(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ駆動用の交流電源入力タイプのダイオードブリッジ型三相整流回路の出力をインバータ回路に供給するインバータ装置において、
前記三相整流回路の入力端子の一部または全部に、直流電源の正側端子を接続し、前記直流電源の負側端子を前記インバータ装置のＮラインに接続すると共に、前記インバータ装置のＰラインにアノード側を、前記直流電源の正側にカソード側を接続したダイオードを有する回生回路を具備し、前記モータの回生動作時の回生エネルギーを前記ダイオードを介して前記直流電源に戻すようにしたことを特徴とするインバータ装置。
【請求項２】
モータ駆動用の交流電源入力タイプのダイオードブリッジ型単相整流回路の出力をインバータ回路に供給するインバータ装置において、
前記単相整流回路の入力端子の一部または全部に、直流電源の正側端子を接続し、前記直流電源の負側端子を前記インバータ装置のＮラインに接続すると共に、前記インバータ装置のＰラインにアノード側を、前記直流電源の正側にカソード側を接続したダイオードを有する回生回路を具備し、前記モータの回生動作時の回生エネルギーを前記ダイオードを介して前記直流電源に戻すようにしたことを特徴とするインバータ装置。
【請求項３】
モータ駆動用の交流電源入力タイプのダイオードブリッジ型三相整流回路の出力をインバータ回路に供給するインバータ装置の前記三相整流回路の入力端子の一部または全部に、直流電源の正側端子を接続し、前記直流電源の負側端子を前記インバータ装置のＮラインに接続したインバータ装置の回生回路であって、
前記回生回路は、ダイオードを具備しており、前記ダイオードのアノード側が前記インバータ装置のＰラインに接続され、前記ダイオードのカソード側が前記直流電源の正側に接続され、前記モータの回生動作時の回生エネルギーを前記ダイオードを介して前記直流電源に戻すようにしたことを特徴とするインバータ装置の回生回路。
【請求項４】
モータ駆動用の交流電源入力タイプのダイオードブリッジ型単相整流回路の出力をインバータ回路に供給するインバータ装置の前記単相整流回路の入力端子の一部または全部に、直流電源の正側端子を接続し、前記直流電源の負側端子を前記インバータ装置のＮラインに接続したインバータ装置の回生回路であって、
前記回生回路は、ダイオードを具備しており、前記ダイオードのアノード側が前記インバータ装置のＰラインに接続され、前記ダイオードのカソード側が前記直流電源の正側に接続され、前記モータの回生動作時の回生エネルギーを前記ダイオードを介して前記直流電源に戻すようにしたことを特徴とするインバータ装置の回生回路。
【請求項５】
モータ駆動用の交流電源入力タイプのダイオードブリッジ型整流回路の出力をインバータ回路に供給するインバータ装置の回生エネルギーの回生方法であって、
前記整流回路の入力端子の一部または全部に、直流電源の正側端子を接続し、前記直流電源の負側端子を前記インバータ装置のＮラインに接続し、
回生用ダイオードのアノード側を前記インバータ装置のＰラインに接続し、前記回生用ダイオードのカソード側を前記直流電源の正側に接続し、前記モータの回生動作時の回生エネルギーを前記回生用ダイオードを介して前記直流電源に戻すようにしたことを特徴とするインバータ装置の回生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流を交流に変換するインバータ装置において、モータの回生動作時の回生エネルギーをバッテリなどの直流電源に戻すための回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インバータ装置は、産業機器分野においてモータを駆動するための装置として広く使用されているが、自動車分野でも低燃費・低排出ガスなど環境性能の向上のために、自動車の電動化やハイブリッド化が急速に進み、そのモータを駆動するためにインバータ装置が使用されるようになってきた。
【０００３】
ショベル、フォークリフト、ホイルローダ等の建設機械も地球温暖化対策として低燃費化・排気ガス削減を行う必要があり、その対策として、それらの建設機械の電動化・ハイブリッド化が進められていて、その動力源として使われるモータを駆動するためにインバータ装置を使用している。
【０００４】
図３は、一般的な産業機器分野向けのインバータ装置の回路構成を示す図で、インバータ装置１に内蔵している整流回路３により商用電源すなわち交流電源１５からの交流を直流に変換する交流電源入力タイプのものが圧倒的に多く、整流した直流電源をインバータ回路６で交流に変換してモータ２を駆動している。交流電源１５からインバータ装置１に電源供給を開始した時にコンデンサ５に大きな突入電流が流れ込まないようにするため、突入電流防止回路４とその動作を制御する突入電流防止用制御回路７を交流入力タイプのインバータ装置には、ほとんどの場合内蔵している。
【０００５】
この交流入力タイプのインバータ装置１において、モータ２の回生動作時の回生エネルギーはインバータ回路６により回生電流としてコンデンサ５に流れ込み、回生トランジスタ駆動用回路１２によりその直流電源の電圧を検出して検出電圧が規定電圧以上なら回生トランジスタ１３をオンして、回生抵抗１４にその回生電流を流すことで回生エネルギーを消費している。図示しない回生コンバータで、この回生電流を交流に変換して交流電源１５に戻すような回路を設ける場合もあるが、直流電源入力時には使用できない。
【０００６】
図４は、自動車分野で使用しているインバータ装置の回路構成で、自動車の場合は供給電源としてバッテリなどの直流電源を使用するため、整流回路を持たない直流電源入力タイプのインバータ装置１６を使用して、モータの回生動作時の回生エネルギーをインバータ回路で回生電流に変換して、その回生電流をそのままバッテリなどの直流電源に戻すため、モータ２からの回生エネルギーをバッテリ１１で回収することができるため、装置全体として消費エネルギーを少なくすることができる。
【０００７】
自動車に搭載するインバータ装置１６は、装置を小型化するために突入電流防止回路４や突入電流防止用制御回路７を内蔵しないで、図４のように、外付け回路として別に用意する場合が多い。また、自動車用のインバータ装置１６は搭載する自動車の専用部品として設計・製造されるため、駆動できるモータ容量も決まってしまい、他の分野での使用は難しい。
【０００８】
ショベル、フォークリフト、ホイルローダ等の建設機械も電動化やハイブリッド化をしたときに、バッテリなどの直流電源を電源としてインバータ装置に電源を供給するが、このような建設機械は、必要とするモータ容量の範囲が非常に広く、また、自動車と比べて１機種あたりの生産台数が少ないため、自動車のように、専用のインバータ装置を設計・製造することは現実的には難しい。そのため、産業機器用のインバータ装置を使ってモータを駆動している。
【０００９】
産業機器用のインバータ装置は交流電源入力タイプがほとんどのため、図５に示すように、モータ２の回生動作時の回生電流を回生抵抗１４で消費させる場合が多く、回生エネルギーをバッテリなどの直流電源に戻すことができないため、装置としてものエネルギー効率がそれほど良くならない。そのため、産業機器用のインバータ装置１を、図４のインバータ装置１６のような回路構成に大きく改造して、回生電流を直接バッテリなどの直流電源１１に戻すことができるようにして、エネルギー効率の向上を図る場合もあるが、インバータ装置１に内蔵している突入電流防止回路４やその動作を制御する突入電流防止用制御回路７をそのまま使用できない場合が多いため、新たに外付け突入電流防止回路１７とその動作を制御する突入電流防止用制御回路１８が必要となり、複雑な回路構成となる。
【００１０】
特許文献１には、インバータ装置からバッテリへ電流を流すように、電源スイッチとヒューズに並列にダイオードＤ１及びＤ２を設けたモータ駆動回路が開示されている。特許文献１のインバータ装置は、図４に示す整流回路を持たない直流電源入力タイプのインバータ装置であって、交流電源入力タイプのものとは相違する。また、ダイオードＤ１及びＤ２は、ヒューズまたは主電源スイッチが切断された場合の保護のためのものに過ぎない。
【特許文献１】特開２００１−２９２５７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ショベル、フォークリフト、ホイルローダ等の建設機械等に、専用または大きく改造したインバータ装置を使用しないで、産業機器用に一般に使用している交流電源入力タイプのインバータ装置を使用して、モータの回生動作時の回生エネルギーを回生抵抗で消費させるのではなく、簡単にバッテリ等の直流電源に戻して、回生エネルギーを回収できる回路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】
【００１２】
本発明のインバータ装置は、モータ駆動用の交流電源入力タイプの整流器の出力をインバータ回路に供給する前記整流器の入力の一部または全部に直流電源の正側を接続し、前記直流電源の負側を前記インバータ装置のＮラインに接続しており、前記インバータ装置のＰラインにアノード側を、前記直流電源の正側にカソード側を接続した回生用ダイオードを具備し、前記モータの回生動作時の回生エネルギーを前記直流電源に戻すことができるようにしたものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、建設機械等のモータを駆動する直流電源入力のインバータ装置において、産業機器用等に広く使用されている交流電源入力タイプのインバータ装置を使用しても、モータの回生エネルギーをバッテリなどの直流電源に戻すことができるので、エネルギー効率のよい建設機械を実現でき、また、交流電源入力タイプのインバータ装置に標準的に搭載されている突入電流防止回路およびその制御回路もそのまま使用できるので、複雑な回路をインバータ装置とは別に用意する必要がない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
バッテリ等の直流を電源とする建設機械等において、モータ駆動用のインバータ装置に交流電源入力タイプのインバータ装置を使用して、そのインバータ装置のＰラインから直流電源の正側の向きに回生用ダイオードを一つ追加して、モータの回生動作時にその回生用ダイオードを介して、回生電流を直流電源に戻すことができるようにする。
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。  
【実施例１】
【００１６】
図１に本発明の実施形態の代表例を示す。モータ２を駆動する交流電源入力タイプのインバータ装置１は、そのインバータ装置１に供給される電源電流を整流する整流回路３と、整流した直流電源を蓄えるコンデンサ５と、その供給電源であるバッテリ等の直流電源１１の図示しないスイッチをオンしたときにコンデンサ５へ大きな電流が流れ込まないように電流の大きさを制限する突入電流防止回路４とその突入電流防止回路を制御する突入電流防止用制御回路７と、コンデンサ５の＋側と突入電流防止回路を接続するＰライン８と、コンデンサ５の−側と整流回路およびバッテリ等の直流電源の負側を接続するＮライン９と、Ｐライン８とＮライン９で供給される直流電源を、モータ２を駆動するための交流電流に変換するインバータ回路６で構成されている。
【００１７】
モータ２の回生動作時の回生電流をバッテリなどの直流電源１１に戻すために、回生用ダイオード１０のアノード側をＰライン８に、回生用ダイオード１０のカソード側をバッテリなど直流電源１１の正側に接続している。
【００１８】
図５に示すように、従来例では、交流電源入力タイプのインバータ装置１に回生用ダイオード１０がない場合は、モータ２の回生エネルギーがインバータ回路６により直流の回生電流に変換され、Ｐライン８とＮライン９を通してコンデンサ５に流れ込むが、ダイオードブリッジ型整流回路３があるため、バッテリなどの直流電源１１に戻すことができない。そのため、コンデンサ５に回生電流が蓄えられ、コンデンサ５の電圧が徐々に高くなってしまうため、一定以上の電圧にならないように、回生トランジスタ駆動回路１２が動作して、回生トランジスタ１３をオンさせ、回生抵抗１４に回生電流を流すことで、回生エネルギーを熱として消費している。この場合、回生エネルギーをバッテリなどの直流電源１１に戻すことができないため、このインバータ装置を搭載する建設機械はそのエネルギー効率が悪くなってしまう。
【００１９】
それに対して、図１のように、回生用ダイオード１０を１個追加することにより、簡単に回生電流をバッテリなどの直流電源１１に戻すことができるため、モータ２の回生エネルギーも効率よく使用することができるようになる。
【００２０】
図２は、交流電源入力タイプのインバータ装置の整流回路に直流電源を接続する例を示している。図２の（ａ）は、交流電源を整流するダイオードブリッジ型三相整流回路３の入力端子に、直流電源１１の正側端子を接続する場合を示している。直流電源１１の正側端子は、ダイオードブリッジ型三相整流回路３の３つの入力端子の全ての入力端子に接続することもできるし、３つの入力端子の一部の入力端子に接続することも可能である。
【００２１】
図２の（ｂ）は、交流電源を整流するダイオードブリッジ型単相整流回路３の入力端子に、直流電源１１の正側端子を接続する場合を示している。直流電源１１の正側端子は、ダイオードブリッジ型単相整流回路３の２つの入力端子の全ての入力端子に接続することもできるし、２つの入力端子の一部の入力端子に接続することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
地球温暖化対策として低燃費化・排気ガス削減がますます必要となり、電動化やハイブリッド化した建設機械の需要は今後ますます増加するが、そのモータ駆動用のインバータ装置に、産業機器用に広く普及している交流電源入力タイプのインバータ装置を使用できるため、利用の可能性は非常に高い。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明の一実施例を示すインバータ装置の回路構成である。
【図２】図２は、本発明の一実施例の交流電源入力タイプのインバータ装置の整流回路に直流電源を接続する例を示した図である。
【図３】図３は、産業機器用に一般的に使用されているインバータ装置の回路構成である。
【図４】図４は、自動車用途に一般的に使用されているインバータ装置の回路構成である。
【図５】図５は、交流電源入力タイプのインバータ装置を直流電源で使用した回路構成例である。
【符号の説明】
【００２４】
１    交流電源入力タイプのインバータ装置
２    モータ
３    整流回路
４    突入電流防止回路
５    コンデンサ
６    インバータ回路
７    突入電流防止用制御回路
８    Ｐライン（＋ライン）
９    Ｎライン（−ライン）
１０    回生用ダイオード
１１    バッテリなどの直流電源
１２    回生トランジスタ駆動回路
１３    回生トランジスタ
１４    回生抵抗
１５    交流電源（商用電源）
１６    直流電源入力タイプのインバータ装置
１７    外付け突入電流防止回路
１８    突入電流防止用制御回路
【図１】
0005226253.tif 000002
【図２】
0005226253.tif 000003
【図３】
0005226253.tif 000004
【図４】
0005226253.tif 000005
【図５】
0005226253.tif 000006