JP2007074768A

JP2007074768A - 電源装置

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Publication number: JP2007074768A
Application number: JP2005255829A
Authority: JP
Inventors: Eiji Uehara; 栄治上原
Original assignee: Kayaba Industry Co Ltd
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2005-09-05
Filing date: 2005-09-05
Publication date: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2025-09-05
Also published as: JP4704155B2

Abstract

【課題】給電用ケーブル径を細くすることができる電源装置を提供することである。
【解決手段】主電源１と、主電源１によって充電される副電源３を備えモータ駆動回路６へ電力供給を行う電源装置において、副電源３を少なくとも定電流充電する充電回路２と、副電源３の電圧を一定電圧に変換してモータ駆動回路６へ出力する放電回路４とを備え、モータ駆動回路６への電力供給が副電源３によって行われることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電源装置の改良に関する。

この種電源装置としては、たとえば、主電源と、副電源と、主電源の電圧を一定電圧に降圧するとともに副電源を充電するＤＣ−ＤＣコンバータとを備え、負荷となるモータ駆動回路は、副電源から電力供給を受けるようになっている（たとえば、特許文献１参照）。

また、主電源と、主電源によって充電される副電源と、複数の切換スイッチとを備え、該切換スイッチの切換によって、特に大電力の供給を行う際には、主電源と副電源を直列して負荷となる操舵輪の電動パワーアシスト用のモータを駆動する駆動回路へ電力供給を行い、大電力の供給が必要でない場合には、副電源のみから上記駆動回路に電力供給を行うようになっている（たとえば、特許文献２参照）
特開平１１−１２２７０１号公報（図１）特開２００３−３２０９４２号公報（段落番号００２５から００３２まで，図３）

しかし、上述従来の電源装置では、主電源から副電源に至るまであるいはＤＣ−ＤＣコンバータに至るまでの間の給電用ケーブルは、熱損等に恐れが無いように主電源電圧に応じた電流を流せるだけの径が必要である。

特に、自動車のパワーアシスト用モータ、電磁力で車体を制御する電磁サスペンション用のモータのように瞬間的に大電力を必要とするモータを駆動する場合には、主電源の電流が大きく、上記した給電用ケーブルの径はおのずと太くならざるを得ず、電源装置全体の重量が大きくなり、コストも高いものとなってしまう。

また、上記給電用ケーブルに流れる電流が大きいので、銅損も必然的に大きくなり、電磁環境適合性が悪化する一因となる。

そこで、本発明は上記不具合を改善するために創案されたものであって、その目的とするところは、給電用ケーブル径を細くすることができる電源装置を提供することである。

上記した目的を達成するため、本発明の課題解決手段は、主電源と、主電源によって充電されるとともにモータ駆動回路への電力供給を行う副電源を備えた電源装置において、副電源を充電する充電回路を備え、副電源の電圧を一定電圧に変換してモータ駆動回路へ出力する定電圧回路とを備える。

本発明によれば、副電源は充電回路によって定電流充電が行われ、主電源は副電源を充電するのみで、モータ駆動回路への電力供給は副電源のみによって行われ、主電源と充電回路とを結ぶ給電用ケーブルに大電流が流れることが無いので、給電用ケーブルの径を細くしておくことができる。

また、給電用ケーブルの径を細くして自身の抵抗値が大きくなっても、エネルギ損失に２乗で効く電流量を小さくしておけるので、銅損を従来電源装置よりも小さくすることができ、電磁環境適合性も向上する。

さらに、給電用ケーブルの径を細くすることができるので、その分、電源装置全体の重量が小さくなり、コストも低減することが可能となる。

また、回生電流で副電源を充電する場合には、従来電源装置に比較して省電力となり、より一層給電用ケーブルの径を細くしておくようにすることができ、これにより、一層電源装置の軽量化、コスト低減を図ることが可能となる。

以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。図1は、一実施の形態における電源装置の構成図である。図２は、より具体的な実施の形態における電源装置の構成図である。図３は、他のより具体的な実施の形態における電源装置の構成図である。

図１に示すように、一実施の形態における電源装置は、主電源１と、充電回路２と、副電源３と、放電回路４と、回生手段５とを備え、放電回路４はモータ駆動回路６に接続されてモータ駆動回路６に電力供給を行うようになっている。

以下、詳しく説明すると、主電源１と充電回路２とは、給電用ケーブル１０で接続されており、充電回路２は、定電流回路を備えており、定電流充電によって副電源３を充電するようになっている。そして、主電源１は、たとえば、バッテリ等の電池であり、直流電流を充電回路２に供給し、充電回路２としては、具体的にたとえば、チョッパ型スイッチングコンバータ等を用いることができる。

副電源３は、具体的には、複数の電気二重層キャパシタを備えており、各電気二重層キャパシタを複数直列に接続して構成されている。なお、この実施の形態では、蓄電された時にモータ駆動回路が要求する電圧を満足させることができる程度の数の電気二重層キャパシタを直列に接続してある。また、この副電源３は、各電気二重層キャパシタの分担電圧を均一にするために並列モニタをも備えている。

なお、副電源３としては、化学変化によって蓄電放電可能な二次電池を用いることも可能であるが、上述のように電気二重層キャパシタを用いることで、副電源３を長寿命とすることができ、また温度特性に優れ、さらには、蓄電残量（ｓｔａｔｅｏｆｃｈａｒｇｅ）の測定が容易となるなどの種々の利点を享受することができる。

さらに、放電回路４は、副電源３からモータ駆動回路６へ安定した電力供給を行えるものであればよく、具体的に本実施の形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータとされている。したがって、この放電回路４は、安定した直流電圧をモータ駆動回路６へ供給することができるようになっている。

回生手段５は、モータＭが発電していることを検知してモータ駆動回路６を介してモータＭで生じる回生電流を充電回路２に戻すことができるものであればよく、その構成は任意である。

また、モータ駆動回路６は、モータＭの構造にもよるが、モータＭがＤＣモータ等であれば、インバータを用いればよい。

そして、モータＭが外力によって駆動する際、あるいは、減速する際に、モータＭの発電によって生じる回生電流を回生手段５によって、充電回路４に戻し、この回生電流をもってしても副電源３を充電することが可能なようになっている。

つづいて、このように構成された電源装置の動作について説明すると、主電源１から副電源３へ充電回路２を介して定電流充電が行われ、モータＭを駆動する場合、放電回路４を作動させて副電源３に放電動作をさせてモータ駆動回路６に電力供給を行うようにする。

このとき、副電源３は充電回路２によって定電流充電が行われるので、給電用ケーブル１０に流れる電流量を小さく保つことができる。

なお、モータＭを駆動するにあたり、特に、モータＭが電動パワーアシスト用や電磁サスペンション用に供され、突発的に大きなトルクや推力を出力するような事態となって、副電源３が放電して電圧が降下しても、充電回路２によって放電した電力量に応じて定電流充電が行われるので、給電用ケーブル１０に大電流が流れる心配がない。

したがって、主電源１は副電源３を充電するのみで、モータ駆動回路６への電力供給は副電源３のみによって行われ、給電用ケーブル１０に大電流が流れることが無いので、給電用ケーブル１０の径を細くしておくことができる。また、給電用ケーブル１０の径を細くして自身の抵抗値が大きくなっても、エネルギ損失に２乗で効く電流量を小さくしておけるので、銅損を従来電源装置よりも小さくすることができ、電磁環境適合性も向上する。

さらに、給電用ケーブル１０の径を細くすることができるので、その分、電源装置全体の重量が小さくなり、コストも低減することが可能となる。

転じて、モータＭが外力によって強制的に駆動させられる場合には、回生手段５によって、回生電流を充電回路２に戻し、副電源３を充電するようにする。すると、モータＭの巻線に生じた誘導起電力によって回生電流が発生し、この回生電流は、モータ駆動回路６のスイッチング素子のフライホイルダイオードによって整流されるとともに回生手段５を介して充電回路２に流れ、この回生電流によって副電源３を定電流充電することができる。

したがって、この電源装置にあっては、モータＭの発電によって生じる回生電流で副電源３を充電することができ、従来電源装置に比較して省電力となる。

また、積極的に回生電流によって副電源３を充電することが可能であるので、より一層給電用ケーブル１０の径を細くしておくようにすることができ、これにより、一層電源装置の軽量化、コスト低減を図ることが可能となる。

つづいて、図２に示した、より具体的な電源装置について説明する。この具体的な電源装置における充電回路２は、本実施の形態では、二系統の定電流回路２１，２２を備えており、一方の定電流回路２１は、給電用ケーブル１０を介して主電源に接続されるとともに切換スイッチ７の接点７ａに接続され、他方の定電流回路２２は、切換スイッチ７の接点７ｂに接続されるとともに後述する切換スイッチ８の接点８ｂに接続されており、主電源からの電力供給を受けて定電流回路２１を介して副電源３を定電流充電することができるようになっている。

なお、この充電回路２にあっては、上記定電流回路２１，２２の他に定電圧回路を備えてもよく、副電源３の電圧が所定値に達するまでは定電流充電を行い、副電源３の電圧が所定値に達すると定電圧充電に切り換えて副電源３を充電するようにしてもよい。また、定電流回路２１，２２としては、具体的にたとえば、上述のようにチョッパ型スイッチングコンバータ等を用いることができる。

副電源３、放電回路４およびモータ駆動回路６は、上記した実施の形態と同様の構成であるが、この実施の形態の場合、モータ駆動回路６は、放電回路４の出力端子に接続された切換スイッチ８に接続されている。

この切換スイッチ８が接点８ａ側に切り換えられると放電回路４からモータ駆動回路６へ電力が供給され、切換スイッチ７が接点８ｂ側に切り換えられると、コード９を介してモータ駆動回路６が充電回路２の定電流回路２２へ接続されるようになっている。

なお、回生手段５は、この場合、上述した各切換スイッチ７，８と定電流回路２２とで構成されていることになる。

つづいて、このように構成された電源装置の動作について説明すると、まず切換スイッチ７を接点７ａに切換ると、主電源１から副電源３へ充電回路２の定電流回路２１を介して定電流充電が行われる。

このとき、副電源３は定電流充電が行われるので、給電用ケーブル１０に流れる電流量を小さく保つことができる。

そして、モータ駆動回路６に副電源３から電力供給を行うには、切換スイッチ８を接点８ａ側に切り換えることによって行われ、モータ駆動回路６の制御によってモータＭが駆動せしめられることになる。

したがって、この具体的な電源装置にあっても、モータＭを駆動するにあたり、特に、モータＭが電動パワーアシスト用や電磁サスペンション用に供され、突発的に大きなトルクや推力を出力するような事態となって、副電源３が放電して電圧が降下しても、充電回路２によって放電した電力量に応じて定電流充電が行われるので、給電用ケーブル１０に大電流が流れる心配がない。

転じて、モータＭが外力によって強制的に駆動させられる場合には、切換スイッチ８を接点８ｂ側に、切換スイッチ７を接点７ｂ側に切り換えるようにする。すると、モータＭの巻線に生じた誘導起電力によって回生電流が発生し、この回生電流は、モータ駆動回路６のスイッチング素子のフライホイルダイオードによって整流され、コード９、切換スイッチ８を介して定電流回路２２に流れ、この回生電流によって副電源３を定電流充電することができる。

なお、上述したところでは、充電回路２に二系統の定電流回路２１，２２を設けてモータＭの誘導起電力によって生じる回生電流で副電源３を充電するに際し定電流回路２２を介して行っているが、図３に示すように、定電流回路を一系統のみとして、一つの定電流回路の上流を給電用ケーブル１０とコード９に切換接続可能な切換スイッチを設けるようにしてもよい。

また、モータＭの誘導起電力が小さく副電源３を充電可能な程度までに至らずに回生失効が生じる場合には、切換スイッチ７を接点７ａ側に維持しておくようにしてもよく、さらには、上記回生エネルギを消費する抵抗器等を設けておくようにしてもよい。

なお、上述したところでは、本発明の電源装置は、間欠駆動され短時間に大電流を要求するモータの電源として最適であるが、モータの使用環境としてはこれに限られず、たとえば、操舵輪の電動パワーアシストや電磁サスペンション以外にも、モータがその他の用途、具体的にたとえば、車両走行用駆動源、リフト昇降用駆動源、シャッター駆動源、門扉開閉用駆動源等として使用される際の電源としても使用可能であり、本発明の効果を失うことがない。

以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。

一実施の形態における電源装置の構成図である。より具体的な実施の形態における電源装置の構成図である。他のより具体的な実施の形態における電源装置の構成図である。

符号の説明

１主電源
２充電回路
２１，２２定電流回路
３副電源
４放電回路
５回生手段
６モータ駆動回路
７，８切換スイッチ
９コード
１０給電用ケーブル

Claims

主電源と、主電源によって充電される副電源を備えモータ駆動回路へ電力供給を行う電源装置において、副電源を少なくとも定電流充電する充電回路と、副電源の電圧を一定電圧に変換してモータ駆動回路へ出力する放電回路とを備え、モータ駆動回路への電力供給が副電源によって行われることを特徴とする電源装置。
モータに生じる回生電流で副電源を充電することが可能な回生手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
定電圧回路がＤＣ−ＤＣコンバータであることを特徴とする請求項１または２に記載の電源装置。
充電回路は、主電源を電力供給源として副電源を充電する定電流回路と回生電流で副電源を充電する定電流回路を備えていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電源装置。
副電源は、電気二重層コンデンサもしくは二次電池であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の電源装置。