(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電可能な電源を少なくとも一つ含む複数の電源からなる直列回路と、
モータと、
ブリッジ部からなる電力変換部と、該電力変換部の入力端の一方又は両方に対応して設けられ、該電力変換部を上記直列回路の全体に結合するか、又は直列回路を構成する一部の電源に結合する切換回路と、該切換回路と前記直列回路との間に該直列回路を構成する各電源に対して並列に設けられた複数の平滑コンデンサとからなる、出力端が前記モータに結合された電力変換器と、を備え、
前記切換回路を、通常時は前記電力変換部を前記複数の電源からなる直列回路に結合する切換状態にし、回生時には前記電力変換部を前記直列回路を構成する充電可能な一部の電源に結合する切換状態にする構成としたことを特徴とする、モータ駆動用電力変換装置。
【請求項２】
切換回路を半導体素子により構成したことを特徴とする、請求項１記載のモータ駆動用電力変換装置。
【請求項３】
充電可能な電源を少なくとも一つ含む２個の電源からなる直列回路と、
前記直列回路を構成する各電源に対して並列に設けられた複数の平滑コンデンサと、
直流モータと、
前記各電源に対応して設けられた切換回路とを備え、
前記各切換回路は、それぞれ高速スイッチング可能な複数のスイッチング素子を直列接続してなり、更にその各スイッチング素子に対してそれぞれに流れる電流と逆方向の電流を許容するように並列に接続されたダイオードを有し、そのスイッチング素子からなる直流回路が対応する前記電源に並列に接続され、該スイッチング素子の接続点が前記直流モータの互いに異なる端子に接続され、
前記複数のスイッチング素子がチョッパ動作をする構成とされていることを特徴とする、モータ駆動用電力変換装置。
【請求項４】
充電可能な電源を少なくとも一つ含む３個の電源からなる直列回路と、
前記直列回路を構成する前記各電源に対して並列に設けられた複数の平滑コンデンサと、
前記各電源に対応して設けられた３個の第１切換回路と、
前記第１切換回路に接続された２個の第２切換回路と、
前記第２切換回路に接続された直流モータとを備え、
前記第１切換回路は、それぞれ複数のスイッチング素子を直列に接続してなり、更にその各スイッチング素子に対してそれぞれそれに流れる電流と逆方向の電流を許容するように並列に接続されたダイオードを有し、そのスイッチング素子からなる直列回路が対応する前記電源に並列に接続され、
前記第２切換回路は、それぞれ複数のスイッチング素子を直列に接続してなり、更にその各スイッチング素子に対してそれぞれそれに流れる電流と逆方向の電流を許容するように並列に接続されたダイオードを有し、
一方の第２切換回路のスイッチング素子からなる直列回路が、前記第１切換回路の第１番目のスイッチング素子の接続点と、該第１番目の第１切換回路に隣接する第２番目の第１切換回路のスイッチング素子の接続点との間に接続され、
他方の第２切換回路のスイッチング素子からなる直列回路が、前記第２切換回路の第２番目のスイッチング素子の接続点と、同じく第３番目のスイッチング素子の接続点との間に接続され、
前記各第２切換回路のスイッチング素子の接続点が上記直流モータの互いに異なる端子に接続され、
前記各第１切換回路と前記各第２切換回路の少なくとも一方の切換回路の各スイッチング素子が高速スイッチング可能な素子からなることを特徴とする、モータ駆動用電力変換装置。
【請求項５】
直流回路を構成する複数の電源のうちの１つが電気二重層コンデンサであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載のモータ駆動用電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、特に電気自動車、電気スクータ、電気自転車等の動力用モータを駆動するのに適したモータ駆動用電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車、電気スクータ、電気自転車用の動力用モータを駆動するモータ駆動用電力変換装置としては、電池及びコンデンサを直列接続し、この電池、コンデンサから電力変換回路（第１の電力変換器）を介してモータに力行電力を供給し、該モータからの回生電力を前記電力変換器及びこれとは別の電力変換器（第２の電力変換器）を介して前記コンデンサに蓄えるようにしたものがある。例えば特開平１０−８４６２８号公報、特開平１０−８４６０１号公報にはこの種のモータ駆動用電力変換装置が紹介されている。これらは本出願人によって開発された技術であるが、更に開発を進め多くの成果を収めている。図８はその最近の成果の一例であるモータ駆動用電力変換装置を示す。
【０００３】
同図において、２はモータ、４は出力端が該モータ２に結合された例えばインバータからなる電力変換器で、ブリッジ部６と、その入力端に並列に接続された平滑コンデンサ８からなる。ブリッジ部６は電圧変換を行うもので、電力変換器４の要部を成す。また、平滑コンデンサ８はブリッジ部６における高速スイッチングにより生じるリップルを吸収する。
【０００４】
１０１は第１の切換回路で、そのコモン端子が電力変換器４の入力端のマイナス端子に接続されている。１０２は第２の切換回路で、そのコモン端子が電力変換器４の入力端のプラス端子に接続されている。１２は充電可能な電池、１４はコンデンサで、該電池１２とコンデンサ１４とが直列に接続されている。具体的には、電池１２の陰極がコンデンサ１４のプラス側端子に接続されている。そして、コンデンサ１４のマイナス側端子は前記第１の切換回路１０１の切換端子Ａに接続され、前記電池１２の陽極は前記第２の切換回路１０２の切換端子Ｄに接続され、そして、第１の切換回路１０１の切換端子Ｂと第２の切換回路１０２の切換端子Ｃは共に前記電池１２とコンデンサ１４との接続点に接続されている。１６は該コンデンサ１４と並列に接続されたダイオードで、コンデンサ１４に加わる電圧が逆極性になることを阻んでその破損を防止する役割を果たす。
【０００５】
このようなモータ駆動用電力変換装置においては、通常時は第１の切換回路１０１を切換端子Ａ側に、第２の切換回路１０２を切換端子Ｄ側に切り換えた状態にする。すると、電池１２及びコンデンサ１４から電力変換部４を介してモータ２へ力行電力が供給される。また、回生時には第１の切換回路１０１を切換端子Ａ側に、第２の切換回路１０２を切換端子Ｃ側に切り換えた状態にする。すると、モータ２から回生電力が電力変換部４を介してコンデンサ１４に供給され、電力蓄積が為される。
【０００６】
また、回生状態が連続し、コンデンサ１４が満充電になると、第１の切換回路１０１を切換端子Ｂ側に切り換え、第２の切換回路１０２を切換端子Ｄ側に切り換える。すると、連続回生状態の継続によりモータ２側からの電力は電池１２に蓄積される状態になる。従って、コンデンサ１４の満充電後も電池１２に回生電力を蓄積できるので、モータ駆動用電力変換装置の回生電力の蓄積容量を増加させることができる。
勿論、この電池１２にのみ電力を回生するようにすることは必要不可欠ではない。このようにすれば、回生電力の蓄積容量を顕著に増加させることができるが、なくてもコンデンサ１４による回生電力の蓄積はできるからである。
【０００７】
このようなモータ駆動用電力変換装置によれば、モータ２の負荷変動に応じて、コンデンサ１４が短時間ながら大電力をモータ２に供給する機能を果たし、電池は小電力ながら長時間にわたって平均した電力をモータ２に供給する機能を果たす。これにより電池のピーク負荷を減らし、電池の寿命を延長すると共に、実質的に電力容量を拡大することができる。その点で優れていると言える。
【０００８】
しかしながら、上述したモータ駆動用電力変換装置には、切換回路１０１、１０２に対してプリチャージ回路を必要とし、そのプリチャージ回路を所定のシーケンスで動作させる必要がある。というのは、第１の切換回路１０１と第２の切換回路１０２により切換状態を瞬間的に変化させると、電力変換器４の入力端のリップル吸収用平滑コンデンサ８に蓄積された電荷による突入電流が切換回路１０１あるいは１０２に流れてこれを焼損させるからである。
【０００９】
そこで、実際には、図９に示すように第１及び第２の切換回路１０１、１０２が構成される。この図９に示すモータ駆動用電力変換装置においては、第１のスイッチ回路１０１の主たる電流経路ＭＡ、ＭＢ及び第２のスイッチ回路１０２の主たる電流経路ＭＣ、ＭＤの各スイッチをＩＧＢＴにより構成し、プリチャージ用電流経路ＰＡ、ＰＢ、ＰＣ、ＰＤの各スイッチをＦＥＴにより構成したものである。ＲＡ、ＲＢ、ＲＣ、ＲＤはプリチャージ抵抗である。
【００１０】
本実施例においては、ＭＡ、ＭＢ、ＭＣ、ＭＤの各スイッチがオフ状態であっても、ＭＡ、ＭＤの各スイッチを成すＩＧＢＴの寄生ダイオードにより電池１２及びコンデンサ１４への回生が可能である。
そして、ＭＡのスイッチをオン、ＭＢのスイッチをオフ、ＭＣのスイッチをオフ、ＭＤのスイッチをオンにすると電池１２とコンデンサ１４により力行する状態にすることができ、ＭＡのスイッチをオフ（オンでも良い。）、ＭＢのスイッチをオフ、ＭＣのスイッチをオン、ＭＤのスイッチをオフにすることによりコンデンサ１４だけへの回生をする状態にすることができ、ＭＡのスイッチをオフ、ＭＢのスイッチをオン、ＭＣのスイッチをオフ、ＭＤのスイッチをオフ（オンでも良い。）とすることにより電池だけへの回生が可能になる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したモータ駆動用電力変換装置によれば、各切換回路に突入電流が流れるのを防止するためプリチャージが必要なので、プリチャージ用のスイッチング素子、プリチャージ抵抗を必要とし、また、スイッチング素子を一定のシーケンスで動作させる必要があるので、そのシーケンス動作をさせる制御手段が必要となり、部品点数が多くなり、制御回路系を複雑にする必要があるという問題があった。
【００１２】
従って、本発明の目的は、モータ側からの回生電力の蓄積・力行電力の供給をする電源を切換回路により切り換えるようにしたモータ駆動用電力変換装置において、切換回路にプリチャージをする必要をなくすことにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するための手段として、請求項１記載の発明に係るモータ駆動用電力変換装置は、充電可能な電源を少なくとも一つ含む複数の電源からなる直列回路と；モータと；ブリッジ部からなる電力変換部と；この電力変換部の入力端の一方又は両方に対応して設けられ、該電力変換部を前記直列回路の全体に結合するか、又は直列回路を構成する一部の電源に結合する切換回路と；該切換回路と前記直列回路との間に前記直列回路を構成する各電源に対して並列に設けられた複数の平滑コンデンサとからなる、出力端が前記モータに結合された電力変換器とを備え；前記切換回路を、通常時は前記電力変換部を前記複数の電源からなる直列回路に結合する切換状態にし、回生時には前記電力変換部を前記直列回路を構成する充電可能な一部の電源に結合する切換状態にするようにしたことを特徴とする。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のモータ駆動用電力変換装置において、切換回路を半導体素子により構成したことを特徴とする。
【００１６】
請求項３記載の発明に係るモータ駆動用電力変換装置は、充電可能な電源を少なくとも一つ含む２個の電源からなる直列回路と；前記直列回路を構成する各電源に対して並列に設けられた複数の平滑コンデンサと；直流モータと；前記各電源に対応して設けられた切換回路とを備え；前記各切換回路は、それぞれ高速スイッチング可能な複数のスイッチング素子を直列接続してなり、更にその各スイッチング素子に対してそれぞれに流れる電流と逆方向の電流を許容するように並列に接続されたダイオードを有し、そのスイッチング素子からなる直流回路が対応する前記電源に並列に接続され、該スイッチング素子の接続点が前記直流モータの互いに異なる端子に接続され、前記複数のスイッチング素子がチョッパ動作をするようにされていることを特徴とする。
【００１７】
請求項４記載の発明に係るモータ駆動用電力変換装置は、充電可能な電源を少なくとも一つ含む３個の電源からなる直列回路と；前記直列回路を構成する前記各電源に対して並列に設けられた複数の平滑コンデンサと；前記各電源に対応して設けられた３個の第１切換回路と；前記第１切換回路に接続された２個の第２切換回路と；前記第２切換回路に接続された直流モータとを備え；前記第１切換回路は、それぞれ複数のスイッチング素子を直列に接続してなり、更にその各スイッチング素子に対してそれぞれそれに流れる電流と逆方向の電流を許容するように並列に接続されたダイオードを有し、そのスイッチング素子からなる直列回路が対応する前記電源に並列に接続され；前記第２切換回路は、それぞれ複数のスイッチング素子を直列に接続してなり、更にその各スイッチング素子に対してそれぞれそれに流れる電流と逆方向の電流を許容するように並列に接続されたダイオードを有し；一方の第２切換回路のスイッチング素子からなる直列回路が、前記第１切換回路の第１番目のもののスイッチング素子の接続点と、該第１番目の第１切換回路に隣接する第２番目の第１切換回路のスイッチング素子の接続点との間に接続され；他方の第２切換回路のスイッチング素子からなる直列回路が、前記第２切換回路の第２番目のもののスイッチング素子の接続点と、同じく第３番目のもののスイッチング素子の接続点との間に接続され；前記各第２切換回路のスイッチング素子の接続点が上記直流モータの互いに異なる端子に接続され；前記各第１切換回路と前記各第２切換回路の少なくとも一方の切換回路の各スイッチング素子が高速スイッチング可能な素子からなることを特徴とする。
【００１８】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一に記載のモータ駆動用電力変換装置において、直流回路を構成する複数の電源のうちの１つが電気二重層コンデンサであることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態及び実施例】
図１は本発明のモータ駆動用電力変換装置の第１の実施例のブロック図である。同図において、２はモータ、４は出力端が該モータ２に結合された電力変換器、６はその要部を成すブリッジ部で、高速スイッチングにより電力変換する。１０１は第１の切換回路で、そのコモン端子がブリッジ部（電力変換部）６の入力端のマイナス端子に接続されている。１０２は第２の切換回路で、そのコモン端子がブリッジ部６の入力端のプラス端子に接続されている。
【００２０】
８１は第１の平滑コンデンサ、８２は第２の平滑コンデンサで、この二つの平滑コンデンサ８１と８２は直列に接続され、第１の平滑コンデンサ８１のマイナス側端子は前記第１の切換回路１０１の切換端子Ａに接続され、第１と第２の平滑コンデンサ８１と８２の接続点は第１の切換回路１０１の切換端子Ｂ及び第２の切換回路１０２の切換端子Ｃと接続され、平滑コンデンサ８２のプラス側端子は第２の切換回路１０２の切換端子Ｄと接続されている。
【００２１】
前記電力変換器４は、その要部を成すブリッジ部６と、前記二つの切換回路１０１、１０２と、前記二つ平滑コンデンサ８１、８２からなり、一つの電力変換器の筐体内に収納されており、図１において１８がこの筐体を観念的に示す。即ち、該筐体１８内に、電力変換器４を構成するものとして、その要部を成すブリッジ部６と、前記二つの切換回路１０１、１０２と、前記二つ平滑コンデンサ８１、８２が収納されている。このように、平滑コンデンサ８１、８２を電力変換器４の一部として電力変換器の筐体１８に収納するのみならず、切換回路１０１、１０２をもその筐体１８に収納することにより、電力変換器４を備えたモータ駆動用電力変換装置の集積化、小型化を図ることができる。
【００２２】
１２は電池、１４はコンデンサで、例えば電気二重層コンデンサからなり、比較的大きな静電容量を有する。該電池１２とコンデンサ１４とが直列に接続されている。具体的には、電池１２の陰極がコンデンサ１４のプラス側端子に接続されている。そして、コンデンサ１４のマイナス側端子は前記第１の切換回路１０１の切換端子Ａに接続され、前記電池１２の陽極は前記第２の切換回路１０２の切換端子Ｄに接続され、そして、第１の切換回路１０１の切換端子Ｂと第２の切換回路１０２の切換端子Ｃは共に前記電池１２とコンデンサ１４との接続点に接続されている。１６は該コンデンサ１４と並列に接続されたダイオードで、コンデンサ１４に加わる電圧が逆極性になることを阻んでその破損を防止する役割を果たす。なお、図１においてはインバータ（電力変換器４）が３相であったが、単相でも良いことは言うまでもない。
【００２３】
このようなモータ駆動用電力変換装置においては、通常時は第１の切換回路１０１を切換端子Ａ側に、第２の切換回路１０２を切換端子Ｄ側に切り換えた状態にする。すると、電池１２及びコンデンサ１４から電力変換部４を介してモータ２へ力行電力が供給される。また、回生時には第１の切換回路１０１を切換端子Ａ側に、第２の切換回路１０２を切換端子Ｃ側に切り換えた状態にする。すると、モータ２から回生電力が電力変換部４を介してコンデンサ１４に供給され、電力蓄積が為される。
【００２４】
また、回生状態が連続し、コンデンサ１４が満充電になると、第１の切換回路１０１を切換端子Ｂ側に切り換え、第２の切換回路１０２を切換端子Ｄ側に切り換える。すると、連続回生状態の継続によりモータ２側からの回生電力は電池１２に蓄積される状態になる。従って、コンデンサ１４の満充電後も電池１２に回生電力を蓄積できるので、モータ駆動用電力変換装置の回生電力の蓄積容量を増加させることができる。勿論、この電池１２にのみ電力を回生するようにすることは必要不可欠ではない。このようにすれば、回生電力の蓄積容量を顕著に増加させることができるが、なくてもコンデンサ１４による回生電力の蓄積はできるからである。
【００２５】
このようなモータ駆動用電力変換装置によれば、第１の平滑コンデンサ８１は直列回路を構成するコンデンサ１４に、第２の平滑コンデンサ８２は直列回路を構成する電池１２に、それぞれ並列に接続され、平滑コンデンサ８１、８２が電力変換器４の要部を成すブリッジ部６側から見て切換回路１０１、１０２よりも電池１２、コンデンサ１４からなる直列回路寄りなので、切換回路１０１、１０２の動作に関係なく、第１の平滑コンデンサ８１にはコンデンサ１６の電圧が、第２の平滑コンデンサ８２には電池１４の電圧が印加される。従って、切換時にプリチャージによる電圧調整を行う必要がなくなる。
【００２６】
従って、図９に示すモータ駆動用電力変換装置のようにプリチャージ用のスイッチング素子、プリチャージ抵抗を必要とすることはなく、また、スイッチング素子を一定のシーケンスで動作させる必要もないので、そのシーケンス動作をさせる制御手段を必要としない。よって、部品点数を少なくすることができ、制御回路系をより簡単にできる。
【００２７】
図２は本発明のモータ駆動用電力変換装置の第２の実施例のブロック図である。本実施例においては、第１の切換回路１０１の電流経路ＭＡ、ＭＢ及び第２の切換回路１０２の電流経路ＭＣ、ＭＤの各スイッチを半導体素子、特に絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）により構成したものであり、ＤＡ、ＤＢ、ＤＣ、ＤＤは前記電流経路ＭＡ、ＭＢ、ＭＣ、ＭＤのスイッチを成すＩＧＢＴに必然的に寄生する寄生ダイオードである。
なお、本実施例においては寄生ダイオードを有するトランジスタをスイッチング素子としたが、寄生ダイオードを有しないものもスイッチング素子として用いることができる。但し、その場合、スイッチング素子の外部にダイオードを設け、このダイオードをそのスイッチング素子に組み合わせる必要がある。そして、その組み合わせをする場合には、スイッチング素子が流す電流と逆の方向の電流を流すようにダイオードをスイッチング素子に並列的に接続することが必要である。
【００２８】
本実施例においては、ＭＡ、ＭＢ、ＭＣ、ＭＤの各スイッチがオフ状態であっても、ＭＡ、ＭＤの各スイッチを成すＩＧＢＴの寄生ダイオードにより電池１２及びコンデンサ１４への回生が可能であるが、これは特に必要不可欠な経路（モード）ではない。
【００２９】
そして、ＭＡのスイッチをオン、ＭＢのスイッチをオフ、ＭＣのスイッチをオフ、ＭＤのスイッチをオンにすると電池１２とコンデンサ１４により力行する状態にすることができ、ＭＡのスイッチをオフ（オンでも良い。）、ＭＢのスイッチをオフ、ＭＣのスイッチをオン、ＭＤのスイッチをオフにすることによりコンデンサ１２だけへの回生をする状態にすることができ、ＭＡのスイッチをオフ、ＭＢのスイッチをオン、ＭＣのスイッチをオフ、ＭＤのスイッチをオフ（オンでも良い。）とすることにより電池１２だけへの回生が可能になる。なお、スイッチ回路を成すスイッチはＩＧＢＴに限らず、例えばＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等ほかの半導体素子でも良く、また、通常のスイッチや、リレー等オン／オフ動作により電流をスイッチングできるものであれば何を使用しても良い。
【００３０】
図３は本発明のモータ駆動用電力変換装置の第３の実施例のブロック図である。本実施例は第２の実施例における切換回路１０１、１０２を構成するスイッチを成す各半導体素子（但し、第２の実施例ではＩＧＢＴであったが、本実施例ではＦＥＴを用いている。勿論、本実施例においてもＦＥＴに代えてＩＧＢＴを用いるようにしても良いことは言うまでもない。）を高速スイッチングすることによりチョッパとして動作させ、直流ブラシモータを回転させるようにしたものである。ＦＥＴにもＩＧＢＴと同様に寄生ダイオードＤＡ、ＤＢ、ＤＣ、ＤＤがある。
【００３１】
本実施例においては、第２の実施例におけるブリッジ部６に相当するものはなく、直流ブラシモータ２１が切換回路１０１、１０２に直接結合している。なお、チョッパ動作において負荷側、即ち直流ブラシモータ２１側におけるインダクタンスが足りない場合には、それを補う意味で、チョークコイル等を追加するようにしても良い。
【００３２】
図４（Ａ）はＦＥＴの高速スイッチング動作による切換回路の降圧チョッパ（高電圧側→低電圧側）としての動作を、同（Ｂ）は同じく昇圧チョッパ（高電圧側←低電圧側）としての動作を説明する回路図である。図４（Ａ）、（Ｂ）においては一般に、高電圧側には電源（電池）が低電圧側には負荷（モータ）が接続される。具体的には図４（Ａ）は高速スイッチングされる、例えば電流経路ＭＤのスイッチを成すＦＥＴの動作状態を示し、そのＦＥＴがオンすると、それを通じて電流が電源（高電圧側）からモータ（低電圧側）に流れ、モータ（およびチョークコイル）のインダクタンスによって電流が保存される。そのＦＥＴのオフ時には別のＦＥＴの寄生ダイオードを通じて保存された電流が流れる。また、図４（Ｂ）は高速スイッチングされる、例えば電流経路ＭＣのＦＥＴの動作状態を示し、そのＦＥＴがオンすると、モータ（およびチョークコイル）に電流が流れ、インダクタンスによって電流が保存される。そのＦＥＴがオフしたときには、別のＦＥＴの寄生ダイオードを通じて保存された電流が電源（高電圧側）に向かって流れる。
【００３３】
図５（Ａ）〜（Ｃ）は図３に示す電力変換器の各別の３つの力行モードにおける動作を説明する回路図であり、図５（Ａ）は電流経路ＭＡのＦＥＴだけを高速スイッチング動作し、コンデンサ１４からのみ力行電力が供給される力行モードにおける動作を示す。即ち、この力行モードにおいては、ＭＢ、ＭＣ、ＭＤのＦＥＴは全てオフし、ＭＡのＦＥＴだけが高速スイッチングされる。この構成では、ＭＡのＦＥＴ、ＭＢのＦＥＴの寄生ダイオードＤＢ、直流ブラシモータ２１のインダクタンスにより、コンデンサ１４を高電圧側、直流ブラシモータ２１を低電圧側とした降圧チョッパが形成される。従って、コンデンサ１４からのみ力行電流がモータ２１に供給されるのである。
【００３４】
また、図５（Ｂ）は電流経路ＭＤのＦＥＴだけを高速スイッチング動作し、電池１２からのみ力行電力がモータ２１に供給される力行モードにおける動作を示す。即ち、この力行モードにおいては、ＭＡ、ＭＢ、ＭＣのＦＥＴは全てオフし、ＭＤのＦＥＴだけが高速スイッチングされる。この構成では、ＭＤのＦＥＴ、ＭＣのＦＥＴの寄生ダイオードＤＣ、直流ブラシモータ２１のインダクタンスにより、電池１２を高電圧側、直流ブラシモータ２１を低電圧側とした降圧チョッパが形成される。従って、電池１２からのみ力行電流がモータ２１に供給されるのである。
【００３５】
そして、図５（Ｃ）は電流経路ＭＡとＭＤの両方のＦＥＴが同時に同期して高速スイッチング動作し、電池１２とコンデンサ１４の両方から力行電力がモータ２１に供給される力行モードにおける動作を示す。即ち、この力行モードにおいては、ＭＡ、ＭＤのＦＥＴが高速スイッチングされる。この構成では、ＭＡとＭＤの両方のＦＥＴ、ＭＢおよびＭＣのＦＥＴの寄生ダイオードＤＢおよびＤＣ、直流ブラシモータ２１のインダクタンスにより、電池１２とコンデンサ１４の直列回路を高電圧側、直流ブラシモータ２１を低電圧側とした降圧チョッパが形成される。
【００３６】
図６（Ａ）〜（Ｃ）は図３に示す電力変換器の各別の３つの回生モードにおける動作を説明する回路図であり、図６（Ａ）は電流経路ＭＣのＦＥＴをオンにしたままＭＢのＦＥＴを高速スイッチング動作し、コンデンサ１４へのみ回生電力が供給される回生モードにおける動作を示す。即ち、この回生モードにおいては、ＭＣのＦＥＴをオン状態に保ち、ＭＢのＦＥＴだけを高速スイッチングする。この構成では、ＭＢのＦＥＴ、ＭＡのＦＥＴの寄生ダイオードＤＡ、直流ブラシモータ２１のインダクタンスによりコンデンサ１４を高電圧側、直流ブラシモータ２１を低電圧側とした昇圧チョッパが形成される。従って、コンデンサ１４だけへモータ２１からの回生電力が回生されるのである。
【００３７】
図６（Ｂ）は電流経路ＭＢのＦＥＴをオンにしたままＭＣのＦＥＴを高速スイッチングすることにより電池１２だけへモータ２１からの回生電力が供給される回生モードにおける動作を示す。即ち、この回生モードにおいては、ＭＢのＦＥＴをオン状態に保ち、ＭＣのＦＥＴだけを高速スイッチングする。この構成では、ＭＣのＦＥＴ、ＭＤのＦＥＴの寄生ダイオードＤＤ、直流ブラシモータ２１のインダクタンスにより、電池１２を高電圧側、直流ブラシモータ２１を低電圧側とした昇圧チョッパが形成される。従って、電池１２だけへ回生されるのである。
【００３８】
図６（Ｃ）はＭＢ、ＭＣのＦＥＴを同時に同期して高速スイッチングすることにより電池１２、コンデンサ１４の双方にモータ２１からの回生電力が供給される回生モードにおける動作を示す。即ち、この回生モードにおいては、ＭＢ、ＭＣのＦＥＴが高速スイッチングされる。この構成では、ＭＢとＭＣの両方のＦＥＴ、ＭＡおよびＭＤのＦＥＴの寄生ダイオードＭＡおよびＭＤ、直流ブラシモータ２１のインダクタンスにより、電池１２とコンデンサ１４の直流回路を高電圧側、直流ブラシモータ２１を低電圧側とした昇圧チョッパが形成される。従って、電池１２とコンデンサ１４の両方へモータ２１からの回生電力が供給されるのである。
【００３９】
以上のように、本実施例によれば、コンデンサによる力行、電池による力行、コンデンサと電池の両方による力行、コンデンサへの回生、電池への回生、コンデンサと電池の両方への回生の全てが可能になる。
そして、切換回路１０１、１０２が適宜高速スイッチングや、オン継続等の制御を受けることにより昇圧、降圧をして力行、回生のモードで電力変換の役割も果たす。従って、切換回路が電力変換器としての役割をも果たすので、電力変換用のブリッジが不要となり、モータ駆動用電力変換装置の構成を非常に簡単にでき、小型化、低価格化を実現することができる。
【００４０】
図７は本発明のモータ駆動用電力変換装置の第４の実施例のブロック図である。本実施例は、第３の実施例において２個だった電源の数を３個にしたものである。
同図において、３２、３４、３６は直列に接続された電源で、そのうちの少なくとも一つは充電が可能である。８１、８２、８３は各電源３２、３４、３６に並列に接続された平滑コンデンサ、１０１、１０２、１０３はそれぞれ第１切換回路で、図２に示した本発明の第２の実施例の切換回路１０１、１０２と構成が実質的に同じ（但し、スイッチング素子は第２の実施例の場合ＩＧＢＴであるが、本実施例の場合ＦＥＴである。）である。この第１切換回路は、電源に対応して設けられたものであり、本実施例において電源の数が３個なので、数が３個なのである。
【００４１】
２０１、２０２はそれぞれ第２切換回路であり、第１切換回路１０１、１０２、１０３と、直流ブラシモータ２１との間に設けられている。第２切換回路２０１、２０２は本実施例では第１切換回路１０１、１０２、１０３と構成が同じである。そして、第２切換回路２０１、２０２のうちの第１番目の切換回路２０１は、第１切換回路１０１、１０２、１０３のうちの第１番目のもの１０１のスイッチング素子接続点と、第２番目のもの１０２のスイッチング素子接続点との間に接続されている。
【００４２】
また、第２切換回路２０１、２０２のうちの第２番目の切換回路２０２は、第１切換回路１０１、１０２、１０３のうちの第２番目のもの１０２のスイッチング素子接続点と、第３番目のもの１０３のスイッチング素子接続点との間に接続されている。そして、第２切換回路２０１、２０２の各スイッチング素子接続点はモータ２１の互いに異なる端子に接続されている。
【００４３】
そして、第１切換回路１０１、１０２、１０３に例えば図２に示す第２の実施例の切換回路１０１、１０２と同様の経路の切換動作をさせ、第２切換回路２０１、２０２に図３に示す第３の実施例の切換回路１０１、１０２と同様に経路の切換作動とスイッチング素子の高速スイッチングによる電圧調整（昇圧、降圧）作動を行わせる。なお、電圧調整を第２切換回路２０１、２０２ではなく、第１切換回路１０１、１０２、１０３に行わせるようにしても良い。
【００４４】
本実施例によれば、力行及び回生をする電源、その組合わせ方を増やすことができ電力蓄積容量をより大きくすることができる。
なお、電源の数は３個よりも増やすことができる。例えば、電源の数を４個にした場合、第１切換回路が４個、第２切換回路が３個、第３切換回路が２個必要であり、電源とモータとの間に、第１、第２、第３切換回路が介在することになる。
【００４５】
なお、第３、第４の各実施例において、モータは必ずしも直流ブラシモータであることは不可欠ではなく、例えば圧電モータ等を用いることもできる。
また、上記各実施例において、電源として電池１２とコンデンサ１４が用いられていたが、直流電源であって直列接続される複数の電源の少なくとも一方が充電（回生）可能な電源であれば、電源の種類は電池、コンデンサ、太陽電池、燃料電池、直流発電機でも構わない。
【００４６】
【発明の奏する効果】
以上に述べたように、本発明のモータ駆動用電力変換装置によれば、回生・力行をする電源を切換回路により切り換えるようにしたモータ駆動用電力変換装置において、電源変換部により発生するリップルを吸収する平滑コンデンサを切換回路より電源の直列回路側に設けたので、平滑コンデンサには切換回路側の動作に関係なく電源側の電圧がかかり、切換状態の瞬間的変化により平滑コンデンサに印加電圧が加わるおそれがない。したがって、切換時にプリチャージによる電圧調整を行う必要がなく、プリチャージ用のスイッチング素子、プリチャージ抵抗が不要となり、また、スイッチング素子を一定のシーケンスで動作させる制御手段も必要ではなく、部品点数を少なくでき、制御回路系の構成をより簡単にできる。
【００４７】
そして、力行或いは回生をする電源を切り換える切換回路を、高速スイッチングすることにより昇圧或いは降圧をさせて、電力変換器として機能させるようにした場合には、切換回路が電力変換器としての役割を果たすので、電力変換用のブリッジが不要となり、モータ駆動用電力変換装置の構成を非常に簡単にでき、小型化、低価格化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のモータ駆動用電力変換装置の第１の実施例のブロック図である。
【図２】図１に示したモータ駆動用電力変換装置のスイッチ回路を半導体素子、特にＩＧＢＴ（絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ）で構成したところの本発明のモータ駆動用電力変換装置の第２の実施例のブロック図である。
【図３】本発明のモータ駆動用電力変換装置の第３の実施例のブロック図である。
【図４】（Ａ）はＦＥＴの高速スイッチング動作による切換回路の降圧チョッパとしての動作を、（Ｂ）は同じく昇圧チョッパとしての動作を説明する回路図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｃ）は図３のモータ駆動用電力変換装置の各別の力行モードの動作を説明する回路図である。
【図６】（Ａ）〜（Ｃ）は図３のモータ駆動用電力変換装置の各別の回生モードの動作を説明する回路図である。
【図７】本発明のモータ駆動用電力変換装置の第４の実施例のブロック図である。
【図８】モータ駆動用電力変換装置の一つの従来例の原理を説明するためのブロック図である。
【図９】モータ駆動用電力変換装置の図８に示す従来例の具体的構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
２、２１        モータ
４              電力変換器
６              ブリッジ部
８１、８２      平滑コンデンサ
１０１、１０２、１０３、２０１、２０２  切換回路
１２            電源（電池）
１４            電源（コンデンサ）
１６            コンデンサ保護用ダイオード
１８            電力変換器の筐体
【図１】
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【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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