JP2015023696A - 電源回生装置およびインバータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】制動抵抗を用いていた用途に適した回生能力を有し、装置サイズやコストの面で制動抵抗への置き替えを容易とする。
【解決手段】実施形態によれば、インバータ主回路と制動用端子と制動用スイッチング素子をオン駆動する制動回路を備えたインバータ装置に対し、制動用端子を介して接続される電源回生装置である。本装置は、制動用端子に接続される回生入力端子、交流電源に接続される回生出力端子、回生主回路、リアクトルおよび位相制御回路を備える。回生主回路は、第１、第２回生電源線間に回生用スイッチング素子が三相ブリッジ接続されている。位相制御回路は、交流電源の相電圧の位相を検出し、相電圧が最も高くなる相に対応する第１回生電源線に接続された回生用スイッチング素子および相電圧が最も低くなる相に対応する第２回生電源線に接続された回生用スイッチング素子をオンする通電指令信号を生成する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、電源回生装置およびインバータ装置に関する。

インバータ装置によりモータを駆動すると、減速時、停止時などにモータでの発生エネルギーがインバータ装置に戻される。この戻された電力を処理する方法には、制動抵抗を用いる方法と、電源回生装置を用いる方法（特許文献１参照）とがある。前者の場合、モータでの発生エネルギーは熱として消費されるので、エネルギーを有効活用できない。これに対し、後者の場合には、モータでの発生エネルギーは交流電源に戻されるので、エネルギーを有効活用できる。

一般には、モータから戻される電力が比較的小さい場合には、ユーザがインバータ装置の制動用端子に適当な制動抵抗を接続することで、インバータ装置が標準的に備えている制動回路が制動制御を行う。一方、モータから戻される電力が大きい場合には、インバータ装置に対し制動回路に替えて電源回生装置が取り付けられ、電源回生装置が電力回生の必要性を自ら判断しながら回生制御を行う。

特開２０１２−２４９４９４号公報

従来の電源回生装置は、インバータ装置の容量、負荷の大きさ、負荷の特性などに応じて予め選定されてインバータ装置に取り付けられるものであり、回生能力が不足することがないように十分な電流能力を持つスイッチング素子と、マイクロコンピュータからなる回生制御部とを備えている。

その結果、従来の電源回生装置は、高い回生能力を持つ一方で、同程度の制動能力を持つ制動抵抗と制動回路との組み合わせに比べ装置サイズが大きく、高価なものとなっていた。このため、ユーザは、これまで制動抵抗を用いてきた用途において、更なる省エネ効果を得るために電源回生装置の採用を検討しても、装置サイズおよびコストの面で断念せざるを得ない場合が多かった。

そこで、これまで制動抵抗を用いていた用途に適した回生能力を有し、装置サイズやコストの面で制動抵抗への置き替えが容易となる電源回生装置およびインバータ装置を提供する。

実施形態の電源回生装置は、一対の電源線間の直流電圧を入力して交流電圧を出力するインバータ主回路、制動抵抗が接続される一対の制動用端子、および直流電圧が基準電圧を超えると電源線間に制動用端子間と直列に設けられた制動用スイッチング素子をオン駆動する制動回路を備えたインバータ装置に対し、制動用端子を介して接続されるものである。

電源回生装置は、インバータ装置の一対の制動用端子に接続される一対の回生入力端子と、交流電源に接続される回生出力端子を備えている。さらに、電源回生装置は、回生主回路、リアクトルおよび位相制御回路を備えている。回生主回路は、回生入力端子のうち制動状態において高電位側となる端子に接続された第１回生電源線と低電位側となる端子に接続された第２回生電源線との間に、通電指令信号に従ってオンオフ動作する回生用スイッチング素子が三相ブリッジ構成に接続されている。リアクトルは、回生主回路の出力ノードと回生出力端子との間に相ごとに設けられている。

位相制御回路は、交流電源の相電圧の位相を検出し、相電圧が最も高くなる相に対応する回生主回路の第１回生電源線に接続された回生用スイッチング素子および相電圧が最も低くなる相に対応する回生主回路の第２回生電源線に接続された回生用スイッチング素子をオンする通電指令信号を生成する。

第１の実施形態を示すインバータシステムの構成図 交流電源の相電圧と電源回生装置の通電指令信号の波形図 第２の実施形態を示す図１相当図 第３の実施形態を示す図１相当図 第４の実施形態を示す図１相当図 第５の実施形態を示す図１相当図 第６の実施形態を示す図１相当図 第７の実施形態を示す図１相当図 制動用スイッチング素子の駆動信号と推定温度の波形図 温度推定に用いる電気回路の構成図 第８の実施形態を示す図１相当図 第９の実施形態を示す図１相当図 第１０の実施形態を示す図１相当図

各実施形態において実質的に同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
（第１の実施形態）
図１および図２を参照しながら第１の実施形態を説明する。図１は、インバータ装置１１に対し、制動抵抗に代えて電源回生装置１２を組み合わせて構成したインバータシステムを表している。インバータ装置１１の入力端子ＰＲ、ＰＳ、ＰＴには、図示しない配線用遮断器、電磁開閉器などを介して三相交流電源１３が接続され、出力端子ＴＵ、ＴＶ、ＴＷにはモータ１４が接続される。

インバータ装置１１は、整流回路１５、スイッチ１６と抵抗１７とからなる突入電流防止回路１８、直流電源線１９、２０間に並列に接続されたコンデンサ２１と放電抵抗２２、インバータ主回路２３、直流電源線１９、２０間に設けられた制動回路２４、図示しない制御回路などを備えて構成されている。制御回路は、マイクロコンピュータを主体に構成されており、出力電圧と出力周波数の制御、保護動作の制御、運転モードの設定動作、パラメータの設定動作、表示制御などを実行する。

整流回路１５は、三相ブリッジ構成に接続されたダイオードから構成されており、入力端子ＰＲ、ＰＳ、ＰＴから入力した交流電圧を整流し、直流電源線１９、２０間に直流電圧を出力する。突入電流防止回路１８は、整流回路１５からコンデンサ２１に至る高電位側の直流電源線１９に設けられており、交流電源が入力端子ＰＲ、ＰＳ、ＰＴに接続された時に流れる突入電流を制限する。インバータ主回路２３は、三相ブリッジ構成に接続されたスイッチング素子２５up〜２５wnおよび還流ダイオード２６up〜２６wnから構成されている。制御回路は、スイッチング素子２５up〜２５wnに対し、図示しないドライブ回路を介してＰＷＭ駆動信号に対応したゲート電圧を印加する。

制動回路２４は、制動用端子ＰＡ、ＰＢ、直流電圧検出回路２７、ドライブ回路２８、制動用スイッチング素子２９およびダイオード３０、３１を備えて構成された所謂ブレーキ回路である。スイッチング素子２９（ＩＧＢＴ）のコレクタ・エミッタ間は、直流電源線１９、２０間に制動用端子ＰＡ、ＰＢ間と直列に接続されている。制動用端子ＰＡは直流電源線１９に接続されている。制動用端子ＰＡ、ＰＢ間には、制動用端子ＰＡ側をカソードとしてサージ吸収用のダイオード３０が接続されている。

直流電圧検出回路２７は、直流電源線１９、２０間の直流電圧を検出し、その直流電圧が基準電圧を超えるとドライブ回路２８を介してスイッチング素子２９をオン駆動する。既述したように、従来のインバータ装置では、制動時にモータ１４から戻されるエネルギーが比較的小さい場合、制動用端子ＰＡ、ＰＢに制動抵抗が接続されて使用されていた。これに対し、本実施形態のインバータシステムでは、同様の場合において、制動用端子ＰＡ、ＰＢに電源回生装置１２の回生入力端子ＢＰＡ、ＢＰＢが接続されて使用される。

電源回生装置１２は、回生入力端子ＢＰＡ、ＢＰＢ、回生出力端子ＢＰＲ、ＢＰＳ、ＢＰＴ、回生主回路３２、リアクトル３３Ｒ、３３Ｓ、３３Ｔ、位相制御回路３４およびドライブ回路３５rp〜３５tnを備えて構成されている。回生出力端子ＢＰＲ、ＢＰＳ、ＢＰＴには、上述した配線用遮断器、電磁開閉器などを介して三相交流電源１３が接続される。

回生入力端子ＢＰＡ、ＢＰＢには、それぞれ第１回生電源線３６、第２回生電源線３７が接続されている。回生主回路３２は、回生電源線３６、３７間に三相ブリッジ構成に接続された回生用スイッチング素子３８rp〜３８tnおよび還流ダイオード３９rp〜３９tnから構成されている。スイッチング素子３８rp〜３８tnの電流定格は、スイッチング素子２９の電流定格と同じでよく、スイッチング素子３８rp〜３８tnの最大許容損失は、スイッチング素子２９の最大許容損失よりも小さくてよい。スイッチング素子３８rp〜３８tnはドライブ回路３５rp〜３５tnにより駆動される。

リアクトル３３Ｒ、３３Ｓ、３３Ｔは、それぞれ回生主回路３２の各相の出力ノードＮＲ、ＮＳ、ＮＴと回生出力端子ＢＰＲ、ＢＰＳ、ＢＰＴとの間に接続されている。位相制御回路３４は、交流電源１３の相電圧の位相を検出し、その検出した位相に基づいて通電指令信号Ｄrp〜Ｄtnを生成する。ドライブ回路３５rp〜３５tnは、スイッチング素子３８rp〜３８tnに対し、通電指令信号Ｄrp〜Ｄtnに対応したゲート電圧を印加する。

次に、本実施形態の作用を説明する。インバータ装置１１は、交流電源１３から入力した交流電力を整流回路１５により直流電力に変換し、それをインバータ主回路２３により交流電力に変換してモータ１４に出力する。モータ１４が減速、停止等するとき、モータ１４と負荷の回転エネルギーがインバータ装置１１に戻される。直流電圧検出回路２７は、直流電源線１９、２０間の直流電圧が基準電圧を超えるとスイッチング素子２９をオン駆動する。この制動状態になると、制動用端子ＰＡ、ＰＢ間を介して電源回生装置１２の回生入力端子ＢＰＡ、ＢＰＢ間に、直流電源線１９、２０間の直流電圧にほぼ等しい電圧が与えられる。

電源回生装置１２の位相制御回路３４は、回生出力端子ＢＰＲ、ＢＰＳ、ＢＰＴに交流電源１３が接続されているとき、図２に示す通電指令信号Ｄrp〜Ｄtnを生成する。すなわち、位相制御回路３４は、交流電源１３のうち相電圧が最も高くなる相に対応する通電指令信号Ｄxp（ｘ：ｒ、ｓ、ｔの何れか）と、相電圧が最も低くなる相に対応する通電指令信号Ｄyn（y：ｒ、ｓ、ｔの何れか）をオンレベル（５Ｖ）に制御する。その他の通電指令信号はオフレベル（０Ｖ）に制御する。

通電指令信号Ｄxp、Ｄynがオンレベルのとき、対応するスイッチング素子３８xp、３８ynがオンする。このとき、インバータ装置１１の直流電源線１９から、制動用端子ＰＡ、電源回生装置１２の回生入力端子ＢＰＡ、第１回生電源線３６、スイッチング素子３８xp、リアクトル３３Ｘ（Ｘ：Ｒ、Ｓ、Ｔの何れか）、交流電源１３、リアクトル３３Ｙ（Ｙ：Ｒ、Ｓ、Ｔの何れか）、スイッチング素子３８yn、第２回生電源線３７、回生入力端子ＢＰＢ、インバータ装置１１の制動用端子ＰＢ、スイッチング素子２９を介して直流電源線２０に至る経路で回生電流が流れる。その結果、モータ１４からインバータ装置１１に戻されたエネルギーは、電源回生装置１２を通して交流電源１３に回生される。

本実施形態の電源回生装置１２は、比較的小規模なシステムにおいて従来から用いられている制動抵抗に置き替えて用いられるものである。ユーザは、制動抵抗と電源回生装置１２の何れかを選択してインバータ装置１１の制動用端子ＰＡ、ＰＢに接続するだけで利用可能となる。電源回生装置１２を用いれば、熱として消費していた制動時のエネルギーを交流電源１３に回生することができ、制動抵抗を用いた場合に比べ省エネ効果が得られる。

電源回生装置１２は、自ら直流電圧を監視することにより回生動作の開始／停止を判断するものではなく、インバータ装置１１が備える制動回路２４の動作に従って受動的に回生動作の開始／停止を行う。従って、従来の電源回生装置とは異なり、マイクロコンピュータからなる制御回路を必要としない。また、回生電流は、電源回生装置１２のスイッチング素子３８xp、３８ynとインバータ装置１１のスイッチング素子２９とを直列に介して流れる。このため、スイッチング素子２９の電流定格および／または最大許容損失による制限を受け、電源回生装置１２の回生能力は、制動回路２４の制動能力と同程度の能力になる。

すなわち、電源回生装置１２は、従来の電源回生装置のような自律した制御能力と高い回生能力を有するものではないが、制動回路２４の制動能力に調和した適正な回生能力を備えている。その結果、装置の小型化および低コスト化を実現でき、制動抵抗からの置き替えが容易となる。

（第２の実施形態）
図３を参照しながら第２の実施形態を説明する。インバータ装置４１は、インバータ本体４２と、オプションとして別体の制動ユニット４３とが組み合わされて構成されている。インバータ本体４２は、図１に示したインバータ装置１１から制動回路２４が除かれた構成を備えている。制動ユニット４３は、制動回路２４と同じ構成を備えている。制動ユニット４３の制動用端子ＰＡ、ＰＢには、制動抵抗に代えて電源回生装置１２の回生入力端子ＢＰＡ、ＢＰＢが接続されている。

本実施形態の作用および効果は、第１の実施形態と同様である。このように、制動回路がインバータ本体４２ではなく外部の制動ユニット４３として構成されている場合においても、制動ユニット４３に電源回生装置１２を接続して回生動作させることができる。

（第３の実施形態）
図４を参照しながら第３の実施形態を説明する。本実施形態のインバータシステムは、インバータ装置１１と電源回生装置４４とを組み合わせて構成されている。インバータ装置１１は、上述した制動用端子ＰＡ、ＰＢと、直流電源線１９、２０に接続された電源端子ＰＡ、ＰＣを備えている。端子ＰＡは、制動用端子と電源端子とを兼ねた共通端子である。

電源回生装置４４は、回生入力端子ＢＰＡ、ＢＰＣ、制動状態入力端子ＢＰＢ、回生出力端子ＢＰＲ、ＢＰＳ、ＢＰＴ、回生主回路３２、ダイオード４５、リアクトル３３Ｒ、３３Ｓ、３３Ｔ、位相制御回路３４、制動状態検出回路４６、回生制御回路４７およびドライブ回路３５rp〜３５tnを備えて構成されている。ダイオード４５は、回生出力端子ＢＰＲ、ＢＰＳ、ＢＰＴに交流電源１３が接続された時に、電源回生装置４４を介してインバータ装置１１に突入電流が流れることを防止するために設けられている。

回生入力端子ＢＰＡ、ＢＰＣは、それぞれインバータ装置１１の電源端子ＰＡ、ＰＣに接続されている。制動状態入力端子ＢＰＢは、インバータ装置１１の制動用端子ＰＢに接続されている。回生入力端子ＢＰＡ、ＢＰＣにはそれぞれ回生電源線３６、３７が接続されており、これら回生電源線３６、３７間に回生主回路３２が設けられている。つまり、回生主回路３２は、インバータ装置１１の直流電源線１９、２０間に常時接続された状態となる。このため、制動状態検出回路４６と回生制御回路４７を用いることにより、スイッチング素子２９がオンする制動状態の期間に限り、回生主回路３２に回生動作を実行させている。

制動状態検出回路４６は、回生電源線３６、３７間に直列に設けられた抵抗４８〜５０、抵抗５０の電圧に応じてオンオフ駆動するトランジスタ５１、およびトランジスタ５１から出力されるマスク信号Ｓｍをプルアップする抵抗５２から構成されている。スイッチング素子２９のオン電圧がトランジスタ５１のＶBE(ON)よりも低ければ、抵抗４９は不要である。回生制御回路４７は、位相制御回路３４が出力する通電指令信号Ｄrp〜Ｄtnをマスク処理するＡＮＤゲートから構成されている。

スイッチング素子２９がオフしている非制動状態では、回生電源線３６、３７間の直流電圧によりトランジスタ５１がオンし、マスク信号ＳｍがＬレベル（０Ｖ）になる。このとき、通電指令信号Ｄrp〜Ｄtnはマスクされてオフレベルになる。これにより、電源回生装置４４は回生動作を停止する。

一方、スイッチング素子２９がオンして制動状態に移行すると、制動状態入力端子ＢＰＢと回生入力端子ＢＰＣとの間の電圧がほぼ０Ｖになるのでトランジスタ５１がオフし、マスク信号ＳｍがＨレベル（５Ｖ）になる。このとき、通電指令信号Ｄrp〜Ｄtnはそのままスイッチング素子３８rp〜３８tnに与えられ、電源回生装置４４は回生動作を開始する。回生動作の作用は、第１の実施形態で説明した通りである。

本実施形態によれば、電源回生装置４４の回生主回路３２がインバータ装置１の直流電源線１９、２０間に直接接続されるので、スイッチング素子２９を介さずに回生電流を流すことができる。これにより、回生運転時の損失を低減することができる。また、スイッチング素子３８rp〜３８tnの電流定格および／または最大許容損失を増やせば、スイッチング素子２９に制限されることなく回生電力を増やすことができる。

制動状態検出回路４６は、制動状態入力端子ＢＰＢを介して入力される電圧に基づいてスイッチング素子２９のオンオフ状態を検出する。回生制御回路４７は、スイッチング素子２９がオン状態の期間に限りスイッチング素子３８rp〜３８tnに通電指令信号Ｄrp〜Ｄtnを与える。従って、電源回生装置４４は、スイッチング素子２９がオンしている制動時に限り回生運転することができる。その他、第１の実施形態と同様の作用および効果が得られる。

（第４の実施形態）
図５を参照しながら第４の実施形態を説明する。インバータ装置１１は、制動用端子ＰＡ、ＰＢと、直流電源線１９、２０に接続された電源端子ＰＡ＋、ＰＣ−を備えている。すなわち、制動用端子ＰＡと電源端子ＰＡ＋を個別に備えている点において第３の実施形態と相違する。

電源回生装置４４の回生入力端子ＢＰＣは、インバータ装置１１の電源端子ＰＣ−に接続されている。回生入力端子ＢＰＡは、電源端子ＰＡ＋または制動用端子ＰＡに接続されている。端子ＰＡ＋、ＰＡの何れに接続するかは任意である。制動状態入力端子ＢＰＢは、制動用端子ＰＢに接続されている。本実施形態によっても、第３の実施形態と同様の作用および効果が得られる。

（第５の実施形態）
図６を参照しながら第５の実施形態を説明する。電源回生装置５３は、図１に示した電源回生装置１２に対し電流制限回路５４が付加されている。その電流制限回路５４は、回生主回路３２から回生入力端子ＢＰＢに至る回生電源線３７に流れる回生電流を検出する電流検出回路５５を備えている。

電流制限回路５４は、電流検出回路５５により検出された回生電流が予め設定された電流制限値を超えている期間、ドライブ回路３５rp〜３５tnに遮断指令信号を出力し、スイッチング素子３８rp〜３８tnをオフ駆動する。電流制限回路５４は、検出された回生電流が電流制限値以下に低下すると、遮断指令信号の出力を停止し、スイッチング素子３８rp〜３８tnを通電指令信号Ｄrp〜Ｄtnに従ってオンオフ駆動させる。

本実施形態によれば、電源回生装置５３に流れる回生電流が電流制限値以下に制限されるので、スイッチング素子３８rp〜３８tnを保護しながら回生動作を実行することができる。この場合、遮断制御が振動的になるのを防ぐため、ヒステリシス制御を用いたり、検出電流や遮断指令信号に時定数を持たせるとよい。その他の構成、作用および効果は、第１の実施形態と同様である。

（第６の実施形態）
図７を参照しながら第６の実施形態を説明する。インバータ装置５６は、制動用端子ＰＡ、ＰＢに制動抵抗（図示せず）および電源回生装置１２の何れが接続された状態でも運転可能に構成されている。インバータ装置５６は、図１に示したインバータ装置１１の制動回路２４を制動回路５７に置き替えたものである。制動回路５７は、制動回路２４に対し電流制限回路５８が付加された構成を備えている。

電流制限回路５８は、スイッチング素子２９に流れる電流（制動電流または回生電流）を検出する電流検出回路５９を備えている。電流制限回路５８は、電流検出回路５９により検出された電流が予め設定された電流制限値を超えている期間、ドライブ回路２８に遮断指令信号を出力し、スイッチング素子２９をオフ駆動する。電流制限回路５８は、検出された電流が電流制限値以下に低下すると、遮断指令信号の出力を停止し、直流電圧検出回路２７が出力する駆動信号に従ってスイッチング素子２９を駆動させる。

本実施形態によれば、スイッチング素子２９を介して電源回生装置１２の回生主回路３２に流れる回生電流が電流制限値以下に制限されるので、スイッチング素子２９とスイッチング素子３８rp〜３８tnを保護しながら回生動作を実行することができる。この場合も、ヒステリシス制御を使用し、或いは検出電流や遮断指令信号に時定数を持たせるとよい。その他の構成、作用および効果は、第１の実施形態と同様である。

（第７の実施形態）
図８から図１０を参照しながら第７の実施形態を説明する。インバータ装置６０は、図７に示したインバータ装置５６の制動回路５７を制動回路６１に置き替えたものである。制動回路６１は、制動回路５７に対し過熱保護回路６２が付加された構成を備えている。

過熱保護回路６２は、スイッチング素子２９の駆動信号に基づいて、電源回生装置１２が備えるスイッチング素子３８rp〜３８tnの温度上昇を推定する。過熱保護回路６２は、推定した上昇温度が予め設定された規定値を超えている期間、ドライブ回路２８に遮断指令信号を出力し、スイッチング素子２９をオフ駆動する。上昇温度が規定値よりも低下すると、遮断指令信号の出力を停止する。この場合、温度の規定値にヒステリシスを持たせるとよい。図９は、スイッチング素子２９の駆動信号と、過熱保護回路６２が推定したスイッチング素子３８rp〜３８tnの温度を示している。

過熱保護回路６２は、例えば図１０に示すように、各スイッチング素子３８rp〜３８tnについての熱伝導系を等価的に示す一次遅れの電気回路６３を備えている。Ｒ１、Ｒ２は熱抵抗、コンデンサＣ１は熱容量に相当する。直流電圧検出回路２７が出力する駆動信号のオンレベルの電圧をＶon、オフレベルの電圧を０Ｖ、駆動信号がオンレベルに変化した時の電気回路６３の出力電圧をＶosとする。

充電時（スイッチング素子２９がオンの時）、放電時（スイッチング素子２９がオフの時）の出力電圧Ｖo(t)を式で表せば、それぞれ（１）式、（２）式となる。Ｒ１//Ｒ２は、抵抗Ｒ１、Ｒ２の並列抵抗値である。
Ｖo(t)＝（Ｖon×Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）−Ｖos）×（１−ｅｘｐ（−ｔ／Ｃ１（Ｒ１//Ｒ２）））＋Ｖos …（１）
Ｖo(t)＝Ｖos×ｅｘｐ（−ｔ／（Ｃ１×Ｒ２）） …（２）

過熱保護回路６２は、電気回路６３の出力電圧Ｖo(t)に基づいて温度上昇を推定する。なお、過熱保護回路６２は、電気回路６３に替えて、制御回路を構成するマイクロコンピュータにより上昇温度の推定演算を行ってもよい。

以上説明したように、本実施形態のインバータ装置６０は、電源回生装置１２が備えるスイッチング素子３８rp〜３８tnの温度を推定し、その推定温度が規定値を超えるとスイッチング素子２９をオフ駆動する。従って、電源回生装置１２の過熱を抑制しながら回生運転を行うことができる。その他、第６の実施形態と同様の作用および効果が得られる。

（第８の実施形態）
図１１を参照しながら第８の実施形態を説明する。電源回生装置６４は、図６に示した電源回生装置５３に過熱保護回路６５を付加したものである。過熱保護回路６５は、電流検出回路５５により検出された回生電流に基づいて、スイッチング素子３８rp〜３８tnの温度上昇を推定する。

過熱保護回路６５も、図１０に示した一次遅れの電気回路６３を備えている。ただし、本実施形態の場合、電気回路６３には、電流検出回路５５が検出した回生電流が入力される。このため、電気回路６３を構成する抵抗Ｒ１、Ｒ２とコンデンサＣ１の各定数は、第７の実施形態で用いた定数から変更されている。過熱保護回路６５は、電気回路６３の出力電圧Ｖo(t)に基づいてスイッチング素子３８rp〜３８tnの温度上昇を推定する。

過熱保護回路６５は、推定した上昇温度が予め設定された規定値を超えている期間、ドライブ回路３５rp〜３５tnに遮断指令信号を出力し、スイッチング素子３８rp〜３８tnをオフ駆動する。上昇温度が規定値よりも低下すると、過熱保護回路６５は、遮断指令信号の出力を停止し、スイッチング素子３８rp〜３８tnを通電指令信号Ｄrp〜Ｄtnに従ってオンオフ駆動させる。

本実施形態によれば、電源回生装置６４は、スイッチング素子３８rp〜３８tnの過熱を抑制しながら回生運転を行うことができる。その他、第５の実施形態と同様の作用および効果が得られる。

（第９の実施形態）
図１２を参照しながら第９の実施形態を説明する。電源回生装置６６が備える電流制限回路６７は、図６に示した電流制限回路５４の電流制限機能に加え過電流保護機能を有している。電流制限回路６７は、電流検出回路５５により検出された回生電流が、第５の実施形態で設定された電流制限値より高い値に予め設定された電流上限値を超えると、ドライブ回路３５rp〜３５tnに遮断指令信号を出力し、スイッチング素子３８rp〜３８tnの駆動を停止する。

解除操作が行われない限り、電源回生装置６６は回生動作を停止し続ける。この状態でモータ１４からインバータ装置１１にエネルギーが戻されると、インバータ装置１１の直流電圧が上昇するのでインバータ装置１１が過電圧を検出して停止し、インバータシステム全体が停止に至る。本実施形態によれば、スイッチング素子３８rp〜３８tnを過電流から保護できる。また、インバータ装置１１が備えている過電圧検出機能によりインバータ装置１１も保護できる。その他、第５の実施形態と同様の作用および効果が得られる。

（第１０の実施形態）
図１３を参照しながら第１０の実施形態を説明する。インバータ装置６８の制動回路６９が備える電流制限回路７０は、図７に示した電流制限回路５８の電流制限機能に加え過電流保護機能を有している。電流制限回路７０は、電流検出回路５９により検出された回生電流が予め設定された電流上限値を超えると、ドライブ回路２８に遮断指令信号を出力し、スイッチング素子２９の駆動を停止する。

解除操作が行われない限り、制動回路６９はスイッチング素子２９を停止し続ける。この状態でモータ１４からインバータ装置６８にエネルギーが戻されると、直流電圧が上昇するのでインバータ装置６８は過電圧を検出して停止する。本実施形態によれば、スイッチング素子２９および電源回生装置１２のスイッチング素子３８rp〜３８tnを過電流から保護できる。その他、第６の実施形態と同様の作用および効果が得られる。

なお、電流制限回路７０は、電流検出回路５９により検出された回生電流が予め設定された電流上限値を超えると、スイッチング素子２９の駆動を停止するとともにインバータ装置６８を停止（トリップ）させる構成としてもよい。

（その他の実施形態）
以上説明した複数の実施形態に加えて以下のような構成を採用してもよい。
制動回路は、直流電源線１９、２０間に制動用端子ＰＡ、ＰＢ間と制動用スイッチング素子２９とが直列に設けられた構成であればよい。制動用スイッチング素子２９が直流電源線１９側に設けられていてもよい。

第３から第１０の実施形態においても、第２の実施形態と同様に、制動回路をインバータ本体ではなく外部の制動ユニットとして設けてもよい。この場合には、インバータ本体と制動ユニットを合わせてインバータ装置とし、制動ユニットの制動用端子と電源回生装置の回生入力端子とを接続すればよい。

第３、第４の実施形態に対し、それぞれ第５、第８、第９の各実施形態を組み合わせることもできる。
第５、第８、第９の実施形態において、電流検出回路５５は、回生入力端子ＢＰＡから回生主回路３２に至る回生電源線３６に流れる回生電流を検出する構成としてもよい。

第７の実施形態に記載した温度上昇の推定手段は一例であって、この推定手段に限定されない。例えば、スイッチング素子２９の近傍に温度センサを備え、過熱保護回路６２は、その温度センサによりスイッチング素子２９の温度上昇を検出し、それに基づいてスイッチング素子３８rp〜３８tnの温度上昇を推定してもよい。

第８の実施形態において、スイッチング素子３８rp〜３８tnの近傍に温度センサを備え、過熱保護回路６５は、その温度センサによりスイッチング素子３８rp〜３８tnの温度上昇を検出してもよい。
上述した各インバータ装置は、バッテリから直流電力の供給を受ける構成であってもよい。

以上説明した実施形態によれば、これまで制動抵抗を用いていた用途に適した回生能力を有し、装置サイズやコストの面で制動抵抗への置き替えが容易となる電源回生装置およびインバータ装置を得られる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

図面中、１１、４１、５６、６０、６８はインバータ装置、１２、４４、５３、６４、６６は電源回生装置、１３は交流電源、１９、２０は直流電源線（電源線）、２３はインバータ主回路、２４、５７、６１、６９は制動回路、２９は制動用スイッチング素子、３２は回生主回路、３３Ｒ、３３Ｓ、３３Ｔはリアクトル、３４は位相制御回路、３６は第１回生電源線、３７は第２回生電源線、３８rp〜３８tnは回生用スイッチング素子、４３は制動ユニット（制動回路）、４６は制動状態検出回路、４７は回生制御回路、５５、５９は電流検出回路、ＰＡは制動用端子／電源端子、ＰＡ＋は電源端子、ＰＢは制動用端子、ＰＣ、ＰＣ−は電源端子、ＢＰＡは回生入力端子、ＢＰＢは回生入力端子／制動状態入力端子、ＢＰＣは回生入力端子、ＢＰＲ、ＢＰＳ、ＢＰＴは回生出力端子、ＮＲ、ＮＳ、ＮＴは出力ノードである。

Claims (8)

1. 一対の電源線間の直流電圧を入力して交流電圧を出力するインバータ主回路、制動抵抗が接続される一対の制動用端子、および前記直流電圧が基準電圧を超えると前記電源線間に前記制動用端子間と直列に設けられた制動用スイッチング素子をオン駆動する制動回路を備えたインバータ装置に対し、前記制動用端子を介して接続される電源回生装置であって、
   前記一対の制動用端子に接続される一対の回生入力端子と、
   交流電源に接続される回生出力端子と、
   前記回生入力端子のうち制動状態において高電位側となる端子に接続された第１回生電源線と低電位側となる端子に接続された第２回生電源線との間に、通電指令信号に従ってオンオフ動作する回生用スイッチング素子が三相ブリッジ構成に接続された回生主回路と、
   前記回生主回路の出力ノードと前記回生出力端子との間に相ごとに設けられたリアクトルと、
   前記交流電源の相電圧の位相を検出し、相電圧が最も高くなる相に対応する前記回生主回路の前記第１回生電源線に接続された回生用スイッチング素子および相電圧が最も低くなる相に対応する前記回生主回路の前記第２回生電源線に接続された回生用スイッチング素子をオンする通電指令信号を生成する位相制御回路とを備えていることを特徴とする電源回生装置。
2. 一対の電源線間の直流電圧を入力して交流電圧を出力するインバータ主回路、前記各電源線に接続された一対の電源端子、制動抵抗が接続される一対の端子であってその一方が前記電源線の一方に接続された制動用端子、および前記直流電圧が基準電圧を超えると前記電源線間に前記制動用端子間と直列に設けられた制動用スイッチング素子をオン駆動する制動回路を備えたインバータ装置に対し、前記電源端子と前記制動用端子を介して接続される電源回生装置であって、
   前記一対の電源端子に接続される一対の回生入力端子と、
   前記電源線に接続されていない制動用端子に接続される制動状態入力端子と、
   交流電源に接続される回生出力端子と、
   前記回生入力端子のうち高電位側の端子に接続された第１回生電源線と低電位側の端子に接続された第２回生電源線との間に、通電指令信号に従ってオンオフ動作する回生用スイッチング素子が三相ブリッジ構成に接続された回生主回路と、
   前記回生主回路の出力ノードと前記回生出力端子との間に相ごとに設けられたリアクトルと、
   前記交流電源の相電圧の位相を検出し、相電圧が最も高くなる相に対応する前記回生主回路の前記第１回生電源線に接続された回生用スイッチング素子および相電圧が最も低くなる相に対応する前記回生主回路の前記第２回生電源線に接続された回生用スイッチング素子をオンする通電指令信号を生成する位相制御回路と、
   前記制動状態入力端子を介して入力される電圧に基づいて前記制動用スイッチング素子のオンオフ状態を検出する制動状態検出回路と、
   前記制動用スイッチング素子がオン状態の期間に限り前記回生用スイッチング素子に前記通電指令信号を与える回生制御回路とを備えていることを特徴とする電源回生装置。
3. 前記第１回生電源線または前記第２回生電源線に流れる回生電流を検出する電流検出回路を備え、
   前記電流検出回路により検出された回生電流が予め設定された電流制限値を超えている期間、前記回生用スイッチング素子をオフ駆動して前記回生電流を制限することを特徴とする請求項１または２記載の電源回生装置。
4. 前記回生用スイッチング素子の温度上昇を推定または検出し、その推定または検出した温度上昇が予め設定された温度条件を超えている期間、前記回生用スイッチング素子をオフ駆動することを特徴とする請求項３記載の電源回生装置。
5. 前記電流検出回路により検出された回生電流が予め設定された電流上限値を超えたことを条件として、前記回生用スイッチング素子の駆動を停止することを特徴とする請求項３または４記載の電源回生装置。
6. 一対の制動用端子に制動抵抗および請求項１記載の電源回生装置の何れが接続された状態であっても運転可能なインバータ装置であって、
   一対の電源線間の直流電圧を入力して交流電圧を出力するインバータ主回路と、
   前記直流電圧が基準電圧を超えると前記電源線間に前記制動用端子間と直列に設けられた制動用スイッチング素子をオン駆動する制動回路と、
   前記制動用スイッチング素子に流れる電流を検出する電流検出回路とを備え、
   前記制動回路は、前記電流検出回路により検出された電流が予め設定された電流制限値を超えている期間、前記制動用スイッチング素子をオフ駆動して前記電流を制限することを特徴とするインバータ装置。
7. 前記制動回路は、前記電源回生装置が備える回生用スイッチング素子の温度上昇を推定し、その推定した温度上昇が予め設定された温度条件を超えている期間、前記制動用スイッチング素子をオフ駆動することを特徴とする請求項６記載のインバータ装置。
8. 前記制動回路は、前記電流検出回路により検出された電流が予め設定された電流上限値を超えたことを条件として、前記制動用スイッチング素子の駆動を停止することを特徴とする請求項６または７記載のインバータ装置。

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