JP2008035588A - モータ駆動装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】充放電回路の能力とコンデンサの容量とが相互に制限されないようにする。
【解決手段】外部電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部とコンバータ部から出力される直流電力を受けモータを駆動するモータ駆動部とを備え、コンバータ部からの直流電力およびモータからの回生電力を受け、これらの電力を充放電回路210に直列接続されたコンデンサバンク220に蓄電するモータ駆動装置において、充放電回路210に直列接続されたコンデンサバンク220は、コンデンサバンク220内のコンデンサC1〜CNの総容量に最適な充放電回路210と一体化されてモジュール200を形成し、モジュールはモータ駆動装置に要求される容量に応じて1つもしくは複数個設けられる。
【選択図】図3

Description

本発明は、モータ駆動を目的とした駆動装置において、モータ回生時に発生する電気エネルギをコンデンサに蓄電しモータ加速時に再利用するコンデンサバンクを備えたモータ駆動装置に関する。
図1は従来技術によるモータ駆動装置の概略ブロック構成図である。図1全体に示すモータ駆動装置100は、外部電源101から供給される三相交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部102とコンバータ部102から出力される直流電力を受けモータ106を駆動するモータ駆動部103とを有する。コンバータ部102からの直流電力とモータ106からの回生電力を受け、これらの電力を充放電回路104に直列接続されたコンデンサバンク105に蓄電する。
以下の説明において、図1に示すようにモータ駆動装置100におけるコンバータ部102とモータ駆動部103との間の接続点+、−をDCリンク+、−と称する。DCリンク+、−間に、コンデンサバンク105が直接接続されると、電源投入時にコンデンサバンク105内のコンデンサC1〜CNに過大な突入電流が流れるため、電源投入時の突入電流を制限し、コンデンサバンク105内のコンデンサC1〜CNを充電するための充放電回路104をコンデンサバンク105に直列接続する必要がある。
特許文献1においては、図1に示すようなDCリンク+、−間に接続されたコンデンサの最大容量に応じた能力を有する充放電回路が設けられ該充放電回路を介してコンデンサを充電するため、コンデンサの容量が小さい場合、充放電回路は過剰な能力を有したものとなる。具体的には、充放電回路を構成する抵抗器の定格電力が必要以上に高いものを選択したことになる。一方、コンデンサの容量を大きくしたい場合、コンデンサの最大容量は充放電回路の最大能力で決まるため、コンデンサの容量は制限され充放電回路の最大能力を超えた大きさにすることはできない。具体的には、充放電回路を構成する抵抗器の定格電力に応じてコンデンサの最大容量は決定され、コンデンサの容量を充放電回路の最大能力に応じた最大容量を超えた大きさに選択することはできない。このため、コンデンサの容量を大きくしたい場合、抵抗器を定格電力が大きいものに交換しなければならない。
特開2003−333891号公報(特許請求の範囲の[請求項1]、[請求項7]、[請求項8]および明細書の段落番号[0009]、[0010]および図面の図1参照)。
上述したように、特許文献1に記載のモータ駆動装置では、充放電回路の能力とコンデンサの容量とは相互に制限を受けるという問題がある。
それゆえ、本発明は、充放電回路の能力とコンデンサの容量とが相互に制限されないように構成されたモータ駆動装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成する本発明によるモータ駆動装置は、外部電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部と該コンバータ部から出力される直流電力を受けモータを駆動するモータ駆動部とを備え、前記コンバータ部からの直流電力および前記モータからの回生電力を受け、これらの電力を充放電回路に直列接続されたコンデンサバンクに蓄電するモータ駆動装置において、前記充放電回路に直列接続されたコンデンサバンクは、該コンデンサバンクのコンデンサ容量に最適な充放電回路と一体化されてモジュールを形成し、該モジュールは前記モータ駆動装置に要求される容量に応じて1つもしくは複数個設けられることを特徴とする。
上記モータ駆動装置において、前記モジュールの複数個は、前記コンバータ部から出力される電圧に応じて直列接続される。
上記モータ駆動装置において、前記充放電回路は、前記コンデンサバンクから前記モータ駆動部に放電電流を流すためのダイオードもしくはスイッチと、前記コンデンサバンク内のコンデンサへの充電電流を制限する抵抗とを並列接続した回路である。
上記モータ駆動装置において、前記充放電回路は、前記コンデンサバンクから前記モータ駆動部に放電電流を流すためのダイオードもしくはスイッチと、前記コンデンサバンク内のコンデンサへの充電電流を制限するため直列接続された半導体素子およびリアクトルとを並列接続した回路である。
上記モータ駆動装置において、前記モジュールは、前記充放電回路と前記コンデンサバンクとの間に、該コンデンサバンク内のコンデンサへの印加電圧を制御する回路を内蔵する。
上記モータ駆動装置によれば、コンデンサバンク内のコンデンサとそのコンデンサの容量に最適な能力を有する充放電回路とを一体化したモジュールをモジュール単位で必要な数だけ駆動装置に接続するので、充放電回路の能力とコンデンサの容量とは相互に制限を受けないようになる。
また、上記モータ駆動装置において、モジュールがコンデンサの電圧を制御する回路を備えた構成によれば、コンデンサに充電されたエネルギを有効に利用できる。例えば、コンデンサの電圧を制御する回路でその電圧を昇圧することにより、コンデンサに充電されるエネルギを増大させてモータ駆動部に供給することができる。
図2は本発明によるモジュールの回路図であり、図3は図2に示すモジュールの複数個を並列接続した回路図である。図2に示すモジュール200は、図1に示すモータ駆動装置100における充放電回路104(図2の210)とコンデンサバンク105(図2の220)とを一体にしたものである。
コンデンサバンク220は図2に示す充放電回路210に直列接続される。モジュール200は、コンデンサバンク220内のコンデンサC1〜CNの総容量Cに最適な充放電回路210とコンデンサバンク220とを一体化したものである。モジュール200はモータ駆動装置100に要求される容量(電気エネルギ)Eに応じて図2では1つ、図3では複数N個を並列接続される。このとき、コンデンサC1〜CNの総容量Cはコンデンサ両端の電圧をVとしてE=CV2/2から算出する。E=CV2/2から、コンデンサC1〜CNの総容量Cが決定したならば、充放電回路210内の抵抗器の定格電力はこの電気エネルギEに適合するよう選択される。
図4は図2に示すモジュール200を2個直列接続した回路図である。図4に示す例ではモジュール200を2個直列接続した例を示すが、モジュール200を3個以上直列接続してもよい。
図5は図2に示すモジュール200(図5の300)を構成するコンデンサバンク320内のコンデンサC1〜CNに蓄電し、蓄電された電気エネルギをモータ駆動部に放電させる充放電回路310の第1実施例を示す図である。コンデンサC1〜CNへの充電時には抵抗Rを経由して充電し、コンデンサC1〜CNからの放電時にはダイオードDを経由して電流を流す。
図6は図2に示すモジュール200(図6の400)を構成するコンデンサバンク420内のコンデンサC1〜CNに蓄電し、蓄電された電気エネルギをモータ駆動部に放電させる充放電回路410の第2実施例を示す図である。コンデンサC1〜CNへの充電時には抵抗Rを経由して充電し、コンデンサC1〜CNからの放電時にはトランジスタなどのスイッチSWを経由して電流を流す。
図7は図2に示すモジュール200(図7の500)を構成するコンデンサバンク520内のコンデンサC1〜CNに充電し、コンデンサバンク520内のコンデンサに蓄電された電気エネルギをモータ駆動部に放電させる充放電回路510の第3実施例を示す図である。コンデンサC1〜CNへの充電時にはリアクトルLおよびトランジスタなどの半導体SCを経由して充電し、コンデンサC1〜CNからの放電時にはダイオードDを経由して電流を流す。
図8は図2に示すモジュール200(図8の600)を構成するコンデンサバンク620内のコンデンサC1〜CNに充電し、コンデンサバンク620内のコンデンサC1〜CNに蓄電された電気エネルギをモータ駆動部に放電させる充放電回路610の第4実施例を示す図である。コンデンサC1〜CNへの充電時にはリアクトルLおよびトランジスタ等の半導体SCを経由して充電し、コンデンサC1〜CNからの放電時にはトランジスタなどのスイッチSWを経由して電流を流す。
図9は図2に示すモジュール200の充放電回路210とコンデンサバンク220との間に設けられる電圧制御回路750と放電回路770の実施例を示す図である。電圧制御回路750は、リアクトルLと、第1半導体(例えば、トランジスタ)SC1とダイオードDとを有する。放電回路770は第2半導体(例えば、トランジスタ)SC2を有する。
電圧制御回路750は、所謂ブースト回路であり、第1半導体SC1をオンにしたときにリアクトルL1に蓄電した電気エネルギを第1半導体SC1をオフにしたときにダイオードDを経由してコンデンサバンク220内のコンデンサC1〜CNに充電することでコンデンサC1〜CNの両端電圧を昇圧する。コンデンサバンク220内のコンデンサC1〜CNに充電された電気エネルギはダイオードDにより充電電圧制御回路750への逆流は阻止される。放電回路770はコンデンサバンク220内のコンデンサC1〜CNに充電された電気エネルギを第2半導体SC2を経由して図1に示すようなモータ駆動部に放電する。
従来技術によるモータ駆動装置の概略ブロック構成図である。 本発明によるモジュールの回路図である。 図2に示すモジュールの複数個を並列接続した回路図である。 図2に示すモジュールの複数個を直列接続した回路図である。 図2に示すモジュールを構成するコンデンサバンク内のコンデンサに蓄電し、蓄電された電気エネルギをモータ駆動部に放電させる充放電回路の第1実施例を示す図である。 図2に示すモジュールを構成するコンデンサバンク内のコンデンサに蓄電し、蓄電された電気エネルギをモータ駆動部に放電させる充放電回路の第2実施例を示す図である。 図2に示すモジュールを構成するコンデンサバンク内のコンデンサに充電し、コンデンサバンク内のコンデンサに蓄電された電気エネルギをモータ駆動部に放電させる充放電回路の第3実施例を示す図である。 図2に示すモジュールを構成するコンデンサバンク内のコンデンサに充電し、コンデンサバンク内のコンデンサに蓄電された電気エネルギをモータ駆動部に放電させる充放電回路の第4実施例を示す図である。 図2に示すモジュールの充放電回路とコンデンサバンクとの間に設けられる充電電圧制御回路と放電回路の実施例を示す図である。
符号の説明
100 モータ駆動装置
101 電源
102 コンバータ部
103 モータ駆動部(インバータ)
104、210、310、410、510、610 充放電回路
105、220、320、420、520、620 コンデンサバンク
106 モータ
C1〜CN コンデンサ
R 抵抗器
D ダイオード
SW スイッチ
L リアクタンス
SC 半導体

Claims (5)

  1. 外部電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部と該コンバータ部から出力される直流電力を受けモータを駆動するモータ駆動部とを備え、前記コンバータ部からの直流電力および前記モータからの回生電力を受け、これらの電力を充放電回路に直列接続されたコンデンサバンクに蓄電するモータ駆動装置において、
    前記充放電回路に直列接続されたコンデンサバンクは、該コンデンサバンクのコンデンサ容量に最適な充放電回路と一体化されてモジュールを形成し、該モジュールは前記モータ駆動装置に要求される容量に応じて1つもしくは複数個設けられることを特徴とするモータ駆動装置。
  2. 前記モジュールの複数個は、前記コンバータ部から出力される電圧に応じて直列接続される請求項1に記載のモータ駆動装置。
  3. 前記充放電回路は、前記コンデンサバンクから前記モータ駆動部に放電電流を流すためのダイオードもしくはスイッチと、前記コンデンサバンク内のコンデンサへの充電電流を制限する抵抗とを並列接続した回路である請求項1または2に記載のモータ駆動装置。
  4. 前記充放電回路は、前記コンデンサバンクから前記モータ駆動部に放電電流を流すためのダイオードもしくはスイッチと、前記コンデンサバンク内のコンデンサへの充電電流を制限するため直列接続された半導体素子およびリアクトルとを並列接続した回路である請求項1または2に記載のモータ駆動装置。
  5. 前記モジュールは、前記充放電回路と前記コンデンサバンクとの間に、該コンデンサバンク内のコンデンサへの印加電圧を制御する回路を備えた請求項1乃至4の何れか1項に記載のモータ駆動装置。
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