(57)【要約】      （修正有）【課題】エネルギー蓄積サブシステムによって電子変換サブシステムに接続可能なリニアモーターサブシステムからなるリニアモーターシステムにおいて、統合化度を改善する。【解決手段】電子変換サブシステム２６は、選択スイッチ２８によってエネルギー源１０に接続する。この電子変換サブシステムは、可逆電力変換装置で構成する。運転時には、まず選択スイッチ２８がエネルギー源１０を電子変換サブシステム２６に接続し、エネルギー蓄積サブシステム１４内の少なくとも一つのエネルギー蓄積装置にエネルギーを蓄積してから、電子変換サブシステムをリニアモーターサブシステム１８に接続し、エネルギー蓄積サブシステム１４からリニアモーターサブシステムに電力を供給する。また、複数のシステムを共通のエネルギー源に並列して同時に接続することも可能である。【選択図】図２
2005124390.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子変換サブシステム（２６）を介してリニアモーターサブシステム（１８）に電力を給電するエネルギー蓄積サブシステム（１４）からなるリニアモーターシステムにおいて、この電子変換装置を可逆電力変換装置（図３）で構成し、選択スイッチ手段（２８）によってリニアモーターサブシステム（１８）を電子変換サブシステムに接続可能にし、電子変換サブシステム（２６）についてはさらに選択スイッチ手段（２８）によってエネルギー源（１０）に接続可能にするとともに、エネルギー源（１０）からエネルギー蓄積シサブステム（１４）に電力を入力し、かつエネルギー蓄積サブシステム（１４）からリニアモーターサブシステム（１８）に電力を供給できるように構成したことを特徴とするリニアモーターシステム。
【請求項２】
選択スイッチ手段（２８）の第１構成において、エネルギー源（１０）を電子変換サブシステム（２６）に接続し、エネルギー蓄積サブシステム（１４）内の少なくとも一つのエネルギー蓄積装置にエネルギーを蓄積し、そして選択スイッチ手段（２８）の第２構成において、電子変換サブシステム（２６）をリニアモーターサブシステム（１８）に接続し、エネルギー蓄積サブシステム（１４）からリニアモーターサブシステムに電力を供給する請求項１記載のリニアモーターシステム。
【請求項３】
上記選択スイッチ手段が三極スイッチ（２８）である請求項１または２記載のリニアモーターシステム。
【請求項４】
上記選択スイッチ手段が一対の二極スイッチ（５８１、５８２）である請求項１または２記載のリニアモーターシステム。
【請求項５】
上記可逆電力変換装置がパルス幅変調（ＰＷＭ）式である請求項１〜４のいずれか１項に記載のリニアモーターシステム。
【請求項６】
エネルギー蓄積サブシステム（１４）を電子変換サブシステム（２６）に接続し、選択スイッチ手段（２８）を介して電子変換サブシステムにリニアモーターサブシステム（１８）を接続可能に構成し、この電子変換サブシステム（２６）をさらに選択スイッチ手段を介してエネルギー源（１０）に接続可能にするとともに、該電子変換サブシステム（２６）を可逆電力変換装置で構成したリニアモーターシステムを運転する方法において、
（ａ）選択スイッチ手段（２８）によって電子変換サブシステム（２６）をエネルギー源（１０）に接続することによってエネルギー蓄積サブシステム（１４）内の少なくとも一つのエネルギー蓄積装置にエネルギーを蓄積する工程、および
（ｂ）選択スイッチ手段（２８）によって電子変換サブシステム（２６）をリニアモーターサブシステムに接続することによってエネルギー蓄積サブシステムからリニアモーターサブシステム（１８）に電力を供給する工程を順次繰り返すことからなることを特徴とするリニアモーターシステムの運転方法。
【請求項７】
工程（ｂ）においてエネルギー蓄積サブシステム（１４）からリニアモーターサブシステム（１８）に電力を供給した後であって、工程（ａ）を繰り返す前に、リニアモーターサブシステムからの再生電力を選択スイッチ手段（２８）および電子変換サブシステム（２６）を介してエネルギー蓄積サブシステム（１４）に戻す請求項６記載の運転方法。
【請求項８】
複数のリニアモーターシステム（図４）からなる装置において、各リニアモーターシステムがリニアモーターサブシステム（１８）、エネルギー蓄積サブシステム（１４）、エネルギー蓄積サブシステムからリニアモーターサブシステムに電力を供給する電子変換サブシステム（２６）および電子変換サブシステムをリニアモーターサブシステム（１８）に接続する選択スイッチ手段（２８）からなり、これら複数のリニアモーターシステムを、それぞれの選択スイッチを介して、リニアモーターシステムの共通電力装置として作用する単独エネルギー源１０に並列接続したことを特徴とする上記装置。
【請求項９】
リニアモーターサブシステム（１８）が、それぞれ並列関係で動作する個別のリニアモーターからなる請求項８記載の装置。
【請求項１０】
リニアモーターサブシステム（１８）が、同じリニアモーターの一連の部分からなる請求項８記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はリニアモーター、特にエネルギー蓄積装置を備えたリニアモーターシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
重量物を支持する反応プレートまたはキャリッジを高速まで急激に加速する機能をもつリニアモーターシステムの場合、短時間でモーターのステータに多量の電気エネルギーを供給する必要がある。なお、必要な給電率が、発電機や電力会社などのエネルギー源から利用できる給電率を超える場合もある。
【０００３】
図１は、高いエネルギー供給率でモーターにエネルギーを供給する公知形式のリニアモーターシステム１の概略図である。該システムは、いくつかのサブシステムから構成される。図示のエネルギー源１０が、このエネルギー源１０からのエネルギーをエネルギー蓄積サブシステム１４内の一つかそれ以上のエネルギー蓄積装置に蓄積するために好適な形に変換する充電式変換サブシステム１２に交流電力などのエネルギーを供給する。
【０００４】
短時間で多量のエネルギーを供給するために、直ちに利用できるようにエネルギーを蓄積する。エネルギー蓄積サブシステム１４と連動するエネルギー蓄積装置（複数の場合もある）にいくつかある方法のうち一つかそれ以上を利用してエネルギーを蓄積することができるが、目的にもよるが、一つかそれ以上のフライホイールに回転エネルギーとして蓄積することが有利な場合がある。この場合には、エネルギー蓄積システムに、電気エネルギーを回転エネルギーに、また回転エネルギーを電気エネルギーに変換する手段を利用することが必要である。この手段としては、誘導タイプの回転電気機械を利用するのが有利である。充電式変換サブシステム１２は、エネルギー源からの固定周波数の交流電力を、フライホイールを駆動するか、フライホイールによって駆動される誘導タイプの機械に供給できるように可変周波数交流電力に変換するサイリスター変換装置で構成する。
【０００５】
リニアモーターシステム１８の電力条件を満たすために、エネルギー源１０から利用できる電力をエネルギー蓄積サブシステム１４に蓄積する。エネルギー蓄積サブシステム１４のエネルギー蓄積装置（複数の場合もある）にエネルギーを一旦完全に蓄積した後は、リニアモーターサブシステム１８から要求信号の受信に応答して、エネルギー蓄積サブシステムから電力を電子変換サブシステム１６に直接供給し、リニアモーターサブシステム１８のモーターのステータに供給できる形にエネルギーを変換するか、あるいは状態調節する。
【０００６】
上記のスキームについては、現在のコンピューター制御式電気技術で技術的には実施可能であるが、特に移動性が必要なリニアモーターに使用するために、構成を簡単にし、コストを削減し、容積や重量を小さく抑えることが望まれている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、リニアモーター電力供給システムのサブシステムの統合化度を改善することによってこのシステムの複雑さの解消、コスト削減、容積および重量低下のいずれか一つ以上を実現するものである。
【０００８】
即ち、本発明は、電子変換サブシステムに接続したエネルギー蓄積サブシステムおよび選択スイッチ手段を介して電子変換サブシステムに接続可能なリニアモーターサブシステムからなるリニアモーターシステムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、この電子変換サブシステムを選択スイッチ手段によってエネルギー源に接続可能に構成するとともに、エネルギー蓄積サブシステムに電力を入力し、かつエネルギー蓄積サブシステムからリニアモーターサブシステムに電力を供給する可逆電力変換装置で構成する。また、選択スイッチ手段の第１構成において、エネルギー源を電子変換サブシステムに接続し、エネルギー蓄積サブシステム内の少なくとも一つのエネルギー蓄積装置にエネルギーを蓄積し、そして選択スイッチ手段の第２構成において、電子変換サブシステムをリニアモーターサブシステムに接続し、エネルギー蓄積サブシステムからリニアモーターサブシステムに電力を供給する。
【００１０】
以上から理解できるように、電子変換サブシステムに可逆電力変換装置を使用することによって統合化度をより改善しているため、エネルギー蓄積サブシステムのエネルギーを再蓄積できる上に、リニアモーターサブシステムに電力を供給できるため、充電式の変換装置が必要ない。好ましくは、可逆電力変換装置として、パルス幅変調（ＰＷＭ）式のものを使用する。
【００１１】
選択スイッチ手段は、電磁式のスイッチ手段であればよく、例えば三極スイッチまたは一対の二極スイッチを使用することができる。当業者にとって明らかなように、大電力を扱うためには、スイッチの動作速度は速く、絶縁も良好でなければならず、必要ならば、消弧技術を適用してもよい。このようなスイッチは、電力業界では公知である。
【００１２】
本発明は、第２態様では、複数のリニアモーターシステムを結合した装置において、各リニアモーターシステムがエネルギー蓄積サブシステム、電子変換サブシステム、選択スイッチ手段およびリニアモーターサブシステムからなり、これら複数のリニアモーターシステムを、それぞれの選択スイッチを介して、リニアモーターシステムの共通電力装置として作用する単独エネルギー源に並列接続した装置を提供するものである。この場合、リニアモーターサブシステムを、それぞれ並列関係で動作する個別のリニアモーターから構成してもよく、あるいは同じリニアモーターの一連の部分から構成してもよい。
【００１３】
さらに、本発明は、上記のようなリニアモーターシステムを運転する方法において、（ａ）選択スイッチ手段によって電子変換サブシステムをエネルギー源に接続することによってエネルギーをエネルギー蓄積サブシステムに蓄積する工程、および（ｂ）選択スイッチ手段によって電子変換サブシステムをリニアモーターサブシステムに接続することによってエネルギー蓄積サブシステムからリニアモーターサブシステムに電力を供給する工程を順次繰り返すことからなるリニアモーターシステムの運転方法を提供するものである。この場合、工程（ｂ）においてエネルギー蓄積サブシステムからリニアモーターサブシステムに電力を供給した後であって、工程（ａ）を繰り返す前に、リニアモーターサブシステムからの再生電力を選択スイッチ手段および電子変換サブシステムを介してエネルギー蓄積サブシステムに戻すように構成してもよい。
【００１４】
本発明の上記以外の態様は、以下の説明および特許請求の範囲から明らかになるはずである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
まず図２について説明するが、図１と同じ参照符号は同じ装置、サブシステムなどを示す。なお、図１と比較した場合、異なるタイプの電子変換システム２６を導入し、充電式変換サブシステムを使用せず、リニアモーターサブシステム１８の直前に単純な二方向切換えスイッチ２８を配設した点が異なる。このスイッチ２８が、エネルギー源１０からエネルギー蓄積サブシステム１４への電力の流れ、エネルギー蓄積サブシステム１４からリニアモーターサブシステム１８への電力の流れ、およびリニアモーターシステムからエネルギー蓄積サブシステムへの電力の戻り流れを制御する。これらいずれの場合も、電力流れは、電子変換サブシステム２６によって処理される。
【００１６】
本システムを運転する場合には、最初に選択スイッチ２８を位置Ｐ２に設定する。次に、電子変換サブシステム２６が、エネルギー源１０から電力をエネルギー蓄積サブシステム１４に送り、このエネルギー蓄積システム１４と連動するエネルギー蓄積装置に必要なエネルギーを送り込む。エネルギー蓄積装置にエネルギーを蓄積した後、選択スイッチ２８に電力要求信号を電子的に与え、位置をＰ１に設定すると、電子変換サブシステム２６により電力をエネルギー蓄積サブシステム１４からリニアモーターサブシステム１８に供給できる。
【００１７】
選択スイッチ２８を位置Ｐ１に設定した状態で、リニアモーターの作動を開始すると、システムに流れる電力がリニアモーターの制動から得られる再生電力を電子変換サブシステム２６によってエネルギー蓄積サブシステム１４に戻すことによって反転する。
【００１８】
最後は、選択スイッチを位置Ｐ２に再設定することによってこのシーケンスを繰り返し、必要なエネルギーをエネルギー蓄積サブシステム１４に蓄積し、次の使用サイクルの準備を整える。
【００１９】
エネルギー蓄積サブシステム１４に使用する装置は、当業者にとっては公知であり、下記の例示的な装置を含むエネルギー蓄積装置を利用して構成することができる。
回転エネルギー蓄積装置、
電池エネルギー蓄積装置、
超伝導磁気エネルギー蓄積装置、および
超コンデンサーエネルギー蓄積装置。
【００２０】
本発明の用途では、回転エネルギー蓄積装置が好ましい。例えば、一つの考えられる回転エネルギー蓄積サブシステム１４の場合、巨大なフライホイールの回転エネルギーをパルス交流発電機によって電気エネルギーに変換し、次にこの電気エネルギーを電子変換サブシステム２６に送る。
【００２１】
エネルギー源１０に使用する装置は、当業者にとっては公知であり、下記の例示的な技術を含むエネルギー源を利用して構成することができる。
電力会社ネットワークからの電力、および
発電機に接続されたガスタービンなどの特定の場所に設置されている発電機からの電力。
【００２２】
リニアモーターサブシステム１８に使用する装置は、当業者にとっては公知であり、下記の例示的な技術を含むリニアモーターを利用して構成することができる。
リニア誘導モーター、
リニア同期モーター、および
巻き線形誘導モーター。
【００２３】
大電力リニアモーターの用途にはリニア誘導モーターが好ましい。これは、巻き線を巻き付けた固定子部分で構成し、反応プレートをレールなどの上にキャリッジとして配設する。
【００２４】
選択スイッチ２８に使用する装置は、当業者にとっては公知であり、下記の例示的な技術を含む任意の適当なスイッチを利用して構成することができる。
切換え作用をもつ一つの機械式スイッチ、
同一回路を構成する二つの機械式スイッチ、
切換え作用をもつ一つの電子スイッチ、および
同一回路を形成する二つの電子スイッチ。
【００２５】
図５に示すように、同一回路を構成する二つの機械式スイッチからなるスイッチ構成が好ましい。必要に応じて、図に示す各スイッチ５８１、５８２は独立または同期関係でスイッチ動作を行うことができるため、システム使用の自由度が増す。
【００２６】
電子変換サブシステム２６としては、適当な二方向（可逆式）電子電力変換装置を使用することができるが、図３の概略図に示すように、パルス幅変調（ＰＷＭ）式変換装置が好ましい。なお、理想化した簡単の形態で図示してあるように、この変換装置はＤＣリンク形である。
【００２７】
なお、実際は、全変換回路はより複雑で、時限回路、保護回路およびスナッバー回路を利用するものであるが、このような変換装置は幾つかのメーカーから入手できる。
【００２８】
図３に示した回路では、ＤＣリンク４４およびパルス幅変調（ＰＷＭ）制御器とともに、二つの三相インバーターブリッジ４０、４２を使用する。これは、ＡＣ入力電流および電圧を独立して制御される出力電流および電圧に変換する標準的なＡＬＳＴＯＭ製の電力変換装置であり、このシステムは対称性をもつため、電力はいずれかの方向に流れる。三相システムを図示したが、エネルギー蓄積サブシステム１４のタイプによっては、電子変換サブシステム２６のインターフェースとしてＤＣを使用し、エネルギー蓄積装置に接続して機能する変換ブリッジ回路に、二つの入力相のみを使用するだけでよい場合がある。
【００２９】
図２（または図５）に示したシステムを二つ以上結合し、図４に示すような構成にしてもよい。なお、各システムは、選択スイッチ２８、エネルギー蓄積サブシステム１４、電子変換サブシステム２６およびリニアモーターサブシステム１８で構成する。これらシステムは、それぞれの選択スイッチを介して、システム群の共通電力装置として作用する単独エネルギー源１０に並列接続できる。リニアモーターサブシステムについては、並列動作する独立したリニアモーターで構成するが、この場合選択スイッチ２８は相互に独立して切換え動作を行う。あるいは、リニアモーターサブシステムを同じリニアモーターの一連の部分で構成してもよい。この場合、選択スイッチ２８によって切換え動作を迅速に順次行うようにして、電気エネルギーを一連の部分に送る。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】リニアモーターシステムを構成する従来構成のサブシステムを示す概略図である。
【図２】本発明に従って構成したリニアモーターシステムを示す概略図である。
【図３】本発明に使用するのに好適な可逆電力変換装置を示す簡単な回路図である。
【図４】本発明のリニアモーターシステムを並列接続した状態を示す図である。
【図５】選択スイッチを変更した以外は、図２と同様なリニアモーターシステムを示す概略図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０：エネルギー源、
１４：エネルギー蓄積サブシステム、
１８：リニアモーターサブシステム、
２６：電子変換サブシステム、
２８：選択スイッチ手段（三極スイッチ）、
５８１、５８２：一対の二極スイッチ。
【図１】
2005124390.tif 000003
【図２】
2005124390.tif 000004
【図３】
2005124390.tif 000005
【図４】
2005124390.tif 000006
【図５】
2005124390.tif 000007