(57)【要約】【課題】ピーク電力軽減のために蓄電器が使用されるモータ駆動装置において電源から供給される電力の総量をも低減する。【解決手段】モータ駆動装置１は、電源１４の交流と直流とを相互変換するＰＷＭコンバータ２と、ＰＷＭコンバータ２の直流と交流とを相互変換して該交流によりモータ８を駆動するＰＷＭインバータ３と、ＰＷＭコンバータ２とＰＷＭインバータ３との間に設けられ、モータ８を駆動し得る電力を蓄積し得る蓄電器４と、ＰＷＭコンバータ２のためのＰＷＭコンバータ用制御回路５とを備え、ＰＷＭコンバータ用制御回路５は、モータ８の加速制御期間にモータ８の必要電力に満たない電力をＰＷＭコンバータ２から供給しモータ８の必要電力からの不足分を蓄電器４から供給することでモータ８の減速制御期間開始時の蓄電器４の電圧を低下させ、減速制御期間中のモータ８による回生電力の少なくとも一部を蓄電器４に回収させるようＰＷＭ制御する。【選択図】図１
2012085512.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＷＭ制御により、電源の交流電力と直流電力との間の相互電力変換を行うＰＷＭコンバータと、
前記ＰＷＭコンバータが出力する直流電力と周波数可変の交流電力との間の相互電力変換を行って該周波数可変の交流電力によりモータを駆動するＰＷＭインバータと、
前記ＰＷＭコンバータと前記ＰＷＭインバータとの間に設けられ、モータを駆動し得る量の電力を蓄積し得る蓄電器と、
前記ＰＷＭコンバータをＰＷＭ制御するＰＷＭコンバータ用制御回路と、を具備し、
前記ＰＷＭコンバータ用制御回路は、モータの加速制御期間においてモータが必要とする電力に満たない電力を前記ＰＷＭコンバータから供給し、モータが必要とする電力の不足分を前記蓄電器から供給することによってモータの減速制御期間の開始時における前記蓄電器の電圧を低下させ、モータの減速制御期間中にモータにおいて発生する回生電力の少なくとも一部を前記蓄電器に回収させるよう前記ＰＷＭコンバータをＰＷＭ制御することを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項２】
前記ＰＷＭコンバータ用制御回路は、
モータの加速制御期間においては、前記蓄電器の電圧を低下させ、
モータの定速制御期間においては、前記電圧が低下した蓄電器の電圧を維持し、
モータの減速制御期間においては、電源から前記電圧が低下した蓄電器を充電させることなく、かつ、モータにおいて発生する回生電力を電源に戻すことなく、該回生電力の少なくとも一部を前記電圧が低下した蓄電器に回収させるよう制御する請求項１記載のモータ駆動装置。
【請求項３】
前記ＰＷＭコンバータ用制御回路は、モータの加速制御期間において、モータ出力に応じて前記ＰＷＭコンバータの出力電圧の制御目標値を除々に下げてＰＷＭ制御することにより、前記蓄電器の電圧を低下させる請求項２記載のモータ駆動装置。
【請求項４】
前記ＰＷＭコンバータ用制御回路は、モータの加速制御期間において、前記ＰＷＭコンバータの入力電流または入力電力を所定レベルに制限してＰＷＭ制御することにより、前記蓄電器の電圧を低下させる請求項２記載のモータ駆動装置。
【請求項５】
前記ＰＷＭコンバータ用制御回路は、モータの定速制御期間において、前記ＰＷＭコンバータの出力電圧の制御目標値を維持すべき蓄電器の電圧に設定してＰＷＭ制御することにより、前記蓄電器の電圧を維持する請求項２記載のモータ駆動装置。
【請求項６】
前記ＰＷＭコンバータ用制御回路は、モータの定速制御期間において、前記ＰＷＭコンバータの入力電流または入力電力を定速制御期間におけるモータ出力に応じたレベルに制限してＰＷＭ制御することにより、前記蓄電器の電圧を維持する請求項２記載のモータ駆動装置。
【請求項７】
前記ＰＷＭコンバータ用制御回路は、モータの減速期間において、モータ出力に応じて前記ＰＷＭコンバータの出力電圧の制御目標値を除々に上げてＰＷＭ制御することにより、電源から前記電圧が低下した蓄電器を充電することなく、かつ、モータにおいて発生する回生電力を電源に戻すことなく、該回生電力の少なくとも一部を前記電圧が低下した蓄電器に回収させる請求項２記載のモータ駆動装置。
【請求項８】
前記ＰＷＭコンバータ用制御回路は、モータの減速期間において、前記ＰＷＭコンバータの入力電流または入力電力の上限値および下限値をゼロに設定してＰＷＭ制御することにより、電源から前記電圧が低下した蓄電器を充電することなく、かつ、モータにおいて発生する回生電力を電源に戻すことなく、該回生電力の少なくとも一部を前記電圧が低下した蓄電器に回収させる請求項２記載のモータ駆動装置。
【請求項９】
前記ＰＷＭコンバータ用制御回路は、モータの減速期間において、前記ＰＷＭコンバータに対するＰＷＭ制御を停止することにより、電源から前記電圧が低下した蓄電器を充電することなく、かつ、モータにおいて発生する回生電力を電源に戻すことなく、該回生電力の少なくとも一部を前記電圧が低下した蓄電器に回収させる請求項２記載のモータ駆動装置。
【請求項１０】
モータの減速期間中において前記ＰＷＭコンバータの出力電圧が所定値を超えたとき、前記蓄電器に蓄積されている電力の一部を抵抗放電する抵抗放電手段をさらに具備する請求項１〜９のいずれか１項記載のモータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電源設備容量を低減するために蓄電器を用いたモータ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械や産業機械、ロボット等を駆動するモータ駆動装置において、入力交流電力を直流電力に変換するコンバータに、パワー半導体素子のＰＷＭスイッチング動作により、力率がほぼ１で、ＤＣリンク電圧を入力電圧波高値以上の所望の電圧に昇圧制御できるＰＷＭコンバータが広く採用されている。
【０００３】
特許文献１（特開２０００−２３６６７９）には、ＰＷＭコンバータの出力部に蓄電器を接続し、ＰＷＭコンバータは入力電流を制限するように動作させ、モータ駆動電力源に蓄電器をバッファーとして用いることで、モータ加速時に電源から供給される電力ピーク、及び、モータ減速時に電源に戻される回生電力ピークを抑制する手法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２３６６７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された手法によれば、蓄電器のバッファー機能により電力のピークは抑制される。しかしながら蓄電器の電圧は常に一定になるように制御されるので、モータ減速時に発生する回生電力は、結局、電源側へ戻されるかまたはそれができないときは抵抗で消費され、蓄電器に蓄えられて再利用されることはない。したがって、この手法によっても、モータの加速時および定速運転時に電源側から供給すべき電力の総量は、蓄電器を使用しない場合と比べて減少しない。そのため、電源容量に対する要件が大きく緩和されない、という問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、蓄電器が使用されるモータ駆動装置において、電力のピーク値だけでなく電源から供給される電力の総量をも低減することで電源容量に対する要件をさらに緩和することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を実現するために、本発明によれば、ＰＷＭ（パルス幅変調）制御により、電源の交流電力と直流電力との間の相互電力変換を行うＰＷＭコンバータと、前記ＰＷＭコンバータが出力する直流電力と周波数可変の交流電力との間の相互電力変換を行って該周波数可変の交流電力によりモータを駆動するＰＷＭインバータと、前記ＰＷＭコンバータと前記ＰＷＭインバータとの間に設けられ、モータを駆動し得る量の電力を蓄積し得る蓄電器と、ＰＷＭコンバータをＰＷＭ制御するＰＷＭコンバータ用制御回路と、を具備し、ＰＷＭコンバータ用制御回路は、モータの加速制御期間においてモータが必要とする電力に満たない電力をＰＷＭコンバータから供給し、モータが必要とする電力から不足する分を蓄電器から供給することによってモータの減速制御期間の開始時における蓄電器の電圧を低下させ、減速制御期間中にモータにおいて発生する回生電力の少なくとも一部を蓄電器に回収させるようＰＷＭ制御する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、減速制御期間中にモータにおいて発生する回生電力を蓄電器に回収させ、次の制御サイクルで再利用することにより、電源から供給される電力の総量を減らすことができ、電源容量に対する要件を緩和することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明が適用されるモータ駆動装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態を説明するための概略波形図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における制御の概要を説明するための概略波形図である。
【図４】本発明の第２の実施形態における制御の概要を説明するための概略波形図である。
【図５】本発明の第２の実施形態を説明するための概略波形図である。
【図６】抵抗放電手段の追加を示すブロック図である。
【図７】本発明の第３の実施形態を説明するための概略波形図である。
【図８】本発明の第４の実施形態を説明するための概略波形図である。
【図９】本発明の第５の実施形態における制御を示す状態遷移図である。
【図１０】図９で用いられている電圧値の大小関係を示す図である。
【図１１】本発明の第５の実施形態を説明するための概略波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は本発明が適用されるモータ駆動装置１の一例の構成を示すブロック図である。図１において、モータ駆動装置１は、ＡＣリアクトル１３を介して電源１４から供給される三相交流電力と直流電力との間の相互電力変換を行うＰＷＭコンバータ２と、直流電力と周波数可変の三相交流電力との間の相互電力変換を行ってこの周波数可変の三相交流電力によりモータ８を駆動するＰＷＭインバータ３と、ＰＷＭコンバータ２とＰＷＭインバータ３との間に設けられ、モータ８を駆動し得る量の電力を蓄積し得る蓄電器４とを備えている。蓄電器４としては、例えば、電解コンデンサ、電気２重層キャパシタ、大容量蓄電デバイスなどが使用可能である。
【００１１】
ＰＷＭコンバータ２は、ＡＣリアクトル１３と共働して三相交流の昇圧スイッチングを行って直流に変換するパワー素子群２０と、変換された直流の平滑化を行う平滑コンデンサ９と、パワー素子群２０のスイッチングの制御を行うＰＷＭコンバータ用制御回路５とを備えている。また、ＰＷＭコンバータ用制御回路５は、後述するようにＰＷＭコンバータ２の出力電圧の制御目標値を調整する。ＰＷＭコンバータ用制御回路５により調整されるＰＷＭコンバータ２の出力電圧の制御目標値に追従して、ＰＷＭコンバータ２の実際の出力電圧が変動し、したがってＤＣリンク電圧（蓄電器４の電圧）が変動する。ＰＷＭコンバータ用制御回路５は、ライン１０を経て供給されるＤＣリンク電圧（蓄電器４の電圧）の検出値すなわちＰＷＭコンバータ２の出力電圧の検出値とその制御目標値からの偏差、ライン１１を経て供給される入力電圧の検出値、およびライン１２を経て供給される入力電流の検出値に基づいてＰＷＭ信号を生成してパワー素子群２０をスイッチングする。これにより、力行時には電源１４からの三相交流がその電圧波高値よりも高い所望の電圧の直流に変換され、回生時にはモータ８において発生しインバータ３において直流に変換され平滑コンデンサ１９で平滑化された回生電力が三相交流に変換されて電源１４へ回生される。
【００１２】
ＰＷＭインバータ３もその内部のパワー素子群のスイッチングの制御を行うＰＷＭインバータ用制御回路６を備えている。コントローラ７は、これらＰＷＭコンバータ用制御回路５およびＰＷＭインバータ用制御回路６を統括制御する。
【００１３】
電源投入時等で、蓄電器４を電源電圧波高値まで充電するのに、ＰＷＭコンバータ２内部の初期充電回路を使用しても良いし、外部充電回路を使用しても良い。その後、蓄電器４は、運転開始前までに、ＰＷＭコンバータ用制御回路５の制御によりＰＷＭコンバータ２の出力電圧の制御目標値まで充電される。
【００１４】
図２は本発明の第１の実施形態におけるＰＷＭコンバータの制御の概要を説明するための図である。図２において、（ａ）欄のモータ出力はモータ８が必要とする電力またはモータから回生される電力に相当する。モータ出力の値は、ライン１５を経て供給されるＰＷＭインバータ３に対する入力の検出値から計算されるモータ出力情報、ＰＷＭインバータ３内で計算されるモータ出力情報、または上位コントローラ７内で計算されるモータ出力情報から得ることができる。
【００１５】
コントローラ７による加速制御時には、モータ出力が示すモータ８が必要とする電力のうち或る値以上が蓄電器４から供給されるように、ＰＷＭコンバータ用制御回路５は、モータ出力が或る値以上になったことを検知したら、モータ出力に応じて（ｂ）欄に示すようにＰＷＭコンバータ２の出力電圧の制御目標値を除々に下げる。このようにＰＷＭコンバータ２の出力電圧の制御目標値を除々に下げることにより、それに追従して蓄電器４の電圧は徐々に低下する。これにより加速制御時に電源１４から供給される電力はモータ８が必要とする電力よりも低い値に制限され、モータ８が必要とする電力の不足分は蓄電器４から供給されるようになる。コントローラ７の制御によりモータ８に対して低負荷である定速制御に移行したら、ＰＷＭコンバータ用制御回路５は、その時のＰＷＭコンバータ２の出力電圧の制御目標値を維持する。このようにＰＷＭコンバータ２の出力電圧の制御目標値を維持することにより、蓄電器４の電圧は維持される。これによりモータ８が必要とする電力はすべて電源１４から供給されるようになる。コントローラ７の制御により減速制御に移行したら、ＰＷＭコンバータ用制御回路５は、（ａ）欄のモータ出力が示すモータ８から回生される電力に応じてＰＷＭコンバータ２の出力電圧の制御目標値を除々に上げる。このようにＰＷＭコンバータ２の出力電圧の制御目標値を除々に上げることにより、それに追従して蓄電器４の電圧は徐々に上昇する。これにより、蓄電器４は電源１４から充電されず、また、モータ８からの回生電力はすべて電源１４側に回生されることなく蓄電器４に回収され、次の制御サイクルにおいて再利用することができる。
【００１６】
上記のようにＰＷＭコンバータ用制御回路５がモータ出力に応じてＰＷＭコンバータ２の出力電圧の制御目標値を変更することにより、モータ８の加速時に電源１４側から供給すべき電力が減少し、電源容量に対する要件を緩和することができる。
【００１７】
本実施形態における各所の波形の概略の一例を図３に示す。図３において、Ｔ０−Ｔ１の期間にはモータが停止中であり、ＰＷＭコンバータ２においてＤＣリンク電圧（蓄電器４の電圧）（（ｅ）欄）を入力電圧波高値よりも高い一定値に維持している。時刻Ｔ１においてコントローラ７の制御によりモータの加速が開始され、モータ出力（（ａ）欄）が所定値に達する時刻Ｔ２まではＰＷＭコンバータ用制御回路５はＰＭＷコンバータ２の出力電圧の制御目標値を一定に維持するので（（ｂ）欄）、ＤＣリンク電圧（蓄電器４）の電圧は変化せず（（ｅ）欄）、モータ８を駆動するための電力はすべて電源１４から供給される。時刻Ｔ２から定速制御期間が始まる時刻Ｔ３まではＰＷＭコンバータ用制御回路５はモータ出力に応じてＰＭＷコンバータ２の出力電圧の制御目標値を除々に下げるので（（ｂ）欄）、蓄電器４が放電し蓄電器４の電圧も低下する（（ｅ）欄）。このとき蓄電器４からの電力が電源１４からの電力を補う形となり、電源１４からの電流（電源出力（（ｃ）欄））が一定に維持される。Ｔ３−Ｔ４の定速制御期間中は、ＰＷＭコンバータ用制御回路５はＰＭＷコンバータ２の出力電圧の制御目標値を一定に維持するので（（ｂ）欄）、モータ出力に見合った電力が電源１４から供給されることになる。コントローラ７の制御により時刻Ｔ４で減速制御が始まると、ＰＷＭコンバータ用制御回路５は、モータ出力に応じてＰＭＷコンバータ２の出力電圧の制御目標値を上昇させ（（ｂ）欄）、これによりモータ８で発生する回生電力が蓄電器４に回収される。このようにＰＷＭコンバータ用制御回路５によりＰＭＷコンバータ２の出力電圧の制御目標値は回生電力の発生に応じて上昇させられるので、電源１４への回生電力の戻りは実質的にゼロになり、電源１４から蓄電器４へ充電されることもない。
【００１８】
なお、減速制御中に回生電力の量が想定されている量よりも多くてＰＭＷコンバータ２の出力電圧の制御目標値が高くなり過ぎる場合には、例えば、ＰＷＭコンバータ用制御回路５はＰＭＷコンバータ２の出力電圧の制御目標値が運転前の初期値に達した時点でその値を維持してＰＷＭ制御することでその後発生する回生電力を電源１４側に戻すようにしても良い。
【００１９】
逆に、回生電力量が不足して減速制御の終了時のＰＭＷコンバータ２の出力電圧の制御目標値が運転前の初期値に達しない場合には、ＰＭＷコンバータ用制御回路５は、例えば、ＰＷＭコンバータ用制御回路５運転停止中にＰＭＷコンバータ２の出力電圧の制御目標値を除々に上げてＰＷＭ制御をすることにより初期値に戻すようにすれば良い。
【００２０】
これらの場合に、使用される電源１４の能力を考慮して、ＰＭＷコンバータ用制御回路５は、ＰＭＷコンバータ２の出力電圧の制御目標値の増減の時間的な割合であるいわゆる「傾き」を調整するのが望ましい。また、後述する入力電流の制限機能を使用して電源１４の側へ回生される電流および電源側１４の側から供給される電流を制限しても良い。
【００２１】
図１のＰＷＭコンバータ用制御回路５は、ライン１０を経て検出されるＰＷＭコンバータ２の出力電圧とその制御目標値との偏差に基づいて決定されたＰＷＭコンバータ２に対する入力電流の指令値が、入力電流の制限値を超えているとき、この制限値を入力電流の指令値としてパワー素子群２０のスイッチング動作に用いられるＰＷＭ信号を生成することにより、ＤＣリンク電圧（蓄電器４の電圧）の、ＰＷＭコンバータ２の出力電圧の制御目標値からの偏差にかかわらず入力電流を一定の範囲内に制限する機能を備えている。本発明の第２の実施形態では、図４に示すように、モータ８の加速制御時、定速制御時および減速制御時にそれぞれ適切な入力電流制限値をＰＷＭコンバータ用制御回路５が設定することにより、第１の実施形態と同様な結果を得る。図４において、ＰＷＭコンバータ用制御回路５は、モータ８の加速時に必要な電力のうち電源１４から供給する電力の上限値を定め、これに対応する電流値を停止時および加速時の入力電流の上限値とする。ＰＷＭコンバータ用制御回路５は、モータ８の定速時にはそのときのモータ出力に対応する電流値を上限値とする。ＰＷＭコンバータ用制御回路５は、モータ８の減速時には入力電流の上限値および下限値を共にゼロとする。
【００２２】
本実施形態における各所の波形の概略の一例を図５に示す。図５において、Ｔ０−Ｔ１の期間にはモータが停止中であり、ＰＷＭコンバータ用制御回路５はＰＷＭコンバータ２の出力電圧を入力電圧波高値よりも高い制御目標値に追従するようにＰＷＭ制御している。コントローラ７の制御により時刻Ｔ１においてモータの加速が開始され、時刻Ｔ２まではモータ出力が低くて電源電流が入力電流制限値以下であるのでモータ８を駆動するための電力はすべて電源１４から供給される。Ｔ２−Ｔ３の期間では入力電流がその上限値に制限されるのでモータ８が必要とする電力の不足分の電力は蓄電器４から供給され、ＤＣリンク電圧（蓄電器４の電圧）は除々に低下する。Ｔ３−Ｔ４の定速制御期間では、ＰＷＭコンバータ用制御回路５は入力電力制限値をモータ出力に対応する値に設定するので、モータ８へは電源１４のみから電力供給され、蓄電器４は充電も放電もされずにＤＣリンク電圧（蓄電器４の電圧）は一定に保たれる。時刻Ｔ４で減速制御期間が始まるとＰＷＭコンバータ用制御回路５は入力電流制限値を上限・下限ともにゼロに設定するので回生電力はすべて蓄電器４に回収され、ＤＣリンク電圧（蓄電器４の電圧）は上昇する。
【００２３】
第２の実施形態においても、回生電力の量が想定されている量よりも多くてＤＣリンク電圧（蓄電器４の電圧）が高くなり過ぎる場合がある。その場合には、例えばモータ８の減速制御期間中であってもＰＷＭコンバータ用制御回路５はＤＣリンク電圧（蓄電器４の電圧）がＰＷＭコンバータ２の出力電圧の制御目標値に達した時点で入力電流制限値を停止時の値に変更してＰＷＭ制御をすることで電源１４側に回生するようにしても良い。
【００２４】
モータ８の加速制御時の入力電流制限値については、例えば、モータ駆動装置１が設置された場所の電源設備容量、モータの出力パターン、および蓄電器の容量に応じて決定され、ＰＷＭコンバータ用制御回路５の設定スイッチにより、またはＰＷＭコンバータ用制御回路５の上位にあるコントローラ７のパラメータなどにより設定することができる。例えば、電源設備が許容しうる電力を電流値に換算したものを入力電流制限値として設定したり、モータ運転時の最大出力に対してその半分のワット数を電流値に換算したものを入力電流制限値として設定するなどがある。また、ＤＣリンク電圧（蓄電器４の電圧）が入力電圧波高値まで低下しないように、蓄電器４の容量も考慮して入力電流制限値を決定する。入力電流を制限する代わりに、入力電力を制限しても良い。入力電力はライン１１を経て供給されるモータ駆動装置１に対する入力電圧の検出値およびライン１２を経て供給されるＰＷＭコンバータ２への入力電流の検出値から算出される。
【００２５】
図６に示すように、抵抗１６とスイッチ１７との直列接続を蓄電器４に並列に設け、ＰＷＭコンバータ用制御回路５はＤＣリンク電圧（蓄電器４の電圧）が第１の閾値を超えたらスイッチ１７をオンに制御して回生電力を抵抗１６で消費させ、ＰＷＭコンバータ用制御回路５はＤＣリンク電圧（蓄電器４の電圧）が第１の閾値より低い第２の閾値以下になったらスイッチ１７をオフに制御し、その後も第１の閾値を超えればスイッチ１７を再度オンにする制御を繰り返すようにしても良い。
【００２６】
図７は本発明の第３の実施形態におけるＰＷＭコンバータの制御を説明するそのための概略波形図である。第３の実施形態では、モータの運転状態に関わらず、蓄電器電圧が充電レベルを下回った場合のみ、電源より電流を制限して、蓄電器を充電させる。以下に、詳細を記す。
【００２７】
ＰＷＭコンバータ用制御回路５において電源電流（電源出力）の上限をゼロに設定してコントローラ７により時刻Ｔ１で加速制御を開始すると、モータ８へは蓄電器４のみから電力が供給される。ＰＷＭコンバータ用制御回路５は、時刻Ｔ２でＤＣリンク電圧（蓄電器４の電圧）が充電レベルまで低下したらこの充電レベルをＰＷＭコンバータ２の出力電圧の制御目標値に設定して、入力電流の上限値をゼロでない所定の値に設定する。この上限値は定速制御に必要な電流値を超えているが、この時点での加速制御に必要な電流値以下である。したがって、加速制御の後半では電流の不足分については、蓄電器４から電力がモータ８に供給されてＤＣリンク電圧（蓄電器４の電圧）はさらに低下することになる。
【００２８】
定速制御に移行する時刻Ｔ３から、モータ出力は電流制限値より小さくなるので、その差分で蓄電器４の充電が開始され、減速制御に移行する時刻Ｔ４までにはＤＣリンク電圧（蓄電器４の電圧）は充電レベルまで回復する。ＰＷＭコンバータ用制御回路５は、充電レベルまでＤＣリンク電圧（蓄電器４の電圧）が回復したことを検知したならば、入力電流の上限値をゼロに設定する。
【００２９】
コントローラ７による時刻Ｔ４からの減速制御時にはＰＷＭコンバータ用制御回路５により入力電流の上限値および下限値がゼロに設定されるので電源１４からの充電および電源への回生は行なわれず、モータ８で発生する回生電力はすべて蓄電器４に蓄電される。ＰＷＭコンバータ用制御回路５は、ＤＣリンク電圧（蓄電器４の電圧）が充電レベルよりも高い回生レベルに達したことを検知したら入力電流の下限値を変更し、電源へ回生されるようにしても良い。
【００３０】
図８は本発明の第４の実施形態におけるＰＷＭコンバータの制御を説明するための概略波形図である。図８において、Ｔ０−Ｔ１のモータ停止中には、ＰＷコンバータ用制御回路５は、ＰＷＭコンバータ２の出力電圧を入力電圧波高値より高い第２の電圧になるように制御する。コントローラ7の制御により時刻Ｔ１でモータ８の加速が開始され、モータ出力が上昇して電源電流（電源出力）が正側の制限値に達する時刻Ｔ２まではモータ８で必要な電力はすべて電源１４から供給される。時刻Ｔ２で電源電流（電源出力）が制限値に達するとそれ以上の電力は蓄電器４から供給され、それに伴ってＤＣリンク電圧（蓄電器４の電圧）が低下する。この時、ＰＷＭコンバータ用制御回路５は、ＤＣリンク電圧（蓄電器４の電圧）が第２の電圧よりも低い第１の電圧以下に低下したことを検知したならば、ＰＷＭコンバータ２の出力電圧の制御目標値を第１の値に変更する。コントローラ７により時刻Ｔ３で定速制御に移行すると、ＰＷＭコンバータ用制御回路５は、ＰＷＭコンバータ２の出力電圧の制御目標値を第２の電圧からそれよりも低い第１の電圧に変更する。この時に必要な電流は制限値以下であるので、電源１４からの電流はモータ８の駆動のためおよび蓄電器４を第１の電圧に維持するために使用される。コントローラ７により時刻Ｔ４で減速制御が開始されると、ＰＷＭコンバータ用制御回路５において入力電流の上限値および下限値がゼロに設定されるので電源１４からの充電および電源１４への回生は行なわれず、モータ８が発生する回生電力はすべて蓄電器４に蓄電される。ＰＷＭコンバータ用制御回路５は、ＤＣリンク電圧（蓄電器４の電圧）が第２の値に復帰したことを検知したならばＰＷＭコンバータ２の出力電圧の制御目標値および入力電流の制限値を初期値に戻し、その後発生する回生電力があれば、それは電源１４に回生する。
【００３１】
図９は本発明の第５の実施形態におけるＰＷＭコンバータの制御を示す状態遷移図であり、図１０は図９で用いられている電圧ＶＬ１，ＶＬ２，ＶＨ１，ＶＨ２および入力電圧波高値の大小関係を示している。また、図１１はこの制御を説明するための概略波形図である。
【００３２】
図９の状態１から制御が開始され、Ｔ０−Ｔ１におけるモータ停止中はＰＷＭコンバータ用制御回路５はＤＣリンク電圧（蓄電器４の電圧）をＶＨ２に制御する。コントローラ７により時刻Ｔ１でモータ８の加速制御が開始され、このときモータ出力が低くて電源電流（電源出力）が制限値以下なのでモータ８において必要な電力はすべて電源１４から供給される。このときＤＣリンク電圧（蓄電器４の電圧）はＶＨ２に制御される。モータ出力が上昇して電源１４からの供給電力が入力制限値以上になると入力電流が制限されるのでモータ８が必要とする電力の不足分は蓄電器４から供給され、ＤＣリンク電圧（蓄電器４の電圧）は低下する。ＤＣリンク電圧（蓄電器４の電圧）がＶＨ１以下になると状態２へ移行する。状態２では入力電流が制限されているのでＤＣリンク電圧（蓄電器４の電圧）の制御はオープンループとなりＤＣリンク電圧（蓄電器４の電圧）は低下する。ＤＣリンク電圧（蓄電器４の電圧）がＶＬ１以下になると状態３に移行し、ＶＬ１を維持するように制御され、必要な電力は電源１４から供給される。これと前後してモータ８の制御が定速制御に移行し、負荷は小さくなる。モータ８が減速を開始しＤＣリンク電圧（蓄電器４の電圧）が上昇してＶＬ２以上になったら状態４へ移行し、ＰＷＭコンバータ用制御回路５によるＰＷＭ制御はオフになる。これにより、電源１４から供給される電力および電源へ回生される電力はゼロとなり、減速制御中に発生する回生電力はすべて蓄電器４に回収される。ＤＣリンク電圧（蓄電器４の電圧）がＶＨ２以上になったら状態１へ戻り、ＰＷＭコンバータ用制御回路５によるＰＷＭコンバータ２の出力電圧の制御目標値をＶＨ２とするＰＷＭ制御が再開される。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、に適用することができる。特に、に適用することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１    モータ駆動装置
２    ＰＷＭコンバータ
３    ＰＷＭインバータ
４    蓄電器
５    ＰＷＭコンバータ用制御回路
６    ＰＷＭインバータ用制御回路
７    コントローラ
８    モータ
９    平滑コンデンサ
１０、１１、１２    ライン
１３    ＡＣリアクトル
１４    電源
１５    抵抗
１６    スイッチ
２０    パワー素子群
【図１】
2012085512.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年7月26日(2011.7.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＷＭ制御により、電源の交流電力と直流電力との間の相互電力変換を行うＰＷＭコンバータと、
前記ＰＷＭコンバータが出力する直流電力と周波数可変の交流電力との間の相互電力変換を行って該周波数可変の交流電力によりモータを駆動するＰＷＭインバータと、
前記ＰＷＭコンバータと前記ＰＷＭインバータとの間に設けられ、モータを駆動し得る量の電力を蓄積し得る蓄電器と、
前記ＰＷＭコンバータをＰＷＭ制御するＰＷＭコンバータ用制御回路と、を具備し、
前記ＰＷＭコンバータ用制御回路は、モータの加速制御期間においてモータが必要とする電力に満たない電力を前記ＰＷＭコンバータから供給し、モータが必要とする電力の不足分を前記蓄電器から供給することによってモータの減速制御期間の開始時における前記蓄電器の電圧を低下させ、モータの減速制御期間中にモータにおいて発生する回生電力の少なくとも一部を前記蓄電器に回収させるよう前記ＰＷＭコンバータをＰＷＭ制御することを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項２】
前記ＰＷＭコンバータ用制御回路は、
モータの加速制御期間においては、前記蓄電器の電圧を低下させ、
モータの定速制御期間においては、前記電圧が低下した蓄電器の電圧を維持し、
モータの減速制御期間においては、電源から前記電圧が低下した蓄電器を充電させることなく、該回生電力の少なくとも一部を前記電圧が低下した蓄電器に回収させるよう制御する請求項１記載のモータ駆動装置。
【請求項３】
前記ＰＷＭコンバータ用制御回路は、モータの加速制御期間において、モータ出力に応じて前記ＰＷＭコンバータの出力電圧の制御目標値を除々に下げてＰＷＭ制御することにより、前記蓄電器の電圧を低下させる請求項２記載のモータ駆動装置。
【請求項４】
前記ＰＷＭコンバータ用制御回路は、モータの加速制御期間において、前記ＰＷＭコンバータの入力電流または入力電力を所定レベルに制限してＰＷＭ制御することにより、前記蓄電器の電圧を低下させる請求項２記載のモータ駆動装置。
【請求項５】
前記ＰＷＭコンバータ用制御回路は、モータの定速制御期間において、前記ＰＷＭコンバータの出力電圧の制御目標値を維持すべき蓄電器の電圧に設定してＰＷＭ制御することにより、前記蓄電器の電圧を維持する請求項２記載のモータ駆動装置。
【請求項６】
前記ＰＷＭコンバータ用制御回路は、モータの定速制御期間において、前記ＰＷＭコンバータの入力電流または入力電力を定速制御期間におけるモータ出力に応じたレベルに制限してＰＷＭ制御することにより、前記蓄電器の電圧を維持する請求項２記載のモータ駆動装置。
【請求項７】
前記ＰＷＭコンバータ用制御回路は、モータの減速期間において、モータ出力に応じて前記ＰＷＭコンバータの出力電圧の制御目標値を除々に上げてＰＷＭ制御することにより、電源から前記電圧が低下した蓄電器を充電することなく、該回生電力の少なくとも一部を前記電圧が低下した蓄電器に回収させる請求項２記載のモータ駆動装置。
【請求項８】
前記ＰＷＭコンバータ用制御回路は、モータの減速期間において、前記ＰＷＭコンバータの入力電流または入力電力の上限値および下限値をゼロに設定してＰＷＭ制御することにより、電源から前記電圧が低下した蓄電器を充電することなく、該回生電力の少なくとも一部を前記電圧が低下した蓄電器に回収させる請求項２記載のモータ駆動装置。
【請求項９】
前記ＰＷＭコンバータ用制御回路は、モータの減速期間において、前記ＰＷＭコンバータに対するＰＷＭ制御を停止することにより、電源から前記電圧が低下した蓄電器を充電することなく、該回生電力の少なくとも一部を前記電圧が低下した蓄電器に回収させる請求項２記載のモータ駆動装置。
【請求項１０】
モータの減速期間中において前記ＰＷＭコンバータの出力電圧が所定値を超えたとき、前記蓄電器に蓄積されている電力の一部を抵抗放電する抵抗放電手段をさらに具備する請求項１〜９のいずれか１項記載のモータ駆動装置。