JP6159810B2 - 負荷電流再生回路及び負荷電流再生回路を備えた電気装置 - Google Patents

Description

本発明は、負荷電流再生回路及び負荷電流再生回路を備えた電気装置に関するものであり、さらに詳細には負荷を動作させた負荷電流と、電圧変換のためにコンバーターへ通電させた電圧変換電流とを回生させ、エネルギー源としてリサイクルできるようにする負荷電流再生回路及び負荷電流再生回路を備えた電気装置に関するものである。

従来技術によるエネルギー回生方法には、電動機の駆動を通じてフライホイールなどに機械エネルギーを貯蔵し、貯蔵された機械エネルギーを利用し、発電機を転換駆動して電気エネルギーに変換させる方法や、磁気エネルギーの変換のために電流を通電させ、磁気回路（電動機、変圧器、インダクターなど）に磁気エネルギーを貯蔵し、電流を遮断した状態で磁気エネルギーを電気エネルギーに変換させる方法などがある。

しかし、従来技術によるエネルギー回生方法は、負荷を動作させた負荷電流と、電圧変換のためにコンバーターへ通電させた電圧変換電流とを再生することができないという技術的限界があった。

したがって、本発明は、負荷を動作させた負荷電流と、電圧変換のためにコンバーターへ通電させた電圧変換電流とを回生させ、エネルギー源としてリサイクルできるようにする負荷電流再生回路及び負荷電流再生回路を備えた電気装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するための本発明に係る負荷電流再生回路は、印加電源によって充電される第１充電部が備えられた第１回路部と、第２充電部が備えられ、前記第１回路部と並列設置される第２回路部と、前記第１充電部が充電された場合に、前記印加電源と前記第１回路部との接続を開放する第１スイッチング部と、前記第１充電部が充電された場合に、前記第１充電部の充電電力が前記第２回路部に供給され、前記第２充電部が充電されるように、前記第１充電部を前記第２充電部と接続する第２スイッチング部とを含む。

好ましくは、前記第１充電部は、並列接続された複数の充電素子を含み、前記第１充電部が充電された場合に、前記複数の充電素子を直列接続するように切り替える第３スイッチング部を更に含む。

また、前記第２充電部は、並列接続された複数の充電素子を含み、前記第２充電部が前記第１充電部によって充電された場合に、前記第２充電部の前記複数の充電素子を直列接続するように切り替える第４スイッチング部を更に含み、前記第２充電部が前記第１充電部によって充電された場合に、前記第３スイッチング部は、前記第１充電部の前記複数の充電素子を並列接続するように切り替えることを特徴とする。

また、前記第２充電部が前記第１充電部によって充電された場合に、前記第２充電部の充電電力が前記第１回路部に供給され、前記第１充電部が充電されるように、前記第２充電部を前記第１充電部と接続する第５スイッチング部を更に含む。

また、前記第１回路部及び前記第２回路部と各々直列接続された負荷を更に含む。

また、前記第１回路部及び前記第２回路部と各々直列に、インバーターまたはコンバーターを更に含む。

また、前記負荷はＲＬ負荷であることを特徴とする。

また、前記負荷に掛かる電流の大きさを一定に維持させる電流及び電圧制御回路を更に含む。

一方、本発明に係る電気装置は、前記負荷電流再生回路が備えられたことを特徴とする。

本発明によると、負荷を動作させた負荷電流と、電圧変換のためにコンバーターへ通電させた電圧変換電流とを回生させ、エネルギー源としてリサイクルすることができるようになる。

本発明に係る負荷電流再生回路の動作原理を示す概念図である。 本発明の第１実施例に係る負荷電流再生回路の構造を示す図面である。 表１の各動作モードに係る、図２におけるスイッチング動作シーケンスを説明する図面である。 本発明の第２実施例に係る負荷電流再生回路の構造を示す図面である。 図４をスイッチング動作させるシーケンスを説明する図面である。 本発明の第３実施例に係るインバーターに接続された負荷電流再生回路の構造を示す図面である。 本発明の第４実施例に係る二電源電圧型負荷電流再生回路の構造を示す図面である。

以下、図面を参照し、本発明についてさらに詳細に説明する。図中の同一の構成要素に対しては可能な限り、いずれの図面においても同一符号を付すことに留意しなければならない。また、本発明の要旨を不要に濁し得る公知機能及び構成に対する詳細な説明は省略する。

図１は、本発明に係る負荷電流再生回路の動作原理を示す概念図である。下記の表１は、図１における負荷電流再生回路の制御シーケンスを説明するものである。

図１における本発明に係る負荷電流再生回路は、電源１００の陽極と陰極の間で発生する極性電位差と、陽極と陽極の間で発生するシーソー（ｓｅｅｓａｗ）電位差とを利用して電流を通電させる方式で駆動され、図１における各々のスイッチであるＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５と、電流及び電圧制御回路１３０と、第１回路部１１０と、第２回路部１２０とを制御する別途の制御装置（不図示）を備える。

一方、図１に示すように本発明に係る負荷電流再生回路は、電源１００の陽端子引出線と陰端子引出線の間に電流及び電圧制御回路１３０と、負荷２００と、第１回路部１１０と、第２回路部１２０とを備える。

まず、電流及び電圧制御回路１３０は、電源１００の負荷２００における電流を一定に制御する機能を行う。第１回路部１１０及び第２回路部１２０は、負荷電流を回生させ、回生されたエネルギーをリサイクルする。

本発明に係る負荷電流再生回路は、負荷電流と第１回路部１１０及び第２回路部１２０の電圧のフィードバックを受け、「動作モード１→動作モード２→動作モード３→動作モード４→動作モード１…」のような順に制御装置（不図示）を介して制御される。

図２は、本発明の第１実施例に係る負荷電流再生回路の構造を示す図面であり、図３は、表１の各動作モードによる、図２におけるスイッチング動作シーケンスを説明する図面である。

図２及び図３を参照し、本発明の一実施例に係る負荷電流再生回路の動作原理を説明すると、本発明を実施するにおいては「動作モード１→動作モード２→動作モード３→動作モード４…」のように、メイン電源１００が印加される動作モード１を行った後に動作モード２、動作モード３及び動作モード４を行うことが好ましい。

一方、図２における負荷電流再生回路を動作させるための動作モード１は充電連係直流印加モードであって、表１及び図３に示すように、図２のスイッチのうちから「Ｓ１、Ｓ４、Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１５、Ｓ１６」は短絡され、残りのスイッチは開放されるモードである。よって、電源１００で電流が入力され、負荷２００−１を動作させた負荷電流は、選択されたスイッチの短絡経路に沿って第１回路部１１０に回生充電されることになる。

さらに、動作モード２は、第１回路部１１０のスイッチのうちから「Ｓ２、Ｓ３１、Ｓ３２、Ｓ３３」の短絡により直列に切り替えられた充電素子Ｅｓ１１、Ｅｓ１２、Ｅｓ１３、Ｅｓ１４の経路に沿って昇圧放電されたエネルギーが負荷２００−１を動作させた後、第２回路部１２０のスイッチのうちから「Ｓ５、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３、Ｓ２４、Ｓ２５、Ｓ２６」の短絡により並列に切り替えられた経路に沿って、充電素子Ｅｓ２１、Ｅｓ２２、Ｅｓ２３、Ｅｓ２４に回生充電を行う、充電連係放電１モードである。

このモードでは、短絡切り替えスイッチを除いた残りのスイッチが開放される。このモードは、第１回路部１１０の昇圧放電と第２回路部１２０の降圧充電の間で発生するシーソー（ｓｅｅｓａｗ）電位差を利用し、陽極から陽極へエネルギーを交換する方法でエネルギーをリサイクルするモードである。

一方、動作モード３は、第２回路部１２０のスイッチのうちから「Ｓ３、Ｓ４１、Ｓ４２、Ｓ４３」の短絡により直列に切り替えられた充電素子Ｅｓ２１、Ｅｓ２２、Ｅｓ２３、Ｅｓ２４の経路に沿って昇圧放電されたエネルギーが負荷２００−１を動作させた後、第１回路部１１０のスイッチのうちから「Ｓ４、Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１５、Ｓ１６」の短絡により並列に切り替えられた経路に沿って、充電素子Ｅｓ１１、Ｅｓ１２、Ｅｓ１３、Ｅｓ１４に回生充電を行う、充電連係放電２モードである。

このモードでは、短絡切り替えスイッチを除いた残りのスイッチが開放される。このモードは、第２回路部１２０の昇圧放電と第１回路部１１０の降圧充電の間で発生するシーソー（ｓｅｅｓａｗ）電位差を利用し、陽極から陽極へエネルギーを交換する方法でエネルギーをリサイクルするモードである。

また、動作モード４は、第１回路部１１０のスイッチのうちから「Ｓ２、Ｓ３１、Ｓ３２、Ｓ３３」の短絡により直列に切り替えられた充電素子Ｅｓ１１、Ｅｓ１２、Ｅｓ１３、Ｅｓ１４の経路に沿って昇圧放電されたエネルギーが負荷２００−１を動作させた後、第２回路部１２０のスイッチのうちから「Ｓ５、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３、Ｓ２４、Ｓ２５、Ｓ２６」の短絡により並列に切り替えられた経路に沿って、充電素子Ｅｓ２１、Ｅｓ２２、Ｅｓ２３、Ｅｓ２４に回生充電を行うようにする、充電連係放電３モードである。このモードは動作モード２と同様に動作し、エネルギーをリサイクルする。

即ち、図２における本発明の一実施例に係る負荷電流再生回路は、第１回路部１１０と、第２回路部１２０と、第１スイッチング部Ｓ１と、第２スイッチング部Ｓ２と、第３スイッチング部Ｓ５、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３、Ｓ２４、Ｓ２５、Ｓ２６、Ｓ３１、Ｓ３２、Ｓ３３と、第４スイッチング部Ｓ４、Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１５、Ｓ１６、Ｓ４１、Ｓ４２、Ｓ４３と、第５スイッチング部Ｓ３とを備える。

第１回路部１１０には印加電源１００によって充電される、並列接続された複数の充電素子を備える第１充電部が備えられており、第２回路部１２０には第２充電部が備えられ、第１回路部１１０と並列設置されている。

第１スイッチング部Ｓ１が短絡されることで、第１充電部には印加電源１００による充電が行われる（動作モード１）。

一方、第１充電部の充電が完了した場合、第１スイッチング部Ｓ１が開放されることにより、印加電源１００と第１回路部１１０との接続が開放される。また、第１充電部が充電完了した際に第２スイッチング部Ｓ２が短絡されることで、第１充電部の充電電力が第２回路部１２０に供給され、並列接続された複数の充電素子を備える第２充電部が充電される。これと同時に第３スイッチング部Ｓ５、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３、Ｓ２４、Ｓ２５、Ｓ２６、Ｓ３１、Ｓ３２、Ｓ３３の短絡で第１充電部における複数の充電素子を直列接続するように切り替える。それによって第２充電部の充電が行われる（動作モード２）。

第２充電部が第１充電部によって充電された場合、第２充電部の複数の充電素子が直列接続されるように第４スイッチング部Ｓ４、Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１５、Ｓ１６、Ｓ４１、Ｓ４２、Ｓ４３が切り替わる。これと同時に第２充電部が第１充電部と接続されるように第５スイッチング部Ｓ３が動作することで、第２充電部の充電電力が第１回路部１１０に供給され、並列接続された複数の充電素子を備える第１充電部が再び充電されることになる（動作モード３）。

第１充電部の充電が完了した際に第２スイッチング部Ｓ２が短絡されることで、第１充電部の充電電力が第２回路部１２０に供給され、並列接続された複数の充電素子を備える第２充電部が充電される。これと同時に第３スイッチング部Ｓ５、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３、Ｓ２４、Ｓ２５、Ｓ２６、Ｓ３１、Ｓ３２、Ｓ３３の短絡で第１充電部における複数の充電素子を直列接続するように切り替える。それによって第２充電部の充電が行われる（動作モード４）。ここで、動作モード４は動作モード２と同様に動作する。

前記動作モードを整理すると、「動作モード１→動作モード２→動作モード３→動作モード４→動作モード１…」のような順に、制御装置１４０を介してスイッチング部を動作させる。但し、理想的な制御シーケンスは「動作モード２→動作モード３→動作モード２→動作モード３」を繰り返してエネルギー効用を向上させることであるが、スイッチング損失や銅損、鉄損、渦流損などの損失が発生するため、連続的な無限繰り返し動作は期待し難い。

そして、動作モード１→動作モード２→動作モード３→動作モード４で負荷２００−１を動作させると次第に電圧が低下し、負荷２００−１に一定の電流を供給することができなくなる。

したがって負荷２００−１に一定の電流を供給するため、負荷２００−１に掛かる電流の大きさを一定に維持させる定電圧制御回路、または電流及び電圧制御回路１３０が必要となる。電流及び電圧制御回路１３０は、電圧を変化させて電流を変化させたり、若しくは一定に維持させたりする回路であって、非絶縁コンバーターと絶縁コンバーターを含む。

以下、図２における、本発明の一実施例に係る負荷電流再生回路の動作原理について更に詳細に説明する。

本発明に係る負荷電流再生回路は、負荷２００−１を動作させたエネルギーを充・放電素子に貯蔵し、貯蔵されたエネルギーを放電して負荷２００−１を再動作させる回路である。第１回路部１１０の第１充電部の充電電圧及び第１放電部の放電電圧と、第２回路部１２０の第２充電部の充電電圧及び第２放電部の放電電圧のフィードバックを受け、「動作モード１→動作モード２→動作モード３→動作モード４→動作モード１」のような順に、スイッチング部を動作させる。

図２は、本発明の一実施例に係る負荷電流再生回路の構造を示す図面であり、図３は、表１の各動作モード係る、図２におけるスイッチング動作シーケンスを説明する図面である。

図２及び図３を参照し、本発明の一実施例に係る負荷電流再生回路の構造を説明すると、負荷電流再生回路は第１回路部１１０と第２回路部１２０とで構成される。第１回路部１１０は、第１充電部と、第１放電部と、並列接続された複数の第１充・放電素子とを備える。

第１回路部１１０と並列接続された第２回路部１２０は、第２充電部と、第２放電部と、並列接続された複数の第２充・放電素子とを備える。

前記第１充電部は、「Ｓ１、Ｓ４、Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１５、Ｓ１６」充電切り替えスイッチで構成され、前記第１充・放電素子は、並列接続された「Ｅｓ１１、Ｅｓ１２、Ｅｓ１３、Ｅｓ１４」で構成される。そして、前記第１放電部は、「Ｓ２、Ｓ３１、Ｓ３２、Ｓ３３」放電切り替えスイッチで構成される。

前記第２充電部は、「Ｓ１、Ｓ５、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３、Ｓ２４、Ｓ２５、Ｓ２６」充電切り替えスイッチで構成され、前記第２充・放電素子は、並列接続された「Ｅｓ２１、Ｅｓ２２、Ｅｓ２３、Ｅｓ２４」で構成される。そして、前記第２放電部は、「Ｓ３、Ｓ４１、Ｓ４２、Ｓ４３」放電切り替えスイッチで構成される。

本発明を実施するにおいて、「動作モード１→動作モード２→動作モード４→動作モード２→動作モード４…」のような動作モードの切り替えは、電圧センサー「ＰＴ１、ＰＴ２、ＰＴ３、ＰＴ４、ＰＴ５」と電流センサー「ＣＴ」で検出された電圧値及び電流値を受け、制御装置１４０で行われる。

一方、図３に示すように動作モード１はメイン電源１００印加モードであって、図２におけるスイッチのうちから、第１回路部１１０の第１充電部の「Ｓ１、Ｓ４、Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１５、Ｓ１６」充電切り替えスイッチは短絡され、残りのスイッチが開放されるモードである。それによりメイン電源１００が入力され、負荷２００−１が動作する。

さらに詳細には、第１スイッチング部Ｓ１と第３スイッチング部Ｓ４、Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１５、Ｓ１６の充電切り替えスイッチが短絡されることで、メイン電源１００による第１充・放電素子Ｅｓ１１、Ｅｓ１２、Ｅｓ１３、Ｅｓ１４への充電が行われる。

さらに動作モード２は、第１回路部１１０の第１充電部の「Ｓ１、Ｓ４、Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１５、Ｓ１６」充電切り替えスイッチの開放と第１放電部の「Ｓ２、Ｓ３１、Ｓ３２、Ｓ３３」放電切り替えスイッチの短絡で、第１充・放電素子Ｅｓ１１、Ｅｓ１２、Ｅｓ１３、Ｅｓ１４に貯蔵されているエネルギーが第１放電部の「Ｓ２、Ｓ３１、Ｓ３２、Ｓ３３」放電切り替えスイッチに従って負荷２００−１を動作させ、その後、第２回路部１２０の第２充電部の「Ｓ５、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３、Ｓ２４、Ｓ２５、Ｓ２６」充電切り替えスイッチの短絡と「Ｓ３、Ｓ４１、Ｓ４２、Ｓ４３」放電切り替えスイッチの開放で、第１充・放電素子Ｅｓ１１、Ｅｓ１２、Ｅｓ１３、Ｅｓ１４から第２充・放電素子Ｅｓ２１、Ｅｓ２２、Ｅｓ２３、Ｅｓ２４へ、負荷２００−１を介してエネルギー交換・充電が行われるようにする、充電連係放電１モードである。

さらに詳細には、第３スイッチング部Ｓ５、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３、Ｓ２４、Ｓ２５、Ｓ２６、Ｓ２、Ｓ３１、Ｓ３２、Ｓ３３の短絡で、第１充・放電素子Ｅｓ２１、Ｅｓ２２、Ｅｓ２３、Ｅｓ２４に負荷を動作させた負荷電流が充電される。

一方、動作モード３は、第２回路部１２０の第２充電部の「Ｓ５、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３、Ｓ２４、Ｓ２５、Ｓ２６」充電切り替えスイッチの開放と第２放電部の「Ｓ３、Ｓ４１、Ｓ４２、Ｓ４３」放電切り替えスイッチの短絡で、第２充・放電素子Ｅｓ２１、Ｅｓ２２、Ｅｓ２３、Ｅｓ２４に貯蔵されたエネルギーが第２放電部の「Ｓ３、Ｓ４１、Ｓ４２、Ｓ４３」放電切り替えスイッチに従って負荷２００−１を動作させ、その後、第１回路部１１０の第１充電部の「Ｓ４、Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１５、Ｓ１６」充電切り替えスイッチの短絡と「Ｓ２、Ｓ３１、Ｓ３２、Ｓ３３」放電切り替えスイッチの開放で、第２充・放電素子Ｅｓ２１、Ｅｓ２２、Ｅｓ２３、Ｅｓ２４から第１充・放電素子Ｅｓ１１、Ｅｓ１２、Ｅｓ１３、Ｅｓ１４へ、負荷２００−１を介してエネルギー交換・充電が行われるようにする、充電連係放電２モードである。

さらに詳細には、第４スイッチング部Ｓ４、Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１５、Ｓ１６、Ｓ４１、Ｓ４２、Ｓ４３及び第５スイッチング部Ｓ３の短絡で、第１充・放電素子Ｅｓ１１、Ｅｓ１２、Ｅｓ１３、Ｅｓ１４に負荷を動作させた負荷電流が充電される。

また、動作モード４は、前記動作モード２と同様にエネルギーリサイクル動作をする充電連係放電３モードである。

ところが、前記動作モード２と動作モード３及び動作モード４でエネルギーを放電した場合、次第に電圧値が低下するため、負荷２００−１に一定の電流を供給することができない。

したがって、電流及び電圧制御回路１３０と、第１スイッチング部Ｓ１と、第２スイッチング部Ｓ２と、第５スイッチング部Ｓ３とをパルス幅変調制御（ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＷＭ）し、出力された定電流で負荷２００−１を動作させる。

電流及び電圧制御回路１３０は、電圧を昇圧させて一定の電流を出力する昇圧型電流制御回路と、電圧を降圧させて一定の電流を出力する降圧型電流制御回路と、昇降圧型電流制御回路とを全て含む。

前記充・放電素子は２次電池と大容量キャパシタであり、前記負荷２００−１はＲ負荷とＲＬ直列回路負荷とを含む。

前記Ｒ負荷は、照明負荷、伝熱負荷、信号負荷、ディスプレイ負荷を含む。前記ＲＬ直列回路負荷は、電動機、変圧器、スイッチトリラクタンス電動機などでトルクの出力若しくは電圧の切り替えなどに用いられる磁気回路負荷である。

図４は、本発明の第２実施例に係る負荷電流再生回路の構造を示す図面であり、図５は、図４をスイッチング動作させるシーケンスを説明する図面である。

図４及び図５を参照し、本発明の第２実施例について説明する。負荷の両端に、第１回路部１１０と、第２回路部１２０と、第１スイッチング部Ｓ１と、第２スイッチング部Ｓ２と、第３スイッチング部Ｓ５、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３、Ｓ２４、Ｓ３１、Ｓ３２と、第４スイッチング部Ｓ４、Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ４１、Ｓ４２と、第５スイッチング部Ｓ３とが備えられる。

第１回路部１１０には、電源１００によって充電される、並列接続された複数の充電素子を備える第１充電部が備えられており、第２回路部１２０には第２充電部が備えられ、第１回路部１１０と並列設置されている。

第１スイッチング部Ｓ１が短絡されることで、第１充電部には電源１００による充電が行われる（動作モード１）。

一方、第１充電部の充電が完了した場合、第１スイッチング部が開放されることにより、電源１００と第１回路部１１０との接続が開放される。また、第１充電部の充電が完了した際に第２スイッチング部Ｓ２が短絡されることで、第１充電部の充電電力が第２回路部１２０に供給され、並列接続された複数の充電素子を備える第２充電部が充電される。これと同時に第３スイッチング部Ｓ５、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３、Ｓ２４、Ｓ３１、Ｓ３２の短絡で第１充電部における複数の充電素子を直列接続するように切り替える。それによって第２充電部の充電が行われる（動作モード２）。

第２充電部が第１充電部によって充電された場合、第２充電部の複数の充電素子が直列接続されるように第４スイッチング部Ｓ４、Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ４１、Ｓ４２が切り替わる。これと同時に第２充電部が第１充電部と接続されるように第５スイッチング部Ｓ３が動作することで、第２充電部の充電電力が第１回路部１１０に供給され、並列接続された複数の充電素子を備える第１充電部が再び充電されることになる（動作モード３）。

図５を参照し、図４における動作を整理すると、「動作モード１→動作モード２→動作モード３→動作モード１…」のような順にスイッチング部を動作させる。前記図２と前記図４の相違点を見てみると、前記図２は負荷の下端に第１回路部１１０及び第２回路部１２０を接続しており、前記図４は負荷の両端に第１回路部１１０及び第２回路部１２０を接続しているという点で異なる。

さらに、本発明に係る負荷電流再生回路は、負荷に第１回路部１１０及び第２回路部１２０を直に接続する直接負荷接続方式（図２、図４）並びに負荷を動作させるインバーター若しくはコンバーターに第１回路部１１０及び第２回路部１２０を接続する間接負荷接続方式（図６）並びに変圧器の１次巻線に第１回路部１１０及び第２回路部１２０を接続し、変圧器の２次巻線に第１回路部１１０及び第２回路部１２０を接続する直・間接混合接続方式などで回路を応用した構成が可能である。

図６は、前記で言及した間接負荷接続方式に該当する本発明の第３実施例に係るインバーターに接続された負荷電流再生回路の構造を示す図面である。

図６及び図３を参照し、本発明の第３実施例について説明する。ＲＬ負荷２００−２を動作させるインバーター１５０に、第１回路部１１０と、第２回路部１２０と、第１スイッチング部Ｓ１と、第２スイッチング部Ｓ２と、第３スイッチング部Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３、Ｓ２４、Ｓ２５、Ｓ２６、Ｓ２７、Ｓ２８、Ｓ３１、Ｓ３２、Ｓ３３と、第４スイッチング部Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１５、Ｓ１６、Ｓ１７、Ｓ１８、Ｓ４１、Ｓ４２、Ｓ４３と、第５スイッチング部Ｓ３とを備え、トルク及び速度を制御するための電流及び電圧制御回路１３０を更に備えている。

第１回路部１１０には、電源１００によって充電される、並列接続された複数の充電素子を備える第１充電部が備えられており、第２回路部１２０には、第２充電部が備えられており、第１回路部１１０と並列設置されている。

第１スイッチング部Ｓ１が短絡されることで、第１充電部には電源１００による充電が行われる（動作モード１）。

一方、第１充電部の充電が完了した場合、第１スイッチング部が開放されることにより、電源１００と第１回路部１１０との接続が開放される。また、第１充電部の充電が完了した際に第２スイッチングＳ２が短絡されることで、第１充電部の充電電力が第２回路部１２０に供給され、並列接続された複数の充電素子を備える第２充電部が充電される。これと同時に第３スイッチング部Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３、Ｓ２４、Ｓ２５、Ｓ２６、Ｓ２７、Ｓ２８、Ｓ３１、Ｓ３２、Ｓ３３の短絡で第１充電部における複数の充電素子が直列接続するように切り替わる。それによって第２充電部の充電が行われる（動作モード２）。

第２充電部が第１充電部によって充電された場合、第２充電部の複数の充電素子が直列接続されるように第４スイッチング部Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１５、Ｓ１６、Ｓ１７、Ｓ１８、Ｓ４１、Ｓ４２、Ｓ４３が切り替わる。これと同時に第２充電部が第１充電部と接続されるように第５スイッチング部Ｓ３が動作することで、第２充電部の充電電力が第１回路部１１０に供給され、並列接続された複数の充電素子を備える第１充電部が再び充電されることになる（動作モード３）。

動作モード４は動作モード２と同様に動作するモードである。第１充電部の充電が完了した際に第２スイッチング部Ｓ２が短絡されることで、第１充電部の充電電力が第２回路部１２０に供給され、並列接続された複数の充電素子を備える第２充電部が充電される。これと同時に第３スイッチング部Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３、Ｓ２４、Ｓ２５、Ｓ２６、Ｓ２７、Ｓ２８、Ｓ３１、Ｓ３２、Ｓ３３の短絡で第１充電部における複数の 充電素子が直列接続するように切り替わる。それによって第２充電部の充電が行われる（動作モード４）。

そして、前記電流及び電圧制御回路１３０のＤｓスイッチに従って電源の陰端子へ通電されて消失された電圧変換電流は、接続接点１６０を通じて第１回路部１１０及び第２回路部１２０で回生される。

このようにインバーター若しくはコンバーターに第１回路部１１０及び第２回路部１２０を接続した負荷電流再生回路は、「動作モード１→動作モード２→動作モード３→動作モード４→動作モード１…」のような順に動作し、消失電流を回生する。即ち、図６における再生回路の動作は、図２で説明した内容と同様である。

即ち、図４における回路は、ＲＬ直列回路負荷を動作させるインバーター及び／またはコンバーターに直列接続した負荷電流再生回路であり、ＲＬ直列回路負荷は、図２に示したＲ負荷とは異なって主に交流回路に用いられるため、ＲＬ直列回路負荷と負荷電流再生回路を直に接続する場合、動作が停止する。

したがって、ＲＬ直列回路負荷（単相、三相電動機、変圧器磁気回路など）は、相切り替えスイッチを備えるインバーターや、周波数切り替えスイッチを備えるコンバーターを介し、負荷電流再生回路と接続される。

図６を参照すると、本発明の他の実施例に係るＲＬ直列回路負荷を動作させるインバーター及び／またはコンバーターに直列接続した負荷電流再生回路は、電動機や変圧器などのＲＬ直列回路負荷２００−２を動作させたエネルギーを再生するために還流回路を備えるインバーター１５０及び／またはコンバーターの下端または両端に、第１回路部１１０及び第２回路部１２０で構成された負荷電流再生回路を直列接続して構成され、速度変化及び電圧変化のために電圧を切り替えることができる定電圧制御回路１３０と、前記インバーター１５０及び／またはコンバーターを制御する制御装置とを備えることを特徴とする。

前記還流回路を備えるインバーター１５０及び／またはコンバーターにおいて、Ｓ６スイッチとＤ１ダイオード素子で構成された還流回路は、ＲＬ直列回路で放電若しくは回生制動で逆流するエネルギーを充電するよう経路を誘導し、相切り替えスイッチ及び周波数切り替えスイッチの破壊を防止するための回路である。

そして、図２における負荷電流再生回路は、インピダンスマッチング直・並列回路で構成したものであり、図４における負荷電流再生回路は、一般的な直・並列回路で構成したものである。

図６における負荷電流再生回路を利用して負荷電流を回生するためには、負荷２００−２と、負荷２００−２を動作させるインバーター１５０及び／またはコンバーターとに負荷電流再生回路を直列接続して二重直列直流回路を構成し、負荷動作電圧Ｖａと負荷電流再生回路動作電圧Ｖｂとを印加して負荷電流を回生すると共に力率を向上させることが特徴である。

インバーターとは、直流を交流へ変換する装置であって、電動機や変圧器、高圧発生器などに用いられる。コンバーターとは、交流を直流へ変換する装置を始め直流を直流に変換して電圧を切り替える装置及びスイッチトリラクタンスモータ（ＳＲＭ）駆動回路などを言う。

図７は、本発明の第４実施例に係る二電源電圧型負荷電流再生回路の構造を示す図面であり、二電源電圧を利用して充・放電時間のバランスを調整するために構成された回路である。

図７における負荷電流再生回路は、二電圧電源１００−１と、二つの電流及び電圧制御回路１３０−１、１３０−２と、負荷２００と、第１回路部１１０と、第２回路部１２０とで構成され、二電源分割制御が容易であるようにＳ７スイッチを加え、充電時間を短縮させるようにしたことが特徴である。即ち、図７における負荷電流再生回路は、必要に応じて直流電圧を切り替え、負荷動作及び充・放電素子を制御することができる。

さらに、図７における負荷電流再生回路は、メイン電源で充・放電時間のバランスを調整する。即ち、図７における再生回路は、必要に応じて全電圧印加電源と半電圧印加電源を印加・制御し、メイン電源の印加効率を向上させるために備えられた二電源回路であると言える。

特に、図６におけるＲＬ直列回路負荷に、図７におけるタップ電圧印加型負荷電流再生回路を付加する場合、電動機や変圧器などにおいて低速と高速、低圧と高圧の二分割制御が容易であることが特徴である。図７の二電源電圧型負荷電流再生回路における動作は、図２で説明した内容と同様である。

以上、本発明の好ましい実施例及び応用例について図示及び説明したが、本発明は上述した特定実施例及び応用例に限定されない。そして、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱することなく当該発明が属する技術分野における通常の知識を有する者によって様々な変形・実施が可能であることは勿論である。また、かかる変形・実施は、本発明の技術的思想や展望から個別的に理解されてはならない。

さらに、本発明で用いた用語は単に特定実施例を説明するために用いられたものであり、本発明を限定する意図ではない。単数の表現は、文脈上明白に異なる場合を除いて、複数の表現を含む。本出願で「含む」若しくは「有する」などの用語は、明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品、或いはこれらの組み合わせが存在することを指定するものである。一つまたはそれ以上の別の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品或いはこれらの組み合わせの存在、または付加可能性を予め排除しないものとして理解すべきである。

本発明は、電気及び電子関連産業分野における産業上の利用可能性が認められる。

Claims (7)

1. 複数の第１充電素子を含み、印加電源によって充電される第１充電部が備えられた第１回路部と、
   複数の第２充電素子を含み、第２充電部が備えられ、前記第１回路部と並列設置される第２回路部と、
   前記第１充電部が充電された場合に、前記印加電源と前記第１回路部との接続を開放する第１スイッチング部と、
   前記第１充電部が充電された場合に、前記第１充電部の充電電力が前記第２回路部に供給され、前記第２充電部が充電されるように、前記第１充電部を前記第２充電部と接続する第２スイッチング部と、
   前期第１回路部に含まれ、前記複数の第１充電素子を、並列または直列接続に切り替える第３スイッチング部と、
   前記第２回路部に含まれ、複数の第２充電素子を、並列または直列接続に切り替える第４スイッチング部を含み、
   前記第１充電部が充電されると、前記複数の第１充電素子は並列から直列接続に切り替えられると同時に、前記複数の第２充電素子は並列接続されて前記第１充電部によって充電され、
   前記第２充電部が充電されると、前記複数の第２充電素子は並列から直列接続に切り替えられると同時に、前記複数の第１充電素子は並列接続されて前記第２充電部によって充電される、
   負荷電流再生回路。
2. 前記第２充電部が前記第１充電部によって充電された場合に、前記第２充電部の充電電力が前記第１回路部に供給され、前記第１充電部が充電されるように、前記第２充電部を前記第１充電部と接続する第５スイッチング部を更に含む、請求項１に記載の負荷電流再生回路。
3. 前記第１回路部及び前記第２回路部と各々直列接続された負荷を更に含む、請求項１に記載の負荷電流再生回路。
4. 前記第１回路部及び前記第２回路部と各々直列に接続されるインバーターまたはコンバーターを更に含む、請求項１に記載の負荷電流再生回路。
5. 前記負荷はＲＬ負荷である、請求項３に記載の負荷電流再生回路。
6. 前記負荷に掛かる電流の大きさを一定に維持させる電流及び電圧制御回路を更に含む、請求項３に記載の負荷電流再生回路。
7. 請求項１ないし請求項６のうち、いずれか１項に記載の負荷電流再生回路が備えられた電気装置。

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