(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷に電力を供給する電力供給装置に接続され、該電力供給装置に接続される他の回生制動装置とともに負荷側から回生される回生電力を消費する回生制動装置において、
前記回生電力を消費する消費手段と、
前記回生電力を前記消費手段に通電させる通電手段と、
前記回生電力をモニタするモニタ手段と、
前記通電手段を動作させるか否かを判定するための動作レベルの下限値を前記消費手段の通電時間に応じて随時演算するとともに、該演算した動作レベルの下限値を変更して出力する動作レベル変更手段と、
前記動作レベル変更手段が出力する動作レベルの下限値と前記モニタ手段のモニタ出力とを比較する比較手段と、
前記比較手段の比較結果に基づいて前記通電手段を駆動する駆動手段と、
を備え、
前記動作レベルの下限値を前記モニタ出力が上回ると前記通電手段が動作する
ことを特徴とする回生制動装置。
【請求項２】
前記動作レベル変更手段は、前記演算した動作レベルの下限値が予め設定された動作レベルの下限値を超えた場合に、該演算した動作レベルの下限値を新たな下限値として設定するとともに、当該新たな下限値を前記消費手段の動作時に変更することを特徴とする請求項１に記載の回生制動装置。
【請求項３】
前記動作レベル変更手段は、前記消費手段の非動作時に、動作レベルの下限値を保持することを特徴とする請求項２に記載の回生制動装置。
【請求項４】
前記動作レベル変更手段は、前記消費手段の非動作時に、動作レベルの下限値を変更することを特徴とする請求項２に記載の回生制動装置。
【請求項５】
前記消費手段の動作時に動作レベルの下限値を変更する際の変更率が、前記消費手段の非動作時に動作レベルの下限値を変更する際の変更率よりも大であることを特徴とする請求項４に記載の回生制動装置。
【請求項６】
前記動作レベル変更手段は、動作レベルの下限値を前記消費手段の通電時間の時間積分によって算出することを特徴とする請求項１に記載の回生制動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷に電力を供給するインバータ装置などの電力供給装置に接続され、負荷側から回生される回生電力を消費する回生制動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インバータ装置などの電力供給装置に複数の回生制動装置を並列に接続する場合、部品公差等により各々の回生制動装置の動作レベルが均一ではないため、一部の回生制動装置のみに動作が集中するといった状況が生ずる。特に、このような回生制動装置間に動作の非均一性が生ずる場合、動作の集中した回生制動装置の部品劣化が急速に進行して、システム全体の信頼性の低下に繋がる。したがって、一部の回生制動装置のみに動作が集中するのを回避し、回生制動装置間の動作の均一性を確保する必要性が生ずる。
【０００３】
例えば、下記特許文献１では、インバータ装置に並列接続された各々の制動装置の制動設定レベルに誤差が発生しても特定の制動装置のスイッチング素子および制動抵抗に責務が集中するのを防止する技術を開示している。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−１３１２０６号公報
【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、上記特許文献１に示される技術では、各々の制動装置は、自己が生成した制動開始信号を他の制動装置に出力するとともに、他の制動装置が生成した制動開始信号を自己に入力させる必要があった。つまり、各制動装置間を複数の信号線（制御線）で渡り接続する必要があり、制動装置数の増加に応じて接続が煩雑になるとともに、断線、接触不良などに起因してシステム全体の信頼性も低下するといった問題点があった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、インバータ装置などの電力供給装置に複数の回生制動装置を接続する場合、各々の装置の動作レベルに部品公差等が存在する場合であっても、各装置を均一に動作させるとともに、制御線等による各装置間の接続を不要とし、信頼性の低下を招来することのない回生制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
［０００７］
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる回生制動装置は、負荷に電力を供給する電力供給装置に接続され、該電力供給装置に接続される他の回生制動装置とともに負荷側から回生される回生電力を消費する回生制動装置において、前記回生電力を消費する消費手段と、前記回生電力を前記消費手段に通電させる通電手段と、前記回生電力をモニタするモニタ手段と、前記通電手段を動作させるか否かを判定するための動作レベルの下限値を前記消費手段の通電時間に応じて随時演算するとともに、該演算した動作レベルの下限値を変更して出力する動作レベル変更手段と、前記動作レベル変更手段が出力する動作レベルの下限値と前記モニタ手段のモニタ出力とを比較する比較手段と、前記比較手段の比較結果に基づいて前記通電手段を駆動する駆動手段と、を備え、前記動作レベルの下限値を前記モニタ出力が上回ると前記通電手段が動作することを特徴とする。
発明の効果
［０００８］
本発明にかかる回生制動装置によれば、電力供給装置に複数の回生制動装置を接続する場合、回生電力を消費する回生制動装置の通電時間に応じて随時演算した動作レベルの下限値を変更して出力するとともに、変更した動作レベルの下限値と回生電力をモニタしたモニタ出力との比較結果に基づいて回生制動装置の通電時間を制御するようにしているので、部品公差等により各々の回生制動装置の動作レベルが均一でない場合であっても、各装置を均一に動作させることができるとともに、制御線等によって各装置間を接続する必要がなく、装置全体の信頼性の低下を招来することがないという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
［０００９］
［図１］図１は、本発明の好適な実施の形態にかかる回生制動装置の接続構成を示す図である。
［図２］図２は、図１に示した制動装置の細部構成を示す図である。
［図３］図３は、本発明にかかる回生制動装置の動作の説明するための一例を示す図である。
［図４］図４は、制動装置の動作時間に応じて上昇または下降する動作レベル下限値の出力波形の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００１０】
１  インバータ装置
２  交流電源
３  コンバータ部
４，５  直流母線
６  平滑コンデンサ
７  インバータ部
８  駆動用モータ
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｎ  制動装置
１１  制動抵抗
１２  スイッチング回路
１４  電圧検出器
１５  動作レベル演算器
１６  比較器
１７  駆動回路
１８，１９  端子
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明にかかる回生制動装置の好適な実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態では、回生制動装置がインバータ装置に接続される場合を一例として説明するが、接続先としてインバータ装置に限定されるものではなく、インバータ装置以外の電力供給装置に対しても適用することができる。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の好適な実施の形態にかかる回生制動装置の接続構成を示す図である。同図において、インバータ装置１は、例えば３相の交流電源である交流電源２に接続され、交流電源２の交流電力を直流電力に変換するコンバータ部３と、コンバータ部３の出力側に接続された平滑コンデンサ６と、コンバータ部３が出力する直流電力を可変電圧および可変周波数の交流電力に再変換するインバータ部７と、を備えている。また、インバータ装置１の出力端、すなわちインバータ部７の出力端には、例えば３相交流電力で運転される駆動用モータ８が接続されるとともに、コンバータ部３とインバータ部７との間を接続する一対の直流母線４，５の間には、複数の制動装置（回生制動装置）１０（１０ａ，１０ｂ，…，１０ｎ）が、並列に接続されている。
【００１３】
図１において、複数の制動装置１０は、自己の内部に有する抵抗器などで、駆動用モータ８（負荷側）からインバータ装置１側に回生される回生電力（電気エネルギー）を熱エネルギーに変換して消費する。なお、複数台の制動装置を並列に接続するようにしているのは、各制動装置では、所定の定格に基づく消費電力が定められているからである。例えば、２００ｋＷの駆動用モータが接続されている場合であって、駆動用モータ側から１００ｋＷの回生電力の戻りがある場合を考える。このとき、制動装置１０台の消費電力定格が２０ｋｗの場合には、１００（ｋＷ）＝２０（ｋＷ／台）×５（台）となって、最低でも５台の制動装置が必要となる。なお、消費電力定格の大きな制動装置はサイズが大きく、また、価格も高価であるため、可能な限り定格の小さな制動装置を使用することが好ましい。このような理由により、複数の制動装置を並列運転する必要性が生ずることになる。
【００１４】
図２は、図１に示した制動装置１０の細部構成を示す図である。図２において、制動装置１０は、制動抵抗１１、スイッチング回路１２、電圧検出器１４、動作レベル演算器１５、比較器１６および駆動回路１７の各構成部を備えて構成される。制動抵抗１１およびスイッチング回路１２は、直流母線４，５にそれぞれ接続された端子１８，１９の各端子間に直列に挿入される。駆動回路１７は、比較器１６の出力に基づいてスイッチング回路１２を制御する。例えば、スイッチング回路１２がオン制御されるとインバータ装置１の平滑コンデンサ６に蓄積された電荷が制動抵抗１１を通じて放電され、制動抵抗１１において負荷側からの回生電力が消費される。
【００１５】
また、動作レベル演算器１５は、後述するような所定（可変）レベルの電圧信号を生成する。一方、電圧検出器１４は、例えば直流母線４（すなわち平滑コンデンサ６）の出力電圧（直流電圧）に基づくモニタ電圧を出力する。なお、電圧検出器１４が出力するモニタ電圧は、例えば平滑コンデンサ６の電圧値そのものではなく、当該電圧値に比例（相当）する電圧値であればよい。比較器１６は、電圧検出器１４から出力されるモニタ電圧と動作レベル演算器１５から出力される演算出力とに基づいてスイッチング回路１２への制御信号を生成し、駆動回路１７を通じてスイッチング回路１２を制御する。例えば、電圧検出器１４のモニタ電圧が動作レベル演算器１５の演算出力よりも大きい場合には、回生電力を消費させる必要があり、スイッチング回路１２がオン制御される。一方、電圧検出器１４のモニタ電圧が動作レベル演算器１５の演算出力よりも小さい場合には、回生電力を消費させる必要がなく、スイッチング回路１２はオフ制御される。
【００１６】
図３は、本発明にかかる回生制動装置の動作の説明するための一例を示す図である。より詳細には、例えば図２に示す構成の制動装置を２台接続したときの動作を時間軸上に示した図である。図３において、実線で示す波形Ｋ１は、電圧検出器１４のモニタ電圧であり、一点鎖線で示す波形Ｋ２は、２台の制動装置のうちの一方の制動装置（「制動装置１０ａ」とする）の動作レベル演算器が出力する動作レベル電圧を示している。
【００１７】
また、電圧レベルＶL1，ＶH1は、制動装置１０ａの動作レベル範囲を決定する電圧であり、電圧レベルＶL2，ＶH2は、２台の制動装置のうちの他方の制動装置（「制動装置１０ｂ」とする）の動作レベル範囲を決定する電圧である。なお、動作レベル範囲の下限値である電圧レベルＶL1，ＶL2は、上記したように、部品公差等により各々の制動装置間で異なっているのが通常である。したがって、図３に示す例では、制動装置１０ａにおける動作レベル範囲の下限値が制動装置１０ｂにおける動作レベル範囲の下限値よりも小さい場合を想定して示している。一方、動作レベル範囲の上限値である電圧レベルＶH1，ＶH2は、制動装置の耐圧等を考慮して決定される電圧値であり、その下限値と同様、図３に示すように、制動装置１０ａの値が制動装置１０ｂの値よりも小さい場合を想定して示している。なお、これらの想定例は便宜上のものであり、各制動装置の動作を規定したり、制約を与えたりするものではない。
【００１８】
つぎに、本発明にかかる回生制動装置の動作について図３を参照して説明する。なお、制動装置１０の制動抵抗１１に電流が流れて回生電力が消費される場合を「オン」の状態とし、逆に、制動抵抗１１に電流が流れず、回生電力が消費されない場合を「オフ」の状態として以下の説明を行う。なお、制動装置１０ａにおける電圧検出器１４のモニタ電圧と制動装置１０ｂにおける電圧検出器１４のモニタ電圧とは、同一端子の電圧をモニタしている関係上同一の値をとる。したがって、以下、各制動装置における各電圧検出器のモニタ電圧を、制動装置１０ａ，１０ｂを区別することなく単に「モニタ電圧」として説明する。
【００１９】
まず、Ａ点までの間では、各モニタ電圧が制動装置１０ａの動作レベル下限値（ＶL1）および制動装置１０ｂの動作レベル下限値（ＶL2）よりも小さく、制動装置１０ａ，１０ｂともにオフの状態となる。
【００２０】
つぎに、Ａ点〜Ｂ点までの区間では、モニタ電圧が制動装置１０ａの動作レベル下限値（ＶL1）よりも大きくなり、制動装置１０ａはオンとなる。このとき、制動装置１０ａは、自己の動作レベル演算器１５における動作レベル下限値を上昇させる制御を行う。ここで、自己の動作レベル下限値の上昇処理は、例えば自己の通電時間を時間積分するなどの手法を用いて行うことができる。一方、制動装置１０ｂは、モニタ電圧が自己の動作レベル下限値（ＶL2）よりも小さい状態が続いてオフの状態を継続する。
【００２１】
つぎに、Ｂ点〜Ｃ点までの区間では、モニタ電圧が制動装置１０ａの動作レベル下限値（ＶL1）よりも小さくなり、制動装置１０ａはオフとなる。このとき、制動装置１０ａは、自己の動作レベル下限値を下降させる制御を行う。一方、制動装置１０ｂは、Ａ点〜Ｂ点までの区間に引き続き、オフの状態を継続する。
【００２２】
さらに、Ｃ点〜Ｅ点までの区間では、モニタ電圧が制動装置１０ａの動作レベル下限値（ＶL1）よりも大きくなり、制動装置１０ａは再度オンとなり、自己の動作レベル下限値を上昇させる制御を行う。一方、制動装置１０ｂは、Ｃ点〜Ｄ点までの区間では、モニタ電圧が自己の動作レベル下限値（ＶL2）よりも小さいのでオフの状態を継続するが、Ｄ点〜Ｅ点までの区間では、モニタ電圧が自己の動作レベル下限値（ＶL2）よりも大きくなってオンの状態となる。このとき、制動装置１０ｂは、制動装置１０ａと同様に、自己の動作レベル下限値を上昇させる制御を行う。なお、図３の例では、図示の煩雑さを避けるため、制動装置１０ｂの動作レベル下限値の図示を省略している。
【００２３】
以下、Ｅ点以降の区間では、モニタ電圧と自己の動作レベル下限値との比較結果に基づいて、制動装置１０ａ，１０ｂの状態が変更される。なお、各制動装置は、後述のように、自己の動作レベル下限値を自己の動作時間に応じて、上昇または下降する制御を行うことで、各制動装置間における動作レベル下限値のバラツキが解消される。例えば、図３の例では、動作開始前は、制動装置１０ａの動作レベル下限値（ＶL1）が制動装置１０ｂの動作レベル下限値（ＶL2）よりも小さい状態であったが、制動装置１０ａのオン時間が制動装置１０ｂのオン時間よりも長いため、制動装置１０ａの動作レベル下限値（ＶL1）の上昇率が制動装置１０ｂの動作レベル下限値（ＶL2）の上昇率を上回るとともに、制動装置１０ａのオフ時間が制動装置１０ｂのオフ時間よりも短いため、制動装置１０ａの動作レベル下限値（ＶL1）の下降率が制動装置１０ｂの動作レベル下限値（ＶL2）の下降率を下回ることになる。その結果、図３に示すＥ点以降の区間では、制動装置１０ａ，１０ｂ間における動作レベル下限値のバラツキが解消され、制動装置１０ａ，１０ｂにおける動作の均一性が確保される。
【００２４】
上述のように、本発明の好適な実施の形態にかかる回生制動装置は、他の回生制動装置の動作情報（あるいは制御情報）に依存することなく、自己の動作レベルを可変制御することに特徴がある。すなわち、本発明の好適な実施の形態にかかる回生制動装置は、他の回生制動装置の動作に依存しない自己完結型の動作レベル可変機能を有していると言える。
【００２５】
つぎに、制動装置の動作時間と動作レベル演算器の動作レベルとの関係について図４を参照して説明する。ここで、図４は、制動装置の動作時間に応じて上昇または下降する動作レベル下限値の出力波形の一例を示す図である。
【００２６】
図４に示す波形ｆL1（ｔ）は、動作時間に応じて可変制御された動作レベル演算器の動作レベル下限値の一例を示している。例えば、時刻ｔ０のときの動作レベル下限値をｆL10とすると、まず、制動装置がオフの状態からオンの状態に移行し、そのオンの状態を継続する時刻ｔ０〜ｔ１（オン時間Ｔ１）の間では、動作レベル下限値をｆL10から所定の上昇率（Ｍ１）で上昇させる。一方、制動装置がオンの状態からオフの状態に移行し、そのオフの状態を継続する時刻ｔ１〜ｔ２（オフ時間Ｔ２）の間では、動作レベル下限値を、その時点の値から所定の下降率（Ｍ２）で下降させる。なお、上昇率Ｍ１および下降率Ｍ２が、それぞれ正の値をとるものとすれば、これらの間には、Ｍ１＞Ｍ２の関係にあることが好ましい。
【００２７】
また、上昇率Ｍ１と下降率Ｍ２との相対的な関係とは離れて、上昇率Ｍ１の値を比較的大きな値に設定することにより、制動装置間の動作レベル下限値の初期のバラツキが早期に解消されるという効果がある。一方、下降率Ｍ２の値を比較的小さな値に設定することにより、非動作の制動装置における動作レベル下限値が必要以上に下降するのを防止することができるという効果がある。
【００２８】
なお、制動装置では、抵抗器の熱時定数や放熱能力等に応じて、連続オンに対する許容時間や、連続オン後の休止時間等が定められているので、これらの特性を考慮することが好ましい。例えば、連続オンの許容時間および連続オン後の休止時間が、それぞれ１分、５分程度に設定されている場合、動作レベル下限値の上昇率Ｍ１を下降率Ｍ２の５〜１０倍に設定することが好適である。
【００２９】
なお、上記の説明では、制動装置がオンの状態において、動作レベル下限値を所定の上昇率で上昇させるものとしているが、動作レベル下限値を動作レベル上限値以上に上昇させることがないことは勿論である。また、制動装置がオフの状態において、動作レベル下限値を所定の下降率で下降させるものとしているが、初期設定された動作レベル下限値以下に下降させることがないことも勿論である。
【００３０】
また、この実施の形態では、制動装置がオフの状態において、動作レベル下限値を所定の下降率で下降させるようにしているが、制動装置の耐圧等を考慮して決定される動作レベル上限値の各制動装置におけるバラツキが小さい場合には、制動装置がオフの状態時に、動作レベル下限値を下降させる制御を行わないようにしてもよい。このような制御であっても、動作レベル下限値がある時点で一致した制動装置間のオフ時間およびオン時間の時比率が一致するとともに、他の制動装置との間においても、これらの関係が連鎖的に成立し、各制動装置間における動作レベル下限値のバラツキが解消される。
【００３１】
また、制動装置間における動作レベル上限値のバラツキが比較的大きい場合であっても、例えば各制動装置における動作レベル上限値のうちの最も小さな値を各制動装置間に共通な動作レベル上限値として設定することにより、上記と同様に、動作レベル下限値の下降制御を省略することができる。
【００３２】
以上説明したように、この実施の形態の回生制動装置によれば、インバータ装置などの電力供給装置に複数の回生制動装置を接続する場合、回生電力を消費する回生制動装置の通電時間に応じて演算された動作レベルと回生電力をモニタしたモニタ出力との比較結果に基づいて回生制動装置の通電時間を制御するようにしているので、各々の装置の動作レベルに部品公差等が存在する場合であっても、各装置を均一に動作させることができる。また、この実施の形態の回生制動装置では、各装置間を制御線等によって接続する必要がないので、装置全体の信頼性の低下を招来することがない。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
以上のように、本発明にかかる回生制動装置は、インバータ装置などの電力供給装置に複数の回生制動装置を並列に接続する場合に有用であり、特に、複数の回生制動装置間の動作の均一性を確保する場合に好適である。
【図１】
0004778055.tif 000002
【図２】
0004778055.tif 000003
【図３】
0004778055.tif 000004
【図４】
0004778055.tif 000005