JPH08205584A - 電動機の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電力素子の素子数を減らすと共に、制御装置
の低コスト化、小型化が実現する。 【構成】 電動機１を駆動する電源（ＶＧ）と、電動機
内部の磁気エネルギ及び電動機の回生エネルギを回生す
る電源（ＶＲＧ）とを設け、更にこの電源（ＶＲＧ）か
ら電源（ＶＧ）へエネルギの転送を行う電力変換器４を
設けた。電源（ＶＧ）には電動機１の巻線の一端側が接
続され、この巻線の他端側はトランジスタＴＲ１〜ＴＲ
３のコレクタに接続されている。また各巻線とトランジ
スタＴＲ１〜ＴＲ３との接続点には、電動機１で発生す
る磁気エネルギを電源（ＶＲＧ）へ回生するためのダイ
オードＤ１〜Ｄ３が設けられている。よって、巻線を駆
動するためのトランジスタ数を削減し、一方、制御装置
における電源の利用効率を向上させる。更に、小電力型
の放電回路を使用でき、装置の発熱を少なくすることが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、素子数が少なく、かつ
小型で高効率な電動機の制御装置の構成に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】図１４に電動機を制御する制御装置の従
来例を示す。

【０００３】図１４は、大別して、巻線ＷＵ，ＷＶ，Ｗ
Ｗを含む電動機６と、制御装置における制御内容を演算
して所定の制御信号を発生する演算部７と、それら以外
の電力増幅部とに分かれている。

【０００４】まず、電力増幅部について説明する。

【０００５】電力増幅部は、電源として２相交流商用電
源Ｒ，Ｓを使用しており、この交流電源にリアクトルＬ
ＬＰとダイオードブリッジＤＢ１とが接続されている。
リアクトルＬＬＰは交流電源の高調波成分を低減し、ダ
イオードブリッジＤＢ１は全波整流を行っている。そし
て、これらリアクトルＬＬＰとダイオードブリッジＤＢ
１を介して直流電流、電圧がコンデンサＣＣ３に供給さ
れている。なお、入力電源は、装置容量が大きくなると
３相交流が使用されることが多い。

【０００６】インバータ部を構成するトランジスタブリ
ッジＴＲ２１，ＴＲ２２，ＴＲ２３，ＴＲ２４，ＴＲ２
５，ＴＲ２６は、そのベースがそれぞれ演算部７に接続
されて制御されており、コンデンサＣＣ３の両端電圧Ｖ
Ｈ，ＶＬに応じて、電動機巻線ＷＵ，ＷＶ，ＷＷに電動
機６を駆動するための駆動電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷを供給
している。そして、この駆動電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷは、
互いに電気角にして１２０度位相のずれた３相交流電流
となっている。

【０００７】また、各トランジスタＴＲ２１，ＴＲ２
２，ＴＲ２３，ＴＲ２４，ＴＲ２５，ＴＲ２６のコレク
タ−エミッタ間にはこのトランジスタと逆方向に電流を
流すためのダイオードが接続されている。

【０００８】各電動機巻線ＷＵ，ＷＶ，ＷＷの一端側に
は、巻線に流れる駆動電流を検出するための電流検出器
ＣＴ２，ＣＴ３，ＣＴ４が接続されている。電流検出器
ＣＴ２〜４は駆動電流を検出してそれを検出信号として
演算部７に供給し、演算部７はこの検出信号に基づいて
各トランジスタＴＲ２１〜２６を制御し、電動機６のト
ルク制御が行われる。

【０００９】電力増幅部の上側電源（ＶＨ）と下側電源
（ＶＬ）との間には、コンデンサＣＣ３と並列して、放
電抵抗ＲＤと放電用トランジスタＴＲ２７とがこの順で
設けられている。電動機の回生エネルギが大きい場合
は、コンデンサ両端電圧ＶＨ−ＶＬが過大になる。そし
て、このときには、演算部７の制御に基づいて放電用ト
ランジスタＴＲ２７が動作し、放電抵抗ＲＤ及び放電用
トランジスタＴＲ２７を介して放電が行われ、コンデン
サの両端電圧ＶＨ−ＶＬが適正な値に維持される。な
お、放電用トランジスタＴＲ２７のコレクタ側には、そ
のコレクタ電流を検出して演算部７に伝えるための電流
検出器ＣＴ５が設けられている。

【００１０】演算部７は、電力増幅部とはほとんどの部
分において電気的に絶縁されており、上位制御装置から
の指令信号をアイソレータ等を使用することなく直接受
信し、演算部用の制御電源８を作っている。また、演算
部７は、検出された巻線ＷＵ，ＷＶ，ＷＷに流れる駆動
電流値、電圧検出器ＣＴ１によって検出された電源電圧
（コンデンサＣＣ３の両端電圧）ＶＨ−ＶＬの電圧値等
に基づいて、インバータの各トランジスタＴＲ２１〜２
６のベースに所定の駆動信号を供給し、放電用トランジ
スタＴＲ２７のベースに所定の放電信号を出力してい
る。

【００１１】なお、制御電源８の出力であるＰＴＲ２１
〜ＰＴＲ２７は電力増幅部等のトランジスタを駆動する
ための駆動電源であり、各々が電気的に絶縁された絶縁
電源である。

【００１２】電動機６としては、誘導電動機、同期電動
機、リラクタンスモータ等の各種電動機が用いられてお
り、図１４に示すような制御装置により、これらの各種
交流電動機が機能的に支障なく制御されている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】図１４に示すような従
来の電動機及びその制御装置の構成によると、機能的に
は特に支障無く運転可能であるが、制御装置のコスト、
制御装置の大きさという点では課題がある。

【００１４】すなわち、図１４に示すような制御装置で
は、巻線を駆動するためのトランジスタの数が多いた
め、制御装置の小型化の妨げとなっていた。

【００１５】また、演算部７と電力増幅部とが絶縁され
ているため、各トランジスタを駆動するために駆動用の
絶縁電源がトランジスタ毎に必要とされ、この絶縁電源
を各トランジスタごとに接続しなければならない。そし
て、演算部７と電力増幅部とが絶縁されていることによ
り、電動機を適切に駆動するには、電力増幅部の所定部
分に電流検出器や電圧検出器を設けなければならず、装
置が小型化しにくく、更に検出器であるアイソレータが
高価であることによりコスト的に不利であった。

【００１６】また、演算部７から各トランジスタへ供給
するトランジスタ駆動信号は、ホトカプラ等のアイソレ
ータを介し、絶縁して伝達する必要があるため、ホトカ
プラ等がトランジスタごとに必要とされていた。

【００１７】更に、電動機の回生動作時において、電源
ＶＨに過大な電力が回生された場合に、電源ＶＨを適正
な電位に保つための放電回路が必要とされていた。そし
て、この放電回路の放電抵抗には大電流が流れるため、
この放電抵抗、更には制御装置全体が発熱してしまうと
いう問題あった。

【００１８】また、従来の電動機の制御装置では、商用
電源を整流してトランジスタの駆動電源としている。と
ころが、この商用電源電圧の変動が大きいため、各トラ
ンジスタの電圧定格は、この電源電圧の変動を見込んだ
マージンを有する設定としておかねばならず、電源電圧
の効率的な使用という点で問題があった。

【００１９】一方、図１４に示すような従来の電動機の
制御装置を更に小さくするためには、電力素子であるト
ランジスタの数を減らす方法がある。この例としては、
電力素子巻線の一端側を高電圧側電源に接続し、この巻
線の他端側に電力素子を接続して、巻線に電源から電力
素子に向かう一方向に駆動電流を流して電動機を駆動す
る方法が知られている。ところが、このように巻線に一
方向の駆動電流を流す電動機では、図１４に示す制御装
置で駆動する電動機に比べて、電動機の巻線及び電力素
子の利用効率等が低いという問題があり、電動機及びそ
の制御装置全体としてコスト的、機能的に優れた電動機
の制御装置が求められていた。

【００２０】本発明は、上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、簡単で小型な構成でかつ効率よ
く電動機を駆動することが可能な電動機の制御装置を提
供することを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明に係る電動機の制
御装置は上記課題を解決するためになされたものであり
以下のような特徴を有する。

【００２２】巻線に所定の駆動電流を供給して電動機を
駆動する電動機の制御装置において、前記電動機の巻線
の一端に接続され、前記巻線に電力増幅部の基準電位に
対する第１電圧を供給する第１電源と、前記基準電位と
前記電動機の巻線の他端との間に設けられ、前記電動機
の巻線に所定の駆動電流を流すための電力素子と、前記
電動機の巻線の他端側にダイオードを介して接続され、
前記電動機の磁気エネルギ等を回生する第２電圧を供給
する第２電源と、前記第１電源と前記第２電源との間で
電力の転送を行なう第１電力変換手段とを有することを
特徴とする。

【００２３】また、前記第１電力変換手段は、前記第１
電源にその一端が接続された第１コイルと、この第１コ
イルに近接配置され、一端が前記第２電源に接続された
第２コイルと、を含むリアクトルと、前記第１コイルの
他端側にそのカソード側が接続され、前記第１コイルに
前記第１電源に向かう方向の電流を流すためのダイオー
ドと、前記第２コイルの他端側に接続されたスイッチ素
子と、を有し、前記スイッチ素子を所定のタイミングで
スイッチングすることにより、所定の磁気エネルギを前
記第２コイルから前記第１コイルへ伝達し、前記第２電
源から前記第１電源への電力の転送を行なうことを特徴
とする。

【００２４】また、直流電圧を出力する直流電源である
第３電源と、前記第１電源と前記第３電源との間で電力
の転送を行なう第２電力変換手段と、を有することを特
徴とする。

【００２５】また、前記第１電力変換手段あるいは前記
第２電力変換手段は、電力変換する前後の電源を第ｍ電
源、第ｎ電源とすると、前記第ｍ電源にその一端が接続
され、他端に第１スイッチ素子が接続された第１コイル
と、この第１コイルに近接配置され、一端が第ｎ電源に
接続され、他端に第２スイッチ素子が接続された第２コ
イルと、を含むリアクトルと、前記第１コイルと前記第
１スイッチ素子との接続点にそのカソード側が接続さ
れ、前記第ｍ電源に向かう方向の電流を流すための第１
ダイオードと、前記第２コイルと前記第２スイッチ素子
との接続点にそのカソード側が接続され、前記第２コイ
ルに前記第２電源に向かう方向の電流を流すための第２
ダイオードと、を有し、前記第１及び第２スイッチ素子
を所定のタイミングでスイッチングすることにより、前
記第２及び第１コイルの間において所定の磁気エネルギ
の伝達を行い、前記第ｎ電源と前記第ｍ電源との間で電
力の転送を行なうことを特徴とする。

【００２６】また、前記第１電力変換手段あるいは前記
第２電力変換手段は、電力変換する前後の電源を第ｍ電
源、第ｎ電源とすると、前記第ｎ電源にコレクタ側が接
続された第１トランジスタと、前記第１トランジスタの
エミッタ側に一端が接続され、第ｍ電源に他端が接続さ
れた第１コイルと、前記第１コイルと前記第１トランジ
スタのエミッタ側との接続点に、そのカソード側が接続
され、前記基準電源から前記第１コイルに向かう方向の
電流を流す第１ダイオードと、一端側が第ｍ電源に接続
された第２コイルと、前記第２コイルの他端側にそのコ
レクタが接続された第２トランジスタと、前記第２コイ
ルと前記第２トランジスタのコレクタ側との接続点にそ
のアノードが接続され、カソードが前記第ｎ電源に接続
された第２ダイオードと、を有し、前記第２トランジス
タを所定のタイミングでスイッチングすることによっ
て、前記第ｍ電源から前記第ｎ電源への電力の転送を行
なうことを特徴とする。

【００２７】また、前記第１電力変換手段あるいは前記
第２電力変換手段は、電力変換する前後の電源が第ｍ電
源、第ｎ電源であり、第ｍ電源は第ｎ電源より小さい電
圧の電源であって、前記第ｍ電源にその一端が接続され
た第３コイルと、前記第３コイルの他端側にそのコレク
タが接続された第３トランジスタと、前記第３コイルと
前記第３トランジスタとの接続点にそのアノードが接続
され、前記第ｎ電源にそのカソードが接続され、前記第
３コイルから前記第ｎ電源に向かう方向に電流を流す第
３ダイオードと、前記第３トランジスタのコレクタにカ
ソードが接続され、前記第３コイルに向かう方向に電流
を流す第４ダイオードと、コレクタが前記第ｎ電源に接
続され、エミッタが前記第３コイルと前記第３トランジ
スタとの接続点に接続された第４トランジスタと、を有
し、前記第３トランジスタを所定のタイミングでスイッ
チングすることにより、前記第ｍ電源から前記第ｎ電源
に電力を転送し、前記第４トランジスタを所定のタイミ
ングでスイッチングすることにより前記第ｎ電源から前
記第ｍ電源への電力の転送を行なうことを特徴とする。

【００２８】また、前記電力素子を含んで構成された電
力増幅部であって前記電動機を駆動するための電力増幅
部の前記基準電位に、前記電力素子を制御するための所
定の制御信号を発生する演算部の基準電位を接続したこ
とを特徴とする。

【００２９】また、前記電力素子と電力増幅部の基準電
位との間には、電流検出用抵抗器が設けられていること
を特徴とする。

【００３０】また、前記第１電源及び前記第２電源の電
位を検出するために、前記第１電源と電力増幅部の前記
基準電位との間と、前記第２電源と電力増幅部の前記基
準電位との間との少なくともいずれかに、分圧抵抗器を
備えることを特徴とする。

【００３１】また、前記電動機の制御装置は、この制御
装置の上位制御装置から、電気的に絶縁された状態で所
定の制御指令を受けるための受信手段を有することを特
徴とする。

【００３２】また、前記電動機の演算部の制御電源は、
前記第１電源、前記第２電源あるいは第３電源のいずれ
かに基づいて作られていることを特徴とする。

【００３３】

【作用】本発明の電動機の制御装置では、電動機の巻線
に所定の駆動電流を流すための電力素子の素子数を減ら
し、更に電動機で発生する磁気エネルギを電源に回生・
蓄積することにより、電動機の制御装置の小型化・低コ
スト化を実現すると共に、電源の利用効率を向上させる
ことが可能である。

【００３４】すなわち、本発明では、電動機の巻線に接
続された第１電源と、この第１電源と異なる電位を有す
る第２電源又は第３電源を設け、第１電源と第２電源、
第１電源と第３電源との間で、それぞれ電力の転送を行
なう第１、第２電力変換手段を設けた。

【００３５】そして、これらの電力変換手段を活用する
ことにより、電動機で発生する磁気エネルギ等を第２電
源に回生し、又は第３電源に蓄積することができ、更に
この回生・蓄積された電力を第１電源に転送して巻線の
駆動に用いることが可能となる。従って、電動機の制御
装置の小型化、低コスト化のみならず、電動機の回生エ
ネルギを有効に利用し、効率のよい制御装置とすること
が可能となる。

【００３６】また、制御装置の電源として、電圧変動の
大きい商用電源等を用いた場合にも、本発明の制御装置
では、電位の異なる電源間で任意に電力の転送ができる
ため、電力素子や、各スイッチ素子を駆動するための電
源を一定電圧に維持することが容易である。従って、各
電力素子やスイッチ素子等の電圧定格を、電源電圧の変
動を見込んで設定する必要がなく、電源電圧を有効に利
用することが可能となる。

【００３７】更に、電動機の回生エネルギを、一旦第２
電源、第３電源に回生・蓄積する事としているため、巻
線を駆動するための第１電源と基準電源との間に通常必
要とされる放電回路の放電スイッチ素子や放電抵抗を小
電力型としたり、更にはこれらを不要とすることも可能
となる。従って、放電回路の発熱や、制御装置の発熱を
低減でき、制御装置の小型化にもより有利となる。

【００３８】また、本発明では、電力増幅部の基準電源
と演算部の基準電源とを接続して共通化することとし
た。そして、電力素子と基準電源との間に電流検出用抵
抗器を設け、電力増幅部の第１電源及び第２電源と基準
電源との間に、各電源電圧を検出するための分圧抵抗器
等を設ければ、高価なアイソレータ等を用いることな
く、これらの電流・電圧の検出が可能となる。更に、電
力素子を駆動するための絶縁電源を削減でき、部品点数
が大幅に削減可能で、コストの低減を実現できる。

【００３９】そして、本発明の電動機の制御装置と、こ
の制御装置を制御するための上位の制御装置と間におけ
る信号のやりとりを、電気的に絶縁した状態で行うこと
とすれば、制御装置の絶縁不良や、電力増幅部における
ノイズの発生等の問題を回避でき、システム上の信頼性
が向上する。

【００４０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図を用いて説明す
る。なお、以後説明する図面について、既に説明した図
面と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

【００４１】実施例１． ［電動機及びその制御装置の構成］図１は、実施例１に
係る電動機の制御装置の概略構成を示している。

【００４２】図において、電動機１は、巻線ＷＵ，Ｗ
Ｖ，ＷＷを含んでおり、この電動機１としては、例えば
誘導電動機、同期電動機、リラクタンスモータ等の各種
電動機を用いることができる。また、３相巻線で表現し
ているが、他の各種多相巻線についても相数を増やすこ
とにより同様に適用可能である。

【００４３】そしてこの電動機１の制御装置は、制御装
置における制御内容を演算する演算部２と、巻線ＷＵ，
ＷＶ，ＷＷに所定の駆動電流を流すトランジスタＴＲ１
〜ＴＲ３等を含む電力増幅部と、を有している。

【００４４】また、図中、上位制御装置９は、演算部２
のインターフェイス部１０に対し種々指令を出し、一
方、各種制御情報をインターフェイス部１０から得て、
電動機１の制御を行なっている。

【００４５】（電力増幅部の構成）本実施例において、
電力増幅部は、２相交流商用電源Ｒ，Ｓを入力電源とし
ている。この交流電源Ｒ，Ｓには、高調波成分を低減す
るリアクトルＬＬＰと、全波整流を行なうダイオードブ
リッジＤＢ１とが接続されている。そして、これらリア
クトルＬＬＰとダイオードブリッジＤＢ１を介して直流
電流がコンデンサＣ１に供給されている。なお、入力電
源は、装置容量が大きくなると３相交流が使用されるこ
とが多い。

【００４６】さらに、電動機からの回生エネルギーが大
きい場合は、３相交流商用電源と双方向にエネルギーの
授受が可能なトランジスタブリッジからなるコンバータ
等を利用した電源も使用することができる。

【００４７】コンデンサＣ１の一端側は第１電源（Ｖ
Ｇ）を構成し、コンデンサＣ１の他端は装置の基準電位
（ＶＣＯＭ）となっている。

【００４８】各巻線ＷＵ，ＷＶ，ＷＷの一端側は、第１
電源（ＶＧ）に接続され、他端側にはこの巻線ＷＵ，Ｗ
Ｖ，ＷＷに所定の駆動電流を流すための駆動トランジス
タＴＲ１，ＴＲ２，ＴＲ３のコレクタ側が接続されてい
る。

【００４９】駆動トランジスタＴＲ１〜ＴＲ３は、ＮＰ
Ｎ型のトランジスタで構成されており、そのエミッタ側
が電流検出抵抗Ｒ１〜Ｒ３を介して基準電位（ＶＣＯ
Ｍ）に接続され、そのベースは演算部２に接続されてい
る。そして、演算部２から供給される所定の制御信号に
応じて、この駆動トランジスタＴＲ１〜ＴＲ３が動作
し、これに応じて各巻線ＷＵ，ＷＶ，ＷＷに所定の駆動
電流が流れる構成となっている。このように駆動トラン
ジスタＴＲ１〜ＴＲ３を適当な制御信号で動作させるこ
とにより、電動機１の各巻線ＷＵ，ＷＶ，ＷＷには、互
いに位相の１２０度ずれた３相駆動電流が流れることと
なる。

【００５０】また、各駆動トランジスタＴＲ１〜ＴＲ３
のコレクタ側と、各巻線ＷＵ，ＷＶ，ＷＷとの接続点に
は、ダイオードＤ１〜Ｄ３の各アノードが接続されてい
る。このダイオードＤ１〜Ｄ３のカソードは、第１電源
とは異なる電位を有する第２電源に接続されている。

【００５１】そして、各駆動トランジスタＴＲ１〜ＴＲ
３がＯＦＦした時には、巻線ＷＵ，ＷＶ，ＷＷの通電電
流が、このダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３を介して第２電
源（ＶＲＧ）へ流れることにより、電動機１の磁気エネ
ルギ、電動機の機械的動力エネルギが第２電源（ＶＲ
Ｇ）に回生されている。

【００５２】なお、制御装置の電源投入当初は、入力電
源Ｒ，Ｓから、リアクトルＬＬＰと充電回路３を介し
て、コンデンサＣ２に直流電流・電圧が供給されている
ため、第２電源（ＶＲＧ）は、所定の電位となってい
る。

【００５３】充電回路３は、入力電源電圧をコンデンサ
Ｃ２の容量に応じて変圧する変圧器ＴＲＦと、この変圧
器ＴＲＦに接続され全波整流を行なうダイオードブリッ
ジＤＢ２とによって構成されている。そして、このダイ
オードブリッジＤＢ２に、コンデンサＣ２の両端がそれ
ぞれ接続され、このコンデンサＣ２の一端側の電圧によ
って第２電源（ＶＲＧ）の電圧が決定されている。な
お、コンデンサＣ２の他端側には、第１電源（ＶＧ）に
接続されている。ここで、コンデンサＣ２に充電された
エネルギは、図１からも明らかなように、電動機の駆動
に消費されないので、上記充電回路３は極く小容量の装
置で構成可能となっている。

【００５４】また、電源（ＶＧ）と基準電位（ＶＣＯ
Ｍ）との間には、分圧抵抗ＲＧ，ＲＧＳとがこの順に設
けられ、電源（ＶＲＧ）と基準電位（ＶＣＯＭ）との間
には、分圧抵抗ＲＲ，ＲＲＳとがこの順で設けられてお
り、これらの分圧抵抗によって各電源の電圧が検出さ
れ、その検出信号は演算部２に供給されている。

【００５５】更に、電源（ＶＧ）とコモン電源（ＶＣＯ
Ｍ）との間には、放電抵抗ＲＤと放電用トランジスタＴ
ＲＤとがこの順で設けられている。

【００５６】電力変換器４は、電動機の力行時や回生時
において、電源（ＶＲＧ）へ電動機エネルギが回生され
た結果、電源電圧ＶＲＧが所定値を超えた場合に、電源
（ＶＲＧ）のエネルギを電源ＶＧへ転送するための手段
である。

【００５７】そして、この電力変換器４は、互いに絶縁
されて近接配置された第１コイルと第２コイルとを含む
リアクトルＬＬ１と、第１コイルに接続されたダイオー
ドＤＣ１と、第２コイルに接続されたトランジスタＴＲ
Ｃ１とから構成されている。リアクトルＬＬ１の第１コ
イルは、電源（ＶＧ）にその一端が接続され、他端はダ
イオードＤＣ１のカソード側に接続されている。一方、
リアクトルＬＬ１の第２コイルは、電源（ＶＲＧ）にそ
の一端が接続され、他端がトランジスタＴＲＣ１のコレ
クタ側に接続されている。ダイオードＤＣ１は、そのア
ノード側がコモン電源（ＶＣＯＭ）に接続されて、第１
コイルに電源（ＶＧ）に向かう方向の電流を流してい
る。また、トランジスタＴＲＣ１のエミッタ側は、電流
検出用の抵抗器ＲＣ１を介して基準電位（ＶＣＯＭ）に
接続されている。

【００５８】そして、このトランジスタＴＲＣ１を、後
述するように所定のタイミングでスイッチングすること
により、所定の磁気エネルギを第２コイルから第１コイ
ルへ伝達し、第２電源（ＶＲＧ）から電源（ＶＧ）への
電力の転送を行なっている。以下、電力変換器４の動作
を、図７のタイムチャートを用いて説明する。

【００５９】ここで、図１に示すリアクトルＬＬ１の２
つのコイルのターン数は同じターン数であると仮定す
る。また、両電源の電圧ＶＲＧ，ＶＧの大きさはＶＲＧ
がＶＧの約２倍であると仮定して説明する。なお、実際
には、電源電圧ＶＲＧは、電動機からの回生電流を十分
減少させることが可能な程度に電源ＶＧより大きければ
良く、電源ＶＲＧは電源ＶＧより数十％大きければ実用
的な運転が可能である。電動機からの回生エネルギが大
きく、電源電圧ＶＲＧが過大になった場合には、これを
演算部２が検出してトランジスタＴＲＣ１がＯＮ制御さ
れる。これにより、電流Ｉ１が、リアクトルＬＬ１の第
２コイルに、電源（ＶＲＧ）からトランジスタＴＲＣ１
に向かう方向に流れ始める（図７（ａ）参照）。

【００６０】適当なタイミングでトランジスタＴＲＣ１
がＯＦＦすると、その時点でＩ１は通電路がなくなり零
となり、磁気的に結合されている他方の第１コイルに図
７（ｂ）に示す電流ＩＤが、ダイオードＤＣ１を介して
電源（ＶＧ）に向かって流れ出す。

【００６１】トランジスタＴＲＣ１の切り替わり、すな
わち電流の切り替わり前後の電流Ｉ１とＩＤとの大きさ
の比は、第１、第２コイルの巻き数に逆比例した値とな
る。本実施例の場合には、同じ巻き数としたので、同じ
大きさの電流で電流の流れる方向は逆となる。

【００６２】なお、両電源に流れる電流の変化率は、次
式（１）のような動作している回路における電圧、電
流、インダクタンスの一般式に従っている。

【００６３】

【数１】Ｖ＝Ｌ・ｄＩ／ｄｔ （１） 従って、本実施例では、電源電圧ＶＲＧを電源電圧ＶＧ
の２倍程度としているので、Ｉ１の電流増加率はＩＤの
電流減少率の約２倍となっている。

【００６４】なお、リアクトルＬＬ１は、トランジスタ
ＴＲＣ１の駆動周波数を十分高く取れば比較的小さなリ
アクトルで実現でき、コスト的にも負担を小さくするこ
とができる。

【００６５】電流ＩＤとリアクトルＬＬ１に印加される
電圧とが逆方向であるため電流ＩＤは徐々に減少し、減
少の途中で再度トランジスタＴＲＣ１がＯＮすると、電
流ＩＤはその時点で零となり、電流ＩＤに相当する電流
Ｉ１が流れ始め、リアクトルに印加される電圧に対して
電流Ｉ１は順方向なので増加し始める。

【００６６】さらに、トランジスタＴＲＣ１がＯＦＦす
ると電流Ｉ１は零となり、電流Ｉ１に相当する電流ＩＤ
が流れだし、ＩＤが零となるまで減少していく。

【００６７】以上のような動作を繰り返すことにより、
電源（ＶＲＧ）のエネルギが一度リアクトルの磁気エネ
ルギに変化し、その後電源（ＶＧ）へ転送されることに
なり、結果として、ある電源から異なった電位の電源へ
のエネルギの転送が実現したことになる。

【００６８】また、電動機１からの回生エネルギが大き
く、電源電圧ＶＧが過大になった場合には、演算部２が
これを検出して、放電用トランジスタＴＲＤをオンさせ
る。これにより、放電抵抗ＲＤに電流が流れて過大な電
力が消費され、電源電圧ＶＧ、すなわちコンデンサＣ１
の両端電圧が適正な値に維持される。

【００６９】［演算部の構成］次に、図１の演算部２に
ついて説明する。演算部２には、電力増幅部の各検出信
号、駆動信号は全てこの演算部２を経由して操作されて
いる。そして、この演算部２の電源回路５の基準電位
は、電力増幅部の基準電位（ＶＣＯＭ）に接続されてお
り、同じ基準電位となっている。

【００７０】従って、各トランジスタＴＲＣ１，ＴＲ１
〜ＴＲ３と基準電位（ＶＣＯＭ）との間に電流検出用の
小さな抵抗器ＲＣ１，Ｒ１〜Ｒ３を設けることにより、
各トランジスタＴＲＣ１，ＴＲ１〜ＴＲ３の電流値に比
例する値を、各抵抗器ＲＣ１，Ｒ１〜Ｒ３の電圧降下値
として検出することができる。従って、演算部２は、各
トランジスタに流れる電流の検出を、アイソレータ等を
使用することなく、電流検出値をそのまま制御信号とし
て使用することができる。

【００７１】更に、上述のように、電源ＶＲＧ，ＶＧの
電圧検出についても、分圧抵抗ＲＲ，ＲＲＳ及びＲＧ，
ＲＧＳを用いて、これらの電源電圧（ＶＲＧ−ＶＣＯ
Ｍ，ＶＧ−ＶＣＯＭ）を分圧することにより、適当な大
きさの電圧信号として演算部２に供給することができ
る。

【００７２】また、各トランジスタＴＲ１〜ＴＲ３，Ｔ
ＲＣ１の駆動も各トランジスタのエミッタ電位と基準電
位ＶＣＯＭとが、ほぼ同電位となるので、特別にトラン
ジスタ駆動用の絶縁電源を作ること無く、また、演算部
２の信号と各トランジスタの間にホトカップラ等を設
け、信号を電気的に絶縁し供給すること無く、これらの
トランジスタを制御することが可能となっている。

【００７３】本実施例においては、演算部１と、この演
算部１での演算内容等を制御する上位制御装置９とのコ
ミュニケーションは、ホトカプラあるいは信号伝達用絶
縁変圧器１０を介して電気的に絶縁して情報の授受を行
っている。

【００７４】一般的に、上位制御装置９の基準電位は対
地アース電位であり、一方の図１の演算部２の基準電位
ＶＣＯＭは入力電源Ｒ，Ｓから作られた強電位である。
従って、互いの基準電位は異なるため上位制御装置９と
演算部２とは電気的に絶縁されている。

【００７５】本実施例における通信手段としては、現
在、一般的に普及している通信技術、例えば、機器間通
信、ＦＡ通信、パソコン通信等多くの通信技術を適用す
ることが可能である。

【００７６】また、図１に示すように、信号伝達用絶縁
変圧器１０を使って電気的に絶縁して通信する場合、変
圧器１０は直流信号成分を伝達できないので信号のハイ
とローとの時間比率のバランスが取れている必要があ
る。なお、高速通信が可能な光によるデジタルシリアル
通信を行う場合にも、信号レベルの動作点を安定化させ
るために信号のハイとローとの時間比率のバランスを取
ることが効果的である。信号のハイとローのバランスを
取るために、例えば、米国ＺＥＲＯＸ社の製品であるＥ
ＴＨＥＲＮＥＴ等で行われているように、信号のハイと
ローとの時間比率がほぼ同一になるように、情報をコー
ド変換して通信し、受信側で再変換し元の情報を再現す
る技術等が、本発明に有効な技術である。

【００７７】そして、最近普及しているマイクロプロセ
ッサ、通信用ＬＳＩ等を使用すれば比較的豊富な情報を
デジタルシリアル通信で相互通信でき、制御装置の保守
などに際しても、強電位である演算部１を直接に測定器
等でチェックすること無く、接地電位の確保されている
上位装置側、あるいは接地電位の確保されている保守用
装置でこの演算部１の制御情報、制御内容を把握、検査
することも可能である。

【００７８】なお、基準電位ＶＣＯＭが制御装置の保守
などの都合上、どうしても接地電位である必要がある場
合は、入力電源に複巻き変圧器を挿入することにより、
基準電位（ＶＣＯＭ）を接地することもできる。但し、
この場合は複巻き変圧器が大きく、高価である。

【００７９】［電動機の構成］図１の制御装置に好適な
電動機の例として図２に示すようなリラクタンスモータ
がある。

【００８０】１２２は４個の突極１２４を持つロータで
ある。そして、ステータ１２１は、６個の突極１２９
Ａ、１２９Ｂ，１２９Ｃ，１２９Ｄ，１２９Ｅ，１２９
Ｆと各突極にそれぞれ巻回された巻線１２３とを有して
いる。

【００８１】この突極１２９Ａ、１２９Ｄにそれぞれ巻
回された各巻線は、直列に巻かれてＡＤ相巻線を構成
し、図１の巻線ＷＵに相当している。

【００８２】また、突極１２９Ｂ、１２９Ｅにそれぞれ
巻回された各巻線は、直列に巻かれてＢＥ相巻線を構成
し、図１の巻線ＷＶに相当してる。

【００８３】更に、突極１２９Ｃと１２９Ｆにそれぞれ
巻回された各巻線は、直列に巻かれてＣＦ相巻線を構成
し、図１の巻き線ＷＷに相当している。

【００８４】そして、この図２に示す電動機は、ＡＤ，
ＢＥ，ＣＦ相の各３相巻線にロータ１２２の突極を磁気
的に吸引する方向に順次通電する事によりリラクタンス
力を得、回転トルクを得るなお、図１に示す本実施例の
制御装置は、図３に示すような永久磁石型の同期電動機
にも適用可能である。

【００８５】図３において、各相の３相交流巻線ＷＵ−
ＷＵ、ＷＶ−ＷＶ，ＷＷ−ＷＷは集中巻きで表現してい
る。

【００８６】ＷＵ相巻き線に対するロータ６´の回転角
度位置をＡＲとし、各相に正の一定電流を通電したと仮
定した時、各電流によってロータ６´に発生する各回転
トルクＴＵ，ＴＶ，ＴＷは図４のようになる。

【００８７】この関係を応用して所望のトルクに対し、
適切な相に適切な大きさの電流を通電することにより、
所望のトルク制御、速度制御、位置制御を実現すること
ができる。

【００８８】この場合は、図１４に示す従来の制御装置
の構成で駆動した場合に比較して、少しトルクは減少す
る事になる。しかし、電動機の相数を増加することによ
りトルクの効率、トルクリップル共に改善することがで
きる。

【００８９】実施例２．図５には、電力変換器の他の実
施例を示す。本実施例の特徴は、電源（ＶＲＧ）から電
源（ＶＧ）への電力の転送だけでなく、電源（ＶＧ）か
ら電源（ＶＲＧ）への電力の転送が行えることである。

【００９０】リアクトルＬＬ１は、図１に示した実施例
１と同様に、一端が第１電源（ＶＧ）に接続された第１
コイルと、一端が第２電源（ＶＲＧ）に接続され、第１
コイルと絶縁されかつ近接配置された第２コイルとによ
って構成されている。そして、実施例１と異なる点は、
この電力変換部の周辺回路とその動作である。

【００９１】すなわち、第１コイルの他端側には第１ト
ランジスタであるＴＲＣ２のコレクタが接続されてお
り、このトランジスタＴＲＣ２のエミッタは、電流検出
抵抗器ＲＣ２を介して基準電位（ＶＣＯＭ）に接続され
ている。また、第１コイルとトランジスタＴＲＣ２との
接続点には、第１ダイオードであるＤＣ２のカソード側
が接続されており、このダイオードＤＣ２により、第１
コイルに第１電源（ＶＧ）に向かう方向の電流が供給さ
れている。

【００９２】また、第２コイルの他端側には第２トラン
ジスタであるトランジスタＴＲＣ３のコレクタが接続さ
れており、このトランジスタＴＲＣ３のエミッタは、電
流検出抵抗器ＲＣ３を介して基準電位（ＶＣＯＭ）に接
続されている。また、第２コイルとトランジスタＴＲＣ
３との接続点には、第２ダイオードであるＤＣ３のカソ
ード側が接続されており、このダイオードＤＣ３によ
り、第２コイルに第２電源（ＶＲＧ）に向かう方向の電
流が供給されている。

【００９３】電源（ＶＲＧ）から電源（ＶＧ）へエネル
ギ転送する場合の動作は、図１の電力変換器４の動作と
同じであり、トランジスタＴＲＣ３がＯＮすると電流Ｉ
２が、リアクトルＬＬ１（第２コイル）へ流れ始める。
また、所定のタイミングでトランジスタＴＲＣ３がＯＦ
Ｆすると、その時点でＩ２は通電路がなくなり零とな
り、磁気的に結合されている他方の第１コイルに、図７
（ｂ）に示す電流Ｉ３がダイオードＤＣ２を介して流れ
出す。

【００９４】電流の切り替わり前後における電流の大き
さの比は第１、第２コイルの巻き数に逆比例した値とな
る。電流Ｉ３とリアクトルＬＬ１に印加される電圧とは
逆方向なので電流Ｉ３は徐々に減少して行き、減少の途
中で再度ＴＲＣ２がＯＮすると、電流Ｉ３はその時点で
零となり、その時点での電流Ｉ３に相当する電流Ｉ２が
流れ始め、リアクトルＬＬ１に印加される電圧は電流Ｉ
２の方向なので電流Ｉ２は増加し始める。

【００９５】さらに、トランジスタＴＲＣ３がＯＦＦす
ると電流Ｉ２は零となり、電流Ｉ２に相当する電流Ｉ３
が流れだし、Ｉ３が零となるまで減少していく。

【００９６】以上のような動作を繰り返すことにより、
電源（ＶＲＧ）のエネルギが一度リアクトルＬＬ１の磁
気エネルギに変化し、その後電源（ＶＧ）へ転送される
ことになり、結果として、電源（ＶＲＧ）から異なった
電位の電源（ＶＧ）へエネルギの転送が実現したことに
なる。

【００９７】次に、電源（ＶＧ）から電源（ＶＲＧ）へ
エネルギを転送する場合について説明する。

【００９８】図５から明らかなように、両変換回路は対
象の構成になっており、電源（ＶＲＧ）から電源（Ｖ
Ｇ）へエネルギを転送する場合の逆の動作を行うもので
ある。図８に、この場合の動作のタイムチャートの例を
示す。

【００９９】トランジスタＴＲＣ２がＯＮすると、電流
Ｉ３がリアクトルＬＬ１へ図８（ａ）の様に流れ始め
る。適当なタイミングでトランジスタＴＲＣ２がＯＦＦ
するとその時点でＩ３は通電路がなくなり零となり、磁
気的に結合されている他方のコイルに図８（ｂ）に示す
電流Ｉ２がダイオードＤＣ３を介して流れ出す。

【０１００】電流Ｉ２とリアクトルＬＬ１に印加される
電圧とは逆方向なので電流Ｉ２は徐々に減少して行き、
減少の途中で再度ＴＲＣ２がＯＮすると、電流Ｉ２はそ
の時点で零となり、その時点での電流Ｉ２に相当する電
流Ｉ３が流れ始める。そして、リアクトルＬＬ１に印加
される電圧は電流Ｉ３に対して順方向であるので、電流
Ｉ３は増加し始める。

【０１０１】更に、トランジスタＴＲＣ２がＯＦＦする
と電流Ｉ３は零となり、電流Ｉ３に相当する電流Ｉ２が
流れだし、Ｉ２が零となるまで減少していく。

【０１０２】以上のような動作を繰り返すことにより、
電源（ＶＧ）のエネルギが一度リアクトルＬＬ１の磁気
エネルギに変化し、その後電源（ＶＲＧ）へ転送される
ことになり、結果として、電源（ＶＧ）から異なった電
位の電源（ＶＲＧ）へエネルギの転送が実現したことに
なる。

【０１０３】このように本実施例によれば、電源（ＶＲ
Ｇ），（ＶＧ）間の双方向のエネルギ転送が実現でき
る。

【０１０４】そして、図１の制御装置に、図５の電力変
換器を適用した場合には、電源間での双方向のエネルギ
転送が可能となるため、図１の充電回路３は不要とな
る。

【０１０５】また、図５に示す本実施例では、両電源
（ＶＲＧ）（ＶＧ）のコモン電位ＶＣＯＭは、共通なも
のとして説明したが、２つの電源（ＶＲＧ）（ＶＧ）の
コモン電位が分離されていて、両電源が全く絶縁されて
いても同じ運転動作が可能である。このように、本実施
例は、絶縁された電源間でのエネルギ転送が可能であ
り、また、双方向エネルギ転送技術として一般的に活用
が可能である。

【０１０６】更に、両電源の電圧の大きさは、どちらの
電源電圧が大きくても、双方向にエネルギ転送が可能で
ある。

【０１０７】実施例３．図６は、電気式のフォークリフ
ト、電気自動車等に使われる第３電源であるバッテリ電
源と電源（ＶＧ）とのエネルギの相互転送、即ち、バッ
テリの充放電により電源（ＶＧ）を作成する例である。

【０１０８】なお、このバッテリ電圧は、通常、電源
（ＶＧ）より小さな電圧である。

【０１０９】図６に示す電力変換器の回路構成におい
て、トランジスタＴＲＣ４，ダイオードＤＣ４は図５の
トランジスタＴＲＣ３，ダイオードＤＣ３に相当し、図
６のトランジスタＴＲＣ５及びダイオードＤＣ５は、図
５のトランジスタＴＲＣ２，ダイオードＤＣ２に相当し
ている。また電流Ｉ４は図５の電流Ｉ２に、電流Ｉ５は
図５の電流Ｉ３に相当し、各部の電圧、電流Ｉ４、Ｉ５
の値の関係及びその動作は、図５の相当する各部と、バ
ッテリ電圧の大小関係を除いては同じであり、詳細動作
の説明は省略する。

【０１１０】本実施例３において、図６の電力変換器を
図１の制御装置に適用すると、余剰な回生エネルギが電
源（ＶＧ）に供給された場合に、その余剰エネルギを放
電させることなく第３電源であるバッテリ電源に保存し
ておくことができ、放電回路である抵抗器ＲＤ，放電用
トランジスタＴＲＤが不要となる。従って、この放電回
路での電流消費による発熱の問題が発生しない。

【０１１１】また、バッテリの充放電を行うときに、直
列抵抗など大きなエネルギを消費する素子を使用してい
ないので、バッテリエネルギを効率良く使用した運転が
可能である。

【０１１２】電動機の駆動トランジスタの有効活用、電
動機の能力を十分に引き出した運転という観点で考える
と、電源（ＶＧ）を適切な電圧に安定化することがシス
テムの最適設計、システムコストの低減、ひいては信頼
性向上の点で重要である。

【０１１３】通常、商用電源を整流した電圧で電動機制
御を行う場合には、２０〜３０％の電源電圧変動が予想
され、その分だけ制御装置あるいは電動機にマージンを
持ったシステム設計がなされていることが多い。

【０１１４】これに対して、本実施例３では、例えば、
電源（ＶＧ）の電圧は別途検出可能であるから、図６の
バッテリ電源を使用し、電源（ＶＧ）の電圧が一定とな
るようにバッテリ電源と電源（ＶＧ）間で電力の転送を
行うことにより、電源（ＶＧ）の安定化が可能となる。
また、バッテリ電圧のかわりに、商用電源を整流した比
較的ラフな直流電圧を入力とした場合にも、電源（Ｖ
Ｇ）の電圧を検出した信号によりフィードバック制御し
て、電力変換器を用いて電力の転送を行えば電源（Ｖ
Ｇ）の安定化が可能となる。

【０１１５】バッテリ電源を図１へ適用する場合には、
電源（ＶＧ）をバッテリ電源から作成するとすれば、図
１の充電回路３、放電回路（ＲＤ，ＴＲＤ）、電源入力
回路であるリアクトルＬＬＰ，ダイオードブリッジＤＢ
１が不要となり、かつ、電源の基準電位ＶＣＯＭも接地
が容易となり、比較的シンプルな回路構成となる。

【０１１６】なお、図１の制御装置を用いて複数の電動
機を平行して駆動する場合、電動機１を直接駆動する各
トランジスタＴＲ１，ＴＲ２，ＴＲ３，各ダイオードＤ
１，Ｄ２，Ｄ３、各電流検出用抵抗器Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３
を除いた他の回路素子は、兼用して使用し、共通回路と
することができるので、トータルとしてのコスト負担、
スペース負担は相対的に小さくなる。

【０１１７】実施例４．図９は、図１に示す電力変換器
４の他の実施例であり、図１１、図１２に各電流の動作
例のタイムチャートを示す。

【０１１８】図９において、電源（ＶＲＧ）には、トラ
ンジスタＴＲＣ６のコレクタ側が接続され、このトラン
ジスタＴＲＣ６のエミッタ側にはリアクトルＬＬ３の一
端が接続されている。そして、リアクトルＬＬ３の他端
側が電源（ＶＧ）に接続されている。また、リアクトル
ＬＬ３とトランジスタＴＲＣ６との接続点には、ダイオ
ードＤＣ６のカソード側が接続されており、このダイオ
ードＤＣ６は、基準電位（ＶＣＯＭ）からリアクトルＬ
Ｌ３に向かって電流を流している。

【０１１９】そして、このトランジスタＴＲＣ６を所定
のタイミングでスイッチングすることによって、電源
（ＶＲＧ）から電源（ＶＧ）へ電力が転送されている。

【０１２０】これを詳しく説明する。まず、電源（ＶＲ
Ｇ）から電源（ＶＧ）へエネルギを転送する場合、図１
１（ａ）に示すように、トランジスタＴＲＣ６が演算部
２によってＯＮ制御されると、電流Ｉ６は、リアクトル
ＬＬ３を通って電源（ＶＧ）へと流れる。

【０１２１】次に、トランジスタＴＲＣ６がＯＦＦする
と電流Ｉ６は零となり、リアクトルＬＬ３を流れる電流
Ｉ７はダイオードＤＣ６を介して流れ、次第に減少して
いく。

【０１２２】この電流Ｉ７の減少の途中で、再度トラン
ジスタＴＲＣ６がＯＮすると、電流Ｉ７と同じ値の電流
Ｉ６が流れ、次第に増加する。この状態で再度トランジ
スタＴＲＣ６がＯＦＦすると、電流Ｉ６は零となって電
流Ｉ７が流れ、電流Ｉ７は次第に減少して零となる。

【０１２３】以上のような動作を繰り返すことにより、
図１に示す電力変換器４と同等に、電源（ＶＲＧ）から
電源（ＶＧ）へエネルギを転送することができる。

【０１２４】なお、本実施例４において、トランジスタ
ＴＲＣ６のエミッタが基準電位ＶＣＯＭでないので、ト
ランジスタＴＲＣ６を駆動するための駆動用絶縁電源を
設ける必要がある。

【０１２５】電源（ＶＧ）から電源（ＶＲＧ）へエネル
ギを転送する必要がある場合は、図９の右側に示すよう
な電力変換部が必要となる。

【０１２６】この電力変換部は、一端側が電源（ＶＧ）
に接続されたリアクトルＬＬ４と、このリアクトルＬＬ
４の他端側にコレクタが接続されたトランジスタＴＲＣ
７とを有し、更に、リアクトルＬＬ４とトランジスタＴ
ＲＣ７のコレクタとの接続点に、ダイオードＤＣ７のア
ノードが接続されている。そして、ダイオードＤＣ７
は、そのカソードが電源（ＶＲＧ）に接続されており、
トランジスタＴＲＣ７を所定のタイミングでスイッチン
グすることによって、電源（ＶＧ）から電源（ＶＲＧ）
への電力の転送を行なっている。

【０１２７】以下に、その動作について説明する。

【０１２８】まず、演算部２がトランジスタＴＲＣ７を
ＯＮ制御することにより、図１２（ａ）の期間ｔ１〜ｔ
２に示すような電流Ｉ８がリアクトルＬＬ４に流れる。
この電流Ｉ８の増加中、ｔ２においてトランジスタＴＲ
Ｃ７をＯＦＦすると、ダイオードＤＣ７が動作して、電
源（ＶＲＧ）へ電流Ｉ９が流れる。そして、この期間ｔ
２〜ｔ３において、電流Ｉ８は次第に減少していく。

【０１２９】電流Ｉ８の減少の途中、ｔ３において再度
トランジスタＴＲＣ７がＯＮすると、電源（ＶＲＧ）へ
流れる電流Ｉ９は零となり、期間ｔ３〜ｔ４に示すよう
に電流Ｉ８は次第に増加していく。この状態で再度トラ
ンジスタＴＲＣ７がＯＦＦすると（ｔ４）、電流Ｉ８は
電流Ｉ９として電源（ＶＲＧ）へ流れ、次第に減少し零
となる。

【０１３０】このような動作を繰り返すことにより、電
源（ＶＧ）から電源（ＶＲＧ）へエネルギを転送するこ
とができる。

【０１３１】なお、図９に示す本実施例４の電力変換部
を図１に適用した場合において、電源（ＶＧ）から電源
（ＶＲＧ）へエネルギを転送する目的は、コンデンサＣ
２の充電が目的であるため、リアクトルＬＬ４，トラン
ジスタＴＲＣ７、ダイオードＤＣ７は比較的、小電力型
の素子を使用可能である。

【０１３２】実施例５．図１０は、図６のバッテリ電源
と電源（ＶＧ）との電力変換器の他の構成を示してい
る。

【０１３３】本実施例５においても、実施例３と同様
に、バッテリ電圧は電源電圧ＶＧより小さいと仮定して
いる。

【０１３４】そして、本実施例５の電力変換器は、バッ
テリ電源に一端が接続されたリアクトルＬＬ５と、この
リアクトルＬＬ５の他端側にコレクタが接続されたトラ
ンジスタＴＲＣ８、リアクトルＬＬ５の他端側と電源
（ＶＧ）との間に設けられたダイオードＤＣ９と、この
ダイオードＤＣ９と並列してリアクトルＬＬ５と電源
（ＶＧ）の間に設けられたトランジスタＴＲＣ９とを有
している。

【０１３５】ダイオードＤＣ９は、そのアノードがリア
クトルＬＬ５の他端側に接続され、電源（ＶＧ）にカソ
ードが接続され、リアクトルＬＬ５から電源（ＶＧ）に
向かう方向に電流を流している。なお、トランジスタＴ
ＲＣ８のコレクタ・エミッタにはダイオードＤＣ８が接
続され、基準電位（ＶＣＯＭ）からリアクトルＬＬ５に
向かう方向の電流を流している。

【０１３６】そして、トランジスタＴＲＣ８を所定のタ
イミングでスイッチングすることにより、バッテリ電源
から電源（ＶＧ）に電力が転送され、トランジスタＴＲ
Ｃ９を所定のタイミングでスイッチングすることにより
電源（ＶＧ）からバッテリ電源へ電力が転送されてい
る。

【０１３７】電源（ＶＧ）からバッテリ電源へエネルギ
を転送する場合について以下に説明する。

【０１３８】まず、図１１（ａ）に示すように、ｔ１に
おいて、トランジスタＴＲＣ９が演算部２によってＯＮ
制御されると、電流Ｉ１３がトランジスタＴＲＣ９から
流れ、対応する電流（−Ｉ１０）がリアクトルＬＬ５を
通ってバッテリ電源へと流れ込む。

【０１３９】ｔ２において、トランジスタＴＲＣ９がＯ
ＦＦすると電流Ｉ１３は零となり、リアクトルＬＬ５を
流れる電流Ｉ１０（−Ｉ１０）は、ダイオードＤＣ８を
介して流れ、図１１（ｂ）の期間ｔ２〜ｔ３に示すよう
に次第に減少していく。

【０１４０】電流（−Ｉ１０）の減少の途中、ｔ３で再
度トランジスタＴＲＣ９がＯＮすると、電流（−Ｉ１
０）に対応する値の電流Ｉ１３がトランジスタＴＲ９か
ら流れ出て、次第に増加する（期間ｔ３〜ｔ４）。この
状態で再度トランジスタＴＲＣ９がＯＦＦすると（ｔ
４）、電流Ｉ１３は零となり、リアクトルＬＬ５に流れ
る電流（−Ｉ１０）は次第に減少し零となる。

【０１４１】このような動作を繰り返すことにより、電
源（ＶＧ）からバッテリ電源へエネルギを転送すること
ができる。

【０１４２】なお、トランジスタＴＲＣ９のエミッタは
基準電位ＶＣＯＭでないため、トランジスタＴＲＣ９を
駆動するために駆動用絶縁電源を用いる必要がある。

【０１４３】次に、バッテリ電源から電源（ＶＧ）へエ
ネルギを転送する場合について説明する。

【０１４４】図１２（ａ）に示すように、ｔ１において
トランジスタＴＲＣ８がＯＮすると、リアクトルＬＬ５
に電流Ｉ１０が流れる。そして、電流Ｉ１０の増加中、
ｔ２でトランジスタＴＲＣ８がＯＦＦすると、期間ｔ２
〜ｔ３において、電流Ｉ１０は次第に減少していく。こ
の時、ダイオードＤＣ９が動作し、図１２（ｂ）に示す
ように、電流１２がダイオードＤＣ９を介して電源（Ｖ
Ｇ）へ流れる。

【０１４５】電流Ｉ１０の減少の途中、ｔ３において再
度トランジスタＴＲＣ８がＯＮすると、電流Ｉ１２は零
となり、電流Ｉ１０は次第に増加していく。更に、この
状態で再度トランジスタＴＲＣ８がＯＦＦすると（ｔ
４）、電流Ｉ１０と同じ程度の電流Ｉ１２がダイオード
ＤＣ９を介して電源（ＶＧ）へ流れ、次第に減少して零
となる。

【０１４６】以上のような動作を繰り返すことにより、
バッテリ電源から電源ＶＧへエネルギを転送することが
できる。

【０１４７】実施例６．図１３は、図１に示す電力変換
器４を改良したもので、図１のリアクトルＬＬ１の第１
コイルに、コイルＷＴ２を追加して、このコイルＷＴ２
を変圧器巻線として活用している。

【０１４８】図１３のリアクトルＬＬ６は、一端が第２
電源である電源（ＶＲＧ）に接続された第２コイルと、
図１の第１コイルに相当するコイルＷＴ１と、更に第２
コイルと近接配置されたコイルＷＴ２とによって構成さ
れている。コイルＷＴ２の一端側はリアクトルＬＬ７を
介して電源（ＶＧ）に接続され、コイルＷＴ２の他端側
には、基準電位（ＶＣＯＭ）からコイルＷＴ２に向かっ
て電流を流す方向にダイオードＤＣ１１が接続されてい
る。また、コイルＷＴ２とリアクトルＬＬ７との接続点
には、基準電位（ＶＣＯＭ）からリアクトルＬＬ７に向
かって電流を流す方向にダイオードＤＣ１２が接続され
ている。

【０１４９】図１３の動作は、まず、トランジスタＴＲ
Ｃ１をＯＮしてリアクトルＬＬ６を励起させ、コイルＷ
Ｔ２に電圧を誘起させる。

【０１５０】次に、トランジスタＴＲＣ１をＯＦＦする
と、コイルＷＴ２に流れる電流は零となり、リアクトル
ＬＬ６に発生した磁気エネルギは、コイルＷＴ１により
ダイオードＤＣ１０を介して電源（ＶＧ）へ転送され
る。一方、トランジスタＴＲＣ１のＯＮ時にコイルＷＴ
２に誘起された電圧に応じて、リアクトルＬＬ７に起電
圧が発生し、このリアクトルＬＬ７における磁気エネル
ギは、ダイオードＤＣ１２を介して電源（ＶＧ）へ転送
される。

【０１５１】このように本実施例６の構成の電力変換器
は、変圧器としての機能と、リアクトルとしての機能の
両方の機能を有しており、電源（ＶＲＧ）から電源（Ｖ
Ｇ）へエネルギを転送している。

【０１５２】そして、本実施例６の電力変換器は、電源
（ＶＧ）へ比較的平滑で直流に近い電流を供給可能でき
るという効果を有しており、また、トランジスタＴＲＣ
１のエミッタがほぼ基準電位ＶＣＯＭとなっているた
め、このトランジスタＴＲＣ１の駆動には絶縁電源が不
要であり、その駆動が容易である。

【０１５３】また、図１の制御装置において、電源（Ｖ
Ｇ）の電圧に比較して、入力商用交流電源が大きい場合
は、この交流電源を整流して得られた電圧を電源（ＶＲ
Ｇ）とする事も可能である。なお、この場合は、図１に
示す充電回路３は不要となり、演算部２の電源回路５
は、その入力電源を電源ＶＲＧに変更する。

【０１５４】以上説明したように、電位の異なる電源間
で電力の転送を行うこととしたので、電動機からの回生
エネルギが大きい場合にも、電動機の巻線を駆動するた
めの電源電圧を一定に維持することが可能である。ま
た、制御装置に放電回路を設ける必要がなく、放電回路
による発熱がないため制御装置の小型化に有利となる。

【０１５５】なお、本発明は以上に説明した実施例に限
定するものではなく、種々応用、部分的な変形をしたも
のを含むものである。例えば、電動機の種類、電動機の
相数、電動機の巻き線の種類等に伴う駆動トランジスタ
の追加、回路各部の瞬時過電圧を防止するためのフィル
ター、スナバ回路、リミッタの付加等が考えらる。

【０１５６】

【発明の効果】本発明の電動機の制御装置では、電動機
の巻線に所定の駆動電流を流すための電力素子の素子数
を減らし、更に、電動機の巻線に接続された第１電源
と、この第１電源と異なる電位を有する第２電源又は第
３電源を設け、第１電源と第２電源、第１電源と第３電
源との間で、それぞれ電力の転送を行なう第１、第２電
力変換手段を設けた。

【０１５７】そして、これらの電力変換手段を活用する
ことにより、電動機で発生する磁気エネルギ等を第２電
源に回生し、又は第３電源に蓄積することができ、更に
この回生・蓄積された電力を第１電源に転送して巻線の
駆動に用いることが可能となる。従って、電動機の制御
装置の小型化、低コスト化のみならず、電動機の回生エ
ネルギを有効に利用し、効率のよい制御装置とすること
が可能となる。

【０１５８】また、制御装置の電源として、電圧変動の
大きい商用電源等を用いた場合にも、本発明の制御装置
では、電位の異なる電源間で任意に電力の転送ができる
ため、電力素子や、各スイッチ素子を駆動するための電
源を一定電圧に維持することが容易である。従って、各
電力素子やスイッチ素子等の電圧定格を、電源電圧の変
動を見込んで設定する必要がなく、電源電圧を有効に利
用することが可能となる。

【０１５９】更に、電動機の回生エネルギを、一旦、第
３電源に回生・蓄積する事としているため、放電回路の
放電スイッチ素子や放電抵抗を不要とすることも可能と
なる。従って、放電回路の発熱や、制御装置の発熱を低
減でき、制御装置の小型化にもより有利となる。

【０１６０】また、本発明では、電力増幅部の基準電位
と演算部の基準電位とを接続して共通化することとし
た。そして、電力素子と基準電位との間に電流検出用抵
抗器を設け、電力増幅部の第１電源及び第２電源と基準
電位との間に、各電源電圧を検出するための分圧抵抗器
等を設ければ、高価なアイソレータ等を用いることな
く、これらの電流・電圧の検出が可能となる。更に、電
力素子を駆動するための絶縁電源を削減でき、部品点数
が大幅に削減可能で、コストの低減を実現できる。

【０１６１】そして、本発明の電動機の制御装置と、こ
の制御装置を制御するための上位の制御装置と間におけ
る信号のやりとりを、電気的に絶縁した状態で行うこと
とすれば、制御装置の絶縁不良や、電力増幅部における
ノイズの発生等の問題を回避でき、システム上の信頼性
が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例１に係る電動機の制御装置の
概略構成を示す図である。

【図２】 本発明の制御装置で駆動する電動機の構成を
示す図である。

【図３】 本発明の制御装置で駆動する電動機の図２と
異なる構成を示す図である。

【図４】 図３の電動機が発生する回転トルクの波形を
示す図である。

【図５】 本発明の実施例２に係る電力変換器の構成を
示す図である。

【図６】 本発明の実施例３に係る電力変換器の構成を
示す図である。

【図７】 実施例１及び実施例２の電力変換部の動作を
説明するための図である。

【図８】 実施例２の電力変換部の動作を説明するため
の図である。

【図９】 本発明の実施例４に係る電力変換器の構成を
示す図である。

【図１０】 本発明の実施例５に係る電力変換器の構成
を示す図である。

【図１１】 実施例４及び実施例５の電力変換部の動作
を説明するための図である。

【図１２】 実施例４及び実施例５の電力変換部の動作
を説明するための図である。

【図１３】 本発明の実施例６に係る電力変換器の構成
を示す図である。

【図１４】 従来の電動機の制御装置の構成を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ 電動機、 ２ 演算部、 ３ 充電回路、 ４ 電
力変換器、 ５ 電源回路、 ９ 上位制御装置。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 巻線に所定の駆動電流を供給して電動機
   を駆動する電動機の制御装置において、 前記電動機の巻線の一端に接続され、前記巻線に電力増
   幅部の基準電位に対する第１電圧を供給する第１電源
   と、 前記基準電位と前記電動機の巻線の他端との間に設けら
   れ、前記電動機の巻線に所定の駆動電流を流すための電
   力素子と、 前記電動機の巻線の他端側にダイオードを介して接続さ
   れ、前記電動機の磁気エネルギ等を回生する第２電圧を
   供給する第２電源と、 前記第１電源と前記第２電源との間で電力の転送を行な
   う第１電力変換手段と、 を有することを特徴とする電動機の制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の電動機の制御装置におい
   て、 前記第１電力変換手段は、 前記第１電源にその一端が接続された第１コイルと、こ
   の第１コイルに近接配置され、一端が前記第２電源に接
   続された第２コイルと、を含むリアクトルと、 前記第１コイルの他端側にそのカソード側が接続され、
   前記第１コイルに前記第１電源に向かう方向の電流を流
   すためのダイオードと、 前記第２コイルの他端側に接続されたスイッチ素子と、 を有し、 前記スイッチ素子を所定のタイミングでスイッチングす
   ることにより、所定の磁気エネルギを前記第２コイルか
   ら前記第１コイルへ伝達し、前記第２電源から前記第１
   電源への電力の転送を行なうことを特徴とする電動機の
   制御装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の電動機の制御装置にお
   いて、 直流電圧を出力する直流電源である第３電源と、 前記第１電源と前記第３電源との間で電力の転送を行な
   う第２電力変換手段と、 を有することを特徴とする電動機の制御装置。
4. 【請求項４】 請求項１及び３のいずれかに記載の電動
   機の制御装置において、 前記第１電力変換手段あるいは前記第２電力変換手段
   は、 電力変換する前後の電源を第ｍ電源、第ｎ電源とする
   と、 前記第ｍ電源にその一端が接続され、他端に第１スイッ
   チ素子が接続された第１コイルと、この第１コイルに近
   接配置され、一端が第ｎ電源に接続され、他端に第２ス
   イッチ素子が接続された第２コイルと、を含むリアクト
   ルと、 前記第１コイルと前記第１スイッチ素子との接続点にそ
   のカソード側が接続され、前記第ｍ電源に向かう方向の
   電流を流すための第１ダイオードと、 前記第２コイルと前記第２スイッチ素子との接続点にそ
   のカソード側が接続され、前記第２コイルに前記第２電
   源に向かう方向の電流を流すための第２ダイオードと、 を有し、 前記第１及び第２スイッチ素子を所定のタイミングでス
   イッチングすることにより、前記第２及び第１コイルの
   間において所定の磁気エネルギの伝達を行い、前記第ｎ
   電源と前記第ｍ電源との間で電力の転送を行なうことを
   特徴とする電動機の制御装置。
5. 【請求項５】 請求項１及び３のいずれかに記載の電動
   機の制御装置において、 前記第１電力変換手段あるいは前記第２電力変換手段
   は、 電力変換する前後の電源を第ｍ電源、第ｎ電源とする
   と、 前記第ｎ電源にコレクタ側が接続された第１トランジス
   タと、 前記第１トランジスタのエミッタ側に一端が接続され、
   第ｍ電源に他端が接続された第１コイルと、 前記第１コイルと前記第１トランジスタのエミッタ側と
   の接続点に、そのカソード側が接続され、前記基準電源
   から前記第１コイルに向かう方向の電流を流す第１ダイ
   オードと、 一端側が第ｍ電源に接続された第２コイルと、 前記第２コイルの他端側にそのコレクタが接続された第
   ２トランジスタと、 前記第２コイルと前記第２トランジスタのコレクタ側と
   の接続点にそのアノードが接続され、カソードが前記第
   ｎ電源に接続された第２ダイオードと、 を有し、 前記第２トランジスタを所定のタイミングでスイッチン
   グすることによって、前記第ｍ電源から前記第ｎ電源へ
   の電力の転送を行なうことを特徴とする電動機の制御装
   置。
6. 【請求項６】 請求項１及び３のいずれかに記載の電動
   機の制御装置において、 前記第１電力変換手段あるいは前記第２電力変換手段
   は、 電力変換する前後の電源が第ｍ電源、第ｎ電源であり、
   第ｍ電源は第ｎ電源より小さい電圧の電源であって、 前記第ｍ電源にその一端が接続された第３コイルと、 前記第３コイルの他端側にそのコレクタが接続された第
   ３トランジスタと、 前記第３コイルと前記第３トランジスタとの接続点にそ
   のアノードが接続され、前記第ｎ電源にそのカソードが
   接続され、前記第３コイルから前記第ｎ電源に向かう方
   向に電流を流す第３ダイオードと、 前記第３トランジスタのコレクタにカソードが接続さ
   れ、前記第３コイルに向かう方向に電流を流す第４ダイ
   オードと、 コレクタが前記第ｎ電源に接続され、エミッタが前記第
   ３コイルと前記第３トランジスタとの接続点に接続され
   た第４トランジスタと、 を有し、 前記第３トランジスタを所定のタイミングでスイッチン
   グすることにより、前記第ｍ電源から前記第ｎ電源に電
   力を転送し、 前記第４トランジスタを所定のタイミングでスイッチン
   グすることにより前記第ｎ電源から前記第ｍ電源への電
   力の転送を行なうことを特徴とする電動機の制御装置。
7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれか一つに記載の電
   動機の制御装置において、 前記電力素子を含んで構成された電力増幅部であって前
   記電動機を駆動するための電力増幅部の前記基準電位
   に、前記電力素子を制御するための所定の制御信号を発
   生する演算部の基準電位を接続したことを特徴とする電
   動機の制御装置。
8. 【請求項８】 請求項７記載の電動機の制御装置におい
   て、 前記電力素子と電力増幅部の基準電位との間には、電流
   検出用抵抗器が設けられていることを特徴とする電動機
   の制御装置。
9. 【請求項９】 請求項７記載の電動機の制御装置におい
   て、 前記第１電源及び前記第２電源の電位を検出するため
   に、前記第１電源と電力増幅部の前記基準電位との間
   と、前記第２電源と電力増幅部の前記基準電位との間と
   の少なくともいずれかに、分圧抵抗器を備えることを特
   徴とする電動機の制御装置。
10. 【請求項１０】 請求項７に記載の電動機の制御装置に
    おいて、 前記電動機の制御装置は、この制御装置の上位制御装置
    から、電気的に絶縁された状態で所定の制御指令を受け
    るための受信手段を有することを特徴とする電動機の制
    御装置。
11. 【請求項１１】 請求項７に記載の電動機の制御装置に
    おいて、 前記電動機の演算部の制御電源は、前記第１電源、前記
    第２電源あるいは第３電源のいずれかに基づいて作られ
    ていることを特徴とする電動機の制御装置。