JP2003134886A - Multi-connection pulse control type of inverter using spread spectrum, and electric vehicle power supply system using the same - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a multi-connection pulse control type of inverter using speed spectrum and a power supply system for an electric vehicle which uses it. SOLUTION: The number of power devices is reduced, whereby making a unit 3 small in size is realized by supplying a power line 1 with AC of high frequency and using an element, capable of bidirectional control, such as a TRIAC on the side of the unit 3.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

従来のモータ制御（直流モータやステッピングモータ、
誘導モータやリニアモータ等）のシステムの構成は図１
に示すように、中央の制御部からケーブルを延ばし、こ
こから制御信号を送信することで電源を制御し（場合に
よっては無線を用いている）、更に分岐したケーブルを
通り、それぞれのモータに電力が供給される仕組みとな
っている。センサ情報やモータへの直接の制御信号も別
箇にケーブルを設置していることが多い。このため、こ
れらの配線によりシステム内部は不必要に複雑化し、時
にはこれらのケーブルの断線やショート、接触不良によ
る故障を招く要因ともなっていた。このようなシステム
の保守点検、改良の際には直接、製作に関わった者でな
い場合には、理解が困難でお手上げとなることもある。
これらの複雑なケーブル類を簡潔にまとめる解決策とし
ては、図２に示すようにインバータのブリッジダイオー
ド部分とＨブリッジ部分を切り離し、この間の電力線に
特定のコードでスペクトラム拡散した電気信号を載せ、
複数のユニットからコードの一致するユニットのみを選
択的に駆動させるという技術を用いる方法があり、これ
により図３に示すようにケーブル類をまとめることがで
きる。しかしながら、Ｈブリッジ等のパワーデバイスは
システムＬＳＩのような小型化が容易ではなく、更に大
電力のアプリケーションにおいては発熱対策のための放
熱板、冷却ファンなども大掛かりとなるため、ユニット
の高コスト化、大型化は避けられない。更に、各モータ
ごとにユニットが必要となるため、リニアモータのよう
な大電力かつ大量のコイルの制御を要するようなアプリ
ケーションや、省スペースが求められるロボットの関節
制御用モータ等には、この方法が必ずしも効率的とはい
えない。このような問題を踏まえ、本件の請求項１で
は、図４に示すように電力線に高周波の交流（矩形波や
正弦波）を供給し、ユニット側ではトライアック等の双
方向制御が可能な素子を用いることで、パワーデバイス
の点数を削減し、これによりユニットの小型化を実現す
ることで上記の問題点を解決する技術を提案し、請求項
２では、この技術の応用として電気自動車への電力供給
システムを提案する。更に、請求項３では、請求項２を
媒体としたコマーシャル等の情報配信サービスのビジネ
スモデルを提案する。Conventional motor control (DC motor, stepping motor,
The system configuration of the induction motor, linear motor, etc.) is shown in Fig. 1.
As shown in, the power is controlled by extending the cable from the central control unit and transmitting the control signal from this (in some cases, wireless is used), and the power is supplied to each motor through the branched cable. Is supplied. Cables are often installed separately for sensor information and direct control signals to the motor. Therefore, these wirings unnecessarily complicate the inside of the system, and sometimes cause a failure due to disconnection or short circuit of these cables or contact failure. In the maintenance and inspection and improvement of such a system, it may be difficult for the person who is not directly involved in production to understand and it may be a matter of help.
As a solution to succinctly combine these complicated cables, as shown in FIG. 2, the bridge diode part and the H bridge part of the inverter are separated, and an electric signal spread in spectrum with a specific code is placed on the power line between them.
There is a method of using a technique of selectively driving only the unit having the same code from a plurality of units, which allows the cables to be assembled as shown in FIG. However, power devices such as H-bridges are not easy to miniaturize like system LSIs, and in high-power applications, heat sinks, cooling fans, etc. are also large in order to prevent heat generation, resulting in higher unit costs. However, increasing the size is inevitable. Furthermore, since a unit is required for each motor, this method is used for applications such as linear motors that require control of a large amount of power and a large number of coils, and robot joint control motors that require space saving. Is not always efficient. In view of such a problem, in claim 1 of the present application, as shown in FIG. 4, a high-frequency alternating current (rectangular wave or sine wave) is supplied to the power line, and an element capable of bidirectional control such as a triac is provided on the unit side. By using the power device, the number of power devices is reduced, and a technique for solving the above problems by realizing the miniaturization of the unit is proposed. In claim 2, as an application of this technique, electric power to an electric vehicle is applied. Propose a supply system. Furthermore, claim 3 proposes a business model of an information distribution service such as a commercial using claim 2 as a medium.

【００１】トライアックは双方向の電流を制御できるデ
バイスであり、電力線に高周波の交流（およそ数ＫＨｚ
〜）を供給し、このトライアックを選択的にスイッチン
グすることで特定の方向の電力のみを抽出し、交流や直
流を作る。ユニットへの制御信号（およそ数ＭＨｚ〜）
にはスペクトラム拡散を用いることで、多元接続された
複数のユニットの中からでも、コードの一致する特定の
ユニットのみを選択的に駆動させることができる。電気
信号は電力線に直接、載せる方法も可能であるが、用途
によっては個別に通信用ケーブルを設けたり、無線を使
用した方が良いケースもありうる。高周波パルスは矩形
波や正弦波などを用いるが、この２種類に限定している
ものではない。なお、図には詳細を示していないが、ス
イッチングデバイスを正常に駆動させるためには、これ
以外にも特別な回路を組み込む必要がある。トライアッ
クの電力抽出の動作タイミングは図５に示すように、正
方向の電力のみ、負方向の電力のみ、両方向の電力、Ｏ
ＦＦ状態の４通りの状態が考えられ、どの状態を取るか
は中央計算機から送信される信号により判断する。この
４通りの組み合わせによりＰＷＭ信号やステッピングモ
ータのクロック、直流モータ用の直流等の様々な電流を
作ることができる。情報は４通りに限られるため制御信
号の１次変調には１度に２ビット送信（００，０１，１
０、１１）が可能なＱＰＳＫが最適である。もちろんそ
の他の変調方式を用いることも可能でありこの方法に限
定しているものではない。また、制御信号の割り当ては
図５の方法に限定しているものではない。この多元接続
型のインバータは図３に示すように、１本のケーブルで
大量のユニットを並列に接続し、この中から特定のユニ
ットのみを選択的に制御することが可能である。この性
質は複数のユニットの制御が必要とされるリニアモータ
の推進コイルの制御や、耐久性、小型化が求められるロ
ボットの応用には有効である。さらに、双方向通信が可
能であるため、将来的には多元接続における誘導モータ
のセンサレス ベクトル制御などの応用も可能となるで
あろう。The triac is a device capable of controlling bidirectional current, and has a high-frequency alternating current (about several KHz) on the power line.
~) Is supplied and only the electric power in a specific direction is extracted by selectively switching this triac to generate alternating current or direct current. Control signal to the unit (approx. Several MHz)
By using spread spectrum, it is possible to selectively drive only a specific unit having the same code from a plurality of units connected in multiple ways. Although it is possible to mount the electric signal directly on the power line, there may be a case where it is better to provide a communication cable individually or to use a radio depending on the application. The high frequency pulse uses a rectangular wave or a sine wave, but is not limited to these two types. Although not shown in detail in the drawing, in order to drive the switching device normally, it is necessary to incorporate a special circuit in addition to this. As shown in FIG. 5, the operation timing of the power extraction of the triac is as follows: power in the positive direction only, power in the negative direction only, power in both directions, O
There are four possible FF states, and which state to take is determined by the signal transmitted from the central computer. With these four combinations, various currents such as a PWM signal, a stepping motor clock, and a direct current for a direct current motor can be generated. Since the information is limited to 4 types, 2 bits are transmitted at a time for the primary modulation of the control signal (00, 01, 1
0, 11) is the most suitable QPSK. Of course, other modulation methods can be used, and the present invention is not limited to this method. Further, the allocation of control signals is not limited to the method of FIG. As shown in FIG. 3, this multi-connection type inverter is capable of connecting a large number of units in parallel with one cable and selectively controlling only a specific unit among them. This property is effective for controlling a propulsion coil of a linear motor that requires control of a plurality of units and for a robot that requires durability and downsizing. Furthermore, since bidirectional communication is possible, it will be possible to apply sensorless vector control of induction motors in multiple access in the future.

【００２】電気自動車はバッテリーやモータの進歩によ
り次第に実用化が進んでいるが、ガソリンスタンドのよ
うに充電基地が充実しておらず、利用者にとっては大変
不便な環境にあるのが現状である。しかしながら不正使
用の恐れがあるため、安価に設置できる家庭用コンセン
トを公共の場に設置することはできない。このため、ガ
ソリンスタンドのように建設費、人件費をかけて電力を
提供する場を設けるか、自販機のように資金を投じて、
セルフサービスで電力を提供するようなシステムを設け
るしか方法はない。このような事業は電気自動車の普及
が進まなければビジネスとして成り立たず、また、消費
者もこれらの供給システムが整備されないと電気自動車
を購入しないという現状にある。そこで私は００１の技
術を用い、電力供給システムの低コスト化を実現するこ
とで、上記の問題を解決する技術を考案した。このシス
テムは、図６に示すように従来のコンセントに００１に
述べたシステムを組み込む。充電の際にプラグを通し
て、そのユーザ固有のキーコードを電力会社に送信し、
会社側の中央計算機によるユーザの確認後、対応するユ
ニットを駆動させる信号を返信し、電力の供給を開始す
る。プラグ側からのキーコードの通信が停止した時点で
電力供給が停止し、供給した電力量に基づき、後日、料
金の請求が行われる仕組みとなる。００１の場合はモー
タ制御なども想定しているため、送電線には高周波の交
流を用いたが、この場合は商用電源の周波数でも十分で
ある。ＬＳＩ技術やパワーデバイス技術が進んだ現代に
おいては、このシステムに要する規模やコストは、通常
の家庭用コンセントの設置に要する規模、これにかかる
コストと比較しても大差はないであろう。従来のコンセ
ントでは、上記にも述べたように不正使用が考えられる
ため公共の場に設置することは困難であったが、この技
術により低コストで強力な防犯対策が施されたコンセン
トの設置が可能となる。電気自動車の普及は、充電基地
の普及が不可欠であり、このような低コストの電力補給
システムの実現は電気自動車の普及に大いに貢献するで
あろう。なお、請求項２の技術は電気自動車への応用に
限定したものではなく、他の用途への利用も想定してい
る。又、電力料金は後払いでなく、プリペード式や飲料
水の自動販売機のように現金払いも考えられ、上記に述
べた後払い式に限定したものではない。電力供給から終
了までの手続きの流れは上記の方法に限定はしない。図
６に示した構成図は原理を示したものであり、電力会社
とユーザとの間ではデジタル無線通信を通して行う方法
等、多様に考えられ、図に示した方法に限定はしていな
い。また使用するスイッチングデバイスもサイリスタや
トライアックに限定したものではなく、例えば単純にリ
レーを用いる方法なども考えられる。Although electric vehicles are gradually put into practical use due to the progress of batteries and motors, the current situation is that the charging base is not complete like a gas station and the environment is very inconvenient for users. . However, since there is a risk of unauthorized use, it is not possible to install an inexpensive household outlet in a public place. For this reason, such as a gas station, a place to provide electric power by paying construction costs and labor costs, or investing money like a vending machine,
The only option is to have a system that provides self-service electricity. Such a business cannot be established as a business unless the spread of electric vehicles has progressed, and consumers also do not purchase electric vehicles unless their supply systems are in place. Therefore, I devised a technology that solves the above problems by using the technology of 001 and realizing the cost reduction of the power supply system. This system incorporates the system described in 001 into a conventional outlet as shown in FIG. When charging, send the user's unique key code to the power company through the plug,
After confirming the user by the central computer on the company side, a signal for driving the corresponding unit is returned and power supply is started. When the communication of the key code from the plug side is stopped, the power supply is stopped, and the charge is billed at a later date based on the supplied power amount. In the case of 001, since motor control and the like are also assumed, high-frequency alternating current was used for the transmission line, but in this case, the frequency of the commercial power supply is also sufficient. In the modern era of LSI technology and power device technology, the scale and cost required for this system will not be much different from the scale and cost required for installing a normal household outlet. It was difficult to install a conventional outlet in a public place because it could be illegally used as described above.However, this technology makes it possible to install an outlet that has low cost and strong security measures. It will be possible. The spread of electric vehicles requires the spread of charging bases, and realization of such a low-cost power supply system will greatly contribute to the spread of electric vehicles. The technique of claim 2 is not limited to the application to the electric vehicle, but is also expected to be used for other purposes. Further, the electric power charge may be cash payment instead of postpaid payment such as prepaid type and drinking water vending machine, and is not limited to the postpaid type described above. The procedure of the procedure from the power supply to the end is not limited to the above method. The configuration diagram shown in FIG. 6 shows the principle, and various methods such as a method of performing digital wireless communication between the electric power company and the user can be considered, and the method shown in the figure is not limited. The switching device used is not limited to the thyristor or triac, and a simple relay method or the like can be considered.

【００３】００２を電力供給以外に、情報配信の媒体と
して利用する。充電にはある程度の時間を要するので、
この間にコマーシャルや有料放送の情報を配信する。受
信した情報は、カーナビのディスプレイやオーディオな
どを通して上映される。002 is used as a medium for information distribution other than power supply. Charging takes some time, so
Information on commercials and pay broadcasts is distributed during this period. The received information is shown on the car navigation display and audio.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】従来のシステムの構成FIG. 1 Configuration of conventional system

【符号の説明】 １、各ユニット ２、中央計算機 ３、電源（インバータ等） ４、センサ類[Explanation of symbols] 1, each unit 2. Central computer 3, power supply (inverter, etc.) 4, sensors

【図２】スペクトラム拡散を用いた多元接続型のインバ
ータの概要[Fig.2] Outline of multiple-access inverter using spread spectrum

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１、電力線 ２、電源 ３、ユニット ４、中央計算機側の通信機や制御回路 ５、ユニット側の通信機や制御回路 ６、モータやコイル、その他の負荷 1. Power line 2, power supply 3, unit 4. Central computer side communication device and control circuit 5. Unit side communication device and control circuit 6, motors and coils, other loads

【図３】多元接続型のシステムの構成[Fig. 3] Configuration of multi-access system

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１、各ユニット ２、電源 ３、中央計算機 ４、中央計算機側の通信機 ５、センサ類 ６、ユニット（通信機やスイッチングデバイス） 1, each unit 2, power supply 3, central computer 4. Central computer side communication device 5, sensors 6, unit (communication device and switching device)

【図４】本件００１に述べるシステムの構成[Fig. 4] Configuration of the system described in the present case 001

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１、電力線 ２、電源 ３、ユニット ４、中央計算機側の通信機や制御回路 ５、ユニット側の通信機や制御回路 ６、モータやコイル、その他の負荷 1. Power line 2, power supply 3, unit 4. Central computer side communication device and control circuit 5. Unit side communication device and control circuit 6, motors and coils, other loads

【図５】抽出する高周波パルスと制御信号の関係を示す
図FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a high-frequency pulse to be extracted and a control signal.

【図６】電力供給システムの構成[Fig. 6] Configuration of power supply system

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１、プラグ ２、コンセント ３、ユーザ側の送受信回路 ４、コンセント側 制御回路（パワーデバイスの制御、
通信用回路を内蔵） ５、電力会社の情報処理システム ６、スイッチング回路（トライアック、Ｈブリッジ等。
図４のユニット部分のスイッチに相当） ７、電力供給施設（電力会社、発電所、民間企業、民家
など）1, plug 2, outlet 3, transmitter / receiver circuit 4 on the user side, outlet side control circuit (power device control,
Built-in communication circuit 5. Information processing system 6 of electric power company, switching circuit (triac, H bridge, etc.).
(Equivalent to the switch of the unit part in Fig. 4) 7. Power supply facilities (power companies, power plants, private companies, private houses, etc.)

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】電力線に高周波の交流（正弦波や矩形波
等）を送り、同時にこれに耐ノイズ性に優れるスペクト
ラム拡散を施した電気信号を載せることにより（場合に
よっては通信用ケーブルを個別に設けたり、無線通信を
用いたりすることもある）、多元接続された複数のユニ
ットの中からの特定のユニットの制御を可能にし、更に
情報の双方向通信をも可能にするインバータ技術1. A high-frequency alternating current (sine wave, rectangular wave, etc.) is sent to a power line, and at the same time, an electric signal subjected to spread spectrum with excellent noise resistance is placed on the power line (in some cases, a communication cable is individually used). Inverter technology that enables control of a specific unit from multiple units connected in multiple ways, and bidirectional communication of information. 【請求項２】請求項１の技術を用いた電気自動車電力供
給システム2. An electric vehicle power supply system using the technology of claim 1. 【請求項３】請求項２のラインを用いる情報配信サービ
スのビジネスモデル3. A business model of an information distribution service using the line of claim 2.