(57)【要約】【課題】  本発明は、交流モータを駆動し、制動時における余剰のエネルギーを電気エネルギーとして回生する機能を有するモータ駆動装置と、これらの交流モータおよびモータ駆動装置と、この交流モータによって駆動される発電機との全てまたは一部に所定の負荷試験の条件を設定する負荷試験支援装置と、その負荷試験を実現する負荷試験装置とに関し、回生の効率の向上に併せて、低廉化および小型化が図られることを目的とする。【解決手段】  交流電力を直流電力に変換する電力変換手段と、前記直流電力で交流モータを駆動するモータ駆動手段と、前記交流モータによって駆動され、発電を行う発電手段と、前記発電によって得られた電力を前記電力変換手段と前記モータ駆動手段との段間に回生する直流回生手段とを備えて構成される。【選択図】    図１
2007244022.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電力を直流電力に変換する電力変換手段と、
前記直流電力で交流モータを駆動するモータ駆動手段と、
前記交流モータによって駆動され、発電を行う発電手段と、
前記発電によって得られた電力を前記電力変換手段と前記モータ駆動手段との段間に回生する直流回生手段と
を備えたことを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載のモータ駆動装置において、
前記直流回生手段によって回生され、かつ前記モータ駆動手段によって消費されない余剰の電力を前記段間で蓄積する蓄電手段を備えた
ことを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のモータ駆動装置において、
前記電力変換手段は、
双方向電源装置として構成された
ことを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載のモータ駆動装置において、
前記モータ駆動手段は、
前記交流モータに供給される交流電力を前記交流モータによって所定の出力が得られる値に設定する
ことを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載のモータ駆動装置において、
前記発電手段は、
直流発電機として構成された
ことを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５の何れか１項に記載のモータ駆動装置と、
前記交流モータと、前記モータ駆動手段と、前記発電手段との全てまたは一部の負荷試験に適した値に、前記モータ駆動手段によって前記交流モータに供給される交流電力を設定する試験制御手段と
を備えたことを特徴とする負荷試験支援装置。
【請求項７】
請求項６に記載の負荷試験支援装置と、
前記交流モータと、前記モータ駆動手段と、前記発電手段との全てまたは一部の稼働の状況が所定の基準を満たすか否かを判別する判別手段と
を備えたことを特徴とする負荷試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電力を直流電力に変換し、その直流電力で交流モータを駆動すると共に、この交流モータの制動時における余剰のエネルギーをこれらの交流電力または直流電力の供給源に回生するモータ駆動回路と、上述した交流モータ、その交流モータを駆動するインバータおよびこのモータによって駆動される発電機との全てまたは一部に所望の負荷をかける負荷試験支援装置と、所定の負荷条件におけるこれらのモータインバータ、モータおよび発電機の何れかを試験する負荷試験装置とに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、軽量かつ小型であって安価に大電力を供給可能なバッテリが実用化されたために、例えば、自動車等の走行に必要な動力を得る内燃機関は、電気的に柔軟に駆動可能なモータで代替されつつある。
また、このようなモータが搭載された多くの装置では、そのモータの制動に際して不要となる余剰の回転エネルギーが電力源に回生されることによって、無用な熱エネルギーや電磁エネルギーの放射が抑制され、かつランニングコストの低減が図られる。
【０００３】
図４は、従来のモータ駆動装置の構成例を示す図である。
図において、回生電源回路５０の入力には、３相の交流電力が供給される。その回生電源回路５０の出力は、モータインバータ６０を介してモータ７０に接続される。モータ７０の監視出力は、モータインバータ６０の対応する制御端子に接続される。モータ７０の回転軸は、発電機８０に連結される。その発電機８０の出力は、電子負荷装置８１を介して昇圧インバータ８２の入力に接続される。この昇圧インバータ８２の出力は、上記３相の交流電力を供給に用いられる電源線に接続される。また、モータインバータ６０および電子負荷８１の制御端子には、駆動制御部８３の対応する出力が接続される。
【０００４】
回生電源回路５０には、制御部５１と、その制御部５１の配下で３相全波整流回路として稼働するトランジスタ５２-11、５２-12、５２-21、５２-22、５２-31、５２-32と、コンデンサ５３とが備えられる。さらに、回生電源回路５０には、ダイオード５４-11、５４-12、５４-21、５４-22、５４-31、５４-32が備えられ、これらのダイオード５４-11、５４-12、５４-21、５４-22、５４-31、５４-32のカソードおよびアノードは、それぞれトランジスタ５２-11、５２-12、５２-21、５２-22、５２-31、５２-32の個々のコレクタとエミッタとに接続される。
【０００５】
モータインバータ６０では、回生電源回路５０の陽極出力にトランジスタ６１-11 、６１-21、６１-31のコレクタが接続される。その回生電源回路５０の陰極出力には、トランジスタ６１-12 、６１-22、６１-32のエミッタが接続される。これらのトランジスタ６１-11 、６１-12 、６１-21、６１-22、６１-31、６１-32のベースには、制御部６２の対応する出力が接続される。トランジスタ６１-11 のエミッタおよびトランジスタ６１-12 のコレクタは、モータ７０の第一の入力端子に接続される。トランジスタ６１-21 のエミッタおよびトランジスタ６１-22 のコレクタは、モータ７０の第二の入力端子に接続される。トランジスタ６１-31 のエミッタおよびトランジスタ６１-32 のコレクタは、モータ７０の第三の入力端子に接続される。モータ７０の監視出力は、上述した制御部６２の制御入力に接続される。
【０００６】
このような構成のモータ駆動装置では、制御部５１は、上述した３相の交流電力に同期してトランジスタ５２-11、５２-12の対と、トランジスタ５２-21、５２-22の対と、トランジスタ５２-31、５２-32対との電流流通角を互いに１２０度ずつ異なる角度に設定する。したがって、これらのトランジスタ５２-11、５２-12、５２-21、５２-22、５２-31、５２-32は、３相全波整流回路として機能する。このような３相全波整流によって得られた直流電力は、コンデンサ５３によって平滑され、さらに、モータインバータ６０に供給される。
【０００７】
モータインバータ６０では、制御部６２は、モータ７０に内蔵されたレゾルバ（図示されない。）によって検出されたそのモータ７０の回転角を監視する。さらに、制御部６２は、駆動制御部８３によって与えられる指示と、この回転角とに基づいて、モータ７０が交流モータとして回転し続けるために好適な２つのトランジスタ（トランジスタ６１-11、６１-21、６１-31 の何れか１つと、トランジスタ６１-12 、６１-22、６１-32の何れか１つとから構成される。）のみを順次選択してオン状態に設定する。なお、上記駆動制御部８３によって与えられる指示には、例えば、モータ７０の回転数や過負荷の程度が含まれる。
【０００８】
発電機８０は、このようにしてモータインバータ６０によってモータ７０が駆動されることによって発電を行い、例えば、単相の交流電力を生成する。
また、駆動制御部８３は、既述の指示を出力しつつモータ７０が制動される期間を識別する。さらに、駆動制御部８３は、モータ７０の回転数が維持され、あるいはより高い値に変更される期間（以下、「非回生期間」という。）には、論理値が「１」である制御信号を出力する。電子負荷装置８１は、その論理値（＝１）の制御信号に応じて、発電機８０の出力を終端し、かつこの発電機８０によって生成された交流電力の昇圧インバータ８２に対する引き渡しを見合わせる。
【０００９】
しかし、モータ７０の回転数がより小さな値に変更される期間（以下、「回生期間」という。）には、駆動制御部８３は、上述した制御信号の論理値を「０」に設定する。電子負荷装置８１は、このような論理値（＝０）の制御信号に応じて、その発電機８０によって生成された交流電力を昇圧インバータ８２に引き渡す。昇圧インバータ８２は、このようにして引き渡された交流電力に、電圧、位相、相数その他の変換を施すことによってその交流電力と異なる交流電力（以下、「回生交流電力」という。）を生成する。さらに、昇圧インバータ８２は、既述の３相の交流電力の供給に用いられる電源源と、回生電源回路５０の出力との双方または一方に対して、その回生交流電力を回生する。
【００１０】
なお、回生電源回路５０の出力に対するこの回線交流電力の回生は、例えば、図４に点線や破線で示されるように、その回線交流電力の位相に応じて、ダイオード５４-11 、５４-21、５４-31の何れか１つと、ダイオード５４-12、５４-22、５４-32 の何れか１つとを介してコンデンサ５３との間に形成される電流の経路によって実現される。
すなわち、上述したモータ駆動装置では、モータ７０は、駆動制御部８３の配下で回生電源回路５０およびモータインバタ６０を介して駆動される。さらに、回生期間には、モータ７０の余剰の回転エネルギーは、既述の回生交流電力に変換されて回生される。
【００１１】
したがって、モータ７０の駆動が効率的に行われ、そのモータ７０だけではなく、モータインバータ６０やモータ７０の負荷試験のコストで低く抑えられる。
なお、本発明に関連した先行技術としては、例えば、後述する特許文献１に開示されるように、「駆動側テストプーリ２１と負荷側テストブリーと２２との間に巻回されたテストベルト２３が備えられ、無整流子モータよりなる負荷モータ４１がその負荷側テストプーリ２２に連結されると共に、この負荷モータ４１で発生した電力を取り出して負荷側電源ライン６４に返す電力回生コンバータ６９を有するベルト走行試験機」がある。
【特許文献１】特開平８−４３２５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、上述した従来例では、発電機８０によって生成された交流電力は、一旦直流電力に変換され、さらに、昇圧インバータ８２によって交流電力に変換されて回生されていた。したがって、回路規模が大きく、かつ回生の効率が必ずしも十分に高くはならなかった。
本発明は、回生の効率の向上に併せて、低廉化および小型化が図られるモータ駆動装置、負荷試験支援装置および負荷試験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】
【００１３】
請求項１に記載のモータ駆動装置では、電力変換手段は、交流電力を直流電力に変換する。モータ駆動手段は、前記直流電力で交流モータを駆動する。発電手段は、前記交流モータによって駆動され、発電を行う。直流回生手段は、前記発電によって得られた電力を前記電力変換手段と前記モータ駆動手段との段間に回生する。
すなわち、交流モータの回転数の低下に応じた余剰の回転エネルギーは、発電手段によって電力に変換された後に、従来例のように交流電力に変換されることなく直流電力のまま電力変換手段とモータ駆動手段との段間に回生される。
【００１４】
したがって、回生の効率が高められ、かつ構成の簡略化および信頼性の向上が図られる。
請求項２に記載のモータ駆動装置では、請求項１に記載のモータ駆動装置において、蓄電手段は、前記直流回生手段によって回生され、かつ前記モータ駆動手段によって消費されない余剰の電力を前記段間で蓄積する。
【００１５】
すなわち、交流モータの回転数が下げられることによって生じる余剰の回転エネルギーが広範に増減する場合であっても、その余剰の回転エネルギーは、既述の直流電力に変換されて蓄電手段に蓄積される。
したがって、交流モータの回転数が急激に大幅に低下しても、回生の効率が高く維持される。
【００１６】
請求項３に記載のモータ駆動装置では、請求項１または請求項２に記載のモータ駆動装置において、前記電力変換手段は、双方向電源装置として構成される。
すなわち、前記電力変換手段と前記モータ駆動手段との段間に直流回生手段によって回生された直流電力の内、交流モータのさらなる駆動に用いられない余剰分は、双方向電源装置に交流電力の供給源に対して回生される。
【００１７】
したがって、交流モータの回転数の変化に応じて急激かつ大幅に増加した余剰の回転エネルギーは、請求項２に記載のモータ駆動装置のように蓄電装置が備えられなくても、電力として安定に回生される。
請求項４に記載のモータ駆動装置では、請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載のモータ駆動装置において、前記モータ駆動手段は、前記交流モータに供給される交流電力を前記交流モータによって所定の出力が得られる値に設定する。
【００１８】
すなわち、交流モータの出力は、その交流モータの稼働や負荷の条件に適した値に設定される。
したがって、これらの稼働や負荷の条件が多様に変化する場合であっても、交流モータの駆動と、その交流モータの余剰の回転エネルギーの再利用とが可能となる。
請求項５に記載のモータ駆動装置では、請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載のモータ駆動装置において、前記発電手段は、直流発電機として構成される。
【００１９】
すなわち、交流モータの余剰の回転エネルギーは、発電手段によって直流電力に直接変換された後に、直流回生手段によって電力変換手段とモータ駆動手段との段間に回生される。
したがって、本発明にかかわるモータ駆動装置は、発電手段が直流発電機として構成される場合であっても、請求項１ないし請求項４に記載のモータ駆動装置と同様の作用効果が達成される。
【００２０】
請求項６に記載の付加試験支援装置では、請求項１ないし請求項５の何れか１項に記載のモータ駆動装置が備えられる。また、試験制御手段は、前記交流モータと、前記モータ駆動手段と、前記発電手段との全てまたは一部の負荷試験に適した値に、前記モータ駆動手段によって前記交流モータに供給される交流電力を設定する。
すなわち、交流モータは、上記負荷試験に適した交流電力で駆動される。
【００２１】
したがって、前記交流モータ、前記モータ駆動手段および前記発電手段の負荷試験の条件が精度よく安定に確保される。
請求項７に記載の負荷試験装置では、請求項６に記載の負荷試験支援装置が備えられる。また、判別手段は、前記交流モータと、前記モータ駆動手段と、前記発電手段との全てまたは一部の稼働の状況が所定の基準を満たすか否かを判別する。
【００２２】
すなわち、前記交流モータ、前記モータ駆動手段および前記発電手段の何れの負荷試験も、判別手段によって自動的に行われる。
したがって、本発明にかかわる負荷試験装置によって負荷試験が行われた交流モータ、モータ駆動手段および発電手段の何れかが備えられた装置やシステムでは、安価に性能や信頼性の向上が図られる。
【発明の効果】
【００２３】
上述したように本発明によれば、モータの回転数の減少時に応じた余剰の回転エネルギーは、従来例に比べて小規模なハードウエアにより直流電力として回生される。
したがって、本発明が適用された装置やシステムでは、このような余剰の回転エネルギーが熱その他のエネルギーとして無用に消費される場合に比べて、モータ駆動手段、交流モータおよび発電手段の稼働や試験の条件が損なわれることなく、ランニングコストが低く抑えられ、かつ信頼性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の第一の実施形態を示す図である。
本実施形態の構成の特徴は、図４に示す従来例との対比においては、昇圧コンバータ８２が備えられず、電子負荷装置８１に代えて昇圧コンバータ１０が備えられ、この昇圧コンバータ１０の出力が回生電源回路５０とモータインバータ６０との段間に接続された点にある。
【００２５】
昇圧コンバータ１０では、発電機８０の出力を終端するコンデンサ１１が初段に配置され、そのコンデンサ１１にはインダクタ１２の一方の端子が接続される。このインダクタ１２の他方の端子は、トランジスタ１３のコレクタとダイオード１４のアノードとに接続される。トランジスタ１３のベースには駆動制御部８３の出力が接続され、そのトランジスタ１３のエミッタは接地される。ダイオード１４のカソードはコンデンサ１５を介して接地され、かつ回生電源回路５０とモータインバータ６０との段間に接続される。
【００２６】
以下、図１を参照して本発明の第一の実施形態の動作を説明する。
本実施形態の特徴は、既述の非回生期間および回生期間に後述するように行われる昇圧インバータ１０の動作にある。なお、以下では、図４に示す従来例にも同様に備えられた各部の動作については、基本的に同じであるので、ここでは、その説明を省略する。
非回生期間には、駆動制御部８３は、従来例と同様に、論理値が「１」である制御信号を出力する。
【００２７】
昇圧コンバータ１０では、トランジスタ１３は、このような論理値（＝１）の制御信号に応じてオン状態となる。したがって、非回生期間に発電機８０によって生成された交流電力は、コンデンサ１１だけではなく、縦続接続されたインダクタ１２およびトランジスタ１３によっても終端されるため、ダイオード１４には伝達されない。
また、回生期間には、駆動制御部８３は、従来例と同様に、上述した制御信号の論理値を「０」に設定する。
【００２８】
昇圧コンバータ１０では、トランジスタ１３は、その論理値（＝０）の制御信号に応じてオフ状態となる。したがって、回生期間に発電機８０によって生成された交流電力は、ダイオード１４によって整流され、かつコンデンサ１５によって平滑されることによって、所定の電圧の直流電力に変換される。また、昇圧コンバータ１０は、発電機８０によって生成される交流電力の電圧に対して好適な緒元および方式の回路として予め構成される。
【００２９】
したがって、昇圧コンバータ１０によって出力される直流電力の電圧は、非回生期間における既述の回生電源回路５０とモータインバータ６０との段間の電位より高い電圧でその段間に回生される。
すなわち、モータ７０の回転数の低下に応じたそのモータ７０の回転エネルギーの余剰分は、発電機８０によって交流電力に変換された後に、昇圧コンバータ１０によって回生電源回路５０とモータインバータ６０との段間に直流電力として直接回生される。
【００３０】
このように本実施形態によれば、図４に示す昇圧インバータ８２が備えられることなく構成されることによって、従来例に比べて、回生の効率が高められ、かつ回路規模の削減および信頼性の向上が図られる。
なお、本実施形態では、モータ７０の回転数が急激に下げられることによって生じる大量の余剰の電力が確実に回生され、かつ再利用されることが要求される場合には、例えば、コンデンサ５３の静電容量が予め十分に大きく設定され、あるいはそのコンデンサ５３に並列に接続されたバッテリが設けられてもよい。
【００３１】
図２は、本発明の第二の実施形態を示す図である。
本実施形態と上述した第一の実施形態との構成の相違は、回生電源回路５０に代えて、双方向電源回路３０が備えられた点にある。
以下、図２を参照して本発明の第二の実施形態の動作を説明する。
双方向電源回路３０は、図１に示す回生電源回路５０と同様に、３相の交流電力を直流電力に変換してモータインバータ６０に引き渡す。しかし、そのモータインバータ６０によって消費されない余剰の直流電力については、双方向電源回路３０は、反対に、３相の交流電力に変換することによって、既述の電源線に回生する。
【００３２】
したがって、本実施形態によれば、既述の通りにコンデンサ５３の静電容量が予め十分に大きく設定され、あるいはそのコンデンサ５３に並列にバッテリが付加されなくても、従来例と同様に、３相の交流電力を供給する電源線に対する回生が実現される。
なお、上述した第一および第二の実施形態では、非回生期間におけるモータ７０の回転数が規定の値に維持されている。
【００３３】
しかし、このような構成に限定されず、例えば、非回生期間にモータ７０の回転数が段階的に大きな値に更新される場合であっても、本発明は適用可能である。
図３は、本発明の第三の実施形態を示す図である。
本実施形態と既述の第一の実施形態との構成の相違は、駆動制御部８３と連係する試験制御部４０が備えられ、その試験制御部４０には、モータインバータ６０に付加された図示されない付加回路と、モータ７０および発電機８０に付加されたセンサー（何れも図示されない。）との出力が接続された点にある。
【００３４】
以下、図１を参照して本発明の第三の実施形態の動作を説明する。
モータインバータ６０に付加された付加回路は、例えば、そのモータインバータ６０が３本の電力線を介してそれぞれモータ７０に電力として供給される電流の振幅、位相および波形と、これらの３本の電力線を介してそれぞれモータ７０に印加される電圧の振幅および波形を検出する。
【００３５】
モータ７０に付加されたセンサーは、例えば、そのモータ７０の回転数に併せて、このモータ７０で発生する熱、振動、音、電磁妨害雑音等を検出する。
発電機８０に付加されたセンサーは、例えば、その発電機８０の回転数および起電力に併せて、この発電機８０で発生する熱、振動、音、電磁妨害雑音等を検出する。
試験制御部４０は、モータインバータ６０、モータ７０および発電機８０の全てまたは一部の負荷試験が行われるべき条件およびスケジュールに基づいて駆動制御部８３と連係することによって、モータインバータ６０を介してモータ７０を駆動する。
【００３６】
さらに、試験制御部４０は、上述した条件およびスケジュールに基づいてモータ７０が駆動される過程で上述した付加回路やセンサによって検出された個々の項目の記録や監視を行い、これらの項目の組み合わせや変化の過程が規定の基準を満たすか否かの判別を行うと共に、個々の判別の結果を出力する。
また、モータ７０は所望の条件やスケジュールに基づいて駆動され、そのモータ７０の回転数の低下に応じて生じる余剰の回転エネルギーが熱や雑音として外部に放射されることが抑制される。
【００３７】
したがって、本実施形態によれば、モータインバータ６０、モータ７０および発電機８０の何れの負荷試験も、安価に精度よく実現される。
なお、本実施形態では、モータインバータ６０の前段に回生電源回路５０が配置されている。
しかし、このような回生電源回路５０は、例えば、既述の第二の実施形態と同様に、双方向電源回路３０で代替されてもよい。
【００３８】
また、本実施形態では、上述した付加回路やセンサによって検出され、かつ試験制御部４０によって記録、監視および判別が行われる項目は、既述の項目に限定されず、如何なる項目であってもよい。
さらに、上述した各実施形態では、単相の交流発電機である発電機８０がモータ７０によって駆動されている。
【００３９】
しかし、本発明はこのような構成に限定されず、発電機８０は、３相の交流発電機として構成されてもよい。
また、発電機８０は直流発電機として構成され、かつ昇圧コンバータ１０に代えて、例えば、回生電源回路５０（双方向電源回路３０）とモータインバータ６０との段間に対する回生が可能な電圧の直流電力を得る電圧変換回路が備えられてもよい。
【００４０】
さらに、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲において多様な実施形態が可能であり、かつ構成装置の全てまたは一部に如何なる改造が施されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第一の実施形態を示す図である。
【図２】本発明の第二の実施形態を示す図である。
【図３】本発明の第三の実施形態を示す図である。
【図４】従来のモータ駆動装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０  昇圧コンバータ
１１，１５，５３  コンデンサ
１２  インダクタ
１３，５２，６１  トランジスタ
１４，５４  ダイオード
３０  双方向電源回路
４０  試験制御部
５０  回生電源回路
５１，６２  制御部
６０  モータインバータ
７０  モータ
８０  発電機
８１  電子負荷
８２  昇圧インバータ
８３  駆動制御部
【図１】
2007244022.tif 000003
【図２】
2007244022.tif 000004
【図３】
2007244022.tif 000005
【図４】
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