JPH07504318A

JPH07504318A - 電気エネルギーの可逆変換によってそれを可逆的に蓄積するための装置及び方法

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Publication number: JPH07504318A
Application number: JP6513623A
Authority: JP
Inventors: ツェラー　マティアス
Original assignee: ツヴィックス　エクィップメント　アーゲー
Priority date: 1992-12-10
Filing date: 1993-12-07
Publication date: 1995-05-11
Also published as: FI943689A; FI115347B; ATE137894T1; NO942950L; US5550444A; FI943689A0; NO309628B1; NO942950D0; EP0626108A1; AU5558894A; WO1994014219A1; EP0626108B1; DE59302521D1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】電気エネルギーの可逆変換によってそれを可逆的に蓄積するための装置及び方法本発明は、電気エネルギーを可逆的にモータの運動エネルギーに変換することによって電気エネルギーを可逆的に蓄積し、所定の周波数の交流電源がら電気エネルギーを引き出し、力りそれを交流電源に帰還するようにした装置に関し、更にまたこの装置を動作させる方法、及びモータの回転子に設けた永久磁石と、モータの固定子に設けられ、上記電気エネルギーの可逆的蓄積に際してはエネルギー蓄積装置として作用するコアなし巻線を備えたブラシレス整流パンケーキ型モータの使用に関する。

特に明記しない限り、本発明に関しては、モータに蓄積される運動エネルギーは機械的並びに電気的形態で生ずるか、またはこれら二つのエネルギー形態の組合せ及び総和として生ずるものと理解されたい。

モータに蓄積される運動エネルギーの機械的な形は、モータの回転と言う形で蓄積される。モータに蓄積される運動エネルギーの電気的な形は、誘導コイルまたはチョークとして作用する固定子の巻線部分を通して流れる電流の形で蓄積される。回転しているモータの回転子がその慣性及び回転速度による機械的な運動エネルギーを蓄積することは、機械技術に関与する当業者のよく知るところであり、またチョークまたは誘導コイルがそこを流れる電流によって電気的な運動エネルギーを蓄積することは、電気技術に関与する当業者のよく知るところである（更に説明すると、上述のこととは対照的に、コンデンサの電気エネルギーはポテンシャルエネルギーの形で蓄積され、Ｌｃ発振器においては、このポテンシャルエネルギーは、電気エネルギーのポテンシャル的な形と運動エネルギー的な形との間で電気エネルギーを交換する効果持っている）。本発明に関しては、運動エネルギーの機械的な形と電気的な形とは一緒に考えられるべきである。

特に、交流電源から負荷に対して電気エネルギーを不断に供給するため、電気エネルギーの可逆的蓄積を行なうエネルギー蓄積装置として、供給側コンバータを介して交流電源に接続され、かつ負荷側コンバータを介して負荷に接続される直流モータを使用することが知られている。このような装置の場合、交流′Ｉ′ｒＬ源並びに負荷の条件によっては、必要に応じて負荷を交流電源に接続したり、または負荷側コンバータに接続したり、またはそれを切換えたりするための切換設備を設けることが常に必要となる。こうした事から、交流電源の欠点、例えば電圧、波形、周波数、位相のバラツキや歪みといった欠点を是正したり、また直流モータから取り出されて、供給側コンバータ及び／又は負荷側コンバータを介して交流電源または負荷にそれぞれ供給される電気エネルギーによる交流電源に関する負荷の反作用を是正することもまた知られている。

しかし、こうした公知技術が全く利用できなっかったり、あるいはただ限られた範囲でしか利用できなかったり、あるいはまた特に、費用及び／又はスペースの関係から条件付きでしか利用できなかったりする場合がある。例えば、昇降機、ベルトコンベヤ、電気自動車、ロボット等の駆動に際して、非常に速い始動時間及び速い停止時間（後者は例えば正確な位置決め動作にめられる）でそれ等を駆動することが要求される時に遭遇する場合である。

従って、本発明の目的は電気エネルギーの可逆的蓄積を行なう装置に関して、費用並びにスペースの面で従来のものに比べてより有利な解決策を提案することにある。

この目的を達成するために、始めに述べた形の電気エネルギーを可逆的に蓄積するための装置は、請求の範囲第１項に記載した特徴の組合せによって特徴づけられている。また、この装置を動作させる方法は請求の範囲第７項に明示した処理過程の組合せによって特徴づけられている。装置並びに方法の更に有利な展開は請求の範囲の各従属項によって明瞭に示されている。

本発明に関連した種々の電圧及び電流のサンプリングは、交流電源の周波数より実質的に高い繰り返し周波数で行なわれることを理解されたい。例えば、周波数５０Ｈｚ（例えば工業用電流の場合）又は４００Ｈｚ（例えば航空機用の場合）の交流電源の場合には、代表的には２０ｋＨｚと１００ｋＨｚの間の周波数でサンプリングが行なわれる。２０ｋＨｚ以下の周波数値もまた使用可能であるが、これらの周波数は人間の可聴上限以下であるので、不愉快な結果を招くことになる。１ｏｏｋＨｚを越える周波数値もまた使用可能であるが、回路構成上の技術問題をこの高い周波数で解決することは極めて困難である。

回転子に設けた永久磁石と、固定子に設けられ、電気エネルギーの可逆的蓄積に際しては、エネルギー蓄積装置として作用するコアなし巻線を備えたブラシレス整流パンケーキ型モータを使用して、電気エネルギーを可逆的にパンケーキ型モータの運動エネルギーに変換することによって電気エネルギーを可逆的に蓄積し、所定の周波数の交流電源から電気エネルギーを引き出し、かつそれを交流電源に帰還することは本発明の請求の範囲内にある。ブラシレス整流パンケーキ型モータ自体は、例えばＡｎｔｒｉｅｂｓｔｅｃｈｎｉｋ　（駆動技術）３０／８（１９９１）に掲載のＭ、ｓａｌａｍｉの論文から公知であり、また商業的に入手可能である。パンケーキ型モータの回転子に設けた永久磁石及びパンケーキ型モータの固定子に設けたコアなし巻線に関しては、特許公文ＵＳ−４１８７４４１、ＪＰ−６１−１８５０５０，ＪＰ−０１−２５３２１１，ＤＥ−２１４３７５２及び／またはＤＥ−２３４５１５０を参照されたい。

本発明によって、ハイブリッド電気自動車用の駆動ユニットを、本発明の装置、蓄電池、コンデンサ及び燃焼機関を備えた非常に効率的かつ小型の駆動ユニットとして形成することが可能である。もしこれを従来技術によって構成すれば、車両は非常に重装備のものとなる。

また、本発明によれば、停止したベルトコンベヤ及びその他同種のもの、特にその停止が休止時の静止摩擦に起因している場合には、それらを非常に短時間で始動することが可能である。

さらにまた、本発明によれば、停電時にも昇降機及びその他同種のものを次の階または最下階にまで移動することが可能である。

さらにまた、本発明によれば、モータとして設計したエネルギー蓄積装置を機械的駆動装置に結合することによって、数軒の家庭用小型暖房システムを支出可能な費用の下で小型発電所として作動させ、停電時の非常用発電セ・ソトとして役立てること力呵能である。したがって、非常用発電セットと同様、小型の風力または水力発電所は小型で効率的なものとなり、特に非常用発電セ・ノドは交流電源の波形修正器として利用できると共に、その位相校正にも使用できる。

本発明の本質はモータに蓄えられた運動エネルギーを所望の電圧または周波数を持った電気エネルギーに直接、かつ可逆的に変換することである。原理的には、モータの巻線は蓄積チョークとして直接的に使用されるため、双方向変換（即ち一つの方法で変換され、他の方法で戻される）によって、直流及びコンノく一夕と言った迂回経路をとることなしに直接交流を交流に変換することが出来る。このことは、費用並びに装置重量に関して大きな節減をもたらすものである。

さらに、モータの巻線はコンバータが耐え得ない過負荷に対し、短時間であれば耐えることができ、また過電流を供給することもできる。それゆえ、モータは高いピーク出力値に対して設計される必要はな（、モータとコンｌく一夕を備えたこれまでのシステムの場合に比べて、本質的には連続運転時の出力に対するピーク出力の比がかなり低いピーク出力値の平均値に対して設計すればよい。このことは、費用並びに装置重量に関して、さらに大きな節減をもたらすものである。

モータの回転子に蓄えられる運動エネルギーは、回転子の回転速度の二乗に比例するから、回転子に設けた永久磁石と固定子に設けたコアなし巻線を備えたブラシレス整流パンケーキ型モータの本発明による使用は、同じ出力に対して費用及び装置重量の面で大きな節減をもたらす。即ち、こうしたパンケーキ型モータは非常に大きい回転速度で稼働することができ、さらにその回転子は重量及び慣性が小さく、その回転速度に大きな差がある場合にも、電気エネルギーの供給又は除去に対応するので、このモータの制御は容易となる。

本発明による装置及びその動作方法は種々の動作モード、例えばモータを速度一定、トルク一定または最大トルクで動作させたり、交流電源を（電圧、波形、周波数、位相等の偏差または歪みに関して）高品質で、または反作用を出来るかぎり小さくして動作させたり、最高出力、最大効率で動作させる等の動作モードに対して最適化することが可能である。

移相動作に関し、超伝導体の使用に対する本発明による装置及びその動作方法は、特に興味を引（ものである。それはパンケーキ型モータの全損失の大部分が固定子に設けたコアなし巻線のオーム抵抗として生ずるからである。この熱損失は浪費されることになるが、低温超伝導体ではこの熱損失は一般に非常に複雑であるが、固定子に設けたコアなし巻線を有するパンケーキ型モータの場合には、通常のモータの場合に比べて、はるかに複雑とはならない。

最大比ツノを達成するための動作モードでは、電気エネルギーと運動エネルギーと間で、出来るかぎり多くのエネルギーを可逆的に変換することが必要である。

このことは、たまにしか発生しないものの、一般には発生後長時間にわたって停止状態が続く機械の不調事態発生時及び／又は緊急事態発生時の動作に対応する。

例えば、過負荷のために昇降機が停止したが、次の階への移動が必要であったり、またはコンベヤが長い開停止状態にあった後、接着剤、樹脂、あるいはゴム部品の硬化によって動かなくなったり、あるいは風力発電所の場合、突風が、回転子の方向またはピッチ角をそれに対応して変更した効果が出るまで吹き続いたり、と言った状態に関係している。この場合の出力は最大許容値、即ち電源及びパンケーキ型モータの電子整流装置における最大許容電流、パンケーキ型モータの固定子巻線の最大許容温度によって制限される。ここでは交流電源の反作用や、妨害放射によって生ずる位相、波形（例えば、電流ピーク）の歪みは許容される。

これらの妨害放射は、一般に激しい雷、アークの発生、強力な装置のスイ・ソチの接離、接地不良、その他同種のものに起因するものに比べて大きくはなく、原理的には電源が耐え得るものである。

最大遮断効果を達成するための動作モードでは、運動エネルギーを電気エネルギーまたは熱に変換して、出来る限り多くの運動エネルギーを消費することが必要である。これは明らかに緊急小感発生の場合である。この動作モードでは通常、パンケーキ型モータは発電機に変換され、そしてこれによって生じた電気エネルギーは交流電源に帰還される。もし望ましければ、発生した電気エネルギーは補助電源の電流線を介して蓄電器に供給するか、抵抗熱に変換しても良い。しかし、もし故障が電源事故による場合には、発生された電気エネルギーを交流電源に戻すことは不可能である。と言うのは、一方では電源電圧はゼロとなり、その結果電源は如何なる出力をも消費せず、他方この帰還操作は一般に規定によって禁じられている。

エネルギーの帰還が不可能であると言った特殊な場合には、効率に関して出来る限り望ましくない状態が生ずるようにスイッチを制御する。例えば、ノ々ンケーキ型モータの回転磁界に抗するために、極性を逆転させて回転子の一つの巻線が発生する電流をもう一つの巻線に供給するように構成することも可能である。即ぢ、通常動作では意味の無いことだが、一つの巻線に制動を掛け、他の巻線を駆動させる。この時、運動エネルギーはパンケーキ型モータの巻線の抵抗及びスイッチ（半導体スイッチング素子、例えばＩＧＥＴ）において熱として失われる。

勿論、こうして熱せられた素子は、運転が再開されるまで、それに応じた冷却期間が必要である。こうした特別な場合とは、例えば昇降機が運行中に停電になり、それにも拘らず本発明によって昇降機の運行を継続させ、次の階で制動を掛けて停止させる場合とか、停電になった時にベルトコンベヤをゆっくり停止したり、または急停止させなければならない場合とか、電気自動車のバッテリーヒユーズが飛んだり、主スィッチが開放したあともブレーキが効くようにし、アンティブロッキング装置による緊急供給がその効率を維持するようにする場合とか、突風が起こって風力発電用の回転子が、許容外の高速に加速されないように電気エネルギーを熱として消費することが必要な場合等である。交流電源の反作用（電圧、波形、周波数、位相等の偏差または歪み）を出来る限り少なくするための動作モードでは、電力サージを消費またはその供給を受けるために、巻線部分を蓄積チョークとして作用させ、電力サージが交流電源によって消費されたり、それに供給されたりしないようにスイッチを制御する。この場合、エネルギーがパンケーキ型モータの巻線の抵抗及びスイッチ（半導体スイッチング素子、例えば、ＩＧＥＴ）において熱として失われてもかまわない。この動作モードでは、本発明の装置は電圧偏差に対して可能な限り速くは応答せず、パンケーキ型モータは高いインピーダンスを介して電源に接続されているかのように動作する。従って、電圧及び／又は周波数に突発的な変動がおきても、大きい電流は全く発生しない。

組み合わせた複数の小発電所との個々の動作を行なう場合の本発明の装置と発電機として作用するパンケーキ型モータとの接続は容易である。電力供給線は如何なる過電流にも耐え得るものである必要はなく、それ相応の低い条件を満たす設計とすることができる。この場合、動作は最良の効率では行なわれず、対応するエネルギー損失が生じて、熱が発生する。

電圧、波形、周波数、位相等の偏差または歪みに関して、交流電源を最良の質に保つための動作モードでは、本発明による装置は交流電源にハード接続、即ちあらゆる偏差または歪みが出来る限り素早（相殺されるように接続される。例えば、もし消費ユニットが誘導性のりアクタンス負荷を発生する場合、本発明による装置はその能力（当然限界がある）内で対応の偏差または歪みを補償する。この補償によってトルクや回転速度に機械的な偏差又は歪みが生じ、それに応じた力が発生するが、このツノはパンケーキ型モータの固定子に転送され、そのハウジングによって吸収される。この場合、Ｎｍのリップル制御指令を検出し、本発明の装置の効果に抗してそれを保持するようにする。さもないと、本発明の装置はリップル制御指令を混信と解釈し、出来る限りそれを消し去ろうとするからである。もし望まれるならば、この混イ旧こ対応するエネルギーを補助電源の電流線を介して蓄電器によってバッファさせてもよく、正確に言うならば、出力が比較的小さい場合には、パンケーキ型モータの回転子がほぼ停止するまで電流線を介して蓄電器によってバッファさせてもよい。この点に関して次の点は特に興味ある点である。即ち、本発明による装置が数軒の家庭用小型暖房装置に、それらが小型発電機として作用する可能性を与えること、従って停電の場合、緊急電力発生セットとして役立つ可能性を与える点である。もしそうのような小型発電所が充分な数だけ相互に接続されていれば、ある時間にわたって全供給線区に緊急電力供給力可能になる。電源における無効電力の減少によって、線路損は低減され、それによって供給線の弱い遠隔地への供給電圧の安定性が改善される。

本発明による装置の通常の動作は、部分的には機能と特質に矛盾を来しつつも、これまで述べてきた事項の折衷によって理解されるべきである。

以下、添付図面を参照して本発明の実施例を詳述する。図中：第１図は本発明による装置の実施例を示す電気的ブロック図、そして、第２図は本発明による他の実施例を示す電気的ブロック図である。

第１図において、ブロック１０１はブラシレス整流パンケーキ型モーターを線図的に示したものである。既に述べたように、この種のパンケーキ型モータ自体は、その回転子上に設けたボス磁石、並びに固定子上に設けたコアなし巻線を有する形状のものであることはよ（知られている。それ故ここでは、このパンケーキ型モータについて詳しく述べる必要はないだろう。第１図に示された設計では、このパンケーキ型モータ１０１を三相設計とし、参照番号１０２で示す三個の巻線が設けられている。この巻線１０２はそれぞれ参照番号１１２および１２２で示す一対の端子を備えている。

ここで理解しておかねばならないことは、図示の三相Ｕ、　Ｖ、　Ｗを備えたパンケーキ型モータ１０１の三相設計は一例として挙げたものであって、パンケーキ型モータｌＯ１は望みに応じて適切な相数にすること力呵能であると言うことである。

更に、第１図においては、周波数５０Ｈｚの三相交流電源１０３を三本の相線１０４と一本の中性線１０５によって代表させて図示しである。

ここでもまた理解しておかねばならないことは、周波数５０Ｈｚの三相Ｒ，Ｓ。

Ｔおよび中性線Ｎを備えた交流電源の三相設計は一例として挙げたものであって、交流電源は望みに応じて適切な周波数、例えば周波数４００Ｈｚにおいてさえも運転することが可能である、と言うことである。

更にここに述べる本発明の実施例の場合、パンケーキ型モータ１０１の相数と交流電源１０３の相数との間には何ら関係はない、と言うことも理解されたい。

各巻線１０２のそれぞれの端子１１２および１２２は、それらに割り当てられた制御可能なスイッチ１１４．１２４．１３４を介して交流電源１０３の相線１０４ならびに中性線１０５に接続可能になっている。更に、各巻線１０２の二個の端子１１２．１２２はもう一つの制御可能なスイッチ１１５を介して相互に接続可能になっている。

第２図において、ブロック２０１はブラシレス整流パンケーキ型モータを線図的に示したものである。他の実施例によって本発明をより良く図示するために、ここではパンケーキ型モータ２０１は、二相Ｕ、　Ｖを備えた二相設計となっていて、参照番号２０２で図示されている二個の巻線を備えている。各巻線２０２はそれぞれ参照番号２１２および２２２によって示されるそれぞれに割り当てられた一対の端子を備えている。

更に、第２図では、例えば周波数５０Ｈｚまたは４００Ｈｚの交流電源２０３を中性線を持たない三本の相線２０４によって代表的に図示しである。

このことは、ここに述べる本発明による実施例の場合、パンケーキ型モータ２０１の相数と交流電源２０３の相数の間には何等関係のないことを明らかにしている。

各巻線２０２のそれぞれの端子２１２および２２２は、それらに割り当てられた制御可能なスイッチ２１４．２２４を介して交流電源２０３の相線２０４のそれぞれに接続可能になっている。更に、各巻線２０２の二個の端子２１２．２２２は、追加して割り当てられたもう一つの制御可能なスイッチ２１５を介して相互に接続可能になっている。スイッチ２１４．２１５．２２４はスイッチグループ２１６の一部ではあるが、実質的に一つのマイクロプロセッサによって構成されるか、または少なくとも一つのマイクロプロセッサを含む装置２１７によって個々に制御される。

計測装置群２４０において、ピックアップ２４１．２４２．２４３は各一対の端子の二端子２１２．２２２間の電圧測定、並びに各巻線の電流測定用として設けられている。これらピックアップは、関係のある電圧および電流を周期的に繰り返しサンプリングするように装置２１７によって駆動される。既に述べたように、このサンプリングの周期は交流電源の周波数よりも実質的に太き（、そして５０Ｈｚの交流電源（例えば、工業用）、または４００Ｈｚの交流電源（例えば、航空機用）の場合には、代表的には２０ｋＨｚと１００ｋＨｚとの間にある。

同様に、交流電源２０３の一本の相線２０４に対する他の相線２０４の電圧計測、または中性線（図示せず）に対する相線２０４の電圧計測をするためのピックアップ２４４は、装置２１７によって周期的に駆動される計測装置群２４０内に設けられる。

上述のマイクロプロセッサとは別に、装置２１７はサンプリングされた瞬間電圧または電流を相互に、及び／又は対応するしきい値と比較し、これらの瞬時比較結果に基づいて上述のスイッチを制御する装置をも含んでいる。勿論、これらの比較装置および制御装置またはその一部をマイクロプロセッサ内に形成しても良いし、そしてこれら装置をマイクロプロセッサによって機能させても良い、と言うことは理解しておかなければならない。

第１図に関連して述べたスイッチ１１４．１１５．１２４．１３４はスイッチグループ１１６の一部であって、上述の型の装置によって個々に制御れる。しかし、第１図では図の簡素化のため、この装置を図示していない。更に、第１図に示した実施例では、第２図に図示した実施例の場合と同様の型の計測装置およびピックアップが設けられているが、第１図では図の簡素化のため、これら計測装置およびピックアップを図示していない。

第１図、第２図に示した本発明の実施例の主な違いは、第２図の実施例では電流線２５１を備えた補助電源２５０が設けられている点である。各巻線２０２の各々の端子２１２．２２２は割り当てられた制御可能なスイッチ２５４を介して補助電源２５０の電流線の各々に接続可能になっている。スイッチ２５４もまたスイッチグループ２１６の一部であり、それらもまた既に述べた装置２１７によって個々に制御される。

第２図の実施例における補助電源２５０は二本の電流線２５１を備え、この電流線は電気エネルギーの蓄積装置２５３の端子２５２にそれぞれ接続されている。

第２図の実施例において、電気エネルギー蓄積装置２５３はコンデンサー２５５として設計されているので、補助電源２５０の二本の電流線２５１はこのコンデンサー２５５を介して電気回路として互いに接続されている。しかし、電気エネルギー蓄積装置２５３はその他の方法、例えば蓄電池として設計し得ると言うことを理解しなければならない。

補助電源２５０の一本の電流線２５１又は中性線（図示せず）に対する補助電源２５０の他の電流線２５１における電圧及び、もし適当であれば、電流を検出するピックアップ２６４は、装置２１７によって周期的に駆動される計測装置群２４０に設けられている。

以下に述べる上記装置の動作過程に関する記載によって、その概要の把握を容易にするため、本発明による装置はおおよそ次のような仕方で動作することをまず示しておく。即ち、適当な時点において、その瞬間に行き渡っている種々の電圧及び電流の状態がａ）エネルギーが電源から引き出されて、モータに蓄積される状態にあるか、またはｂ）エネルギーがモータから引き出されて、電源に供給される状態にあるか、またはＣ）モータと電源との間にエネルギーの流れがない状態にあるか、そして、もしそうした状態であって、適当であれば、ｄ）エネルギーをモータから引き出して、それを補助電源に接続されているエネルギー蓄積装置に供給するか、またはｅ）エネルギーを補助電源に接続されているエネルギー蓄積装置から引き出して、それをモータに戻して蓄積するか、またはｆ）モータと補助電源に接続されているエネルギー蓄積装置との間にエネルギーの流れがないように動作する。

この目的のために、既述の計測装置によって、既に述べた繰り返し周期で以下の動作が行なわれる。即ち：・　交流電源の中性線または他の一つの相線に対する各相線の瞬間電圧を周期的にサンプリングし、それに次いで瞬間電圧が絶対値において正または負の最大瞬間値を有する相線を決定し：・　各巻線の二個の端子間の瞬間電圧を周期的にサンプリングし、次いで一対の端子のうちのどの端子がその瞬間において正または負であるかを決定し；・　各巻線における瞬間電流を周期的にサンプリングし、次いでこの瞬間電流値の絶対値をしきい値と比較する。

各巻線に対する上述のしきい値は実質的にはモータの型に対応する名目上の値でありモータ製造者によって明記されている。この点がら出発するとして、しきい値はまたより高い値、例えばモータの型に対応する最大許容電流までセットすることが出来る。このような高いしきい値の使用は、対応する電流を短時間に限ってモータの巻線に流すことを許し、モータの十分な冷却が保証されるようにマイクロプロセッサがプログラムされているときならば可能である。

この場合、次の点を理解しなければならない。即ち、各巻線に対応する二個の端子間における瞬間電圧の周期的サンプリングに関しては、実電圧値計測によっても良く、また適切な電圧値をマイクロプロセッサに計算させても良い。例えば、マイクロプロセッサにモータ回転子の瞬間位置、回転速度、回転加速度をめる絶対軸角度エンコーダからのデータに基づいて電圧を計算させたり、またある−瞬におけるモータの状態に対応する可能な値の入力テーブルに基づいて計算させても良い。

上述のサンプリング、決定ならびに比較処理過程における結果に基づいて、上述の装置（第２図の実施例では装置２１７）は以下の処理過程を実施し、結論を出すようにプログラムされている。

・　巻線内の瞬間電流の絶対値がしきい値より小さいときには、対応巻線の二端子間の接続を遮断し、その瞬間圧である端子を絶対値において最大瞬間正電圧値を有する相線に接続すると共に、その瞬間角である端子を絶対値において最大瞬間負電圧値を有する相線に接続させるようにスイッチを作動させる。

・　巻線内の瞬間電流の絶対値がしきい値に等しいか、またはそれより大きいときには、対応巻線の二端子間の接続を遮断し、これら二つの端子を、モータに貯えられている運動エネルギーを他の形のエネルギーに変換する装置の対応端子に接続させるようにスイッチを作動させる。

運動エネルギーの形でモータに貯えられているエネルギーを他の形のエネルギーに変換する装置の第一の実施例では、この変換装置は全く簡単に巻線と短絡回路から構成される。即ち、適切なエネルギー変換は対応巻線の二つの端子間を上述の追加のスイッチによって接続することによって行なわれる。この結果、モータにおいて、機械的（回転子の回転に関連した）エネルギーは電気的（巻線の電流に関連した）エネルギーに変換され、運動エネルギーが保持される。抵抗損失も生ずるが、本発明の処理過程に実質的影響はないので、運動エネルギーの熱への不可逆変換は重要ではなく、ここでは更に詳しく論することはしない。巻線を流れる電流はモータ回転子の回転に影響を与え、必然的にマイクロプロセッサによってプログラムされた仕方で、交流電源とモータとの間のエネルギー変換に影響のあるモータの他の巻線を流れる電流に影響する。

他の実施例においては、追加のスイッチを介して相互に直接ではなく、それぞれ −個のスイッチを介して対応巻線の二端子を交流電源の一つの相線と同じ相線に接続することによっても、正確に同様の結果が導かれる。ここでもまた、変換装置は全く簡単に巻線と短絡回路によって構成される。

更に他の実施例では、互いに直接接続するのでもなく、またそれらを交流電源の一つの相線と同じ相線に接続するのでもなく、それぞれ−個のスイッチを介して対応する巻線の二端子を交流電源の各相線に接続することによっても類似の結果が導かれる。その結果、エネルギーはモータから交流電源へと帰還される。このことは実際に、交流電源−モータ間におけるエネルギー変換を示すものである。

ここではエネルギー変換装置は実質的に巻線と、交流電源に電気エネルギーを供給する発電機からなっている。この実施例では、上述の装置（第２図の実施例の装置２１７）は、以下の処理過程を実施し、上述のサンプリング、決定並びに比較処理過程の結果に基づいて結論するようにプログラムされることが望ましい。

・　交流電源の相線対の間における瞬間電圧の絶対値を決定する。

・　瞬間電圧の最小絶対値を示す一対の相線を決定する。

そして・　二端子の各々を決定された一対の相線のそれぞれに接続する、この場合、その瞬間に正である端子はその瞬間に正である相線に、その瞬間に負である端子はその瞬間に負である相線に接続するのが好ましい。

補助電源を備えた第２図の実施例の場合、上述の装置２１７は以下の処理過程を実施し、上述のサンプリング、決定並びに比較処理過程の結果に基づいて、結論するようにプログラムされている。

・　補助電源の一対の電流線間の瞬間電圧をサンプリングし、そしてこの瞬間電圧の絶対値を巻線の二端子間の瞬間電圧の絶対値と比較し：・　もし巻線の瞬間電流の絶対値がしきい値より小さく、・　そしてもし当該巻線の二端子間の瞬間電圧の絶対値が交流電源の二本の対応する相線間の瞬間電圧の絶対値に等しいか、またはそれより大きければ、当該巻線の二端子間の接続を遮断して、その瞬間に正または負である対応巻線の端子を対応する正または負の補助電源の電流線に接続するスイッチを作動させ、・　そして他方、もし当該巻線の二端子間における瞬間電圧の絶対値が交流電源の二本の対応する相線間の瞬間電圧の絶対値より小さければ、当該巻線の二端子間の接続を遮断して、その瞬間に正である端子を絶対値において最大瞬間正電圧値を示す相線に接続し、その瞬間に負である端子を絶対値において最大瞬間負電圧値を示す相線に接続するスイッチを作動させ、・　もし巻線の瞬間電流の絶対値がしきい値に等しいか、またはそれより大きく、・　そしてもし当該巻線の二端子間でサンプルされた電圧が、補助電源の二本の対応電流線間でサンプルされた瞬間電圧より小さければ、当該巻線の二端子間の接続を遮断して、その瞬間圧または負である対応巻線の端子を対応する正または負の補助電源の電流線に接続するスイッチを作動させ、・　そして他方、もし当該巻線の二端子間でサンプルされた瞬間電圧が、補助電源の二本の対応する電流線間でサンプルされた瞬間電圧に等しいか、またはそれより大きければ、当該巻線の二端子間の接続を遮断して、これら二端子を前記エネルギー変換装置の対応する端子に接続させるようにスイッチを作動させる。

この場合、エネルギー変換装置は実質的に巻線と、電気エネルギーの蓄積装置を備えた補助電源から構成される。電気エネルギーの蓄積装置は、既に述べたようにコンデンサ、または蓄電池によって構成しても良い。この実施例において、上述の装置２１７は、上記のサンプリング、決定並びに比較処理過程の結果に基づいて、その瞬間に正である巻線の端子をその瞬間に正である補助電源の電流線に接続し、その瞬間に負である巻線の端子をその瞬間に負である補助電源の電流線に接続することによってエネルギー変換を行なうようにプログラムされていることが好ましい。

本発明の範囲内で、結果として本発明の教示するところから逸脱する事無く、当業者が本発明の処理過程に対しである種の変形を行なったり、処理過程及び更に手段を追加することが可能であることは明らかである。

もしエネルギーの蓄積装置が蓄電池である場合には、それを過剰に充電しない処置を講じることが得策である。例えば、蓄電池は補助電源２５０の電流線における電圧電流を検出するピックアップ２６４およびマイクロプロセッサ２１７によってモニターすることも可能であるし、また蓄電池が過剰に充電されないようにスイッチグループ２１６をマイクロプロセッサ２１７によって制御することも可能である。このような関係か呟もし補助電源２５０の電流線２５１における瞬間電圧の絶対値が所定のしきい値の上限より太き（なった場合には、補助電源に電気エネルギーが供給されないようにし、またもし補助電源２５０の電流線２５１における瞬間電圧の絶対値が所定のしきい値の下限より小さくなった場合には、補助７Ｋｇから電気エネルギーが引き出されないようにマイクロプロプロセッサ２１７によってスイッチグループ２１６を制御するようにすることが得策である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）所定周波数の交流電源から引き出され、この交流電源に戻される電気エネルギーをモータの運動エネルギーに可逆的に変換することによって電気エネルギーを可逆的に蓄積する装置であって、この装置は・回転子に設けた永久磁石と固定子に設けたコアなし巻線とを備え、各巻線が交流電源の少なくとも一つの相線に制御可能なスイッチを介してそれぞれ接続される一対の端子を備えたブラシレス整流パンケーキ型モータとして設計されたモータと、・交流電源の中性線または他の一つの相線に対する一つの相線の瞬間電圧を繰り返しサンプリングする装置と、・少なくとも一対の端子の二端子間における瞬間電圧を繰り返しサンプリングする装置と、・各巻線における瞬間電流を操り返しサンプリングする装置と、・サンプリングされた瞬間電圧または瞬間電流を互いに、そして対応するしきい値と比較し、この比較による瞬間結果に基づいてスイッチを制御する装置とからなることを特徴とする装置。
（２）一対の端子の二端子が、追加の制御可能なスイッチを介してそれぞれ互いに直接接続可能であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。
（３）サンプリングされた瞬間電圧を互いに、そして対応しきい値と比較し、この比較による瞬間結果に基づいてスイッチを制御する装置がマイクロプロセッサからなることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。
（４）相線への端子の接続、そしてもし適当であればそれぞれの制御可能なスイッチを介した交流電源の中性線へ端子の接続に加えて、制御可能なスイッチを介し補助電源の少なくとも一つの電流線に端子を接続することが可能であることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第３項に記載の装置。
（５）補助電源は電気エネルギーの蓄積装置を介して接続された少なくとも二本の電流線を含んでいることを特徴とする請求の範囲第４項に記載の装置。
（６）電気エネルギーの蓄積装置はコンデンサまたは蓄電池であることを特徴とする請求の範囲第５項に記載の装置。
（７）請求の範囲第１項に記載の装置を動作させる方法であって、この方法は交流電源の一つの相線における瞬間電圧を交流電源の中性線または他の一つの相線に対してサンプリングし、瞬間電圧が絶対値において正または負の最大瞬間値を示す相線を決定する過程と、・各端子対の二端子間の瞬間電圧をサンプリングし、その瞬間において端子対のいずれの端子が正または負であるかを決定する過程と、・各巻線の瞬間電流をサンプリングし、この瞬間電流の絶対値をしきい値と比較する過程と、、・もしこの瞬間電流の絶対値がしきい値より小さければ、対応する端子対の二端子間の接続を遮断して、その瞬間に正である端子を絶対値において最大瞬間正電圧値を示す相線に接続し、その瞬間に負である端子を絶対値において最大瞬間負電圧値を示す相線に接続するスイッチを作動させる過程と、もし巻線の瞬間電流の絶対値がしきい値に等しいか、またはそれより大きければ、対応する端子対の二端子間の接続を遮断して、これら二端子を運動エネルギーの形でモータに貯えれられたエネルギーを他の形のエネルギーに変換する装置の対応する端子に接続させるようにスイッチを作動させる過程とからなり、上記サンプリングは交流電源の周波数よりも実質的に大きい周波数によって行なわれることを特徴とする方法。
（８）対応する端子対の二端子間を接続することによって、エネルギー変換が行なわれることを特徴とする請求の範囲第７項に記載の方法。
（９）前記二端子がそれぞれスイッチを介して交流電源の一つの相線と同じ相線に接続されることを特徴とする請求の範囲第８項に記載の方法。
（１０）前記二端子が追加のスイッチを介して相互に接続されることを特徴とする請求の範囲第２項に従って設計された装置を動作させる請求の範囲第８項に記載の方法。
（１１）前記二端子か交流電源の一つの相線毎に一つのスイッチを介して接続されることを特徴とする請求の範囲第８項に記載の方法。
（１２）・交流電源の相線対の間の瞬間電圧の絶対値を決定する過程と、瞬間電圧の最小絶対値に対応する交流電源の一対の相線を決定する過程と、この決定された一対の相線の各々に前記二端子のそれぞれ一端子を接続する過程とを有することを特徴とする請求の範囲第１１項に記載の方法。
（１３）その瞬間正である端子はその瞬間正である相線に接続され、その瞬間負である端子はその瞬間負である相線に接続されることを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の方法。
（１４）・補助電源の一対の電流線間の瞬間電圧をサンプリングし、この瞬間電圧の絶対値を端子対の二端子間瞬間電圧の絶対値と比較する過程と、もし巻線の瞬間電流の絶対値がしきい値より小さく、・そしてもし前記端子対の二端子間瞬間電圧の絶対値か交流電源の二本の対応する相線間の瞬間電圧の絶対値に等しいか、またはそれより大きければ、対応する端子対の二端子間の接続を遮断して、その瞬間正または負である対応する端子対の一端子を対応する正または負の補助電源の電流線に接続するようにスイッチを作動させる過程と、、・そして他方、もし端子対の二端子間における瞬間電圧の絶対値が交流電源の二本の対応する相線間の瞬間電圧の絶対値より小さければ、対応する端子対の二端子間の接続を遮断して、その瞬間正である対応する端子対の一端子を絶対値において最大瞬間正電圧値を示す相線に接続し、その瞬間負である対応する端子対の一端子を絶対値において最大瞬間負電圧値を示す相線に接続するようにスイッチを作動させる過程と、・もし巻線の瞬間電流の絶対値がしきい値に等しいか、またはそれより大きく、・そしてもし端子対の二端子間でサンプルされた瞬間電圧が、補助電源の二本の対応する電流線間でサンプルされた瞬間電圧より小さければ、・対応する端子対の二端子間の接続を遮断して、その瞬間正または負である対応する端子対の一端子を対応する正または負の補助電源の電流線に接続するようにスイッチを作動させる過程と、・そして他方、もし端子対の二端子間でサンプルされた瞬間電圧が、補助電源の二本の対応する電流線間でサンプルされた瞬間電圧に等しいか、またはそれより大きければ、対応する端子対の二端子間の接続を遮断して、これら二端子を前記エネルギー変換装置の対応する端子に接続させるようにスイッチを作動させる過程とからなることを特徴とする請求の範囲第４乃至６項のいずれか一つにしたがって設計された装置を動作させるための請求の範囲第７項に記載の方法。
（１５）その瞬間正である端子をその瞬間正である補助電源の電流線に接続し、その瞬間負である端子はその瞬間負である補助電源の電流線に接続することによってエネルギー変換が行なわれることを特徴とする請求の範囲第１４項に記載の方法。
（１６）回転子に設けた永久磁石と、電気エネルギーを可逆的に蓄積するエネルギーの蓄積装置として固定子に設けたコアなし巻線を備えたブラシレス整流パンケーキ型モータを用い、その可逆変換によって電気エネルギーをパンケーキ型モータの運動エネルギーに変換し、所定の周波数の交流電源から引き出した電気エネルギーを交流電源に帰還させるブラシレス整流パンケーキ型モータの使用方法。