(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
利用者の運動に用いられるフィットネス機器に蓄電装置を利用せず電力を供給するフィットネス機器用電力制御装置であって、
複数のパワートランジスタから構成され、一端が、商用電源に電気的に接続されている電力フィーダーに電気的に直接接続される双方向電力変換回路と、
一端が前記双方向電力変換回路の他端に電気的に直接接続される双方向電力駆動回路と、
前記双方向電力駆動回路の他端に電気的に直接接続され、前記フィットネス機器を駆動する電動発電両用回転機と、
前記双方向電力変換回路、前記双方向電力駆動回路、および前記電動発電両用回転機に電気的に接続されるエネルギー管理回路と、
を備え、
前記エネルギー管理回路は、エネルギー調節回路及びプログラム処理回路から構成され、
前記プログラム処理回路は、
前記発電モードにおいて、前記電動発電両用回転機の回転速度を検出する回転速度検出装置と、
前記回転速度によって、前記発電モードにおいて、自身の出力電圧を制御し、前記電動モードにおいて、前記電動発電両用回転機に流れ込む電流を制御して回転速度を制御する双方向電力駆動回路制御モジュールと、
前記発電モードにおいて、利用者の運動要求によって、前記回転速度および予測される発電される交流電力の大きさを参照して前記電動発電両用回転機の出力トルクを決め、前記エネルギー調節回路を制御し、前記双方向電力変換回路を経由して、前記利用者の運動によって消耗したエネルギーを交流電流に変換して前記電力フィーダーに供給するマイクロ処理装置モジュールと、
前記エネルギー調節回路と協力し、前記双方向電力駆動回路の直流電圧の大きさを制御する電圧補償モジュールと、を有し、
前記電動発電両用回転機が発電モードとなった場合に、前記エネルギー管理回路は、前記双方向電力変換回路を起動し、前記双方向電力駆動回路は、直接前記双方向電力変換回路を経由して発電された電力を前記商用電源に供給し、
前記電動発電両用回転機が電動モードとなった場合に、前記エネルギー管理回路は、前記双方向電力変換回路を整流モードに設定し、前記双方向電力駆動回路は、直接前記双方向電力変換回路を経由して前記商用電源から前記電動発電両用回転機を駆動するために必要な電力を取得するフィットネス機器用電力制御装置。
【請求項２】
前記双方向電力変換回路は、双方向電力流通変換装置及び双方向電力流通直流電圧変換装置から構成される請求項１に記載のフィットネス機器用電力制御装置。
【請求項３】
前記双方向電力流通変換装置は、フルブリッジパワートランジスタ整流回路である請求項２に記載のフィットネス機器用電力制御装置。
【請求項４】
前記双方向電力流通変換装置は、ハーフブリッジパワートランジスタ整流回路である請求項２に記載のフィットネス機器用電力制御装置。
【請求項５】
前記双方向電力流通直流電圧変換装置は、パワートランジスタ直流昇圧および降圧回路である請求項２に記載のフィットネス機器用電力制御装置。
【請求項６】
前記双方向電力駆動回路制御モジュールは、パルス幅変調回路である請求項１に記載のフィットネス機器用電力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力制御装置に関し、特に、省エネルギーおよびエネルギー再生制御が可能なフィットネス機器用電力制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
台湾実用新案公告第Ｍ３２５６７０号明細書（特許文献１）において、フィットネス機器で発電して商用電源に給電する装置が開示されている。利用者は、運動によって、カロリー２１から瞬時の入力Ｐｉを提供する。入力Ｐｉは、フィットネス機器３を駆動し、機械的出力Ｐｍを発生させる。機械的出力Ｐｍは、また発電機４を駆動し、電力出力Ｐｅを発生させる。変換器５によって発電機４の発生した電力出力Ｐｅを商用電源７と同期する交流出力に変換し、単位力率の方式で商用電源７に供給する。商用電源７に供給された電力を制御することによって、発電機４の出力Ｐｅを間接に制御し、更にフィットネス機器３の運動エネルギー出力部３２のトルクと回転速度とを制御する。これにより、利用者がカロリーを消耗するレートを制御する目的を達成することができる。
【０００３】
また、利用者エネルギー消耗モード設定後、瞬時パワー指令カウンター６２は、利用者が設定したカロリー量及び運動強度によって、利用者の消耗する瞬時パワー指令値Ｐｅ*を換算することができる。また、瞬時パワーカウンター６４は、発電機４の出力した電圧及び電流によって、フィットネス機器３の現在の瞬時出力Ｐｅを算出する。パワー制御器６３によってＰｅをＰｅ*になるように調整し、その誤差が商用電源７に供給される電流振幅指令値Ｉｍ*を発生する。且つ電流振幅指令値Ｉｍ*に検出した商用電源７の電圧をかけることによって、商用電源に供給され、かつ商用電源７の電圧と同位相の電流指令値ＩS*が得られる。最後に、電流制御器６５で変換器５の切り換えを制御し、商用電源７の出力電流を設定された電流指令値（Ｉｓ＝Ｉｓ*）と等しいようにする。これにより、発電機４の出力した電力が商用電源７に供給される目的を達成する。また、電流が正弦波であり、且つ商用電源７と同様であるので、商用電源７に供給される力率を１に保持することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】台湾実用新案公告第Ｍ３２５６７０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示される従来の装置は、実際的な動作回路や装置がなく、実行できるかどうかが確実に検討されなかった。実際の観察によると、回転子負荷が異なる利用者又は同一の利用者の異なる使用方式によって変化するので、発生した電力が経時的に不安定である。
【０００６】
上記問題を解決するため、本発明は、負荷端の変化によって制御メカニズムを自発的に選択可能であり、フィットネス機器の発生した電力を好ましい力率で電力フィーダーに供給可能であり、フィットネス機器の発生した電力を有効的に利用すること及び消費電力を低下させることが可能なフィットネス機器用電力制御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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明によるフィットネス機器用電力制御装置は、双方向電力変換回路、双方向電力駆動回路、電動発電両用回転機、およびエネルギー管理回路を備える。双方向電力変換回路は、複数の制御されたパワートランジスタからなり、一端が電力フィーダーに電気的に接続される。双方向電力駆動回路は、一端が双方向電力変換回路の他端に電気的に接続され、電動発電両用回転機は、双方向電力駆動回路の他端に電気的に接続される。電動発電両用回転機は、フィットネス機器を駆動する。エネルギー管理回路は、双方向電力変換回路、双方向電力駆動回路、および電動発電両用回転機に電気的に接続される。
【０００８】
そのうち、エネルギー管理回路は、電動発電両用回転機が発電モードとなった場合に、双方向電力変換回路を起動する。双方向電力駆動回路は、双方向電力変換回路を経由して電力を電力フィーダーに供給する。一方、エネルギー管理回路は、電動発電両用回転機が電動モードとなった場合に、双方向電力変換回路を整流モードに設定する。双方向電力駆動回路は、双方向電力変換回路を経由して、電力フィーダーから電動発電両用回転機を駆動するために必要な電力を取得する。
【０００９】
蓄電池は、エネルギー管理回路を介して双方向電力駆動回路に電気的に接続され、電動発電両用回転機が発電モードとなった場合に充電され、電動発電両用回転機が電動モードとなった場合に、直流電力をフィットネス機器に供給する。操作インタフェースは、エネルギー管理回路に電気的に接続され、電動発電両用回転機が蓄電池を充電するための回転速度の下限値を設定する。
【００１０】
一方、双方向電力変換回路は、双方向電力流通変換装置及び双方向電力流通直流電圧変換装置からなってよい。双方向電力流通変換装置は、フルブリッジパワートランジスタ整流回路又はハーフブリッジパワートランジスタ整流回路であってよい。双方向電力流通直流電圧変換装置は、パワートランジスタ直流昇圧および降圧回路であってよい。
【００１１】
エネルギー管理回路は、エネルギー調節回路及びプログラム処理回路からなる。そのうち、プログラム処理回路は、回転速度検出装置、双方向電力駆動回路制御モジュール、マイクロ処理装置モジュール、および電圧補償モジュールを備える。回転速度検出装置は、発電モードにおいて、電動発電両用回転機の回転速度を検出する。双方向電力駆動回路制御モジュールは、電動発電両用回転機の回転速度によって、発電モードにおいて、自身の出力電圧を制御して発電効率を向上させ、電動モードにおいて、電動発電両用回転機に流れ込む電流を制御して回転速度を制御する。
【００１２】
マイクロ処理装置モジュールは、発電モードにおいて、利用者の運動要求によって、回転子の回転速度および予期の発電される交流電力の大きさを参照して回転子の出力トルクを決め、エネルギー調節回路を制御し、双方向電力変換回路を経由して、利用者の運動によって消耗したエネルギーを交流電流に変換して電力フィーダーに供給する。このエネルギーの大きさは、電力フィーダーに入力される電流の大きさ及び電力フィーダー電圧の位相差を調整することによって制御される。双方向電力駆動回路の直流電圧の大きさは、電圧補償モジュールとエネルギー調節回路とによって制御される。双方向電力流通変換装置、双方向電力流通直流電圧変換装置、双方向電力駆動回路及びエネルギー管理回路は、ともにパルス幅変調のパワートランジスタにより制御される。
【００１３】
これによって、本発明によるフィットネス機器用電力制御装置は、利用者がフィットネス機器を操作している場合に発生した電力を、商用電源システムに供給することができる。フィットネス機器用電力制御装置は、利用者により設定される値又はプリセットされた値によって負荷を加え、自発的にフィットネス機器の発生した電力を監視し、電力の変化によって、多種の異なる省エネメカニズムを提供し、利用者の発生したエネルギーを好ましい力率（ｐｏｗｅｒ  ｆａｃｔｏｒ）で電力フィーダーに供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態によるフィットネス機器用電力制御装置の機能ブロック図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態によるフィットネス機器用電力制御装置の双方向電力流通変換装置がフルブリッジパワートランジスタ整流回路であるときの回路図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態によるフィットネス機器用電力制御装置の双方向電力流通変換装置がハーフブリッジパワートランジスタ整流回路であるときの回路図である。
【図３】本発明の一実施形態によるフィットネス機器用電力制御装置の双方向電力流通変換装置が発生した実際の波形図である。
【図４】本発明の一実施形態によるフィットネス機器用電力制御装置の双方向電力流通直流電圧変換装置の回路図である。
【図５Ａ】本発明の一実施形態によるフィットネス機器用電力制御装置の電動発電両用回転機の負荷特性図である。
【図５Ｂ】本発明の一実施形態によるフィットネス機器用電力制御装置の電動発電両用回転機の発電電圧と回転速度との関係図である。
【図６】図１の詳細な機能ブロック図である。
【図７】本発明の一実施形態によるフィットネス機器用電力制御装置の回転速度検出装置が発生したパルス信号の波形図である。
【図８】本発明の一実施形態によるフィットネス機器用電力制御装置の電動発電両用回転機の出力トルクと回転速度との関係図である。
【図９】本発明の一実施形態によるフィットネス機器用電力制御装置の双方向電力駆動回路制御モジュールの機能ブロック図である。
【図１０Ａ】本発明の一実施形態によるフィットネス機器用電力制御装置の電動発電両用回転機が６ステップ波電流制御時の波形図である。
【図１０Ｂ】本発明の一実施形態によるフィットネス機器用電力制御装置の電動発電両用回転機が三相弦波電流制御時の波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明によるフィットネス機器用電力制御装置を図面に基づいて説明する。
（一実施形態）
図１において、本実施形態によるフィットネス機器用電力制御装置１００は、双方向電力変換回路１１０、双方向電力駆動回路１２０、電動発電両用回転機１３０、エネルギー管理回路１４０を備える。
【００１６】
もちろん、フィットネス機器用電力制御装置１００は、蓄電池１５０と操作インタフェース１６０とを備えてもよい。蓄電池１５０と操作インタフェース１６０とは、必須なものではない。同様に、図において、蓄電池１５０と組あわせる放電モジュール１４９は更に示される。フィットネス機器１７０は、本実施形態によるフィットネス機器用電力制御装置１００を応用する場合だけに必要である。
【００１７】
つまり、双方向電力変換回路１１０、双方向電力駆動回路１２０、電動発電両用回転機１３０、およびエネルギー管理回路１４０は、一体的な装置にモジュール化されてよい。使用に当っては、普通のフィットネス機器１７０内のモーターを、電動発電両用回転機１３０に変えれば、本実施形態を実現することができる。各部品の接続関係は、図に示した。前に詳細に述べたので、ここで詳しく説明しない。作業原理を以下のように解釈する。
【００１８】
エネルギー管理回路１４０に電動発電両用回転機１３０の負荷特性と確実に協力させるために、エネルギー管理回路１４０は、双方向電力変換回路１１０と双方向電力駆動回路１２０とを制御するようにプログラミングおよび回路設計され、発電モードにおいて多様な制御メカニズムを実行する。
【００１９】
具体的には、フィットネス機器用電力制御装置１００の自身に蓄電池１５０が配置されていない場合に、少なくとも２種類の制御メカニズムを実行する。蓄電池１５０が配置されている場合に、少なくとも３種類の制御メカニズムを下記のように実行する。
【００２０】
第１制御メカニズムにおいて、電動発電両用回転機１３０の回転子が低速で運転し、且つ蓄電池１５０がない場合に、発電量に限りがあるので、エネルギー管理回路１４０は、双方向電力変換回路１１０を整流モードに設定する。双方向電力駆動回路１２０だけによって、電動発電両用回転機１３０の発生した電力をフィットネス機器用電力制御装置１００における各モジュールに供給する。または、放電モジュール１４９から余分なエネルギーを放出する。
【００２１】
第２制御メカニズムにおいて、前述に続いて、フィットネス機器用電力制御装置１００に蓄電池１５０がある場合に、エネルギー管理回路１４０は、双方向電力変換回路１１０を整流モードに設定してから、双方向電力駆動回路１２０によって、電動発電両用回転機１３０の発生した電力をフィットネス機器用電力制御装置１００における各モジュールに供給し、且つ蓄電池１５０に対して充電を行う。
【００２２】
第３制御メカニズムにおいて、電動発電両用回転機１３０の回転子が高速で運転する場合に、エネルギー管理回路１４０は、双方向電力変換回路１１０を起動し、双方向電力駆動回路１２０によって、電動発電両用回転機１３０の発生した電力を電力フィーダーに供給する。一方、蓄電池１５０が電力不足である場合に、電動発電両用回転機１３０の発生した電力を用いて蓄電池１５０を充電することが可能である。
【００２３】
一方、双方向電力変換回路１１０は、双方向電力流通変換装置１１１と双方向電力流通直流電圧変換装置１１２とからなってよい。図２Ａにおいて、双方向電力流通変換装置１１１は、フルブリッジパワートランジスタ整流回路であり、図２Ｂにおいて、双方向電力流通変換装置１１１は、ハーフブリッジパワートランジスタ整流回路である。フィットネス機器用電力制御装置１００が電動モードとなった場合に、双方向電力流通変換装置１１１は、電力フィーダーからの電圧と周波数とが固定である交流電力を直流電力に変換してから、双方向電力駆動回路１２０、電動発電両用回転機１３０、エネルギー管理回路１４０、およびフィットネス機器１７０に供給する。
【００２４】
フィットネス機器用電力制御装置１００が発電モードとなった場合に、エネルギー管理回路１４０は、双方向電力流通変換装置１１１内の複数のパワートランジスタ（例えば、シリコン制御整流子）のオン／オフを制御することによって、利用者の運動で発生したエネルギーを電気エネルギーに変換して電力フィーダーに供給する。
【００２５】
図３を参照すれば、図３は、双方向電力流通変換装置１１１の発生した実際の波形図である。実際の操作において、供給された電気エネルギーの力率は、−０．９５より大きく、消費電力の品質にかかわる国際規格を満たす。力率に対する調整制御については、検出回路で電力フィーダーの交流電圧の位相を検出してから、図２Ａ又は図２Ｂに示す双方向電力流通変換装置１１１を経由して回路の調整制御を行う。電力フィーダーに供給された電流を正弦波にし、且つ電流波形の位相が電圧波形の位相より１８０°電気角で遅れるようにし、力率を−０．９５以上に調整制御する。これにより、エネルギーが電力フィーダーに供給された場合、電力供給システムの電力品質に対する影響を低下させる。もちろん、電力フィーダーに供給された電流は、非正弦波であってもよく、６０°〜１２０°又は２４０°〜３００°のフィーダー電圧の電気位相角でフィーダーに供給されてよい。
【００２６】
図４において、双方向電力流通直流電圧変換装置１１２は、パワートランジスタ直流昇圧および降圧回路であり、ＳaとＳ’aとをそれぞれ降圧と昇圧回路の主制御スイッチパワートランジスタとし、パルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ；ＰＷＭ）によって、電圧Ｖ2を制御する。そのうち、Ｖ1は、基本的に固定の電圧である。電圧Ｖ2は、現在、利用者が発電モードにおいて発電する量又は電動モードにおいて電動発電両用回転機１３０に出力する電力によって決められる。発電量又は回転子に伝送するエネルギーが高ければ高いほど、又は回転子の回転速度が速ければ速いほど、Ｖ2が高い。Ｖ2がＶ1に近い場合に、Ｖ2を定数値に保持し、それ以上の調整を必要としない。
【００２７】
図５Ａは、電動発電両用回転機１３０の負荷特性図であり、利用者自分が入力し、又は製造者が予め入力してよい。電動発電両用回転機１３０は、双方向電力駆動回路１２０によって調整制御され、図５Ａに示す負荷特性曲線に従って作動し、更に利用者に対して運動の効果を発生させる。
【００２８】
図５Ｂは、電動発電両用回転機１３０の発電電圧と回転速度との関係図である。電動発電両用回転機１３０が発電モードで動作している場合に、エネルギー管理回路１４０は、電動発電両用回転機１３０の回転速度によってフィットネス機器用電力制御装置１００の電圧Ｖ2を調整する。具体的には、回転速度がωLより低い場合に、電圧Ｖ2はＶ2Lに固定される。回転速度がωHより高い場合に、電圧Ｖ2はＶ2Hに固定される。回転速度がωLとωHとの間である場合に、電圧Ｖ2は、プリセットされた電圧と回転速度との関係（例えば、図５Ｂに示すスロープ）によって電圧調整が行われる。
【００２９】
なお、電動発電両用回転機１３０が電動モードで動作している場合に、前記方法は、出力電圧Ｖ2を調整し、力率を向上させる目的を達成することができる。電圧Ｖ2は、エネルギー管理回路１４０、双方向電力駆動回路１２０又はその両者がともに作用することによって生成される。これによって、電動発電両用回転機１３０が発電モードで動作している場合に、利用者の運動で発生したエネルギーは、負荷装置を介して電気エネルギーに変換され、システム全体に供給して使用され、又は商用電源に供給されることができる。これにより、運動と省エネルギーの効果を有する。電動発電両用回転機１３０が電動モードで動作している場合に、商用電源によって電動発電両用回転機１３０に作動させるための動力を供給する。これにより、利用者が力を出さなくとも持続して前の運動を行うことができ、激しく運動した後で筋肉をリラックスさせる。
【００３０】
一方、図１に示すように、エネルギー管理回路１４０は、エネルギー調節回路１４１とプログラム処理回路１４２からなる。前記各種の制御メカニズムは、全てエネルギー調節回路１４１とプログラム処理回路１４２とが協力して完成したものである。具体的には、エネルギー調節回路１４１は、双方向電力変換回路１１０と双方向電力駆動回路１２０とのエネルギー緩衝装置とすることを主な機能とし、電力変換回路と蓄電池１５０とから構成される。電動発電両用回転機１３０の発電力が不足する場合に、双方向電力変換回路１１０を停止し、電動発電両用回転機１３０の発生した電力を蓄電池１５０に蓄える。この時、蓄電池１５０の電気保存量が高すぎれば、発生した電気エネルギーが放電モジュール１４９から直接に放出される。なお、蓄電池１５０が電力不足である場合に、エネルギー調節回路１４１を経由して、蓄電池１５０を充電することができる。この時、充電するためのエネルギーは、電力フィーダー又は電動発電両用回転機１３０からのものであってよい。
【００３１】
システムが蓄電池１５０を備えず、且つ電動発電両用回転機１３０の発電量が不足である場合に、エネルギー調節回路１４１は、電動発電両用回転機１３０の発生した電力を直接に放電モジュール１４９から放出し、または制御システム１００における各モジュールの電源に供給する。エネルギー調節回路１４１の実現可能な回路は、図４に示すように、つまり双方向電力流通直流電圧変換装置１１２と同様な構成を採用してよい。
【００３２】
図６において、プログラム処理回路１４２は、回転速度検出装置１４３、双方向電力駆動回路制御モジュール１４４、マイクロ処理装置モジュール１４５、および電圧補償モジュール１４６を備える。回転速度検出装置１４３は、発電モードにおいて電動発電両用回転機１３０の回転速度を検出する。双方向電力駆動回路制御モジュール１４４は、回転速度によって、双方向電力駆動回路１２０が電動発電両用回転機１３０の交流電力を取得する時点を制御する。
【００３３】
マイクロ処理装置モジュール１４５は、発電モードにおいて、回転速度及び交流電力の大きさによって、双方向電力変換回路１１０が交流電力を電力フィーダーに供給する時点を制御して位相をマッチさせる。それと同時に、マイクロ処理装置モジュール１４５は、電圧補償モジュール１４６に対して電圧補償値を更に発生する。これにより、電圧補償値によってエネルギー調節回路１４１を駆動し、双方向電力駆動回路１２０が電動発電両用回転機１３０から取得した供給電力の電圧値を補償し、発電量が過剰である場合に、放電モジュール１４９を起動し、余分の電力を抵抗に消耗させることができる。電圧補償モジュール１４６は、ソフトウェアによって書かれ、又はハードウェア回路によって組み立てられた比例積分器又は機能が類似である他の閉回路制御構成であってよい。
【００３４】
図７に示すように、本実施形態においては、回転速度検出装置１４３の発生したパルス信号で速度を推定する。具体的には、回転速度検出装置１４３は、回転子検出装置１４７と速度推定器１４８とを備える。回転子検出装置１４７は、感知素子であり、回転子が一周回転すると、一定数のパルス信号を発生する。速度推定器１４８は、このパルス信号で回転子の速度を推定する。その速度推定方法としては、単位時間（Ｔ）において、回転子検出装置１４７の発生したパルス数（数式１参照）、又はパルスの立ち上がりエッジの間の時間（パルス周期）（数式２参照）を計算するようにしてよい。
【００３５】
速度∝（ｎ×パルス数）／単位時間Ｔ・・・（数式１）
速度∝（１／パルス周期Ｔr）・・・（数式２）
【００３６】
図８に示すように、電動発電両用回転機１３０の出力トルクと回転速度とによって、エネルギー管理回路１４０が発電モードで動作させる第１制御メカニズム（Ｃａｓｅ  １）、第２制御メカニズム（Ｃａｓｅ  ２）又は第３の制御メカニズム（Ｃａｓｅ  ３）を選択する。電力は、マイクロ処理装置モジュール１４５によって発生されてから、エネルギー調節回路１４１に供給して使用される。発電量の多寡に関しては、即時に、推定されたＰ2＝（Ｖ2Ｉ2）から分かり、第１制御メカニズム（Ｃａｓｅ  １）、第２制御メカニズム（Ｃａｓｅ  ２）又は第３制御メカニズム（Ｃａｓｅ  ３）の判断根拠とする。
【００３７】
エネルギー調節回路１４１は、システム全体における各モジュールに必要な低圧制御電源（例えば、５Ｖ、１５Ｖ、−１５Ｖ）を提供する他に、更に蓄電池１５０にエネルギーを保存させ、または蓄電池１５０からエネルギーを抽出するための装置とすることができる。エネルギー調節回路１４１が蓄電池１５０を使用するかどうかは、利用者の使用状態と電池残量（Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  ｃｈａｒｇｅ；ＳＯＣ）とによる。
【００３８】
図９は、双方向電力駆動回路制御モジュール１４４の機能ブロック図である。各符号を以下のように説明する。
Ｉp*は三相固定子コイルの要求電流指令値のピークである。
（ｉu*，ｉv*，ｉw*）は三相固定子コイルの電流指令値である。
（ｉu，ｉv，ｉw）は現在の三相固定子コイルの電流値である。
Ｔe*は電動発電両用回転機１３０の要求出力トルクである。
ωr*は電動発電両用回転機１３０の回転速度指令値である。
ωrは電動発電両用回転機１３０の現在の回転速度である。
Ｋtは電動発電両用回転機１３０のトルク定数である。
【００３９】
双方向電力駆動回路制御モジュール１４４は、操作インタフェース１６０の設定によって、電動発電両用回転機１３０に対して、電動モード又は発電モードを制御することができる。電動モードでの操作の場合に、スイッチ（ＳＷ）は、１の位置に切り換えられる。この時、モジュールは、速度閉回路制御（Ｓｐｅｅｄ  ｃｌｏｓｅ  ｌｏｏｐ  ｃｏｎｔｒｏｌ）モードになる。速度制御器を介して電動発電両用回転機１３０の回転速度を強制する三相固定子コイルは、現在の回転子磁場によって電流制御を行う。現在の回転速度ωrは、回転速度指令値ωr*に従う。回転速度指令値ωr*は、利用者の設定又は設計者のプリセット値によるものであってよい。速度制御器の出力に１／Ｋtをかけると、三相固定子コイルの要求電流指令値のピークＩp*が算出される。
【００４０】
発電モードでの操作の場合に、ＳＷは、２の位置に切り換えられる。この時、モジュールは、出力トルク制御になり、図５Ａに示す負荷変化特性によって、各種の制御指令値を発生させる。この時電動発電両用回転機１３０の要求出力トルクがＴe*であり、Ｉp*＝Ｔe*／Ｋtを介して、三相固定子コイルの要求電流指令値のピークＩp*が算出される。発電モード又は電動モードによって算出したＩp*は、また電流コマンド発生器１４５を介して、三相固定子コイルの電流指令値（ｉu*，ｉv*，ｉw*）を発生させる。三相固定子コイルの電流指令値（ｉu*，ｉv*，ｉw*）の波形は、似近矩形波又は正弦波であってよい。三相固定子コイルの電流指令値（ｉu*，ｉv*，ｉw*）と電動発電両用回転機１３０から読み出した三相固定子コイルの電流値（ｉu，ｉv，ｉw）との誤差値が電流制御器に伝送されて演算される。演算の結果は、ＰＷＭ発生器に伝送される。出力信号は、双方向電力駆動回路１２０に伝送され、電圧と周波数とが変化可能な三相交流電力を発生し、電動発電両用回転機１３０を駆動し、電流を制御する。
【００４１】
図１０Ａと図１０Ｂから、三相固定子コイルの電流指令値（ｉu*，ｉv*，ｉw*）が６ステップ波又は正弦波であってよいこと、および三相固定子コイルの電流値（ｉu，ｉv，ｉw）がそれぞれ三相固定子コイルの電流指令値（ｉu*，ｉv*，ｉw*）に従うことが見られる。このようにして、システムは、良好な電動発電両用回転機１３０の入力電流調整制御を得ることによって、好ましい発電モード又は電動モードでの操作性能が得られる。ここで言った電流調整制御は、電流の波形、大きさ、および周波数に対する制御を含む。
【００４２】
三相弦波電流制御は、信号分解能の高い回転子検出装置１４７を要求する。信号分解能の高い回転子検出装置１４７は、価格が約１０ドル以上と高いが、電動発電両用回転機１３０の操作騒音と振動とを大幅に低下させることができる。６ステップ波電流制御には、信号分解能の低い回転子検出装置１４７を使用してよい。信号分解能の低い回転子検出装置１４７の価格が約０．５ドル以下と低いが、電動発電両用回転機１３０の操作騒音と振動とが高い。そのため、本発明は、信号分解能の低い回転子検出装置１４７を使用し、マイクロ処理装置モジュール１４５のファームウェア構成によって、複合モードでの電流制御を実行する。つまり低速である場合に、６ステップ波電流制御を利用するが、高速である場合に、三相弦波電流制御を利用するようにし、低価格と騒音および振動の低下の長所を両立することができる。
【００４３】
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１００・・・フィットネス機器用電力制御装置、
１１０・・・双方向電力変換回路、
１１１・・・双方向電力流通変換装置、
１１２・・・双方向電力流通直流電圧変換装置、
１２０・・・双方向電力駆動回路、
１３０・・・電動発電両用回転機、
１４０・・・エネルギー管理回路、
１４１・・・エネルギー調節回路、
１４２・・・プログラム処理回路、
１４３・・・回転速度検出装置、
１４４・・・双方向電力駆動回路制御モジュール、
１４５・・・マイクロ処理装置モジュール、
１４６・・・電圧補償モジュール、
１４７・・・回転子検出装置、
１４８・・・速度推定器、
１４９・・・放電モジュール、
１５０・・・蓄電池、
１６０・・・操作インタフェース、
１７０・・・フィットネス機器。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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