(57)【要約】【課題】商用の単相１００Ｖ電源を電源としてその受電容量を増すことなく単相２００Ｖ負荷機器に受電容量の約２倍の電力供給を可能とする。【解決手段】蓄電池と、単相１００Ｖ電源を電源として蓄電池を充電する充電器と、蓄電池を電源として単相１００Ｖ電源と同相の単相１００Ｖを発生するインバータと、制御装置とを備え、単相１００Ｖ電源の単相１００Ｖとインバータが発生した単相１００Ｖとを加えた単相２００Ｖを外部に出力するように配線する。制御装置の制御により、電力変換装置の運転モードが給電モードの時は充電器の動作を停止させてインバータには単相１００Ｖ電源と同相の単相１００Ｖを発生させる。充電モードの時はインバータの動作を停止させて充電器に蓄電池を充電させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用の単相１００Ｖ電源（６）を電源として単相２００Ｖ負荷機器（７）に給電を行なう電力変換装置であって、蓄電池（３）と、前記単相１００Ｖ電源を電源として該蓄電池を充電する充電器（２）と、前記蓄電池を電源として前記単相１００Ｖ電源と同相の単相１００Ｖを発生するインバータ（４）と、制御装置（５）とを備え、
前記単相１００Ｖ電源の単相１００Ｖと前記インバータが発生した単相１００Ｖとを加えた単相２００Ｖを外部に出力するように配線し、
前記制御装置は、電力変換装置の運転モードが給電モードにされた場合には前記充電器は動作を停止させ、前記インバータは前記単相１００Ｖ電源と同相の単相１００Ｖを発生させ、電力変換装置の運転モードが充電モードにされた場合には前記インバータは動作を停止させ、前記充電器は前記蓄電池を充電させるように制御することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置において、前記制御装置内にカレンダタイマ（８）を設け、電力変換装置の運転モードが前記充電モードにされた場合には、前記制御装置は該カレンダタイマに設定された時刻より前記充電モードによる動作を開始させるように制御することを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電力変換装置において、電力変換装置の運転モードとして更に充給電モードを設け、電力変換装置の運転モードが該充給電モードにされた場合には、前記制御装置は前記充電器には前記蓄電池を充電させ、前記インバータには前記単相１００Ｖ電源と同相の単相１００Ｖを発生させるように制御することを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかに記載の電力変換装置において、電力変換装置の運転モードが前記給電モードにされている場合において前記蓄電池の直流電圧が所定値以下となった場合には、前記制御装置は直ちに前記充給電モードによる動作を開始させるように制御することを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れかに記載の電力変換装置において、前記単相１００Ｖ電源の単相１００Ｖと前記インバータが発生する単相１００Ｖの何れかを選択するスイッチ（ＳＷ２）を設けて選択された単相１００Ｖを外部に出力するように追加配線し、
前記制御装置は、前記単相１００Ｖ電源の給電が正常な場合には該単相１００Ｖ電源の単相１００Ｖを選択するように前記スイッチを切り換え、前記単相１００Ｖ電源の給電が停止し、且つ運転モードが停電モードにされた場合には前記インバータに単相１００Ｖを発生させ、該単相１００Ｖが外部に出力されるように前記スイッチを切り換え制御することを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、商用の単相１００Ｖ電源を電源として単相２００Ｖ負荷機器に給電する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
商用の単相１００Ｖ電源を電源として使用している状態で新たに単相２００Ｖ負荷機器を追加する場合、あるいは単相１００Ｖ負荷機器を単相２００Ｖ負荷機器に交換する場合には、単相２００Ｖを給電するための何らかの電源が必要となる。
単相３線式２００Ｖ電源を新たに引き込むことも選択肢として考えられるが、その受電のための工事、受電盤から単相２００Ｖ負荷機器までの電気工事が必要となる。また契約電力量が増加して電力基本料金がアップする問題もある。
【０００３】
単相１００Ｖ電源から単相２００Ｖ負荷機器に給電するための従来技術の最も単純なものとして、１００Ｖ／２００Ｖの昇圧変圧器を用いる方法がある。しかしこの方法の場合、単相１００Ｖ電源が停電等で給電が停止した場合には、単相２００Ｖ負荷機器は勿論、単相１００Ｖ電源につながる単相１００Ｖ負荷機器への給電も停止してしまう問題がある。また、単相２００Ｖ負荷機器は通常、消費電力の多い機器が多い。従って、新たに単相２００Ｖ負荷機器を追加使用する場合には、この方法では単相１００Ｖ電源の契約受電容量を増加させる必要が生ずる。契約受電容量の増加は電力基本料金のアップにつながる。      
【０００４】
別の従来技術として受電した単相１００Ｖを一旦、整流して直流に変換した後、インバータを使用して単相２００Ｖに再変換して給電する方法がある。しかし、この方法の場合も昇圧変圧器を使用する場合と同様に単相１００Ｖ電源の契約受電容量を増加させる必要が生じ電力基本料金がアップする。また単相１００Ｖ電源が停電等で給電停止した場合には、単相２００Ｖ負荷機器、単相１００Ｖ負荷機器の双方への給電が停止してしまう点も同じである。
【特許文献１】実用新案登録第３０８５０６２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明はかかる従来技術の問題点を解決するためになされたもので、その課題は、商用の単相１００Ｖ電源を電源として単相２００Ｖ負荷機器に電力供給できること。その際に単相１００Ｖ電源の受電容量のアップを殆ど必要としないこと。また、電力料金単価の安い深夜電力を有効に利用できること。更に、単相１００電源が停電等で給電停止した場合には、少なくとも単相１００Ｖ負荷機器には給電できること。などの条件を満たすことのできる電力変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、商用の単相１００Ｖ電源（６）を電源として単相２００Ｖ負荷機器（７）に給電を行なう電力変換装置であって、蓄電池（３）と、前記単相１００Ｖ電源を電源として該蓄電池を充電する充電器（２）と、前記蓄電池を電源として前記単相１００Ｖ電源と同相の単相１００Ｖを発生するインバータ（４）と、制御装置（５）とを備え、
前記単相１００Ｖ電源の単相１００Ｖと前記インバータが発生した単相１００Ｖとを加えた単相２００Ｖを外部に出力するように配線し、
前記制御装置は、電力変換装置の運転モードが給電モードにされた場合には前記充電器は動作を停止させ、前記インバータは前記単相１００Ｖ電源と同相の単相１００Ｖを発生させ、電力変換装置の運転モードが充電モードにされた場合には前記インバータは動作を停止させ、前記充電器は前記蓄電池を充電させるように制御することを特徴とする電力変換装置である。
【０００７】
このような構成によれば、単相１００Ｖ電源でもって単相２００Ｖ負荷機器に給電することができる。また、その単相２００Ｖ負荷機器には単相１００Ｖ電源の受電容量の２倍の電力を供給することができるため、単相１００Ｖ電源の受電容量を小さくて済ますことができる。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電力変換装置において、前記制御装置内にカレンダタイマ（８）を設け、電力変換装置の運転モードが前記充電モードにされた場合には、前記制御装置は該カレンダタイマに設定された時刻より前記充電モードによる動作を開始させるように制御することを特徴とする。
このような構成によれば、蓄電池への充電を電力料金単価の安い深夜電力を利用して行なわせることが可能となり電力料金を軽減することができる。
【０００９】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の電力変換装置において、電力変換装置の運転モードとして更に充給電モードを設け、電力変換装置の運転モードが該充給電モードにされた場合には、前記制御装置は前記充電器には前記蓄電池を充電させ、前記インバータには前記単相１００Ｖ電源と同相の単相１００Ｖを発生させるように制御することを特徴とする。
このような構成によれば、単相２００Ｖ負荷機器への供給電力量は減少するが単相２００Ｖ負荷機器への給電と蓄電池の充電とを同時に行なわせることができる。
【００１０】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載の電力変換装置において、電力変換装置の運転モードが前記給電モードにされている場合において前記蓄電池の直流電圧が所定値以下となった場合には、前記制御装置は直ちに前記充給電モードによる動作を開始させるように制御することを特徴とする。
このような構成によれば、蓄電池が完全放電に近い状態となっても、供給電力量は減少するが単相２００Ｖ負荷機器への給電を自動継続させることができる。
【００１１】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４の何れかに記載の電力変換装置において、前記単相１００Ｖ電源の単相１００Ｖと前記インバータが発生する単相１００Ｖの何れかを選択するスイッチ（ＳＷ２）を設けて選択された単相１００Ｖを外部に出力するように追加配線し、
前記制御装置は、前記単相１００Ｖ電源の給電が正常な場合には該単相１００Ｖ電源の単相１００Ｖを選択するように前記スイッチを切り換え、前記単相１００Ｖ電源の給電が停止し、且つ運転モードが停電モードにされた場合には前記インバータに単相１００Ｖを発生させ、該単相１００Ｖが外部に出力されるように前記スイッチを切り換え制御することを特徴とする。
【００１２】
このような構成によれば、単相１００Ｖ電源が停電等で給電停止した場合にも、単相１００Ｖ負荷機器（９）に電力供給を継続することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の電力変換装置によれば、単相１００Ｖ電源でもって単相２００Ｖ負荷機器に給電することができる。また、その単相２００Ｖ負荷機器には単相１００Ｖ電源の受電容量のほぼ２倍の電力を供給することができるので、単相１００Ｖ電源の受電容量を小さくて済ますことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（第１の実施形態）
図１に本発明に係る電力変換装置の第１の実施形態の構成を示す。本実施形態の電力変換装置１は、充電器２、蓄電器３、インバータ４、制御回路５を備えて構成される。電力変換装置１は、外部より商用単相１００Ｖ電源６の単相１００Ｖ（Ｖac）の供給を受けて電圧変換し、外部に単相２００Ｖ（Ｖout1）を供給する。この単相２００Ｖ（Ｖout1）には、単相２００Ｖ負荷機器７が接続されている。
【００１５】
充電器２の入力側には上記単相１００Ｖ電源６の単相１００Ｖ（Ｖac）が供給される。充電器２の負荷側には蓄電池３が接続されていて、充電器２による充電を受ける。その一方、蓄電池３は、インバータ４の入力側にその直流電圧（Ｖb1）を供給する。インバータ４は、供給を受けた直流電圧（Ｖb1）を単相１００Ｖ（Ｖinv ）に変換する。インバータ４には、参照用として単相１００Ｖ電源６の単相１００Ｖ（Ｖac）も入力されている。インバータ４は、その単相１００Ｖ（Ｖac）の位相と一致した位相で単相１００Ｖ（Ｖinv ）を生成することができる。また、単相１００Ｖ電源６が停電等で給電を停止した場合には、独自の位相で単相１００Ｖ（Ｖinv ）を発生させることもできる。
【００１６】
単相１００Ｖ電源６とインバータ４の出力側とは直列に接続されており、その両端の電圧が出力電圧（Ｖout1）として外部接続された単相２００Ｖ負荷機器７に供給される。単相１００Ｖ電源６が正常に供給されている状態では、インバータ４はその単相１００Ｖ（Ｖac）と同位相の単相１００Ｖ（Ｖinv ）を発生させるので、出力電圧（Ｖout1）はその２つの単相１００Ｖが足し合わさった単相２００Ｖ（Ｖout1）となる。
【００１７】
制御回路５には、単相１００Ｖ電源６の単相１００Ｖ（Ｖac）と、外部からの運転モード信号が入力されている。制御回路５は、その運転モード信号に従い、充電器２とインバータ４の動作を制御する。
次に、このような構成の電力変換装置１の動作について説明する。電力変換装置１には、給電モード、充電モード、充給電モード、停止モードの４つの運転モードが準備されている。この運転モードは装置の外から入力するようにしてもよいし、制御回路５上にスイッチを設けて入力するようにしてもよい。
【００１８】
給電モードは、単相２００Ｖ負荷機器７に単相２００Ｖ（Ｖout1）の給電を行なう運転モードである。この給電モードの場合には、制御回路５は、充電器２に対してはその運転を停止させる指令を出力する。一方、インバータ４に対しては、単相１００Ｖ電源６の単相１００Ｖ（Ｖac）と同位相の単相１００Ｖ（Ｖinv ）を発生するように指令を出す。これにより、インバータ４が単相１００Ｖ（Ｖinv ）を発生させると、その電圧は単相１００Ｖ電源６の単相１００Ｖ（Ｖac）に足し合わされて、単相２００Ｖ負荷機器７には単相２００Ｖ（Ｖout1）が給電される。
【００１９】
このようにして本実施形態の電力変換装置１は、外部から単相１００Ｖ電源６の単相１００Ｖ（Ｖac）しか受電していないにもかかわらず、外部の単相２００Ｖ負荷機器７に単相２００Ｖ（Ｖout1）を給電することができる。
またこのように給電している状態では、単相１００Ｖ電源６に流れる電流とインバータ４の出力回路を流れる電流とは、それらが直列に接続されているために等しい。その電流値は、単相２００Ｖ負荷機器７に流れる負荷電流に等しい。単相１００Ｖ電源６とインバータ４とは同じ単相１００Ｖを出力しているので、同じ大きさの負荷電流が流れることにより単相１００Ｖ電源６が供給する電力とインバータ４が供給する電力とは等しくなる。即ち、単相１００Ｖ電源６とインバータ４とは、単相２００Ｖ負荷機器７が消費する電力の１／２ずつを負担することになる。ここで、インバータ４が出力する電力は、蓄電池３から供給される電力である。
【００２０】
このように給電モードでは、単相２００Ｖ負荷機器７の消費する電力は、その１／２が単相１００Ｖ電源６から供給され、残りの１／２は蓄電池３から供給される。従って、単相２００Ｖ負荷機器７が給電を受けている状態では、単相１００Ｖ電源６はその消費電力の１／２を負担すればよいことになる。即ち、単相１００Ｖ電源６の受電容量の２倍の電力を単相２００Ｖ負荷機器７に供給できることから、単相１００Ｖ電源６の受電容量は、単相２００Ｖ負荷機器７の消費電力の１／２でよいことになる。
【００２１】
このことは、単相２００Ｖ負荷機器７を新たに設置する場合や、従来の単相１００Ｖ負荷機器を単相２００Ｖ負荷機器に交換する場合に、単相２００Ｖ電源を新たに引き込む必要がなく、また従来の単相１００Ｖ電源６のままで従来の受電容量の２倍の電力を単相２００Ｖ負荷機器７に給電できることを意味する。従って、単相２００Ｖ電源の引き込みのための配線工事費用や契約受電容量アップに伴う電力基本料金のアップをなくすことができ、その効果は大きいといえる。
【００２２】
充電モードは、蓄電池３の充電を行なう運転モードである。この充電モードの場合には、制御回路５は、インバータ４に対してその運転を停止させる指令を出力する。一方、充電器２に対しては、蓄電池３の充電を行なうように指令を出す。これにより、充電器２は単相１００Ｖ電源６の単相１００Ｖ（Ｖac）を電源とし、それを直流に変換して蓄電池３の充電を行なう。
【００２３】
なお、この充電は、運転モードが充電モードに切り換えられた直後から開始させてもよいが、予め充電開始の時刻を設定しておいて、その時刻になってから開始させるのが好ましい。そのためには制御回路５内にカレンダタイマ８を設けておき、運転モードが充電モードであり、且つそのカレンダタイマ８に設定された時刻に到達した時点から充電動作を開始させるようにする。
【００２４】
このような構成にすれば、充電を電力料金単価の安い深夜に行なわせることができ、電力料金を削減することができる。なお、充電の停止は、充電器２が蓄電池３の直流電圧（Ｖb1）をチェックし、その電圧が所定値以上になった時点で停止するようにしておくと良い。
充給電モードは、充電器２により蓄電池３に充電を行なうと同時に、単相２００Ｖ負荷機器７への給電も行なう運転モードである。単相１００Ｖ電源６が供給した電力は、単相２００Ｖ負荷機器７に供給されると同時に充電器２を介して蓄電池３にも供給される。従って、単相２００Ｖ負荷機器７に直接供給される電力はその分だけ少なくなる。単相２００Ｖ負荷機器７が供給を受ける電力は単相１００Ｖ電源６より直接に供給を受ける電力の２倍であるので、単相２００Ｖ負荷機器７が受けることのできる最大電力は前記給電モードの場合より少なくなる。
【００２５】
この充給電モードは主として、蓄電池３が殆ど放電しきった状態においても単相２００Ｖ負荷機器７に給電を継続したい場合に選択される運転モードである。蓄電池３が完全に放電しきった状態では、インバータ４は最早、単相１００Ｖ（Ｖinv ）を発生できないため前記給電モードによる給電はできない。しかし、蓄電池３が完全放電する少し前の状態であれば、この充給電モードにより単相２００Ｖ負荷機器７への給電を単相１００Ｖ電源６の受電容量以下で継続することが可能である。
【００２６】
この充給電モードでは、制御回路５は充電器２に対して蓄電池３の充電を行なうように指令を出すと同時に、インバータ４に対しても単相１００Ｖ電源６の単相１００Ｖ（Ｖac）と同位相の単相１００Ｖ（Ｖinv ）を発生するように指令を出す。このようにすると蓄電池３は充電器２による充電を受けてインバータ４に直流電力の供給を継続することができる。従って、単相２００Ｖ負荷機器７には引き続き単相２００Ｖ（Ｖout1）が給電される。
【００２７】
蓄電池３が完全放電に近い状態にある場合には、蓄電池３がインバータ４に供給する電力は充電により受け取る電力以下でなければならい。そうでないと蓄電池３は完全放電に至ってしまう。蓄電池３が充電を受ける電力とインバータ４に供給する電力とが等しい状態を考えると、単相１００Ｖ電源６から供給された電力は直接に単相２００Ｖ負荷機器７に供給されると同時に、その一部は充電器２によって直流電力に変換される。その直流電力はインバータ４に入力されて単相１００Ｖ（Ｖinv ）となってインバータ４の出力に現われ、これも単相２００Ｖ負荷機器７に供給される。
【００２８】
このように蓄電池３が充放電していない状態では、単相２００Ｖ負荷機器７が消費する電力と、その時点で単相１００Ｖ電源６から供給される電力とは等しくなる。従って、この場合に単相２００Ｖ負荷機器７に供給される最大電力は、単相１００Ｖ電源６の受電容量にほぼ等しい値となる。しかし、例え単相１００Ｖ電源６の受電容量以下であっても、蓄電池３が完全放電に近い状態においてなお単相２００Ｖ負荷機器７に給電を継続できることは大きな利点といえる。
【００２９】
この充給電モードは運転モードと一つとして選択できるようにしておいてもよいが、先に説明した給電モードでの運転途中において蓄電池３が完全放電に近づいた場合、即ち、その直流電圧（Ｖb1）の値が所定値以下に低下した場合には、自動的にこの充給電モードに切り換わるようにしておいてもよい。
停止モードは、充電器２、インバータ４共に運転を停止させる運転モードである。
【００３０】
このように本実施形態の電力変換装置１によれば、単相１００Ｖ電源６でもって単相２００Ｖ負荷機器７に給電することができる。また、その単相２００Ｖ負荷機器７には単相１００Ｖ電源６の受電容量の２倍の電力を供給することができる。更に、蓄電池３への充電を電力料金単価の安い深夜電力を利用して行なわせることができ、電力料金を削減することができる。更に、蓄電池３が完全放電に近い状態となっても、供給電力量は減少するが単相２００Ｖ負荷機器７に給電を継続できる。このように電力変換装置１は数多くの効果を奏する。
【００３１】
（第２の実施形態）
図２に本発明に係る電力変換装置の第２の実施形態の構成を示す。本実施形態の電力変換装置１０は、図１に示した第１の実施形態の電力変換装置１にスイッチＳＷ１、ＳＷ２を追加すると共に、外部に設けられた単相１００Ｖ負荷機器９にも単相１００Ｖ（Ｖout2）を供給できるようにしたものである。なお、図２中、図１と同一部分には同一符号を付して説明を繰り返さない。
【００３２】
スイッチＳＷ１は、単相２００Ｖ負荷機器７への電力供給をＯＮ／ＯＦＦできるように配線されており、その切り換えは制御回路５により行なわれる。単相１００Ｖ電源６の単相１００Ｖ（Ｖac）が正常に給電されている状態では、制御回路５は運転モードに無関係にスイッチＳＷ１をＯＮ状態とする。単相１００Ｖ電源６の単相１００Ｖ（Ｖac）が停電等で給電が停止した場合には、制御回路５はスイッチＳＷ１をＯＦＦ状態とする。図２中のスイッチＳＷ１の切り換え状態はこのＯＦＦ状態を表わしている。従って、単相１００Ｖ電源６の単相１００Ｖ（Ｖac）が正常に給電されており、運転モードとして第１の実施形態で説明した給電モード、充給電モードの何れかが選択されている場合に限り単相２００Ｖ負荷機器７には単相２００Ｖ（Ｖout1）が給電される。
【００３３】
スイッチＳＷ２は、単相１００Ｖ負荷機器９に供給する単相１００Ｖ（Ｖout2）として、単相１００Ｖ電源６又はインバータ４の出力する単相１００Ｖ（Ｖinv ）の何れかを選択できるように配線されている。スイッチＳＷ２の切り換えは制御回路５により行なわれる。
制御回路５は、単相１００Ｖ電源６の単相１００Ｖ（Ｖac）が正常に給電されている状態では、常に単相１００Ｖ電源６からの単相１００Ｖ（Ｖac）が選択されるようにスイッチＳＷ２を切り換える。図２中のスイッチＳＷ２の切り換え状態はこの単相１００Ｖ（Ｖac）が選択されている状態を表わしている。
【００３４】
このような場合以外に本実施形態では、単相１００Ｖ電源６の単相１００Ｖ（Ｖac）が停電等で給電停止状態にある場合にも単相１００Ｖ負荷機器９に単相１００Ｖ（Ｖout2）の給電を行なう。そのような給電を行なうために本実施形態では、第１の実施形態に説明した運転モードに新たに停電モードを追加して設けている。
単相１００Ｖ電源６が給電停止状態で且つ運転モードが停電モードにされた場合には、制御回路５はインバータ４に指令を出して単相１００Ｖ（Ｖinv ）を発生させる。それと同時に単相１００Ｖ負荷機器９にその単相１００Ｖ（Ｖinv ）が給電されるようにスイッチＳＷ２を切り換える。このように制御することで、単相１００Ｖ負荷機器９には単相１００Ｖ電源６が給電停止状態となってもインバータ４によって給電が継続される。また、この場合にはスイッチＳＷ１は前述したようにＯＦＦ状態となるため、単相２００Ｖ負荷機器７に単相１００Ｖ（Ｖinv ）が給電されることはない。
【００３５】
なお、このように停電モードを追加して設ける代わりに、給電モードで運転中に単相１００Ｖ電源６が給電停止状態になった場合に、自動的に上述した停電モードの制御に切り換わるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】第１の実施形態に係る電力変換装置の構成図である。
【図２】第２の実施形態に係る電力変換装置の構成図である。
【符号の説明】
【００３７】
図面中、１、１０は電力変換装置、２は充電器、３は蓄電池、４はインバータ、５は制御装置、６は単相１００Ｖ電源、７は単相２００Ｖ負荷機器、８はカレンダタイマ、９は単相１００Ｖ負荷機器、ＳＷ１、ＳＷ２はスイッチを示す。
【図１】
2005261071.tif 000003
【図２】
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