(57)【要約】【課題】  モータの回生エネルギを商用系統に連系するにあたり、構成の簡略化を図り、異常な高電圧の発生を防ぐ。【解決手段】  商用系統からのライン２２を介する交流電力は、複数の各モータ２３に、コンバータ２５によって直流化し、第１インバータ２７によって交流化して与えられて駆動される。モータ２３からの交流の回生エネルギは、第１インバータ２７によって直流化され、回生エネルギ用連系回路３３から直流母線３１に与えられ、この直流母線３１の直流を、単一の第２インバータ３４を経て商用系統に連系する。直流母線３１には、燃料電池３８、同期発電機４３などの分散型電源の出力が、連系回路４１，４６を経て与えられる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の各モータの回生エネルギ等を、共通の直流母線に与え、
この直流母線の電力を、インバータによって交流化し、商用系統に連系することを特徴とする余剰エネルギの回収装置。
【請求項２】
前記直流母線には、商用系統以外の電源の出力が与えられることを特徴とする請求項１記載の余剰エネルギの回収装置。
【請求項３】
複数の各モータと、
各モータ毎に設けられ、商用系統の交流電力を直流化する複数のコンバータと、
各コンバータからの直流出力を交流化してモータに与え、モータからの交流の回生エネルギを直流化する複数の第１インバータと、
直流母線と、
各第１インバータからの直流出力を、直流母線に共通にそれぞれ連系して与える複数の回生エネルギ用連系回路と、
直流母線の直流を交流化して商用系統に連系する第２インバータとを含むことを特徴とする余剰エネルギの回収装置。
【請求項４】
商用系統以外の電源と、
電源の出力を、前記直流母線に連系して与える電源用連系回路とを含むことを特徴とする請求項３記載の余剰エネルギの回収装置。
【請求項５】
複数の各モータの回生エネルギを、共通の直流母線に与え、
直流母線の電力を、商用系統以外の電源からの直流電力とともに、インバータによって交流化し、商用系統に連系することを特徴とする余剰エネルギの回収装置。
【請求項６】
モータと、
商用系統の交流電力を直流化するコンバータと、
コンバータからの直流出力を交流化してモータに与え、モータからの交流の回生エネルギを直流化する第１インバータと、
直流母線と、
第１コンバータからの直流出力を、直流母線に連系して与える第１連系回路と、
商用系統以外の電源と、
前記電源の出力と直流母線の出力とを、商用系統に連系して与える第２インバータと、
直流母線の直流を、第２インバータに連系して与える第２連系回路とを含むことを特徴とする余剰エネルギの回収装置。
【請求項７】
直流母線には、蓄電体が接続されることを特徴とする請求項５または６記載の余剰エネルギの回収装置。
【請求項８】
前記電源は、
燃料電池および／または
回転発電機であることを特徴とする請求項４〜７のうちの１つに記載の余剰エネルギの回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの回生エネルギなどの余剰エネルギを商用系統に回収する余剰エネルギの回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エレベータのかごを上昇駆動する電動機であるモータからは、かごを自重で下降する際、回生エネルギが発生され、或る先行技術では、この回生エネルギを抵抗に供給してジュール熱を発生させ、熱放散する。この先行技術の問題は、回生エネルギが熱放散されることにあり、したがって回生エネルギを有効に利用することが望まれる。
【０００３】
他の先行技術は、図８に示される。商用系統１の商用交流電力は、ライン２から変換回路３を経てモータ４に与えられる。変換回路３は、ライン２の交流を直流に変換するコンバータ５と、そのコンバータ５からライン６を介する直流を、交流に変換するインバータ７とを有し、インバータ７の交流出力が、モータ４に与えられる。モータ４は、たとえばエレベータのかごを上昇する働きを果たす。かごが下降するときにモータ４が発生する回生エネルギは、インバータ７によって直流に変換され、変換回路３に備えられるもう１つのインバータ８によって交流化され、ライン２を介して商用系統に連系されて回収される。さらにライン２は、その他の装置９に接続されて電力が供給され、装置９の余剰エネルギは、インバータ１１を介してライン２の商用系統に連系されて回収される。ライン２には、電源装置１２であるたとえば燃料電池１３からの電力が、インバータ１４によって交流化されて与えられる。また他の電源装置１５の同期発電機１６からの電力は、コンバータ１７によって直流化され、インバータ１８によって交流化されてライン２に与えられ、こうして商用系統１の連系が行われる。
【０００４】
図８に示される先行技術の新たな問題は、回生エネルギを発生する前述のモータ４および装置９毎に、個別的なインバータ８，１１を設置する必要があり、構成が大形化し、また設備費用が高くなることである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、モータの回生エネルギ等を回収し、余剰エネルギを効果的に再利用し、しかも構成を簡略化することができるようにした余剰エネルギの回収装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、複数の各モータの回生エネルギ等を、共通の直流母線に与え、
この直流母線の電力を、インバータによって交流化し、商用系統に連系することを特徴とする余剰エネルギの回収装置である。
【０００７】
また本発明は、前記直流母線には、商用系統以外の電源の出力が与えられることを特徴とする。
【０００８】
また本発明は、複数の各モータと、
各モータ毎に設けられ、商用系統の交流電力を直流化する複数のコンバータ２５と、
各コンバータからの直流出力を交流化してモータに与え、モータからの交流の回生エネルギを直流化する複数の第１インバータ２７と、
直流母線と、
各第１インバータからの直流出力を、直流母線に共通にそれぞれ連系して与える複数の回生エネルギ用連系回路３３と、
直流母線の直流を交流化して商用系統に連系する第２インバータ３４とを含むことを特徴とする余剰エネルギの回収装置である。
【０００９】
また本発明は、商用系統以外の電源３８，４３と、
電源の出力を、前記直流母線に連系して与える電源用連系回路４１，４６とを含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明に従えば、複数の各モータには、商用系統の交流電力が、コンバータによって直流に変換され、この変換された直流出力は、第１インバータによって交流に変換されて、各モータに供給される。モータは、たとえば誘導電動機、同期電動機などの電動機である。
【００１１】
複数の各モータは、それらが独立してたとえばランダムに動作され、たとえば複数の各エレベータのかご毎に、それらのかごを個別的に上昇するモータであって、かごの下降時、回生エネルギを発生する構成であってもよく、または軸流ポンプもしくは遠心ポンプなどのポンプを駆動するモータであって、回転の慣性によって回生エネルギを発生する構成であってもよく、そのほかの負荷を駆動するモータであってもよく、そのほかの負荷を駆動して慣性などによる回生エネルギを発生する構成であってもよい。
【００１２】
モータからの交流の回生エネルギは、前記第１インバータによって直流化され、回生エネルギ用連系回路によって直流母線に連系して直流電力が与えられる。この直流母線には、第２インバータが接続され、直流母線の直流が第２インバータによって交流化されて商用系統に連系される。したがって第２インバータは、たとえば単一個であってもよく、複数の各モータ毎に第２インバータを個別的に設置する必要はなく、その結果、構成の簡略化が図られる。また回生エネルギ用連系回路の働きによって、モータの回生エネルギの電圧が異常に高くなることが防がれ、これによって絶縁破壊が防がれるとともに、電気回路素子の破損が防がれる。
【００１３】
この直流母線には、商用系統以外の分散型電源、たとえば燃料電池または同期発電機などが、電源用連系回路を介して連系され、電源からの電力が直流母線に与えられる。こうして電源から与えられた直流母線の電力は、前述の第２インバータを介して商用系統に連系されて与えられる。
【００１４】
また本発明は、複数の各モータの回生エネルギを、共通の直流母線に与え、
直流母線の電力を、商用系統以外の電源からの直流電力とともに、インバータによって交流化し、商用系統に連系することを特徴とする余剰エネルギの回収装置である。
【００１５】
また本発明は、モータと、
商用系統の交流電力を直流化するコンバータ２５と、
コンバータからの直流出力を交流化してモータに与え、モータからの交流の回生エネルギを直流化する第１インバータ２７と、
直流母線と、
第１コンバータからの直流出力を、直流母線に連系して与える第１連系回路３３と、
商用系統以外の電源３８，４３と、
前記電源の出力と直流母線の出力とを、商用系統に連系して与える第２インバータ７２，７４と、
直流母線の直流を、第２インバータに連系して与える第２連系回路７７，８１とを含むことを特徴とする余剰エネルギの回収装置である。
【００１６】
また本発明は、直流母線には、蓄電体８４が接続されることを特徴とする。
また本発明は、前記電源は、
燃料電池３８および／または
回転発電機４３であることを特徴とする。
【００１７】
本発明に従えば、図７に関連して後述されるように、商用系統の交流電力がコンバータによって直流化され、このコンバータからの直流出力が第１インバータによって交流化されて、１または複数のモータに、与えられる。モータからの交流の回生エネルギは、前述の第１インバータによって直流化され、第１連系回路によって単一の共通の直流母線に与えられる。商用系統以外の電源、たとえば分散型電源である燃料電池または原動機によって駆動される同期発電機などの出力は、第２インバータによって交流化されて商用系統に連系される。この第２インバータには、直流母線の直流電力の出力が、第２連系回路によって連系されて与えられる。こうして直流母線の出力もまた、商用系統に、第２連系回路および第２インバータを介して与えられる。
【００１８】
モータの回生エネルギや分散型電源の制御遅れによって、直流母線の電圧が異常に高くなることを確実に防ぐために、直流母線には、蓄電体が接続されてもよい。蓄電体は、（ａ）たとえば蓄電池などの２次電池であってもよいが、（ｂ）直流母線の直流電力によって駆動されるモータと、そのモータによってフライホイルを回転駆動するようにした構成を有してもよく、さらに（ｃ）超伝導コイル素子を含んで電流が流れ続けるようにした構成であってもよく、（ｄ）その他の構成によって実現されてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、モータの回生エネルギを直流母線に与えて、たとえば単一のインバータによって商用系統に連系し、これによって構成の簡略化を図ることができるとともに、回生エネルギを商用系統に送って回収することができ、さらにまた直流母線における回収エネルギによる異常に高い電圧が発生することを防ぐことができる。
【００２０】
本発明によれば、従来から、個別的な装置毎に余剰エネルギの回収のための対策を採る場合、装置毎の容量が必要になるので、装置コストが多大になっていたけれども、本発明によれば、容量の低減を図ることができ、複数の装置を容易に直流母線に関連して接続することができるようになる。さらに先行技術では、個別的な装置毎の直流部の電圧、電流の値、方式は様々であるので、これらをまとめて接続することは不可能であったが、本発明によれば、様々な種類の装置を、直流母線に関連して接続することができるようになり、余剰エネルギの回収が確実になる。さらに本発明では、電気エネルギを活用させる機能だけではなく、電気エネルギの供給を行うことも可能であり、電力供給源としての本発明の実施が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は、本発明の実施の一形態の全体の構成を示すブロック図である。商用系統２１からライン２２を介する交流電力は、複数の各モータ２３に、各モータ２３毎の変換回路２４を介して供給される。変換回路２４は、ライン２２の交流電力を直流化してライン２６に導出するコンバータ２５と、ライン２６を介するコンバータ２５からの直流出力を交流化してモータ２３に与える第１インバータ２７とを含む。モータ２３と変換回路２４との組合せは、複数組、設けられ、これらの各モータ２３は、独立してたとえばランダムに動作するエレベータのかごを駆動するモータであってもよく、または軸流ポンプもしくは遠心ポンプなどのポンプを駆動するモータであってもよく、そのほかの負荷のモータであってもよい。モータ２３は、誘導電動機または同期電動機などの電動機によって実現される。
【００２２】
直流母線３１には、モータ２３の回生エネルギが、第１インバータ２７によって直流化され、ライン３２を介して回生エネルギ用連系回路３３に与えられ、この連系回路３３の出力が、直流母線３１に与えられる。直流母線３１の直流電力は、第２インバータ３４によって交流化され、ライン２２を介して商用系統２１に連系される。
【００２３】
ライン２２を介する商用系統２１の交流電力はまた、余剰エネルギを発生する装置３５に与えられて、その装置３５が駆動される。装置３５は、ＲＦ（レドックスフロー）やＮａＳ電池等の電力貯蔵装置やそのほかの構成であってもよく、電力を供給した後、その電力の供給を遮断し、余剰エネルギを発生する構成であればよい。装置３５の回生エネルギである直流電力は、回生エネルギ用連系回路３７を経て、母線３１に連系される。
【００２４】
直流母線３１にはまた、分散型電源を構成する燃料電池３８からの直流電力がライン３９を経て電源用連系回路４１によって母線３１に連系される。また電源装置４２では、たとえば内燃機関などの原動機などによって回転駆動される回転発電機、たとえば同期発電機４３の交流電力は、コンバータ４４によって直流化され、ライン４５から、電源用連系回路４６によって母線３１に連系されて与えられる。分散型電源として前述のように燃料電池２８および電源装置４２が各連系回路４１，４６を介して直流母線３１に接続される構成において、分散型電源の制御機能と連携し、必要となる電力が分散型電源から出力されるように、電源用連系回路４１，４６が制御動作を行う。
【００２５】
ライン３２，３６の出力電圧は、たとえば３００Ｖであってもよく、また燃料電池３８からライン３９に導出される直流電圧は、たとえば３０Ｖである。電源装置４２からライン４５に導出される直流電圧は、たとえば３００Ｖであってもよい。直流母線３１の直流電圧は、たとえば３００Ｖであってもよい。連系回路３３，３７，４１，４６は、このような電圧および／または電流の制御を行って母線３１に直流電力を出力し、余剰電気エネルギを一括して交流にインバータ３４によって変換して商用電力に回生する。
【００２６】
図２は、コンバータ２５の具体的な構成を示す電気回路図である。商用系統２２は、たとえば三相交流電源であり、ライン２２の各相は、正の半サイクルでダイオードＤ１〜Ｄ３を介してライン２６に直流電力を供給し、負の半サイクルでダイオードＤ４〜Ｄ６を介して電力を供給する。ダイオードＤ１，Ｄ４は直列接続され、ダイオードＤ２，Ｄ５は直列接続され、ダイオードＤ３，Ｄ６は直列接続され、これらの各直流回路は、一対のライン２６間に接続される。
【００２７】
図３は、インバータ２７の具体的な構成を示す電気回路図である。一対のライン２６間には、コンデンサ５１が接続され、これらのライン２６間には、直列接続されたトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６から成る直列回路が並列に接続され、これらのトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６から成る直列回路の各接続点には、三相交流のライン２８がそれぞれ接続される。トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６には、制御回路５２からスイッチング制御信号が個別的に与えられ、これらのトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６によりパルス幅変調される。スイッチング素子であるトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６に代えて、ＧＴＯ，ＩＧＢＴ（Insulated Gate
Bipolar Transistor）などによって実現されてもよい。
【００２８】
こうして余剰電気エネルギをまとめて単一のインバータ３４で直流から交流に変換するので、インバータ３４の容量は小さいもので済むという利点がある。
【００２９】
図４は、回生エネルギ用連系回路３３の具体的な構成を示すブロック図である。ＤＣ／ＤＣコンバータ５４は、直流母線３１とライン３２との間に介在され、このＤＣ／ＤＣコンバータ５４は、制御回路５５によって制御される。こうして制御回路５５は、電流制御方式、電圧制御方式または電力制御方式であり、たとえば電圧制御方式であれば、予め設定された入力部の電圧と、現在の入力部の電圧とを比較し、ライン３２の入力部電圧が設定された電圧を超えて上昇したとき、その上昇を抑えるようにして、直流母線３１に直流電力を与える。
【００３０】
図５は、本発明の実施の他の形態の連系回路５７の構成を示すブロック図である。前述の実施の形態では、回生エネルギの直流電流はライン３２に出力される構成であるが、図５の実施の形態では、ライン３２には、交流電力が導出される。この交流電力は、ライン３２からＡＣ／ＤＣコンバータ５８に与えられ、直流化され、直流母線３１に連系されて与えられる。ＡＣ／ＤＣコンバータ５８は、制御回路５９によってその動作が制御され、この制御回路５９は、電流制御方式、電圧制御方式または電力制御方式によって、ＡＣ／ＤＣコンバータ５８を制御する。
【００３１】
図６は、前述の図１〜図４に示される実施の形態の動作を説明するための波形図である。モータ２３の回生エネルギによって、ライン３２には、図６（１）に示される電流が導出され、回生エネルギが連系回路３３によって直流母線３１に連系されて導出される。モータ２３は、たとえばエレベータのかごを昇降駆動するモータであって、そのエレベータのかごがランダムに下降されるとき、１つのモータ２３から回生エネルギが発生される。さらに他のエレベータのために設けられた他のモータ２３の回生エネルギによって同様なライン３２には、図６（２）に示される電流が導出される。これらの複数の各ライン３２に導出される電流は、回生エネルギ用連系回路３３から直流母線３１に予め定める一定の電圧、たとえば３００Ｖで与えられるので、回生エネルギの前記電流は、そのまま回生エネルギ、すなわち電力に対応した値である。さらにその他の装置３５からライン３６には、図６（３）に示される回生エネルギの電流が導出され、回生エネルギ用連系回路３７によって直流母線３１に与えられる。これらの図６（１）〜図６（３）にそれぞれ示される各電流は、ランダムに発生され、これらの電流は、直流母線３１に与えられることによって、直流母線３１では、図６（４）の参照符６１で示されるように電流、したがって回生エネルギである電力が得られる。
【００３２】
この直流母線３１には、前述のように燃料電池３８および電源装置４２からライン３９，４５を介して電力が供給され、電源用連系回路４１，４６からの電力が直流母線３１に与えられ、これらの各燃料電池３８および電源装置４２からの直流母線３１に与えられる追加的な電力は、図６（４）の参照符６２で示されるように、分散型電源３８，４２によって、凹凸を緩やかにすることができる。こうして直流母線３１には、合成された回生エネルギ６１ならびに燃料電池３８および電源装置４２からの追加的な電力６２が加算された電力６３が、インバータ３４によって交流化されて商用系統２１に与えられる。
【００３３】
図７は、本発明の実施の他の形態の余剰エネルギの回収装置の全体の構成を示すブロック図である。この実施の形態は部分的に前述の実施の形態に類似し、対応する部分には同一の参照符を付し、説明を省く。商用系統２１からライン２２を介する商用電力は、前述の実施の系統と同様に変換回路２４を経てライン２８からモータ２３に供給されてモータ２３が駆動される。また同様に装置３５にも、ライン２２を介して商用交流電力が与えられる。
【００３４】
燃料電池３８を含む電源装置７１および同期発電機４３を含む電源装置４２からの各電力は、ライン２２に与えられる。燃料電池３８の直流電力は、インバータ７２にライン７３を介して与えられる。複数の各モータ２３からの回生エネルギは、インバータ２７によって直流化され、ライン２６からライン３２を経て連系回路３３によって直流母線３１に連携されて与えられる。前記装置３５からの回生エネルギの直流電力もまた、ライン３６から連系回路３７に与えられて直流母線３１に連携されて与えられる。電源装置７１は、燃料電池３８の直流電力を、交流電力に変換して商用系統２１に連携するインバータ７２を含む。電源装置４２は、その電源装置４２に含まれる同期発電機４３の交流電力を直流化するコンバータ４４と、コンバータ４４の直流電力をインバータ７４にライン７５を介して与え、このインバータ７４の働きによって、同期発電機４３の電力は、商用系統２１に連携されて与えられる。
【００３５】
直流母線３１の直流電力は、連系回路７７からライン７８を介して電源装置７１のライン７３に連携されて与えられる。この連系回路７７およびライン７８を介する直流電力は、インバータ７２によって、燃料電池３８の電力とともに、ライン２２を介して商用系統２１に連携されて与えられる。
【００３６】
モータ２３は、単一個であってもよい。こうして商用系統２１には、電源装置７１，４２からの電力がライン２２を介して供給されるとともに、モータ２３および装置３５からランダムに発生する回生エネルギの直流電力は、直流母線３１に与えられ、各電源装置７１，４２に個別的に設けられているインバータ７２，７４を介して電源本体である燃料電池３８および同期発電機４３の電力とともに交流化され、ライン２２を介して商用系統２１に連携される。こうして回生エネルギが無駄に熱放散されて消費されてしまうことがなく、商用系統２１に供給されることによって、有効に余剰エネルギを利用することが可能になる。
【００３７】
直流母線３１の直流電力はまた、連系回路８１からライン８２を介して電源装置４２のライン７５に連携されて与えられる。この直流母線３１からの連系回路８１およびライン８２を介する直流電力は、ライン７５からインバータ７４に、同期発電機４３およびコンバータ４４を介する直流電力とともに交流化され、商用系統２１にライン２２を介して連系されて与えられる。
【００３８】
連系回路３３，３７；７７，８１によって、電圧および／または電流制御を行い、直流母線３１に出力し、余剰電気エネルギを蓄電体８４に蓄積し、必要時には電気エネルギとして負荷に供給することができる。こうして余剰の電気エネルギは、分散型電源装置７１，４２のインバータ７２，７４を介して商用電力に回生することが可能になり、連系回路３３，３７；７７，８１以外の特段の装置を設けなくても、電気エネルギの有効利用を行うことができる。蓄電体８４をバッファとして用いることによって、より安定した動作を行うことができるとともに、分散型電源装置７１，４２の系統連系用インバータ７２，７４を有していなくても、電気エネルギの有効利用が可能になる。
【００３９】
直流母線３１には蓄電体８４が接続される。蓄電体８４は、直流母線３１の直流電力を蓄えることができるとともに、その母線３１に与えられる電圧が異常に高くなることを抑制し、絶縁破壊、電気回路素子の破壊などを防ぐ働きをする。図７の実施の形態のそのほかの構成は、前述の実施の形態と同様である。
【００４０】
本発明は、分散型電源の受電電力一定制御防止装置に関連して実施することができ、またエレベータおよびポンプなどを駆動するモータに関連して実施することができ、前述の図６（４）のように、分散型電源によって電力の凹凸変動が緩やかになる。そのほか不要エネルギを従来では熱として廃棄する装置に関連して余剰エネルギを回収するために、広範囲に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の一形態の全体の構成を示すブロック図である。
【図２】コンバータ２５の具体的な構成を示す電気回路図である。
【図３】インバータ２７の具体的な構成を示す電気回路図である。
【図４】回生エネルギ用連系回路３３の具体的な構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施の他の形態の連系回路５７の構成を示すブロック図である。
【図６】図１〜図４に示される実施の形態の動作を説明するための波形図である。
【図７】本発明の実施の他の形態の余剰エネルギの回収装置の全体の構成を示すブロック図である。
【図８】先行技術の電気回路図である。
【符号の説明】
【００４２】
２１  商用系統
２３  モータ
２４  変換回路
２５，４４  コンバータ
２７，３４，７２，７４  インバータ
３８  燃料電池
３１  直流母線
３３，３７，４１，４６；７７，８１  連系回路
３５  装置
４２，７１  電源装置
４３  同期発電機
【図１】
2005039935.tif 000003
【図２】
2005039935.tif 000004
【図３】
2005039935.tif 000005
【図４】
2005039935.tif 000006
【図５】
2005039935.tif 000007
【図６】
2005039935.tif 000008
【図７】
2005039935.tif 000009
【図８】
2005039935.tif 000010