(57)【要約】【課題】  交流モータと直流モータとを切り換えて、被駆動部を駆動する電動モータ駆動装置において、直流モータのブラシの消耗を抑え、メンテナンスを容易にする。【解決手段】  交流電源２０によって駆動可能とされた交流モータ８と、バッテリー３４によって駆動可能とされた直流モータ１０とのうち、切換部２８によって選択された一方が、出力軸２を駆動する。直流モータ１０の整流子１２及びブラシ１４の一方を他方に対して進退可能に設け、交流モータ８の駆動時に、整流子１２とブラシ１４とを離間させる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力軸を駆動する交流モータと、
この交流モータに接続される交流電源と、
前記出力軸を駆動する直流モータと、
この直流モータに接続される直流電源と、
前記交流モータと前記直流モータとを切り換えて作動させる制御部とを、
備えた電動モータ駆動装置において、
前記直流モータの整流子及びブラシの一方を他方に対して進退可能に設け、前記交流モータ駆動時に前記整流子と前記ブラシとを離間することを特徴とする電動モータ駆動装置。
【請求項２】
請求項１記載の電動モータ駆動装置において、
前記交流電源に接続される第１の交流−直流変換器を備え、
第１の交流−直流変換器に接続された蓄電池が前記直流電源であり、
通常時には前記交流モータで前記出力軸を駆動し、非常時には前記直流モータで前記出力軸を駆動する電動モータ駆動装置。
【請求項３】
請求項２記載の電動モータ駆動装置において、
前記交流電源を監視し、前記交流電源が消失したとき、前記ブラシと前記整流子とを接触させる切換部を備える電動モータ駆動装置。
【請求項４】
請求項３記載の電動モータ駆動装置において、
前記交流電源に接続される第２の交流−直流変換器を備え、
前記切換部は、第２の交流−直流変換器に接続され、前記交流電源または第２の交流−直流変換器を監視する第１リレー部と、この第１リレー部を介して第２の交流−直流変換器に接続され、前記ブラシまたは整流子を吸引して前記ブラシと前記整流子とを離間させるソレノイド部とを、
具備する電動モータ駆動装置。
【請求項５】
請求項１乃至４いずれか記載の電動モータ駆動装置において、
前記直流モータと前記直流電源との間に第２リレー部を設け、第２リレー部が、前記直流モータの駆動時に、前記直流モータと前記直流電源とを接続する
電動モータ駆動装置。
【請求項６】
請求項２乃至５いずれか記載の電動モータ駆動装置において、
前記出力軸に連結される被駆動部が所定位置になったとき、前記直流モータと前記直流電源とを遮断するセンサスイッチを設けた電動モータ駆動装置。
【請求項７】
請求項２乃至５いずれか記載の電動モータ駆動装置において、
電源非供給時に前記出力軸を保持する電磁ブレーキ部を備え、
この電磁ブレーキ部は、前記交流電源と前記直流電源から前記電磁ブレーキ部に電力を供給する
電動モータ駆動装置。
【請求項８】
請求項７記載の電動モータ駆動装置において、
前記電磁ブレーキ部は、前記交流電源から電源が供給され、
前記出力軸に連結される被駆動部が所定位置になったときに、前記直流モータと前記直流電源とを遮断するセンサスイッチを設け、
前記センサスイッチと前記直流モータとの間から前記電磁ブレーキ部に電源が供給される電動モータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動モータによって出力軸を駆動する電動モータ駆動装置に関し、特に交流モータと直流モータとを切り換えるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
上述したような交流モータと直流モータとを切り換える電動モータ駆動装置の一例が特許文献１に開示されている。特許文献１の技術は、シャッターを駆動するもので、交流電源が供給されているときには、交流モータを交流電源で回転させて、シャッターを駆動し、交流電源が非供給のとき、バッテリーからの直流電源によって直流モータを回転させ、シャッターを駆動する。
【０００３】
【特許文献１】実開昭５８−１９０９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術では、交流モータと直流モータとのいずれかによってシャッターを駆動するが、通常状態では交流モータによってシャッターが駆動される。この間、直流モータは駆動されていないのに、直流モータのブラシと整流子とは接触を継続しており、ブラシが早期に摩耗するという問題点があった。ブラシが摩耗するごとに、その交換を行わなければならず、そのためのメンテナンスを頻繁に行わなければならなかった。
【０００５】
本発明は、消耗部品が少なく、メンテナンスが容易に行える、交流モータと直流モータとを切り換えて作動させる電動モータ駆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】
【０００６】
本発明の一態様の電動モータ駆動装置は、出力軸を駆動する交流モータを有している。  この交流モータに交流電源が接続されている。この電動モータ駆動装置は、更に、出力軸を駆動する直流モータと、この直流モータに接続される直流電源とを、有している。交流モータ及び直流モータは、出力軸と別個に設け、出力軸に交流モータ及び直流モータの回転子を結合することもできるし、交流モータ及び直流モータの回転子を出力軸に設けることもできる。交流モータと直流モータとを切り換えて制御部が作動させる。この切換は、例えば交流電源が交流モータに供給可能であるときには、交流モータによって出力軸を駆動し、交流電源が供給不能のときに、直流電源を直流モータに供給して、直流モータに出力軸を回転させるように、行うことができる。直流モータへ直流電源からの電流には、整流子と、これに接触可能なブラシとを用いる。直流モータの整流子及びブラシの一方を他方に対して進退可能に設けてある。前記交流モータ駆動時に前記整流子と前記ブラシとが離間されている。
【０００７】
このように構成した電動モータ駆動装置によれば、交流モータによって出力軸を駆動している間には、直流モータの整流子とブラシとは離間している。従って、交流モータが出力軸を駆動している間に、ブラシが摩耗することを防止することができ、ブラシの交換頻度を低減することができる。
【０００８】
前記交流電源に接続される第１の交流−直流変換器を備えることができる。この場合、前記直流電源を、第１の交流−直流変換器に接続された蓄電池とする。通常時には前記交流モータで前記出力軸を駆動し、非常時には前記直流モータで前記出力軸を駆動する。
【０００９】
このように構成すると、ブラシは、非常時にしか整流子に接触しないので、ブラシの摩耗をより低減することができる。
【００１０】
さらに、前記交流電源を監視し、前記交流電源が消失したとき、前記ブラシと前記整流子とを接触させる切換部を設けることができる。交流電源の監視は、例えば交流電源の電圧または電流を監視することもできるし、交流電源に接続される交流−直流変換器の電圧または電流を監視することができる。
【００１１】
このように構成すると、交流電源が消失したときのみに、ブラシが整流子と接触するので、ブラシの摩耗をより低減することができる。
【００１２】
更に、前記交流電源に接続される第２の交流−直流変換器を設けることができる。この場合、前記切換部は、第２の交流−直流変換器に接続される。切換部は、前記交流電源または第２の交流−直流変換器を監視する第１リレー部と、この第１リレー部を介して第２の交流−直流変換器に接続されたソレノイド部とを備え、ソレノイド部は前記ブラシまたは整流子を吸引して前記ブラシと前記整流子とを離間させる。第１のリレー部としては、第２の交流−直流変換器とソレノイド部との間に配置された接点と、この接点を開閉する駆動部とを備えたものとすることができる。駆動部は、第２の交流−直流変換器の出力電圧または電流が消失したときに、接点を閉じて、ソレノイド部にブラシと整流子とを離間させる。
【００１３】
このように構成すると、リレー部とソレノイド部とからなる切換部によってブラシと整流子とを離間させることができるので、構成を簡略化することができる。
【００１４】
また、前記直流モータと前記直流電源との間に第２リレー部を設けることもでできる。この場合、第２リレー部が、前記直流モータの駆動時に、前記直流モータと前記直流電源とを接続する。なお、第２のリレー部も接点と駆動部とを備えたものとして、この駆動部を第１のリレー部の駆動部と共用にすることもできる。
【００１５】
このように構成すると、交流モータによって出力軸が駆動されているときに、故障等により接触子とブラシとが接触していたとしても、直流モータには第２のリレー部の作用によって直流電源が供給されていない。従って、直流モータが作動することはなく、交流モータのみによって出力軸の駆動が継続される。
【００１６】
また、前記出力軸に連結される被駆動部が所定位置になったとき、前記直流モータと前記直流電源とを遮断するセンサスイッチを設けることもできる。被駆動部としては、種々のものがあり、例えば風力発電の風車のロータのピッチ駆動装置や、電動シャッタや電動扉がある。また、所定位置は、風車の場合、ブレードのフェザーリング位置、電動シャッタや電動扉の開位置または閉位置がある。
【００１７】
このように構成すると、直流モータによって被駆動部を駆動する非常時に、所定位置まで被駆動部を駆動して、被駆動部を停止させることができる。
【００１８】
また、電力非供給時に前記出力軸を保持する電磁ブレーキ部を備えることができる。例えば出力軸の回転を電磁ブレーキ部によって阻止することができる。この場合、前記交流電源と前記直流電源とから前記電磁ブレーキ部に電力を供給する。
【００１９】
このように構成すると、交流電源から電磁ブレーキ部への電力供給が停止されても、直流電源から電磁ブレーキ部に電力が供給されるので、出力軸の駆動が電磁ブレーキ部によって交流電源の消失時に阻止されることがない。
【００２０】
更に、前記電磁ブレーキ部は、前記交流電源から電力が供給され、前記出力軸に連結される被駆動部が所定位置になったときに、前記直流モータと前記直流電源とを遮断するセンサスイッチが設けられている。前記センサスイッチと前記直流モータとの間から前記電磁ブレーキ部に電源が供給されている。
【００２１】
このように構成すると、交流電源が消失すると、直流モータによる出力軸の駆動が行われると共に直流電源が電磁ブレーキ部に供給されるので、被駆動部の駆動は継続される。被駆動部が所定位置まで駆動されると、センサスイッチによって電磁ブレーキ部への直流電源の供給が停止され、電磁ブレーキ部が動作し、被駆動部は所定位置に保持される。即ち、交流電源が消失すると、被駆動部は所定位置まで駆動された後、その位置に保持される。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように、本発明によれば、直流モータと交流モータとを切り換えて出力軸を駆動する電動モータ駆動装置において、直流モータのブラシの消耗を防止することにより、メンテナンスを容易にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の１実施形態の電動モータ駆動装置は、例えば水平軸型風力発電装置のロータ内に設けられ、ロータのブレードのピッチを変更するピッチ駆動装置に使用されている。この実施形態では、電動モータ駆動装置によって駆動される被駆動部は、ブレードである。
【００２４】
この電動モータ駆動装置は、図１に示すように出力軸２を有している。この出力軸２は、図示していない駆動力伝達機構を介してブレードに結合されている。この出力軸２は、軸受け４、４を介してハウジング６に、回転自在に支持されている。
【００２５】
この出力軸６に例えばインダクションモータである交流モータ８のロータ８Ｒが取り付けられている。ロータ８Ｒは、例えばかご型ロータである。このロータ８Ｒを包囲するように交流モータ８のステータ８Ｓが配置されている。ステータ８Ｓは、ハウジング６に取り付けられている。ステータ８Ｓは、例えばコイルである。
【００２６】
交流モータ８のロータ８Ｒに隣接して、直流モータ１０のロータ１０Ｒが出力軸２の外周に取り付けられている。このロータ１０Ｒは、例えばコイルである。このロータ１０Ｒの周囲を包囲するように、直流モータ１０のステータ１０Ｓが配置されている。ステータ１０Ｓも、ハウジング６に取り付けられている。ステータ１０Ｓは、例えば永久磁石である。
【００２７】
直流モータ１０のロータ１０Ｒに給電するためにロータ１０Ｒに電気的に接続されている２つの整流子１２が、出力軸２の外周に間隔を置いて配置されている。図１では、１つの整流子１２のみを示している。
【００２８】
これら整流子１２に直流電流を供給するために、ブラシ１４が、各整流子１２に対向するようにハウジング６に配置されている。一般にブラシは、整流子に常に接触しているが、この実施形態のブラシ１４は、整流子１２に対して接触状態と非接触状態とを選択的にとれるように構成されている。そのため、各ブラシ１４は、それらに対応するように設けられたソレノイド１６に結合されており、ソレノイド１６に直流電流が流れたとき、ブラシ１４は、整流子１２から離間される。ソレノイド１６への電流供給が停止されると、ソレノイド１６が、ブラシ１４を移動させて、整流子１２に接触する。即ち、ブラシ１４は、整流子１２に対して進退可能である。これらソレノイド１６は、ハウジング６にそれぞれ設けられたスリーブ１８に収容されている。
【００２９】
図２に示すように、この電動モータ駆動装置は、交流電源２０から供給される商用交流電流をインバータ２２に供給する。このインバータ２２において、交流電源２０の交流電圧は、一旦直流電圧に変換された後、コントローラ２４からの制御信号に従って周波数が変更される交流電圧に変換され、交流モータ８に供給される。この変換後の交流電圧の供給及び停止によって交流モータ８の運転及び停止が行われ、変換後の交流電圧の周波数が変更されることによって、交流モータ８の速度制御が行われる。この交流モータ８の制御を行うために、図示していないセンサ、例えば出力軸２に結合されたロータリーエンコーダからのセンサ信号がコントローラ２０に供給されている。なお、コントローラ２４の動作電源も交流電源２０から供給されている。
【００３０】
交流電源２０からの交流電流は、第２の交流−直流変換器、例えばＡＣ／ＤＣコンバータ２６に供給され、直流電流に変換される。この直流電流は、制御部、例えば切換部、具体的にはリレー２８の第１のリレー部、例えばリレーａ接点２８ａを介してソレノイド１６に供給されている。また、この直流電流は、リレー２８のリレー駆動部２８ｄにも供給されている。リレー駆動部２８ｄは、ＡＣ／ＤＣコンバータ２６から直流電流が供給されているとき、リレー接点２８ａを閉じる。従って、交流電源２０が交流電流を発生しているか否かリレー駆動部２８ｄによって監視され、交流電流を発生しているとき、ソレノイド１６に直流電流が供給され、ブラシ１４は、整流子１２とは離間された状態を維持し、直流モータ１０は回転しない。
【００３１】
また、リレー接点２８ａを介してＡＣ／ＤＣコンバータ２６の直流電流は、交流モータ８に設けられている電磁ブレーキ３０にも供給されている。この電磁ブレーキ３０は、ネガ型のもので、直流電流が供給されていないとき、ブレーキ動作を行って交流モータ８の回転を停止させ、それ以上の回転を阻止する。これによって、出力軸２も回転が阻止された状態が保持される。電磁ブレーキ３０は、直流電流が供給されているとき、ブレーキ動作を行わず、交流モータ８を回転可能とする。これによって、出力軸２も回転可能となる。従って、交流電源２が交流電流を発生しているとき、電磁ブレーキ３０は動作しない。なお、図１には電磁ブレーキ３０を図示していない。
【００３２】
交流電源２０からの交流電流は、第１の交流−直流変換器、例えばＡＣ／ＤＣコンバータ３２に供給され、直流電流に変換される。この直流電流が蓄電池、例えばバッテリー３４に供給され、バッテリー３４が充電される。この充電は、交流電源２０が交流電流を発生している間、継続する。
【００３３】
このバッテリー３４からの直流電流は、第２のリレー部、例えばリレー２８のリレー接点２８ｂと、センサスイッチ３６の直列回路を介して直流モータ１０のブラシ１４に供給される。リレー接点２８ｂは、リレー駆動部２８ｄに電流が供給されていない間、閉じられており、リレー駆動部２８ｄに電流が供給されている間、開放される。また、センサスイッチ３６は、被駆動部であるブレードが所定位置、例えばフェザーリング位置まで回転すると開放されるもので、所定位置まで回転していない状態では、閉じられている。
【００３４】
従って、交流電源２０から交流電流が出力されて、リレー駆動部２８ｄに電流が流れている状態では、リレー接点２８ｂが開放されており、直流モータ１０にはバッテリー３４から電流は供給されず、直流モータ１０は回転しない。
【００３５】
上述したように、交流電源２０が交流電流を出力していない状態では、リレー接点２８ｂが閉じられているが、このとき、ブレードがフェザーリング位置に到達していないと、センサスイッチ３６は閉じられているので、バッテリー３４から直流電流が直流モータ１０に供給され、直流モータ１０が回転する。ブレードがフェザーリング位置まで移動すると、センサスイッチ３６が開放され、直流モータ１０への電流供給が停止され、直流モータ１０が停止し、ブレードの移動も中止される。
【００３６】
また、センサスイッチ３６と直流モータ１０との接続点が、電磁ブレーキ３０に接続されている。従って、リレー接点２８ｂ及びセンサスイッチ３６が共に閉じられているとき、直流電流が電磁ブレーキ３０にも供給され、出力軸２は回転可能である。
【００３７】
このように構成された電動モータ駆動装置では、交流電源２０が交流電流を発生している状態では、ＡＣ／ＤＣコンバータ２６、３２がそれぞれ直流電流を発生している。このとき、ＡＣ／ＤＣコンバータ３２によってバッテリー３４が充電される。
【００３８】
また、リレー駆動部２８にＡＣ／ＤＣコンバータ２６から直流電流が流れ、リレー接点２８ａが閉じられている。これによって、ソレノイド１６に電流が流れ、ブラシ１４と整流子１２とは離間している。同時にリレー駆動部２８ｄはリレー接点２８ｂを開いている。従って、バッテリー３４から直流電流はブラシ１４には供給されない。よって直流モータ１０は回転しない。このように、ブラシ１４を整流子１２から離間させた上に、ブラシ１４への電流供給を阻止しているので、ソレノイド１６の故障によってブラシ１４が整流子１２に接触していても、直流モータ１０が誤って回転することはない。また、リレー接点２８ａを介してＡＣ／ＤＣコンバータ２６からの電流が電磁ブレーキ３０に供給される。その結果、電磁ブレーキ３０は動作していない。
【００３９】
この状態では、コントローラ２４からインバータ２２に指示が与えられたとき、インバータ２２が交流モータ８に交流電圧を供給し、交流モータ８が回転し、ブレードを回転させる。この間、整流子１２とブラシ１４とは非接触状態にあるので、ブラシ１４が消耗することはない。なお、コントローラ２４には、リレー接点２８ｂが開放されたとき、図示しないセンサからの信号が供給され、コントローラ２４は、この信号が供給されていることを条件として、インバータ２２に交流モータ８を動作させる。
【００４０】
例えば停電等の非常時に、交流電源２０が交流電流を発生しなくなると、ＡＣ／ＤＣコンバータ２６、３２から直流電流の供給が不能となる。これによって、リレー駆動部２８ｄには電流が流れず、リレー接点２８ａが開放され、ソレノイド１６への電流供給が停止される。その結果、ブラシ１４が整流子１２に接触する。一方、リレー駆動部２８ｄに電流が流れなくなったことにより、リレー接点２８ｂが閉じられる。このとき、ブレードがフェザーリング位置にないとセンサスイッチ３６が閉じられており、バッテリー３４から直流電流が、リレー接点２８ｂ、センサスイッチ３６を介して電磁ブレーキ３０に供給される。これによって、電磁ブレーキ３０には直流電流が流れ続け、非作動状態を維持する。同時にバッテリー３４からリレー接点２８ｂ、センサスイッチ３６を介して、直流モータ１０のブラシ１４に電流が供給される。ブラシ１４と整流子１２とが接触しているので、直流モータ１０が回転を始める。
【００４１】
直流モータ１０の回転によってブレードがフェザーリング位置まで回転すると、センサスイッチ３６が開放され、直流モータ１０と電磁ブレーキ３０とへの電流供給が停止され、直流モータ１０が停止した上に、電磁ブレーキ３０がブレーキ動作を開始する。従って、ブレードはフェザーリング位置で停止した状態を維持する。
【００４２】
交流電源２０が復旧して、交流電圧の発生を再開すると、ＡＣ／ＤＣコンバータ２６、３２が直流電圧を発生し、上述したのと同様にソレノイド１６に電流が流れ、ブラシ１４と整流子１２とが離間されると共に、ブレーキ３０が非作動状態になり、交流モータ８が回転可能な状態となる。また、リレー接点２８ｂが開放されて、バッテリー３４から直流電流はブラシ１４に供給されない。
【００４３】
上記の実施の形態では、ブラシ１４を整流子１２に対して進退可能に設けたが、逆に整流子１２をブラシ１４に対して進退可能に設けることもできる。
【００４４】
上記の実施の形態では、交流モータ８と直流モータ１０のロータ８Ｒと１０Rとを出力軸２に設けたが、例えば交流モータ８のロータ８Ｒを交流モータ８専用の出力軸に設け、直流モータ１０のロータ１０Ｒを直流モータ１０専用の出力軸に設け、２つの出力軸を連結し、この連結したものをブレードに結合することもできる。また、交流モータ８をサーボモータとし、ロータ８Ｒを永久磁石としてもよい。
【００４５】
また、上記の実施の形態では、リレー駆動部２８ｄは、ＡＣ／ＤＣコンバータ２６の出力側に設けたが、リレー駆動部２８ｄを交流電流が流れたときに動作するものに変更すれば、交流電源２０から交流電流が流れるようにＡＣ／ＤＣコンバータ２６の入力側に設けることもできる。
【００４６】
上記の実施の形態では、電磁ブレーキ３０を設けたが、場合によっては除去することができる。
【００４７】
また、上記の実施の形態では、リレー駆動部２８ｄによってソレノイド２８ｂも駆動して、ブラシ１４への電流供給も制御したが、場合によってはリレー接点２８ｂを除去することもできる。また、上記の実施の形態では、センサスイッチ３６を設けたが、場合によっては除去することもできる。
【００４８】
また、上記の実施の形態では、バッテリー３４をＡＣ／ＤＣコンバータ３２によって充電できるように構成したが、予め充電されているバッテリーを使用する場合には、ＡＣ／ＤＣコンバータ３２を除去することもできる。
【００４９】
上記の実施の形態では、この発明による電動モータ駆動装置を風車のピッチ駆動装置に実施したが、風車のロータが風の正面を向くように風車のナセルを回転させるヨー駆動装置として使用することもできる。或いは、電動シャッターや電動扉を駆動するのにも、この電動モータ駆動装置を使用することもできる。この場合、センサスイッチ３６は、シャッターまたは扉が開位置または閉位置に到達したときに、開放されるように構成する。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の１実施形態の電動モータ駆動装置の部分省略従断面図である。
【図２】図１の電動モータ駆動装置のブロック図である。
【符号の説明】
【００５１】
２  出力軸
８  交流モータ
１０  直流モータ
１２  整流子
１４  ブラシ
２０  交流電源
２４  コントローラ（制御部）
３４  バッテリー（直流電源）
【図１】
2007295652.tif 000003
【図２】
2007295652.tif 000004