JP5546438B2

JP5546438B2 - 交流モータ駆動装置

Info

Publication number: JP5546438B2
Application number: JP2010275205A
Authority: JP
Inventors: 朗子田渕; 学大橋
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-12-10
Filing date: 2010-12-10
Publication date: 2014-07-09
Anticipated expiration: 2030-12-10
Also published as: JP2012125083A

Description

本発明は、直流電源からの直流電力をインバータにより交流電力に変換し交流モータに供給するとともに、直流電力を制御するための電力貯蔵装置を備える交流モータ駆動装置に係り、特には電力貯蔵装置の電力貯蔵要素を放電する際に電源回生を行う交流モータ駆動装置に関する。

交流モータ駆動装置では、交流モータの力行時には加速のために大きな駆動電流が流れる一方、減速時には回生電流が生じる。その際、特に、モータの回生電流を単に抵抗で消費して熱として放出するのは、エネルギ利用効率が悪く好ましくない。

このため、従来技術では、直流化用のコンバータと交流化用のインバータとの間に、大容量の電解コンデンサや電気二重層キャパシタなどを電力貯蔵要素とする電力貯蔵装置を介在させる。そして、モータ力行時には電力貯蔵装置に蓄積されている電力をインバータを介して交流モータへ供給する一方、モータ回生時にはその回生電力をインバータを介して電力貯蔵装置に蓄積することにより、モータ駆動電流の平準化を図るとともに、回生電力を有効利用するようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、一日の操業が終了するなどして交流モータの稼働を停止させる場合には、電力貯蔵装置に蓄積されたエネルギを積極的に放電することが望ましい。すなわち、電力貯蔵装置に電力が蓄積されたままの状態にしておくと、電解コンデンサや電気二重層キャパシタなどの電力貯蔵要素が高電圧状態に充電されたままになって特性劣化が顕著になり、寿命が短くなる。また、電力貯蔵装置の保守点検などを行う場合に、電力貯蔵装置が高電圧状態に充電されたままであると作業員の安全性を著しく損なう。さらに、電力貯蔵装置が高電圧状態に充電されたままであるとその電力貯蔵要素の電圧バランスを保つために接続するバランス抵抗に電流が自然に流れて無駄な損失が生じるなどの不都合が生じる。

したがって、交流モータの稼働停止時には、電力貯蔵装置に蓄積されたエネルギを積極的に電源側に回生して電力貯蔵装置の出力電圧を十分に低いレベルまで低下させれば、電力貯蔵要素の長寿命化や、安全性の確保のみならず、エネルギ全体の利用効率を高めることがきる。

そこで、従来技術では、直流化用のコンバータ、電力貯蔵装置、および交流化用のインバータが順次接続されたモータ電力供給路に対して、上記直流化用のコンバータの入力側にリレー回路を設けるとともに、電力貯蔵装置の電圧を昇圧する昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータと、この昇圧後の電力を交流化するＡＣインバータとを設け、モータ稼働停止に応じてリレー回路をオフにして電力貯蔵装置を交流電源側から切り離す一方、電力貯蔵装置の電圧をＤＣ／ＤＣコンバータで一旦昇圧してからＡＣインバータで交流化して交流電源にエネルギを回生するようにしたものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平４−７５４８５号公報特開２００６−１０１６００号公報

しかしながら、上記の特許文献２記載の従来技術の交流モータ駆動装置にあっては、上述のように、電力貯蔵装置に蓄積されたエネルギを交流電源側に回生する上で、リレー回路、昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ、およびインバータといった電源回生用の専用の追加回路を必要とするため、余分なコストが発生する。

しかも、従来は電力貯蔵装置のエネルギを昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータを介して交流電源側に回生する場合、その回生時の放電電流の大きさについては未だ十分に考慮されていない。そのため、特に大容量の電力貯蔵装置からの放電電流が大きい場合には、その電力貯蔵装置を構成する電力貯蔵要素の内部抵抗に起因するエネルギ損失が大きくなってエネルギ効率を高める上で不十分なだけでなく、そのエネルギ損失によって電力貯蔵要素が温度上昇し、寿命低下につながるなどの不具合がある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、交流モータの稼働停止に応じて電力貯蔵装置に蓄積されたエネルギを電源側に回生する場合に従来のような専用の追加回路を必要としない交流モータ駆動装置を提供することを目的とする。また、電力貯蔵装置の放電に伴う電力貯蔵要素のエネルギ損失を極力低減することができてエネルギ効率が高く、かつ、電力貯蔵要素の長寿命化にも寄与することができる交流モータ駆動装置を提供することを目的とする。

本発明は、直流電源から直流電力が供給される直流母線に接続されて交流モータを駆動するインバータと、上記直流母線に並列に接続された電力貯蔵装置とを備える交流モータ駆動装置において、上記電力貯蔵装置は、エネルギを蓄積する電力貯蔵要素と、上記直流母線を介した上記電力貯蔵要素への充電および上記電力貯蔵要素からの上記直流母線側への放電の双方動作が可能な双方向型のＤＣ／ＤＣコンバータと、上記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を制御する制御手段と、を含み、上記制御手段は、上記交流モータの稼動を停止させる際には上記電力貯蔵要素に蓄積されたエネルギを上記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御して定電流で放電して電源回生を行うものであって、上記電力貯蔵要素を定電流放電する場合の制御目標値となる放電電流指令値を作成する放電電流指令値生成部を有し、この放電電流指令値生成部は、複数の回生電力量と放電所要時間の概算値の組み合わせの内の一つに適合した上記放電電流指令値を作成する電流指令値作成手段を備えることを特徴としている。

本発明によれば、電力貯蔵要素に蓄積されたエネルギを放電する際、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して定電流で電源回生を行うので、従来のような追加回路を設けなくてもエネルギを有効利用でき、しかも、電力貯蔵装置を構成する電力貯蔵要素の内部抵抗に起因するエネルギ損失を低減することができる。このため、電力貯蔵要素の温度上昇を抑制して長寿命化に寄与できる。さらに、放電電流指令値生成部は電力貯蔵要素を定電流放電する場合の制御目標値となる放電電流指令値を作成するが、その際、この放電電流指令値生成部が備える電流指令値作成手段は、複数の回生電力量と放電所要時間の概算値の組み合わせの内の一つに適合した放電電流指令値を作成するので、交流モータの稼動を停止させる際に回生電力量優先と放電所要時間優先の重要度に応じた放電方法から選択した放電電流指令値を用いて定電流で電力貯蔵要素を放電することができる。これによりエネルギ利用効率が高まるとともに，放電所要時間も考慮することができるようになるため業務効率が向上する。

本発明の実施の形態１における交流モータ駆動装置の全体を示す構成図である。同交流モータ駆動装置の直流電源部分の詳細を示す回路図である。同交流モータ駆動装置の電力貯蔵装置の詳細を示す構成図である。図３の電力貯蔵装置を構成する電力貯蔵要素の詳細を示す構成図である。図３の電力貯蔵装置を構成するＤＣ／ＤＣコンバータの詳細を示す回路図である。図３の電力貯蔵装置を構成する他の種類のＤＣ／ＤＣコンバータの詳細を示す回路図である。図４に示す電力貯蔵要素を定電流で放電した場合の波形図である。図４に示す構成の電力貯蔵要素に放電抵抗を接続して自然放電させた場合の波形図である。同交流モータ駆動装置の制御手段が備えるゲート信号生成部の具体的な構成の一例を示すブロック図である。本発明の実施の形態２の交流モータ駆動装置における制御手段が備えるゲート信号生成部の具体的な構成の一例を示すブロック図である。図１０に示すゲート信号生成部で生成されたゲート信号に基づくＤＣ／ＤＣコンバータの制御により電力貯蔵要素を定電流で放電した場合の波形図である。本発明の実施の形態３における交流モータ駆動装置の電力貯蔵装置を示す構成図である。同交流モータ駆動装置の制御手段が備えるゲート信号生成部の具体的な構成の一例を示すブロック図である。図１３に示すゲート信号生成部において、温度検出値に基づいて放電電流指令値を決定する場合の両者の関係を示す特性図である。本発明の実施の形態４に係る交流モータ駆動装置の制御手段を構成するゲート信号生成部において、温度検出値に基づいて放電電流指令値を決定する場合の両者の関係を示す特性図である。本発明の実施の形態５における交流モータ駆動装置の放電電流指令値生成部の一例を示す構成図である。同放電電流指令値生成部の変形例を示す構成図である。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１における交流モータ駆動装置の全体を示す構成図である。

この実施の形態１の交流モータ駆動装置は、直流電源１から直流電力が供給される直流母線２に接続された複数のインバータ３，３，…と、直流母線２に並列に接続された一つの電力貯蔵装置５とを備え、各インバータ３，３，…には個別に交流モータ４，４，…が接続されている。

そして、直流電源１より出力された直流電力は、直流母線２を介して各インバータ３，３，…に供給され、各インバータ３，３，…で所望の交流電圧を発生させて交流モータ４，４，…を駆動する。なお、ここでは直流母線２に対して各インバータ３，３，…と交流モータ４，４，…とが複数組設けられているが１組だけ接続される場合もある。

上記の直流電源１は、例えば図２に示すように、リアクトル１３、電力の回生が可能な全波整流用の整流器１４、および平滑コンデンサ１５を有する。そして、交流電源１１からの交流電力はトランス１２、リアクトル１３を介して整流器１４に入力され整流化された後、平滑コンデンサ１５で平滑されることにより直流電力を得ている。

電力貯蔵装置５は、図３に示すように、エネルギを蓄積する電力貯蔵要素２１と、直流母線２を介した電力貯蔵要素２１への充電および電力貯蔵要素２１からの直流母線２側への放電の双方動作が可能な双方向型のＤＣ／ＤＣコンバータ２２と、このＤＣ／ＤＣコンバータ２２の動作を制御するマイクロコンピュータなどの制御手段２３を含む。なお、制御手段２３は、さらに図示しない上位の制御手段と接続される場合もある。特に、この実施の形態１において、制御手段２３は、後に詳述するように、交流モータの稼動停止時には、電力貯蔵要素２１に蓄積されたエネルギを積極的に放電し電源側に回生する場合にはＤＣ／ＤＣコンバータ２２により定電流で電源回生を行うように構成されている。

電力貯蔵要素２１は、例えば図４のように構成される。すなわち、電力貯蔵要素２１は、電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）からなる複数のＥＤＬＣセル３１，３１，…を直列接続するとともに、各ＥＤＬＣセル３１，３１，…間の電圧のばらつきを低減するために、各ＥＤＬＣセル３１，３１，…に対して電圧バランス抵抗３３，３３，…を個別に並列接続してなるＥＤＬＣモジュール３２，３２，…を有する。そして、電力貯蔵要素２１は、これらのＥＤＬＣモジュール３２，３２，…のｍ×ｎ（ｍ、ｎは１以上の数）個を直・並列接続することでＥＤＬＣユニットとして構成されている。

このように構成される電力貯蔵要素２１は、その静電容量が例えば１Ｆ程度の大容量のものであって、１つのＥＤＬＣセル３１の静電容量は、通常１００Ｆを超すが最大電圧は概ね３Ｖ以下である。また、直流母線２の電圧は、通常３００Ｖや６００Ｖであるから、実用上は電力貯蔵要素２１の電圧は１５０Ｖ以上になる。なお、電力貯蔵要素２５にはヒューズやブレーカなどを含むこともあるが、ここでは省略する。また、電圧バランス抵抗３３は省略したり、他の方式をとったりすることも可能である。

一方、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、図５に示すように、直流母線２を介した電力貯蔵要素２１への充電および電力貯蔵要素２１から直流母線２への放電の双方動作が可能な一般的な双方向型のチョッパ回路であって、高圧側が直流母線２に、低圧側が電力貯蔵要素２１にそれぞれ接続されている。

そして、このＤＣ／ＤＣコンバータ２２の具体的な構成として、ＩＧＢＴなどの自己消弧型半導体スイッチング素子４１ａ，４１ｂが直列に接続され、これらのＩＧＢＴ４１ａ，４１ｂに対してはそれぞれ逆並列に還流ダイオード４２ａ，４２ｂが接続されている。また、ＩＧＢＴ４１ａと還流ダイオード４２ｂの接続点にはＤＣリアクトル４３の一端が接続され、ＩＧＢＴ４１ａのコレクタとＩＧＢＴ４１ｂのエミッタとはそれぞれ直流母線２および一方の平滑コンデンサ４４ａに接続され、さらに、リアクトル４３の他端とＩＧＢＴ４１ｂのエミッタとは電力貯蔵要素２１および他方の平滑コンデンサ４４ｂにそれぞれ接続されている。なお、各平滑コンデンサ４４ａ，４４ｂは省略されることもある。

また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２としては、図５に示した構成のものに限らず、例えば図６（ａ）〜（ｃ）にそれぞれ示すような構成のＤＣ／ＤＣコンバータを適用することができる。

図６（ａ）のＤＣ／ＤＣコンバータは、３多重の双方向チョッパで、この場合は、ＤＣリアクトル毎に電流センサが設置される。そして、位相を多重化し、キャリア位相をシフトさせると入出力電流のリプルが低減でき、さらに半導体素子やＤＣリアクトルの電流容量を低減できる利点がある。また、図６（ｂ）のＤＣ／ＤＣコンバータは、昇降圧双方向チョッパであり、また図６（ｃ）のＤＣ／ＤＣコンバータは、３多重の昇降圧双方向チョッパである。なお、昇降圧双方向チョッパは、電力貯蔵要素２１が直流母線２よりも高電圧となっている間も電力貯蔵要素２１からの放電電流が一定になるように制御を行うことが可能である。

制御手段２３は、例えば図５の構成において、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２に設けられた電圧センサ４５ａ，４５ｂや電流センサ４６ａ，４６ｂの各検出値に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２のＩＧＢＴ４１ａ，ＩＧＢＴ４１ｂのスイッチング制御を行うためのゲート信号を出力する。なお、制御手段２３に入力される検出値は一例であって、他の検出値が入力されることもある。また、図示しない上位のコントローラと信号の授受を行う場合もある。

上記構成の交流モータ駆動装置において、例えば一日の操業が終了し交流モータ４の稼働を停止させる場合には、前述のように、電力貯蔵要素２１の長寿命化や、安全性の確保、エネルギ全体の利用効率を高めるなどのために、制御手段２３によりＤＣ／ＤＣコンバータ２２を制御して電力貯蔵要素２１に蓄積されたエネルギを放電させる。

その際、電力貯蔵要素２１の内部抵抗および放電電流の大きさがエネルギ損失の大小に影響し、電力貯蔵要素２１の温度が上昇する原因となる。そこで、いま、電力貯蔵要素２１に流れる放電電流をＩ、内部抵抗の値をＲとしたとき、その電力損失Ｐは、Ｐ＝Ｉ^２・Ｒとなる。電力貯蔵要素２１に蓄積されているエネルギが一定であるならば、放電時に発生する内部抵抗Ｒに起因する電力損失Ｐの積算値であるエネルギ損失Ｗ（＝∫（Ｉ^２・Ｒ）ｄｔ）は、電力貯蔵要素２１に流れる放電電流Ｉの二乗で効いてくるので、電力貯蔵要素２１を定電流で放電すればエネルギ損失Ｗを小さくすることができる。

このことの例証を図７および図８に示す。ここでは、電力貯蔵要素２１の静電容量が２Ｆ、内部抵抗が９０ｍΩで３００Ｖに充電されており、このとき蓄積されているエネルギ量は９０ｋＪである。

図７は、電力貯蔵要素２１を３０Ａの定電流で放電した際の放電電圧Ｖ、放電電流Ｉ（放電を正）、電力損失Ｐ、エネルギ損失Ｗの各測定結果を示したものである。また、図８は、電力貯蔵要素２１に３Ωの放電抵抗を接続して自然放電させた際の放電電圧Ｖ、放電電流Ｉ（放電を正）、電力損失Ｐ、エネルギ損失Ｗの各結果の一例を示したものである。

図７および図８を比較して分かるように、同時間の放電完了後、わずかに定電流放電した場合の電圧Ｖの方が小さくなっていることが確認できる。また、エネルギ損失Ｗは、図７の定電流放電の場合、図８の抵抗放電に比べて約６０％にとどまっており、電力貯蔵要素２１の内部抵抗に起因するエネルギ損失Ｗが小さく、電力貯蔵要素２１の温度上昇が抑制される。また、図８の抵抗放電の場合には、放電開始時に電力貯蔵要素２１の放電電圧Ｖが高いために放電電流Ｉとして大電流が流れ、その後は急激に減少するため放電速度も低下する。

そこで、例えば一日の操業が終了し交流モータ４の稼働を停止させるために、電力貯蔵要素２１に蓄積されたエネルギを放電して電源回生するための放電指令が与えられた場合、これに応じて制御手段２３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２のリアクトル４３（図５参照）に流れる平均電流が一定になるように、ＩＧＢＴ４１ａ，４１ｂのオン時間を制御して電力貯蔵要素２１から直流母線２への放電を行う。そして、電力貯蔵要素２１の電圧が、略零あるいは感電の危険性が少ない、あるいは電圧バランス抵抗３３で放電できる程度の充分低い電圧に達した時点で制御手段２３による放電制御が停止する。

図９は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２を制御して電力貯蔵要素２１に蓄積されたエネルギを定電流で電源回生を行うために、制御手段２３に設けられるゲート信号生成部２４の具体的な構成の一例を示すブロック図である。

このゲート信号生成部２４では、放電電流指令値ＩＬ＊と電流検出器４６ｂで検出されたＤＣリアクトル電流検出値ＩＬとを減算器５１に入力する。その出力をＰＩ制御器５２に入力し比例積分演算を行って出力する。このＰＩ制御器５２の出力は、放電電圧指令値Ｖ＊に相当する。次にリミッタ５３は、この放電電圧指令値Ｖ＊を例えば最大電圧と最小電圧の間の値に制限する。

一方、リミッタ５４は、電圧検出器４５ａで検出された直流母線２の電圧である母線電圧検出値Ｖｌｏａｄを零よりも大きな値に制限する。除算器５５は、放電電圧指令値Ｖ＊を母線電圧検出値Ｖｌｏａｄで除してＰＷＭ指令値を求める。このＰＷＭ指令値とキャリア（この場合は０〜１の範囲の三角波）をコンパレータ５６で比較することで、ＩＧＢＴ４１ａのゲート信号ＩＧＢＴｐが、またこれをインバータ５７でレベル反転することによりＩＧＢＴ４１ｂのゲート信号ＩＧＢＴｎがそれぞれ作成される。これにより、電力貯蔵要素２１の出力電圧はＤＣ／ＤＣコンバータ２２で昇圧されるとともに、電力貯蔵要素２１に蓄積されたエネルギが直流母線２側に向けて定電流で放電される。そして、電力貯蔵要素２１が充分に低い電圧まで達した時点で制御手段２３による放電制御が停止する。

なお、実際にはゲート信号ＩＧＢＴｐとＩＧＢＴｎの間には短絡防止期間が設けられる。また、放電時には一方のゲート信号ＩＧＢＴｐを常にＬ、すなわちオフとしておいてもよい。このときには短絡防止期間は設けなくてよい。

このようにして、定電流により電力貯蔵要素２１に蓄積されたエネルギが放電されると、直流母線２の電圧が上昇し、直流母線２の電圧上昇に応じて図２の整流器１４を介して交流電源１１に向けて電力が回生される。その際、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２による損失が幾分発生するものの、図８に示したように、抵抗放電では全て抵抗成分で電力が消費されるのに対し、図７に示したように、定電流放電では、電力貯蔵要素２１の内部抵抗に起因するエネルギ損失Ｗが小さくなるため、省エネルギ効果が大きい。さらに、許容される放電時間に応じてこれに適合した放電抵抗を選択する必要がないという効果ももたらす。

以上のように、この実施の形態１では、電力貯蔵要素２１に蓄積されたエネルギをＤＣ／ＤＣコンバータ２２を介して定電流で放電して電源回生を行うので、従来のような放電専用の追加回路を設けなくてもエネルギを有効利用できる。しかも、電力貯蔵要素２１の内部抵抗に起因するエネルギ損失も低減することができる。このため、電力貯蔵要素２１の温度上昇を抑制して長寿命化に寄与しつつ、放電時間を短縮化することができる。

実施の形態２．
図１０は本発明の実施の形態２の交流モータ駆動装置における制御手段が備えるゲート信号生成部の具体的な構成の一例を示すブロック図であり、図９に示した実施の形態１と対応もしくは相当する構成部分には同一の符号を付す。

この実施の形態２の特徴は、電力貯蔵要素２１からの放電電力が予め設定された規定値以上の場合には、放電電力が予め設定された規定値と等しくなるまで制御手段２３が放電電流を低減する制御を行うように構成されていることである。

すなわち、この実施の形態２では、例えば一日の操業が終了し交流モータ４の稼働を停止させるために、電力貯蔵要素２１に蓄積されたエネルギを放電して電源回生するための放電指令が与えられた場合、これに応じて、図１０に示すゲート信号生成部２４において、定電流放電の放電電流指令値ＩＬ＊と電圧検出器４５ｂで検出された電力貯蔵要素２１の出力電圧である電圧検出値Ｖｅｄｌｃとを乗算器５８に入力して放電電力指令ＰＬ＊を求める。そして、次段のリミッタ５９により、放電電力指令ＰＬ＊に対して制限をかける。この場合、リミッタ５９によって放電電力指令ＰＬ＊に対して制限をかけるための規定値は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の電力定格、整流器１４やＡＣリアクトル１３、トランス１２の容量などを考慮して予め設定される。こうして制限された放電電力指令ＰＬ＊を次の除算器６１により電圧検出値Ｖｅｄｌｃで除すことで電力制限付の放電電流指令値を求める。なお、リミッタ６０は、除算器６１で放電電力指令ＰＬ＊を零で除算しないために設けられたものである。

こうして電力制限付の放電電流指令値が得られた以降の各ゲート信号ＩＧＢＴｐ，ＩＧＢＴｎが生成されるまでの信号処理の構成および処理内容は、図９に示した場合と同様であるからここでは説明は省略する。

図１１は、電力貯蔵要素２１の放電電力を７．５ｋＷに制限した状態で、３０Ａの定電流で放電した際の放電電圧Ｖ、放電電流Ｉ（放電を正）、電力損失Ｐ、エネルギ損失Ｗの各測定結果を示したものである。図１１から分かるように、放電開始から時刻ｔ_０に至る間は放電電力が７．５ｋＷに制限されているため、放電電流Ｉが小さくなっている。

定電流放電の際、放電電圧Ｖが高い場合に放電電力が大きく、放電電圧Ｖが低い場合に放電電力が小さい。したがって、この実施の形態２においては、放電電圧Ｖが高いときには、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２や回生可能な整流器１４、さらにはＡＣリアクトル１３やトランス１２の容量に応じて回生電力を制限する一方、制限範囲外では定電流放電を行うことができる。

以上のように、この実施の形態２では、制御手段２３が電力貯蔵要素２１からの放電電力が予め設定された規定値以上の場合には、放電電力が規定値と等しくなるまで放電電流を低減する制御を行うので、電力貯蔵要素２１の電圧が高い領域において放電電力を制限することができる。このため、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の電力定格を超過することがなくなり、装置故障を防ぐことができる。さらに、電力制限にとらわれず放電電流の電流指令値を決めることができるため、実施の形態１と同様、電力貯蔵要素２１の内部抵抗に起因するエネルギ損失を低減して温度上昇を抑制することで長寿命化に寄与しつつ、放電時間を短縮化することができる。

実施の形態３．
図１２は本発明の実施の形態３における交流モータ駆動装置の電力貯蔵装置を示す構成図、図１３は同交流モータ駆動装置の制御手段が備えるゲート信号生成部の具体的な構成の一例を示すブロック図であり、図３および図９に示した実施の形態１と対応もしくは相当する構成部分には同一の符号を付す。

この実施の形態３では、電力貯蔵要素２４の例えば収納ケースに温度センサ２５を取り付け、この温度センサ２５で雰囲気温度を検出し、その温度検出値Ｔが制御手段２３に入力されるようにしている。そして、制御手段２３のゲート信号生成部２４は、温度検出値Ｔと放電電流指令値ＩＬ＊とが予め対応付けられたテーブル６２を備えており、温度検出値Ｔに基づいてテーブル６２を参照してこれに対応する放電電流指令値ＩＬ＊を出力する。この場合、上記のテーブル６２には、図１４に示すように、基準値Ｔａを境に放電電流指令値ＩＬ＊が大小切り替わるように設定されている。なお、この基準値Ｔａは、特許請求の範囲の第１の基準値に対応している。

したがって、テーブル６２からは、温度検出値Ｔが予め設定された基準値Ｔａ未満では一定の放電電流指令値ＩＬ＊が出力されるが、温度検出値Ｔが基準値Ｔａ以上になると放電電流指令値ＩＬ＊が低下される。こうして放電電流指令値ＩＬ＊が得られた以降の各ゲート信号ＩＧＢＴｐ，ＩＧＢＴｎが生成されるまでの信号処理の構成および処理内容は、図９に示した場合と同様であるからここでは説明は省略する。

以上のように、この実施の形態３では、電力貯蔵要素２１の温度を考慮して放電電流指令値ＩＬ＊を決めることができるため、温度検出値Ｔが予め設定した基準値Ｔａを越える場合には、電力貯蔵要素２１の放電電流Ｉを減少させることで放電電力を減少させ、電力貯蔵要素２１の内部抵抗に起因するエネルギ損失Ｗを低減して温度上昇を抑え、劣化を防ぐことができるとともに、温度検出値Ｔが予め設定した基準値Ｔａ未満で電力貯蔵要素２１の温度が高くないときには放電時間を短縮化することができる。

なお、ここでは、電力貯蔵要素２４の収納ケースに温度センサ２５を取り付けて雰囲気温度を検出しているが、これに限らず、収納ケースの内部に温度センサ２５を設けてもよく、その温度検出場所や検出個数については特に限定されるものではない。また、ここでは、図１４に示したように、基準値Ｔａを境にして放電電流指令値ＩＬ＊が大小切り替わるようにしているが、これに限らず、温度検出値Ｔが基準値Ｔａを越えた場合には、放電電流指令値ＩＬ＊が温度上昇に応じて漸次低下するようにしてもよい。さらに、この実施の形態３の構成に加えて、実施の形態２のようにリミッタ５９を設けて放電電力を制限するようにしてもよい。

実施の形態４．
この実施の形態４のゲート信号生成部２４の基本的な構成は、図１３に示した実施の形態３と同様であるが、異なる点は、ゲート信号生成部２４に設けられるテーブル６２において、図１５に示すように、温度検出値Ｔが第１の基準値Ｔａ以上の場合には実施の形態３の場合と同様に放電電流指令値ＩＬ＊を低下させる一方、温度検出値Ｔが第２の基準値Ｔｂ（＜Ｔａ）未満の場合には放電電流指令値ＩＬ＊を増加させるように設定されていることである。その他は、上記の実施の形態３と同様であるためここでは詳しい説明は省略する。

電力貯蔵要素２１の内部抵抗は、一般に低温の場合に上昇して放電電流が流れにくくなるため、内部抵抗が下がってくる温度まで上昇させてから放電することが望ましい。したがって、この実施の形態４では、電力貯蔵要素２１の温度を温度センサ２５で検出した際、その検出温度検出値Ｔが第２の基準値Ｔｂ未満の場合には放電電流指令値ＩＬ＊を積極的に上昇させる。これにより、全体としての放電時間を短縮化しつつ、電力貯蔵要素２１の内部抵抗に起因するエネルギ損失の合計を低減することができる。その他の作用効果は、実施の形態３と同様である。

実施の形態５．
図１６は本発明の実施の形態５における交流モータ駆動装置の放電電流指令値生成部の一例を示す構成図である。

電力貯蔵要素２１に蓄積されたエネルギを放電して電源回生する際、電力貯蔵要素２１の放電電流が大きい場合は放電所要時間が短くなり、その分、内部抵抗によるエネルギ損失が大きいので、回生電力量が小さくなる。これに対して、放電電流が小さい場合は、その分、内部抵抗によるエネルギ損失が小さいので、放電所要時間が長くなるが、回生電力量は大きくなる。このように、電源回生する方法によってそれぞれメリット、デメリトットがあるため、作業者は、電源回生の際の状況に応じて回生電力量優先か放電所要時間優先かといった放電方法を選択できるようにするのが望ましい。

そこで、この実施の形態５では、実施の形態１〜４のいずれかの構成に加えて、図１６に示すように、電力貯蔵要素２１を定電流放電する際に制御目標値となる放電電流指令値を作成する放電電流指令値生成部２６を設け、一日の操業が終了し交流モータ４の稼働を停止させる場合に、作業者が放電方法を選択すると、その方法に適合した放電電流指令値ＩＬ＊が得られるようにしたものである。

すなわち、この実施の形態５の放電電流指令値生成部２６は、電力貯蔵要素２１に蓄積されたエネルギの放電指令が与えられるのに応じて複数の回生電力量と放電所要時間の組み合わせを算出する電力量・時間計算手段７１と、この電力量・時間計算手段７１で算出される上記複数の組み合わせの算出結果を表示する表示器７２と、この表示器７２に表示された複数の組み合わせの内から一つの回生電力量と放電所要時間の組み合わせが選択された場合にはこの選択された組み合わせ（回生電力量および放電所要時間）に適合した放電電流指令値ＩＬ＊を作成する電流指令値作成手段７３とを備えている。

上記構成において、例えば一日の操業が終了し交流モータ４の稼働を停止させるために、電力貯蔵要素２１に蓄積されたエネルギを放電して電源回生するための放電指令が与えられると、これに応じて、電力量・時間計算手段７１は、電圧センサ４５ｂや温度センサ２５によって検出される電力貯蔵要素２１の放電電圧Ｖと温度検出値Ｔとを取り込むとともに、内部に予め登録されている電力貯蔵装置５に関する仕様データに基づいて、複数の回生電力量および放電所要時間の概算値を算出し、その算出結果を表示器７２に表示する。その際、電力量・時間計算手段７１は、回生電力量と放電所要時間と共に、これらに対応した複数の放電電流指令値ＩＬ＊についても概算してこれらを表示器７２に表示する。

ここで、作業者は、表示された複数の組み合わせ（回生電力量および放電所要時間）の内から、回生電力量優先か放電所要時間優先かを考慮して、一つの回生電力量と放電所要時間の組み合わせを選択する。そして、図示しないキーボード等の操作手段から組み合わせが選択入力されると、これに応じて、電流指令値作成手段７３はこの選択された組み合わせ（回生電力量および放電所与時間）に適合した放電電流指令値ＩＬ＊を作成し、この放電電流指令値ＩＬ＊を、例えば図９に示したようなゲート信号生成部２４に出力する。これにより、エネルギ利用効率が高まるとともに、作業者は放電所要時間の観点からも放電方法を選択できるため、業務効率が向上する。

なお、図１６に示した放電電流指令値生成部２６の構成に代えて、図１７に示すような構成とすることも可能である。

すなわち、図１７に示す構成の放電電流指令値生成部２６では、電力量・時間テーブル７５を備えており、この電力量・時間テーブル７５には、回生電力量優先か放電所要時間優先といった各種の放電条件ごとに、これらの各放電条件を満たす複数の回生電力量と放電所要時間との概算値が予めテーブル形式でデータ登録されている。

そして、作業者が毎日の操業終了時や保守時といった放電状況に応じて一つの放電条件を選択すると、電力量・時間テーブル７５から、その選択された一つの放電条件に適合した回生電力量と放電所要時間の概算値が読み出されて表示器７２に表示されるとともに、電流指令値作成手段７３にも与えられる。したがって、作業者が放電条件を変更しない限り、電力量・時間テーブル７５からは選択された放電条件に適合した回生電力量と放電所要時間との概算値が継続して出力される。

作業者は、電力貯蔵要素２１に蓄積されたエネルギを放電して電源回生するための放電指令を与える際に、表示器７２に表示された概算値（回生電力量および放電所要時間）の内容を見て、その内容に変更が無ければ、図示しないキーボード等の操作手段から放電条件決定指令を電流指令値作成手段７３に与える。これに応じて、電流指令値作成手段７３は、電圧センサ４５ｂや温度センサ２５によって検出される電力貯蔵要素２１の放電電圧Ｖと温度検出値Ｔとを取り込むとともに、電力量・時間テーブル７５から与えられる概算値、および内部に予め登録されている電力貯蔵装置５に関する仕様データに基づいてこれらの条件に適合した放電電流指令値ＩＬ＊を作成し、この放電電流指令値ＩＬ＊を、例えば図９に示したようなゲート信号生成部２４に出力する。

この方法では、放電条件を変更しない限り、作業者は放電条件に適合した概算値（回生電力量と放電所要時間）をその都度選択して入力する必要が無く、放電条件決定指令を与えるだけで毎日の操業終了時や保守時といった放電状況に応じて好ましい放電方法を自動的に選択できるので業務効率が向上する。

以上のように、この実施の形態５では、毎日の操業終了時や保守時といった放電状況を考慮して、好ましい放電方法を選択すると、その放電方法に適合した放電電流指令値ＩＬ＊が自動的あるいは半自動的に決定されるため、電力貯蔵要素２１の蓄積エネルギを有効に使用できるだけでなく、その内部抵抗に起因するエネルギ損失を低減して劣化を防ぐことができる。

実施の形態６．
上記の各実施の形態１〜５では、電力貯蔵要素２１として、電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）を使用した場合について説明したが、このようなものに限らず、例えば電解コンデンサや、リチウムイオン二次電池などの電池で構成されたものであってもよい。

特に、リチウムイオン二次電池の場合、これを保存する際の充電状態（ＳＯＣ）は例えば２０％が推奨されている。ＳＯＣが高いと劣化が促進されるだけでなく、蓄積エネルギが大きいため短絡時などの危険が大きくなる。このため、保守時や一定期間休止する間はＳＯＣを低下させておくことが望ましい。また、ＥＤＬＣと同様に内部抵抗によるエネルギ損失も無視できない。さらには高温を避けるべきこと、低温時に内部抵抗が上昇することも同様である。したがって、電力貯蔵要素２１としてリチウムイオン二次電池を使用する場合も、実施の形態１〜５で説明したような方法で所定のＳＯＣまで放電を行うことが有効である。

１直流電源、２直流母線、３インバータ、４交流モータ、５電力貯蔵装置、２１電力貯蔵要素、２２ＤＣ／ＤＣコンバータ、２３制御手段、
２４ゲート信号生成部、２５温度センサ、２６放電電流指令値生成部、
７１電力量・時間計算手段、７２表示器、７３電流指令値作成手段、
７５電力量・時間テーブル。

Claims

直流電源から直流電力が供給される直流母線に接続されて交流モータを駆動するインバータと、上記直流母線に並列に接続された電力貯蔵装置とを備える交流モータ駆動装置において、
上記電力貯蔵装置は、エネルギを蓄積する電力貯蔵要素と、上記直流母線を介した上記電力貯蔵要素への充電および上記電力貯蔵要素からの上記直流母線側への放電の双方動作が可能な双方向型のＤＣ／ＤＣコンバータと、上記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を制御する制御手段と、を含み、
上記制御手段は、上記交流モータの稼動を停止させる際には上記電力貯蔵要素に蓄積されたエネルギを上記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御して定電流で放電して電源回生を行うものであって、上記電力貯蔵要素を定電流放電する場合の制御目標値となる放電電流指令値を作成する放電電流指令値生成部を有し、この放電電流指令値生成部は、複数の回生電力量と放電所要時間の概算値の組み合わせの内の一つに適合した上記放電電流指令値を作成する電流指令値作成手段を備えることを特徴とする交流モータ駆動装置。
上記制御手段は、上記電力貯蔵要素からの放電電力が予め設定された規定値以上の場合には、上記放電電力が上記規定値と等しくなるまで放電電流を低減する制御を行うものである請求項１記載の交流モータ駆動装置。
上記電力貯蔵要素の温度を検出する温度センサを備え、上記制御手段は、上記温度センサの温度検出値が予め設定された第１の基準値以上の場合には放電電流を上記第１の基準値未満の場合の放電電流よりも低下するように制御を行うものである請求項１または請求項２に記載の交流モータ駆動装置。
上記電力貯蔵要素の温度を検出する温度センサを備え、上記制御手段は、上記温度センサの温度検出値が予め設定された第２の基準値未満の場合には、放電電流を上記第２の基準値以上の場合の放電電流よりも増加させる制御を行うものである請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の交流モータ駆動装置。
上記放電電流指令値生成部は、上記電力貯蔵要素に対する放電指令が与えられるのに応じて上記複数の回生電力量および放電所要時間の概算値を算出する電力量・時間計算手段と、この電力量・時間計算手段で算出される上記概算値の算出結果を表示する表示器と、を備え、上記電流指令値作成手段は、この表示器に表示された上記複数の概算値の内から一つの条件を満たす概算値が選択された場合にはこの選択された概算値に適合した上記放電電流指令値を作成するものである請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の交流モータ駆動装置。
上記放電電流指令値生成部は、各種の放電条件ごとに各放電条件を満たす上記複数の回生電力量と放電所要時間との概算値が予め登録された電力量・時間テーブルと、一つの放電条件が選択された場合には上記電力量・時間テーブルの内から選択された一つの放電条件に対応した概算値を表示する表示器と、を備え、上記電流指令値作成手段は、一つの放電条件が決定され、かつ上記電力貯蔵要素に対する放電指令が与えられた場合には、これに応じて上記電力量・時間テーブルから読み出された一つの放電条件を満たす概算値に適合した上記放電電流指令値を作成するものである請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の交流モータ駆動装置。