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1. WO2021079920 - POWER CONDITIONING CIRCUIT, DRIVE SYSTEM, ACTUATOR SYSTEM, MOVING BODY, AND POWER CONDITIONING METHOD

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明 細 書

発明の名称 出力調整回路、駆動システム、アクチュエータシステム、移動体及び出力調整方法

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003   0004  

先行技術文献

特許文献

0005  

発明の概要

0006   0007   0008   0009   0010   0011  

図面の簡単な説明

0012  

発明を実施するための形態

0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082   0083   0084   0085   0086   0087   0088   0089   0090   0091   0092   0093   0094   0095   0096   0097   0098   0099   0100   0101   0102   0103   0104   0105   0106   0107   0108   0109   0110   0111   0112   0113   0114   0115   0116   0117   0118   0119   0120   0121   0122   0123   0124   0125   0126   0127   0128   0129   0130   0131   0132   0133   0134   0135   0136   0137   0138   0139   0140   0141   0142   0143   0144   0145   0146   0147   0148   0149   0150   0151   0152   0153   0154   0155   0156   0157   0158   0159   0160   0161   0162   0163   0164   0165   0166   0167   0168   0169   0170   0171   0172   0173   0174   0175   0176   0177   0178   0179   0180   0181   0182   0183   0184   0185   0186   0187   0188   0189   0190   0191   0192   0193   0194   0195   0196   0197   0198   0199   0200   0201   0202   0203   0204   0205   0206   0207   0208   0209   0210   0211   0212   0213   0214   0215   0216   0217   0218   0219   0220   0221   0222   0223   0224  

符号の説明

0225  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15   16   17  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15  

明 細 書

発明の名称 : 出力調整回路、駆動システム、アクチュエータシステム、移動体及び出力調整方法

技術分野

[0001]
 本開示は、一般に出力調整回路、駆動システム、アクチュエータシステム、移動体及び出力調整方法に関し、より詳細には、アクチュエータ用の出力調整回路、駆動システム、アクチュエータシステム、移動体及び出力調整方法に関する。

背景技術

[0002]
 特許文献1には、回生制動装置は、車両の運転状況又は前方の道路状況に応じて、自動回生制動により最適な制動力を得ることができる電気自動車の回生制動装置が記載されている。
[0003]
 この回生制動装置は、電力変換回路に回生制動力の制御信号を出力するモータコントローラを備えている。電気自動車を完全に停止させるか、又は大きく減速させる場合、モータコントローラは、ブレーキ開度センサからのセンサ信号に基づいて、モータへの電力供給を抑制制御してこれを発電状態に切り換える。これにより、電気自動車の駆動輪に回転負荷が掛かり、その負荷分の制動力を回生制動として得ることができる。このときの駆動輪の運動エネルギは電気エネルギに変換され、バッテリに充電される。
[0004]
 特許文献1に記載の回生制動装置では、アクチュエータ(モータ)を発電機として用いるので、蓄電装置(バッテリ)で回収される電気エネルギ、つまり回生エネルギには、アクチュエータの発電効率に応じた損失が発生し得る。

先行技術文献

特許文献

[0005]
特許文献1 : 特開平10-201008号公報

発明の概要

[0006]
 本開示は上記事由に鑑みてなされており、回生エネルギに、アクチュエータの発電効率に応じた損失が発生しにくい、出力調整回路、駆動システム、アクチュエータシステム、移動体及び出力調整方法を提供することを目的とする。
[0007]
 本開示の一態様に係る出力調整回路は、蓄電装置から電力供給を受けるドライバによって駆動されるアクチュエータ用の出力調整回路である。前記出力調整回路は、回生回路を備える。前記回生回路は、前記アクチュエータの出力を低下させる場合に、前記ドライバから回生電流を引き抜き、前記回生電流にて前記蓄電装置を充電する。
[0008]
 本開示の一態様に係る駆動システムは、上記の出力調整回路と、前記アクチュエータを駆動する前記ドライバと、を備える。
[0009]
 本開示の一態様に係るアクチュエータシステムは、上記の駆動システムと、前記ドライバに電力を供給する前記蓄電装置と、前記ドライバにて駆動される前記アクチュエータと、を備える。
[0010]
 本開示の一態様に係る移動体は、上記のアクチュエータシステムと、前記アクチュエータの出力を利用して移動する移動体本体と、を備える。
[0011]
 本開示の一態様に係る出力調整方法は、蓄電装置から電力供給を受けるドライバによって駆動されるアクチュエータ用の出力調整方法である。前記出力調整方法は、受付工程と、回生工程と、充電工程と、を有する。前記受付工程にて、前記アクチュエータの出力を低下させることの指示を受け付ける。前記回生工程にて、前記指示に応じて前記ドライバから回生電流を引き抜く。前記充電工程にて、前記回生電流にて前記蓄電装置を充電する。

図面の簡単な説明

[0012]
[図1] 図1は、実施形態1に係る出力調整回路を含む駆動システム、さらに、駆動システムを含むアクチュエータシステムの概略構成を示す回路図である。
[図2] 図2Aは、同上のアクチュエータシステムを搭載した移動体を示す外観図である。図2Bは、同上の移動体の加速時における動作を示す概念図である。図2Cは、同上の移動体の減速時における動作を示す概念図である。
[図3] 図3は、同上の駆動システムの具体的回路の構成例を示す回路図である。
[図4] 図4は、同上の出力調整回路の主要な動作を示す波形図である。
[図5] 図5は、同上の出力調整回路の動作の一例を示すフローチャートである。
[図6] 図6は、実施形態2に係る出力調整回路の具体的回路の構成例を示す回路図である。
[図7] 図7は、実施形態3に係る出力調整回路の概略構成を示す回路図である。
[図8] 図8は、同上の出力調整回路の具体的回路の構成例を示す回路図である。
[図9] 図9は、実施形態4に係る出力調整回路の概略構成を示す回路図である。
[図10] 図10は、同上の出力調整回路の具体的回路の構成例を示す回路図である。
[図11] 図11は、同上の出力調整回路の主要な動作を示す波形図である。
[図12] 図12Aは、実施形態5に係る出力調整回路の具体的回路の構成例を示す回路図である。図12Bは、同上の出力調整回路に用いる第5制御回路の具体的回路の構成例を示す回路図である。
[図13] 図13は、同上の出力調整回路の主要な動作を示す波形図である。
[図14] 図14Aは、実施形態6に係る出力調整回路の概略構成を示す回路図である。図14Bは、実施形態6の変形例に係る出力調整回路の概略構成を示す回路図である。
[図15] 図15は、実施形態7に係る出力調整回路の具体的回路の構成例を示す回路図である。

発明を実施するための形態

[0013]
 (実施形態1)
 (1)概要
 以下、実施形態1に係る出力調整回路1の概要について、図1を参照して説明する。
[0014]
 本実施形態に係る出力調整回路1は、蓄電装置4からの電力で駆動されるアクチュエータ2の出力の調整に用いられる。ここで、アクチュエータ2は、ドライバ3によって駆動される。つまり、ドライバ3は、電気エネルギを蓄積可能な蓄電装置4から電力供給を受けて、アクチュエータ2を駆動する。この種のアクチュエータ2は、蓄電装置4を電源として用いることになるので、電力系統(商用電源)に常時接続する必要が無く、一例として、電動バイク又は電気自動車等の移動体M1(図2A参照)の動力源として用いられる。出力調整回路1は、このようなアクチュエータ2の出力の調整に用いられ、かつ蓄電装置4に回生エネルギとしての電気エネルギ(電力)を供給することで蓄電装置4を充電する機能を有する。
[0015]
 ここで、本実施形態に係る出力調整回路1は、アクチュエータ2用の出力調整回路1であって、回生回路11を備える。アクチュエータ2は、蓄電装置4から電力供給を受けるドライバ3によって駆動される。回生回路11は、アクチュエータ2の出力を低下させる場合に、ドライバ3から回生電流I1を引き抜き、回生電流I1にて蓄電装置4を充電する。
[0016]
 このような構成によれば、回生回路11が、ドライバ3から回生電流I1を引き抜くことで、アクチュエータ2の出力を低下させることができる。つまり、本来、ドライバ3からアクチュエータ2に供給されるべき電気エネルギの少なくとも一部が、回生電流I1として引き抜かれることで、アクチュエータ2に供給される電気エネルギが低減し、結果的にアクチュエータ2の出力は低下する。しかも、回生回路11は、ドライバ3から引き抜かれた回生電流I1にて、蓄電装置4を充電している。つまり、蓄電装置4の充電に用いられる回生エネルギは、アクチュエータ2から出力されるのではなく、ドライバ3からアクチュエータ2に供給される前の段階、つまりドライバ3から直接的に引き抜かれることになる。言い換えれば、蓄電装置4からドライバ3を介してアクチュエータ2に供給されるべき電気エネルギを、回生回路11が回生エネルギ(回生電流I1)として横取りすることにより、アクチュエータ2の出力が低下する。
[0017]
 したがって、出力調整回路1によれば、アクチュエータ2を発電機として機能させなくとも、アクチュエータ2の出力の低下に伴う回生エネルギを得ることができる。結果的に、回生エネルギに、アクチュエータ2の発電効率に応じた損失が発生しにくい、という利点がある。さらに言えば、出力調整回路1は、そもそもアクチュエータ2を発電機として機能させないので、発電の機能を持たないアクチュエータ2に対しても利用可能である。
[0018]
 また、本実施形態に係る出力調整回路1は、少なくともドライバ3と共に、駆動システム10を構成する。つまり、本実施形態に係る駆動システム10は、出力調整回路1と、ドライバ3と、を備えている。ドライバ3は、アクチュエータ2を駆動する。
[0019]
 そして、本実施形態に係る駆動システム10は、少なくとも蓄電装置4及びアクチュエータ2と共に、アクチュエータシステム100を構成する。つまり、本実施形態に係るアクチュエータシステム100は、駆動システム10と、蓄電装置4と、アクチュエータ2と、を備えている。蓄電装置4は、ドライバ3に電力を供給する。アクチュエータ2は、ドライバ3にて駆動される。
[0020]
 (2)詳細
 次に、実施形態1に係る出力調整回路1、駆動システム10、アクチュエータシステム100、移動体M1及び出力調整方法の詳細について、図1~図5を参照して説明する。
[0021]
 (2.1)前提
 本実施形態では、出力調整回路1を用いたアクチュエータシステム100が、移動体M1に適用される場合を例に説明する。つまり、本実施形態に係るアクチュエータシステム100は、少なくとも移動体本体M10(図2A参照)と共に、移動体M1(図2A参照)を構成する。言い換えれば、本実施形態に係る移動体M1は、アクチュエータシステム100と、移動体本体M10と、を備えている。移動体本体M10は、アクチュエータ2の出力を利用して移動する。要するに、移動体M1は、出力調整回路1及びドライバ3を含む駆動システム10と、蓄電装置4と、アクチュエータ2と、移動体本体M10と、を備えている。
[0022]
 移動体M1としては、例えば、電動バイク(二輪車)、自動車(四輪車)、電車、電動カート、航空機、ドローン、建設機械又は船舶等であってもよい。ここで、移動体M1は、電気エネルギを用いて駆動するアクチュエータシステム100以外にも、例えば、内燃機関等の原動機を移動体本体M10に更に含んでいてもよい。この場合、アクチュエータシステム100は、例えば、原動機のアシストに使用されてもよい。さらに、移動体M1は、自動運転により運転者無しで運転できる構成であってもよい。本実施形態では一例として、図2Aに示すように、移動体M1は、人を乗せた状態で路面上を走行する電動バイク(二輪車)であることとする。この種の移動体M1においては、アクチュエータシステム100は、移動体本体M10の動力(推進力)を発生する。つまり、アクチュエータシステム100にて移動体本体M10の移動のための動力が発生し、移動体M1の移動(例えば走行)が可能になる。
[0023]
 本開示でいう「蓄電装置」は、電気エネルギ(電荷)を蓄積する機能を有するデバイスであって、例えば、電気二重層キャパシタ等の電気化学デバイス、及びリチウムイオン電池(LIB:Lithium Ion Battery)等の二次電池を含む。蓄電装置4は、電力(電気エネルギ)の供給を受けて電気エネルギを蓄積する「充電」と、蓄積した電力(電気エネルギ)を放出する「放電」と、を行うことが可能である。本実施形態では一例として、蓄電装置4は、電気二重層キャパシタ等に比べて高いエネルギ密度を有する電気化学デバイスである場合を例に説明する。この電気化学デバイスの構成については「(2.2)全体構成」の欄で説明する。
[0024]
 本開示でいう「アクチュエータ」は、電力(電気エネルギ)を動力(運動エネルギ)に変換するトランスデューサであって、例えば、モータ(電動機)、ソレノイド、サーボモータ、リニアモータ、圧電アクチュエータ又は静電アクチュエータ等を含む。本実施形態では一例として、アクチュエータ2がモータである場合を例に説明する。
[0025]
 本開示でいう「アクチュエータの出力」は、アクチュエータ2から取り出される動力(運動エネルギ)である。ここで、アクチュエータ2から出力される動力は、物理的な運動を伴う力であって、例えば、回転動作(回転運動)に伴う回転力、直進動作(直進運動)等に伴う力、圧力又は振動等を含む。このようなアクチュエータ2の出力とアクチュエータ2の入力との間には相関関係があり、アクチュエータ2の出力の大きさは、アクチュエータ2の入力、つまりアクチュエータ2に供給される電力の大きさに応じて変化する。基本的には、アクチュエータ2に供給される電力(電気エネルギ)が大きくなるほど、アクチュエータ2の出力(運動エネルギ)が大きくなる。本実施形態では一例として、アクチュエータ2がモータであるので、アクチュエータ2の出力がアクチュエータ2(モータ)の回転数である場合を例に説明する。
[0026]
 また、本開示でいう入力端子T11,T12等の「端子」は、電線等を接続するための部品でなくてもよく、例えば、電子部品のリード、又は回路基板に含まれる導体の一部等であってもよい。
[0027]
 また、本開示において、回生電流I1にて蓄電装置4を充電することには、回生回路11が、引き抜いた回生電流I1そのものを蓄電装置4に供給することに加え、回生電流I1に応じた電流を蓄電装置4に供給することで、蓄電装置4を充電する場合を含む。言い換えれば、回生電流I1が直接的に蓄電装置4に供給される構成に限らず、回生電流I1に応じた電流、例えば、回生電流I1にある定数を乗じた電流が蓄電装置4に供給される構成であってもよい。
[0028]
 また、本開示において、2値の比較において、「以上」としているところは、2値が等しい場合、及び2値の一方が他方を超えている場合との両方を含む。ただし、これに限らず、ここでいう「以上」は、2値の一方が他方を超えている場合のみを含む「より大きい」と同義であってもよい。つまり、2値が等しい場合を含むか否かは、基準値等の設定次第で任意に変更できるので、「以上」か「より大きい」かに技術上の差異はない。同様に、「未満」においても「以下」と同義であってもよい。
[0029]
 (2.2)全体構成
 まず、本実施形態に係る出力調整回路1、及びそれを用いた移動体M1の全体構成について、図1~図2Cを参照して説明する。
[0030]
 図1は、本実施形態に係る出力調整回路1を含む駆動システム10、さらに、駆動システム10を含むアクチュエータシステム100の概略構成を示す回路図である。
[0031]
 図1に示すように、出力調整回路1は、回生回路11を備えている。本実施形態では、出力調整回路1の構成要素は回生回路11のみである。言い換えれば、本実施形態に係る出力調整回路1は、回生回路11のみを備えているため、出力調整回路1と回生回路11とは等価である。
[0032]
 また、駆動システム10は、上述したように、出力調整回路1と、アクチュエータ2を駆動するドライバ3と、を備えている。特に、本実施形態では、駆動システム10は、出力調整回路1(回生回路11)及びドライバ3に加えて、制御回路6を更に備えている。つまり、駆動システム10は、出力調整回路1、ドライバ3及び制御回路6を備えている。ただし、制御回路6は駆動システム10に必須の構成ではなく、適宜省略可能である。また、アクチュエータシステム100は、上述したように、駆動システム10と、ドライバ3に電力を供給する蓄電装置4と、ドライバ3にて駆動されるアクチュエータ2と、を備えている。
[0033]
 蓄電装置4は、ドライバ3の電源として用いられる。蓄電装置4は、充電及び放電の両方が可能である。本実施形態では、上述したように、蓄電装置4は、電気二重層キャパシタ等に比べて高いエネルギ密度を有する電気化学デバイスである。
[0034]
 蓄電装置4として用いられる電気化学デバイスは、正極部材と、負極部材と、非水電解液と、を備えている。正極部材は、正極集電体と、正極集電体に担持され正極活物質を含む正極材料層と、を有する。正極材料層は、アニオン(ドーパント)をドープ及び脱ドープする正極活物質として導電性高分子を含む。負極部材は、負極活物質を含む負極材料層を有する。負極活物質は、一例として、リチウムイオンの吸蔵及び放出を伴う酸化還元反応が進行する物質であり、具体的には、炭素材料、金属化合物、合金又はセラミックス材料等である。非水電解液は、一例として、リチウムイオン伝導性を有する。この種の非水電解液は、リチウム塩と、リチウム塩を溶解させる非水溶液と、を含んでいる。このような構成の電気化学デバイスは、電気二重層キャパシタ等に比べて、高いエネルギ密度を有する。
[0035]
 アクチュエータ2は、ドライバ3にて駆動され、電力(電気エネルギ)を動力(運動エネルギ)に変換する。つまり、アクチュエータ2は、ドライバ3から電力が供給されることで駆動され、動力を出力する。本実施形態では、上述したように、アクチュエータ2はモータ(電動機)である。このアクチュエータ2は、出力軸を回転させる回転動作により、回転力を発生する。より詳細には、アクチュエータ2は、三相交流(電圧)が入力されることで動作する交流電動機であって、一例として、三相交流かご形誘導電動機であると仮定する。
[0036]
 ドライバ3は、アクチュエータ2を駆動するインバータである。本実施形態では、アクチュエータ2が三相交流で駆動される交流電動機であるので、ドライバ3は、アクチュエータ2に三相交流を供給する三相インバータである。このドライバ3は、複数(ここでは6つ)のスイッチング素子31,32,33,34,35,36を有している。スイッチング素子31,32のペア、スイッチング素子33,34のペア、及びスイッチング素子35,36のペアは、それぞれ電気的に直列に接続されてレグを構成する。このように構成される3つのレグは、一対の入力端子T11,T12間に電気的に並列に接続される。
[0037]
 ドライバ3は、一対(2つ)の入力端子T11,T12と、3つの出力端子T21,T22,T23と、を有している。3つの出力端子T21,T22,T23にはアクチュエータ2が電気的に接続される。ここでは、スイッチング素子31,32の接続点が出力端子T21となり、スイッチング素子33,34の接続点が出力端子T22となり、スイッチング素子35,36の接続点が出力端子T23となる。このように構成されるドライバ3は、一対の入力端子T11,T12に直流電圧が印加された状態で、複数のスイッチング素子31~36をスイッチング動作させることで、3つの出力端子T21,T22,T23から三相交流電圧を出力する。言い換えれば、ドライバ3は、直流電圧を(三相)交流電圧に変換する。
[0038]
 制御回路6は、制御信号を出力して半導体スイッチング素子等を制御する。制御回路6は、ドライバ3における複数のスイッチング素子31~36、並びに、回生回路11における減速用電力変換器5及び開閉器13の各々を、個別に制御する。制御回路6は、少なくともスイッチング素子31~36等をオン/オフ制御する。制御回路6は、スイッチング素子31~36等に対して制御信号を直接的に出力してスイッチング素子31~36等を直接的に制御してもよいし、駆動回路を介してスイッチング素子31~36等を間接的に制御してもよい。
[0039]
 制御回路6は、例えば、1以上のプロセッサ及び1以上のメモリを有するマイクロコントローラを含んでいる。マイクロコントローラは、1以上のメモリに記録されているプログラムを1以上のプロセッサで実行することにより、制御回路6としての機能を実現する。プログラムは、予めメモリに記録されていてもよいし、メモリカードのような非一時的記録媒体に記録されて提供されたり、電気通信回線を通して提供されたりしてもよい。言い換えれば、上記プログラムは、1以上のプロセッサを、制御回路6として機能させるためのプログラムである。
[0040]
 回生回路11は、蓄電装置4とドライバ3との間に挿入されている。本開示でいう「挿入」とは、電気的に接続される二者間への挿入を意味し、回生回路11は、蓄電装置4とドライバ3とで構成される回路において蓄電装置4とドライバ3との間に電気的に接続されることになる。言い換えれば、ドライバ3は、蓄電装置4に対し、回生回路11を介して電気的に接続される。
[0041]
 回生回路11は、上述したように、アクチュエータ2の出力を低下させる場合に、ドライバ3から回生電流I1を引き抜く回路である。そして、回生回路11は、引き抜いた回生電流I1にて蓄電装置4を充電する。特に、本実施形態では、回生回路11は、ドライバ3の入力端子T11,T12から回生電流I1を引き抜くように構成されている。つまり、回生回路11は、ドライバ3の一対の入力端子T11,T12に電気的に接続されており、アクチュエータ2の出力を低下させる場合には、これら一対の入力端子T11,T12から回生電流I1を引き抜く。このように、回生回路11は、ドライバ3の出力段からではなく、入力段から回生電流I1を引き抜くように構成されている。
[0042]
 そして、回生回路11は、引き抜いた回生電流I1に応じた電流を蓄電装置4に供給することによって、蓄電装置4を充電する。つまり、アクチュエータ2の出力を低下させる場合には、回生回路11は、ドライバ3に供給される電気エネルギ(電力)の少なくとも一部を、蓄電装置4に横流しする。これにより、アクチュエータ2の出力を低下させる場合においては、ドライバ3に供給される電気エネルギが低減し、かつ、蓄電装置4の充電が行われる。
[0043]
 本実施形態では、回生回路11は、図1に示すように、入力蓄電部12と、開閉器13と、電力変換器5と、を有している。ここで、電力変換器5は、アクチュエータ2の出力を低下させる際、つまりアクチュエータ2の回転数の減速時に作動するので、本開示では、電力変換器5を「減速用電力変換器」と呼ぶ。
[0044]
 入力蓄電部12は、ドライバ3の一対の入力端子T11,T12間に電気的に接続されている。本実施形態では一例として、入力蓄電部12はキャパシタ(コンデンサ)である。さらに、入力蓄電部12は、蓄電装置4にも電気的に接続されている。具体的には、入力蓄電部12は、開閉器13を介して蓄電装置4に接続されている。これにより、開閉器13が導通状態(オン)のときに、入力蓄電部12には蓄電装置4から電力が供給され、この電力をもって入力蓄電部12が充電される。
[0045]
 ここで、本実施形態では、回生回路11は、入力端子T11,T12に電気的に接続された入力蓄電部12の放電によって、回生電流I1を引き抜く。つまり、ドライバ3の一対の入力端子T11,T12には、入力蓄電部12が電気的に接続されているため、ドライバ3には入力蓄電部12から電気エネルギ(電力)が供給されることになる。そのため、ドライバ3に供給される電気エネルギは、入力蓄電部12に蓄積されている電気エネルギの大きさ、つまり入力蓄電部12の蓄電量に依存し、蓄電量が小さくなるほどドライバ3に供給される電気エネルギも小さくなる。そこで、回生回路11は、入力蓄電部12を電源として回生電流I1を流すようにして入力蓄電部12を放電し、これをもって、ドライバ3の入力端子T11,T12からの回生電流I1の引き抜きを実現する。
[0046]
 開閉器13は、蓄電装置4とドライバ3との間に挿入されている。開閉器13は、アクチュエータ2の駆動時に導通し、回生電流I1を引き抜く際に遮断する。開閉器13は、例えば、トランジスタ又は双方向サイリスタ等の半導体スイッチにて実現される。本実施形態では、開閉器13は、制御回路6にて制御される。つまり、開閉器13は、制御回路6からの制御信号によって導通/遮断(非導通)が切り替わる。ここでは、一方の入力端子T11は開閉器13を介して蓄電装置4の一方の端子(正極)に接続され、他方の入力端子T12は蓄電装置4の他方の端子(負極)に直接的に接続されている。
[0047]
 減速用電力変換器5は、蓄電装置4とドライバ3との間に挿入されている。減速用電力変換器5は、少なくとも回生電流I1を引き抜く際に作動して、ドライバ3から蓄電装置4に電力を供給する。減速用電力変換器5は、例えば、直流電圧を所望の大きさの直流電圧に変換して出力するDC-DCコンバータにて実現される。ここでは一例として、減速用電力変換器5は、入力蓄電部12から印加される電圧を昇圧して蓄電装置4に出力する、昇圧コンバータである。そこで、図1等の図面においては、減速用電力変換器5を「減速用DC-DC」とも表記する。本実施形態では、減速用電力変換器5は、制御回路6にて制御される。つまり、減速用電力変換器5は、制御回路6からの制御信号によって作動する。ここでは、減速用電力変換器5は、一方の入力端子T11と、蓄電装置4の一方の端子(正極)との間において、開閉器13と電気的に並列に接続されている。
[0048]
 上記構成によれば、蓄電装置4と入力蓄電部12との間には、開閉器13を通る経路と、減速用電力変換器5を通る経路と、の2つの経路が存在することになる。これにより、開閉器13が導通状態(オン)であれば、蓄電装置4の出力によって入力蓄電部12が充電される。一方、減速用電力変換器5が作動すれば、入力蓄電部12からの回生電流I1によって蓄電装置4が充電される。
[0049]
 ここにおいて、入力蓄電部12の出力電流は、入力蓄電部12からドライバ3に供給される供給電流I2と、入力蓄電部12から蓄電装置4に供給される回生電流I1と、の和である。言い換えれば、入力蓄電部12からドライバ3に供給される供給電流I2は、入力蓄電部12の出力電流と、入力蓄電部12から蓄電装置4に供給される回生電流I1と、の差分である。
[0050]
 また、図示は省略するが、アクチュエータシステム100は、制御回路6等の動作電力を生成する電源回路、蓄電装置4の充電回路、及び各種の保護回路等を更に備えている。
[0051]
 図2Aは、本実施形態に係る移動体M1の構成を示す概略図である。
[0052]
 上述したような構成のアクチュエータシステム100は、移動体M1の移動体本体M10に搭載される。移動体本体M10は、アクチュエータシステム100(アクチュエータ2、蓄電装置4及び駆動システム10)に加えて、ECU(Electronic Control Unit)101を有している。ECU101は、アクチュエータシステム100の制御回路6と通信可能である。
[0053]
 ECU101は、例えば、運転者により移動体本体M10のスロットルが操作された際に発生する操作信号を受けて、制御回路6に信号を送信する。ECU101が制御回路6に送信する信号は、移動体本体M10の動作を指示する信号であって、移動体本体M10の駆動を指示する駆動信号、及び移動体本体M10の減速を指示する減速信号を含む。
[0054]
 例えば、図2Bに示すように、上り坂において移動体本体M10を加速させるべく運転者がスロットルを操作した場合、ECU101から制御回路6には駆動信号が送信される。駆動信号を受けた制御回路6は、ドライバ3を制御してアクチュエータ2を駆動し、アクチュエータ2に移動体本体M10の動力(推進力)を発生させる。
[0055]
 一方、例えば、図2Cに示すように、下り坂において移動体本体M10を減速させるべく運転者がスロットル又はブレーキレバーを操作した場合、ECU101から制御回路6には減速信号が送信される。つまり、運転者がブレーキを操作したときだけでなく、例えば、エンジンブレーキをかけるかのごとくスロットルを戻すような操作をした場合にも、減速信号が出力される。減速信号を受けた制御回路6は、出力調整回路1を制御してアクチュエータ2の出力を低下させ、移動体本体M10の動力(推進力)を低減させる。もちろん、減速時においては、移動体本体M10のブレーキシステムについても、出力調整回路1と併せて動作させてもよい。
[0056]
 (2.3)具体的回路
 次に、本実施形態に係る駆動システム10の具体的回路の構成例について、図3を参照して説明する。
[0057]
 本実施形態ではドライバ3における複数のスイッチング素子31~36の各々は、一例として、エンハンスメント形のnチャネルMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)からなる半導体素子である。これら複数のスイッチング素子31~36は、制御回路6(第1制御回路61)からの制御信号によってオン/オフ制御される。
[0058]
 出力調整回路1の減速用電力変換器5は、図3に示すように、インダクタ50と、スイッチング素子51と、電流検出抵抗52と、ダイオード53と、を有する。減速用電力変換器5は、昇圧コンバータを構成する。インダクタ50は、入力蓄電部12に電気的に接続される。スイッチング素子51は、例えば、エンハンスメント形のnチャネルMOSFETであって、インダクタ50を介して入力蓄電部12に電気的に接続される。電流検出抵抗52は、入力蓄電部12の両端間において、インダクタ50及びスイッチング素子51と電気的に直列に接続される。ダイオード53のアノード端子は、インダクタ50とスイッチング素子51との接続点に電気的に接続される。ダイオード53のカソード端子は、蓄電装置4の一方の端子(正極)に電気的に接続される。これにより、ダイオード53は、入力蓄電部12から引き抜いた回生電流I1を蓄電装置4に回生する。
[0059]
 制御回路6は、第1制御回路61と、第2制御回路62と、を有している。制御回路6には、ECU101(図2A参照)等から駆動信号SA及び減速信号SBが入力される。
[0060]
 第1制御回路61は、駆動信号SA及び減速信号SBに応じてドライバ3を制御する。つまり、第1制御回路61は、三相インバータであるドライバ3の複数のスイッチング素子31~36の各々を制御する。
[0061]
 第2制御回路62は、駆動信号SA及び減速信号SBに応じて減速用電力変換器5を制御する。第2制御回路62は、比較器620と、反転器621と、パルス発生器622と、ラッチ回路623と、を有する。比較器620は、減速信号SBと、電流検出抵抗52の検出電圧(両端電圧)と、を比較する。反転器621は、駆動信号SAが無い時にHレベル(High Level)の信号(以下、単に「H」ともいう)を出力する。パルス発生器622は、反転器621の出力が「H」のときに、所定の周期でパルスを出力する。ラッチ回路623は、パルス発生器622の出力でセットされて比較器620の出力でリセットされる。上記構成の第2制御回路62は、ラッチ回路623の出力を減速用電力変換器5のスイッチング素子51の制御用の制御信号として出力する。
[0062]
 (2.4)動作
 次に、本実施形態に係る出力調整回路1、及びそれを用いた移動体M1の動作について、図2B、図2C、図4及び図5を参照して説明する。ここでは、移動体本体M10の「駆動」には、移動体本体M10の加速の他、移動体本体M10を一定速度で走行させる巡航状態も含むこととする。また、移動体本体M10の「減速」には、移動体本体M10の速度をゼロまで低下させて移動体本体M10を停止させる制動状態も含む。
[0063]
 まず、図2Bに例示するような移動体本体M10の駆動時(巡航状態を含む)において、駆動信号SAを受けた制御回路6は、開閉器13をオンにして、蓄電装置4から入力蓄電部12への電力供給により入力蓄電部12を充電する。このとき、制御回路6は、ドライバ3を作動させてアクチュエータ2を駆動する。これにより、駆動時においては、図2Bのように、駆動システム10のドライバ3からアクチュエータ2へ電気エネルギ(供給電流I2)が供給され、アクチュエータ2の回転数が増加する。その結果、移動体本体M10が加速する。
[0064]
 一方、図2Cに例示するような移動体本体M10の減速時(制動状態を含む)において、減速信号SBを受けた制御回路6は、開閉器13をオフにして、蓄電装置4から入力蓄電部12への電力供給を遮断する。このとき、制御回路6は、減速用電力変換器5を作動させて入力蓄電部12を放電し、蓄電装置4を充電する。言い換えれば、制御回路6は、減速用電力変換器5にて、ドライバ3の入力端子T11,T12から回生電流I1を引き抜き、引き抜いた回生電流I1に応じた電流を蓄電装置4に供給することで蓄電装置4の充電を行う。
[0065]
 すなわち、上述したように、入力蓄電部12からドライバ3に供給される供給電流I2は、入力蓄電部12の出力電流と、入力蓄電部12から蓄電装置4に供給される回生電流I1と、の差分である。そのため、回生回路11で引き抜かれる回生電流I1が大きくなれば、これに伴って供給電流I2は小さくなり、アクチュエータ2に入力される電気エネルギ(電力)が減少する。そして、駆動システム10からアクチュエータ2へ供給される電力が減少すれば、アクチュエータ2の出力(回転数)は低下する。その結果、移動体本体M10が減速する。
[0066]
 また、アクチュエータ2がモータであれば、上述したような回生回路11による減速に伴って、アクチュエータ2からドライバ3を介して回生電力が発生する。つまり、アクチュエータ2が発電機として機能することで、アクチュエータ2からドライバ3を介して回生電力を取り出すことが可能である。本実施形態では、この回生電力についても、減速用電力変換器5によって蓄電装置4に供給され、蓄電装置4の充電に用いられる。
[0067]
 ところで、本実施形態では、制御回路6(第2制御回路62)は、減速信号SBに基づいて、減速用電力変換器5の動作を調整し、回生電流I1の大きさを変化させる。つまり、減速信号SBは、アクチュエータ2の出力の低下量を指示する指示信号であるので、制御回路6は、減速信号SBが示すアクチュエータ2の出力の低下量に応じて、回生電流I1の大きさを変化させるように減速用電力変換器5を制御する。本実施形態では、制御回路6は、アクチュエータ2の出力の低下量が大きいほど、回生電流I1を大きくするように減速用電力変換器5を制御する。これにより、回生回路11は、アクチュエータ2の出力の低下量を指示する指示信号である減速信号SBに基づいて、回生電流I1の大きさを変化させることになる。
[0068]
 また、回生回路11が引き抜く回生電流I1の大きさは、回生電流I1を引き抜く直前における、アクチュエータ2の出力に応じても、変化することが好ましい。つまり、回生電流I1を増やすほど、アクチュエータ2の出力は速やかに低下することになるので、減速開始時点のアクチュエータ2の出力が大きいほど、減速信号SBのレベルを上げて回生電流I1を増やすことが好ましい。言い換えれば、減速開始時点の移動体本体M10の移動速度が高速であるほど、減速信号SBのレベルを上げて、回生回路11が引き抜く回生電流I1の大きさを大きくすることが好ましい。減速開始時点のアクチュエータ2の出力の大きさについては、制御回路6は、例えば、アクチュエータ2からの信号にて取得してもよいし、移動体本体M10からの速度信号にて取得してもよい。さらに、制御回路においては、減速信号SBに移動体本体M10からの速度信号を乗じた値に、回生電流を追従させてもよい。このように、回生回路11は、アクチュエータ2の出力が大きいほどに、回生電流I1を大きくする。
[0069]
 回生電流I1の大きさは、制御回路6(第2制御回路62)による減速用電力変換器5の制御によって調整可能である。
[0070]
 以下に、図3に示した出力調整回路1の動作を、図4を参照して説明する。図4は、図3に示した出力調整回路1の主要な動作を示す波形図である。図4では、駆動信号SA、入力蓄電部12の両端電圧Vc、パルス発生器622の出力パルスVclk、スイッチング素子51の制御信号Vg、減速信号SB、電流検出抵抗52の両端電圧である検出電圧Vi、及びインダクタ電流ILを示す。インダクタ電流ILは、減速用電力変換器5のインダクタ50を流れる電流である。図4では、減速信号SBを破線で示す。
[0071]
 まず、移動体本体M10の駆動時(巡航状態を含む)においては、図4に「加速」と表記した期間のように、駆動信号SAが所定値以上のレベルであり、かつ減速信号SBが所定値以下のLレベル(Low Level)の信号(以下、単に「L」ともいう)である。そのため、制御回路6は、上記駆動信号SA及び減速信号SBに基づいて、開閉器13をオンにして蓄電装置4からの供給電力で入力蓄電部12を充電する。さらに、第1制御回路61はドライバ3を作動させてアクチュエータ2を駆動する。これにより、加速時には、上昇する駆動信号SAのレベルに応じ、第1制御回路61はドライバ3を介してアクチュエータ2へ供給される電力を増加させ、アクチュエータ2の出力(回転数)を増加させる。
[0072]
 次に、時刻t1以降の減速時においては、減速信号SBが上昇する一方で、駆動信号SAが所定値を下回って「L」になる。そうすると、制御回路6は、開閉器13をオフにして蓄電装置4から入力蓄電部12への電力供給を遮断する。さらに、第2制御回路62では、パルス発生器622がパルスを発生させる。パルス発生器622の出力パルスは、ラッチ回路623を介して、制御信号Vgを「H」にして減速用電力変換器5のスイッチング素子51をオンさせる。
[0073]
 スイッチング素子51がオンすると、入力蓄電部12からインダクタ50を介して流れるインダクタ電流ILは電流検出抵抗52によって検出され、検出電圧Viが第2制御回路62の比較器620によって減速信号SBと比較される。時刻t2において検出電圧Viが減速信号SBを超えると、比較器620の出力は反転して「H」となり、ラッチ回路623はリセットされる。これにより、ラッチ回路623の出力であるスイッチング素子51の制御信号Vgは「L」となって、スイッチング素子51はターンオフする。そして、インダクタ50を流れるインダクタ電流ILは、ダイオード53を介して蓄電装置4に供給され、蓄電装置4を充電する。パルス発生器622が再びパルスを発生すると、スイッチング素子51はターンオンする。減速時においては、以降、上記動作を繰り返す。ここで、インダクタ電流ILは、図4に示すように、直流重畳された三角波電流であり、その平均値が回生電流I1である。
[0074]
 以上説明したような動作により、第2制御回路62は、インダクタ50のインダクタ電流ILのピーク値が減速信号SBに追従するように、減速用電力変換器5のスイッチング素子51をスイッチング動作させる。結果的に、回生回路11は、アクチュエータ2の出力の低下量を指示する指示信号である減速信号SB(の大きさ)に基づいて、回生電流I1の大きさを変化させることになる。要するに、減速信号SBの大きさ、つまり減速信号SBにて指示されるアクチュエータ2の出力の低下量が大きいほど、回生電流I1が大きくなり、アクチュエータ2の出力が大きく低下する。
[0075]
 図5は、以上説明したような出力調整回路1の動作の一例を示すフローチャートである。つまり、図5のフローチャートは、本実施形態に係る出力調整方法に相当する。
[0076]
 出力調整回路1は、まずは加速の指示(駆動信号SA)の有無を判断する(S1)。加速の指示が有れば(S1:Yes)、出力調整回路1は、開閉器13をオンにし(S2)、蓄電装置4からの供給電力で入力蓄電部12を充電する(S3)。さらに、出力調整回路1は、ドライバ3にて、蓄電装置4からの供給電力でアクチュエータ2を駆動する(S4)。
[0077]
 次に、出力調整回路1は、減速の指示(減速信号SB)の有無を判断する(S5)。減速の指示が有れば(S5:Yes)、出力調整回路1は、開閉器13をオフにし(S6)、減速用電力変換器5を作動させる(S7)。これにより、減速用電力変換器5にて入力蓄電部12が放電され(S8)、ドライバ3の入力端子T11,T12(入力蓄電部12)から回生電流I1が引き抜かれる。引き抜かれた回生電流I1は、減速用電力変換器5を介して蓄電装置4に供給されるので、蓄電装置4は充電される(S9)。
[0078]
 上記一連の処理が完了すれば、処理S1に戻る。また、加速の指示が無ければ(S1:No)、処理S2~S4がスキップされ、減速の指示が無ければ(S5:No)、処理S6~S9はスキップされる。図5に示すフローチャートは、出力調整回路1の動作の一例に過ぎず、例えば、処理の順序が適宜入れ替わってもよいし、適宜、処理が追加又は省略されてもよい。
[0079]
 上述したように、本実施形態に係る出力調整回路1によれば、減速時には、入力蓄電部12を放電し、入力蓄電部12から放電される回生電流I1に応じた電流で蓄電装置4を充電する。すなわち、ドライバ3からアクチュエータ2へ供給される電気エネルギ(電力)を減少させることにより、アクチュエータ2の出力(回転数)を低下させる。さらに、出力調整回路1は、上述したように、アクチュエータ2の出力を低下させる際には、ドライバ3から引き抜いた回生電流I1に応じた電流を蓄電装置4に供給する。これにより、制御回路6が減速信号を受ける場合には、移動体本体M10が減速されることに加え、蓄電装置4が充電されることになる。
[0080]
 つまり、蓄電装置4の充電に用いられる回生エネルギは、アクチュエータ2から出力されるのではなく、ドライバ3からアクチュエータ2に供給される前の段階、つまりドライバ3から直接的に引き抜かれることになる。したがって、出力調整回路1によれば、アクチュエータ2を発電機として機能させなくとも、アクチュエータ2の出力の低下に伴う回生エネルギを得ることができる。結果的に、回生エネルギに、アクチュエータ2の発電効率に応じた損失が発生しにくい、という利点がある。さらに、この構成では、回生回路11が回生電流I1を能動的に引き抜くことでアクチュエータ2の出力を低下させる。そのため、アクチュエータ2を発電機として用いる場合のように、アクチュエータ2が発生する回生電力を受動的に受ける場合に比較して、アクチュエータ2の出力の低下に寄与する回生エネルギの大きさを積極的に調整可能である。よって、例えば、アクチュエータ2が発生する回生電力以上の電力を、回生エネルギとして蓄電装置4に回収することも可能である。
[0081]
 また、本実施形態では、第1制御回路61においても、減速信号SBに応じてドライバ3を制御してアクチュエータ2の出力(回転数)を低下させる。この減速動作に伴って、アクチュエータ2からドライバ3を介して発生する回生電力は、減速用電力変換器5によって蓄電装置4を供給される電力に含まれる。これにより、出力調整回路1は、回生回路11で積極的にドライバ3から引き抜かれる回生電流I1に加えて、アクチュエータ2で発生する回生電力についても、蓄電装置4の充電に用いることができる。
[0082]
 (3)変形例
 実施形態1は、本開示の様々な実施形態の一つに過ぎない。実施形態1は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。例えば、図3に示した具体的な回路は、本開示の出力調整回路1の一例に過ぎず、設計等に応じて種々の変更が可能である。本開示において説明する各図は、模式的な図であり、各図中の各構成要素の大きさ及び厚さそれぞれの比が、必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。また、実施形態1に係る出力調整回路1の制御回路6と同等の機能は、出力調整方法、(コンピュータ)プログラム、又はプログラムを記録した非一時的記録媒体等で具現化されてもよい。
[0083]
 一態様に係る出力調整方法は、アクチュエータ2用の出力調整方法であって、受付工程と、回生工程と、充電工程と、を有する。アクチュエータ2は、蓄電装置4から電力供給を受けるドライバ3によって駆動される。受付工程は、アクチュエータ2の出力を低下させることの指示(減速信号SB)を受け付ける工程である。回生工程は、指示に応じてドライバ3から回生電流I1を引き抜く工程である。充電工程は、回生電流I1にて蓄電装置4を充電する工程である。一態様に係るプログラムは、上記出力調整方法を、1以上のプロセッサに実行させるためのプログラムである。
[0084]
 以下、実施形態1の変形例を列挙する。以下に説明する変形例は、適宜組み合わせて適用可能である。
[0085]
 本開示における駆動システム10は、制御回路6等にコンピュータシステムを含んでいる。コンピュータシステムは、ハードウェアとしてのプロセッサ及びメモリを主構成とする。コンピュータシステムのメモリに記録されたプログラムをプロセッサが実行することによって、本開示における制御回路6としての機能が実現される。プログラムは、コンピュータシステムのメモリに予め記録されてもよく、電気通信回線を通じて提供されてもよく、コンピュータシステムで読み取り可能なメモリカード、光学ディスク、ハードディスクドライブ等の非一時的記録媒体に記録されて提供されてもよい。コンピュータシステムのプロセッサは、半導体集積回路(IC)又は大規模集積回路(LSI)を含む1ないし複数の電子回路で構成される。ここでいうIC又はLSI等の集積回路は、集積の度合いによって呼び方が異なっており、システムLSI、VLSI(Very Large Scale Integration)、又はULSI(Ultra Large Scale Integration)と呼ばれる集積回路を含む。さらに、LSIの製造後にプログラムされる、FPGA(Field-Programmable Gate Array)、又はLSI内部の接合関係の再構成若しくはLSI内部の回路区画の再構成が可能な論理デバイスについても、プロセッサとして採用することができる。複数の電子回路は、1つのチップに集約されていてもよいし、複数のチップに分散して設けられていてもよい。複数のチップは、1つの装置に集約されていてもよいし、複数の装置に分散して設けられていてもよい。ここでいうコンピュータシステムは、1以上のプロセッサ及び1以上のメモリを有するマイクロコントローラを含む。したがって、マイクロコントローラについても、半導体集積回路又は大規模集積回路を含む1ないし複数の電子回路で構成される。
[0086]
 また、駆動システム10の少なくとも一部の機能が、1つの筐体内に集約されていることは駆動システム10に必須の構成ではなく、駆動システム10の構成要素は、複数の筐体に分散して設けられていてもよい。また、駆動システム10における制御回路6等の少なくとも一部の機能は、例えば、サーバ又はクラウド(クラウドコンピューティング)等によって実現されてもよい。
[0087]
 また、開閉器13、スイッチング素子51及び複数のスイッチング素子31~36の各々を構成する素子は、MOSFETに限らず、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)又はサイリスタ等であってもよい。さらに、これらの素子は、GaN(窒化ガリウム)等のワイドバンドギャップの半導体材料を用いた半導体スイッチング素子であってもよい。また、各素子は、半導体素子に限らず、例えば、半導体スイッチング素子を用いた半導体リレー(SSR:Solid-State Relay)、又はメカニカルリレーの接点にて構成されてもよい。さらに、各素子は、単一の素子に限らず、例えば、複数の半導体スイッチング素子を電気的に直列に接続した構成にて実現されてもよい。
[0088]
 また、アクチュエータ2は、実施形態1のように三相交流(電圧)が入力されることで動作する交流電動機に限らず、例えば、単相交流(電圧)が入力されることで動作する交流電動機であってもよい。さらに、アクチュエータ2は、モータ(電動機)に限らない。例えば、アクチュエータ2は、電子制御燃料噴射装置(インジェクションシステム)の構成部品であるインジェクタのソレノイド等であってもよい。
[0089]
 また、アクチュエータ2の出力は、アクチュエータ2から出力される動力(運動エネルギ)であればよく、回転数に限らない。例えば、アクチュエータ2がモータである場合においても、アクチュエータ2の出力は回転数に限らず、トルク等であってもよい。回転数以外であっても、基本的には、アクチュエータ2に供給される電力(電気エネルギ)が大きくなるほど、アクチュエータの出力(運動エネルギ)は大きくなる。
[0090]
 また、蓄電装置4は、上述した構成の電気化学デバイスに限らず、例えば、電気二重層キャパシタ又はリチウムイオンキャパシタ等であってもよいし、キャパシタに限らず、リチウムイオン電池、鉛蓄電池又はリチウム電池等の二次電池であってもよい。さらに、蓄電装置4は、複数のセルが、直列又は並列に接続されて構成されていてもよい。
[0091]
 また、アクチュエータシステム100が搭載される移動体M1は、電動バイク(二輪車)に限らず、例えば、自動車(四輪車)、電車、電動カート、航空機、ドローン、建設機械又は船舶等であってもよい。ここで、移動体M1は、アクチュエータシステム100以外にも、例えば、内燃機関等の原動機を移動体本体M10に含んでいてもよい。
[0092]
 また、アクチュエータシステム100は移動体M1に限らず、例えば、産業用ロボット、遊具、調理器具又は医療器具等に用いられてもよい。
[0093]
 また、入力蓄電部12を放電する具体的手段は、実施形態1で説明した手段に限らない。例えば、回生回路11は、減速用電力変換器5のスイッチング素子51をオンに維持することにより、入力蓄電部12に蓄積されている電気エネルギをほとんど放電し、アクチュエータ2を停止させるショートブレーキ等も採用可能である。
[0094]
 また、回生回路11は、ドライバ3から回生電流I1を引き抜く構成であればよく、回生回路11がドライバ3の入力端子T11,T12から回生電流I1を引き抜くことは出力調整回路1に必須の構成ではない。例えば、回生回路11は、ドライバ3における入力端子T11,T12と出力端子T21,T22,T23との間のいずれかの点から、回生電流I1を引き抜いてもよい。
[0095]
 (実施形態2)
 本実施形態に係る出力調整回路1Aは、図6に示すように、回生回路11がドライバ3の出力端子T21,T22,T23から回生電流I1を引き抜く点で、実施形態1に係る出力調整回路1と相違する。以下、実施形態1と同様の構成については、共通の符号を付して適宜説明を省略する。
[0096]
 本実施形態では、回生回路11の開閉器13が省略され、蓄電装置4がドライバ3の入力端子T11,T12に直接的に接続されている。すなわち、蓄電装置4の出力電圧が常にドライバ3の動作下限電圧より高いのであれば、開閉器13は必須ではない。
[0097]
 さらに、本実施形態では、回生回路11は、入力蓄電部12に代えて逆流防止回路14を有している。逆流防止回路14は、ドライバ3の出力端子T21,T22,T23と減速用電力変換器5との間に挿入されている。逆流防止回路14は、出力端子T21,T22,T23への回生電流I1の逆流を防止する。本実施形態では、回生回路11は、平滑機能を更に有している。つまり、逆流防止回路14は、ドライバ3の出力電圧を整流及び平滑して、昇圧コンバータからなる減速用電力変換器5に供給する。
[0098]
 一例として、逆流防止回路14は、図6に示すように、キャパシタ140と、3つのダイオード141,142,143と、を有している。キャパシタ140は、減速用電力変換器5の入力端に接続されており、減速用電力変換器5に入力される電圧を平滑する。3つのダイオード141,142,143のアノード端子は、それぞれドライバ3の出力端子T21,T22,T23に電気的に接続される。3つのダイオード141,142,143のカソード端子は、キャパシタ140の一方の端子(正極)に電気的に接続されている。
[0099]
 このように構成される逆流防止回路14は、ドライバ3の出力端子T21,T22,T23から、アクチュエータ2に供給されるべき電気エネルギ(電力)を昇圧コンバータからなる減速用電力変換器5へと横流しする。これにより、回生回路11は、がドライバ3の出力端子T21,T22,T23から回生電流I1を引き抜くことができる。
[0100]
 本実施形態に係る出力調整回路1Aでは、駆動(巡航状態を含む)時において、蓄電装置4からドライバ3へ直接的に電力供給される。そして、制御回路6の第1制御回路61は、ドライバ3を制御してアクチュエータ2へ供給される電力を制御し、アクチュエータ2の出力(回転数)を調整する。このとき、逆流防止回路14の出力、つまりキャパシタ140の両端電圧は蓄電装置4の両端電圧に略等しくなる。
[0101]
 一方、減速(制動状態を含む)時においては、制御回路6は、ドライバ3の動作を停止し、かつ減速用電力変換器5を動作させてキャパシタ140を放電することで、回生電流I1の引き抜きを行う。このとき、キャパシタ140の放電電流は減速用電力変換器5を介して蓄電装置4に供給され、蓄電装置4を充電する。
[0102]
 そして、キャパシタ140の両端電圧が低下すると、ダイオード141~143が導通し、アクチュエータ2へ供給される電力を減少させることにより、アクチュエータ2の出力(回転数)を低下させる。このアクチュエータ2の出力の低下に伴って、アクチュエータ2からドライバ3を介して回生電力が発生するが、この回生電力も逆流防止回路14から減速用電力変換器5を介して蓄電装置4に供給される。減速用電力変換器5は、減速信号SBに応じてキャパシタ140の放電電流、つまり回生電流I1の大きさを調整してもよい。
[0103]
 実施形態2は、本開示の様々な実施形態の一つに過ぎない。例えば、図6に示した具体的な回路は、本開示の出力調整回路1Aの一例に過ぎず、設計等に応じて種々の変更が可能である。
[0104]
 実施形態2で説明した構成(変形例を含む)は、実施形態1で説明した種々の構成(変形例を含む)と適宜組み合わせて採用可能である。
[0105]
 (実施形態3)
 本実施形態に係る出力調整回路1Bは、図7に示すように、回生回路11が駆動用電力変換器7を有する点で、実施形態1に係る出力調整回路1と相違する。以下、実施形態1と同様の構成については、共通の符号を付して適宜説明を省略する。
[0106]
 駆動用電力変換器7は、入力蓄電部12に代えて、蓄電装置4とドライバ3との間に挿入されている。駆動用電力変換器7は、例えば、直流電圧を所望の大きさの直流電圧に変換して出力するDC-DCコンバータにて実現される。ここでは一例として、駆動用電力変換器7は、蓄電装置4から印加される電圧を降圧してドライバ3に出力する、降圧コンバータである。そこで、図7等の図面においては、駆動用電力変換器7を「駆動用DC-DC」とも表記する。本実施形態では、駆動用電力変換器7は、制御回路6にて制御される。つまり、駆動用電力変換器7は、制御回路6からの制御信号によって作動する。ここでは、駆動用電力変換器7は、ドライバ3の一方の入力端子T11(図6等参照)と、蓄電装置4の一方の端子(正極)との間に挿入されている。
[0107]
 実施形態1のように、蓄電装置4から入力蓄電部12への電力供給路に開閉器13が挿入されている場合、入力蓄電部12の両端電圧が低下しているときに開閉器13が閉じると、蓄電装置4から入力蓄電部12に突入電流が流れる可能性がある。そのため、何らかの電流制限手段が必要になる。また、蓄電装置4が、例えば、電気二重層キャパシタ等のキャパシタである場合、電池容量の充分大きな二次電池(バッテリ)に比較して、蓄電装置4の出力電圧の変動が生じやすい。特に、蓄電装置4の出力電圧が低電圧の状態における駆動時には、ドライバ3の負担が大きくなる。
[0108]
 これに対して、本実施形態のように蓄電装置4とドライバ3(入力蓄電部12)との間に駆動用電力変換器7が設けられていれば、蓄電装置4の出力電流を制限し、突入電流を防ぐことが可能である。さらに、駆動用電力変換器7によれば、駆動用電力変換器7の出力電圧、つまり入力蓄電部12の両端電圧の安定化を図ることにより、ドライバ3の負担を軽減することができる。
[0109]
 図8は、本実施形態に係る出力調整回路1Bの具体的回路の構成例を示す。
[0110]
 図8の例では、駆動用電力変換器7は、インダクタ70と、スイッチング素子71と、ダイオード72と、抵抗73と、抵抗74と、を有している。インダクタ70の一方の端子は、入力蓄電部12に電気的に接続される。スイッチング素子71は、インダクタ70の他方の端子と蓄電装置4との間に挿入される。ダイオード72は、インダクタ70の他方の端子と回路グランドとの間に挿入される。抵抗73及び抵抗74は、入力蓄電部12の両端間において電気的に直列に接続されており、入力蓄電部12の両端電圧を分圧して、検出電圧として出力する。
[0111]
 また、図8に示すように、制御回路6は、第1制御回路61及び第2制御回路62に加えて、第3制御回路63を有している。第3制御回路63は、駆動信号SAに応じて駆動用電力変換器7を制御する。
[0112]
 第3制御回路63は、基準電圧源630と、差分増幅器631と、波形生成回路632と、PWM比較器633と、AND回路634と、を有している。差分増幅器631は、基準電圧源630の出力電圧と抵抗73及び抵抗74での検出電圧との差分を増幅する。波形生成回路632は、所定の周期で増減する、のこぎり波状の電圧を出力する。PWM比較器633は、差分増幅器631の出力と、波形生成回路632の出力(のこぎり波状の電圧)と、を比較して駆動パルスを出力する。AND回路634は、PWM比較器633からの駆動パルスと駆動信号SAとを入力として、これらの論理積を、スイッチング素子71用の制御信号としてスイッチング素子71に出力する。
[0113]
 以下に、図8に例示した出力調整回路1Bの第3制御回路63及び駆動用電力変換器7の動作について説明する。
[0114]
 まず、降圧コンバータである駆動用電力変換器7において、スイッチング素子71のスイッチング動作(オンオフ動作)によって、蓄電装置4の両端電圧は、所定のデューティ比δのパルス信号に変換されてインダクタ70に印加される。スイッチング素子71がオンであれば、蓄電装置4から、ダイオード72、インダクタ70及び入力蓄電部12の経路で、徐々に増加するインダクタ電流が流れる。スイッチング素子71がオフであれば、ダイオード72、インダクタ70及び入力蓄電部12の経路で、徐々に減少するインダクタ電流が流れる。安定動作時には、スイッチング素子71がオンとオフとを交互に繰り返す際に、このインダクタ電流の増加量と減少量とが等しくなる。蓄電装置4の両端電圧を「Vb」とすれば、安定動作時においては、入力蓄電部12の両端電圧Vcは概ね「Vc=δ×Vb」で表され、デューティ比δによって制御される。
[0115]
 次に、第3制御回路63において、差分増幅器631の出力は、検出電圧が基準電圧源630の出力電圧より高くなると低下し、低くなると上昇する。このため、差分増幅器631の出力と、波形生成回路632の出力(のこぎり波状の電圧)との比較結果である駆動パルスのデューティ比δは、検出電圧が基準電圧源630の出力電圧より高くなると小さくなり、低くなると大きくなる。駆動信号SAが「L」である減速時には、駆動パルスと駆動信号SAとの論理積であるスイッチング素子71用の制御信号も「L」となって、スイッチング素子71はオフ状態に固定され、蓄電装置4からの電力供給が遮断される。駆動信号SAが所定値より大きくなると、駆動パルスがスイッチング素子71用の制御信号として出力され、スイッチング素子71はオンオフ動作をし、駆動用電力変換器7は蓄電装置4から入力蓄電部12へ電力供給する。このとき、駆動用電力変換器7は、その出力電圧、つまり入力蓄電部12の両端電圧を所定値に安定させる。また、駆動用電力変換器7の動作開始時においても、スイッチング素子71のスイッチング動作とインダクタ70とによって、入力蓄電部12への供給電流は制限されるため、突入電流が防止される。
[0116]
 以上説明した実施形態3に係る出力調整回路1Bによれば、移動体本体M10の駆動時においても、駆動用電力変換器7によって突入電流が制限され、かつドライバ3の入力電圧(入力蓄電部12の両端電圧)が安定化される。結果的に、蓄電装置4の出力電圧に比較的大きな変動がある場合にも、ドライバ3はストレス無くアクチュエータ2を駆動することができる。
[0117]
 実施形態3は、本開示の様々な実施形態の一つに過ぎない。例えば、図8に示した具体的な回路は、本開示の出力調整回路1Bの一例に過ぎず、設計等に応じて種々の変更が可能である。
[0118]
 実施形態3で説明した構成(変形例を含む)は、実施形態1,2で説明した種々の構成(変形例を含む)と適宜組み合わせて採用可能である。
[0119]
 (実施形態4)
 本実施形態に係る出力調整回路1Cは、図9に示すように、双方向コンバータ8を有する点で、実施形態3に係る出力調整回路1Bと相違する。以下、実施形態3と同様の構成については、共通の符号を付して適宜説明を省略する。
[0120]
 双方向コンバータ8は、実施形態2に係る出力調整回路1Bにおける駆動用電力変換器7(図7参照)及び減速用電力変換器5(図7参照)に代えて、蓄電装置4と入力蓄電部12との間に挿入されている。双方向コンバータ8は、例えば、直流電圧を所望の大きさの直流電圧に変換して出力するDC-DCコンバータにて実現される。そこで、図9等の図面においては、双方向コンバータ8を「双方向DC-DC」とも表記する。本実施形態では、双方向コンバータ8は、制御回路6にて制御される。つまり、双方向コンバータ8は、制御回路6からの制御信号によって作動する。ここでは、双方向コンバータ8は、ドライバ3の一方の入力端子T11(図6等参照)と、蓄電装置4の一方の端子(正極)との間に挿入されている。
[0121]
 双方向コンバータ8は、駆動用電力変換器7の機能と、減速用電力変換器5の機能と、を兼ね備えている。つまり、双方向コンバータ8は、駆動(巡航状態を含む)時には、ドライバ3の入力電圧(入力蓄電部12の両端電圧)を安定化するように蓄電装置4からドライバ3に電力を供給する。一方、減速(制動状態を含む)時には、双方向コンバータ8は、入力蓄電部12を放電し、入力蓄電部12の放電電流である回生電流I1で蓄電装置4を充電する。言い換えれば、電力変換器は、アクチュエータ2の駆動時に蓄電装置4からドライバ3に電力を供給し、回生電流I1を引き抜く際にドライバ3から蓄電装置4に電力を供給する双方向コンバータ8である。ここでいう「電力変換器」は、減速用電力変換器5及び駆動用電力変換器7を意味し、蓄電装置4とドライバ3との間に挿入されており、少なくとも回生電流I1を引き抜く際に作動して、ドライバ3から蓄電装置4に電力を供給する。
[0122]
 図10は、本実施形態に係る出力調整回路1Cの具体的回路の構成例を示す。
[0123]
 図10の例では、双方向コンバータ8は、インダクタ80と、第1スイッチング素子81と、第2スイッチング素子82と、抵抗83と、抵抗84と、電流検出抵抗85と、を有している。インダクタ80の一方の端子は、入力蓄電部12に電気的に接続される。第1スイッチング素子81は、インダクタ80の他方の端子と蓄電装置4との間に挿入される。第2スイッチング素子82は、インダクタ80の他方の端子と回路グランドとの間に挿入される。抵抗83及び抵抗84の直列回路は、入力蓄電部12の両端間において電気的に直列に接続されており、入力蓄電部12の両端電圧を分圧して、検出電圧として出力する。電流検出抵抗85は、第2スイッチング素子82を流れる電流を検出する。
[0124]
 また、図10に示すように、制御回路6は、第1制御回路61に加えて、第4制御回路64aを有している。第4制御回路64aは、減速信号SBに応じて双方向コンバータ8を制御する。
[0125]
 第4制御回路64aは、基準電圧源640と、差分増幅器641と、抵抗642と、ダイオード643と、比較器644と、ワンショットパルス発生器645と、反転器646と、電圧源回路647と、を有している。差分増幅器641は、基準電圧源640の出力電圧と抵抗83及び抵抗84での検出電圧との差分を増幅する。抵抗642の一方の端子は、差分増幅器641の出力に電気的に接続される。ダイオード643は、減速信号SBを抵抗642の他方の端子に入力する。比較器644の反転入力端子(負入力端子)は、抵抗642とダイオード643との接続点に電気的に接続される。ワンショットパルス発生器645は、比較器644の出力の立ち上がりに同期して、所定のパルス幅を有する第1制御信号を第1スイッチング素子81へ出力する。反転器646は、第1制御信号を反転した第2制御信号を第2スイッチング素子82へ出力する。電圧源回路647は、電流検出抵抗85の出力する検出電圧に所定の直流電圧を加算して、比較器644の非反転入力端子(正入力端子)に印加する。
[0126]
 以下に、図10に示した出力調整回路1Cの動作を、図11を参照して説明する。図11は、図10に示した出力調整回路1Cの主要な動作を示す波形図である。図11では、駆動信号SA、入力蓄電部12の両端電圧Vc、第1スイッチング素子81の第1制御信号Vg1、第2スイッチング素子82の第2制御信号Vg2、減速信号SB、及びインダクタ電流ILを示す。さらに、図11では、比較器644の非反転入力端子(正入力端子)に印加される正入力電圧Vi+Vos、及び比較器644の反転入力端子(負入力端子)に印加される負入力電圧Veを示す。正入力電圧Vi+Vosは、電流検出抵抗85の両端電圧である検出電圧Viと、電圧源回路647が出力する所定電圧Vosとの和である。インダクタ電流ILは、双方向コンバータ8のインダクタ80を流れる電流である。図11では、減速信号SB及び比較器644の負入力電圧Veを破線で示す。
[0127]
 まず、移動体本体M10の巡航状態においては、駆動信号SAが所定値以上のレベルであり、かつ減速信号SBは「L」である。そのため、第1制御回路61はドライバ3を作動させてアクチュエータ2を駆動する。移動体本体M10の加速時には、図11に「加速」と表記した期間のように、上昇する駆動信号SAのレベルに応じて、第1制御回路61はドライバ3からアクチュエータ2へ供給される電力を増加させ、アクチュエータ2の出力(回転数)を増加させる。これらの駆動期間においては、双方向コンバータ8は、蓄電装置4からの電圧を降圧して入力蓄電部12へ出力する降圧コンバータとして動作する。
[0128]
 また、上述した駆動期間(巡航状態及び加速時)において、第4制御回路64aは、減速信号SBが「L」であるので、ダイオード643が導通せず、比較器644の反転入力端子には差分増幅器641の出力が抵抗642を介して入力される。差分増幅器641の出力(負入力電圧Ve)は、抵抗83及び抵抗84での検出電圧と基準電圧源640の出力電圧との差分を増幅した電圧である。そのため、負入力電圧Veは、抵抗83及び抵抗84での検出電圧が基準電圧源640の出力電圧より低くなると低下し、高くなると上昇する。比較器644は、検出電圧Viに所定電圧Vosを加算した正入力電圧Vi+Vosが、負入力電圧Ve以上の場合に「H」を出力する。
[0129]
 時刻t0において比較器644の出力が「L」から「H」に反転すると、ワンショットパルス発生器645は、第1制御信号Vg1を「H」にし、かつ第2制御信号Vg2を「L」にする。これにより、第4制御回路64aは、第1スイッチング素子81をターンオンし、第2スイッチング素子82をターンオフする。このようなスイッチング時には、第1スイッチング素子81と第2スイッチング素子82との同時オンを防ぐために、微小期間だけ両者が共にオフ状態となるデッドタイムを設けることが好ましい。
[0130]
 時刻t0において、第1スイッチング素子81がオンすると、蓄電装置4から、第1スイッチング素子81、インダクタ80及び入力蓄電部12の経路で、徐々に増加するインダクタ電流が流れる。このとき、インダクタ80に電気エネルギが蓄えられる。第1スイッチング素子81のオン期間は、ワンショットパルス発生器645の出力パルスのパルス幅に相当する。
[0131]
 次に、時刻t1において、ワンショットパルス発生器645の出力パルスの立下りとともに第1制御信号Vg1及び第2制御信号Vg2が反転すると、第1スイッチング素子81はターンオフし、第2スイッチング素子82はターンオンする。第1スイッチング素子81がオフすると、電流検出抵抗85、第2スイッチング素子82、インダクタ80及び入力蓄電部12の経路で、徐々に減少するインダクタ電流が流れる。このとき、インダクタ80は電気エネルギを放出する。このとき、電流検出抵抗85の両端電圧である検出電圧Viは負電圧であり、流れる電流の絶対値は減少するが、検出電圧Viは上昇する。この検出電圧Viの上昇に伴い、時刻t2において、検出電圧Viに所定電圧Vosを加算した正入力電圧Vi+Vosのレベルが、負入力電圧Veを超えると、比較器644の出力は「H」に反転する。これにより、第1スイッチング素子81のオフ期間は終了し、再び第1スイッチング素子81がターンオンし、第2スイッチング素子82がターンオフする。
[0132]
 上記駆動期間(巡航状態及び加速時)において、第4制御回路64aは、以上の動作を繰り返し、双方向コンバータ8は、蓄電装置4からの電圧を降圧して入力蓄電部12へ出力する降圧コンバータとして動作する。インダクタ80に流れるインダクタ電流ILの増加量と減少量とが等しい安定動作時においては、第1スイッチング素子81のデューティ比δを用いて、入力蓄電部12の両端電圧Vcは概ね「Vc=δ×Vb」で表され、デューティ比δによって制御される。
[0133]
 第4制御回路64aにおいて、差分増幅器641の出力(負入力電圧Ve)は、抵抗83及び抵抗84での検出電圧が基準電圧源640の出力電圧より高くなると上昇し、低くなると低下する。抵抗83及び抵抗84での検出電圧が基準電圧源640の出力電圧より高くなって、負入力電圧Veが低下すると、正入力電圧Vi+Vosが負入力電圧Veに到達するまでの時間、つまり第1スイッチング素子81のオフ期間が長くなる。このことにより、第1スイッチング素子81のデューティ比δは小さくなり、入力蓄電部12の両端電圧Vcは低下して抵抗83及び抵抗84での検出電圧は低下する。逆に、抵抗83及び抵抗84での検出電圧が基準電圧源640の出力電圧より低くなると、差分増幅器641の出力(負入力電圧Ve)が上昇し、第1スイッチング素子81のオフ期間は短くなる。このことにより、第1スイッチング素子81のデューティ比δは大きくなり、入力蓄電部12の両端電圧Vcは上昇して抵抗83及び抵抗84での検出電圧は上昇する。したがって、抵抗83及び抵抗84での検出電圧が基準電圧源640の出力電圧と一致するように、入力蓄電部12の両端電圧Vcは安定化される。
[0134]
 次に、時刻t3以降の減速時においては、減速信号SBが上昇する一方で、駆動信号SAが所定値を下回って「L」になる。そうすると、比較器644の反転入力端子はダイオード643を介して減速信号SBにプルアップされる。そのため、第1スイッチング素子81のオフ期間は延長され、電流検出抵抗85から第2スイッチング素子82に流れる電流は減少し、やがて逆流し、検出電圧Viは正電圧となって上昇する。
[0135]
 時刻t4において検出電圧Viに所定電圧Vosを加えた正入力電圧Vi+Vosが減速信号SBに達すると、比較器644の出力は「H」に反転し、ワンショットパルス発生器645は駆動パルスを発生する。これにより、第1スイッチング素子81がターンオンし、第2スイッチング素子82がターンオフする。逆流によって入力蓄電部12からインダクタ80、第2スイッチング素子82、電流検出抵抗85に順に流れていたインダクタ電流ILは、入力蓄電部12からインダクタ80、第1スイッチング素子81、蓄電装置4の順に流れる。これにより、インダクタ電流ILによって蓄電装置4が充電される。この期間は、ワンショットパルスのパルス幅に相当する。時刻t5においては、ワンショットパルスが立ち下がるとともに、再び第1スイッチング素子81はオフし、第2スイッチング素子82はオンし、減速時においては、以降、上記動作を繰り返す。
[0136]
 以上説明したように、双方向コンバータ8は、減速動作時において、インダクタ80のインダクタ電流ILのピーク値が減速信号SBに追従するようにスイッチング動作する。これにより、入力蓄電部12を放電し、蓄電装置4を充電する。すなわち、本実施形態に係る出力調整回路1Cは、ドライバ3からアクチュエータ2へ供給される電力を減少させることにより、アクチュエータ2の出力(回転数)を減少させる。また、実施形態3に係る出力調整回路1Bに比較して、出力調整回路1Cは、DC-DCコンバータが一つでよいことから、構成が簡素化されて小型化を図りやすくなる。
[0137]
 実施形態4は、本開示の様々な実施形態の一つに過ぎない。例えば、図10に示した具体的な回路は、本開示の出力調整回路1Cの一例に過ぎず、設計等に応じて種々の変更が可能である。
[0138]
 実施形態4で説明した構成(変形例を含む)は、実施形態1~3で説明した種々の構成(変形例を含む)と適宜組み合わせて採用可能である。
[0139]
 (実施形態5)
 本実施形態に係る出力調整回路1Dは、図12Aに示すように、双方向コンバータ8aの構成が実施形態4に係る出力調整回路1Cと相違する。以下、実施形態4と同様の構成については、共通の符号を付して適宜説明を省略する。
[0140]
 本実施形態では、双方向コンバータ8aは昇降圧コンバータである。ここでいう昇降圧コンバータは、少なくともドライバ3から蓄電装置4へ電力を供給する際に、昇圧及び降圧の両方が可能なコンバータ(電力変換器)である。
[0141]
 実施形態4では、入力蓄電部12の両端電圧Vcを低下させることによりアクチュエータ2の出力を低下させることから、蓄電装置4の出力電圧は、入力蓄電部12の両端電圧Vcより高いことが前提である。すなわち、実施形態4においては、双方向コンバータ8は、駆動時には降圧コンバータとして蓄電装置4から入力蓄電部12に電力供給し、減速時には昇圧コンバータとして入力蓄電部12から蓄電装置4に電力を回生する。
[0142]
 これに対して、本実施形態では、双方向コンバータ8aは昇降圧コンバータであるため、蓄電装置4の出力電圧は、入力蓄電部12の両端電圧Vcより低くてもよい。
[0143]
 図12Aは、本実施形態に係る出力調整回路1Dの具体的回路の構成例を示す。
[0144]
 双方向コンバータ8aは、第1スイッチング素子81aと、第2スイッチング素子82aと、第3スイッチング素子83aと、第4スイッチング素子84aと、インダクタ80aと、抵抗85aと、抵抗86aと、電流検出抵抗87aと、を有している。第1スイッチング素子81a及び第2スイッチング素子82aは、蓄電装置4の両端間に電気的に直列に接続される。第3スイッチング素子83a及び第4スイッチング素子84aは、入力蓄電部12の両端間に電気的に直列に接続される。インダクタ80aは、第1スイッチング素子81a及び第2スイッチング素子82aの接続点と、第3スイッチング素子83a及び第4スイッチング素子84aの接続点との間に挿入される。抵抗85a及び抵抗86aは、入力蓄電部12の両端間において電気的に直列に接続されており、入力蓄電部12の両端電圧を分圧して、検出電圧として出力する。電流検出抵抗87aは、第3スイッチング素子83aと電気的に直列に接続される。
[0145]
 また、図12Aに示すように、制御回路6は、第1制御回路61に加えて、第5制御回路65を有している。第5制御回路65は、駆動信号SA及び減速信号SBに応じて双方向コンバータ8aを制御する。
[0146]
 まず、双方向コンバータ8aの動作を説明する。第1スイッチング素子81aと第2スイッチング素子82aとは交互にオンオフ動作する。また、第3スイッチング素子83aと第4スイッチング素子84aとは交互にオンオフ動作する。ここで、第1スイッチング素子81aのデューティ比δ1、及び第3スイッチング素子83aのデューティ比δ3を用いて、双方向コンバータ8aの入出力電圧の関係は、「δ1・Vb=δ3・Vc」で表される。ここで、「Vb」は蓄電装置4の両端電圧を表し、「Vc」は入力蓄電部12の両端電圧を表す。
[0147]
 そのため、蓄電装置4の両端電圧Vbが入力蓄電部12の両端電圧Vcより大きい場合(Vb>Vc)、デューティ比δ3を「1」とすれば、双方向コンバータ8aは以下のように動作する。つまり、この場合、双方向コンバータ8aは、蓄電装置4から入力蓄電部12への電力供給を行うデューティ比δ1の降圧コンバータ、又は入力蓄電部12から蓄電装置4への電力供給を行う昇圧コンバータとして動作する。
[0148]
 一方、蓄電装置4の両端電圧Vbが入力蓄電部12の両端電圧Vcより小さい場合(Vb<Vc)、デューティ比δ1を「1」とすれば、双方向コンバータ8aは以下のように動作する。つまり、この場合、双方向コンバータ8aは、入力蓄電部12から蓄電装置4への電力供給を行うデューティ比δ3の降圧コンバータ、又は蓄電装置4から入力蓄電部12への電力供給を行う昇圧コンバータとして動作する。
[0149]
 図12Bは、第5制御回路65の具体的回路の構成例を示す。
[0150]
 第5制御回路65は、比較器150と、基準電圧源151と、差分増幅器152と、波形生成器153と、オフセット電圧源154と、比較器155と、比較器156と、平均化回路157と、差分増幅器158と、比較器159と、比較器160と、を有している。第5制御回路65は、AND回路161と、AND回路162と、反転器163と、AND回路164と、AND回路165と、反転器166と、OR回路167と、反転器168と、OR回路169と、反転器170と、を更に有している。
[0151]
 比較器150は、蓄電装置4の両端電圧Vbと入力蓄電部12の両端電圧Vcとを比較して比較結果を出力する。差分増幅器152は、抵抗85a及び抵抗86aでの検出電圧Vfbと基準電圧源151の出力電圧との差分を増幅し、第1差分電圧Ve1(図13参照)として出力する。波形生成器153は、のこぎり波状の第1閾値Vt1(図13参照)を出力する。オフセット電圧源154は、第1閾値Vt1にオフセット電圧を加算した、のこぎり波状の第2閾値Vt2(図13参照)を出力する。比較器155は、第1差分電圧Ve1と第1閾値Vt1とを比較する。比較器156は、第1差分電圧Ve1と第2閾値Vt2とを比較する。平均化回路157は、電流検出抵抗87aの両端電圧Vc-Viの平均値を出力する。差分増幅器158は、平均化回路157の出力と減速信号SBとの差分を増幅し、第2差分電圧Ve2として出力する。比較器159は、第2差分電圧Ve2と第1閾値Vt1とを比較する。比較器160は、第2差分電圧Ve2と第2閾値Vt2とを比較する。
[0152]
 AND回路161は、比較器155の出力と駆動信号SAとを入力とを入力として、これらの論理積を出力する。AND回路162は、比較器156の出力と駆動信号SAとを入力として、これらの論理積を出力する。反転器163は、駆動信号SAを反転する。AND回路164は、比較器159の出力と反転器163の出力とを入力として、これらの論理積を出力する。AND回路165は、比較器160の出力と反転器163の出力とを入力として、これらの論理積を出力する。反転器166は、比較器150の出力を反転する。OR回路167は、反転器166の出力とAND回路161の出力とAND回路165の出力とを入力として、これらの論理和を出力する。反転器168は、OR回路167の出力を反転する。OR回路169は、比較器150の出力とAND回路162の出力とAND回路164の出力とを入力として、これらの論理和を出力する。反転器170は、OR回路169の出力を反転する。
[0153]
 上述した構成の第5制御回路65は、OR回路167の出力を第1制御信号Vg1、反転器168の出力を第2制御信号Vg2、OR回路169の出力を第3制御信号Vg3、反転器170の出力を第4制御信号Vg4として、それぞれ出力する。
[0154]
 以下に、図12A及び図12Bに示した出力調整回路1Dの動作を、図13を参照して説明する。図13は、図12A及び図12Bに示した出力調整回路1Dの主要な動作を示す波形図である。図13では、駆動信号SA、減速信号SB、蓄電装置4の両端電圧Vb、入力蓄電部12の両端電圧Vc、比較器150の出力Vbc、第1制御信号Vg1、第2制御信号Vg2、第3制御信号Vg3及び第4制御信号Vg4を示す。さらに、図13では、第1差分電圧Ve1、第2差分電圧Ve2、第1閾値Vt1、第2閾値Vt2、及びインダクタ電流ILを示す。インダクタ電流ILは、双方向コンバータ8aのインダクタ80aを流れる電流である。図13では、減速信号SB、入力蓄電部12の両端電圧Vc、第2差分電圧Ve2、及び第1差分電圧Ve1を破線で示す。
[0155]
 まず、移動体本体M10の巡航状態においては、駆動信号SAが所定値以上のレベルであり、かつ減速信号SBは「L」である。そのため、第1制御回路61はドライバ3を作動させてアクチュエータ2を駆動する。移動体本体M10の加速時には、図13に「加速」と表記した期間のように、上昇する駆動信号SAのレベルに応じて、第1制御回路61はドライバ3からアクチュエータ2へ供給される電力を増加させ、アクチュエータ2の出力(回転数)を増加させる。時刻t1までの期間では、蓄電装置4の両端電圧Vbは入力蓄電部12の両端電圧Vcより高く、駆動時であるので、双方向コンバータ8aは、蓄電装置4から入力蓄電部12への電力供給を行う降圧コンバータとして動作する。このとき、双方向コンバータ8aは、第5制御回路65によって入力蓄電部12の電圧を安定化するよう制御される。
[0156]
 また、上述した駆動期間(巡航状態及び加速時)において、第5制御回路65では、駆動信号SAが「H」であるので、AND回路164及びAND回路165の出力は「L」に固定される。さらに、蓄電装置4の両端電圧Vbは入力蓄電部12の両端電圧Vcより大きいので、比較器150の出力Vbcは「H」であり、OR回路169の出力は「H」に固定される。したがって、第1制御信号Vg1には検出電圧Vfbの第1差分電圧Ve1と第1閾値Vt1の比較結果である比較器155の出力が発生する。第2制御信号Vg2は第1制御信号Vg1の反転信号であって、OR回路169の出力である第3制御信号Vg3は「H」に固定され、第4制御信号Vg4は「L」に固定となる。したがって、第1スイッチング素子81aと第2スイッチング素子82aとが交互にオンオフし、第3スイッチング素子83aはオンに固定され、第4スイッチング素子84aはオフに固定される。その結果、双方向コンバータ8aは蓄電装置4から入力蓄電部12へ電力供給する降圧コンバータとして動作する。
[0157]
 ここで、第1スイッチング素子81aのデューティ比、すなわち第1制御信号Vg1のデューティ比δ1は、検出電圧Vfbが基準電圧源151の出力電圧より高いと第1差分電圧Ve1の低下に伴って減少して、入力蓄電部12の両端電圧Vcを低下させる。逆に、検出電圧Vfbが基準電圧源151の出力電圧より低いと第1差分電圧Ve1の上昇に伴ってデューティ比δ1が増加して、入力蓄電部12の両端電圧Vcを上昇させる。以上の動作によって、入力蓄電部12の両端電圧Vcは、検出電圧Vfbが基準電圧源151の出力電圧と等しくなるように調整される。
[0158]
 駆動信号SAが上昇する加速時においては、アクチュエータ2の出力(回転数)を上げるために、ドライバ3は重負荷となり、インダクタ80aのインダクタ電流ILは増加する。供給電流I2の増加に伴い、蓄電装置4の両端電圧Vbは低下し、第1差分電圧Ve1は上昇し、デューティ比δ1を増加させる。やがて、時刻t1において、蓄電装置4の両端電圧Vbは入力蓄電部12の両端電圧Vc以下となり、第1差分電圧Ve1は第1閾値Vt1を超える。
[0159]
 蓄電装置4の両端電圧Vbが入力蓄電部12の両端電圧Vc以下であると、比較器150の出力Vbcは「L」となり、反転器166を介してOR回路167の出力、つまり第1制御信号Vg1を「H」に固定する。第1差分電圧Ve1は第1閾値Vt1を超えて第2閾値Vt2と交差し、比較器156がパルス波を出力する。比較器156の出力パルスは、AND回路162とOR回路169とを通って、第3制御信号Vg3及びその反転した第4制御信号Vg4として出力され、第3スイッチング素子83a及び第4スイッチング素子84aを交互にオンオフする。以上の動作により、双方向コンバータ8aは、蓄電装置4から入力蓄電部12へ電力供給する昇圧コンバータとして動作する。
[0160]
 ここで、第4スイッチング素子84aのデューティ比、つまり第4制御信号Vg4のデューティ比δ4は、検出電圧Vfbが基準電圧源151の出力電圧より高いと第1差分電圧Ve1の低下に伴って減少して、入力蓄電部12の両端電圧Vcを低下させる。逆に、検出電圧Vfbが基準電圧源151の出力電圧より低いと、第1差分電圧Ve1の上昇に伴ってデューティ比δ4が増加して、入力蓄電部12の両端電圧Vcを上昇させる。以上の動作によって、入力蓄電部12の両端電圧Vcは、検出電圧Vfbが基準電圧源151の出力電圧に等しくなるように調整される。
[0161]
 次に、時刻t2以降の減速時の動作を説明する。時刻t2において、駆動信号SAが所定値を下回って「L」になる一方で、減速信号SBが上昇する。このため、AND回路161及びAND回路162の出力は「L」に固定され、第1差分電圧Ve1、つまり入力蓄電部12の両端電圧Vcの情報はここで遮断される。また、蓄電装置4の両端電圧Vbが入力蓄電部12の両端電圧Vc以下であるので、比較器150の出力Vbcは「L」であり、第1制御信号Vg1は「H」に固定され、第2制御信号Vg2は「L」に固定される。
[0162]
 一方、電流検出抵抗87aの両端電圧の平均値と減速信号SBとの差分の増幅結果である第2差分電圧Ve2は、第1閾値Vt1と比較され、その比較結果は比較器159から出力される。比較器159の出力は、AND回路164とOR回路169とを通って、第3制御信号Vg3及びその反転信号である第4制御信号Vg4として出力される。時刻t1後の初期においては、インダクタ80aのインダクタ電流ILは入力蓄電部12を充電する向きであるので、電流検出抵抗87aの両端電圧の平均値は減速信号SBのレベルに届かない。そのため、第2差分電圧Ve2は第1閾値Vt1より高く、第3制御信号は「H」となり、第3スイッチング素子83aはオン状態にある。インダクタ80aには蓄電装置4の両端電圧Vbと入力蓄電部12の両端電圧Vcとの差分電圧が印加され、インダクタ電流ILは減少していく。
[0163]
 やがてインダクタ電流ILは逆流に転じ、電流検出抵抗87aの両端電圧の平均値が減速信号SBのレベルに至ると、第2差分電圧Ve2は低下して第1閾値Vt1と交差するようになり、比較器159はパルスを出力する。比較器159の出力パルスは、第3制御信号Vg3及びその反転信号である第4制御信号Vg4として出力され、第3スイッチング素子83aと第4スイッチング素子84aとは交互にオンオフする。以上の動作により、双方向コンバータ8aは、入力蓄電部12から蓄電装置4へ電力供給する降圧コンバータとして動作する。
[0164]
 ここで、第3スイッチング素子83aのデューティ比、すなわち第3制御信号Vg3のデューティ比δ3は、電流検出抵抗87aの両端電圧の平均値が減速信号SBより高いと第2差分電圧Ve2の低下に伴って減少して、回生電流I1を抑制する。このとき、電流検出抵抗87aの両端電圧の平均値は低下する。逆に、電流検出抵抗87aの両端電圧の平均値が減速信号SBより低いと、第2差分電圧Ve2の上昇に伴ってデューティ比δ3が増加して、電流検出抵抗87aの両端電圧の平均値を上昇させる。以上の動作によって、電流検出抵抗87aの両端電圧の平均値、つまり入力蓄電部12からの回生電流I1は、電流検出抵抗87aの両端電圧の平均値が減速信号SBに等しくなるように調整される。
[0165]
 回生電流I1による放電で入力蓄電部12の両端電圧Vcは低下し、逆に、回生電流I1による充電で蓄電装置4の両端電圧Vbは上昇するので、時刻t3では、入力蓄電部12の両端電圧Vcは蓄電装置4の両端電圧Vbを下回る。このとき、比較器150の出力Vbcは「H」に反転し、OR回路169の出力である第3制御信号Vg3は「H」に固定となり、その反転信号である第4制御信号Vg4は「L」に固定となる。一方、上昇する第2差分電圧Ve2は第1閾値Vt1を超えて第2閾値Vt2と交差するようになり、比較器160がパルスを出力する。比較器160の出力パルスがAND回路165とOR回路167とを通って第1制御信号Vg1及びその反転した第2制御信号Vg2として出力され、第1スイッチング素子81a及び第2スイッチング素子82aを交互にオンオフする。以上の動作により、双方向コンバータ8aは、入力蓄電部12から蓄電装置4へ電力供給する昇圧コンバータとして動作する。
[0166]
 ここで、第2スイッチング素子82aのデューティ比、すなわち第2制御信号Vg2のデューティ比δ2は、電流検出抵抗87aの両端電圧の平均値が減速信号SBより高いと第2差分電圧Ve2の低下に伴って減少して、回生電流I1を抑制する。このとき、電流検出抵抗87aの両端電圧の平均値は低下する。逆に、電流検出抵抗87aの両端電圧の平均値が減速信号SBより低いと第2差分電圧Ve2の上昇に伴ってデューティ比δ2が増加して、電流検出抵抗87aの両端電圧の平均値を上昇させる。以上の動作によって、電流検出抵抗87aの両端電圧の平均値、つまり入力蓄電部12からの回生電流I1は、電流検出抵抗87aの両端電圧の平均値が減速信号SBと等しくなるように調整される。
[0167]
 以上のように、双方向コンバータ8aは、減速動作時において、第3スイッチング素子83aの電流の平均値が減速信号SBに追従するようにスイッチング動作する。これより、入力蓄電部12を放電し、蓄電装置4を充電する。すなわち、本実施形態に係る出力調整回路1Dは、ドライバ3からアクチュエータ2へ供給される電力を減少させることにより、アクチュエータ2の出力(回転数)を減少させる。さらに、双方向コンバータ8aは昇降圧コンバータであるので、蓄電装置4及び入力蓄電部12の電圧変動にも対応しやすい。
[0168]
 実施形態5は、本開示の様々な実施形態の一つに過ぎない。例えば、図12A及び図12Bに示した具体的な回路は、本開示の出力調整回路1Dの一例に過ぎず、設計等に応じて種々の変更が可能である。
[0169]
 実施形態5で説明した構成(変形例を含む)は、実施形態1~4で説明した種々の構成(変形例を含む)と適宜組み合わせて採用可能である。
[0170]
 (実施形態6)
 本実施形態に係る出力調整回路1Eは、図14Aに示すように、蓄電装置4Aの構成が実施形態1に係る出力調整回路1と相違する。以下、実施形態1と同様の構成については、共通の符号を付して適宜説明を省略する。
[0171]
 本実施形態では、蓄電装置4Aは、主蓄電部41と、補助蓄電部42と、を有している。主蓄電部41は、アクチュエータ2の駆動時にドライバ3に電力を供給する。補助蓄電部42は、回生電流I1にて充電される。すなわち、本実施形態では、蓄電装置4Aは、その役割によって、主蓄電部41と補助蓄電部42とに分割されている。ここで、主蓄電部41は、ドライバ3への電力供給用であって、補助蓄電部42は、回生電流I1の引き抜き用である。
[0172]
 さらに、補助蓄電部42は、主蓄電部41に比べて大きな電流で充電可能である。これに加えて、本実施形態では、補助蓄電部42は、主蓄電部41に比べて大きな電流で放電可能である。つまり、補助蓄電部42は、主蓄電部41に比較して、急速な充電及び放電に対応する蓄電デバイスである。特に、急速充電に対応していることで、補助蓄電部42は、急峻に回生電流I1を引き抜くことでの、アクチュエータ2の出力の急峻な低下(急制動)を可能とする。また、主蓄電部41は、補助蓄電部42に比べて大容量の蓄電デバイスである。本実施形態では一例として、主蓄電部41は、リチウムイオン電池等の二次電池である。一方、補助蓄電部42は、電気二重層キャパシタ等に比べて高いエネルギ密度を有する電気化学デバイスである(この電気化学デバイスの構成については実施形態1の「(2.2)全体構成」の欄を参照)。
[0173]
 本実施形態では、実施形態1の蓄電装置4(図1参照)に代えて、主蓄電部41が設けられている。補助蓄電部42は、減速用電力変換器5の出力に電気的に接続されている。そして、補助蓄電部42と主蓄電部41との間には、充電用電力変換器9が挿入されている。これにより、ドライバ3の入力蓄電部12から減速用電力変換器5を介して出力される電力を補助蓄電部42に蓄え、さらに、補助蓄電部42から主蓄電部41へは充電用電力変換器9を介して電力供給が可能となる。
[0174]
 充電用電力変換器9は、例えば、直流電圧を所望の大きさの直流電圧に変換して出力するDC-DCコンバータにて実現される。ここでは一例として、充電用電力変換器9は、補助蓄電部42から印加される電圧を昇圧して主蓄電部41に出力する、昇圧コンバータである。そこで、図14A等の図面においては、充電用電力変換器9を「充電用DC-DC」とも表記する。充電用電力変換器9は、開閉器13及び減速用電力変換器5の制御と連動する必要はない。そこで、制御回路6とは別の制御回路を、充電用電力変換器9が内蔵していることとする。
[0175]
 本実施形態の構成によれば、主蓄電部41には、電圧変動は少ないものの急速な充放電に適さないリチウムイオン電池等の二次電池を用い、補助蓄電部42には、電圧変動はあるものの急速な充放電に適した大容量キャパシタを用いることができる。これにより、出力調整回路1Eにおける、回生効率の向上と小型化との両立が可能となる。
[0176]
 図14Bは、実施形態6の変形例に係る出力調整回路1Fを示す。この出力調整回路1Fは、図7に示した実施形態3に係る出力調整回路1Bと同様に、開閉器13に代えて駆動用電力変換器7を有する。
[0177]
 また、補助蓄電部42の電気エネルギが充電用電力変換器9を用いて主蓄電部41へ回生されることは必須ではなく、補助蓄電部42に蓄積された電気エネルギを、他の電子装置又は捕機の電源として使用してもよい。
[0178]
 また、補助蓄電部42が主蓄電部41に比べて大きな電流で充電可能であることは必須でなく、主蓄電部41が補助蓄電部42に比べて大きな電流で充電可能であってもよい。同様に、補助蓄電部42が主蓄電部41に比べて大きな電流で放電可能であることは必須でなく、主蓄電部41が補助蓄電部42に比べて大きな電流で充電可能であってもよい。さらに、主蓄電部41が補助蓄電部42に比べて大容量の蓄電デバイスであることは必須でなく、補助蓄電部42が主蓄電部41に比べて大容量の蓄電デバイスであってもよい。補助蓄電部42と主蓄電部41とは、同等の性能を有していてもよい。
[0179]
 また、補助蓄電部42は、上述した電気化学デバイスに限らず、例えば、電気二重層キャパシタ又はリチウムイオンキャパシタ等であってもよい。また、補助蓄電部42は、キャパシタに限らず、リチウムイオン電池、鉛蓄電池又はリチウム電池等の二次電池であってもよい。さらに、補助蓄電部42は、複数のセルが、直列又は並列に接続されて構成されていてもよい。
[0180]
 同様に、主蓄電部41は、上述したリチウムイオン電池に限らず、例えば、鉛蓄電池又はリチウム電池等の二次電池であってもよい。また、主蓄電部41は、二次電池に限らず、電気二重層キャパシタ又はリチウムイオンキャパシタ等であってもよい。さらに、主蓄電部41は、複数のセルが、直列又は並列に接続されて構成されていてもよい。
[0181]
 実施形態6で説明した構成(変形例を含む)は、実施形態1~5で説明した種々の構成(変形例を含む)と適宜組み合わせて採用可能である。
[0182]
 (実施形態7)
 本実施形態に係る出力調整回路1Gは、図15に示すように、双方向コンバータ8bを有する点で実施形態6に係る出力調整回路1Eと相違する。以下、実施形態6と同様の構成については、共通の符号を付して適宜説明を省略する。
[0183]
 すなわち、本実施形態では、実施形態6の変形例として示した図14Bの構成における駆動用電力変換器7と減速用電力変換器5に代えて、双方向コンバータ8bを設けている。さらに、双方向コンバータ8bの制御用に、制御回路6は、第4制御回路64bを有している。双方向コンバータ8b及び第4制御回路64bは、それぞれ実施形態4で説明した双方向コンバータ8及び第4制御回路64aに相当するので、ここでは詳しい説明は省略する。
[0184]
 双方向コンバータ8bは、第1スイッチング素子81bと電気的に直列に接続されたダイオード86bを有している。さらに、双方向コンバータ8bは、補助蓄電部42とインダクタ80との間に、第3スイッチング素子87b及びダイオード88bを有している。その他の構成(80b~85b)は、図10に示す双方向コンバータ8の、インダクタ80、第1スイッチング素子81、第2スイッチング素子82、抵抗83、抵抗84及び電流検出抵抗85にそれぞれ相当する。
[0185]
 また、第4制御回路64bは、図10に示す第4制御回路64aと同様の構成に加えて、AND回路648を有している。AND回路648は、第1制御信号Vg1と減速信号SBとを入力とし、これらの論理積を、第3スイッチング素子87b用の第3制御信号Vg3として出力する。
[0186]
 以上のような構成により、減速信号SBが「L」である駆動時には、第3制御信号Vg3も「L」となり、第3スイッチング素子87bはオフになる。一方、第1スイッチング素子81bがオンオフ動作し、入力蓄電部12の両端電圧Vcを安定化するように、双方向コンバータ8bは、主蓄電部41から入力蓄電部12へ電力供給する降圧コンバータとして動作する。
[0187]
 次に、減速信号SBが「H」レベルである減速時には、第1制御信号Vg1と第3制御信号Vg3とはそれぞれ第1スイッチング素子81bと第3スイッチング素子87bとをオンオフ動作させる。このとき、ダイオード86bに阻まれて主蓄電部41には電流は流れず、第3スイッチング素子87b及びダイオード88bを介して電流は流れ、補助蓄電部42に電力は回生される。このとき、双方向コンバータ8bは、入力蓄電部12から補助蓄電部42へ電力供給する昇圧コンバータとして動作する。
[0188]
 実施形態7で説明した構成(変形例を含む)は、実施形態1~6で説明した種々の構成(変形例を含む)と適宜組み合わせて採用可能である。
[0189]
 (まとめ)
 以上説明したように、第1の態様に係る出力調整回路(1,1A~1G)は、蓄電装置(4,4A)から電力供給を受けるドライバ(3)によって駆動されるアクチュエータ(2)用の出力調整回路である。出力調整回路(1,1A~1G)は、回生回路(11)を備える。回生回路(11)は、アクチュエータ(2)の出力を低下させる場合に、ドライバ(3)から回生電流(I1)を引き抜き、回生電流(I1)にて蓄電装置(4,4A)を充電する。
[0190]
 第1の態様によれば、ドライバ(3)からアクチュエータ(2)に供給されるべき電気エネルギの少なくとも一部が、回生電流(I1)として引き抜かれることで、アクチュエータ(2)に供給される電気エネルギが低減し、アクチュエータ(2)の出力は低下する。しかも、回生回路(11)は、ドライバ(3)から引き抜かれた回生電流(I1)にて、蓄電装置(4,4A)を充電している。したがって、出力調整回路(1,1A~1G)によれば、アクチュエータ(2)を発電機として機能させなくとも、アクチュエータ(2)の出力の低下に伴う回生エネルギを得ることができる。結果的に、回生エネルギに、アクチュエータ(2)の発電効率に応じた損失が発生しにくい、という利点がある。
[0191]
 第2の態様に係る出力調整回路(1,1A~1G)に関して、第1の態様において、回生回路(11)は、ドライバ(3)の入力端子(T11,T12)から回生電流(I1)を引き抜く。
[0192]
 第2の態様によれば、回生回路(11)は、ドライバ(3)に入力される前段階で、電気エネルギを回生電流(I1)として引き抜くことができるので、より効率的に、回生エネルギを得ることができる。
[0193]
 第3の態様に係る出力調整回路(1,1A~1G)に関して、第2の態様において、回生回路(11)は、入力端子(T11,T12)に電気的に接続された入力蓄電部(12)の放電によって回生電流(I1)を引き抜く。
[0194]
 第3の態様によれば、入力蓄電部(12)の放電によって回生電流(I1)を引き抜くので、比較的簡単な構成で、回生電流(I1)の引き抜きを実現可能である。
[0195]
 第4の態様に係る出力調整回路(1,1A~1G)に関して、第1の態様において、回生回路(11)は、ドライバ(3)の出力端子(T21,T22,T23)から回生電流(I1)を引き抜く。
[0196]
 第4の態様によれば、回生回路(11)は、アクチュエータ(2)に入力される直前で、電気エネルギを回生電流(I1)として引き抜くことができるので、アクチュエータ(2)で発生する回生エネルギについても効率的に回収することができる。
[0197]
 第5の態様に係る出力調整回路(1,1A~1G)に関して、第4の態様において、回生回路(11)は、出力端子(T21,T22,T23)への回生電流(I1)の逆流を防止する逆流防止回路(14)を含む。
[0198]
 第5の態様によれば、回生電流(I1)が出力端子(T21,T22,T23)に逆流することにより回生エネルギの損失が生じることを防止できる。
[0199]
 第6の態様に係る出力調整回路(1,1A~1G)に関して、第1~第5の態様のいずれかにおいて、回生回路(11)は、アクチュエータ(2)の出力の低下量を指示する指示信号に基づいて、回生電流(I1)の大きさを変化させる。
[0200]
 第6の態様によれば、回生電流(I1)の大きさによって、アクチュエータ(2)の出力の低下量を調整することができる。
[0201]
 第7の態様に係る出力調整回路(1,1A~1G)に関して、第1~第6の態様のいずれかにおいて、回生回路(11)は、アクチュエータ(2)の出力が大きいほどに、回生電流(I1)を大きくする。
[0202]
 第7の態様によれば、アクチュエータ(2)の出力が大きい場合でも、回生電流(I1)を大きくすることで、アクチュエータ(2)の出力を速やかに低下させることが可能である。
[0203]
 第8の態様に係る出力調整回路(1,1A~1G)に関して、第1~第7の態様のいずれかにおいて、回生回路(11)は、開閉器(13)を有する。開閉器(13)は、蓄電装置(4,4A)とドライバ(3)との間に挿入されており、アクチュエータ(2)の駆動時に導通し、回生電流(I1)を引き抜く際に遮断する。
[0204]
 第8の態様によれば、開閉器(13)の簡単な制御で、回生電流(I1)を引き抜く際における蓄電装置(4,4A)からドライバ(3)への電力供給を遮断することができる。
[0205]
 第9の態様に係る出力調整回路(1,1A~1G)に関して、第1~第8の態様のいずれかにおいて、回生回路(11)は、電力変換器(減速用電力変換器5)を有する。電力変換器(減速用電力変換器5)は、蓄電装置(4,4A)とドライバ(3)との間に挿入されており、少なくとも回生電流(I1)を引き抜く際に作動して、ドライバ(3)から蓄電装置(4,4A)に電力を供給する。
[0206]
 第9の態様によれば、回生電流(I1)を引き抜く際に、ドライバ(3)から蓄電装置(4,4A)への電力供給を効率的に行うことが可能である。
[0207]
 第10の態様に係る出力調整回路(1,1A~1G)に関して、第9の態様において、電力変換器(減速用電力変換器5)は、双方向コンバータ(8,8a,8b)である。双方向コンバータ(8,8a,8b)は、アクチュエータ(2)の駆動時に蓄電装置(4,4A)からドライバ(3)に電力を供給し、回生電流(I1)を引き抜く際にドライバ(3)から蓄電装置(4,4A)に電力を供給する。
[0208]
 第10の態様によれば、アクチュエータ(2)の駆動時と、回生電流(I1)を引き抜く際との2つのシーンにおける機能を、1つの双方向コンバータ(8,8a,8b)で実現可能である。
[0209]
 第11の態様に係る出力調整回路(1,1A~1G)に関して、第10の態様において、双方向コンバータ(8,8a,8b)は、少なくともドライバ(3)から蓄電装置(4,4A)へ電力を供給する際に、昇圧及び降圧の両方が可能な昇降圧コンバータである。
[0210]
 第11の態様によれば、蓄電装置(4,4A)等の電圧変動に対応しやすくなる。
[0211]
 第12の態様に係る出力調整回路(1,1A~1G)に関して、第1~第11の態様のいずれかにおいて、蓄電装置(4,4A)は、主蓄電部(41)と、補助蓄電部(42)と、を有する。主蓄電部(41)は、アクチュエータ(2)の駆動時にドライバ(3)に電力を供給する。補助蓄電部(42)は、回生電流(I1)にて充電される。
[0212]
 第12の態様によれば、蓄電装置(4,4A)を主蓄電部(41)と補助蓄電部(42)とに分けることで、回生効率の向上と小型化との両立が可能となる。
[0213]
 第13の態様に係る出力調整回路(1,1A~1G)に関して、第12の態様において、補助蓄電部(42)は、主蓄電部(41)に比べて大きな電流で充電可能である。
[0214]
 第13の態様によれば、補助蓄電部(42)が急峻に回生電流(I1)を引き抜くことで、アクチュエータ(2)の出力の急峻な低下を可能とする。
[0215]
 第14の態様に係る駆動システム(10)は、第1~第13の態様のいずれかにおける出力調整回路(1,1A~1G)と、アクチュエータ(2)を駆動するドライバ(3)と、を備える。
[0216]
 第14の態様によれば、回生エネルギに、アクチュエータ(2)の発電効率に応じた損失が発生しにくい、という利点がある。
[0217]
 第15の態様に係るアクチュエータシステム(100)は、第14の態様における駆動システム(10)と、ドライバ(3)に電力を供給する蓄電装置(4,4A)と、ドライバ(3)にて駆動されるアクチュエータ(2)と、を備える。
[0218]
 第15の態様によれば、回生エネルギに、アクチュエータ(2)の発電効率に応じた損失が発生しにくい、という利点がある。
[0219]
 第16の態様に係る移動体(M1)は、第15の態様におけるアクチュエータシステム(100)と、アクチュエータ(2)の出力を利用して移動する移動体本体(M10)と、を備える。
[0220]
 第16の態様によれば、回生エネルギに、アクチュエータ(2)の発電効率に応じた損失が発生しにくい、という利点がある。
[0221]
 第17の態様に係る出力調整方法は、蓄電装置(4,4A)から電力供給を受けるドライバ(3)によって駆動されるアクチュエータ(2)用の出力調整方法である。出力調整方法は、受付工程と、回生工程と、充電工程と、を有する。受付工程にて、アクチュエータ(2)の出力を低下させることの指示を受け付ける。回生工程にて、指示に応じてドライバ(3)から回生電流(I1)を引き抜く。充電工程にて、回生電流(I1)にて蓄電装置(4,4A)を充電する。
[0222]
 第17の態様によれば、回生エネルギに、アクチュエータ(2)の発電効率に応じた損失が発生しにくい、という利点がある。
[0223]
 上記態様に限らず、実施形態1~7に係る出力調整回路(1,1A~1G)の種々の構成(変形例を含む)は、出力調整方法にて具現化可能である。
[0224]
 第2~13の態様に係る構成については、出力調整回路(1,1A~1G)に必須の構成ではなく、適宜省略可能である。

符号の説明

[0225]
 1,1A~1G 出力調整回路
 100 アクチュエータシステム
 2 アクチュエータ
 3 ドライバ
 4,4A 蓄電装置
 41 主蓄電部
 42 補助蓄電部
 5 減速用電力変換器(電力変換器)
 8,8a,8b 双方向コンバータ
 11 回生回路
 12 入力蓄電部
 13 開閉器
 14 逆流防止回路
 I1 回生電流
 M1 移動体
 M10 移動体本体
 T11,T12 入力端子
 T21,T22,T23 出力端子

請求の範囲

[請求項1]
 蓄電装置から電力供給を受けるドライバによって駆動されるアクチュエータ用の出力調整回路であって、
 前記アクチュエータの出力を低下させる場合に、前記ドライバから回生電流を引き抜き、前記回生電流にて前記蓄電装置を充電する回生回路を備える、
 出力調整回路。
[請求項2]
 前記回生回路は、前記ドライバの入力端子から前記回生電流を引き抜く、
 請求項1に記載の出力調整回路。
[請求項3]
 前記回生回路は、前記入力端子に電気的に接続された入力蓄電部の放電によって前記回生電流を引き抜く、
 請求項2に記載の出力調整回路。
[請求項4]
 前記回生回路は、前記ドライバの出力端子から前記回生電流を引き抜く、
 請求項1に記載の出力調整回路。
[請求項5]
 前記回生回路は、前記出力端子への前記回生電流の逆流を防止する逆流防止回路を含む、
 請求項4に記載の出力調整回路。
[請求項6]
 前記回生回路は、前記アクチュエータの出力の低下量を指示する指示信号に基づいて、前記回生電流の大きさを変化させる、
 請求項1~5のいずれか1項に記載の出力調整回路。
[請求項7]
 前記回生回路は、前記アクチュエータの出力が大きいほどに、前記回生電流を大きくする、
 請求項1~6のいずれか1項に記載の出力調整回路。
[請求項8]
 前記回生回路は、前記蓄電装置と前記ドライバとの間に挿入されており、前記アクチュエータの駆動時に導通し、前記回生電流を引き抜く際に遮断する開閉器を有する、
 請求項1~7のいずれか1項に記載の出力調整回路。
[請求項9]
 前記回生回路は、前記蓄電装置と前記ドライバとの間に挿入されており、少なくとも前記回生電流を引き抜く際に作動して、前記ドライバから前記蓄電装置に電力を供給する電力変換器を有する、
 請求項1~8のいずれか1項に記載の出力調整回路。
[請求項10]
 前記電力変換器は、前記アクチュエータの駆動時に前記蓄電装置から前記ドライバに電力を供給し、前記回生電流を引き抜く際に前記ドライバから前記蓄電装置に電力を供給する双方向コンバータである、
 請求項9に記載の出力調整回路。
[請求項11]
 前記双方向コンバータは、少なくとも前記ドライバから前記蓄電装置へ電力を供給する際に、昇圧及び降圧の両方が可能な昇降圧コンバータである、
 請求項10に記載の出力調整回路。
[請求項12]
 前記蓄電装置は、
  前記アクチュエータの駆動時に前記ドライバに電力を供給する主蓄電部と、
  前記回生電流にて充電される補助蓄電部と、を有する、
 請求項1~11のいずれか1項に記載の出力調整回路。
[請求項13]
 前記補助蓄電部は、前記主蓄電部に比べて大きな電流で充電可能である、
 請求項12に記載の出力調整回路。
[請求項14]
 請求項1~13のいずれか1項に記載の出力調整回路と、
 前記アクチュエータを駆動する前記ドライバと、を備える、
 駆動システム。
[請求項15]
 請求項14に記載の駆動システムと、
 前記ドライバに電力を供給する前記蓄電装置と、
 前記ドライバにて駆動される前記アクチュエータと、を備える、
 アクチュエータシステム。
[請求項16]
 請求項15に記載のアクチュエータシステムと、
 前記アクチュエータの出力を利用して移動する移動体本体と、を備える、
 移動体。
[請求項17]
 蓄電装置から電力供給を受けるドライバによって駆動されるアクチュエータ用の出力調整方法であって、
 前記アクチュエータの出力を低下させることの指示を受け付ける受付工程と、
 前記指示に応じて前記ドライバから回生電流を引き抜く回生工程と、
 前記回生電流にて前記蓄電装置を充電する充電工程と、を有する、
 出力調整方法。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]

[ 図 9]

[ 図 10]

[ 図 11]

[ 図 12]

[ 図 13]

[ 図 14]

[ 図 15]