するように意図された専用の配置（dedicated placement）を備えている。この配置は、ＤＣ電力供給バスの正ライン１０への第１の接続点（point of connection）Ｐ１と、ＤＣ電力供給バスの負ライン１１への第２の接続点と、第１のスイッチングレッグ１００のダイオードＤ１と電子スイッチＴ１との間に位置する中間点への第３の接続点とを備えている。
【００２４】
本発明によれば、第１のモジュールＭ１は、電気負荷の制動中に発生した電気エネルギーを散逸させるように意図された制動抵抗Ｒｆを包囲（enclose）しているボックスまたはカセットを備えている。それが定位置にある場合、第１のモジュールＭ１は、（ダイオードＤ１と並列に）第３の接続点Ｐ３と第１の接続点Ｐ１とに接続する。
【００２５】
本発明によれば、第２のモジュールＭ２は、第２のスイッチングレッグ２００と、少なくとも１つのスーパーキャパシタＵＣで構成される電気エネルギー蓄積手段とを包囲している（優先的には、第１のモジュールのカセットと同一の形態の）ボックスまたはカセットを備えている。第２のスイッチングレッグ２００は、（例えばＩＧＢＴ型のトランジスタのような）少なくとも１つの第２の電子スイッチＴ２と、例えば、第２の電子スイッチＴ２に直列に接続されたダイオードＤ２とを備えている。第２のモジュールＭ２はさらに、スーパーキャパシタＵＣと直列に接続されたインダクタＬを備え、このインダクタＬとスーパーキャパシタＵＣとで構成されるアセンブリは、第２のスイッチングレッグ２００のダイオードＤ２または第２の電子スイッチＴ２と並列に接続されている。第２のモジュールＭ２が可変速ドライブ１に接続される場合、第２のスイッチングレッグ２００の電子スイッチＴ２とダイオードＤ２との間に位置する接続中間点Ｐ４は、第３の接続点Ｐ３に接続され、第２のスイッチングレッグ２００は、一方で第１の接続点Ｐ１と接続し、他方で第２の接続点Ｐ２と接続する。このように、ダイオードＤ２は、第１の電子スイッチＴ１と反平行に接続され、ダイオードＤ１は、第２の電子スイッチＴ２と反平行に接続される。
【００２６】
本発明によれば、各モジュールは、例えば、可変速ドライブに接続されるように意図された同一の取り外し可能なカセットの形態を有する。
【００２７】
本発明によれば、可変速ドライブは、第１のモジュールＭ１が接続されるか第２のモジュールＭ２が接続されるかに依存して、採用される各電子スイッチＴ１、Ｔ２を制御することを可能とする制御手段を備えている。
【００２８】
第２のモジュールが接続される場合、制御手段は、採用されるスイッチＴ１、Ｔ２の両方に共通とすることができる。この場合、これらは例えば、第２のモジュールＭ２内に配置される。変形例としては、制御手段は、各スイッチＴ１、Ｔ２ごとの別個の制御回路を備え、スイッチＴ１専用の一方は、可変速ドライブ内に配置され、スイッチＴ２用の他方は、第２のモジュールＭ２内に配置され、そして、これら２つの回路は、可変速ドライブの２つの動作モードを制御するように同期化（synchronize）される。
【００２９】
第２のモジュールが可変速ドライブに接続される場合、第１のスイッチングレッグおよび第２のスイッチングレッグの電子スイッチＴ１、Ｔ２を採用することにより制御される２つの動作モードが可能である。
【００３０】
第１の動作モードでは、電子スイッチＴ１が、（例えばＰＷＭによる）変調（開と閉とを交互に行う）制御され、電子スイッチＴ２が、スーパーキャパシタＵＣをＤＣ電力供給バス上に放電させるように開に制御される。
【００３１】
第２の動作モードでは、電子スイッチＴ１が開に制御され、電子スイッチＴ２が、制動中に発生した過剰エネルギーをスーパーキャパシタＵＣに移すように変調制御される。
【００３２】
明白なことに、２つの上述の動作モードを実施させるために、スーパーキャパシタＵＣ上の電流Ｉｕｃおよび／または電圧Ｖｕｃの値は測定（measure）または推定（estimate）することが可能である。
【００３３】
明白なことに、その他の変形実施形態が考察可能であり、方針は、１つの同じスイッチングレッグを使用し、制動抵抗、または、制動中に発生したエネルギーを蓄積および回生する手段を備えるモジュールをそこに追加することができるというままである。
【００３４】
本発明の枠組みから離れることなく、その他の詳細の変形例や改良例を考案することが可能であることや、さらには均等手段を想到することが可能であることは明白である。
【図１】
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【国際調査報告】
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