DE102019100088A1 - Motorantriebsvorrichtung mit stromspeichereinheit, und motorantriebssystem - Google Patents

Motorantriebsvorrichtung mit stromspeichereinheit, und motorantriebssystem Download PDF

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Abstract

Eine Motorantriebsvorrichtung 1 umfasst eine Stromumwandlungseinheit 11, die selektiv einen Wandlerbetrieb, bei dem ein eingebrachter Wechselstrom in einen Gleichstrom umgewandelt und ausgegeben wird, und einen Inverterbetrieb, bei dem ein eingebrachter Gleichstrom in einen Wechselstrom zum Motorantrieb umgewandelt wird und ausgegeben wird, ausführt; eine Stromspeichereinheit 12, die den von der Stromumwandlungseinheit 11 ausgegebenen Gleichstrom speichert und der Stromumwandlungseinheit 11 Gleichstrom liefert; eine Umschalteinheit 13, die das Anschlussziel der Stromumwandlungseinheit 11 zwischen einer Wechselstromquelle 2 und einem Motor 3 umschaltet; und eine Steuereinheit 14, die die Umschalteinheit 13 steuert und die Stromumwandlungseinheit 11 an die Wechselstromquelle 2 anschließt, und die Stromumwandlungseinheit 11 steuert und zur Ausführung des Wandlerbetriebs bringt, wodurch Gleichstrom in der Stromspeichereinheit 12 gespeichert wird, sowie die Umschalteinheit 13 steuert und die Stromumwandlungseinheit 11 an den Motor 3 anschließt, und die Stromumwandlungseinheit 11 steuert und zur Ausführung des Inverterbetriebs bringt, wodurch der Motor 3 angetrieben wird.

Description

  • Allgemeiner Stand der Technik
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Motorantriebsvorrichtung mit einer Stromspeichereinheit, und ein Motorantriebssystem.
  • Beschreibung des Stands der Technik
  • Bei Motorantriebsvorrichtungen, die in Maschinen einschließlich Werkzeugmaschinen, Robotern, oder dergleichen ausgebildet sind, wird ein Wechselstrom, der von einer Wechselstromquelle geliefert wird, durch einen Wandler (Gleichrichter) in einen Gleichstrom umgewandelt und an einen Gleichstromzwischenkreis ausgegeben, und der Gleichstrom des Gleichstromzwischenkreises erneut durch einen Inverter in einen Wechselstrom umgewandelt und dieser Wechselstrom als Antriebsstrom an die Motoren, die für die einzelnen Antriebsachsen ausgebildet sind, geliefert.
  • Bei einer Beschleunigungs- oder Verlangsamungssteuerung eines Motors durch die Motorantriebsvorrichtung wird von der Wechselstromquelle für eine kurze Zeit eine Ausgabe oder eine Regeneration eines großen Wechselstroms verlangt und entsteht daher eine Stromspitze. Bei einer Maschine, bei der mehrere Motoren beinahe gleichzeitig durch die gleiche Wechselstromquelle angetrieben werden, wird die entstehende Stromspitze noch größer. Bei einer Maschine wie etwa zum Beispiel einer Pressmaschine, einer Spritzgussmaschine, oder dergleichen ist der Unterschied zwischen dem durchschnittlichen Stromverbrauch und dem maximalen augenblicklichen Stromverbrauch groß, das heißt, ist die Stromspitze groß. Da die Stromquellenkapazität umso größer wird, je größer die Stromspitze wird, steigen die Kosten bei der Installation der Maschine an, und besteht das Problem, dass es wechselstromquellenseitig zu einer Stromstörung wie einem kurzzeitigen Spannungseinbruch oder einem Spannungsflimmern kommt und andere Maschinen, die an die gleiche Wechselstromquelle angeschlossen sind, beeinflusst werden.
  • Mit der Absicht, die Stromquellenkapazität zu verkleinern oder anderen Maschinen, die an die gleiche Wechselstromquelle angeschlossen sind, keine Stromstörungen zu vermitteln, wird so vorgegangen, dass in dem Gleichstromzwischenkreis, der den Wandler und den Inverter der Motorantriebsvorrichtung verbindet, eine Stromspeichereinheit, die einen Gleichstrom speichern kann, ausgebildet wird, die von der Wechselstromquelle eingebrachte Energie oder die durch den Motor regenerierte Energie passend in der Stromspeichereinheit gespeichert wird, und die gespeicherte Energie zum Antrieb des Motors verwendet wird. Wenn ein großer Teil des Stroms, der zum Antreiben des Motors erforderlich ist, von der Stromspeichereinheit geliefert wird, wird der von Seiten der Wechselstromquelle her gesehene maximale augenblickliche Stromverbrauch gering, weshalb die Kapazität der Stromquelleneinrichtung verringert werden kann.
  • Zum Beispiel ist wie in der Patentoffenlegungsschrift 2017-17931 beschrieben eine Motorantriebsvorrichtung bekannt, die einen PWM-Wandler, der durch eine PWM-Steuerung eine Stromumwandlung zwischen einem Wechselstrom von Seiten einer Wechselstromquelle und einem Gleichstrom in dem Gleichstromzwischenkreis vornimmt; einen Inverter, der beim Stromversorgungsbetrieb den Gleichstrom in dem Gleichstromzwischenkreis in einen Wechselstrom zum Motorantrieb umwandelt und an den Motor liefert, und beim Regenerationsbetrieb den durch den Motor regenerierten Wechselstrom in einen Gleichstrom umwandelt und in den Gleichstromzwischenkreis zurückführt; ein Stromspeichermittel, das in dem Gleichstromzwischenkreis ausgebildet ist und Gleichstrom speichern kann; einen Schalter, der die Wechselstromquelle und den PWM-Wandler je nach einem empfangenen Befehl verbindet oder trennt; und ein Befehlsmittel, das die Ausgabe eines Verbindungsbefehls an den Schalter fortsetzt, während die Gleichstromspannung an dem Gleichstromzwischenkreis erhöht wird, bis eine bestimmte Spannung erreicht wird, indem der Gleichstrom, den der PWM-Wandler aus dem Wechselstrom umwandelt, während dafür gesorgt wird, dass der von der Wechselstromquelle eingebrachte Wechselstrom einen vorab festgelegten Eingangsstromgrenzwert nicht übersteigt, in dem Stromspeichermittel gespeichert wird, und nach dem Erreichen der bestimmten Spannung die Ausgabe eines Trennbefehls an den Schalter beginnt, bevor der Inverter mit dem Stromversorgungsbetrieb beginnt, umfasst.
  • Außerdem ist wie zum Beispiel in der Patentoffenlegungsschrift 2014-176164 beschrieben eine Fahrzeug-Ladevorrichtung, die in ein Fahrzeug eingebaut ist, das durch Umwandeln eines in einer Fahrzeug-Batterie gespeicherten Gleichstroms unter Verwendung einer Dreiphasen-Brückenschaltung eines Antriebsinverters in einen Wechselstrom und Liefern des umgewandelten Wechselstroms an einen Antriebsmotor fährt, bekannt, die eine primäre Spule, die mit Wechselstrom von einer externen Stromquelle versorgt wird, und eine sekundäre Spule, die elektrisch an die DreiphasenBrückenschaltung angeschlossen ist, durch eine magnetische Kopplung mit der primären Spule die Spannung des an die primäre Spule gelieferten Wechselstroms transformiert, und die Fahrzeug-Batterie über die Dreiphasen-Brückenschaltung lädt, aufweist.
  • Außerdem ist zum Beispiel wie in der Patentoffenlegungsschrift H10-080071 beschrieben eine Ladesteuervorrichtung für Elektrofahrzeuge, die mehrere Elektrofahrzeuge mit der Leistung des Nachtstromzeitbands lädt, bekannt, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie ein Entladungsausmaß-Messmittel, das das jeweilige Entladungsausmaß der Elektrofahrzeuge misst; ein Ladezeitbestimmungsmittel, das die Ladezeit gemäß dem Entladungsausmaß bestimmt; und ein Ladezeitbandfestlegemittel, das während der durch das Ladezeitbestimmungsmittel bestimmten Ladezeit der Elektrofahrzeuge die Ladezeitbänder so festlegt, dass das Elektrofahrzeug mit der längsten Ladezeit das Laden zum Zeitpunkt des Beginns des Nachtstromzeitbands beginnt und das Elektrofahrzeug mit der kürzesten Ladezeit das Laden zum Zeitpunkt des Endes des Nachtstromzeitbands beendet, umfasst.
  • Außerdem ist zum Beispiel wie in der Patentoffenlegungsschrift 2012-105507 beschrieben ein Ladeverfahren einer Umschalteinheit, wodurch Speicherbatterien von mehreren Objekten, die jeweils eine Speicherbatterie, ein Mittel zum Messen der Entladungstiefe der Speicherbatterie, und ein Ladesteuermittel, das den Ladebetrieb der Speicherbatterie steuert, aufweisen, von einer Stromversorgungseinrichtung geladen werden, bekannt, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es einen Schritt, in dem die Messmittel in einem Zustand, in dem die Speicherbatterien der einzelnen Objekte ladefähig an die Stromversorgungseinrichtung angeschlossen wurden, jeweils die Entladungstiefe der Speicherbatterie ihres eigenen Objekts detektieren; einen Schritt, in dem die Ladesteuermittel auf eine Tabelle, worin die Beziehung zwischen der Entladungstiefe der Speicherbatterie und einem Ladeanfangszeitpunkt vorab festgelegt wurde, Bezug nehmen und jeweils den Ladeanfangszeitpunkt der betreffenden Speicherbatterie in einem vorab zugeteilten Lademöglichkeitszeitband bestimmen; und einen Schritt, in dem die Ladesteuermittel jeweils mit dem Erreichen des Ladeanfangszeitpunkts den Betrieb des Ladens der Speicherbatterie von der Stromversorgungseinrichtung beginnen, umfasst.
  • Kurzdarstellung der Erfindung
  • Wenn bei einer Motorantriebsvorrichtung, bei der in dem Gleichstromzwischenkreis, der den Wandler und den Inverter verbindet, eine Stromspeichereinheit ausgebildet ist, vor dem Antrieb des Motors der Wechselstrom von der Wechselstromquelle durch den Wandler in einen Gleichstrom umgewandelt wird und vorab in der Stromspeichereinheit gespeichert wird, die Motorantriebsvorrichtung beim Antrieb des Motors elektrisch von der Wechselstromquelle getrennt wird und der gesamte Strom, der für den Antrieb des Motors nötig ist, durch den Wechselstrom, für den der in der Stromspeichereinheit gespeicherte Gleichstrom durch den Inverter umgewandelt wurde, geliefert wird, kann die Kapazität der Stromquelleneinrichtung noch weiter verringert werden. Doch während die Motorantriebsvorrichtung elektrisch von der Wechselstromquelle getrennt ist und der Motor durch die Energie der Stromspeichereinheit angetrieben wird, nimmt der Wandler keinen Stromumwandlungsbetrieb vor, und während die Motorantriebsvorrichtung und die Wechselstromquelle elektrisch verbunden sind und das Speichern von Strom in der Stromspeichereinheit vorgenommen wird, nimmt der Inverter kaum einen Stromumwandlungsbetrieb vor. Das heißt, durch das Ausbilden der Stromspeichereinheit wird zwar die Stromquelleneinrichtung verkleinert und kann auf eine gewisse Kostenverringerung abgezielt werden, doch wird die jeweilige Auslastung des Wandlers und des Inverters gering und können sie nicht effektiv genutzt werden. Da die Stromumwandlungseinheit aus dem Inverter und dem Wandler unter den verschiedenen Einrichtungen, die die Motorantriebsvorrichtung bilden, viel Kosten und Platz einnehmen, kann dieser Umstand nicht als günstig bezeichnet werden. Folglich werden eine kleinformatige und kostengünstige Motorantriebsvorrichtung mit einer Stromspeichereinheit, die zur Verringerung der Stromspitzen der Wechselstromquelle ausgebildet ist, sowie ein Motorantriebssystem gewünscht.
  • Nach einer Form der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Motorantriebsvorrichtung eine Stromumwandlungseinheit, die Wechselstromklemmen und Gleichstromklemmen aufweist, und selektiv einen Wandlerbetrieb, bei dem ein über die Wechselstromklemmen eingebrachter Wechselstrom in einen Gleichstrom umgewandelt und über die Gleichstromklemmen ausgegeben wird, und einen Inverterbetrieb, bei dem ein über die Gleichstromklemmen eingebrachter Gleichstrom in einen Wechselstrom zum Motorantrieb umgewandelt wird und über die Wechselstromklemmen ausgegeben wird, ausführt; eine Stromspeichereinheit, die elektrisch über die Gleichstromklemmen der Stromumwandlungseinheit angeschlossen ist und den von der Stromumwandlungseinheit ausgegebenen Gleichstrom speichert und der Stromumwandlungseinheit Gleichstrom liefert; eine Umschalteinheit, die das elektrische Anschlussziel der Wechselstromklemmen der Stromumwandlungseinheit zwischen einer Wechselstromquelle und einem Motor umschaltet; und eine Steuereinheit, die die Umschalteinheit steuert und die Wechselstromklemmen der Stromumwandlungseinheit elektrisch an die Wechselstromquelle anschließt, und die Stromumwandlungseinheit steuert und zur Ausführung des Wandlerbetriebs bringt, wodurch Gleichstrom in der Stromspeichereinheit gespeichert wird, sowie die Umschalteinheit steuert und die Wechselstromklemmen der Stromumwandlungseinheit elektrisch an den Motor anschließt, und die Stromumwandlungseinheit steuert und zur Ausführung des Inverterbetriebs bringt, wodurch der Motor angetrieben wird.
  • Nach einer Form der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Motorantriebssystem die oben beschriebene Motorantriebsvorrichtung; und einen Inverter, der an die Stromspeichereinheit angeschlossen ist und den in der Stromspeichereinheit gespeicherten Gleichstrom in einen Wechselstrom umwandelt und ausgibt.
  • Nach einer anderen Form der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Motorantriebssystem, das mit mehreren der oben beschriebenen Motorantriebsvorrichtungen versehen ist, eine Gesamtsteuereinheit, die den Betrieb der Steuereinheiten in den einzelnen Motorantriebsvorrichtungen so steuert, dass die Steuerung der Umschalteinheit, um die Wechselstromklemmen der Stromumwandlungseinheit elektrisch an die Wechselstromquelle anzuschließen, und die Steuerung der Stromumwandlungseinheit, um sie zur Ausführung des Wandlerbetriebs zu bringen, nicht so vorgenommen werden, dass sie unter den einzelnen Motorantriebsvorrichtung zeitlich zusammenfallen.
  • Figurenliste
  • Die vorliegende Erfindung wird durch Bezugnahme auf die nachstehenden beiliegenden Zeichnungen noch klarer verstanden werden.
    • 1 ist eine Ansicht, die eine Motorantriebsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
    • 2 ist ein Schaltbild, wenn die in der Motorantriebsvorrichtung nach der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ausgebildete Stromumwandlungseinheit den Wandlerbetrieb vornimmt.
    • 3 ist ein Schaltbild, wenn die in der Motorantriebsvorrichtung nach der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ausgebildete Stromumwandlungseinheit den Inverterbetrieb vornimmt.
    • 4 ist ein Ablaufdiagramm, das den Betriebsablauf der Motorantriebsvorrichtung nach der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
    • 5 ist eine Ansicht, die ein Motorantriebssystem nach einer ersten Ausführungsform, das einen Motor vom Typ mit mehreren Spulen antreibt, zeigt
    • 6 ist eine Ansicht, die ein Motorantriebssystem nach der ersten Ausführungsform, das mehrere Motoren antreibt, zeigt.
    • 7 ist eine Ansicht, die ein Motorantriebssystem nach einer zweiten Ausführungsform, das mehrere Motoren antreibt zeigt, wobei ein Fall gezeigt ist, bei dem in einer der Motorantriebsvorrichtungen eine Gesamtsteuereinheit ausgebildet ist.
    • 8 ist eine Ansicht, die ein Motorantriebssystem nach der zweiten Ausführungsform, das mehrere Motoren antreibt, zeigt, wobei ein Fall gezeigt ist, bei dem in mehreren Motorantriebsvorrichtungen Gesamtsteuereinheiten ausgebildet sind.
    • 9 ist eine Ansicht, die ein Motorantriebssystem nach der zweiten Ausführungsform, das mehrere Motoren antreibt, zeigt, wobei ein Fall gezeigt ist, bei dem eine Gesamtsteuereinheit außerhalb der Motorantriebsvorrichtungen ausgebildet ist.
    • 10A ist eine Ansicht, die die einzelnen Wellenformen der einzelnen Motorantriebsvorrichtungen, wenn zwei Motoren durch das Motorantriebssystem nach der zweiten Ausführungsform angetrieben werden, beispielhaft zeigt, wobei beispielhaft die einzelnen Wellenformen der ersten Motorantriebsvorrichtung gezeigt sind.
    • 10B ist eine Ansicht, die die einzelnen Wellenformen der einzelnen Motorantriebsvorrichtungen, wenn zwei Motoren durch das Motorantriebssystem nach der zweiten Ausführungsform angetrieben werden, beispielhaft zeigt, wobei beispielhaft die einzelnen Wellenformen der zweiten Motorantriebsvorrichtung gezeigt sind.
    • 11A ist eine Ansicht, die die einzelnen Wellenformen der einzelnen Motorantriebsvorrichtungen, wenn zwei Motoren durch zwei herkömmliche Motorantriebsvorrichtungen angetrieben werden, beispielhaft zeigt, wobei beispielhaft die einzelnen Wellenformen der ersten Motorantriebsvorrichtung gezeigt sind.
    • 11B ist eine Ansicht, die die einzelnen Wellenformen der einzelnen Motorantriebsvorrichtungen, wenn zwei Motoren durch zwei herkömmliche Motorantriebsvorrichtungen angetrieben werden, beispielhaft zeigt, wobei beispielhaft die einzelnen Wellenformen der zweiten Motorantriebsvorrichtung gezeigt sind.
  • Ausführliche Erklärung
  • Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erfolgt nachstehend eine Erklärung einer Motorantriebsvorrichtung mit einer Stromspeichereinheit und eines Motorantriebssystems. In den einzelnen Zeichnungen sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Wenn Elemente in unterschiedlichen Zeichnungen mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, bedeutet dies, dass sie Aufbauelemente mit der gleichen Funktion sind. Zur Erleichterung des Verständnisses ist der Maßstab der Zeichnungen passend verändert. Die in den Zeichnungen gezeigten Formen stellen ein Beispiel für die Ausführung dar, doch besteht keine Beschränkung auf die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen.
  • 1 ist eine Ansicht, die eine Motorantriebsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt. 2 ist ein Schaltbild, wenn die in der Motorantriebsvorrichtung nach der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ausgebildete Stromumwandlungseinheit den Wandlerbetrieb vornimmt. 3 ist ein Schaltbild, wenn die in der Motorantriebsvorrichtung nach der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ausgebildete Stromumwandlungseinheit den Inverterbetrieb vornimmt.
  • Als Beispiel wird ein Fall erklärt, in dem von der Motorantriebsvorrichtung 1, die an eine Wechselstromquelle 2 angeschlossen ist, ein Wechselstrommotor (nachstehend einfach als „Motor“ bezeichnet) 3 gesteuert wird. Hier wird ein Beispiel erklärt, bei dem der angetriebene Motor 1 vom Typ mit einer Spule ist, doch werden später ein Beispiel, bei dem ein Motor vom Typ mit mehreren Spulen angetrieben wird, und ein Beispiel, bei dem mehrere Motoren angetrieben werden, besprochen werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform bestehen für die Phasenanzahl der Wechselstromquelle 2 und des Motors 3 keine wesentlichen Beschränkungen, und zum Beispiel sind drei Phasen möglich oder ist auch eine Phase möglich. Bei dem dargestellten Beispiel wird ein Fall gezeigt, in dem sowohl die Wechselstromquelle 2 als auch der Motor 3 dreiphasig ist. Auch für die Art des Motors 3 bestehen bei der vorliegenden Ausführungsform keine wesentlichen Beschränkungen, und es kann sich zum Beispiel um einen Induktionsmotor handeln oder um einen Synchronmotor handeln. Maschinen, in der der Motor 3 ausgebildet wird, können beispielsweise Werkzeugmaschinen, Roboter, Schmiedepressmaschinen, Spritzgussmaschinen, Industriemaschinen, verschiedene Elektrogeräte, Elektrofahrzeuge, Kraftfahrzeuge, Luftfahrzeuge, oder dergleichen umfassen.
  • Wie in 1 gezeigt umfasst die Motorantriebsvorrichtung 1 eine Stromumwandlungseinheit 11, eine Stromspeichereinheit 12, eine Umschalteinheit 13 und eine Steuereinheit 14.
  • Die Stromumwandlungseinheit 11 besteht wie in 2 und 3 gezeigt aus einer Brückenschaltung aus Schaltelementen und daran antiparallel angeschlossenen Dioden. Beispiele für die Schaltelemente sind etwa ein unipolarer Transistor wie etwa ein FET, ein Bipolartransistor, ein IGBT, ein Thyristor, ein GTO, oder dergleichen, doch beschränkt die Art der Schaltelemente selbst die Ausführungsform nicht, und sind auch andere Schaltelemente möglich. Die Stromumwandlungseinheit 11 ist durch eine dreiphasige Brückenschaltung ausgebildet, wenn die Wechselstromquelle 2 und auch der Motor 3 dreiphasig sind, und durch eine einphasige Brückenschaltung gebildet, wenn die Wechselstromquelle 2 und auch der Motor 3 einphasig sind. Da in 1 ein Beispiel gezeigt ist, bei dem die Wechselstromquelle 2 und auch der Motor 3 dreiphasig sind, ist die Stromumwandlungseinheit 11 wie in 2 und 3 gezeigt als dreiphasige Brückenschaltung aufgebaut.
  • An der Wechselstromein/ausgangsseite der Stromumwandlungseinheit 11 sind Wechselstromklemmen 31 ausgebildet, und an der Gleichstromein/ausgangsseite sind Gleichstromklemmen 32 ausgebildet. An die Wechselstromklemmen 31 der Stromumwandlungseinheit 11 sind eine Wechselstromdrosselspule und die später beschriebene Umwandlungseinheit 13 angeschlossen. An der Gleichstromein/ausgangsseite ist zwischen der Anode und der Kathode der Gleichstromklemmen 32 ein Glättungskondensator 41 (in 1 nicht dargestellt) ausgebildet.
  • Der Glättungskondensator 41 weist die Funktion zur Unterdrückung der Welligkeit der Gleichstromspannung der Stromumwandlungseinheit 11 und die Funktion zum Speichern von Gleichstrom auf. Der Glättungskondensator 41 muss in der Zeit von direkt nach dem Starten der Motorantriebsvorrichtung 1 bis vor dem Beginn des Antriebs des Motors 3 anfänglich geladen werden. Daher ist an der in 2 und 3 gezeigten Position A oder B eine Anfangsladeeinheit (die Schaltung selbst ist nicht dargestellt) zum anfänglichen Laden des Glättungskondensators 41 ausgebildet. Das anfängliche Laden wird durch die Anfangsladeeinheit, die einen Ladewiderstand und einen parallel an diesen Ladewiderstand angeschlossenen Widerstandskurzschlussschalter aufweist, vorgenommen. Der Widerstandskurzschlussschalter der Anfangsladeeinheit ist nur während des Zeitraums des anfänglichen Ladens des Glättungskondensators 41 ausgeschaltet und wird in einem eingeschalteten Zustand behalten, wenn der Glättungskondensator 41 bis auf eine bestimmte Spannung angestiegen ist und das anfängliche Laden beendet ist.
  • Die Stromumwandlungseinheit 11 nimmt gemäß von der Steuereinheit 14 erhaltenen Umwandlungsbefehlen durch eine Ein/Aus-Steuerung der einzelnen Schaltelemente ein selektives Umschalten zwischen einem Wandlerbetrieb (Gleichrichtungsbetrieb, Vorwärtsumwandlungsbetrieb) und einem Inverterbetrieb (Rückumwandlungsbetrieb) vor. Noch genauer nimmt die Stromumwandlungseinheit 11 wie in 2 gezeigt bei Erhalt eines Wandlerbetriebs-Umwandlungsbefehls von der Steuereinheit 14 einen Wandlerbetrieb vor, bei dem der über die Wechselstromklemmen 31 eingebrachte Wechselstrom in Gleichstrom umgewandelt und über die Gleichstromklemmen 32 an die Stromspeichereinheit 12 ausgegeben wird. Außerdem nimmt die Stromumwandlungseinheit 11 wie in 3 gezeigt bei Erhalt eines Inverterbetriebs-Umwandlungsbefehls von der Steuereinheit 14 einen Inverterbetrieb vor, bei dem der über die Gleichstromklemmen 32 von der Stromspeichereinheit 13 eingebrachte Gleichstrom in einen Wechselstrom für den Motorantrieb umgewandelt und über die Wechselstromklemmen 31 ausgegeben wird. Auf diese Weise arbeitet bei der Stromumwandlungseinheit 11 eine einzelne Brückenschaltung gemäß den von der Steuereinheit 14 erhaltenen Umwandlungsbefehlen als Wandler oder als Inverter. Als Steuerverfahren der Stromumwandlungseinheit 11 gibt es zum Beispiel das PWM-Schaltsteuerverfahren.
  • Die Stromspeichereinheit 12 ist elektrisch über die Gleichstromklemmen 32 der Stromumwandlungseinheit 11 angeschlossen, speichert den von der Stromumwandlungseinheit 11 ausgegebenen Gleichstrom und liefert Gleichstrom an die Stromumwandlungseinheit 11. Für die Art der Stromspeichereinheit 12 gibt es etwa den Kondensatortyp und den Schwungradtyp, oder dergleichen.
  • Wenn die Stromspeichereinheit 12 zum Beispiel als Kondensatortyp ausgeführt wird, wird die Stromspeichereinheit 12 durch einen Kondensator mit einer großen Kapazität gebildet.
  • Wenn die Stromspeichereinheit 12 zum Beispiel als Schwungradtyp ausgeführt wird, wird die Stromspeichereinheit 12 durch ein Schwungrad, einen Puffer-Motor und eine Puffer-Stromumwandlungseinheit (alle nicht dargestellt) gebildet. Das Schwungrad kann Rotationsenergie speichern und wird auch als Schwungmasse bezeichnet. Der Puffer-Motor dient zum Drehen des Schwungrads, und das Schwungrad wird an die Drehwelle des Puffer-Motors angeschlossen. Durch Drehen des Puffer-Motors kann in dem Schwungrad Rotationsenergie gespeichert werden. Die Puffer-Stromumwandlungseinheit nimmt eine Stromumwandlung zwischen Gleichstrom und dem Antriebswechselstrom und dem Regenerationswechselstrom des Puffer-Motors vor. Durch Steuern der Stromumwandlung der Puffer-Stromumwandlungseinheit dreht sich der Puffer-Motor, an den das Schwungrad angeschlossen ist, unter Beschleunigung oder Verlangsamung, oder dreht er sich mit einer konstanten Geschwindigkeit, und wird als Folge die Gleichstrommenge, die er als Stromspeichereinheit 12 speichern oder liefern soll, reguliert.
  • Die Umschalteinheit 13 schaltet das elektrische Anschlussziel der Wechselstromklemmen 31 der Stromumwandlungseinheit 11 durch eine Steuerung durch die Steuereinheit 14 zwischen der Wechselstromquelle 2 und dem Motor 3 um. Noch genauer weist die Umschalteinheit 13 eine erste Öffnungs/Schließeinheit 21, die den Strompfad zwischen den Wechselstromklemmen 31 der Stromumwandlungseinheit 11 und der Wechselstromquelle 2 öffnet oder schließt, und eine zweite Öffnungs/Schließeinheit 22, die den Strompfad zwischen den Wechselstromklemmen 31 der Stromumwandlungseinheit 11 und dem Motor 3 öffnet oder schließt, auf. Als Beispiele für die erste Öffnungs/Schließeinheit 21 und die zweite Öffnungs/Schließeinheit 22 gibt es etwa elektromagnetische Kontaktgeber, Leistungshalbleiter-Schaltelemente, oder dergleichen. Wenn durch eine Steuerung durch die Steuereinheit 14 ein Gleichstrom in der Stromspeichereinheit 12 gespeichert wird, wird der Kontaktpunkt der ersten Öffnungs/Schließeinheit 21 geschlossen und der Kontaktpunkt der zweiten Öffnungs/Schließeinheit 22 geöffnet, und wenn der Motor 3 angetrieben wird, wird der Kontaktpunkt der ersten Öffnungs/Schließeinheit 21 geöffnet und der Kontaktpunkt der zweiten Öffnungs/Schließeinheit 22 geschlossen. Näheres dazu wird später beschrieben werden. Das heißt, wenn in der Stromspeichereinheit 12 ein Gleichstrom gespeichert wird, fließt ein Wechselstrom über die eingeschaltete erste Öffnungs/Schließeinheit 21, und wenn der Motor 3 angetrieben wird, fließt ein Wechselstrom über die eingeschaltete zweite Öffnungs/Schließeinheit 22. Da der zur Zeit des Stromspeicherns in der ersten Öffnungs/Schließeinheit 21 fließende Wechselstrom kleiner als der Wechselstrom, der beim Antrieb des Motors 3 in der zweiten Öffnungs/Schließeinheit 22 fließt, gestaltet werden kann, um die Stromspeichereinheit 12 zu einem langsamen Speichern von Strom zu bringen, kann das erste Öffnungs/Schließelement 21 kleinformatiger als das zweite Öffnungs/Schließelement 22 ausgeführt werden.
  • Eine Überwachungseinheit 15 überwacht die gespeicherte Strommenge der Stromspeichereinheit 12. Bei dem dargestellten Beispiel ist die Überwachungseinheit 15 im Inneren der Stromumwandlungseinheit 11 ausgebildet, doch kann sich auch außerhalb der Stromumwandlungseinheit 11 ausgebildet werden. Die durch die Überwachungseinheit 15 überwachte gespeicherte Strommenge der Stromspeichereinheit 12 wird an die Steuereinheit 14 gesendet.
  • Wenn die Stromspeichereinheit 12 vom Schwungradtyp ist, berechnet die Überwachungseinheit 15 die gespeicherte Strommenge der Stromspeichereinheit 12 zum Beispiel auf Basis der folgenden Formel 1. In der Formel 1 wird die Umdrehungsgeschwindigkeit (die Winkelgeschwindigkeit) des Puffer-Motors als ω und das Trägheitsmoment des Puffer-Motors als J angesetzt. Die Umdrehungsgeschwindigkeit ω des Puffer-Motors wird durch eine Geschwindigkeitsdetektionseinheit (nicht dargestellt) detektiert.
  • Gespeicherte Energiemenge der Stromspeichereinheit 12 vom Schwungradtyp = ( 1 / 2 ) × J × ω 2
    Figure DE102019100088A1_0001
  • Da, wie aus der Formel 1 erkennbar ist, die gespeicherte Strommenge der Stromspeichereinheit 12 vom Schwungradtyp zu dem Quadrat der Umdrehungsgeschwindigkeit des Puffer-Motors proportional ist, kann auch auf die Rechenverarbeitung unter Verwendung der Formel 1 verzichtet werden und die Umdrehungsgeschwindigkeit (die Winkelgeschwindigkeit) ω des Puffer-Motors als Parameter, der die gespeicherte Strommenge der Stromspeichereinheit 12 zeigt, verwendet werden.
  • Wenn die Stromspeichereinheit 12 vom Kondensatortyp ist, berechnet die Überwachungseinheit 15 die gespeicherte Strommenge der Stromspeichereinheit 12 zum Beispiel auf Basis der folgenden Formel 2. In der Formel 2 wird die Kondensatorkapazität der Stromspeichereinheit 12 als C und die Kondensatorspannung der Stromspeichereinheit 12 als V angesetzt. Die Kondensatorspannung V der Stromspeichereinheit 12 wird durch eine Kondensatorspannungsdetektionseinheit (nicht dargestellt) detektiert.
  • Gespeicherte Strommenge der Stromspeichereinheit 12 vom Kondensatortyp = ( 1 / 2 ) × C × V 2
    Figure DE102019100088A1_0002
  • Da, wie aus der Formel 2 erkennbar ist, die gespeicherte Strommenge der Stromspeichereinheit 12 vom Kondensatortyp zu dem Quadrat der Kondensatorspannung der Stromspeichereinheit 12 proportional ist, kann auch auf die Rechenverarbeitung unter Verwendung der Formel 2 verzichtet werden und die Kondensatorspannung V der Stromspeichereinheit 12 (oder ihr Quadrat) als Parameter, der die gespeicherte Strommenge der Stromspeichereinheit 12 zeigt, verwendet werden.
  • Eine Wechselstromspannungsdetektionseinheit 18 detektiert den Wellenhöhenwert (nachstehend als „Ein/Ausgangsspannungswellenhöhenwert“ bezeichnet) der Ein/Ausgangsspannung (das heißt, der Phasenspannung der Wechselstromleitung zwischen der ersten Öffnungs/Schließeinheit 21 und der zweiten Öffnungs/Schließeinheit 22) an den Wechselstromklemmen 31 der Stromumwandlungseinheit 11. Der durch die Wechselstromspannungsdetektionseinheit 18 detektierte Ein/Ausgangsspannungswellenhöhenwert wird an die Steuereinheit 14 gesendet.
  • Die Steuereinheit 14 steuert unter Verwendung der durch die Überwachungseinheit 15 überwachten gespeicherten Strommenge der Stromspeichereinheit 12 und des durch die Wechselstromspannungsdetektionseinheit 18 detektierten Ein/Ausgangsspannungswellenhöhenwerts den Stromumwandlungsbetrieb der Stromumwandlungseinheit 11 und den Umschaltbetrieb der Umschalteinheit 13. Das heißt, die Steuereinheit 14 steuert die Umschalteinheit 13 und schließt die Wechselstromklemmen 31 der Stromumwandlungseinheit 11 elektrisch an die Wechselstromquelle 2 an, und steuert die Stromumwandlungseinheit 11 und bringt sie zur Ausführung des Wandlerbetriebs, wodurch ein Gleichstrom in der Stromspeichereinheit 12 gespeichert wird, und steuert die Umschalteinheit 13 und schließt die Wechselstromklemmen der Stromumwandlungseinheit 11 elektrisch an den Motor an, und steuert die Stromumwandlungseinheit 11 und bringt sie zur Ausführung des Inverterbetriebs, wodurch der Motor 3 angetrieben wird.
  • Beim Speichern von Gleichstrom in der Stromspeichereinheit 12 nimmt die Steuereinheit 14 eine derartige Steuerung vor, dass sie einen Öffnungs/Schließbefehl an die Umschalteinheit 13 ausgibt und die Wechselstromklemmen 31 der Stromumwandlungseinheit 11 und die Wechselstromquelle 2 elektrisch verbunden werden, und eine derartige Steuerung vor, dass sie die Stromumwandlungseinheit 11 zur Ausführung des Wandlerbetriebs bringt. Das heißt, wenn in der Stromspeichereinheit 12 ein Gleichstrom gespeichert wird, sendet die Steuereinheit 14 einen Schließbefehl an die erste Öffnungs/Schließeinheit 21, wodurch der Kontaktpunkt der ersten Öffnungs/Schließeinheit 21 geschlossen wird, und sendet sie einen Öffnungsbefehl an die zweite Öffnungs/Schließeinheit 22, wodurch der Kontaktpunkt der zweiten Öffnungs/Schließeinheit 22 geöffnet wird. Daher gelangt die Motorantriebsvorrichtung 1 in einen Zustand, in dem sie elektrisch mit der Wechselstromquelle 2 verbunden ist, aber elektrisch von dem Motor 3 getrennt ist. Dann nimmt die Steuereinheit 14 durch Senden eines Wandlerbetriebs-Umwandlungsbefehls an die Stromumwandlungseinheit 11 eine Steuerung vor, um die Stromumwandlungseinheit 11 zur Ausführung des Wandlerbetriebs zu bringen. Dadurch wird der Wechselstrom von der Wechselstromquelle 2 über die erste Öffnungs/Schließeinheit 21 und die Wechselstromklemmen 31 in die Stromumwandlungseinheit 11 eingebracht, und wandelt die Stromumwandlungseinheit 11 diesen Wechselstrom in einen Gleichstrom um und gibt diesen über die Gleichstromklemmen 32 an die Stromspeichereinheit 12 aus. Als Folge wird die Stromspeichereinheit 12 geladen.
  • Wenn andererseits der Motor 3 angetrieben wird, nimmt die Steuereinheit 14 eine derartige Steuerung vor, dass sie einen Öffnungs/Schließbefehl an die Umschalteinheit 13 ausgibt und die Wechselstromklemmen 31 der Stromumwandlungseinheit 11 und der Motor 3 elektrisch verbunden werden, und eine derartige Steuerung vor, dass sie die Stromumwandlungseinheit 11 zur Ausführung des Inverterbetriebs bringt. Das heißt, wenn der Motor angetrieben wird, sendet die Steuereinheit 14 einen Öffnungsbefehl an die erste Öffnungs/Schließeinheit 21, wodurch der Kontaktpunkt der ersten Öffnungs/Schließeinheit 21 geöffnet wird, und sendet sie einen Schließbefehl an die zweite Öffnungs/Schließeinheit 22, wodurch der Kontaktpunkt der zweiten Öffnungs/Schließeinheit 22 geschlossen wird. Daher gelangt die Motorantriebsvorrichtung 1 in einen Zustand, in dem sie elektrisch mit dem Motor 3 verbunden ist, aber elektrisch von der Wechselstromquelle 2 getrennt ist. Dann nimmt die Steuereinheit 14 durch Senden eines Inverterbetriebs-Umwandlungsbefehls an die Stromumwandlungseinheit 11 eine Steuerung vor, um die Stromumwandlungseinheit 11 zur Ausführung des Inverterbetriebs zu bringen. Dadurch wird der Gleichstrom von der Stromspeichereinheit 12 über die Gleichstromklemmen 32 in die Stromumwandlungseinheit 11 eingebracht, und wandelt die Stromumwandlungseinheit 11 diesen Gleichstrom in einen Wechselstrom um und gibt diesen über die Wechselstromklemmen 31 an den Motor 3 aus. Als Folge wird der Motor 3 angetrieben.
  • Auf diese Weise arbeitet die Stromumwandlungseinheit 11 beim Speichern von Gleichstrom in der Stromspeichereinheit 12 in einem Zustand, in dem die Stromumwandlungseinheit 11 elektrisch an die Wechselstromquelle 2 angeschlossen ist und von dem Motor 3 getrennt ist, als Wandler. Beim Antreiben des Motors 3 arbeitet die Stromumwandlungseinheit 11 in einem Zustand, in dem die Stromumwandlungseinheit 11 von der Wechselstromquelle 2 getrennt ist und elektrisch an den Motor 3 angeschlossen, ist, als Inverter. Daher werden die Wechselstromklemmen 31 und die Gleichstromklemmen 32 der Stromumwandlungseinheit 11 sowohl im Fall des Speicherns von Gleichstrom in der Stromspeichereinheit 12 als auch im Fall des Antriebs des Motors 3 gemeinsam benutzt.
  • Das Umschalten zwischen dem Speichern von Strom in der Stromspeichereinheit 12 und dem Antrieb des Motors 3 bei der Motorantriebsvorrichtung 1 wird durch die Steuereinheit 14 zum Beispiel auf Basis der durch die Überwachungseinheit 15 überwachten gespeicherten Strommenge der Stromspeichereinheit 12 und eines Betriebsprogramms des Motors 3 gesteuert. Die Steuereinheit 14 nimmt beim Laden der Stromspeichereinheit 12 eine derartige Steuerung der Umschalteinheit 13, dass die Wechselstromklemmen 31 der Stromumwandlungseinheit 11 und die Wechselstromquelle 2 elektrisch verbunden werden, und eine derartige Steuerung der Stromumwandlungseinheit 11, dass diese zur Ausführung des Wandlerbetriebs gebracht wird, vor, bis die Überwachungseinheit 15 bestimmt, dass die gespeicherte Strommenge der Stromspeichereinheit 12 einen vorab festgelegten oberen Grenzwert erreicht hat. Wenn die Überwachungseinheit 15 bestimmt hat, dass die gespeicherte Strommenge der Stromspeichereinheit 12 durch das Speichern von Gleichstrom in der Stromspeichereinheit 12 den oberen Grenzwert erreicht hat, nimmt die Steuereinheit 14 dann eine derartige Steuerung der Umschalteinheit 13, dass die Wechselstromklemmen 31 der Stromumwandlungseinheit 11 und der Motor 3 elektrisch verbunden werden, und eine derartige Steuerung der Stromumwandlungseinheit 11, dass diese zur Ausführung des Inverterbetriebs gebracht wird, vor. Und wenn die Überwachungseinheit 15 bestimmt hat, dass die gespeicherte Strommenge der Stromspeichereinheit 12 durch das Antreiben des Motors 3 einen vorab festgelegten unteren Grenzwert unterschritten hat, nimmt die Steuereinheit 14 danach eine derartige Steuerung der Umschalteinheit 13, dass die Wechselstromklemmen 31 der Stromumwandlungseinheit 11 und die Wechselstromquelle 2 elektrisch verbunden werden, und eine derartige Steuerung der Stromumwandlungseinheit 11, dass diese zur Ausführung des Wandlerbetriebs gebracht wird, vor. Hier kann der bei der Überwachungsverarbeitung der Überwachungseinheit 15 verwendete „untere Grenzwert“ auf den erforderlichen Mindestwert, bei dem der Motor 3 angetrieben werden kann, wenn die Motorantriebseinheit 1 von der Wechselstromquelle 2 getrennt ist und kein Wechselstrom von der Wechselstromquelle 2 geliefert wird, festgelegt werden, doch wird vorzugsweise ein gewisser Spielraum vorgesehen und der Grenzwert auf einen größeren Wert als diesen erforderlichen Mindestwert festgelegt. Der bei der Überwachungsverarbeitung der Überwachungseinheit 15 verwendete „obere Grenzwert“ kann auf einen Wert festgelegt werden, der größer als der obige „untere Grenzwert“ ist und kleiner als die maximale Stromspeicherkapazität der Stromspeichereinheit 12 ist. In der Stromspeichereinheit 12 kann eine umso größere Strommenge gespeichert werden, je größer der Unterschied zwischen dem oberen Grenzwert und dem unteren Grenzwert ist. Wenn die gespeicherte Strommenge der Stromspeichereinheit 12 durch eine Energiemenge wie bei Formel 1 oder Formel 2 ausgedrückt wird, werden der obere Grenzwert und der untere Grenzwert durch Energiemengen bestimmt, wobei sie als Umdrehungsgeschwindigkeiten ω (oder ihre Quadrate) ausgedrückt werden, wenn die Stromspeichereinheit 12 vom Schwungradtyp ist und ihre gespeicherte Strommenge durch die Umdrehungsgeschwindigkeit ω des Puffer-Motors (oder ihr Quadrat) ausgedrückt wird, und als Spannungswerte (oder ihre Quadrate) ausgedrückt werden, wenn die Stromspeichereinheit 12 vom Kondensatortyp ist und ihre gespeicherte Strommenge durch die Kondensatorspannung V (oder ihr Quadrat) ausgedrückt wird.
  • 4 ist ein Ablaufdiagramm, das den Betriebsablauf der Motorantriebsvorrichtung nach der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
  • Um die Energie zum Antreiben des Motors 3 in der Stromspeichereinheit 12 zu speichern, sendet die Steuereinheit 14 zuerst in Schritt S101 einen Schließbefehl an die erste Öffnungs/Schließeinheit 21, wodurch der Kontaktpunkt der ersten Öffnungs/Schließeinheit 21 geschlossen wird, und einen Öffnungsbefehl an die zweite Öffnungs/Schließeinheit, 22, wodurch der Kontaktpunkt der zweiten Öffnungs/Schließeinheit 22 geöffnet wird. Dadurch gelangt die Stromumwandlungseinheit 11 in einen Zustand, in dem sie elektrisch an die Wechselstromquelle 2 angeschlossen ist, aber elektrisch von dem Motor 3 getrennt ist.
  • In Schritt S102 nimmt die Steuereinheit 14 durch Senden eines Wandlerbetriebs-Umwandlungsbefehls an die Stromumwandlungseinheit 11 eine derartige Steuerung vor, dass die Stromumwandlungseinheit 11 zur Ausführung des Wandlerbetriebs gebracht wird. Dadurch wird der Wechselstrom von der Wechselstromquelle 2 über die erste Öffnungs/Schließeinheit 21 und die Wechselstromklemmen 31 in die Stromumwandlungseinheit 11 eingebracht und wandelt die Stromumwandlungseinheit 11 diesen Wechselstrom in einen Gleichstrom um und gibt diesen über die Gleichstromklemmen 32 an die Stromspeichereinheit 12 aus. Die Stromspeichereinheit 12 wird durch diesen Gleichstrom geladen, und die geladene Strommenge der Stromspeichereinheit 12 steigt allmählich an.
  • In Schritt S103 bestimmt die Überwachungseinheit 15, ob die gespeicherte Strommenge der Stromspeichereinheit 12 den vorab festgelegten oberen Grenzwert erreicht hat oder nicht. Wenn die Überwachungseinheit 15 bestimmt, dass die gespeicherte Strommenge der Stromspeichereinheit 12 den oberen Grenzwert erreicht hat, wird zu Schritt S104 übergegangen, und wenn dies nicht der Fall ist, wird zu Schritt S102 zurückgekehrt.
  • In Schritt S104 sendet die Steuereinheit 14 einen Öffnungsbefehl an die erste Öffnungs/Schließeinheit 21, wodurch der Kontaktpunkt der ersten Öffnungs/Schließeinheit 21 geöffnet wird, und einen Schließbefehl an die zweite Öffnungs/Schließeinheit 22, wodurch der Kontaktpunkt der zweiten Öffnungs/Schließeinheit 22 geschlossen wird. Dadurch gelangt die Stromumwandlungseinheit 11 in einen Zustand, in dem sie elektrisch an den Motor 3 angeschlossen ist, aber elektrisch von der Wechselstromquelle 2 getrennt ist.
  • In Schritt S105 nimmt die Steuereinheit 14 durch Senden eines Inverterbetriebs-Umwandlungsbefehls an die Stromumwandlungseinheit 11 eine derartige Steuerung vor, dass die Stromumwandlungseinheit 11 zur Ausführung des Inverterbetriebs gebracht wird. Dadurch wird der Gleichstrom von der Stromspeichereinheit 12 über die Gleichstromklemmen 32 in die Stromumwandlungseinheit 11 eingebracht und wandelt die Stromumwandlungseinheit 11 diesen Gleichstrom in einen Wechselstrom um und gibt diesen über die Wechselstromklemmen 31 an den Motor 3 aus. Der Motor 3 wird durch diesen Wechselstrom angetrieben, und der in der Stromspeichereinheit 12 gespeicherte Gleichstrom wird verbraucht und die gespeicherte Strommenge nimmt allmählich ab. Es ist möglich, den Inverterbetrieb durch die Stromumwandlungseinheit 11 in Schritt S105 sofort zu beginnen, nachdem die Stromumwandlungseinheit 11 durch die Verarbeitung von Schritt S104 in den Zustand gelangt ist, in dem sie elektrisch an den Motor 3 angeschlossen ist, aber elektrisch von der Wechselstromquelle 2 getrennt ist, doch kann der Inverterbetrieb durch die Stromumwandlungseinheit 11 auch mit einem in dem Betriebsprogramm des Motors 3 festgelegten Timing begonnen werden. In diesem Fall kann der Zeitraum von dem Zeitpunkt, zu dem die Stromumwandlungseinheit 11 durch die Verarbeitung von Schritt S104 in den Zustand gelangt ist, in dem sie elektrisch an den Motor 3 angeschlossen ist, aber elektrisch von der Wechselstromquelle 2 getrennt ist, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem durch den Inverterbetrieb der Stromumwandlungseinheit 11 in Schritt S105 die Lieferung von Wechselstrom an den Motor 3 begonnen wird, zum Beispiel als Anhaltezustand, in dem der Stromumwandlungsbetrieb (das heißt, der Schaltbetrieb der Schaltelemente in der Stromumwandlungseinheit 11) der Stromumwandlungseinheit 11 angehalten ist, angesetzt werden, oder zum Beispiel auch als Bereitschaftszustand, in dem die Stromumwandlungseinheit 11 zu einer derartigen Ausführung des Inverterbetriebs gebracht wird, dass sie Wechselstrom in einem solchen Ausmaß ausgibt, dass der Motor 3 nicht angetrieben wird, angesetzt werden.
  • In Schritt S106 bestimmt die Überwachungseinheit 15, ob die gespeicherte Strommenge der Stromspeichereinheit 12 den vorab festgelegten unteren Grenzwert unterschritten hat oder nicht.
  • Wenn die Überwachungseinheit 15 in Schritt S106 bestimmt hat, dass die gespeicherte Strommenge der Stromspeichereinheit 12 den vorab festgelegten unteren Grenzwert unterschritten hat, wird zu Schritt S101 zurückgekehrt und werden die oben beschriebenen Verarbeitungen erneut ausführt. Das heißt, in Schritt S101 gelangt die Stromumwandlungseinheit 11 in einen Zustand, in dem sie elektrisch an die Wechselstromquelle 2 angeschlossen ist und elektrisch von dem Motor 3 getrennt ist, in Schritt S102 nimmt die Steuereinheit 14 durch Senden des Wandlerbetriebs-Umwandlungsbefehls an die Stromumwandlungseinheit 11 eine derartige Steuerung vor, dass die Stromumwandlungseinheit 11 zur Ausführung des Wandlerbetriebs gebracht wird, und als Folge wird die Stromspeichereinheit 12 geladen und steigt die gespeicherte Strommenge der Stromspeichereinheit 12 allmählich an.
  • Wenn die Überwachungseinheit 15 in Schritt S106 nicht bestimmt hat, dass die gespeicherte Strommenge der Stromspeichereinheit 12 den vorab festgelegten unteren Grenzwert unterschritten hat, wird zu Schritt S105 zurückgekehrt, nimmt die Steuereinheit 14 durch Senden des Inverterbetriebs-Umwandlungsbefehls an die Stromumwandlungseinheit 11 eine derartige Steuerung vor, dass die Stromumwandlungseinheit 11 zur Ausführung des Inverterbetriebs gebracht wird, und wird als Folge der Motor 3 angetrieben und nimmt die gespeicherte Strommenge der Stromspeichereinheit 12 weiter ab.
  • Wie oben erklärt wurde, wird nach der vorliegenden Ausführungsform die Stromumwandlungseinheit 11 in einen Zustand gebracht, in dem sie elektrisch an die Wechselstromquelle 1 angeschlossen ist und elektrisch von dem Motor 3 getrennt ist, und die Stromumwandlungseinheit 11 zur Ausführung des Wandlerbetriebs gebracht und Energie von der Wechselstromquelle 2 in der Stromspeichereinheit 12 gespeichert, und die Stromumwandlungseinheit 11 beim Antrieb des Motors 3 in einen Zustand gebracht, in dem sie elektrisch von der Wechselstromquelle 2 getrennt ist und elektrisch an den Motor 3 angeschlossen ist, und die Stromumwandlungseinheit 11 zur Ausführung des Inverterbetriebs gebracht und der Motor 3 nur durch die Energie der Stromspeichereinheit 12 angetrieben. Das heißt, da nach der vorliegenden Ausführungsform die Stromumwandlungseinheit 11, die eine einzige Brückenschaltung ist, zeitgetrennt zur Ausführung des Wandlerbetriebs und des Inverterbetriebs gebracht wird, wird die Auslastung der Brückenschaltung hoch, und wird verglichen mit dem Fall der herkömmlichen Technik, bei der der Wandler und der Konverter durch gesonderte Schaltungen (insgesamt zwei Brückenschaltungen) ausgeführt sind, die Anzahl der Komponenten gering, was geringe Kosten und eine Platzersparnis bedeutet. Und da nach der vorliegenden Ausführungsform die Motorantriebsvorrichtung 1 beim Antrieb des Motors 3 elektrisch von der Wechselstromquelle 2 getrennt ist, und der gesamte Strom, der für den Antrieb des Motors erforderlich ist, durch Wechselstrom, wofür der in der Stromspeichereinheit 12 gespeicherte Strom durch den Inverter umgewandelt wurde, geliefert wird, kann die Kapazität der Stromquelleneinrichtung auf Seiten der Wechselstromquelle 2 noch weiter verringert werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform fließt beim Speichern von Gleichstrom in der Stromspeichereinheit 12 ein Wechselstrom in der eingeschalteten ersten Öffnungs/Schließeinheit 21, und fließt beim Antreiben des Motors 3 ein Wechselstrom in der eingeschalteten zweiten Öffnungs/Schließeinheit 22, doch da der Wechselstrom, der beim Speichern von Strom in der ersten Öffnungs/Schließeinheit 21 fließt, wegen des langsamen Speicherns von Strom in der Stromspeichereinheit 12 kleiner als der Wechselstrom, der beim Antrieb des Motors 3 in der zweiten Öffnungs/Schließeinheit 22 fließt, gestaltet werden kann, kann die erste Öffnungs/Schließeinheit 21 kleinformatiger als die zweite Öffnungs/Schließeinheit 22 ausgeführt werden, und kann auf eine weitere Kostenverringerung abgezielt werden.
  • Anschließend werden Ausführungsformen erklärt, bei denen ein Motor vom Typ mit mehreren Spulen bzw. mehrere Motoren vom Typ mit einer Spule unter Verwendung der Motorantriebsvorrichtung 1 nach der vorliegenden Ausführungsform angetrieben werden.
  • Ein Motorantriebssystem nach einer ersten Ausführungsform umfasst die unter Bezugnahme auf 1 bis 4 erklärte Motorantriebsvorrichtung 1 und einen Inverter.
  • 5 ist eine Ansicht, die das Motorantriebssystem nach der ersten Ausführungsform, das einen Motor vom Typ mit mehreren Spulen antreibt, zeigt. Durch 5 wird als Beispiel ein Fall erklärt, bei dem durch das Motorantriebssystem 101 nach der ersten Ausführungsform ein Motor 5 vom Typ mit zwei Spulen gesteuert wird, doch kann die Anzahl der Spulen des Motors 5 vom Typ mit mehreren Spulen auch drei oder mehr betragen. 6 ist eine Ansicht, die das Motorantriebssystem nach der ersten Ausführungsform, das mehrere Motoren antreibt, zeigt. Durch 6 wird als Beispiel ein Fall erklärt, bei dem durch das Motorantriebssystem 101 nach der ersten Ausführungsform zwei Motoren 3 vom Typ mit einer Spule gesteuert wird, doch kann die Anzahl der Motoren 3 auch drei oder mehr betragen.
  • Das Motorantriebssystem 101 nach der ersten Ausführungsform umfasst die unter Bezugnahme auf 1 bis 4 erklärte Motorantriebsvorrichtung 1 und einen Inverter 4, der an die Stromspeichereinheit 12 angeschlossen ist und den in der Stromspeichereinheit 12 gespeicherten Gleichstrom in einen Wechselstrom umwandelt und ausgibt. Die Steuereinheit 14 in der Motorantriebsvorrichtung 1 und der Inverter 4 werden durch Umwandlungsbefehle, die von einer übergeordneten Steuereinheit 6 erzeugt werden, gesteuert. Wie oben beschrieben werden die Gleichstromklemmen 32 der Stromumwandlungseinheit 11 in der Motorantriebsvorrichtung 1 an die Stromspeichereinheit 12 angeschlossen, und da auch die Gleichstromklemmenseite des Inverters 4 an die Gleichstromklemmen 32 der Stromumwandlungseinheit 11 angeschlossen werden, kommt es dazu, dass an der Seite der Gleichstromklemmen 32 der Stromumwandlungseinheit 11 ein Gleichstromzwischenkreis gebildet wird. Der Inverter 4 besteht aus einer Brückenschaltung aus Schaltelementen und daran antiparallel angeschlossenen Dioden. Beispiele für die Schaltelemente sind etwa ein unipolarer Transistor wie etwa ein FET, ein Bipolartransistor, ein IGBT, ein Thyristor, ein GTO, oder dergleichen, doch beschränkt die Art der Schaltelemente selbst die Ausführungsform nicht, und sind auch andere Schaltelemente möglich. Der Inverter 4 wird durch eine dreiphasige Brückenschaltung gebildet, wenn der angeschlossene Motor dreiphasig ist, und wird im Fall einer Phase durch eine einphasige Brückenschaltung gebildet. Der Gleichstrom, der dem Inverter 4 geliefert wird, ist in der Stromspeichereinheit 12 gespeicherter Gleichstrom. Wie oben beschrieben wird das Stromspeichern der Stromspeichereinheit 12 vorgenommen, indem die Stromumwandlungseinheit 11 in einen Zustand gebracht wird, in dem sie elektrisch mit der Wechselstromquelle 2 verbunden ist und elektrisch von dem Motor 3 getrennt ist, und die Stromumwandlungseinheit 11 zur Ausführung des Wandlerbetriebs gebracht wird. Da der Strom, der für den Antrieb des Motors erforderlich ist, durch Wechselstrom, wofür der in der Stromspeichereinheit 12 gespeicherte Gleichstrom durch die Stromumwandlungseinheit 11 oder den Inverter 4 umgewandelt wurde, geliefert wird, kann die Kapazität der Stromquelleneinrichtung auf Seiten der Wechselstromquelle 2 noch weiter verringert werden, und da der Wechselstrom, der beim Stromspeichern in der ersten Öffnungs/Schließeinheit 21 fließt, wegen des langsamen Speicherns von Strom in der Stromspeichereinheit 12 kleiner als der Wechselstrom, der beim Antrieb des Motors in der zweiten Öffnungs/Schließeinheit 22 fließt, gestaltet werden kann, kann die erste Öffnungs/Schließeinheit 21 kleinformatiger als die zweite Öffnungs/Schließeinheit 22 ausgeführt werden, und kann auf eine weitere Kostenverringerung abgezielt werden.
  • Wenn durch das Motorantriebssystem 101 nach der ersten Ausführungsform wie in 5 gezeigt ein Motor vom Typ mit mehreren Spulen (nachstehend einfach als „Mehrspulenmotor“ bezeichnet) 5 angetrieben wird, sind Inverter 4 in einer Anzahl, die um eins geringer als die Anzahl der Spulen des Mehrspulenmotors 5 ist, an jeweilige Spulen angeschlossen. Das heißt, die Stromumwandlungseinheit 11 in der Motorantriebsvorrichtung 1 ist über die zweite Öffnungs/Schließeinheit 22 an eine Spule der mehreren Spulen des Mehrspulenmotors 5 angeschlossen, während die Wechselstromklemmen der Inverter 4 an die restlichen Spulen angeschlossen sind. Die Inverter 4 wandeln den in der Stromspeichereinheit 12 gespeicherten Gleichstrom in einen Wechselstrom um und geben diesen Wechselstrom an die anderen Spulen der mehreren Spulen des Mehrspulenmotors 5 als die Spule, die an die Stromumwandlungseinheit 11 in der Motorantriebsvorrichtung 1 angeschlossen ist, aus. Da der Mehrspulenmotor 5 bei dem Beispiel, das in 5 gezeigt ist, vom Typ mit zwei Spulen ist, ist die Stromumwandlungseinheit 11 in der Motorantriebsvorrichtung 1 über die zweite Öffnungs/Schließeinheit 22 an eine Spule angeschlossen, und sind die Wechselstromklemmen des Inverters 4 an noch eine Spule angeschlossen. Die übergeordnete Steuereinheit 6 steuert den jeweiligen Betrieb der Steuereinheit 14 in der Motorantriebsvorrichtung 1 und des Inverters 4 gemäß einem Betriebsprogramm des Mehrspulenmotors 5. Wenn der Mehrspulenmotor 5 vom Typ mit drei oder mehr Spulen ist, ist die Stromumwandlungseinheit in der Motorantriebsvorrichtung 1 über die zweite Öffnungs/Schließeinheit 22 an eine Spule angeschlossen, während an die restlichen zwei oder mehr Spulen Inverter 4 (deren Wechselstromklemmen) den jeweiligen Spulen entsprechend angeschlossen sind. Bisher ist es beim Antrieb eines Mehrspulenmotors nötig, einen Wandler und Inverter in der Anzahl der Spulen des Mehrspulenmotors vorzubereiten. Doch da es im Gegensatz dazu gemäß dem Motorantriebssystem 101 der ersten Ausführungsform genügt, eine Motorantriebsvorrichtung 1 und Inverter 4 in einer Anzahl, die um eins geringer als die Anzahl der Spulen des Mehrspulenmotors 5 ist, vorzubereiten, und die Stromumwandlungseinheit 11 in der Motorantriebsvorrichtung 1 aus einer einzigen Brückenschaltung besteht und daher verglichen mit dem Stand der Technik wenigstens eine Brückenschaltung weggelassen werden kann, bedeutet dies geringe Kosten und eine Platzersparnis.
  • Wenn durch das Motorantriebssystem 101 nach der ersten Ausführungsformwie in 6 gezeigt mehrere Motoren 3 angetrieben werden, sind Inverter 4 in einer Anzahl, die um eins geringer als die Anzahl der Motoren 3 ist, an die jeweiligen Motoren 3 angeschlossen. Das heißt, die Stromumwandlungseinheit 11 in der Motorantriebsvorrichtung 1 ist über die zweite Öffnungs/Schließeinheit 22 an einen Motor 3 der mehreren Motoren 3 angeschlossen, während die Wechselstromklemmen der Inverter 4 an die restlichen Motoren 3 angeschlossen sind. Die Inverter 4 wandeln den in der Stromspeichereinheit 12 gespeicherten Gleichstrom in einen Wechselstrom um und geben diesen an die anderen Motoren 3 als den Motor 3, der an die Stromumwandlungseinheit 11 in der Motorantriebsvorrichtung 1 angeschlossen ist, aus. Die übergeordnete Steuereinheit 6 steuert den jeweiligen Betrieb der Steuereinheit 14 in der Motorantriebsvorrichtung 1 und der Inverter 4 gemäß Betriebsprogrammen der einzelnen Motoren 3. Bisher ist es beim Antrieb eines Mehrspulenmotors nötig, einen Wandler und Inverter in der Anzahl der Motoren 3 vorzubereiten. Doch da es im Gegensatz dazu gemäß dem Motorantriebssystem 101 der ersten Ausführungsform genügt, eine Motorantriebsvorrichtung 1 und Inverter 4 in einer Anzahl, die um eins geringer als die Anzahl der Motoren 3 ist, vorzubereiten, und die Stromumwandlungseinheit 11 in der Motorantriebsvorrichtung 1 aus einer einzigen Brückenschaltung besteht und daher verglichen mit dem Stand der Technik wenigstens eine Brückenschaltung weggelassen werden kann, bedeutet dies geringe Kosten und eine Platzersparnis.
  • Was das Motorantriebssystem 101 nach der ersten Ausführungsform betrifft, wurde durch 5 der Fall des Antriebs eines Mehrspulenmotors 5 und durch 6 der Fall des Antriebs von mehreren Motoren 3 erklärt, doch ist auch im Fall des Antriebs von „mehreren“ Mehrspulenmotoren 5 eine gleichartige Anwendung möglich. In diesem Fall sollten bei dem Motorantriebssystem 101 nach der ersten Ausführungsform, eine Motorantriebsvorrichtung 11 und Inverter 4 in einer Anzahl, die um eins geringer als die Gesamtanzahl der Spulen der mehreren Mehrspulenmotoren 5 ist, vorbereitet werden.
  • Ein Motorantriebssystem nach einer zweiten Ausführungsform umfasst mehrere unter Bezugnahme auf 1 bis 4 erklärte Motorantriebsvorrichtungen 1.
  • 7 ist eine Ansicht, die das Motorantriebssystem nach der zweiten Ausführungsform, das mehrere Motoren 3 antreibt, zeigt, wobei ein Fall gezeigt ist, bei dem in einer der Motorantriebsvorrichtungen 1 eine Gesamtsteuereinheit 16 ausgebildet ist. 8 ist eine Ansicht, die das Motorantriebssystem nach der zweiten Ausführungsform, das mehrere Motoren 3 antreibt, zeigt, wobei ein Fall gezeigt ist, bei dem in mehreren Motorantriebsvorrichtungen 1 Gesamtsteuereinheiten 16 ausgebildet sind. Und 9 ist eine Ansicht, die das Motorantriebssystem nach der zweiten Ausführungsform, das mehrere Motoren 3 antreibt, zeigt, wobei ein Fall gezeigt ist, bei dem eine Gesamtsteuereinheit 16 außerhalb der Motorantriebsvorrichtungen 1 ausgebildet ist.
  • Das Motorantriebssystem 102 nach der zweiten Ausführungsform umfasst mehrere unter Bezugnahme auf 1 bis 4 erklärte Motorantriebsvorrichtungen 1 und eine Gesamtsteuereinheit 16. Die einzelnen Motorantriebsvorrichtungen 1 und die Gesamtsteuereinheit 16 sind durch eine Kommunikationseinheit 17 kommunikationsfähig verbunden. Die Verbindung durch die Kommunikationseinheit 17 kann drahtgebunden oder drahtlos sein. Die Gesamtsteuereinheit 16 steuert über die Kommunikationseinheit 17 den Betrieb der Steuereinheiten 14 in den einzelnen Motorantriebsvorrichtungen 1. Dies wird nachstehend ausführlicher besprochen.
  • Die Gesamtsteuereinheit 16 steuert den Betrieb der Steuereinheiten 14 in den einzelnen Motorantriebsvorrichtungen 1 so, dass die Steuerung der Umschalteinheit 13, um die Wechselstromklemmen 31 der Stromumwandlungseinheit 11 und die Wechselstromquelle 2 elektrisch zu verbinden, und die Steuerung der Stromumwandlungseinheit 11, um diese den Wandlerbetrieb ausführen zu lassen, unter den einzelnen Motorantriebsvorrichtungen 1 nicht zeitlich zusammenfallend ausgeführt werden. Das heißt, die Gesamtsteuereinheit 16 steuert den Betrieb der Steuervorrichtungen 14 der einzelnen Motorantriebsvorrichtungen 1 so, dass das Sendetiming des Schließbefehls an die erste Öffnungs/Schließeinheit 21, des Öffnungsbefehls an die zweite Öffnungs/Schließeinheit 22, und des Wandlerbetriebs-Umwandlungsbefehls an die Stromumwandlungseinheit 11, um in der Stromspeichereinheit 12 einen Gleichstrom zu speichern, unter den einzelnen Motorantriebsvorrichtungen 1 unterschiedlich wird. Durch die Steuerung des Betriebs der Steuereinheiten 14 der einzelnen Motorantriebsvorrichtungen 1 durch die Gesamtsteuereinheit 16 wird der Wandlerbetrieb der Stromumwandlungseinheit 11 in einem Zustand, in dem die Wechselstromklemmen 31 der Stromumwandlungseinheit 11 und die Wechselstromquelle 2 elektrisch verbunden sind, unter den einzelnen Motorantriebsvorrichtungen 1 zeitlich verschoben ausgeführt.
  • Eine Gesamtsteuervorrichtung 16 ist zum Beispiel in wenigstens einer der mehreren Motorantriebsvorrichtungen 1 ausgebildet. Als Beispiele für das Verfahren zur Kommunikation zwischen den einzelnen Motorantriebsvorrichtungen 1 durch die Kommunikationseinheit 17 gibt es beispielsweise etwa das Master/Slave-Verfahren (7) oder das Token-Passing-Verfahren (8).
  • Wenn für das Kommunikationsverfahren in der Kommunikationseinheit 17 das Master/Slave-Verfahren eingesetzt wird, wird wie in 7 gezeigt eine Gesamtsteuereinheit 16 in irgendeiner der mehreren Motorantriebsvorrichtungen 1 ausgebildet. Die Motorantriebsvorrichtung 1, in der die Gesamtsteuereinheit 16 ausgebildet wurde, bildet den „Master“, und die Motorantriebsvorrichtung 1 in der die Gesamtsteuereinheit 16 nicht ausgebildet wurde, bildet den „Slave“. Während in der Master-Motorantriebsvorrichtung 1 die Stromumwandlungseinheit 11 und die Wechselstromquelle 2 elektrisch verbunden sind und durch die Stromumwandlungseinheit 11 der Wandlerbetrieb ausgeführt wird, steuert die Gesamtsteuereinheit 16 in der Master-Motorantriebsvorrichtung 1 die Steuereinheit 14 in der Slave-Motorantriebsvorrichtung 1 so, dass keine elektrische Verbindung der Stromumwandlungseinheit 11 und der Wechselstromquelle 2 und keine Vornahme des Wandlerbetriebs durch die Stromumwandlungseinheit 11 erfolgen. Während in der Master-Motorantriebsvorrichtung 1 die Stromumwandlungseinheit 11 und der Motor 3 elektrisch verbunden sind und durch die Stromumwandlungseinheit 11 der Inverterbetrieb ausgeführt wird, steuert die Gesamtsteuereinheit 16 in der Master-Motorantriebsvorrichtung 1 die Steuereinheit 14 in der Slave-Motorantriebsvorrichtung 1 (bei Vorhandensein von mehreren Slave-Motorantriebsvorrichtungen 1 die Steuereinheit 14 in irgendeiner der Slave-Motorantriebsvorrichtungen 1) so, dass eine elektrische Verbindung der Stromumwandlungseinheit 11 und der Wechselstromquelle 2 und eine Vornahme des Wandlerbetriebs der Stromumwandlungseinheit 11 gestattet werden. Dadurch wird der Wandlerbetrieb der Stromumwandlungseinheit 11 in einem Zustand, in dem die Stromumwandlungseinheit 11 und die Wechselstromquelle 2 elektrisch verbunden sind, unter den einzelnen Motorantriebsvorrichtungen 1 zeitlich versetzt vorgenommen.
  • Wenn für das Kommunikationsverfahren in der Kommunikationseinheit 17 das Token-Passing-Verfahren eingesetzt wird, werden wie in 8 gezeigt in den mehreren Motorantriebsvorrichtungen 1 Gesamtsteuereinheiten 16 ausgebildet. Die Gesamtsteuereinheit 16 in jeder Motorantriebsvorrichtung 1 ist an die Steuereinheit 14 angeschlossen und steuert durch die Steuereinheit 14 die oben beschriebene Abfolge von Verarbeitungen. Die Gesamtsteuereinheit 16 kann auch in der Steuereinheit 14 enthalten ausgeführt werden. Eine in einer Motorantriebsvorrichtung 1 ausgebildete Gesamtsteuereinheit 16 tauscht über die Kommunikationseinheit 17 ein Token mit einer Gesamtsteuereinheit 16, die in einer anderen Motorantriebsvorrichtung 1 ausgebildet ist, aus. In der Motorantriebsvorrichtung 1, die die Gesamtsteuereinheit 16, welche das Token erhalten hat, aufweist, werden die Stromumwandlungseinheit 11 und die Wechselstromquelle 2 elektrisch verbunden und wird durch die Stromumwandlungseinheit 11 der Wandlerbetrieb ausgeführt, während in der Motorantriebsvorrichtung 1 mit der Gesamtsteuereinheit 16 ohne Token die Stromumwandlungseinheit 11 und die Wechselstromquelle 2 nicht elektrisch verbunden werden und der Wandlerbetrieb der Stromumwandlungseinheit 11 nicht vorgenommen wird, sondern die Stromumwandlungseinheit 11 und der Motor 3 verbunden werden und durch die Stromumwandlungseinheit 11 der Inverterbetrieb vorgenommen wird. Dadurch wird der Wandlerbetrieb der Stromumwandlungseinheit 11 in einem Zustand, in dem die Stromumwandlungseinheit 11 und die Wechselstromquelle 2 elektrisch verbunden sind, unter den einzelnen Motorantriebsvorrichtungen 1 zeitlich versetzt vorgenommen.
  • Außerdem kann wie in 9 gezeigt eine Gesamtsteuereinheit 16 zum Beispiel außerhalb der Motorantriebsvorrichtungen 1 ausgebildet werden und als weitere übergeordnete Steuervorrichtung der einzelnen Motorantriebsvorrichtungen 1 ausgebildet werden.
  • Durch das Motorantriebssystem 102 nach der in 7 bis 9 gezeigten zweiten Ausführungsform wird in den einzelnen Motorantriebsvorrichtungen 1 das Speichern von Strom in der Stromspeichereinheit 12 wie oben beschrieben vorgenommen, indem die Stromumwandlungseinheit 11 in einem Zustand, in dem der Motor 3 elektrisch von der Motorantriebsvorrichtung getrennt ist, zur Ausführung des Wandlerbetriebs gebracht wird. Da der Strom, der für den Antrieb der mehreren Motoren 3 nötig ist, durch den Wechselstrom, wofür der in den Stromspeichereinheiten 12 der einzelnen Motorantriebsvorrichtungen 1 gespeicherte Gleichstrom durch die Stromumwandlungseinheiten 11 in einen Wechselstrom umgewandelt wurde, geliefert wird, kann die Kapazität der Stromquelleneinrichtung auf Seiten der Wechselstromquelle 2 noch weiter verringert werden, und da der Wechselstrom, der beim Stromspeichern in der ersten Öffnungs/Schließeinheit 21 fließt, wegen des langsamen Speicherns von Strom in der Stromspeichereinheit 12 kleiner als der Wechselstrom, der beim Antrieb des Motors in der zweiten Öffnungs/Schließeinheit 22 fließt, gestaltet werden kann, kann die erste Öffnungs/Schließeinheit 21 kleinformatiger als die zweite Öffnungs/Schließeinheit 22 ausgeführt werden, und kann auf eine weitere Kostenverringerung abgezielt werden.
  • Anschließend wird ein konkretes Betriebsbeispiel für den Antrieb von zwei Motoren durch das Motorantriebssystem nach der zweiten Ausführungsform erklärt. In der nachstehenden Erklärung werden die beiden Motorantriebsvorrichtungen in dem Motorantriebssystem nach der zweiten Ausführungsform als erste Motorantriebsvorrichtung und zweite Motorantriebsvorrichtung bezeichnet.
  • 10A ist eine Ansicht, die die einzelnen Wellenformen der einzelnen Motorantriebsvorrichtungen, wenn zwei Motoren durch das Motorantriebssystem nach der zweiten Ausführungsform angetrieben werden, beispielhaft zeigt, wobei beispielhaft die einzelnen Wellenformen der ersten Motorantriebsvorrichtung gezeigt sind. 10B ist eine Ansicht, die die einzelnen Wellenformen der einzelnen Motorantriebsvorrichtungen, wenn zwei Motoren durch das Motorantriebssystem nach der zweiten Ausführungsform angetrieben werden, beispielhaft zeigt, wobei beispielhaft die einzelnen Wellenformen der zweiten Motorantriebsvorrichtung gezeigt sind. Wie in 10A und 10B gezeigt sind für die einzelnen Wellenformen von oben her der Reihe nach die Motorausgangsleistung, der Stromquellenstrom, der Strom der Stromspeichereinheit, die Spannung der Stromspeichereinheit, der Verbindungszustand der Wechselstromquelle und der Stromumwandlungseinheit, und der Verbindungszustand des Motors und der Stromumwandlungseinheit gezeigt. Die gezeigten einzelnen Wellenformen sind jedoch lediglich Beispiele.
  • Zwischen den Zeitpunkten t0 bis t1 sind bei der zweiten Motorantriebsvorrichtung wie in 10B gezeigt die Wechselstromquelle und die Stromumwandlungseinheit verbunden, führt die Stromumwandlungseinheit den Wandlerbetrieb aus, und wird die Stromspeichereinheit geladen. Andererseits sind bei der ersten Motorantriebsvorrichtung wie in 10A gezeigt die Wechselstromquelle und die Stromumwandlungseinheit elektrisch getrennt und führt die Stromumwandlungseinheit weder den Wandlerbetrieb noch den Inverterbetrieb aus.
  • Zu dem Zeitpunkt t1 endet das Laden der Stromspeichereinheit in der zweiten Motorantriebsvorrichtung und werden die Wechselstromquelle und die Stromumwandlungseinheit elektrisch getrennt.
  • Zu dem Zeitpunkt t2 werden in der zweiten Motorantriebsvorrichtung wie in 10B gezeigt der Motor und die Stromumwandlungseinheit verbunden, führt die Stromumwandlungseinheit den Inverterbetrieb aus, und wird der Motor angetrieben. Und in der ersten Motorantriebsvorrichtung werden wie in 10A gezeigt die Wechselstromquelle und die Stromumwandlungseinheit verbunden, führt die Stromumwandlungseinheit den Wandlerbetrieb aus, und wird die Stromspeichereinheit geladen.
  • Zu dem Zeitpunkt t3 endet in der ersten Motorantriebsvorrichtung wie in 10A gezeigt das Speichern von Strom in der Stromspeichereinheit und werden die Wechselstromquelle und die Stromumwandlungseinheit elektrisch getrennt.
  • Da auf diese Weise der Zeitraum des Speicherns von Strom in der Stromspeichereinheit bei der zweiten Motorantriebsvorrichtung zwischen den Zeitpunkten t0 und t1 liegt, während der Zeitraum des Speicherns von Strom in der Stromspeichereinheit bei der ersten Motorantriebsvorrichtung zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 liegt, fällt der Wandlerbetrieb der Stromumwandlungseinheit in einem Zustand, in dem die Stromumwandlungseinheit und die Wechselstromquelle elektrisch verbunden sind, bei der ersten Motorantriebsvorrichtung und der zweiten Motorantriebsvorrichtung zeitlich nicht zusammen.
  • Wenn zu dem Zeitpunkt t4 die Überwachungseinheit in der zweiten Motorantriebsvorrichtung wie in 10B gezeigt bestimmt, dass die gespeicherte Strommenge (die Spannung des gespeicherten Stroms) der Stromspeichereinheit den unteren Grenzwert unterschritten hat, wird die Verbindung des Motors und der Stromumwandlungseinheit zu dem Zeitpunkt t5 elektrisch getrennt und werden zu dem Zeitpunkt t6 die Wechselstromquelle und die Stromumwandlungseinheit verbunden, führt die Stromumwandlungseinheit den Wandlerbetrieb aus, und wird die Stromspeichereinheit geladen. Andererseits ist bei der ersten Motorantriebsvorrichtung wie in 10A gezeigt die Stromumwandlungseinheit zwischen den Zeitpunkten t4 und t7 elektrisch von der Wechselstromquelle getrennt und mit dem Motor verbunden, führt die Stromumwandlungseinheit den Inverterbetrieb aus, und wird der Motor angetrieben. Da folglich die Stromumwandlungseinheit bei der ersten Motorantriebsvorrichtung während des Zeitraums des Speicherns von Strom in der Stromspeichereinheit in der zweiten Motorantriebsvorrichtung zwischen den Zeitpunkten t6 und t7 elektrisch von der Wechselstromquelle getrennt ist, der Motor angetrieben wird, und die Stromumwandlungseinheit den Inverterbetrieb ausführt, fällt der Wandlerbetrieb der Stromumwandlungseinheit in einem Zustand, in dem die Stromumwandlungseinheit und die Wechselstromquelle elektrisch verbunden sind, bei der ersten Motorantriebsvorrichtung und der zweiten Motorantriebsvorrichtung zeitlich nicht zusammen.
  • Auf die gleiche Weise sind bei der ersten Motorantriebsvorrichtung die Wechselstromquelle und die Stromumwandlungseinheit zwischen den Zeitpunkten t8 und t9 wie in 10A gezeigt verbunden, wird der Wandlerbetrieb vorgenommen, und die Stromspeichereinheit geladen. Da andererseits bei der zweiten Motorantriebsvorrichtung die Stromumwandlungseinheit wie in 10B gezeigt elektrisch von der Wechselstromquelle getrennt ist, fällt der Wandlerbetrieb der Stromumwandlungseinheit in einem Zustand, in dem die Stromumwandlungseinheit und die Wechselstromquelle elektrisch verbunden sind, bei der ersten Motorantriebsvorrichtung und der zweiten Motorantriebsvorrichtung zeitlich nicht zusammen.
  • 11A ist eine Ansicht, die die einzelnen Wellenformen der einzelnen Motorantriebsvorrichtungen, wenn zwei Motoren durch zwei herkömmliche Motorantriebsvorrichtungen angetrieben werden, beispielhaft zeigt, wobei beispielhaft die einzelnen Wellenformen der ersten Motorantriebsvorrichtung gezeigt sind. 11B ist eine Ansicht, die die einzelnen Wellenformen der einzelnen Motorantriebsvorrichtungen, wenn zwei Motoren durch zwei herkömmliche Motorantriebsvorrichtungen angetrieben werden, beispielhaft zeigt, wobei beispielhaft die einzelnen Wellenformen der zweiten Motorantriebsvorrichtung gezeigt sind. Wie in 11A und 11B gezeigt sind für die einzelnen Wellenformen von oben her der Reihe nach die Motorausgangsleistung, der Stromquellenstrom, der Strom der Stromspeichereinheit, die Spannung der Stromspeichereinheit, der Verbindungszustand der Wechselstromquelle und des Wandlers, und der Verbindungszustand des Motors und der Stromumwandlungseinheit gezeigt.
  • Die gezeigten einzelnen Wellenformen sind jedoch lediglich Beispiele. Da wie in 11A und 11B gezeigt zwischen den Zeitpunkten t0 und t1 sowohl bei der ersten Motorantriebsvorrichtung als auch bei der zweiten Motorantriebsvorrichtung die Wechselstromquelle und der Wandler verbunden sind und die Stromspeichereinheit geladen wird, ist es nötig, die Stromquellenkapazität verglichen mit der vorliegenden Ausführungsform groß zu gestalten.
  • Die Steuereinheit 14, die Überwachungseinheit 15, die Gesamtsteuereinheit 16 und die übergeordnete Steuereinheit 6, die oben beschrieben wurden, können zum Beispiel auch in Form von Softwareprogrammen aufgebaut werden oder durch eine Kombination von verschiedenen elektronischen Schaltungen und Softwareprogrammen aufgebaut werden. In diesem Fall können die einzelnen Funktionen durch Ausführen dieser Softwareprogramme an einer Rechenverarbeitungsvorrichtung wie einer MPU (Mikroprozessoreinheit) oder einem DSP implementiert werden. Oder es ist auch eine Ausführung als integrierte Halbleiterschaltungen, in die Softwareprogramme, die die Funktionen der Steuereinheit 14, der Überwachungseinheit 15, der Gesamtsteuereinheit 16 und der übergeordneten Steuereinheit 6 ausführen, geschrieben sind, möglich.
  • Durch eine Form der vorliegenden Offenbarung können eine kleinformatige und kostengünstige Motorantriebsvorrichtung mit einer Stromspeichereinheit, die zur Verringerung der Stromspitzen der Wechselstromquelle ausgebildet ist, sowie ein Motorantriebssystem ausgeführt werden.

Claims (12)

  1. Motorantriebsvorrichtung (1), umfassend: eine Stromumwandlungseinheit (11), die Wechselstromklemmen (31) und Gleichstromklemmen (32) aufweist, und selektiv einen Wandlerbetrieb, bei dem ein über die Wechselstromklemmen (31) eingebrachter Wechselstrom in einen Gleichstrom umgewandelt und über die Gleichstromklemmen (32) ausgegeben wird, und einen Inverterbetrieb, bei dem ein über die Gleichstromklemmen (32) eingebrachter Gleichstrom in einen Wechselstrom zum Motorantrieb umgewandelt wird und über die Wechselstromklemmen (31) ausgegeben wird, ausführt; eine Stromspeichereinheit (12), die elektrisch über die Gleichstromklemmen (32) der Stromumwandlungseinheit (11) angeschlossen ist und den von der Stromumwandlungseinheit (11) ausgegebenen Gleichstrom speichert und der Stromumwandlungseinheit (11) Gleichstrom liefert; eine Umschalteinheit (13), die das elektrische Anschlussziel der Wechselstromklemmen (31) der Stromumwandlungseinheit (11) zwischen einer Wechselstromquelle (2) und einem Motor (3) umschaltet; und eine Steuereinheit (14), die die Umschalteinheit (13) steuert und die Wechselstromklemmen (31) der Stromumwandlungseinheit (11) elektrisch an die Wechselstromquelle (2) anschließt, und die Stromumwandlungseinheit (11) steuert und zur Ausführung des Wandlerbetriebs bringt, wodurch Gleichstrom in der Stromspeichereinheit (12) gespeichert wird, sowie die Umschalteinheit steuert und die Wechselstromklemmen (31) der Stromumwandlungseinheit (11) elektrisch an den Motor (3) anschließt, und die Stromumwandlungseinheit steuert und zur Ausführung des Inverterbetriebs (11) bringt, wodurch der Motor (3) angetrieben wird.
  2. Motorantriebsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Umschalteinheit (13) eine erste Öffnungs/Schließeinheit (21), die den elektrischen Pfad zwischen den Wechselstromklemmen (31) der Stromumwandlungseinheit (11) und der Wechselstromquelle (2) öffnet und schließt, und eine zweite Öffnungs/Schließeinheit (22), die den elektrischen Pfad zwischen den Wechselstromklemmen (31) der Stromumwandlungseinheit (11) und dem Motor (3) öffnet und schließt, aufweist, wobei die Steuereinheit (14) beim Speichern von Gleichstrom in der Stromspeichereinheit (12) einen Öffnungs/Schließbefehl an die Umschalteinheit (13) sendet, wodurch ein Kontaktpunkt der ersten Öffnungs/Schließeinheit (21) geschlossen wird und ein Kontaktpunkt der zweiten Öffnungs/Schließeinheit (22) geöffnet wird, und beim Antreiben des Motors (3) einen Öffnungs/Schließbefehl an die Umschalteinheit (13) sendet, wodurch der Kontaktpunkt der ersten Öffnungs/Schließeinheit (21) geöffnet wird und der Kontaktpunkt der zweiten Öffnungs/Schließeinheit (22) geschlossen wird.
  3. Motorantriebsvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend eine Überwachungseinheit (15), die die gespeicherte Strommenge der Stromspeichereinheit (12) überwacht.
  4. Motorantriebsvorrichtung (1) nach Anspruch 3, wobei die Steuereinheit (14) beim Laden der Stromspeichereinheit (12) eine derartige Steuerung der Umschalteinheit (13) vornimmt, dass die Wechselstromklemmen (31) der Stromumwandlungseinheit (11) und die Wechselstromquelle (2) elektrisch verbunden werden, und eine derartige Steuerung der Stromumwandlungseinheit (11) vornimmt, dass diese zur Ausführung des Wandlerbetriebs gebracht wird, bis die Überwachungseinheit (15) bestimmt, dass die gespeicherte Strommenge der Stromspeichereinheit (12) einen vorab festgelegten oberen Grenzwert erreicht hat.
  5. Motorantriebsvorrichtung (1) nach Anspruch 4, wobei die Steuereinheit (14) eine derartige Steuerung der Umschalteinheit (13) vornimmt, dass die Wechselstromklemmen (31) der Stromumwandlungseinheit (11) und der Motor (3) elektrisch verbunden werden, und eine derartige Steuerung der Stromumwandlungseinheit (11) vornimmt, dass diese zur Ausführung des Inverterbetriebs gebracht wird, wenn die Überwachungseinheit (15) bestimmt hat, dass die gespeicherte Strommenge der Stromspeichereinheit (12) durch das Speichern von Gleichstrom in der Stromspeichereinheit (12) den oberen Grenzwert erreicht hat.
  6. Motorantriebsvorrichtung (1) nach Anspruch 5, wobei die Steuereinheit (14) eine derartige Steuerung der Umschalteinheit (13) vornimmt, dass die Wechselstromklemmen (31) der Stromumwandlungseinheit (11) und die Wechselstromquelle (2) elektrisch verbunden werden, und eine derartige Steuerung der Stromumwandlungseinheit (11) vornimmt, dass diese zur Ausführung des Wandlerbetriebs gebracht wird, wenn die Überwachungseinheit (15) bestimmt hat, dass die gespeicherte Strommenge der Stromspeichereinheit (12) durch das Antreiben des Motors (3) einen vorab festgelegten unteren Grenzwert unterschritten hat
  7. Motorantriebssystem (101), umfassend: die Motorantriebsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6; und einen Inverter (4), der an die Stromspeichereinheit (12) angeschlossen ist und den in der Stromspeichereinheit (12) gespeicherten Gleichstrom in einen Wechselstrom umwandelt und ausgibt.
  8. Motorantriebssystem (101) nach Anspruch 7, wobei der Motor (3) ein Motor (5) vom Typ mit mehreren Spulen ist, wobei der Inverter (4) den in der Stromspeichereinheit (12) gespeicherten Gleichstrom in einen Wechselstrom umwandelt und an eine andere Spule der mehreren Spulen des Motors (5) vom Typ mit mehreren Spulen als eine Spule, die an die Stromumwandlungseinheit (11) in der Motorantriebsvorrichtung (1) angeschlossen ist, ausgibt.
  9. Motorantriebssystem (101) nach Anspruch 7, wobei der Inverter (4) den in der Stromspeichereinheit (12) gespeicherten Gleichstrom in einen Wechselstrom zum Antrieb eines anderen Motors (3) als eines Motors, der an die Stromumwandlungseinheit (11) in der Motorantriebsvorrichtung (1) angeschlossen ist, umwandelt und ausgibt.
  10. Motorantriebssystem (102), das mit mehreren Motorantriebsvorrichtungen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 versehen ist, umfassend: eine Gesamtsteuereinheit (16), die den Betrieb der Steuereinheiten (14) in den einzelnen Motorantriebsvorrichtungen (1) so steuert, dass die Steuerung der Umschalteinheit (13), um die Wechselstromklemmen (31) der Stromumwandlungseinheit (11) elektrisch an die Wechselstromquelle (2) anzuschließen, und die Steuerung der Stromumwandlungseinheit (11), um sie zur Ausführung des Wandlerbetriebs zu bringen, nicht so vorgenommen werden, dass sie unter den einzelnen Motorantriebsvorrichtungen (1) zeitlich zusammenfallen.
  11. Motorantriebssystem (102) nach Anspruch 10, umfassend eine Kommunikationseinheit (17), die die mehreren Motorantriebsvorrichtungen (1) und die Gesamtsteuereinheit (16) kommunikationsfähig verbindet, wobei die Gesamtsteuereinheit (16) den Betrieb der Steuereinheiten (14) in den einzelnen Motorantriebsvorrichtungen (1) über die Kommunikationseinheit (17) steuert.
  12. Motorantriebssystem (102) nach Anspruch 11, wobei die Gesamtsteuereinheit (16) in wenigstens einer der mehreren Motorantriebsvorrichtungen (1) ausgebildet ist.
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