JPH10304688A

JPH10304688A - 充電回路付き駆動装置

Info

Publication number: JPH10304688A
Application number: JP10724897A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiro Takao; 信博鷹尾
Original assignee: Nidec Corp; Nidec Shimpo Corp
Current assignee: Nidec Corp; Nidec Drive Technology Corp
Priority date: 1997-04-24
Filing date: 1997-04-24
Publication date: 1998-11-13
Anticipated expiration: 2017-04-24
Also published as: JP3636861B2

Abstract

(57)【要約】【課題】交流リアクトルを別途必要とせず、大容量の
切替手段も必要としない。【解決手段】誘導モータ１４の回転駆動時には、誘導
モータ１４の各巻線１４ａ，１４ｂ，１４ｃのスター結
線と充電回路１１とが切り離され、モータ駆動回路１３
により誘導モータ１４は回転駆動制御され、また、充電
時には、充電回路１１からの充電電流がバッテリー１２
側に供給され、モータ駆動回路１３内のダイオード２
３，２７，３１で分流された後に各巻線１４ａ，１４
ｂ，１４ｃに供給され、スター結線の中性点１５を介し
て充電回路１１に戻るようになっている。このため、充
電時には各巻線１４ａ，１４ｂ，１４ｃが交流リアクト
ルとして作用し、これによって交流リアクトルを別途必
要とせず、かつ従来のようなスター結線と交流電源とを
切り替える大容量の切替手段を必要としない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バッテリーなどの
二次電池を電源とする車両などの駆動に使用され、二次
電池充電回路とモータ駆動回路の両方を設けた充電回路
付き駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の充電回路付き駆動装置
は、例えば電気自動車の電気システムなどに使用されて
おり、バッテリーなどの二次電池の直流電力を、回生機
能を持つ順逆変換動作可能な電力変換器により交流電力
に変換して車輪駆動用の交流電動機に供給し、これによ
って、交流電動機を回転駆動している。

【０００３】図４は、従来の充電回路付き駆動装置の構
成を示すブロック図である。

【０００４】図４において、二次電池としてのバッテリ
ー１の両端は電力変換器としてのインバータ２にそれぞ
れ接続され、このインバータ２の各出力端はそれぞれ車
輪駆動用の交流電動機としての誘導モータ３の各巻線３
ａ，３ｂ，３ｃの各一方端にそれぞれ接続されており、
バッテリー１からの直流電力をインバータ２で交流電力
に変換して誘導モータ３の各巻線３ａ，３ｂ，３ｃに供
給可能になっている。また、誘導モータ３の各巻線３
ａ，３ｂ，３ｃの各他方端はそれぞれ、開閉器４の各共
通接点４ａ，４ｂ，４ｃにそれぞれ接続され、開閉器４
の各切替接点のうち一方切替接点４ｄ，４ｅ，４ｆはそ
れぞれ交流電源５に接続され、開閉器４の各切替接点の
うち他方切替接点４ｇ，４ｈ，４ｉはそれぞれ互いに接
続されており、開閉器４は、誘導モータ３の各巻線３
ａ，３ｂ，３ｃの各他方端を、交流電源５側とスター結
線側の何れかに切り替え接続可能に構成されている。

【０００５】上記構成により、誘導モータ３を駆動する
に際して、開閉器４の各共通接点４ａ，４ｂ，４ｃをそ
れぞれ他方切替接点４ｇ，４ｈ，４ｉにそれぞれ接続す
ることで、誘導モータ３の各巻線３ａ，３ｂ，３ｃをス
ター結線とする。これによって、誘導モータ３の各巻線
３ａ，３ｂ，３ｃは、交流電源５と切り離されると共
に、バッテリー１からの直流電力がインバータ２で交流
電力に変換されて入力され、誘導モータ３は、回転駆動
して力行運転することになる。また。誘導モータ３の回
生制動時には、インバータ２によって力行運転時とは逆
の電力変換、即ち交流電力から直流電力への電力変換が
行われて、電力をバッテリー１側に回生させることにな
る。このように、インバータ２内には、図示されていな
いモータ駆動回路が設けられており、それによって誘導
モータ３の回転駆動が行われている。

【０００６】一方、バッテリー１への充電に際しては、
開閉器４の各共通接点４ａ，４ｂ，４ｃをそれぞれ一方
切替接点４ｄ，４ｅ，４ｆとそれぞれ接続することで、
誘導モータ３の各巻線３ａ，３ｂ，３ｃをそれぞれ交流
電源５側に接続する。これによって、交流電源５からの
充電電力が誘導モータ３の各巻線３ａ，３ｂ，３ｃをそ
れぞれ介してインバータ２に供給され、インバータ２は
上記回生制動時と同様の動作により交流電力を直流電力
に変換してバッテリー１を充電することになる。このと
き、誘導モータ３の各巻線３ａ，３ｂ，３ｃは交流リア
クトルとして作用している。また、インバータ２内に
は、図示されていない充電制御回路が設けられており、
それによって充電動作が制御されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
構成では、誘導モータ３の各巻線３ａ，３ｂ，３ｃをバ
ッテリー充電時の充電電流の制限用に使用しているた
め、交流リアクトルを別途必要としないという利点はあ
るものの、誘導モータ３の各巻線３ａ，３ｂ，３ｃをバ
ッテリー１への充電用と、誘導モータ３の駆動用とに切
り替える開閉器４のような大容量の切替手段を必要とす
るという問題を有していた。

【０００８】この開閉器４は、交流電源５側に接続した
充電時の、比較的小さい充電電流だけではなく、スター
結線側に接続したモータ回転駆動時の大きな電流も流さ
なければならず、大容量の切替手段となっている。

【０００９】本発明は、上記従来の問題を解決するもの
で、交流リアクトルを別途必要とせず、かつ大容量の切
替手段を必要としない充電回路付き駆動装置を提供する
ことを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の充電回路付き駆
動装置は、二次電池と、この二次電池に接続されてモー
タを駆動するモータ駆動回路と、二次電池を充電可能な
充電回路とを有する充電回路付き駆動装置であって、充
電回路の両端間に、二次電池、モータ駆動回路内の駆動
用素子さらにモータ巻線からなる直列回路が接続されて
いることを特徴とするものである。この場合、モータ
が、誘導モータや同期モータなどの交流モータに適応可
能である他、ブラシ付きＤＣモータやブラシレスＤＣモ
ータなどの直流モータに適応可能である。特に、ブラシ
付きＤＣモータの場合には、本発明の充電回路付き駆動
装置は、二次電池と、この二次電池に接続されてモータ
を駆動するモータ駆動回路と、二次電池を充電可能な充
電回路とを有する充電回路付き駆動装置であって、充電
回路の両端間に、二次電池、モータ駆動回路内の駆動用
素子、駆動用ブラシ、モータ巻線さらに充電用ブラシか
らなる直列回路が接続されていることを特徴とするもの
である。

【００１１】この構成により、充電回路の両端間に、二
次電池、モータ駆動回路内の駆動用素子さらにモータ巻
線からなる直列回路が接続されているので、充電時に、
充電回路の＋側端から出力される充電電流は、二次電
池、モータ駆動回路内の駆動用素子さらにモータ巻線を
経て充電回路の−側端に戻るように閉ループを形成して
流れることになる。このとき、モータ巻線は、バッテリ
ー充電時の充電電流の制限用として作用し、リアクトル
を別途必要とせず、また、モータ駆動時と充電時との切
り替えは、モータ巻線に駆動電力を供給する経路外の充
電回路内で行っており、例えばモータ駆動時には、充電
回路がオフで充電回路とモータ巻線とが切り離され、モ
ータ巻線には、二次電池から駆動電力が供給可能であ
り、また、例えば充電時には、充電回路がオンで充電回
路とモータ巻線とが接続され、充電回路から二次電池に
充電電流が供給された後にモータ巻線を介して流れるよ
うになっており、モータ巻線に駆動電力を供給する経路
中に、従来のような大容量の切替手段を必要としない。

【００１２】また、好ましくは、本発明の充電回路付き
駆動装置における充電回路の一方端にモータ巻線の中間
部が接続されていることを特徴とする。このモータ巻線
の中間部は、好ましくは、モータ巻線がスター結線の場
合はその中性点、モータ巻線がデルタ結線の場合はデル
タ結線を構成する各モータ巻線のうちの何れかのモータ
巻線の中間点であることを特徴とする。

【００１３】この構成により、巻線の中間点としてスタ
ー結線の場合はその中性点、デルタ結線の場合は各巻線
のうちの何れかの巻線の中間点であればよいが、スター
結線の中性点から接続線が取り出し易いのに対して、何
れかの巻線の中間点から接続線を取り出す場合には、巻
線に対して加工するなどして接続部を設ける必要があ
り、若干の加工工数が必要となる。

【００１４】また、スター結線されているモータの、リ
アクトルとしての巻線の方が、デルタ結線されているモ
ータの、リアクトルとしての巻線よりも、インダクタン
スの値が約１．３倍大きいので、スイッチング素子のス
イッチング周波数を下げることが可能で、スイッチング
素子の発熱を小さくすることが可能である。

【００１５】さらに、好ましくは、本発明の充電回路付
き駆動装置における駆動用素子はフライホイール・ダイ
オードおよびスイッチング素子のうち何れかであること
を特徴とする。

【００１６】この構成により、モータ駆動回路内の駆動
用素子としてフライホイール・ダイオードやスイッチン
グ素子を用いることで、別に充電電流用経路を設ける必
要はなく、簡単な構成で充電電流をモータ巻線に容易に
流すことが可能となって、モータ巻線を充電電流制限用
に用いることが可能となる。

【００１７】また、二次電池の電圧が高い場合には、定
格電圧の高いスイッチング素子を使用する必要があり、
スイッチング素子が特にＦＥＴ（電解効果トランジス
タ）の場合、スイッチング素子のオン抵抗が大きいの
で、充電電流はフライホイール・ダイオードを通した方
が損失がより少なくなり、また、二次電池の電圧が低い
場合には、定格電圧の低いスイッチング素子を使用で
き、スイッチング素子が特にＦＥＴの場合、スイッチン
グ素子のオン抵抗が小さいので、充電電流はスイッチン
グ素子を通した方が損失がより少なくなる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る充電回路付き
駆動装置の実施形態について図面を参照して説明する
が、本発明は以下に示す各実施形態に限定されるもので
はない。

【００１９】（実施形態１）図１は本発明の実施形態１
の充電回路付き駆動装置の構成を示す回路図である。

【００２０】図１において、充電を制御する充電回路１
１の＋側端は、二次電池としてのバッテリー１２の＋側
端子とモータ駆動回路１３との接続点に接続され、バッ
テリー１２の−側端子もモータ駆動回路１３に接続され
ており、バッテリー１２からモータ駆動回路１３に直流
電力を供給可能で、かつ充電回路１１からバッテリー１
２に充電電力を供給可能である。また、このモータ駆動
回路１３の各出力端にはそれぞれ誘導モータ１４の多相
巻線１４ａ，１４ｂ，１４ｃの一方端がそれぞれ接続さ
れており、モータ駆動回路１３は、バッテリー１２から
の直流電力を交流駆動電力に電力変換して多相巻線１４
ａ，１４ｂ，１４ｃにそれぞれ出力するように構成され
ている。さらに、これらの多相巻線１４ａ，１４ｂ，１
４ｃの他方端は中性点１５で一括して接続されてスター
結線を構成しており、そのスター結線の中性点１５は充
電回路１１の−側端に接続されている。

【００２１】この充電回路１１は、交流電源１６と充電
スイッチ１７との直列回路の両端が整流器１８の交流入
力端に接続されており、この整流器１８の＋側の直流出
力端にはスイッチング素子としての定電流充電用トラン
ジスタ１９が接続されて構成されており、交流電源１６
からの交流電力が整流器１８を介して直流電力に変換さ
れた後、さらに定電流充電用トランジスタ１９を介して
一定の直流電流としてバッテリー１２に供給可能に構成
されている。このように、充電回路１１は、充電時に
は、充電スイッチ１７がオンで、かつ定電流充電用トラ
ンジスタ１９の制御端子に所定電圧が印加されて所定電
流が通電可能であり、また、モータ駆動時には、充電ス
イッチ１７がオフで、かつ定電流充電用トランジスタ１
９の制御端子に電圧印加が為されず通電不能の状態とな
っている。

【００２２】この場合、充電スイッチ１７のオン・オフ
制御時には、比較的小さい充電電流を流せばよいので大
容量とする必要はなく、さらに、定電流充電用トランジ
スタ１９の通電不能時に充電スイッチ１７のオン・オフ
制御を行うようにすれば、オン・オフ制御時に電流は流
れないことになり、接点容量の小さいスイッチを用いる
ことができる。さらに、定電流充電用トランジスタ１９
の開閉だけで充電制御をするようにすれば、充電スイッ
チ１７は省略することも可能である。さらに、本発明
は、バッテリー１２を電源とする電気車両などに使用さ
れ、電気車両の走行中はバッテリー１２を電源として誘
導モータ１４が回転駆動するため、交流電源１６に接続
することはできず、電気車両の停車時に交流電源１６と
接続して充電を行うようになっている。

【００２３】また、モータ駆動回路１３は、スイッチン
グ素子としての駆動用トランジスタ２０，２１の直列回
路とフライホイール・ダイオード２２，２３の直列回路
とが並列接続されており、これらのフライホイール・ダ
イオード２２，２３の接続点は駆動用トランジスタ２
０，２１の接続点に接続されると共に誘導モータ１４の
巻線１４ａの一方端に接続され、また、スイッチング素
子としての駆動用トランジスタ２４，２５の直列回路と
フライホイール・ダイオード２６，２７の直列回路とが
並列接続されており、これらのフライホイール・ダイオ
ード２６，２７の接続点は駆動用トランジスタ２４，２
５の接続点に接続されると共に誘導モータ１４の巻線１
４ｂの一方端に接続され、さらに、スイッチング素子と
しての駆動用トランジスタ２８，２９の直列回路とフラ
イホイール・ダイオード３０，３１の直列回路とが並列
接続されており、これらのフライホイール・ダイオード
３０，３１の接続点は駆動用トランジスタ２８，２９の
接続点に接続されると共に誘導モータ１４の巻線１４ｃ
の一方端に接続されて構成されている。これらのフライ
ホイール・ダイオード２２，２３、フライホイール・ダ
イオード２６，２７およびフライホイール・ダイオード
３０，３１は全て、バッテリー１２の＋側から電流が流
れ込んでくる方向に対して阻止する方向に接続（ダイオ
ードのカソード側がバッテリー１２の＋側に接続）され
ていると共に、駆動用トランジスタ２０，２１、駆動用
トランジスタ２４，２５および駆動用トランジスタ２
８，２９のうちのオンしている素子がオフしたときに、
駆動用トランジスタを保護すべく、誘導モータ１４の多
相巻線１４ａ，１４ｂ，１４ｃに流れる電流を循環させ
て逃がすように構成されている。

【００２４】また、これらの駆動用トランジスタ２０，
２１、駆動用トランジスタ２４，２５および駆動用トラ
ンジスタ２８，２９は、図示しないモータ駆動制御回路
によって、順次、オン・オフ制御されて、スター結線の
多相巻線１４ａ，１４ｂ，１４ｃに位相の異なる交流電
力を供給可能に構成されている。これらの駆動用トラン
ジスタ２０，２１、駆動用トランジスタ２４，２５およ
び駆動用トランジスタ２８，２９のオン・オフ制御は、
例えば、まず第１に、駆動用トランジスタ２０，２５，
２８がオンし、駆動用トランジスタ２１，２４，２９が
オフすると、電流は、巻線１４ａおよび巻線１４ｃから
巻線１４ｂに流れることになる。第２に、駆動用トラン
ジスタ２０，２５，２９がオンし、駆動用トランジスタ
２１，２４，２８がオフすると、電流は、巻線１４ａか
ら巻線１４ｃおよび巻線１４ｂに流れることになる。第
３に、駆動用トランジスタ２０，２４，２９がオンし、
駆動用トランジスタ２１，２５，２８がオフすると、電
流は、巻線１４ａおよび巻線１４ｂから巻線１４ｃに流
れることになる。第４に、駆動用トランジスタ２１，２
４，２９がオンし、駆動用トランジスタ２０，２５，２
８がオフすると、電流は、巻線１４ｂから巻線１４ａお
よび巻線１４ｃに流れることになる。第５に、駆動用ト
ランジスタ２１，２４，２８がオンし、駆動用トランジ
スタ２０，２５，２９がオフすると、電流は、巻線１４
ｂおよび巻線１４ｃから巻線１４ａに流れることにな
る。第６に、駆動用トランジスタ２１，２５，２８がオ
ンし、駆動用トランジスタ２０，２４，２９がオフする
と、電流は、巻線１４ｃから巻線１４ａおよび巻線１４
ｂに流れることになる。以上で移動子が１回転し、これ
が繰り返されることになって移動子が回転駆動する。

【００２５】また、誘導モータ１４の回生制動時にも同
様に、図示しないモータ駆動制御回路によって、順次、
駆動用トランジスタ２０，２１、駆動用トランジスタ２
４，２５および駆動用トランジスタ２８，２９がオン・
オフ制御されて、スター結線の多相巻線１４ａ，１４
ｂ，１４ｃからの交流電力の＋側がバッテリー１２の＋
端子側に印加され、その交流電力の−側がバッテリー１
２の−端子側に印加されるようになっている。

【００２６】上記構成により、誘導モータ１４を回転駆
動するに際して、充電スイッチ１７と定電流充電用トラ
ンジスタ１９がオフの状態で、充電回路１１は誘導モー
タ１４の多相巻線１４ａ，１４ｂ，１４ｃからは切り離
されており、多相巻線１４ａ，１４ｂ，１４ｃはスター
結線となっている。さらに、図示しないモータ駆動制御
回路によって、駆動用トランジスタ２０，２１、駆動用
トランジスタ２４，２５および駆動用トランジスタ２
８，２９を誘導モータ１４が駆動可能なようにスイッチ
ング制御することで、バッテリー１２からの直流電力が
交流電力に変換されて、位相の異なる交流電力が、スタ
ー結線された多相巻線１４ａ，１４ｂ，１４ｃに順次供
給され、誘導モータ１４として回転駆動して力行運転す
ることになる。また、誘導モータ１４の回生制動時に
は、上記力行運転時とは逆の電力変換、即ち交流電力か
ら直流電力への電力変換が行われて、直流電力をバッテ
リー１２側に回生させることになる。

【００２７】また、バッテリー１２への充電に際して
は、交流電源１６を接続すると共に充電スイッチ１７と
定電流充電用トランジスタ１９がオンの状態で、交流電
源１６からの交流電力が整流器１８を介して直流電力に
変換され、この直流電力は定電流充電用トランジスタ１
９によって制御され、一定の直流電力としてバッテリー
１２の＋側端子に供給されて定電流充電される。このと
き、整流器１８の＋側端子から出力された充電電流Ｉ
は、バッテリー１２の＋側端子から−側端子を通ってフ
ライホイール・ダイオード２３，２７，３１で電流Ｉ
１，Ｉ２，Ｉ３に分流されて流れる。さらに、この分流
した電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３はそれぞれ、スター結線され
た多相巻線１４ａ，１４ｂ，１４ｃからその中性点１５
を介して整流器１８の−側端子側に戻ることになる。こ
の場合、誘導モータ１４の多相巻線１４ａ，１４ｂ，１
４ｃは交流リアクトルとして作用している。

【００２８】以上のように、誘導モータ１４の回転駆動
時には、充電回路１１をオフ状態にすることで、誘導モ
ータ１４の多相巻線１４ａ，１４ｂ，１４ｃのスター結
線と充電回路１１とが切り離され、モータ駆動回路１３
により誘導モータ１４は回転駆動制御され、また、誘導
モータ１４の回生制動時には、多相巻線１４ａ，１４
ｂ，１４ｃからの交流電力が直流電力に変換されてバッ
テリー１２側に回生し、さらに、充電時には、充電回路
１１をオン状態にすることで、多相巻線１４ａ，１４
ｂ，１４ｃのスター結線と充電回路１１とが接続された
状態となって、充電回路１１からの充電電流がバッテリ
ー１２側に供給され、モータ駆動回路１３内のダイオー
ド２３，２７，３１で分流された後に多相巻線１４ａ，
１４ｂ，１４ｃに供給され、そのスター結線の中性点１
５を介して充電回路１１に戻るようになっている。この
ため、充電時には多相巻線１４ａ，１４ｂ，１４ｃが交
流リアクトルとして作用し、これによって交流リアクト
ルを別途必要とせず、かつ、誘導モータ１４の駆動電力
供給経路には、従来のようなスター結線と交流電源とを
切り替える大容量の切替手段を必要としない充電回路付
き駆動装置を得ることができる。

【００２９】（実施形態２）上記実施形態１では、誘導
モータ１４の多相巻線１４ａ，１４ｂ，１４ｃがスター
結線の場合について説明したが、本実施形態２では、誘
導モータの多相巻線がデルタ結線の場合である。

【００３０】図２は本発明の実施形態２の充電回路付き
駆動装置の構成を示す回路図であり、図１の充電回路付
き駆動装置と同様の作用効果を有する部材には同一の符
号を付けてその説明を省略する。

【００３１】図２において、誘導モータ３４の多相巻線
３４ａ，３４ｂ，３４ｃはデルタ結線であり、巻線３４
ａと巻線３４ｂの接続点がフライホイール・ダイオード
２６，２７の接続点と駆動用トランジスタ２４，２５の
接続点とに接続され、巻線３４ａと巻線３４ｃの接続点
がフライホイール・ダイオード２２，２３の接続点と駆
動用トランジスタ２０，２１の接続点とに接続され、巻
線３４ｂと巻線３４ｃの接続点がフライホイール・ダイ
オード３０，３１の接続点と駆動用トランジスタ２８，
２９の接続点とに接続されている。ここでは、巻線３４
ｃの中間点３５は充電回路１１の整流器１８の直流側端
子の−側に接続されているが、多相巻線３４ａ，３４
ｂ，３４ｃのうち何れかの巻線の中間点であればよい。
また、この巻線３４ｃの中間点３５は、接続線を取り出
すべく巻線３４ｃに対して加工するなどして設ける必要
がある。これに比べると、上記実施形態１のスター結線
されている中性点１５からの方が接続線を取り出し易
い。

【００３２】上記構成により、誘導モータ３４を回転駆
動するに際して、充電スイッチ１７と定電流充電用トラ
ンジスタ１９がオフの状態で、充電回路１１は誘導モー
タ３４の多相巻線３４ａ，３４ｂ，３４ｃからは切り離
されており、多相巻線３４ａ，３４ｂ，３４ｃはデルタ
結線となっている。さらに、図示しないモータ駆動制御
回路によって、駆動用トランジスタ２０，２１、駆動用
トランジスタ２４，２５および駆動用トランジスタ２
８，２９を誘導モータ３４が駆動可能なようにスイッチ
ング制御することで、バッテリー１２からの直流電力が
交流電力に変換されて、位相の異なる交流電力が、デル
タ結線された多相巻線３４ａ，３４ｂ，３４ｃに順次供
給され、誘導モータ３４を回転駆動して力行運転するこ
とになる。また、誘導モータ３４の回生制動時には、上
記力行運転時とは逆の電力変換、即ち交流電力から直流
電力への電力変換が行われて、直流電力をバッテリー１
２側に回生させることになる。

【００３３】また、バッテリー１２への充電に際して
は、交流電源１６を接続すると共に充電スイッチ１７と
定電流充電用トランジスタ１９がオンの状態で、交流電
源１６からの交流電力が整流器１８を介して直流電力に
変換され、この直流電力は定電流充電用トランジスタ１
９によって制御され、一定の直流電力としてバッテリー
１２の＋側端子に供給されて定電流充電される。このと
き、整流器１８の＋側端子から出力された充電電流Ｉ
は、バッテリー１２の＋側端子から−側端子を通ってフ
ライホイール・ダイオード２３，２７，３１で電流Ｉ
１，Ｉ２，Ｉ３に分流して流れる。さらに、この分流し
た電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３はそれぞれ、デルタ結線された
多相巻線３４ａ，３４ｂ，３４ｃから巻線３４ｃの中間
点３５を介して整流器１８の−側端子側に戻ることにな
る。この場合、誘導モータ３４の多相巻線３４ａ，３４
ｂ，３４ｃは交流リアクトルとして作用している。

【００３４】以上のように、誘導モータ３４の回転駆動
時には、充電回路１１をオフ状態にすることで、多相巻
線３４ａ，３４ｂ，３４ｃのデルタ結線と充電回路１１
とが切り離されて、モータ駆動回路１３により誘導モー
タ３４は回転駆動制御され、また、誘導モータ３４の回
生制動時には、多相巻線３４ａ，３４ｂ，３４ｃからの
交流電力が直流電力に変換されてバッテリー１２側に回
生し、さらに、充電時には、充電回路１１をオン状態に
することで、多相巻線３４ａ，３４ｂ，３４ｃのデルタ
結線と充電回路１１とが接続された状態となって、充電
回路１１からの充電電力がバッテリー１２側に供給さ
れ、モータ駆動回路１３内のダイオード２３，２７，３
１で分流された後に多相巻線３４ａ，３４ｂ，３４ｃに
供給され、巻線３４ｃの中間点３５を介して充電回路１
１に戻るようになっている。このため、充電時には多相
巻線３４ａ，３４ｂ，３４ｃが交流リアクトルとして作
用し、これによって交流リアクトルを別途必要とせず、
かつ、誘導モータ３４の駆動電力供給経路には、従来の
ようなスター結線と交流電源とを切り替える大容量の切
替手段を必要としない充電回路付き駆動装置を得ること
ができる。

【００３５】（実施形態３）上記実施形態１では、誘導
モータ３４の各巻線３４ａ，３４ｂ，３４ｃがスター結
線の場合について説明し、また、上記実施形態２では、
誘導モータの各巻線がデルタ結線の場合について説明し
たが、本実施形態３ではブラシ付きＤＣモータの場合に
ついて説明する。

【００３６】図３は本発明の実施形態３の充電回路付き
駆動装置の構成を示す回路図であり、図１および図２の
充電回路付き駆動装置と同様の作用効果を有する部材に
は同一の符号を付けてその説明を省略する。

【００３７】図３において、モータ駆動回路４３の両出
力端は、ブラシ付きＤＣモータ４４の両駆動ブラシ４５
ａ，４５ｂに接続されており、これらの両駆動ブラシ４
５ａ，４５ｂは電機子４６に接続可能になっていると共
に、この電機子４６には充電ブラシ４７が接続可能にな
っている。つまり、この電機子４６には、モータ巻線
（図示せず）の両端にそれぞれ接続された各整流子（図
示せず）が回転軸外周側に配設されており、これらの各
整流子（図示せず）に駆動ブラシ４５ａ，４５ｂが接続
可能となっている。また、モータ巻線（図示せず）の中
間部から取り出された接続線を介して、回転軸外周側に
配設された別の整流子（図示せず）に充電ブラシ４７が
接続可能になっている。

【００３８】この充電ブラシ４７が充電回路１１の整流
器１８の直流側端子の−側に接続されている。このよう
に、ブラシ付きＤＣモータ４４から整流器１８の−側端
子への接続線を取り出すためには、充電用ブラシ４７と
してブラシやブラシ・ホルダーを駆動用ブラシ４５ａ，
４５ｂとしてのブラシやブラシ・ホルダーに追加して別
途配設しなければならないために、適当な加工工数が新
たに必要となる。ブラシ付きモータ４４をスイッチング
素子を用いて可変速駆動する方が、ブラシレスＤＣモー
タをスイッチング素子を用いて可変速駆動するよりもス
イッチング素子の数が少なくてすみ、その制御もより簡
単である。

【００３９】このモータ駆動回路４３は、スイッチング
素子としての駆動用トランジスタ５０，５１の直列回路
とフライホイール・ダイオード５２，５３の直列回路と
が並列接続されており、これらのフライホイール・ダイ
オード５２，５３の接続点は駆動用トランジスタ５０，
５１の接続点に接続されていると共に駆動ブラシ４５ａ
に接続され、また、スイッチング素子としての駆動用ト
ランジスタ５４，５５の直列回路とフライホイール・ダ
イオード５６，５７の直列回路とが並列接続されてお
り、これらのフライホイール・ダイオード５６，５７の
接続点は駆動用トランジスタ５４，５５の接続点に接続
されていると共に駆動ブラシ４５ｂに接続されて構成さ
れている。これらのフライホイール・ダイオード５２，
５３およびフライホイール・ダイオード５６，５７は全
て、バッテリー１２の＋側から電流が流れ込んでくる方
向に対して阻止する方向に接続（ダイオードのカソード
側がバッテリー１２の＋側に接続）されていると共に、
駆動用トランジスタ５０，５１および駆動用トランジス
タ５４，５５のうちのオンしている素子がオフしたとき
に、ブラシ付きＤＣモータ４４の電機子４６の巻線に流
れる電流を循環させて逃がすように構成されている。

【００４０】また、これらの駆動用トランジスタ５０，
５１および駆動用トランジスタ５４，５５は、図示しな
いモータ駆動制御回路によってスイッチング制御されて
速度制御が為されている。図示しないモータ駆動制御回
路による速度制御は、例えば駆動用トランジスタ５０お
よび駆動用トランジスタ５５のオン時間を制御するパル
ス幅制御で行われている。このとき、駆動用トランジス
タ５１および駆動用トランジスタ５４はオフ状態であ
る。また、逆回転制御時には、駆動用トランジスタ５１
および駆動用トランジスタ５４のオン時間を制御するパ
ルス幅制御で行われ、駆動用トランジスタ５０および駆
動用トランジスタ５５はオフ状態である。一方、ブラシ
付きＤＣモータ４４の回生制動時にも同様に、図示しな
いモータ駆動制御回路によって制御される駆動用トラン
ジスタ５０，５１および駆動用トランジスタ５４，５５
のうち何れかを介して電機子４６からの電力がバッテリ
ー１２に印加されるようになっている。

【００４１】上記構成により、ブラシ付きＤＣモータ４
４を回転駆動するに際して、充電スイッチ１７と定電流
充電用トランジスタ１９がオフの状態で、充電回路１１
はブラシ付きＤＣモータ４４からは切り離されている。
さらに、図示しないモータ駆動制御回路によって、駆動
用トランジスタ５０および駆動用トランジスタ５５のオ
ン時間をスイッチング制御することで、バッテリー１２
からの直流電力が駆動ブラシ４５ａ，４５ｂの間の電機
子４６に供給され、ブラシ付きＤＣモータ４４は回転速
度が制御されて力行運転することになる。一方、ブラシ
付きＤＣモータ４４の回生制動時には、上記力行運転時
とは逆に電力をバッテリー１２側に回生させることにな
る。

【００４２】また、バッテリー１２への充電に際して
は、交流電源１６を接続すると共に充電スイッチ１７と
定電流充電用トランジスタ１９がオンの状態で、交流電
源１６からの交流電力が整流器１８を介して直流電力に
変換され、この変換された直流電力は定電流充電用トラ
ンジスタ１９によって制御され、一定の直流電力として
バッテリー１２の＋側端子に供給されて定電流充電され
る。このとき、整流器１８の＋側端子に出力された充電
電流Ｉは、バッテリー１２の＋側端子から−側端子を通
ってフライホイール・ダイオード５３，５７で電流Ｉ
４，Ｉ５に分かれて流れる。さらに、これらの分流した
電流Ｉ４，Ｉ５はそれぞれ駆動ブラシ４５ａ，４５ｂか
ら電機子４６に供給され、さらに電機子４６から充電ブ
ラシ４７を介して出力された後に整流器１８の−側端子
側に戻ることになる。この場合、ブラシ付きＤＣモータ
４４の電機子４６内の巻線（図示せず）はリアクトルと
して作用している。

【００４３】以上のように、ブラシ付きＤＣモータ４４
の回転駆動時には、ブラシ付きＤＣモータ４４の駆動ブ
ラシ４５ａ，４５ｂの間から電機子４６に、パルス幅制
御された駆動電力が供給されて回転速度制御が為され、
また、ブラシ付きＤＣモータ４４の回生制動時には、電
機子４６からの電力がバッテリー１２側に回生し、さら
に、充電時には、充電回路１１からの充電電力はバッテ
リー１２側に供給された後に、モータ駆動回路４３内の
フライホイール・ダイオード５３，５７さらに駆動ブラ
シ４５ａ，４５ｂを介して電機子４６に供給され、さら
に電機子４６から充電ブラシ４７を介して充電回路１１
に戻るようになっているため、充電時には電機子４６の
巻線がリアクトルとして作用し、かつ、駆動電力供給経
路に、従来のようなスター結線と交流電源とを切り替え
る大容量の切替手段を必要としない充電回路付き駆動装
置を得ることができる。

【００４４】なお、上記実施形態１ではモータが誘導モ
ータで各巻線がスター結線の場合について説明し、ま
た、上記実施形態２ではモータが誘導モータで巻線がデ
ルタ結線の場合について説明し、さらに、上記実施形態
３ではモータがブラシ付きＤＣモータの場合について説
明したが、本発明が適応されるモータは、誘導モータの
他に同期モータなどの交流モータであってもよく、ブラ
シ付きＤＣモータの他にブラシレスＤＣモータなどの直
流モータであってもよい。

【００４５】また、上記実施形態１〜３では、モータ駆
動回路１３，４３内の駆動用素子としてフライホイール
・ダイオードに充電電流を流すように構成したが、フラ
イホイール・ダイオードの代りにスイッチング素子とし
ての駆動用トランジスタであってもよい。この駆動用ト
ランジスタが特にＦＥＴの場合、ＦＥＴのドレイン・ソ
ース間電圧もバッテリーの電圧の高低に応じて選定さ
れ、ＦＥＴのドレイン・ソース間電圧が高い場合にＦＥ
Ｔのドレイン・ソース間オン抵抗も大きくなる傾向にあ
る。また、ＦＥＴのドレイン・ソース間電圧が低い場合
にＦＥＴのドレイン・ソース間オン抵抗も小さくなる傾
向にある。したがって、バッテリーの電圧が高い場合
に、ＦＥＴのドレイン・ソース間オン抵抗も大きいの
で、充電電流はフライホイール・ダイオードを通した方
がその損失がより少なくなる。また、バッテリーの電圧
が低い場合には、ＦＥＴのドレイン・ソース間オン抵抗
も小さいので、充電電流はスイッチング素子としての駆
動用トランジスタを通した方がその損失がより少なくな
る。

【００４６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、充電回路
から、二次電池、モータ駆動回路内の駆動用素子さらに
モータ巻線が直列接続された充電可能な状態で、モータ
を回転駆動させることができるため、モータ巻線を充電
電流の制限用として用いることができると共に、駆動電
力供給経路に、従来のような大容量の切替手段を必要と
しない充電回路付き駆動装置を得ることができる。

【００４７】また、巻線の中間点としてスター結線の場
合はその中性点から接続線を取り出す方が、デルタ結線
の巻線の中間点から接続線を取り出すよりも、接続線が
取り出し易く、デルタ結線の巻線の中間点から接続線を
取り出す場合には、巻線に対して加工するなどして接続
部を設ける必要があり、若干の加工工数を必要とする。
また、スター結線の巻線の方が、デルタ結線の巻線より
も、インダクタンスの値が約１．３倍大きいため、スイ
ッチング素子のスイッチング周波数を下げることができ
て、スイッチング素子の発熱を小さく抑えることができ
る。

【００４８】さらに、モータ駆動回路内の駆動用素子と
してフライホイール・ダイオードやスイッチング素子を
用いることで、充電電流用に経路を別に設ける必要はな
く、簡単な構成で充電電流をモータ巻線に容易に流すこ
とができて、モータ巻線を充電電流制限用に容易に用い
ることができる。また、二次電池の電圧が高い場合に
は、スイッチング素子のオン抵抗も大きいため、充電電
流はフライホイール・ダイオードを通した方が損失をよ
り少なくすることができ、また、二次電池の電圧が低い
場合には、スイッチング素子のオン抵抗も小さいため、
充電電流はスイッチング素子を通した方が損失をより少
なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１の充電回路付き駆動装置の
構成を示す回路図である。

【図２】本発明の実施形態２の充電回路付き駆動装置の
構成を示す回路図である。

【図３】本発明の実施形態３の充電回路付き駆動装置の
構成を示す回路図である。

【図４】従来の充電回路付き駆動装置の構成を示す回路
図である。

【符号の説明】

１１充電回路１２バッテリー（二次電池）１３，４３モータ駆動回路１４，３４誘導モータ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，３４ａ，３４ｂ，３４ｃ
巻線１５中性点１６交流電源１７充電スイッチ１８整流器１９定電流用トランジスタ（スイッチング素子）２０，２１，２４，２５，２８，２９，５０，５１，５
４，５５駆動用トランジスタ２２，２３，２６，２７，３０，３１，５２，５３，５
６，５７フライホイール・ダイオード３５中間点４４ブラシ付きＤＣモータ４５ａ，４５ｂ駆動ブラシ４６電機子４７充電ブラシ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】二次電池と、この二次電池に接続されて
モータを駆動するモータ駆動回路と、前記二次電池を充
電可能な充電回路とを有する充電回路付き駆動装置であ
って、前記充電回路の両端間に、前記二次電池、前記モータ駆
動回路内の駆動用素子さらにモータ巻線からなる直列回
路が接続されていることを特徴とする充電回路付き駆動
装置。
【請求項２】前記充電回路の一方端に前記モータ巻線
の中間部が接続されていることを特徴とする請求項１記
載の充電回路付き駆動装置。
【請求項３】前記モータ巻線の中間部は、前記モータ
巻線がスター結線の場合はその中性点、前記モータ巻線
がデルタ結線の場合はデルタ結線の各モータ巻線のうち
の何れかのモータ巻線の中間点であることを特徴とする
請求項２記載の充電回路付き駆動装置。
【請求項４】二次電池と、この二次電池に接続されて
モータを駆動するモータ駆動回路と、前記二次電池を充
電可能な充電回路とを有する充電回路付き駆動装置であ
って、前記充電回路の両端間に、前記二次電池、前記モータ駆
動回路内の駆動用素子、駆動用ブラシ、モータ巻線さら
に充電用ブラシからなる直列回路が接続されていること
を特徴とする充電回路付き駆動装置。
【請求項５】前記駆動用素子はフライホイール・ダイ
オードおよびスイッチング素子のうち何れかであること
を特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の充電回路付
き駆動装置。