JP5826440B1 - 交流モータ駆動システム - Google Patents

Abstract

コンバータ１１が系統電源１０に電力を確実に回生する交流モータ駆動モータシステムを得るため、コンバータ１１の出力側の直流電圧値と、直流電力を直流母線１２から充電して直流母線１２へ放電する蓄電デバイス１７の充放電電流値とに基づいて充放電回路１５を制御する充放電制御部２を備え、充放電制御部２は、交流モータ１６からの回生電力のインバータ１４を介した回生電力が電力しきい値を超える場合には、直流電圧値が電力しきい値に応じた電圧しきい値になるように蓄電デバイス１７を充電させ、回生電力が電力しきい値以下である場合には、コンバータ１１は、直流電圧値が回生開始電圧しきい値以上に達すると回生動作を行い、回生終了電圧しきい値以下に達すると回生動作を終了し、回生動作中の直流電圧値の時間平均値は、コンバータ１１が電力の供給と回生を実行していない無負荷時よりも低くする。

Description

本発明は、交流モータ駆動システムに関する。

従来、交流モータ駆動システムの一構成例として、系統電源からの交流電力を直流電力に変換するコンバータの出力側である直流母線に対して、平滑コンデンサを介して、交流モータを駆動するために直流電力を系統電源とは別の電圧値と周波数の交流電力に変換するインバータと、直流電力を蓄えて放出する蓄電デバイスに充放電するための充放電回路と、を並列に接続した交流モータ駆動システムが挙げられる。

例えば、特許文献１には、交流モータからの回生電力により上昇する直流母線の電圧値に基づいて、回生電力の一部を蓄電デバイスに充電してコンバータを介して系統電源に回生する電力のピークを抑制する技術と、交流モータの力行時には交流モータの消費電力により下降する直流母線電圧値に基づいて、蓄電デバイスに蓄えられた電力を放電して系統電源からコンバータを介して供給される電力のピークを抑制する技術と、が開示されている。特許文献１に記載の技術によれば、交流モータが力行動作も回生動作もいずれも行っていない無負荷時における直流母線電圧値と比較して、交流モータの回生時には直流母線電圧値は上昇し、且つ交流モータの力行時には直流母線電圧値が下降するという明確な状態の相違が存在する。この相違に基づいて、系統電源から交流モータへのコンバータを通過する力行電力や交流モータから系統電源へのコンバータを通過する回生電力のピークを、蓄電デバイスを充放電させることにより抑制している。平滑コンデンサ、コンバータ及びインバータの直流母線に接続される部品の耐電圧仕様の緩和による価格の低廉化及び使用期間の長寿命化のためには、交流モータ回生時の直流母線電圧値の上昇は小さくし、または上昇しないことが好ましく、無負荷時よりも直流母線電圧値が下降することが更に好ましい。

特許第５３８９３０２号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば、交流モータ回生時の直流母線電圧値が無負荷時より下降する場合、コンバータが系統電源へ電力を回生する状態であるのか、または、系統電源から電力を供給される状態であるのかを決定することができない、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、交流モータ回生時に直流母線電圧値が交流モータ無負荷時の直流母線電圧値より下降する場合であっても、確実にコンバータが系統電源に電力を回生する交流モータ駆動システムを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、直流電力を供給するコンバータと、前記直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記コンバータと前記インバータとを接続する直流母線と、前記交流電力により駆動される交流モータと、前記コンバータの出力側における直流電圧値を検出する直流電圧値検出手段と、前記直流電力を前記直流母線から充電し、且つ充電した前記直流電力を前記直流母線へ放電する蓄電デバイスと、前記直流母線に対して前記インバータと並列に接続され、前記蓄電デバイスを充放電させる充放電回路と、前記蓄電デバイスの充放電電流値を検出する充放電電流値検出手段と、前記直流電圧値と前記充放電電流値とに基づいて前記充放電回路を制御するための制御信号を出力する充放電制御手段と、を備え、前記交流モータからの前記インバータを介した回生電力が予め定められた電力しきい値を超える場合には、前記充放電制御手段は、前記直流電圧値を前記電力しきい値に応じた電圧しきい値になるように前記蓄電デバイスを充電させ、前記回生電力が前記電力しきい値以下である場合には、前記コンバータは、前記直流電圧値が上昇して予め定められた回生開始電圧しきい値に達すると回生動作を行い、前記直流電圧値が下降して予め定められた回生終了電圧しきい値に達すると回生動作を終了し、前記コンバータにおける回生動作中の前記直流電圧値の時間平均値が、前記コンバータが電力の供給と回生を実行していない無負荷時の前記直流電圧値より低く、前記充放電制御手段は、前記コンバータが回生動作を開始する直流母線電圧値に基づいた電圧しきい値に前記直流母線電圧値が達する周期に基づいた期間だけ、前記蓄電デバイスに充電する電流を一定に保つことを特徴とする。

本発明にかかる交流モータ駆動システムは、交流モータ回生時に直流母線電圧値が交流モータ無負荷時の直流母線電圧値より下降する場合であっても、確実にコンバータが電力を回生する交流モータ駆動システムを得ることができる、という効果を有する。

図１は、実施の形態１にかかる交流モータ駆動システムの全体の構成を示すブロック図である。 図２は、実施の形態１にかかるコンバータが電源回生型コンバータである場合の常回生モードの動作について、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）の変化を示す模式図である。 図３は、実施の形態１にかかるコンバータが電源回生型コンバータである場合の間欠回生モードの動作について、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）の変化を示す模式図である。 図４は、実施の形態１にかかるコンバータを通過する電力と平均化直流母線電圧値Ｖｄｃとの関係を示す模式図である。 図５は、実施の形態１にかかる同一直流母線電圧値に制御した場合にコンバータが力行動作状態と回生動作状態との双方の状態を取り得ることを示す電力分配図である。 図６は、実施の形態１にかかる交流モータ駆動システム内の充放電制御部を示すブロック図である。 図７は、実施の形態１にかかるＰＩＤ制御を行う場合の充電電流指令値生成部を示すブロック図である。 図８は、実施の形態１にかかるコンバータ回生時の直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）と直流母線側充電電流指令値Ｉ１＊との関係を示す模式図である。 図９は、実施の形態１にかかるコンバータが回生動作から力行動作へ移行する場合の直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）と直流母線側充電電流指令値Ｉ１＊との関係の一例を示す模式図である。 図１０は、実施の形態１にかかるコンバータが回生動作から力行動作へ移行する場合の直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）と直流母線側充電電流指令値Ｉ１＊との関係の一例を示す模式図である。 図１１は、実施の形態１にかかる回生時充電電流指令値抑制部を示すブロック図である。 図１２は、実施の形態１にかかる回生時充電電流指令値抑制部がコンバータの回生動作から力行動作へ移行することを防ぐ動作の一例を示すタイムダイヤグラムである。 図１３は、実施の形態１にかかる回生時充電電流指令値抑制部がコンバータの回生動作から力行動作へ移行することを防ぐ動作の他の例を示すタイムダイヤグラムである。 図１４は、実施の形態２にかかる交流モータ駆動システムの全体の構成を示すブロック図である。 図１５は、実施の形態２にかかる回生時充電電流指令値抑制部を示すブロック図である。 図１６は、実施の形態３にかかる交流モータ駆動システムの全体の構成を示すブロック図である。 図１７は、実施の形態３にかかる充放電制御部を示すブロック図である。 図１８は、実施の形態３にかかる回生時充電電流指令値抑制部を示すブロック図である。 図１９は、実施の形態４にかかる交流モータ駆動システムの全体の構成を示すブロック図である。

以下に、本発明にかかる交流モータ駆動システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、以下の説明においては物理量の単位を明示しているが、本発明はこの単位に限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明にかかる交流モータ駆動システムの実施の形態１の全体の構成を示すブロック図である。図１に示す交流モータ駆動システム１は、充放電制御部２と、コンバータ１１と、直流母線１２と、平滑コンデンサ１３と、インバータ１４と、充放電回路１５と、交流モータ１６と、蓄電デバイス１７と、直流電圧値検出部１８と、充放電電流値検出部１９と、を含む。図１に示す交流モータ駆動システム１には、発電所や工場内の変電設備等の系統電源１０から、配線Ｒ，Ｓ，Ｔを介して交流電力が供給される。コンバータ１１は、系統電源１０からの交流電力を直流電力に変換する。変換された直流電力は、コンバータ１１から直流母線１２に出力される。なお、直流母線１２は、高電位側直流母線１２ａと、低電位側直流母線１２ｂとを備える。平滑コンデンサ１３は、コンバータ１１の出力部分の直流母線１２中であって、後述するインバータ１４の入力部分、後述する充放電回路１５の直流母線１２側のいずれか１箇所または複数箇所に配される。平滑コンデンサ１３は、高電位側直流母線１２ａと低電位側直流母線１２ｂの間で、直流電力を平滑にする。ここで、平滑コンデンサ１３の静電容量をＣ［Ｆ］とする。平滑コンデンサ１３で平滑にされた直流電力は、直流母線１２を介して、インバータ１４と充放電回路１５に出力される。インバータ１４と充放電回路１５は、直流母線１２に対して並列に接続されている。インバータ１４は、直流電力を交流電力に変換して交流モータ１６を駆動する。インバータ１４が出力する交流電力の電圧値及び周波数は、系統電源１０から供給される交流電力の電圧値及び周波数とは異なる。充放電回路１５は、直流母線１２を流れる直流電力を蓄電デバイス１７に蓄え（充電）、蓄電デバイス１７に蓄えている電力を直流母線１２へ放出する（放電）回路である。充放電回路１５としては、電流可逆チョッパ回路を例示することができる。充放電回路１５が電流可逆チョッパ回路である場合には、直流母線１２を流れる電力は、蓄電デバイス１７への充電電流により蓄えられ、逆に、蓄電デバイス１７に蓄えられた電力は、直流母線１２への放電電流により放出される。なお、以下の説明において、充電電流と放電電流を区別せずに蓄電デバイス１７に流れる電流を表す場合には、充放電電流と記載する。充放電回路１５では、充放電制御部２からの制御信号により電流可逆チョッパ回路が制御され、充放電電流の電流量を制御する。充放電制御部２には、直流電圧値検出部１８で検出する直流母線１２の直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）、及び、充放電電流値検出部１９で検出する充放電電流値Ｉｃが観測値として入力され、充放電回路１５に制御信号を出力する。コンバータ１１としては、三相全波整流回路に抵抗回生回路が付加された抵抗回生型コンバータ、または三相全波整流回路を構成するダイオードそれぞれに逆並列にスイッチング素子が接続されて且つ入力側に交流リアクトルを直列に挿入した電源回生型コンバータを例示することができる。なお、本実施の形態では、電源回生型コンバータを例示して説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。電源回生型コンバータにおける系統電源１０から直流母線１２へ電力が供給される場合には、コンバータ１１内の三相全波整流回路のダイオードと平滑コンデンサ１３との働きにより、系統電源１０の周波数の６倍の脈動は有するものの直流電力が直流母線１２に供給される。なお、本明細書では、系統電源１０からコンバータ１１を介して直流母線１２へ電力が供給される場合を、コンバータ１１の力行時と呼ぶことにする。

次に、電源回生型コンバータにおける直流母線１２から系統電源１０へ電力が回生される場合について説明する。本明細書では、この場合をコンバータ１１の回生時と呼ぶことにする。電源回生型コンバータには、直流電圧値検出部１８で検出する直流母線１２の直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）に対する、２種類の予め定められたしきい値が設定される。一方のしきい値を回生開始電圧しきい値と呼び、他方のしきい値を回生終了電圧しきい値と呼ぶこととする。回生開始電圧しきい値の方が回生終了電圧しきい値より大きな値である。電源回生型コンバータは、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）が回生開始電圧しきい値以上になった時点から、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）が回生終了電圧しきい値以下になる時点までを、直流母線１２から系統電源１０への電力の「回生可能期間」と設定する。電源回生型コンバータは、この回生可能期間中であって、且つ系統電源１０の波形の位相に応じて予め定められた位相状態の期間だけ、電源回生型コンバータ内のスイッチング素子を導通状態にし、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）と系統電源１０の電圧値との差に基づいて、電源回生型コンバータ内の交流リアクトルを介して、直流母線１２から系統電源１０へ電力を回生する。

電源回生型コンバータの回生時の動作には、時間的に切れ目なく連続して直流母線１２から系統電源１０へ電力を回生する常回生モードと、時間にして間欠的に直流母線１２から系統電源１０へ電力を回生する間欠回生モードとが存在する。直流母線１２から系統電源１０へ回生する電力が大きい場合には、常回生モードとなる。直流母線１２から系統電源１０へ回生する電力が小さい場合には、間欠回生モードとなる。

図２は、電源回生型コンバータである場合の常回生モードの動作について、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）の変化を示す模式図である。交流モータ１６からの回生電力はインバータ１４を介して平滑コンデンサ１３に充電されて、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）が上昇する。直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）が回生開始電圧しきい値以上に達すると、コンバータ１１は回生動作を開始する。コンバータ１１が回生動作を行うと、平滑コンデンサ１３に蓄えられた電力が系統電源１０に放出されるため、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）が下降する。直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）と系統電源１０との電圧値の差によるコンバータ１１の回生電力が、交流モータ１６からの回生電力と等しくなると、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）の下降が停止する。下降が停止した直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）は、回生終了電圧しきい値以下にならず、コンバータ１１は回生可能期間を継続する。常回生モードの終了は、交流モータ１６からの回生電力が小さくなることにより、後述する間欠回生モードの動作を経由して終了する。常回生モードにおいては、コンバータ１１の回生電力能力が系統電源１０の電圧値に依存することにより、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）は系統電源１０の周波数の６倍のリプルを有する。このリプルを平均化した場合の直流母線電圧値を平均化直流母線電圧値Ｖｄｃとすると、これまでの説明から、コンバータ１１の回生電力が大きいほど平均化直流母線電圧値Ｖｄｃは高電位となり、逆に、常回生モードの範囲でコンバータ１１の回生電力が小さくなるほど平均化直流母線電圧値Ｖｄｃは低電位へ移動する。

図３は、電源回生型コンバータである場合の間欠回生モードの動作について、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）の変化を示す模式図である。まず、交流モータ１６からの回生電力がインバータ１４を介して平滑コンデンサ１３に充電されることにより、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）が上昇する。直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）が回生開始電圧しきい値以上に達することにより、コンバータ１１は回生動作を開始する。コンバータ１１が回生動作を行うと、平滑コンデンサ１３に蓄えられた電力が系統電源１０に放出されるため、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）が下降する。間欠回生モードにおける交流モータ１６からの回生電力は常回生モードの場合に比べて小さいため、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）は回生終了電圧しきい値以下に達するまで下降する。コンバータ１１は、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）が回生終了電圧しきい値以下に達した時点で回生動作をいったん終了する。交流モータ１６からの回生電力が引き続きインバータ１４を介して平滑コンデンサ１３に供給される場合には、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）が上昇する。直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）が再び回生開始電圧しきい値以上に達する場合には、コンバータ１１は、再度回生動作を開始する。間欠回生モードは、このような動作の繰り返しである。直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）は回生開始電圧しきい値と回生終了電圧しきい値との間を往復する波形となる。間欠回生モードの終了では、交流モータ１６からの回生電力が少なくなり、最終的には回生電力が０になり、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）が回生開始電圧しきい値に達することなく、上昇を停止することとなる。直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）が上昇を停止した時点では、コンバータ１１は回生可能期間外の状態である。

間欠回生モードにおいて、コンバータ１１が回生する電力が比較的大きい場合には、図３（ａ）に示すように、コンバータ１１が回生動作を実行していない期間における直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）の上昇が素早く、早期に回生可能期間に復帰する。

一方、コンバータ１１が回生する電力が比較的小さい場合には、図３（ｂ）に示すように、コンバータ１１が回生動作を実行していない期間における直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）の上昇が遅く、回生可能期間に復帰するまでに時間を要する。間欠回生モードの場合においては、回生開始電圧しきい値と回生終了電圧しきい値との間を往復する直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）を平均化した場合の直流母線電圧値を平均化直流母線電圧値Ｖｄｃとする。これまでの説明から、間欠回生モードにおいても、コンバータ１１の回生電力が大きいほど平均化直流母線電圧値Ｖｄｃは高電位となり、逆に、コンバータ１１の回生電力が小さくなるほど平均化直流母線電圧値Ｖｄｃは低電位へ移動する。

ここで、系統電源１０と直流母線１２との間で電力のやりとりが無い場合の直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）を、無負荷時直流母線電圧値Ｖｄｃ０と表すこととする。系統電源１０の相電圧が４００［Ｖ］の場合には、無負荷時直流母線電圧値Ｖｄｃ０は約５６６［Ｖ］となる。回生開始電圧しきい値が無負荷時直流母線電圧値Ｖｄｃ０［Ｖ］より小さい値（例えば１０［Ｖ］）だけ上昇した電圧値に設定され、一方で、回生終了電圧しきい値が無負荷時直流母線電圧値Ｖｄｃ０［Ｖ］より大きい値（例えば４０［Ｖ］）だけ下降した電圧値に設定された場合には、図２及び図３に示すように、コンバータ１１の平均化直流母線電圧値Ｖｄｃは、無負荷時直流母線電圧値Ｖｄｃ０より下降した状態となる。図４は、コンバータを通過する電力と平均化直流母線電圧値Ｖｄｃとの関係を示す模式図であり、回生開始電圧しきい値がＶｄｃ０＋１０［Ｖ］且つ回生終了電圧しきい値がＶｄｃ０−４０［Ｖ］の場合における、コンバータ１１の力行時電力と平均化直流母線電圧値Ｖｄｃとの関係、及び、コンバータ１１の回生時電力と平均化直流母線電圧値Ｖｄｃとの関係の一例を示す。本明細書及び図４においては、コンバータ１１の力行時電力を正値とし、コンバータ１１の回生時電力を負値として、コンバータ１１の力行時と回生時とを明示する。また、蓄電デバイス１７への充電電流を正値とし、蓄電デバイス１７からの放電電流を負値とする。

なお、コンバータ１１の力行時における平均化直流母線電圧値Ｖｄｃは、系統電源１０からコンバータ１１を介して直流母線１２へ電力が供給された場合の直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）のリプルを平均した値である。図４から判るように、回生開始電圧しきい値が無負荷時直流母線電圧値Ｖｄｃ０よりも小さい値だけ上昇した電圧値に設定され、一方で、回生終了電圧しきい値が無負荷時直流母線電圧値Ｖｄｃ０よりも大きい値だけ下降した電圧値の設定されたコンバータ１１においては、力行時も回生時も平均化直流母線電圧値ＶｄｃはＶｄｃ０より下降した状態となる。さらに、図４において、例えば、平均化直流母線電圧値Ｖｄｃが５４０［Ｖ］となる状態は、コンバータ１１が１７［ｋＷ］分だけ系統電源１０から直流母線１２に力行する場合と、コンバータ１１が−５０［ｋＷ］分だけ直流母線１２から系統電源１０へ回生する場合とが存在する。同様に、平均化直流母線電圧値Ｖｄｃが５４４［Ｖ］となる状態は、コンバータ１１が１５［ｋＷ］分だけ系統電源１０から直流母線１２に力行する場合と、コンバータ１１が−１００［ｋＷ］分だけ直流母線１２から系統電源１０へ回生する場合とが存在する。

図５は、同一直流母線電圧値に制御した場合にコンバータが力行動作状態と回生動作状態との双方の状態を取り得ることを示す電力分配図であり、交流モータ駆動システム１を同一平均化直流母線電圧値Ｖｄｃ［Ｖ］に制御した場合で、交流モータ１６からの回生電力も同一の条件で、コンバータ１１の力行時と回生時とにおける、コンバータ１１と交流モータ１６と蓄電デバイス１７とのそれぞれの電力の授受を説明する図である。図５（ａ）は、Ｖｄｃ＝５４０［Ｖ］に制御し交流モータ１６からの回生電力が−１５０［ｋＷ］時のコンバータ１１が回生時である場合を示す図であり、図５（ｂ）は、Ｖｄｃ＝５４０［Ｖ］に制御し交流モータ１６からの回生電力が−１５０［ｋＷ］時のコンバータ１１が力行時である場合を示す図である。なお、コンバータ１１の回生時の平均化直流母線電圧値Ｖｄｃ及びコンバータ１１の力行時の平均化直流母線電圧値Ｖｄｃは、それぞれ図４に従うものとする。

図５（ａ）においては、矩形全体が交流モータ１６からの回生電力−１５０［ｋＷ］に相当し、無地の長方形部分−１００［ｋＷ］が蓄電デバイス１７に充電される電力を表し、ハッチを施した長方形部分の−５０［ｋＷ］がコンバータ１１によって直流母線１２から系統電源１０へ回生される電力を表す。一方、図５（ｂ）においては、無地の長方形部分が交流モータ１６からの回生電力−１５０［ｋＷ］に相当し、ハッチを施した長方形部分の＋１７［ｋＷ］がコンバータ１１によって系統電源１０から直流母線１２へ供給される電力を表し、両電力の和である１６７［ｋＷ］が蓄電デバイス１７に充電される電力である。

図５（ａ）の場合には、直流母線１２から充放電回路１５へ流れる充電電流値は、下記の式（１）に示すように、約１８５［Ａ］となる。

一方、図５（ｂ）の場合には、直流母線１２から充放電回路１５へ流れる充電電流値は、下記の式（２）に示すように、約３０９［Ａ］と大きくなる。

また、交流モータ１６からの回生電力を全て蓄電デバイス１７に充電する場合、即ち、コンバータ１１が力行動作も回生動作も行わない場合には、下記の式（３）に示すように、充電電流値は約２７８［Ａ］となる。なお、式（１）から式（３）に記載の｜Ｚ｜は、Ｚの絶対値である。

本実施の形態においては、図４及び図５（ａ）より、コンバータ１１が直流母線１２から系統電源１０への回生電力を−５０［ｋＷ］に抑制する場合における直流母線１２の電圧指令値は５４０［Ｖ］である。同様に、図４から、コンバータ１１が直流母線１２から系統電源１０への回生電力を−１００［ｋＷ］に抑制する場合の直流母線１２の電圧指令値は５４４［Ｖ］である。以後、コンバータ１１が直流母線１２から系統電源１０への回生電力を回生時の電力しきい値−ＰｔｈＡ［ｋＷ］に抑制する場合の回生時直流母線電圧指令値をＶｔｈＡ［Ｖ］と表記することにする。

直流母線１２を流れる電流の電流量は、上記の式（１）から式（３）からも判るように、大きな値となる場合がある。また、直流母線１２を流れる電流の波形は、コンバータ１１の力行時のリプルの存在、コンバータ１１の常回生モードにおけるリプルの存在、コンバータ１１の間欠回生モードにおける直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）の上昇と下降の繰り返しの存在、またはコンバータ１１内のスイッチング素子若しくはインバータ１４内のスイッチング素子のスイッチングによるノイズの存在により、大きな高周波成分を含んでいる。したがって、直流母線電流値を検出する場合には、大電流による磁気飽和の回避や電流波形の高調波成分による発熱（放熱）対策手段の具備のため、使用する直流母線電流値を検出する手段は、高価で体積が大きく、質量も大きくならざるを得ない。

本発明における各実施の形態では、直流母線電流値を検出する手段を用いず、直流母線１２に対しては直流電圧値検出部１８のみを用いて、充放電回路１５が蓄電デバイス１７に充電中にも拘らずコンバータ１１が力行動作へ移行しない、充放電制御部２及びこの制御方法を得ることを共通の目的とする。本発明によれば、直流母線電流値を検出する手段を用いないため、充放電回路１５が蓄電デバイス１７に充電中にも拘らずコンバータ１１が力行動作へ移行しない、安価で、小型で、軽量な、交流モータ駆動システム１を得ることが可能となる。

図６は、交流モータ駆動システム１内の充放電制御部２を示すブロック図である。図６に示す充放電制御部２は、力行時制御部２１と、回生時制御部３と、電流指令値統合部２２と、制御信号生成部２３と、を備える。力行時制御部２１は、直流電圧値検出部１８により検出される直流母線１２の直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）を入力とする。力行時制御部２１は、蓄電デバイス１７から放電させるための放電電流を制御する指令値である蓄電デバイス側放電電流指令値Ｉｂ＊と、蓄電デバイス１７から放電させる期間を決定する力行時電力補償動作フラグＦｂとを出力する。力行時制御部２１は、図４の右半分（力行時）に示す特性を利用して、コンバータ１１の力行時にコンバータ１１が系統電源１０から直流母線１２へ供給する電力を抑制しようとする電力ＰｔｈＢ［ｋＷ］に対応する電圧値ＶｔｈＢ［Ｖ］を力行時直流母線電圧指令値として直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）との差異を小さくして最終的には差異をなくすように、充放電回路１５からインバータ１４へ放電する直流母線側放電電流指令値をまず生成する。そして、力行時制御部２１は、この直流母線側放電電流指令値を、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）と、蓄電デバイス１７の両端電圧値またはその両端電圧値に代わる代表的な擬似両端電圧値との比に基づいて換算した、蓄電デバイス側放電電流指令値Ｉｂ＊を生成する。また、力行時制御部２１は、力行時直流母線電圧指令値ＶｔｈＢと、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）とに基づいて、蓄電デバイス側放電電流指令値Ｉｂ＊が放電を指令する期間を有意とする力行時電力補償動作フラグＦｂを生成する。

回生時制御部３は、直流電圧値検出部１８により検出される直流母線１２の直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）を入力とする。回生時制御部３は、蓄電デバイス１７に充電するための充電電流を制御する指令値である蓄電デバイス側充電電流指令値Ｉａ＊と、蓄電デバイス１７に充電させる期間を決定する回生時電力補償動作フラグＦａとを出力する。回生時制御部３の詳細に関しては、後述する。

電流指令値統合部２２は、回生時制御部３からの蓄電デバイス側充電電流指令値Ｉａ＊と、力行時制御部２１からの蓄電デバイス側放電電流指令値Ｉｂ＊とを用いて、蓄電デバイス１７の充放電電流の指令値である統合充放電電流指令値Ｉｃ＊を生成する。制御信号生成部２３は、電流指令値統合部２２からの統合充放電電流指令値Ｉｃ＊と、充放電電流値検出部１９からの蓄電デバイス１７の充放電電流値Ｉｃと、により、統合充放電電流指令値Ｉｃ＊と充放電電流値Ｉｃとの差異を最終的には差異がなくなるように小さくし、回生時制御部３からの回生時電力補償動作フラグＦａが有意な期間または力行時制御部２１からの力行時電力補償動作フラグＦｂが有意な期間のみ、充放電回路１５を制御する制御信号を充放電回路１５へ出力する。

ここから、本実施の形態における充放電制御部２内の回生時制御部３が、直流母線電流値を検出する手段を用いずに、直流母線１２に対しては直流電圧値検出部１８の出力である直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）のみを使用して、充放電回路１５が蓄電デバイス１７に充電中にコンバータ１１が力行動作へ移行しない制御手段と制御方法について説明する。

回生時制御部３は、図６に示すように、充電電流指令値生成部４と、回生時電力補償動作制御部５と、回生時電力／電圧換算部６と、充電電流指令値換算部７とを備える。直流電圧値検出部１８から回生時制御部３への入力である直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）は、充電電流指令値生成部４と回生時電力補償動作制御部５とに入力される。回生時制御部３の出力の１つである蓄電デバイス側充電電流指令値Ｉａ＊は、充電電流指令値換算部７から電流指令値統合部２２へ出力される。回生時制御部３のもう１つの出力である回生時電力補償動作フラグＦａは、回生時電力補償動作制御部５から制御信号生成部２３へ出力される。また、回生時電力補償動作フラグＦａは、充電電流指令値生成部４にも出力される。

回生時電力／電圧換算部６は、回生時電圧しきい値生成変換部６１と、平滑コンデンサ静電容量値格納部６２と、回生時電力しきい値格納部６３とを備える。回生時電力しきい値格納部６３は、コンバータ１１に回生させようとする電力の上限値である回生時の電力しきい値−ＰｔｈＡ［ｋＷ］を格納する。平滑コンデンサ静電容量値格納部６２は、平滑コンデンサ１３の静電容量値Ｃ［Ｆ］を格納する。回生時電圧しきい値生成変換部６１は、回生時電力しきい値格納部６３からの回生時の電力しきい値−ＰｔｈＡ［ｋＷ］と平滑コンデンサ静電容量値格納部６２からの静電容量値Ｃ［Ｆ］に基づいて、図４の左半分（回生時）に記載の関係を利用して、回生時の回生時直流母線電圧指令値ＶｔｈＡ［Ｖ］を生成する。回生時電圧しきい値生成変換部６１が生成した回生時直流母線電圧指令値ＶｔｈＡ［Ｖ］は、回生時電力／電圧換算部６の出力として、充電電流指令値生成部４、回生時電力補償動作制御部５、及び充電電流指令値換算部７に出力される。なお、回生時の電力しきい値−ＰｔｈＡ［Ｖ］と静電容量値Ｃ［Ｆ］は、交流モータ駆動システム１の作業負荷やインバータ１４の構成に応じて、適宜設定すればよく、ユーザーにより回生時電力しきい値格納部６３及び平滑コンデンサ静電容量値格納部６２にそれぞれの値を入力可能な構成を備えていればよい。

回生時電力補償動作制御部５は、直流電圧値検出部１８からの直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）に基づいて、蓄電デバイス１７に充電を開始するタイミングを示す回生時電力補償動作開始信号Ｓａを生成する。また、回生時電力補償動作制御部５は、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）と、回生時電力／電圧換算部６からの回生時直流母線電圧指令値ＶｔｈＡと、充電電流指令値生成部４からの直流母線側充電電流指令値Ｉ１＊とを用いて、蓄電デバイス１７に充電する期間を示す回生時電力補償動作フラグＦａを生成する。回生時電力補償動作制御部５にて生成される回生時電力補償動作開始信号Ｓａは、充電電流指令値生成部４に出力される。回生時電力補償動作フラグＦａは、充電電流指令値生成部４と制御信号生成部２３とに出力される。回生時電力補償動作開始信号Ｓａは、例えば、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）が回生開始電圧しきい値に達した時刻を示す信号、または、無負荷時直流母線電圧値Ｖｄｃ０［Ｖ］以上になった時刻を示す信号である。回生時電力補償動作フラグＦａは、例えば、回生時電力補償動作開始信号Ｓａが示す時刻から、直流母線側充電電流指令値Ｉ１＊が零若しくは負値になるまで、または零に充分に近い値の正値になるまでの時刻を示す信号である。ここで、零に充分に近い値としては、例えば、直流母線側充電電流指令値Ｉ１＊が取りうる最大値の百分の一未満の予め定められた値を採用する。また、回生時電力補償動作開始信号Ｓａが有意になる条件や、回生時電力補償動作フラグＦａの有意となる開始条件や終了条件に関しては、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）や直流母線側充電電流指令値Ｉ１＊に重畳する雑音の揺らぎの影響を排除するために、チャタリング防止や不感帯の設定等を行う場合もある。

充電電流指令値換算部７は、直流母線１２から充放電回路１５への充電電流指令値である直流母線側充電電流指令値Ｉ１＊を、充放電回路１５から蓄電デバイス１７への充電電流指令値である蓄電デバイス側充電電流指令値Ｉａ＊へ変換する。充電電流指令値換算部７は、充電電流指令値生成部４の出力である直流母線側充電電流指令値Ｉ１＊と、回生時電力／電圧換算部６の出力である回生時直流母線電圧指令値ＶｔｈＡと、を入力とする。充電電流指令値換算部７は、出力である蓄電デバイス側充電電流指令値Ｉａ＊を電流指令値統合部２２へ出力する。今、蓄電デバイス１７の両端電圧を両端電圧値Ｖｃａｐ［Ｖ］とし、直流母線１２の電圧値が回生時直流母線電圧指令値ＶｔｈＡに制御されていることを考慮すると、蓄電デバイス側充電電流指令値Ｉａ＊は、下記の式（４）で表すことができる。

上記の式（４）を実現するには、蓄電デバイス１７の両端電圧値Ｖｃａｐを観測し、且つ除算を実行する必要がある。蓄電デバイス１７の両端電圧値Ｖｃａｐの検出手段を省き、且つ計算が煩雑な除算を省略するために、蓄電デバイス１７の両端電圧値Ｖｃａｐを予め定められた定数である代用両端電圧値Ｖｃｆｉｘ［Ｖ］で代用する。代用両端電圧値Ｖｃｆｉｘには特に制限は無いが、例えば、蓄電デバイス１７の両端電圧値Ｖｃａｐの最低値や、蓄電デバイス１７の両端電圧値Ｖｃａｐの最頻出値等を用いる。充電電流指令値換算部７は、代用両端電圧値Ｖｃｆｉｘの逆数である定数Ｋｃ（Ｋｃ＝１／Ｖｃｆｉｘ）を格納し、下記の式（５）により、直流母線側充電電流指令値Ｉ１＊を蓄電デバイス側充電電流指令値Ｉａ＊に換算する。

充電電流指令値生成部４は、直流電圧値検出部１８からの直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）と、回生時電力／電圧換算部６からの回生時直流母線電圧指令値ＶｔｈＡと、回生時電力補償動作制御部５からの回生時電力補償動作開始信号Ｓａと、回生時電力補償動作制御部５からの回生時電力補償動作フラグＦａと、を入力として、直流母線側充電電流指令値Ｉ１＊を生成する。充電電流指令値生成部４は、生成した直流母線側充電電流指令値Ｉ１＊を回生時電力補償動作制御部５と充電電流指令値換算部７へ出力する。

充電電流指令値生成部４がＰＩＤ制御（比例積分微分制御）を行う場合を例示して説明する。図７は、ＰＩＤ制御を行う場合の充電電流指令値生成部４を示すブロック図である。図７に示すように、充電電流指令値生成部４は、第１の減算器４１１と、第１の乗算器４１２と、第１の切換器４１３と、第１のリミッタ４１４と、第２の切換器４１５と、第２の乗算器４２１と、第３の切換器４２２と、第１の加算器４２３と、第２のリミッタ４２４と、第４の切換器４２５と、第１の遅延器４２６と、回生時電流指令値積分成分初期値生成部４２７と、第２の遅延器４３１と、第２の減算器４３２と、第３の乗算器４３３と、第３のリミッタ４３４と、第５の切換器４３５と、第２の加算器４４１と、第４のリミッタ４４２と、第６の切換器４４３と、回生時充電電流指令値抑制部４５と、を備える。直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）は、第１の減算器４１１の被減数端と、回生時電流指令値積分成分初期値生成部４２７と、回生時充電電流指令値抑制部４５とに入力される。回生時直流母線電圧指令値ＶｔｈＡは、第１の減算器４１１の減数端と、回生時充電電流指令値抑制部４５とに入力される。回生時電力補償動作フラグＦａは、第１の切換器４１３と、第６の切換器４４３と、回生時充電電流指令値抑制部４５とに入力される。第１の減算器４１１は、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）から回生時直流母線電圧指令値ＶｔｈＡを減じた値である回生時電圧差分値Ｅｖを生成し、第１の乗算器４１２に出力する。第１の乗算器４１２は、回生時電圧差分値Ｅｖに比例ゲインである予め定められた定数Ｋｐを乗じた第１の乗算値Ｋｐ・Ｅｖを生成し、第１の切換器４１３と、第２の遅延器４３１と、第２の減算器４３２の被減数端とに出力する。第１の切換器４１３は、第１の乗算値Ｋｐ・Ｅｖと回生時電力補償動作フラグＦａとを入力とする。第１の切換器４１３は、回生時電力補償動作フラグＦａが有意（蓄電デバイス１７に充電すべき期間）である場合には第１の乗算値Ｋｐ・Ｅｖをそのまま出力値（値Ｉｐ）として出力し、回生時電力補償動作フラグＦａが有意でない場合には値Ｉｐは零を出力する。第１の切換器４１３が出力する値Ｉｐは、第１のリミッタ４１４と第２の乗算器４２１とに出力される。ここで、交流モータ駆動システム１における充電電流の制限値を、充電電流制限値Ｉｍａｘ（＞０）［Ａ］とする。充電電流制限値Ｉｍａｘとしては、例えば、充放電回路１５の充電電流の最大値若しくは蓄電デバイス１７の充電電流の最大値、または、これらの最大値に近い値で交流モータ駆動システム１に予め定められている値を採用する。

第１のリミッタ４１４は、入力された値Ｉｐが負値である場合には出力値Ｌ・Ｉｐとして零を出力し、入力された値Ｉｐが充電電流制限値Ｉｍａｘを超える場合には出力値Ｌ・Ｉｐとして充電電流制限値Ｉｍａｘの値を出力し、入力された値Ｉｐが正値且つ充電電流制限値Ｉｍａｘ以下の場合には出力値Ｌ・Ｉｐとして入力された値Ｉｐを出力する。第１のリミッタ４１４の出力値Ｌ・Ｉｐは、第２の切換器４１５に入力される。第２の切換器４１５は、第１のリミッタ４１４の出力値Ｌ・Ｉｐと、後述する回生時充電電流指令値抑制部４５の出力である回生時充電電流指令値抑制フラグＳとを入力として、回生時充電電流指令値比例成分値Ｉｐ＊を第２の加算器４４１へ出力する。第２の切換器４１５は、これも後述する回生時充電電流指令値抑制フラグＳが有意でない場合には第２の切換器４１５に入力された値Ｌ・Ｉｐをそのまま回生時充電電流指令値比例成分値Ｉｐ＊として出力し、回生時充電電流指令値抑制フラグＳが有意である場合には零を回生時充電電流指令値比例成分値Ｉｐ＊として出力する。第２の乗算器４２１は、第１の切換器４１３が出力した値Ｉｐに積分ゲインである予め定められた定数Ｋｉを乗じた第２の乗算値Ｋｉ・Ｉｐを生成し、第３の切換器４２２に出力する。第３の切換器４２２は、第２の乗算値Ｋｉ・Ｉｐと回生時充電電流指令値抑制フラグＳとを入力として、値Ｉｉを第１の加算器４２３の一方の入力端へ出力する。第３の切換器４２２は、回生時充電電流指令値抑制フラグＳが有意でない場合には第３の切換器４２２に入力された第２の乗算値Ｋｉ・Ｉｐをそのまま出力値（値Ｉｉ）として出力し、回生時充電電流指令値抑制フラグＳが有意である場合には零を出力値（値Ｉｉ）として出力する。第１の加算器４２３は、第３の切換器４２２の出力値である値Ｉｉと、後述する第１の遅延器４２６が出力する値Ｚ・Ｉｉとの和を計算して、第１の和ΣＩｉを第２のリミッタ４２４へ出力する。第２のリミッタ４２４は、第１の和ΣＩｉが負値の場合には出力値（値Ｌ・Ｉｉ）として零を出力し、第１の和ΣＩｉが充電電流制限値Ｉｍａｘを超える場合には出力値（値Ｌ・Ｉｉ）として充電電流制限値Ｉｍａｘを出力し、第１の和ΣＩｉが正値且つ充電電流制限値Ｉｍａｘ以下の場合には出力値（値Ｌ・Ｉｉ）として第１の和ΣＩｉを出力する。第２のリミッタ４２４の出力値（値Ｌ・Ｉｉ）は、第４の切換器４２５に入力される。第４の切換器４２５は、回生時電力補償動作開始信号Ｓａに基づいて、第２のリミッタ４２４の出力値Ｌ・Ｉｉと、回生時電流指令値積分成分初期値生成部４２７の出力である回生時電流指令値積分成分初期値Ｉｉｎｉｔとを切り換えて、出力である回生時充電電流指令値積分成分値Ｉｉ＊を出力する。具体的には、回生時電力補償動作開始信号Ｓａが有意（回生動作の開始時点）である場合には回生時充電電流指令値積分成分値Ｉｉ＊として回生時電流指令値積分成分初期値Ｉｉｎｉｔを出力し、回生時電力補償動作開始信号Ｓａが有意でない場合には回生時充電電流指令値積分成分値Ｉｉ＊として値Ｌ・Ｉｉを出力する。回生時充電電流指令値積分成分値Ｉｉ＊は、第１の遅延器４２６及び第２の加算器４４１に入力される。第１の遅延器４２６は、入力である回生時充電電流指令値積分成分値Ｉｉ＊を制御時間間隔１単位分だけ遅延させて、第１の遅延値Ｚ・Ｉｉとして、第１の加算器４２３の値Ｉｉの入力端とは異なる入力端に出力する。回生時電流指令値積分成分初期値生成部４２７は、入力された直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）の予め定められた時間間隔における電圧値変位分（時間変位分）を計算し、この時間変位分から推定した充電電流指令値を回生時電流指令値積分成分初期値Ｉｉｎｉｔとして第４の切換器４２５へ出力する。回生時電流指令値積分成分初期値Ｉｉｎｉｔは、第４の切換器４２５で回生時電力補償動作開始信号Ｓａが有意な期間だけ選択されて回生時充電電流指令値積分成分値Ｉｉ＊として出力される。このようにすることで、回生時電流指令値積分成分初期値Ｉｉｎｉｔは、回生時充電電流指令値積分成分値Ｉｉ＊の初期値となる。回生時充電電流指令値抑制フラグＳが有意でない場合、第１の加算器４２３と、第２のリミッタ４２４と、第４の切換器４２５と、第１の遅延器４２６と、回生時電流指令値積分成分初期値生成部４２７とにより、初期値を回生時電流指令値積分成分初期値Ｉｉｎｉｔとして第２の乗算値Ｋｉ・Ｉｐを順次積分する。第２の遅延器４３１は、入力である第１の乗算値Ｋｐ・Ｅｖを制御時間間隔１単位分だけ遅延させて、第２の遅延値Ｚ・Ｋｐ・Ｅｖとして、第２の減算器４３２の減数端に出力する。第２の減算器４３２は、第１の乗算値Ｋｐ・Ｅｖから第２の遅延値Ｚ・Ｋｐ・Ｅｖを減じた値を差分Ｉｄとして、第３の乗算器４３３へ出力する。第３の乗算器４３３は、差分Ｉｄの微分ゲインである予め定められた定数Ｋｄを乗じた第３の乗算値Ｋｄ・Ｉｄを生成し、第３のリミッタ４３４へ出力する。第３のリミッタ４３４は、第３の乗算値Ｋｄ・Ｉｄが負値の場合には値Ｌ・Ｉｄとして零を出力し、第３の乗算値Ｋｄ・Ｉｄが充電電流制限値Ｉｍａｘを超える値である場合には値Ｌ・Ｉｄとして充電電流制限値Ｉｍａｘを出力し、第３の乗算値Ｋｄ・Ｉｄが正値且つ充電電流制限値Ｉｍａｘ以下である場合には、値Ｌ・Ｉｄとして第３の乗算値Ｋｄ・Ｉｄを出力する。第３のリミッタ４３４が出力した値Ｌ・Ｉｄは、第５の切換器４３５に入力される。第５の切換器４３５は、第３のリミッタ４３４が出力した値Ｌ・Ｉｄと、後述する回生時充電電流指令値抑制部４５の出力である回生時充電電流指令値抑制フラグＳとを入力として、回生時充電電流指令値微分成分値Ｉｄ＊を第２の加算器４４１へ出力する。第５の切換器４３５は、回生時充電電流指令値抑制フラグＳが有意でない場合には第５の切換器４３５に入力された値Ｌ・Ｉｄをそのまま回生時充電電流指令値微分成分値Ｉｄ＊として出力し、回生時充電電流指令値抑制フラグＳが有意である場合には零を回生時充電電流指令値微分成分値Ｉｄ＊として出力する。第２の加算器４４１は、回生時充電電流指令値比例成分値Ｉｐ＊と回生時充電電流指令値積分成分値Ｉｉ＊と回生時充電電流指令値微分成分値Ｉｄ＊との和を第２の和Ｉｐｉｄとして、第４のリミッタ４４２へ出力する。第４のリミッタ４４２は、第２の和Ｉｐｉｄが負値の場合には出力する値Ｌ・Ｉ１として零を出力し、第２の和Ｉｐｉｄが充電電流制限値Ｉｍａｘを超える場合には出力する値Ｌ・Ｉ１として充電電流制限値Ｉｍａｘを出力し、第２の和Ｉｐｉｄが正値且つ充電電流制限値Ｉｍａｘ以下である場合には出力する値Ｌ・Ｉ１として第２の和Ｉｐｉｄの値を出力する。第４のリミッタ４４２の出力値Ｌ・Ｉ１は、第６の切換器４４３へ出力される。第６の切換器４４３は、第４のリミッタ４４２が出力する値Ｌ・Ｉ１と回生時電力補償動作フラグＦａとを入力とする。第６の切換器４４３は、回生時電力補償動作フラグＦａが有意（蓄電デバイス１７に充電すべき期間）である場合には入力された値Ｌ・Ｉ１をそのまま直流母線側充電電流指令値Ｉ１＊として出力し、回生時電力補償動作フラグＦａが有意でない場合には零を直流母線側充電電流指令値Ｉ１＊として出力する。第６の切換器４４３の出力である直流母線側充電電流指令値Ｉ１＊は、回生時電力補償動作制御部５と充電電流指令値換算部７とに入力される。

回生時直流母線電圧指令値ＶｔｈＡ［Ｖ］を制御の終着点とする時、コンバータ１１は回生時と力行時との２つの場合が存在することを、図４と図５とを用いて既に説明した。なお、常回生モードのコンバータ１１が回生動作から力行動作へ移行することはない。回生時のコンバータ１１が力行動作へ移行する場合には、コンバータ１１の間欠回生モードにおける回生可能期間以外の期間である。

図８は、コンバータ回生時の直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）と直流母線側充電電流指令値Ｉ１＊との関係を示す模式図であり、コンバータ１１の間欠回生モード時にコンバータ１１の回生動作が継続する場合における、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）と、回生可能期間を示す波形Ｆｃと、回生時電力補償動作フラグＦａと、直流母線側充電電流指令値Ｉ１＊と、の波形を模式的に示す。交流モータ１６が回生電力をインバータ１４を介して直流母線１２へ回生させると、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）がＶｄｃ０から上昇し、回生時電力補償動作フラグＦａが有意を示し、直流母線側充電電流指令値Ｉ１＊が回生時電流指令値積分成分初期値Ｉｉｎｉｔに設定される。直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）は上昇を続け、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）から回生時直流母線電圧指令値ＶｔｈＡを減じた値が大きくなり、直流母線側充電電流指令値Ｉ１＊は充電量を増加させるようにその値を上昇させる。直流母線側充電電流指令値Ｉ１＊の上昇の途中、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）は回生開始電圧しきい値に達し、コンバータ１１は回生動作を開始する。コンバータ１１が回生動作を開始しても、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）から回生時直流母線電圧指令値ＶｔｈＡを減じた値が正値の期間は直流母線側充電電流指令値Ｉ１＊は上昇を続ける。直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）から回生時直流母線電圧指令値ＶｔｈＡを減じた値が負値になると、直流母線側充電電流指令値Ｉ１＊は下降を開始する。直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）が回生終了電圧しきい値まで下降すると、コンバータ１１は回生動作を終了する。コンバータ１１の回生動作の終了に伴い、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）は上昇を開始する。しかし、直流母線側充電電流指令値Ｉ１＊は、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）から回生時直流母線電圧指令値ＶｔｈＡを減じた値が負値の期間中下降を継続する。そして、直流母線側充電電流指令値Ｉ１＊は、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）から回生時直流母線電圧指令値ＶｔｈＡを減じた値が正値に転じると上昇を開始する。以後、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）は、回生開始電圧しきい値と回生終了電圧しきい値の間を往復する。直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）が回生終了電圧しきい値に達してから回生開始電圧しきい値に達するまでの時間間隔Ｔ０は、コンバータ１１のリプル分による誤差を除外すれば、回生時直流母線電圧指令値ＶｔｈＡ［Ｖ］と、平滑コンデンサ１３の静電容量Ｃ［Ｆ］とに依存する一定値となる。

続いて、回生時充電電流指令値抑制部４５が存在しない場合、即ち、回生時充電電流指令値抑制部４５の出力である回生時充電電流指令値抑制フラグＳが有意にならない場合について説明する。図９は、コンバータが回生動作から力行動作へ移行する場合の直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）と直流母線側充電電流指令値Ｉ１＊との関係の一例を示す模式図であり、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）にノイズが混入し、または直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）が一時的に変動した場合についての一例を説明する図である。コンバータ１１が間欠回生モードの状態で、回生可能期間を示す波形Ｆｃが有意でない図９に示す時刻Ｔｐに、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）が電圧値上昇方向に一時的な変動が生じたとする。図７に示す充電電流指令値生成部４内の第１の減算器４１１により、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）から回生時直流母線電圧指令値ＶｔｈＡを減じた値である回生時電圧差分値Ｅｖが大きくなることで、直流母線側充電電流指令値Ｉ１＊が大きくなる。直流母線側充電電流指令値Ｉ１＊が大きくなることにより、蓄電デバイス１７への充電電流が増加し、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）の上昇は鈍化する。上昇が鈍化した直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）は、時間をかけて回生開始電圧しきい値に達する。時刻Ｔｐ直前の直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）が回生終了電圧しきい値に達する時刻（図９内の時刻Ｔａ）から、上昇が鈍化した直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）が回生開始電圧しきい値に達する時刻（図９内の時刻Ｔｂ）までの時間間隔Ｔ１は、上記の時間間隔Ｔ０よりも長くなる。時刻Ｔｂ以後、コンバータ１１は回生動作に移行して、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）は回生終了電圧しきい値まで下降する。時間間隔Ｔ０より長くなった時間間隔Ｔ１の期間中に、充電電流指令値生成部４は、その内部に包含する積分機能により、直流母線側充電電流指令値Ｉ１＊を通常の直流母線側充電電流指令値Ｉ１＊の最上昇値（図９内のＩ１ｔｏｐ）よりも更に上昇させた値（図９内の値Ｉ１ｘ）を経て、下降へ転じさせる。直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）が回生時直流母線電圧指令値ＶｔｈＡ［Ｖ］より低い期間の時間間隔は通常時と変わらないので、直流母線側充電電流指令値Ｉ１＊は通常の最下降値（図９内のＩ１ｂｏｔｔｏｍ）までより高い値（図９内の値Ｉ１ｙ）までしか下降させられず、再び上昇を開始する。値Ｉ１ｙから上昇する直流母線側充電電流指令値Ｉ１＊が、交流モータ１６からの回生電力全てを蓄電デバイス１７へ充電するだけの量の直流母線側充電電流指令値Ｉ１＊の値（図９内の値Ｉ１ｚ）を超えた時刻（図９内の時刻Ｔｑ）以降、コンバータ１１は、充電電流を賄うため、力行動作へ移行する。回生時直流母線電圧指令値ＶｔｈＡが５４０［Ｖ］で交流モータ１６からの回生電力が−１５０［ｋＷ］の場合の値Ｉ１ｚは、上記の式（３）により２７８［Ａ］となる。

更に、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）にノイズが混入し、または直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）が一時的に変動した場合についての他の一例を説明する。図１０は、コンバータが回生動作から力行動作へ移行する場合の直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）と直流母線側充電電流指令値Ｉ１＊との関係の一例を示す模式図である。コンバータ１１が間欠回生モードの状態で、回生可能期間を示す波形Ｆｃが有意でない図１０に示す時刻Ｔｐに、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）が電圧値上昇方向に一時的な変動が生じたとする。図７に示す充電電流指令値生成部４内の第１の減算器４１１により、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）から回生時直流母線電圧指令値ＶｔｈＡを減じた値である回生時電圧差分値Ｅｖが大きくなることで、直流母線側充電電流指令値Ｉ１＊が大きくなる。直流母線側充電電流指令値Ｉ１＊が大きくなることにより、蓄電デバイス１７への充電電流が増加し、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）の上昇は鈍化する。上昇が鈍化した直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）が回生開始電圧しきい値に達する以前に、直流母線側充電電流指令値Ｉ１＊が交流モータ１６からの回生電力全てを蓄電デバイス１７へ充電するだけの量の直流母線側充電電流指令値Ｉ１＊の値（図９内の値Ｉ１ｚ）を超えた時刻（図１０内の時刻Ｔｑ）以降、コンバータ１１は充電電流を賄うために力行動作へ移行する。コンバータ１１が力行動作を開始すると、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）は回生時直流母線電圧指令値ＶｔｈＡ［Ｖ］と同じ値になるように直流母線側充電電流指令値Ｉ１＊を制御し、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）は再び回生開始電圧しきい値を超えることはなくなる。よって、時刻Ｔｐ直前の直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）が回生終了電圧しきい値に達する時刻以降、回生可能期間を示す波形Ｆｃは有意になることもなくなる。即ち、図１０内の時間間隔Ｔ１はいつまでも決定されない状態で放置されることになる。回生時直流母線電圧指令値ＶｔｈＡが５４０［Ｖ］で交流モータ１６からの回生電力が−１５０［ｋＷ］の場合の値Ｉ１ｚは、上記の式（３）により２７８［Ａ］となる。

ここまで、充電電流指令値生成部４が、回生時充電電流指令値抑制部４５の出力である回生時充電電流指令値抑制フラグＳが有意でない場合に、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）から、回生時直流母線電圧指令値ＶｔｈＡに基づいた電力（即ち、回生時の電力しきい値−ＰｔｈＡ）を超える電力を蓄電デバイス１７に充電するための直流母線１２側の充電電流指令値である直流母線側充電電流指令値Ｉ１＊を得る手段を説明してきた。ここからは、充電電流指令値生成部４内の回生時充電電流指令値抑制部４５の機能について説明し、回生時充電電流指令値抑制部４５の出力である回生時充電電流指令値抑制フラグＳが有意である場合における、充電電流指令値生成部４の動作、即ち、直流母線側充電電流指令値Ｉ１＊の振る舞いについて説明する。

本実施の形態における充電電流指令値生成部４内の回生時充電電流指令値抑制部４５は、図９及び図１０を用いて説明した直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）のじょう乱により直流母線側充電電流指令値Ｉ１＊が上昇することでコンバータ１１が回生動作から力行動作へ移行する現象を防止するため、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）と、回生時直流母線電圧指令値ＶｔｈＡと、回生時電力補償動作フラグＦａとを入力とし、回生時充電電流指令値抑制フラグＳを生成し、生成した回生時充電電流指令値抑制フラグＳを充電電流指令値生成部４内の第２の切換器４１５と、第３の切換器４２２と、第５の切換器４３５とに出力する。回生時充電電流指令値抑制フラグＳは、第２の切換器４１５がその出力である回生時充電電流指令値比例成分値Ｉｐ＊として零を出力し、且つ第３の切換器４２２がその出力である値Ｉｉとして零を出力し、且つ第５の切換器４３５がその出力である回生時充電電流指令値微分成分値Ｉｄ＊として零を出力する時を有意とする。

図１１は、回生時充電電流指令値抑制部４５を示すブロック図である。回生時充電電流指令値抑制部４５は、回生終了電圧しきい値格納部４５１と、回生開始電圧しきい値格納部４５２と、平滑コンデンサ静電容量値格納部４５３と、第１の比較器４５４と、第２の比較器４５５と、第３の比較器４５６と、第１の信号発生器４５７と、計数器４５８と、発信器（発振器）４５９と、Ｔ０算出部４６０と、第４の比較器４６１と、第２の信号発生器４６２と、を備える。回生終了電圧しきい値格納部４５１は、図８、図９及び図１０に示すコンバータ１１が回生動作を終了する電圧値である回生終了電圧しきい値を格納し、この回生終了電圧しきい値より少し高い電圧値Ｖｓｐを生成し、この電圧値Ｖｓｐを第１の比較器４５４へ出力する。ここで、出力される電圧値Ｖｓｐが回生終了電圧しきい値より少し高い電圧値である理由は、回生時充電電流指令値抑制部４５に入力する直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）のノイズの影響を除去するためである。また、ここで、回生終了電圧しきい値より少し高い電圧値Ｖｓｐと回生終了電圧しきい値の差分は、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）のノイズの大きさにより決定する予め定められた定数とし、例えば、回生終了電圧しきい値の５％以下とすればよい。回生開始電圧しきい値格納部４５２は、図８、図９及び図１０に示すコンバータ１１が回生動作を開始する電圧値である回生開始電圧しきい値を格納し、この回生開始電圧しきい値より少し低い電圧値Ｖｓｔを生成し、この電圧値Ｖｓｔを第２の比較器４５５へ出力する。ここで、出力される電圧値Ｖｓｔが回生開始電圧しきい値より少し低い電圧値である理由は、回生時充電電流指令値抑制部４５に入力する直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）のノイズの影響を除去するためである。また、ここで、回生終了電圧しきい値より少し低い電圧値Ｖｓｔと回生終了電圧しきい値の差分は、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）のノイズの大きさにより決定する予め定められた定数とし、例えば、回生開始電圧しきい値の５％以下とすればよい。平滑コンデンサ静電容量値格納部４５３は、平滑コンデンサ１３の静電容量値であるＣ［Ｆ］の値を格納し、Ｔ０算出部４６０へ出力する。第１の比較器４５４は、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）と回生終了電圧しきい値格納部４５１の出力である電圧値Ｖｓｐとを入力とし、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）がしきい値である電圧値Ｖｓｐ以下になった場合に有意となる回生終了信号Ｐｓｐを生成し、回生終了信号Ｐｓｐを第１の信号発生器４５７へ出力する。第２の比較器４５５は、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）と回生開始電圧しきい値格納部４５２の出力である電圧値Ｖｓｔとを入力とし、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）がしきい値である電圧値Ｖｓｔ以上になった場合に有意となる回生開始信号Ｐｓｔを生成し、回生開始信号Ｐｓｔを第１の信号発生器４５７へ出力する。第３の比較器４５６は、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）と回生時直流母線電圧指令値ＶｔｈＡとを入力とし、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）が回生時直流母線電圧指令値ＶｔｈＡ以下になった場合に有意となる抑制終了信号Ｐｅｎｄを生成し、抑制終了信号Ｐｅｎｄを第２の信号発生器４６２へ出力する。第１の信号発生器４５７は、回生終了信号Ｐｓｐと回生開始信号Ｐｓｔとを入力とし、回生終了信号Ｐｓｐが有意になった時刻から回生開始信号Ｐｓｔが有意になるまでの時刻の間を有意とするイネーブル信号ＥＮを生成し、イネーブル信号ＥＮを計数器４５８へ出力する。発信器４５９は、計数器４５８が計数の単位とするクロックＴを発生する。クロックＴの周波数は、計数器４５８がコンバータ１１の間欠回生モードにおいて回生動作をしない期間の時間の伸長や短縮を充分把握することが可能な大きさとする。クロックＴの周波数は、例えば、系統電源１０の周波数（５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）の５０倍から４００倍程度の周波数を採用するとよい。計数器４５８は、イネーブル信号ＥＮが有意な期間中だけ、発信器４５９の出力であるクロックＴの立ち上がりを計数し、計数結果を計数値ＤＣＮとして第４の比較器４６１へ出力する。計数器４５８は、イネーブル信号ＥＮが有意でない期間中には計数結果をリセット（零に）して次のイネーブル信号ＥＮが有意になる期間まで待機する。Ｔ０算出部４６０は、回生時直流母線電圧指令値ＶｔｈＡと平滑コンデンサ静電容量値格納部４５３の出力である平滑コンデンサ１３の静電容量値Ｃとを入力とし、計算式やルックアップテーブル（Ｌｏｏｋ Ｕｐ Ｔａｂｌｅ）等によって、図８、図９及び図１０に示すコンバータ１１の間欠回生モードにおける回生可能期間を示す波形Ｆｃの有意でない期間の時間間隔Ｔ０をクロックＴに換算した値を生成する。Ｔ０算出部４６０は、Ｔ０算出部４６０内で生成された時間間隔Ｔ０のクロックＴに基づく換算値に対して、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）を考慮して時間間隔Ｔ０より少し大きい値である換算値ＤＴ０（即ち、ＤＴ０−Ｔ０＞０）を計算して、第４の比較器４６１へ出力する。ここで、換算値ＤＴ０より少し大きい値と時間間隔Ｔ０の差分は、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）のノイズの大きさにより決定する予め定められた定数とし、例えば、時間間隔Ｔ０の１％以下とすればよい。第４の比較器４６１は、計数器４５８の出力である計数値ＤＣＮとＴ０算出部４６０の出力である換算値ＤＴ０とを入力とし、計数値ＤＣＮが換算値ＤＴ０以上になった場合に有意となる抑制開始信号Ｐｏｖｅｒを生成し、抑制開始信号Ｐｏｖｅｒを第２の信号発生器４６２へ出力する。第２の信号発生器４６２は、抑制開始信号Ｐｏｖｅｒと抑制終了信号Ｐｅｎｄとを入力とし、抑制開始信号Ｐｏｖｅｒが有意になった時刻から抑制終了信号Ｐｅｎｄが有意になるまでの時刻の間を有意とする回生時充電電流指令値抑制フラグＳを生成し、充電電流指令値生成部４内の第２の切換器４１５と、第３の切換器４２２と、第５の切換器４３５とに出力する。なお、回生時電力補償動作フラグＦａは、有意でない時、第１の比較器４５４と、第２の比較器４５５と、第３の比較器４５６と、第１の信号発生器４５７と、第４の比較器４６１と、第２の信号発生器４６２とを有意でない状態に保ち、且つ計数器４５８をリセットにする。即ち、回生時充電電流指令値抑制部４５は、回生時電力補償動作フラグＦａが有意な場合のみ機能し、回生時電力補償動作フラグＦａが有意でない場合には回生時充電電流指令値抑制フラグＳは有意でない状態を保持する。回生終了電圧しきい値格納部４５１若しくは回生開始電圧しきい値格納部４５２に格納する値、平滑コンデンサ静電容量値格納部４５３に格納する静電容量値Ｃ［Ｆ］、またはＴ０算出部４６０内に格納する計算式若しくはルックアップテーブルの値は、交流モータ駆動システム１の構成に応じて、適宜設定すればよく、回生終了電圧しきい値格納部４５１、回生開始電圧しきい値格納部４５２、平滑コンデンサ静電容量値格納部４５３及びＴ０算出部４６０は、ユーザーによりそれぞれの値や計算式を入力可能な構成を備える。また、本実施の形態では、平滑コンデンサ１３の静電容量値Ｃ［Ｆ］を格納する手段を、回生時電力／電圧換算部６内の平滑コンデンサ静電容量値格納部６２と、充電電流指令値生成部４内の回生時充電電流指令値抑制部４５内の平滑コンデンサ静電容量値格納部４５３との双方に備えているが、いずれか一方に集約して、平滑コンデンサ１３の静電容量値Ｃ［Ｆ］を他方へ出力しても良い。

図１２は、回生時充電電流指令値抑制部がコンバータの回生動作から力行動作へ移行することを防ぐ動作の一例を示すタイムダイヤグラムであり、図９に示す状況において、回生時充電電流指令値抑制部４５の出力である回生時充電電流指令値抑制フラグＳが有意な場合の動作を説明する図である。図１３は、回生時充電電流指令値抑制部がコンバータの回生動作から力行動作へ移行することを防ぐ動作の他の例を示すタイムダイヤグラムであり、図１０に示す状況において、回生時充電電流指令値抑制部４５の出力である回生時充電電流指令値抑制フラグＳが有意な場合の動作を説明する図である。

図１２においては、図９と同様に、時刻Ｔｐに直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）が電圧値上昇方向に一時的な変動が生じたとする。図１２において、直流母線側充電電流指令値Ｉ１＊が大きくなり、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）の上昇は鈍化する。直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）が回生開始電圧しきい値に達する以前に、回生時充電電流指令値抑制部４５内の計数器４５８の計数値ＤＣＮはＴ０算出部４６０の出力である換算値ＤＴ０の値を超える（図１２の時刻Ｔｓ）。時刻Ｔｓに回生時充電電流指令値抑制フラグＳは有意になり、充電電流指令値生成部４内の第２の切換器４１５と、第３の切換器４２２と、第５の切換器４３５とにより、直流母線側充電電流指令値Ｉ１＊は時刻Ｔｓ時の値を保持する。直流母線側充電電流指令値Ｉ１＊が一定値を保つことにより、蓄電デバイス１７への充電電流は増加しない。コンバータ１１が間欠回生モード中の回生動作を実行しない期間であることから、図１２に示すように、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）は急速に増加し、回生開始電圧しきい値に達する。直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）が回生開始電圧しきい値に達すれば、コンバータ１１は回生動作を行い、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）は下降し始める。時間間隔である換算値ＤＴ０が時間間隔Ｔ０と大きな差がないことから、直流母線側充電電流指令値Ｉ１＊が保っている一定値は、通常の直流母線側充電電流指令値Ｉ１＊の最上昇値であるＩ１ｔｏｐより僅かに大きい値に止まる。直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）が下降を続け回生時直流母線電圧指令値ＶｔｈＡ以下になる時刻Ｔｒで、回生時充電電流指令値抑制部４５内の第３の比較器４５６の出力である抑制終了信号Ｐｅｎｄが有意になり、回生時充電電流指令値抑制フラグＳは有意でなくなる。回生時充電電流指令値抑制フラグＳは有意でなくなることから、充電電流指令値生成部４内の第２の切換器４１５と、第３の切換器４２２と、第５の切換器４３５と、により、充電電流指令値生成部４はＰＩＤ機能を復帰させる。時刻Ｔｒ以降、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）は、回生時直流母線電圧指令値ＶｔｈＡより小さい値であるため、直流母線側充電電流指令値Ｉ１＊は下降する。以上のような充電電流指令値生成部４の動作により、直流母線側充電電流指令値Ｉ１＊は交流モータ１６からの回生電力全てを蓄電デバイス１７へ充電するだけの量の直流母線側充電電流指令値Ｉ１＊の値Ｉ１ｚを超えることはなく、コンバータ１１の間欠回生モードが継続する。

図１３に示すように、時刻Ｔｐ後の直流母線側充電電流指令値Ｉ１＊の上昇が急激であり、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）の上昇が大きく鈍化した場合であっても、時刻Ｔａからの時間間隔である換算値ＤＴ０は、図１２に示す場合と同じく到来するため、時刻Ｔｓで、直流母線側充電電流指令値Ｉ１＊は一定値を保つ。直流母線側充電電流指令値Ｉ１＊が一定値を保持した後の充電電流指令値生成部４の動作は図１２で説明した動作と同様である。よって、図１３に示す場合においても、直流母線側充電電流指令値Ｉ１＊は、交流モータ１６からの回生電力全てを蓄電デバイス１７へ充電するだけの量の直流母線側充電電流指令値Ｉ１＊の値Ｉ１ｚを超えることなく、コンバータ１１の間欠回生モードが継続する。

上記の説明において、計数器４５８は、回生終了信号Ｐｓｐからの時間間隔を計数するものとしたが、回生開始信号Ｐｓｔからの時間間隔を計数してもよい。ただし、回生開始信号Ｐｓｔを計数の基準とする場合には、回生終了電圧しきい値格納部４５１、第１の比較器４５４及び第１の信号発生器４５７は省略され、回生開始信号Ｐｓｔが、直接、計数器４５８のリセット信号となる。また、この場合の計数器４５８のイネーブル機能は常に計数状態とする。

以上、充電電流指令値生成部４がＰＩＤ制御である場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、充電電流指令値生成部４がＰＩ制御であってもよいし、Ｉ制御であってもよい。また、充電電流指令値生成部４をハードウエアで実現する場合を例示して説明したが、本発明はこれに限定されず、充電電流指令値生成部４の一部または全部がソフトウエアにより実現されていてもよい。

なお、力行時制御部２１、電流指令値統合部２２、制御信号生成部２３、並びに回生時制御部３内の回生時電力補償動作制御部５、回生時電力／電圧換算部６及び充電電流指令値換算部７はハードウエアで実現されていてもよいし、ソフトウエアにより実現されていてもよい。

なお、本実施の形態においては、コンバータ１１として電源回生型コンバータを例示して説明したが、本発明はこれに限定されず、コンバータ１１は抵抗回生型コンバータであってもよい。コンバータ１１が抵抗回生型コンバータである場合には、直流母線１２から系統電源１０への電力回生を、抵抗回生型コンバータ内の回生抵抗器における電力消費と読み換えることにより、回生動作中のコンバータ１１が力行動作に移行することを防止することが可能である。

以上説明した本実施の形態の交流モータ駆動システムは、直流電力を供給するコンバータと、前記直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記コンバータと前記インバータとを接続する直流母線と、前記交流電力により駆動される交流モータと、前記コンバータの出力側における直流電圧値を検出する直流電圧値検出手段と、前記直流電力を前記直流母線から充電し、且つ充電した前記直流電力を前記直流母線へ放電する蓄電デバイスと、前記直流母線に対して前記インバータと並列に接続され、前記蓄電デバイスを充放電させる充放電回路と、前記蓄電デバイスの充放電電流値を検出する充放電電流値検出手段と、前記直流電圧値と前記充放電電流値とに基づいて前記充放電回路を制御するための制御信号を出力する充放電制御手段と、を備え、前記交流モータからの前記インバータを介した回生電力が予め定められた電力しきい値を超える場合には、前記充放電制御手段は、前記直流電圧値を前記電力しきい値に応じた電圧しきい値になるように前記蓄電デバイスを充電させ、前記回生電力が前記電力しきい値以下である場合には、前記コンバータは、前記直流電圧値が上昇して予め定められた回生開始電圧しきい値に達すると回生動作を行い、前記直流電圧値が下降して予め定められた回生終了電圧しきい値に達すると回生動作を終了し、前記コンバータにおける回生動作中の前記直流電圧値の時間平均値が、前記コンバータが電力の供給と回生を実行していない無負荷時の前記直流電圧値より低いことを特徴とする。また、前記充放電制御手段は、前記コンバータが回生動作を開始する直流母線電圧値に基づいた電圧しきい値に前記直流母線電圧値が達する周期に基づいた期間だけ、前記蓄電デバイスに充電する電流を一定に保つように制御すればよい。そして、前記コンバータが回生動作を開始する直流母線電圧値に基づいた電圧しきい値に前記直流母線電圧値が達する周期に基づいた前記期間は、前記直流母線電圧値が前記回生終了電圧しきい値に達してからの時間が前記電力しきい値に応じた前記電圧しきい値に基づいて予め設定された時間を超えた時刻に開始し、次に前記直流母線電圧値が前記電力しきい値に応じた前記電圧しきい値に達する時刻に終了すればよい。

以上説明した本実施の形態の交流モータ駆動システムによれば、コンバータ回生時における直流母線の平均的電圧値が無負荷時の直流母線電圧値よりも低電圧値になる場合でも、直流母線電流の向き（電流値の正負）を判断すること無く、交流モータ回生初期の直流母線電圧値上昇に基づき、コンバータが系統電源に回生する電力のピークを抑制することができる。また、コンバータ回生時における直流母線の平均的電圧値が無負荷時の直流母線電圧値よりも低電圧値になる場合でも、直流母線の電流値（電流の向きも含める）によることなく、直流母線電圧値が予め定められた電圧値から他の予め定められた値になるまでの時間の長さに基づいて、直流母線側充電電流指令値を一定に保つことにより、交流モータが電力を回生中であるにも拘らずコンバータが系統電源から直流母線へ電力を供給することを防ぐことができる。また、コンバータ回生時における直流母線の平均的電圧値が無負荷時の直流母線電圧値よりも低電圧値になるため、平滑コンデンサやインバータや充放電回路等に高い耐圧の素子を使用する必要がないので、交流モータ駆動システムを安価に構成することができる。コンバータ回生時における直流母線の平均的電圧値が無負荷時の直流母線電圧値よりも低電圧値になるため、平滑コンデンサ、インバータ及び充放電回路等の素子の寿命を長くすることができる。

実施の形態２．
図１４は、本発明にかかる交流モータ駆動システムの実施の形態２の全体の構成を示すブロック図である。図１４に示す交流モータ駆動システム１ａは、充放電制御部２ａと、コンバータ１１ａと、直流母線１２と、平滑コンデンサ１３と、インバータ１４と、充放電回路１５と、交流モータ１６と、蓄電デバイス１７と、直流電圧値検出部１８と、充放電電流値検出部１９と、を含む。コンバータ１１ａは、回生期間フラグＦｄを充放電制御部２ａへ出力する。回生期間フラグＦｄは、コンバータ１１ａが直流母線１２から系統電源１０へ電力を回生する期間だけ有意を示す信号である。無負荷時またはコンバータ１１ａが系統電源１０から直流母線１２へ電力を供給する場合には、回生期間フラグＦｄは有意ではない。図１４に示す本実施の形態の交流モータ駆動システム１ａは、図１に示す実施の形態１の交流モータ駆動システム１とは異なり、回生期間フラグＦｄを出力するコンバータ１１ａと、回生期間フラグＦｄが入力される充放電制御部２ａとを備える。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同一または同等の構成には、同一の名称と符号を付してその説明を省略する。

コンバータ１１ａが電源回生型コンバータである場合には、実施の形態１で説明したように、回生開始電圧しきい値から回生終了電圧しきい値までの期間中、コンバータ１１ａ内のスイッチング素子をオンとオフとを繰り返す制御により、直流母線１２から系統電源１０へ電力を回生する。したがって、電源回生型コンバータには、回生開始電圧しきい値から回生終了電圧しきい値までの期間中であることを示す信号が存在し、それを回生期間フラグＦｄとして出力する。一方、コンバータ１１ａが抵抗回生型コンバータである場合には、回生開始電圧しきい値から回生終了電圧しきい値までの期間中、コンバータ１１ａ内の回生抵抗器を介して高電位側直流母線１２ａと低電位側直流母線１２ｂとが導通するように制御することにより、交流モータ１６からの回生電力の一部を消費する。したがって、抵抗回生型コンバータには、回生開始電圧しきい値から回生終了電圧しきい値までの期間中であることを示す信号が存在し、それを回生期間フラグＦｄとして充放電制御部２ａへ出力する。

本実施の形態における充放電制御部２ａは、実施の形態１における充放電制御部２内の充電電流指令値生成部４の回生時充電電流指令値抑制部４５に代えて回生時充電電流指令値抑制部４５ａを備える。本実施の形態における回生時充電電流指令値抑制部４５ａは、回生時充電電流指令値抑制部４５の入力に加えて回生期間フラグＦｄが入力されている点が異なる。すなわち、本実施の形態における充放電制御部２ａに入力される回生期間フラグＦｄは、回生時充電電流指令値抑制部４５ａにのみ入力される。

図１５は、回生時充電電流指令値抑制部４５ａを示すブロック図である。回生時充電電流指令値抑制部４５ａは、平滑コンデンサ静電容量値格納部４５３と、第３の比較器４５６と、計数器４５８と、発信器４５９と、Ｔ０算出部４６０と、第４の比較器４６１と、第２の信号発生器４６２と、反転器４６３と、を備える。コンバータ１１ａからの出力である回生期間フラグＦｄは、反転器４６３に入力される。反転器４６３には、回生時電力補償動作フラグＦａも入力される。反転器４６３は、回生時電力補償動作フラグＦａが有意であり、且つ回生期間フラグＦｄが有意でない期間中だけ、後段の計数器４５８が動作する信号であるイネーブル信号ＥＮを出力する。一方、反転器４６３の出力であるイネーブル信号ＥＮは、回生時電力補償動作フラグＦａが有意でない場合、または、回生期間フラグＦｄが有意である期間では有意ではない状態を示す。反転器４６３は、イネーブル信号ＥＮを計数器４５８へ出力する。発信器４５９は、実施の形態１と同一の機能を果たし、発信器４５９の出力であるクロックＴを計数器４５８へ出力する。計数器４５８は、クロックＴと反転器４６３の出力であるイネーブル信号ＥＮとに対して、実施の形態１の計数器４５８と同様に、計数器４５８の出力である計数値ＤＣＮを第４の比較器４６１へ出力する。平滑コンデンサ静電容量値格納部４５３は、実施の形態１と同様に、平滑コンデンサ静電容量値格納部４５３の出力である静電容量値ＣをＴ０算出部４６０へ出力する。Ｔ０算出部４６０は、回生時電力／電圧換算部６の出力である回生時直流母線電圧指令値ＶｔｈＡと平滑コンデンサ静電容量値格納部４５３の出力である静電容量値Ｃとを入力とする。Ｔ０算出部４６０は、実施の形態１と同様に、Ｔ０算出部４６０の出力である換算値ＤＴ０を第４の比較器４６１へ出力する。第３の比較器４５６は、直流電圧値検出部１８の出力である直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）と、回生時電力／電圧換算部６の出力である回生時直流母線電圧指令値ＶｔｈＡとを入力とする。第３の比較器４５６は、実施の形態１と同様に、第３の比較器４５６の出力である抑制終了信号Ｐｅｎｄを第２の信号発生器４６２へ出力する。第４の比較器４６１は、計数器４５８の出力である計数値ＤＣＮとＴ０算出部４６０の出力である換算値ＤＴ０とを入力し、計数値ＤＣＮが換算値ＤＴ０以上になった場合に有意となる抑制開始信号Ｐｏｖｅｒを生成し、抑制開始信号Ｐｏｖｅｒを第２の信号発生器４６２へ出力する。第２の信号発生器４６２は、抑制開始信号Ｐｏｖｅｒと抑制終了信号Ｐｅｎｄとを入力とし、抑制開始信号Ｐｏｖｅｒが有意になった時刻から抑制終了信号Ｐｅｎｄが有意になる時刻までの期間を有意とする回生時充電電流指令値抑制フラグＳを生成し、充電電流指令値生成部４内の第２の切換器４１５と、第３の切換器４２２と、第５の切換器４３５とに出力する。なお、回生時電力補償動作フラグＦａは、有意でない時、第３の比較器４５６と、第４の比較器４６１と、第２の信号発生器４６２と、反転器４６３とを有意でない状態に保ち、且つ計数器４５８をリセットにする。すなわち、回生時充電電流指令値抑制部４５ａは、回生時電力補償動作フラグＦａが有意な場合にのみ機能し、回生時電力補償動作フラグＦａが有意でない場合には回生時充電電流指令値抑制フラグＳは有意でない状態を保持する。

なお、本実施の形態においては、回生時充電電流指令値抑制部４５ａをハードウエアで実現する場合を例示して説明したが、本発明はこれに限定されず、回生時充電電流指令値抑制部４５ａの一部または全部がソフトウエアにより実現されていてもよい。なお、力行時制御部２１、電流指令値統合部２２、制御信号生成部２３及び回生時制御部３は、ハードウエアで実現されていてもよいし、ソフトウエアにより実現されていてもよい。

なお、本実施の形態では、充放電制御部２ａは、コンバータ１１ａから出力される回生期間フラグＦｄの有意になる周期、または有意でない期間の周期に基づいて、蓄電デバイス１７に充電する電流を一定に保つように充放電回路１５を制御する。すなわち、充放電制御部２ａは、回生期間フラグＦｄに基づいた期間だけ、蓄電デバイス１７に充電する電流を一定に保つ。そして、回生フラグに基づいた期間Ｆｄは、回生期間フラグＦｄが有意でない（電力を回生する期間でないことを示す）時間が電力しきい値に応じた電圧しきい値に基づいて予め設定された時間を超えた時刻に開始し、次に直流母線電圧値が電力しきい値に応じた電圧しきい値に達する時刻に終了すればよい。

以上説明した本実施の形態の交流モータ駆動システムによれば、実施の形態１に示す交流モータ駆動システムの効果に加えて、コンバータの回生時を直流母線電圧値から推測することなく、コンバータ自身が制御している回生期間に係る情報を直接に把握することが可能となり、直流母線電圧値に重畳するノイズを原因とするコンバータ動作の誤認識や直流母線の時定数を要因とする直流母線電圧値の上昇及び下降の時間遅れを解消することができるため、実施の形態１の場合よりも更に安定であり、且つ確実に、交流モータが電力を回生中であるにも拘らずコンバータが系統電源から直流母線へ電力を供給することを防止することができる。

実施の形態３．
図１６は、本発明にかかる交流モータ駆動システムの実施の形態３の全体の構成を示すブロック図である。図１６に示す交流モータ駆動システム１ｂは、充放電制御部２ｂと、交流電圧値検出部８と、コンバータ１１と、直流母線１２と、平滑コンデンサ１３と、インバータ１４と、充放電回路１５と、交流モータ１６と、蓄電デバイス１７と、直流電圧値検出部１８と、充放電電流値検出部１９と、を含む。図１６に示す本実施の形態の交流モータ駆動システム１ｂは、図１に示す実施の形態１の交流モータ駆動システム１とは異なり、交流電圧値検出部８の存在と、交流電圧値検出部８の出力である交流電圧値Ｖａｃを入力する充放電制御部２ｂと、である。交流電圧値検出部８は、コンバータ１１の系統電源１０側に接続され、系統電源１０からの配線間における電圧値である交流電圧値Ｖａｃを検出し、充放電制御部２ｂへ出力する。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同一または同等の構成には、同一の名称と符号を用いて説明を省略する。

コンバータ１１に入力される系統電源１０における交流電圧値Ｖａｃは、系統電源１０からコンバータ１１までの配線の長さにより異なる。また、同じ系統電源に複数の交流モータ駆動システムが接続される場合には、一の交流モータ駆動システムのコンバータ１１に入力される交流電圧値Ｖａｃは、他の交流モータ駆動システムの稼動状態（繁閑）により変動する。そして、コンバータ１１における交流電圧値Ｖａｃが変動すると、コンバータ１１の出力である、直流母線１２の直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）も、無負荷時直流母線電圧値Ｖｄｃ０も変動する。本実施の形態の交流モータ駆動システム１ｂは、交流電圧値検出部８の出力である交流電圧値Ｖａｃの変動に対応した、コンバータ回生時における平均化直流母線電圧値Ｖｄｃが無負荷時直流母線電圧値Ｖｄｃ０よりも低くなる場合でも、交流モータ１６が電力を回生中であるにも拘らずコンバータ１１が系統電源１０から直流母線１２へ電力を供給してしまうことを防ぐことを目的とする。

本実施の形態における充放電制御部２ｂは、実施の形態１における充放電制御部２内の力行時制御部２１に代えて力行時制御部２１ｂを備え、回生時制御部３に代えて回生時制御部３ｂを備える。本実施の形態における力行時制御部２１ｂは、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）に加えて交流電圧値Ｖａｃが入力されている点が異なる。本実施の形態における回生時制御部３ｂは、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）に加えて交流電圧値Ｖａｃが入力され、充電電流指令値生成部４に代えて充電電流指令値生成部４ｂを備え、回生時電力／電圧換算部６に代えて回生時電力／電圧換算部６ｂを備える点が異なる。本実施の形態における充電電流指令値生成部４ｂ及び回生時電力／電圧換算部６ｂには、交流電圧値Ｖａｃが入力される。本実施の形態における充電電流指令値生成部４ｂは、回生時充電電流指令値抑制部４５に代えて回生時充電電流指令値抑制部４５ｂを備える点が異なる。本実施の形態における回生時充電電流指令値抑制部４５ｂは、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）と、回生時直流母線電圧指令値ＶｔｈＡと、回生時電力補償動作フラグＦａとに加えて、交流電圧値Ｖａｃが入力されている点が異なる。このように、交流電圧値Ｖａｃは、力行時制御部２１ｂと、回生時充電電流指令値抑制部４５ｂと、回生時電力／電圧換算部６ｂと、にのみ入力される。

図４に示すコンバータを通過する電力と平均化直流母線電圧値Ｖｄｃとの関係は、交流電圧値Ｖａｃの変化により、直流母線電圧値方向（図４の縦軸方向）に略平行移動した状態となる。交流電圧値Ｖａｃの変動量が、基準となる交流電圧値Ｖａｃ０の±２０％程度であれば、コンバータを通過する電力と平均化直流母線電圧値Ｖｄｃとの関係の平行移動量は、交流電圧値Ｖａｃと基準となる交流電圧値Ｖａｃ０との比、即ち、（Ｖａｃ／Ｖａｃ０）の値に比例する。したがって、回生時電力／電圧換算部６ｂ内の回生時電圧しきい値生成変換部６１には、基準となる交流電圧値Ｖａｃ０の場合のコンバータ１１を通過する電力及び該電力と平均化直流母線電圧値Ｖｄｃとの関係を格納しておく。図１７は、充放電制御部２ｂを示すブロック図である。図１７に示す回生時電力／電圧換算部６ｂは、回生時電圧しきい値生成変換部６１と、平滑コンデンサ静電容量値格納部６２と、回生時電力しきい値格納部６３と、に加えて、比例係数格納部６４と、基準交流電圧値格納部６５と、を備える。比例係数格納部６４は、コンバータ１１を通過する電力と平均化直流母線電圧値Ｖｄｃとの関係の平行移動量の（Ｖａｃ／Ｖａｃ０）に対する比例係数Ｋａを格納する。基準交流電圧値格納部６５は、値Ｖａｃ０を格納する。そして、回生時電力／電圧換算部６ｂに入力される交流電圧値Ｖａｃを回生時電圧しきい値生成変換部６１の出力値に乗じ、比例係数格納部６４の出力値である比例係数Ｋａを乗じた後、基準交流電圧値格納部６５の出力値である値Ｖａｃ０で除することにより、回生時電力／電圧換算部６ｂの出力値である回生時直流母線電圧指令値ＶｔｈＡは、交流電圧値Ｖａｃの変動に対応した電圧しきい値となる。なお、回生時電圧しきい値生成変換部６１には、近似式またはルックアップテーブル等を用いて、基準となる交流電圧値Ｖａｃ０の場合のコンバータ１１を通過する電力及び該電力と平均化直流母線電圧値Ｖｄｃとの関係を格納する。

また、計算が煩雑な除算を省略するために、回生時電圧しきい値生成変換部６１には、基準となる交流電圧値Ｖａｃ０の場合のコンバータ１１を通過する電力に対応する平均化直流母線電圧値Ｖｄｃの値を基準となる交流電圧値Ｖａｃ０で除した値を予め近似式またはルックアップテーブル等を用いて格納し、回生時電圧しきい値生成変換部６１の出力に、交流電圧値Ｖａｃと比例係数Ｋａとを乗じて回生時直流母線電圧指令値ＶｔｈＡを得ることで、除算手段を省略する方法もある。なお、このときには、基準交流電圧値格納部６５は不要である。

図１８は、回生時充電電流指令値抑制部４５ｂを示すブロック図である。図１８に示す回生時充電電流指令値抑制部４５ｂは、回生終了電圧しきい値格納部４５１と、回生開始電圧しきい値格納部４５２と、平滑コンデンサ静電容量値格納部４５３と、第１の比較器４５４と、第２の比較器４５５と、第３の比較器４５６と、第１の信号発生器４５７と、計数器４５８と、発信器４５９と、Ｔ０算出部４６０と、第４の比較器４６１と、第２の信号発生器４６２と、比例係数格納部４７１と、基準交流電圧値格納部４７２と、乗算器４７３，４７４，４７５，４７６と、除算器４７７，４７８と、を備える。本実施の形態の回生時充電電流指令値抑制部４５ｂは、新たに設けられた比例係数格納部４７１及び基準交流電圧値格納部４７２と、回生終了電圧しきい値格納部４５１と第１の比較器４５４との間に挿入された、乗算器４７３，４７５及び除算器４７７と、回生開始電圧しきい値格納部４５２と第２の比較器４５５との間に挿入された、乗算器４７４，４７６及び除算器４７８と、を備える点が実施の形態１の回生時充電電流指令値抑制部４５と異なる。なお、乗算器４７３及び乗算器４７４には、交流電圧値Ｖａｃが入力される。

比例係数格納部４７１は、コンバータ１１を通過する電力と平均化直流母線電圧値Ｖｄｃとの関係の平行移動量の（Ｖａｃ／Ｖａｃ０）に対する比例係数Ｋａを格納する。比例係数格納部４７１の出力である比例係数Ｋａは、乗算器４７５，４７６に出力される。基準交流電圧値格納部４７２は、基準となる交流電圧値Ｖａｃ０を格納する。基準交流電圧値格納部４７２の出力である基準となる交流電圧値Ｖａｃ０は、除算器４７７，４７８の除数端に出力される。乗算器４７３は、回生終了電圧しきい値格納部４５１の出力である回生終了電圧しきい値より少し高い電圧値Ｖｓｐと、交流電圧値検出部８の出力である交流電圧値Ｖａｃとの積Ｖｓｐ・Ｖａｃを計算し、乗算器４７５へ出力する。乗算器４７４は、回生開始電圧しきい値格納部４５２の出力である回生開始電圧しきい値より少し低い電圧値Ｖｓｔと、交流電圧値検出部８の出力である交流電圧値Ｖａｃとの積Ｖｓｔ・Ｖａｃを計算し、乗算器４７６へ出力する。乗算器４７５は、積Ｖｓｐ・Ｖａｃと、比例係数格納部４７１の出力である比例係数Ｋａとの積Ｋａ・Ｖｓｐ・Ｖａｃを計算し、除算器４７７の被除数端へ出力する。乗算器４７６は、積Ｖｓｔ・Ｖａｃと、比例係数格納部４７１の出力である比例係数Ｋａとの積Ｋａ・Ｖｓｔ・Ｖａｃを計算し、除算器４７８の被除数端へ出力する。除算器４７７は、積Ｋａ・Ｖｓｐ・Ｖａｃを被除数とし、基準交流電圧値格納部４７２の出力値である基準交流電圧値Ｖａｃ０を除数として除算を実行し、商Ｋａ・（Ｖａｃ／Ｖａｃ０）・Ｖｓｐを第１の比較器４５４へ出力する。除算器４７８は、積Ｋａ・Ｖｓｔ・Ｖａｃを被除数とし、基準交流電圧値格納部４７２の出力値である基準交流電圧値Ｖａｃ０を除数として除算を実行し、商Ｋａ・（Ｖａｃ／Ｖａｃ０）Ｖｓｔを第２の比較器４５５へ出力する。

第１の比較器４５４は、商Ｋａ・（Ｖａｃ／Ｖａｃ０）・Ｖｓｐと、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）とを入力とし、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）が商Ｋａ・（Ｖａｃ／Ｖａｃ０）・Ｖｓｐ以下になった場合に有意となる回生終了信号Ｐｓｐを生成する。第１の比較器４５４は、回生終了信号Ｐｓｐを第１の信号発生器４５７へ出力する。第２の比較器４５５は、商Ｋａ・（Ｖａｃ／Ｖａｃ０）・Ｖｓｔと、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）とを入力とし、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）が商Ｋａ・（Ｖａｃ／Ｖａｃ０）・Ｖｓｔ以上になった場合に有意となる回生開始信号Ｐｓｔを生成する。第２の比較器４５５は、回生開始信号Ｐｓｔを第１の信号発生器４５７へ出力する。

第１の比較器４５４には、交流電圧値Ｖａｃの変動を有する直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）が入力されると共に、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）の比較対象には電圧値Ｖｓｐの交流電圧値Ｖａｃの変動分を考慮した商Ｋａ・（Ｖａｃ／Ｖａｃ０）・Ｖｓｐが入力されることにより、第１の比較器４５４の出力である回生終了信号Ｐｓｐは、正しく、コンバータ１１の回生終了時刻を推定することが可能となる。

第２の比較器４５５には、交流電圧値Ｖａｃの変動を有する直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）が入力されると共に、直流母線電圧値Ｖｄｃ（ｔ）の比較対象には電圧値Ｖｓｔに交流電圧値Ｖａｃの変動分を考慮した商Ｋａ・（Ｖａｃ／Ｖａｃ０）・Ｖｓｔが入力されることにより、第２の比較器４５５の出力である回生開始信号Ｐｓｔは、正しく、コンバータ１１の回生開始時刻を推定することが可能となる。第１の信号発生器４５７の２つの入力である回生終了信号Ｐｓｐと回生開始信号Ｐｓｔとから第２の信号発生器４６２の出力である回生時充電電流指令値抑制フラグＳまで、平滑コンデンサ静電容量値格納部４５３、第３の比較器４５６、発信器４５９及びＴ０算出部４６０は、実施の形態１と同様に動作する。

なお、回生時電力／電圧換算部６ｂ内の比例係数格納部６４及び回生時充電電流指令値抑制部４５ｂ内の比例係数格納部４７１は、いずれか一方に集約されていてもよい。また、回生時電力／電圧換算部６ｂ内の基準交流電圧値格納部６５及び回生時充電電流指令値抑制部４５ｂ内の基準交流電圧値格納部４７２は、いずれか一方に集約されていてもよい。回生時電力／電圧換算部６ｂ内の平滑コンデンサ静電容量値格納部６２と回生時充電電流指令値抑制部４５ｂ内の平滑コンデンサ静電容量値格納部４５３とは、いずれか一方に集約されていてもよい。

本実施の形態において、力行時制御部２１ｂ、電流指令値統合部２２、制御信号生成部２３または回生時制御部３ｂは、ハードウエアで実現されていてもよいし、ソフトウエアにより実現されていてもよい。

本実施の形態にかかる交流モータ駆動システム１ｂは、上記の様に構成されているので、実施の形態１の効果に加えて、系統電源１０の電圧が変動した場合においても、交流モータ１６が電力を回生中であるにも拘らずコンバータ１１が系統電源１０から直流母線１２へ電力を供給してしまうことを防止することができる。

ここまで、本実施の形態を実施の形態１と比較して説明してきた。しかし、本実施の形態の技術は、コンバータ１１ａを用いる実施の形態２に対しても、導入可能なことは明らかである。

本実施の形態では実施の形態１と比較して説明したが、実施の形態２の交流モータ駆動システムに対して本実施の形態を適用してもよい。本実施の形態にて説明した構成は、実施の形態１，２と組み合わせることが可能である。

実施の形態４．
実施の形態１においては、蓄電デバイス１７の両端電圧値Ｖｃａｐの代用として、代用両端電圧値Ｖｃｆｉｘを採用する場合について説明した。しかしながら、交流モータ駆動システムには、蓄電デバイス１７の両端電圧値Ｖｃａｐを（蓄電デバイス両端電圧値検出部で）検出して、蓄電デバイス１７に対する充放電を制限するものも存在する。図１９は、本発明にかかる交流モータ駆動システムの実施の形態４の全体の構成を示すブロック図である。蓄電デバイス両端電圧値検出部の設置に伴うコストの増加がない場合には、図１９に示すように、蓄電デバイス両端電圧値検出部９を設置して、蓄電デバイス両端電圧値検出部９で検出した両端電圧値Ｖｃａｐを充放電制御部２ｃへ出力してもよい。この場合、両端電圧値Ｖｃａｐは、充放電制御部２ｃ内の力行時制御部と、回生時制御部とに入力される。回生時制御部に入力された両端電圧値Ｖｃａｐは、充放電電流指令値換算部に入力され、実施の形態１にて説明した式（４）を用いる。または、充放電電流指令値換算部に両端電圧値Ｖｃａｐを入力し、充放電電流指令値換算部内に両端電圧値Ｖｃａｐの逆数を出力するルックアップテ−ブル等の換算手段を備え、実施の形態１にて説明した式（５）に相当する方法で、除算を省き、蓄電デバイス側充電電流指令値Ｉａ＊を得る方法もある。

本実施の形態の交流モータ駆動システム１ｃは、実施の形態１の交流モータ駆動システムに比べて正確な蓄電デバイス側充電電流指令値Ｉａ＊を得ることができる。そのため、回生時制御部内の充電電流指令値生成部４のＰＩＤ制御のゲインを増加させることができ、応答性の良い交流モータ駆動システムを得ることができる。

本実施の形態では実施の形態１と比較して説明したが、実施の形態２の交流モータ駆動システムに対して本実施の形態を適用してもよい。実施の形態３の交流モータ駆動システムに対して本実施の形態を適用してもよい。すなわち、本実施の形態にて説明した構成は、実施の形態１〜３と組み合わせることが可能である。

以上のように、本発明にかかる交流モータ駆動システムは、系統電源に接続されて動作する交流モータを含む交流モータ駆動システムに有用である。

１，１ａ，１ｂ，１ｃ 交流モータ駆動システム、２，２ａ，２ｂ，２ｃ 充放電制御部、３，３ｂ 回生時制御部、４，４ｂ 充電電流指令値生成部、５ 回生時電力補償動作制御部、６，６ｂ 回生時電力／電圧換算部、７ 充電電流指令値換算部、８ 交流電圧値検出部、９ 蓄電デバイス両端電圧値検出部、１０ 系統電源、１１，１１ａ コンバータ、１２ 直流母線、１２ａ 高電位側直流母線、１２ｂ 低電位側直流母線、１３ 平滑コンデンサ、１４ インバータ、１５ 充放電回路、１６ 交流モータ、１７ 蓄電デバイス、１８ 直流電圧値検出部、１９ 充放電電流値検出部、２１，２１ｂ 力行時制御部、２２ 電流指令値統合部、２３ 制御信号生成部、４５，４５ａ，４５ｂ 回生時充電電流指令値抑制部、６１ 回生時電圧しきい値生成変換部、６２ 平滑コンデンサ静電容量値格納部、６３ 回生時電力しきい値格納部、６４ 比例係数格納部、６５ 基準交流電圧値格納部、４１１ 第１の減算器、４１２ 第１の乗算器、４１３ 第１の切換器、４１４ 第１のリミッタ、４１５ 第２の切換器、４２１ 第２の乗算器、４２２ 第３の切換器、４２３ 第１の加算器、４２４ 第２のリミッタ、４２５ 第４の切換器、４２６ 第１の遅延器、４２７ 回生時電流指令値積分成分初期値生成部、４３１ 第２の遅延器、４３２ 第２の減算器、４３３ 第３の乗算器、４３４ 第３のリミッタ、４３５ 第５の切換器、４４１ 第２の加算器、４４２ 第４のリミッタ、４４３ 第６の切換器、４５１ 回生終了電圧しきい値格納部、４５２ 回生開始電圧しきい値格納部、４５３ 平滑コンデンサ静電容量値格納部、４５４ 第１の比較器、４５５ 第２の比較器、４５６ 第３の比較器、４５７ 第１の信号発生器、４５８ 計数器、４５９ 発信器、４６０ Ｔ０算出部、４６１ 第４の比較器、４６２ 第２の信号発生器、４６３ 反転器、４７１ 比例係数格納部、４７２ 基準交流電圧値格納部、４７３，４７４，４７５，４７６ 乗算器、４７７，４７８ 除算器。

Claims (6)

1. 直流電力を供給するコンバータと、
   前記直流電力を交流電力に変換するインバータと、
   前記コンバータと前記インバータとを接続する直流母線と、
   前記交流電力により駆動される交流モータと、
   前記コンバータの出力側における直流電圧値を検出する直流電圧値検出手段と、
   前記直流電力を前記直流母線から充電し、且つ充電した前記直流電力を前記直流母線へ放電する蓄電デバイスと、
   前記直流母線に対して前記インバータと並列に接続され、前記蓄電デバイスを充放電させる充放電回路と、
   前記蓄電デバイスの充放電電流値を検出する充放電電流値検出手段と、
   前記直流電圧値と前記充放電電流値とに基づいて前記充放電回路を制御するための制御信号を出力する充放電制御手段と、を備え、
   前記交流モータからの前記インバータを介した回生電力が予め定められた電力しきい値を超える場合には、前記充放電制御手段は、前記直流電圧値を前記電力しきい値に応じた電圧しきい値になるように前記蓄電デバイスを充電させ、
   前記回生電力が前記電力しきい値以下である場合には、前記コンバータは、前記直流電圧値が上昇して予め定められた回生開始電圧しきい値に達すると回生動作を行い、前記直流電圧値が下降して予め定められた回生終了電圧しきい値に達すると回生動作を終了し、
   前記コンバータにおける回生動作中の前記直流電圧値の時間平均値が、前記コンバータが電力の供給と回生を実行していない無負荷時の前記直流電圧値より低く、
   前記充放電制御手段は、前記コンバータが回生動作を開始する直流母線電圧値に基づいた電圧しきい値に前記直流母線電圧値が達する周期に基づいた期間だけ、前記蓄電デバイスに充電する電流を一定に保つことを特徴とする交流モータ駆動システム。
2. 直流電力を供給するコンバータと、
   前記直流電力を交流電力に変換するインバータと、
   前記コンバータと前記インバータとを接続する直流母線と、
   前記交流電力により駆動される交流モータと、
   前記コンバータの出力側における直流電圧値を検出する直流電圧値検出手段と、
   前記直流電力を前記直流母線から充電し、且つ充電した前記直流電力を前記直流母線へ放電する蓄電デバイスと、
   前記直流母線に対して前記インバータと並列に接続され、前記蓄電デバイスを充放電させる充放電回路と、
   前記蓄電デバイスの充放電電流値を検出する充放電電流値検出手段と、
   前記直流電圧値と前記充放電電流値とに基づいて前記充放電回路を制御するための制御信号を出力する充放電制御手段と、を備え、
   前記交流モータからの前記インバータを介した回生電力が予め定められた電力しきい値を超える場合には、前記充放電制御手段は、前記直流電圧値を前記電力しきい値に応じた電圧しきい値になるように前記蓄電デバイスを充電させ、
   前記回生電力が前記電力しきい値以下である場合には、前記コンバータは、前記直流電圧値が上昇して予め定められた回生開始電圧しきい値に達すると回生動作を行い、前記直流電圧値が下降して予め定められた回生終了電圧しきい値に達すると回生動作を終了し、
   前記コンバータにおける回生動作中の前記直流電圧値の時間平均値が、前記コンバータが電力の供給と回生を実行していない無負荷時の前記直流電圧値より低く、
   前記コンバータは、前記直流母線に蓄えられている電力を前記コンバータが実際に回生している期間を示す信号である回生期間フラグを出力し、
   前記回生期間フラグは前記充放電制御手段に入力され、
   前記充放電制御手段は、前記回生期間フラグに基づいた期間だけ、前記蓄電デバイスに充電する電流を一定に保つことを特徴とする交流モータ駆動システム。
3. 前記コンバータが回生動作を開始する直流母線電圧値に基づいた電圧しきい値に前記直流母線電圧値が達する周期に基づいた前記期間は、
   前記直流母線電圧値が前記回生終了電圧しきい値に達してからの時間が前記電力しきい値に応じた前記電圧しきい値に基づいて予め設定された時間を超えた時刻に開始し、次に前記直流母線電圧値が前記電力しきい値に応じた前記電圧しきい値に達する時刻に終了することを特徴とする請求項１に記載の交流モータ駆動システム。
4. 前記回生フラグに基づいた期間は、
   前記回生期間フラグが電力を回生する期間でないことを示す時間が前記電力しきい値に応じた前記電圧しきい値に基づいて予め設定された時間を超えた時刻に開始し、次に直流母線電圧値が前記電力しきい値に応じた前記電圧しきい値に達する時刻に終了することを特徴とする請求項２に記載の交流モータ駆動システム。
5. 前記コンバータの電源側に接続され、該電源と前記コンバータとの間の電源における線間電圧値を検出する交流電圧値検出手段を有し、
   前記交流電圧値検出手段は、検出した前記電源線間における線間電圧値を前記充放電制御手段へ出力することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の交流モータ駆動システム。
6. 前記蓄電デバイスの電極両端に接続され、前記蓄電デバイスの両端電圧値を検出する蓄電デバイス両端電圧値検出手段を有し、
   前記蓄電デバイス両端電圧値検出手段は、検出した前記蓄電デバイスの前記両端電圧値を前記充放電制御手段へ出力することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の交流モータ駆動システム。

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