特許 7061760 可変速度最大電力点追尾、太陽光誘導電動モータコントローラ、及び永久磁石交流モータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-04-21

(45)【発行日】2022-05-02

(54)【発明の名称】可変速度最大電力点追尾、太陽光誘導電動モータコントローラ、及び永久磁石交流モータ

(51)【国際特許分類】

   G05F 1/67 20060101AFI20220422BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20220422BHJP

【ＦＩ】

G05F1/67 A

H02M7/48 E

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2018519852

(86)(22)【出願日】2016-10-12

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2018-10-18

(86)【国際出願番号】 US2016056618

(87)【国際公開番号】W WO2017066307

(87)【国際公開日】2017-04-20

【審査請求日】2019-09-24

(31)【優先権主張番号】62/240,979

(32)【優先日】2015-10-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】521031327

【氏名又は名称】プレミア エナジー ホールディングス， インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100078282

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 秀策

(74)【代理人】

【識別番号】100113413

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 夏樹

(74)【代理人】

【識別番号】100181674

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 貴敏

(74)【代理人】

【識別番号】100181641

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 大輔

(74)【代理人】

【識別番号】230113332

【弁護士】

【氏名又は名称】山本 健策

(72)【発明者】

【氏名】グルキーナック， ユースフ

(72)【発明者】

【氏名】ミリボイェビッチ， ニコラ

(72)【発明者】

【氏名】ハウトマン， ゲルハルト

(72)【発明者】

【氏名】ロポート， ジョン

【審査官】石坂 知樹

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１２－５１４４４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－０５４５８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／０２５５５７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開昭６２－０６５１１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０５０２０４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０５Ｆ １／１２－１／４４

Ｇ０５Ｆ １／４５－７／００

Ｈ０２Ｍ ７／４２－７／９８

Ｈ０２Ｐ ２１／００－２５／０３

Ｈ０２Ｐ ２５／０４

Ｈ０２Ｐ ２５／１０－２７／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

システムであって、前記システムは、
ＡＣ電動モータと、
少なくとも１つの光電変換パネルと、
前記少なくとも１つの光電変換パネルから電力を受け取り、第２のＤＣ電圧を提供するように結合されているＤＣ－ＤＣコンバータと、
前記第２のＤＣ電圧を受け取り、ＡＣ電力を前記ＡＣ電動モータに提供するように結合されている可変周波数モータドライブと、
前記第２のＤＣ電圧を所定の値に調節するように構成されているマイクロコントローラと
を備え、
前記マイクロコントローラは、前記ＡＣ電動モータが回転し始めるまで、前記第２のＤＣ電圧と前記ＡＣ電力の周波数とを徐々にかつ同時に増加させるように構成されており、
前記マイクロコントローラは、前記少なくとも１つの光電変換パネルから受け取る電流の変化を検出することによって、前記ＡＣ電動モータが回転し始めたことを検出することと、前記マイクロコントローラが最大電力点追尾ファームウェアを使用し始めた場合に、前記可変周波数モータドライブの周波数を限界まで増加させることとを行うように構成されており、前記増加させることは、複数の段階で行われ、各段階では、前記可変周波数モータドライブの周波数が周波数増加値だけ増加され、かつ、前記少なくとも１つの光電変換パネルから前記ＡＣ電動モータへの電力伝達率を最大化することを目的として、前記第２のＤＣ電圧が閾値よりも多く降下した場合に前記最大電力点追尾ファームウェアが前記可変周波数モータドライブの周波数を減少させることによって、前記第２のＤＣ電圧を前記所定値に調節しながら行われ、前記減少させることは、複数の段階で行われ、各段階では、前記可変周波数モータドライブの周波数が周波数減少値だけ減少され、前記周波数増加値は、前記周波数減少値よりも小さい、システム。

【請求項2】

前記マイクロコントローラは、前記少なくとも１つの光電変換パネルから前記ＡＣ電動モータへの電力伝達率を最大化するために、前記最大電力点追尾ファームウェアを使用して、前記可変周波数モータドライブの周波数を増加させるときに、前記ＡＣ電動モータに提供される前記ＡＣ電力の電圧を増加させるようにさらに構成されている、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記システムは、前記ＡＣ電動モータの始動不具合を検出し、前記ＡＣ電動モータが始動できない場合に、前記可変周波数モータドライブを再試行時間の間停止し、前記再試行時間後に、前記ＡＣ電動モータの始動を再試行するように構成されている、請求項２に記載のシステム。

【請求項4】

前記システムは、前記ＡＣ電動モータを始動させるための再試行回数をカウントし、最大再試行回数をカウントすると、前記可変周波数モータドライブを再試行延長時間の間停止し、前記再試行延長時間後に、前記ＡＣ電動モータの始動を再試行するように構成されている、請求項３に記載のシステム。

【請求項5】

前記最大電力点追尾ファームウェアは、前記可変周波数モータドライブの周波数に比例して増加するレベルに前記第２のＤＣ電圧を調節しながら、前記少なくとも１つの光電変換パネルから受け取る最大可能電力を探索するときに、前記可変周波数モータドライブの周波数を複数の段階で変化させるための機械読み取り可能な命令を含み、各段階では、前記可変周波数モータドライブの周波数が周波数変化値だけ変化される、請求項１に記載のシステム。

【請求項6】

前記ＡＣ電力は、前記ＡＣ電動モータの主巻線に結合されている第１相のＡＣ電力と、前記ＡＣ電動モータの始動用巻線に結合されている始動相のＡＣ電力とを含み、前記第１相のＡＣ電力および前記始動相のＡＣ電力は、非ゼロの位相シフトだけずれている、請求項１に記載のシステム。

【請求項7】

前記非ゼロの位相シフトは、５８度～６８度または１１２度～１２２度である、請求項６に記載のシステム。

【請求項8】

前記ＡＣ電力は、前記第１相のＡＣ電力の位相から１８０度ずれた第３相のＡＣ電力をさらに含み、前記第３相のＡＣ電力は、前記ＡＣ電動モータの始動用巻線および前記ＡＣ電動モータの主巻線の両方に結合されている、請求項６に記載のシステム。

【請求項9】

前記ＡＣ電力は、前記ＡＣ電動モータの主巻線に結合されている第１相のＡＣ電力と、前記ＡＣ電動モータの始動用巻線に結合されている始動相のＡＣ電力とを含み、前記第１相のＡＣ電力および前記始動相のＡＣ電力は、５８度～６８度または１１２度～１２２度の非ゼロの位相シフトだけずれている、請求項３または請求項４または請求項５に記載のシステム。

【請求項10】

第１のＤＣ電圧を提供する制限されたＤＣ電源によって給電されるＡＣモータを動作させる方法であって、
前記制限されたＤＣ電源からの電力を第２のＤＣ電圧に変換することと、
前記第２のＤＣ電圧を所定の値に調節することと、
第２のＡＣモータ電圧を前記ＡＣモータの始動用巻線に提供しながら、前記第２のＤＣ電圧からの電力を第１のＡＣ周波数で前記ＡＣモータの主巻線に印加される第１のＡＣモータ電圧に変換することであって、前記第２のＡＣモータ電圧は、前記第１のＡＣモータ電圧よりも大きい、ことと、
前記ＡＣモータが始動するまで、前記第１および第２のＡＣモータ電圧および前記第１のＡＣ周波数を、それぞれ、低い値から前記ＡＣモータの動作電圧および動作周波数に到達するように増加させることによって傾斜させることと、
前記制限されたＤＣ電源から取り出される電流の減少を検出することによって、前記ＡＣモータの始動を検出することと、
前記ＡＣモータの始動後、最大周波数に到達するまで、または、前記第２のＤＣ電圧が前記所定の値未満に減少する周波数に到達するまで、前記第１のＡＣモータ電圧および第１のＡＣ周波数を比例して増加させながら、前記ＡＣモータの始動用巻線を接続解除することであって、前記第１のＡＣ周波数は、複数の段階で増加し、各段階では、前記第１のＡＣ周波数が周波数増加値だけ増加される、ことと、
前記第２のＤＣ電圧の減少を検出することと、
複数の段階で前記第１のＡＣ周波数を減少させることにより、前記第２のＤＣ電圧が前記所定の電圧まで復帰することを可能にすることであって、各段階では、前記第１のＡＣ周波数が周波数減少値だけ減少され、前記周波数増加値は、前記周波数減少値よりも小さい、ことと
を含む、方法。

【請求項11】

前記第１のＡＣモータ電圧は、第１の相のＡＣと始動用相のＡＣとを含み、前記第１の相および前記始動用相は、５８度～６８度または１１２度～１２２度だけ位相が異なる、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記制限されたＤＣ電源の限界は、前記ＡＣモータ電圧の前記周波数が増加するときに前記ＤＣ電源の電圧を監視することと、前記ＡＣモータ電圧の前記周波数の増加がパーセンテージ電圧降下限界値を超える、前記ＤＣ電源の電圧のパーセンテージ降下をトリガするときを決定することとによって決定される、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記ＡＣ電動モータは、相分割形モータであり、前記ＡＣ電力は、前記ＡＣ電動モータの主巻線に結合されている第１相のＡＣ電力と、前記ＡＣ電動モータの始動用巻線に結合されている始動相のＡＣ電力とを含み、
前記第１相のＡＣ電力および前記始動相のＡＣ電力は、５８度～６８度または１１２度～１２２度の位相シフトだけずれており、
前記ＡＣ電動モータが始動したと決定され、かつ、前記ＡＣ電力が閾値周波数に到達した後に前記始動相のＡＣ電力がオフにされる、請求項１に記載のシステム。

【請求項14】

前記ＡＣ電動モータの始動用巻線の電圧は、前記ＡＣ電動モータの主巻線の電圧の２．２３倍である、請求項１３に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（関連出願）
本出願は、２０１５年１０月１３日出願の米国仮特許出願第６２／２４０，９７９号の優先権の利益を主張するものであり、この米国仮特許出願の内容全体が参照をもって本明細書に組み込み記載されているものとする。

【背景技術】

【0002】

住宅用モータ負荷及び商用モータ負荷が全世界で益々増加している。電力グリッドが広く普及している場合、これらの負荷がグリッドに加わる。グリッドが過負荷になる場合、または普及していない場合、もしくは設置されてもいない場合、通常、ガソリン発電機またはディーゼル発電機、太陽光パネル、もしくは風力タービンが関与する分散型オフグリッドエネルギー発電を使用して余剰負荷を受け持つ。

【0003】

風力発電システム及び太陽光発電システムは共に、風、雲、積雪、季節、及び昼夜サイクルの到来、欠如、または突然の訪れを含む天候のような自然現象による予測できない出力変動を受けるが、本文書の目的として、このような電力は、経時的に変動する電力（ｔｉｍｅ－ｖａｒｉａｂｌｅ ｐｏｗｅｒ）と表記される。多くのオフグリッド太陽光発電システム及び風力発電システムは、これらの予測できない変動を、太陽光パネル及び風力タービンを使用することにより克服して電力を供給し、バッテリまたは他の電気エネルギー貯蔵システムを充電し；エネルギーを次に、貯蔵システムから必要に応じて取り出して負荷に給電する。

【0004】

バッテリ、及び揚水式発電貯蔵システムのような他の電気エネルギー貯蔵システムは、高価であり、環境に優しくない場合もある。必要なエネルギー貯蔵量を最小限に抑えるために、システムは、熱慣性及び重力を、例えば経時的に変動する電力を利用可能である場合に、水を深い井戸から汲み上げて貯留タンク、重力タンク、または貯水槽に貯留し、次に水を貯留して後で使用することにより利用することができる。分散型オフグリッドエネルギー発電に関連する通常のモータ負荷として、太陽光発電ポンプによる給排水（揚水式発電貯蔵を含む）、太陽光発電による空調及び冷凍、及び他のシステムを挙げることができ、他のシステムでは、少なくとも幾つかのモータ負荷が、それらを駆動するための十分な日射または風が存在する場合にのみ作動し、太陽光電力または風力電力を利用可能ではない場合には、幾つかの負荷または全ての負荷をオフにする。

【0005】

分散型太陽光発電で動作するように適合させた従来のモータ負荷の一例が、Ｇｒｕｎｄｆｏｓ（登録商標）ＳＱＦ（Ｇｒｕｎｄｆｏｓ Ｐｕｍｐｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎの登録商標， Ｄｅｃａｔｕｒ， ＩＩ）シリーズの井戸ポンプアセンブリである。これらのポンプアセンブリは、３０～３００ボルトＤＣの太陽光パネルに直接接続されるように構成され、かつ給排水ポンプを駆動するように接続されるモータに給電するように適合させた電子部を有する。これらのポンプは、経時的に変動する電力が太陽光パネルから利用可能である場合に、水を井戸から汲み上げて貯留タンク、貯水槽、または重力タンクに貯留し、電力が利用可能ではない場合に、または貯留タンク、重力タンク、もしくは貯水槽が満タンである場合に電源を切ることが意図されている。

【0006】

太陽光発電システムの他に、風力タービンシステムもまた、経時的に変動する出力を有し、モータ負荷を有する可能性がある。

【発明の概要】

【0007】

システムは、ＡＣ誘導電動モータと、少なくとも１つの光電変換パネルと、を有する。光電変換パネルは、電力をＤＣ－ＤＣコンバータに供給し、光電変換パネルに現われる電圧よりも常に大きい第２電圧を供給するように接続される。第２電圧は、電力をＡＣ電動モータに供給するように接続される可変周波数モータドライブに供給される。システムは、マイクロコントローラにより制御されている状態で動作し、マイクロコントローラは、第２電圧を調節し、最大電力点追尾ファームウェアを使用して可変周波数モータドライブの周波数を調整することにより、所与の太陽光ＤＣ入力に対応する電力出力を最適化する。

【0008】

別の実施形態では、第１ＤＣ電圧を供給するＤＣ制限電源により給電されるＡＣモータを動作させる方法は、前記ＤＣ制限電源からの電力を第２ＤＣ電圧に変換することと；前記第２ＤＣ電圧からの電力を第１ＡＣ周波数のＡＣモータ電圧及び第１ＡＣ電圧に変換することと；前記ＡＣモータ電圧を前記ＡＣモータに供給することと；前記ＡＣモータの始動を検出することと；前記ＡＣモータの始動後、電圧及び前記ＡＣモータ電圧の周波数を、最大周波数に達するまで、または前記ＤＣ電源の限界に達するまで増加させることとを含む。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
ＡＣ電動モータと、
少なくとも１つの光電変換パネルと、
電力を前記少なくとも１つの光電変換パネルから受け取り、第２ＤＣ電圧を供給するように接続されるＤＣ－ＤＣコンバータと、
前記第２ＤＣ電圧を受け取り、ＡＣ電力を前記ＡＣ電動モータに供給するように接続される可変周波数モータドライブと、
前記第２ＤＣ電圧を調節し、最大電力点追尾ファームウェアを使用して前記可変周波数モータドライブの周波数を調整して電力出力を最適化するように構成されるマイクロコントローラと、を備える、システム。
（項目２）
前記マイクロコントローラが、前記ＡＣ電動モータに供給される前記ＡＣ電力の電圧を調整するように更に構成される、項目１に記載のシステム。
（項目３）
前記マイクロコントローラが、前記ＡＣ電動モータに供給される前記ＡＣ電力の電圧を、前記ＡＣ電力の前記電圧が前記ＡＣ電力の周波数とともに直線的に増加するよう調整するように構成される、項目２に記載のシステム。
（項目４）
前記マイクロコントローラが、前記ＡＣモータが回転し始めるまで第２ＤＣ電圧及び前記ＡＣ電力の周波数を漸増させるように適合させたファームウェアを有し、前記マイクロコントローラが、ＡＣモータが回転し始めたことを、前記少なくとも１つの光電変換パネルから受け取る電流の変化を検出することにより認識する、項目１に記載のシステム。
（項目５）
前記最大電力点追尾ファームウェアが、機械読み取り可能な命令を含むことにより、前記少なくとも１つの光電変換パネルから受け取る最大可能電力を探索しながら、また前記第２ＤＣ電圧を所定電圧レベルに調節しながら、前記可変周波数モータドライブの周波数を段階的に変化させる、項目１に記載のシステム。
（項目６）
前記最大電力点追尾ファームウェアが、機械読み取り可能な命令を含むことにより、前記第２ＤＣ電圧を調整して最大可能電力を前記少なくとも１つの光電変換パネルから取得するとともに、前記ファームウェアが、機械読み取り可能な命令を含むことにより、前記可変周波数ドライブの動作周波数を調整する、項目１に記載のシステム。
（項目７）
前記最大電力点追尾ファームウェアが、前記第２ＤＣ電圧を監視して、前記第２ＤＣ電圧が減少して所定閾値を下回るようになる場合に、前記可変周波数モータドライブの周波数を減少させるように適合された機械読み取り可能な命令を含む、項目５に記載のシステム。
（項目８）
前記システムが、前記ＡＣ電動モータの始動不具合を検出し、前記ＡＣ電動モータが始動できない場合に、前記可変周波数モータドライブを再試行時間の間停止し、再試行時間後に、前記ＡＣ電動モータの始動を再試行するように構成される、項目３に記載のシステム。
（項目９）
前記システムが、前記ＡＣ電動モータを始動させるための再試行回数をカウントし、最大再試行回数をカウントすると、前記可変周波数モータドライブを再試行延長時間の間停止し、前記再試行延長時間後に、前記ＡＣ電動モータの始動を再試行するように構成される、項目８に記載のシステム。
（項目１０）
前記最大電力点追尾ファームウェアが、機械読み取り可能な命令を含むことにより、前記少なくとも１つの光電変換パネルから受け取る最大可能電力を探索しながら、前記第２ＤＣ電圧を、前記可変周波数モータドライブの周波数に比例して増加するレベルに調節しながら、前記可変周波数モータドライブの周波数を段階的に変化させる、項目１に記載のシステム。
（項目１１）
前記ＡＣ電力が、前記ＡＣ電動モータの主巻線に接続される第１相ＡＣ電力と、前記ＡＣ電動モータの始動用巻線に接続される始動相ＡＣ電力と、を含み、前記第１相ＡＣ電力及び前記始動相ＡＣ電力が、非ゼロの位相シフトだけずれている、項目１に記載のシステム。
（項目１２）
前記非ゼロの位相シフトが、５８度～６８度、または１１２度～１２２度である、項目９に記載のシステム。
（項目１３）
前記ＡＣ電力が、前記第１相ＡＣ電力の位相から１８０度ずれた第３相ＡＣ電力を更に含み、前記第３相ＡＣ電力が、前記始動用巻線及び前記主巻線の両方に接続される、項目１０に記載のシステム。
（項目１４）
前記ＡＣ電力が、前記ＡＣ電動モータの主巻線に接続される第１相ＡＣ電力と、前記ＡＣ電動モータの始動用巻線に接続される始動相ＡＣ電力と、を含み、前記第１相ＡＣ電力及び前記始動相ＡＣ電力が、５８度～６８度、または１１２度～１２２度の非ゼロの位相シフトだけずれている、項目３、４、５、６、７、８、９、又は１０に記載のシステム。
（項目１５）
前記非ゼロの位相シフトが、５８度～６８度、または１１２度～１２２度である、項目９に記載のシステム。
（項目１６）
第１ＤＣ電圧を供給するＤＣ制限電源により給電されるＡＣモータを動作させる方法であって：
前記ＤＣ制限電源からの電力を第２ＤＣ電圧に変換することと、
前記第２ＤＣ電圧からの電力を第１ＡＣ周波数のＡＣモータ電圧及び第１ＡＣ電圧に変換することと、
前記ＡＣモータ電圧を前記ＡＣモータに供給することと、
前記ＡＣモータの始動を検出することと、
前記ＡＣモータの始動後、電圧及び前記ＡＣモータ電圧の周波数を、最大周波数に達するまで、または前記ＤＣ電源の限界に達するまで増加させることとを含む、方法。
（項目１７）
前記ＡＣモータ電圧が、第１のＡＣ相及び始動用のＡＣ相を含み、前記第１の交流相及び始動用の交流相が、位相が５８度～６８度、または１１２度～１２２度だけ異なる、項目１６に記載の方法。
（項目１８）
前記ＤＣ電源の前記限界が、前記ＤＣ電源の電圧を前記ＡＣモータ電圧の前記周波数が増加するときに監視し、前記ＡＣモータ電圧の前記周波数が僅かに増加すると、前記ＤＣ電源の電圧が所定パーセンテージだけ降下し始めて、所定パーセンテージの電圧降下限界値を超えるようになる時点を判断することにより決定される、項目１７に記載の方法。
（項目１９）
第１ＤＣ電圧を供給するＤＣ制限電源により給電されるＡＣモータを動作させる方法であって：
前記ＤＣ制限電源からの電力を第２ＤＣ電圧に変換することと、
前記第２ＤＣ電圧の電力を第１ＡＣ周波数のＡＣモータ電圧及び第１ＡＣ電圧に変換することと、
前記ＡＣモータ電圧を前記ＡＣモータに供給することと、
前記ＡＣモータの始動を検出することと、
前記ＡＣモータの始動後、前記ＡＣモータのドライブの前記周波数を変化させて、前記ＤＣ制限電圧の最大電力点（ＭＰＰ）を探索すること、とを含む、方法。
（項目２０）
前記ＤＣ制限電圧が、光電変換パネル及び風力タービンからなる群から選択される装置から供給される、項目１９に記載の方法。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、一連の太陽光パネル、モータ負荷、及びコントローラを組み込んだシステムのブロック図であり、コントローラは、電力をパネルから受け取り、モータを駆動するように適合させる。

【図2】図２は、図１のコントローラの１つの実施形態の詳細図である。

【図3】図３は、動作電圧と周波数の関係を示す曲線を示している。

【図4】図４は、ＭＰＰＴ（最大電力点追尾）ファームウェアの動作電流及び太陽光パネル電圧を示している。

【図5】図５は、マイクロコントローラ１１８ファームウェアの動作を示すフローチャートである。

【図6】図６は、従来のキャパシタ始動３線式モータ制御システムの概略図である。

【図7】図７は、３線式モータの動作を開始するように構成される相分割形モータドライバインバータの概略図である。

【図8】図８は、図７のシステムにおいて印加される電圧を示す波形図である。

【図9】図９は、３線式誘導モータを始動及び動作させるように構成される別の相分割形モータドライバインバータの概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

システム１００（図１）は、太陽光光電変換電源を有し、太陽光光電変換電源は、１つ以上の光電変換パネル１０２と、コントローラ１０４と、モータ負荷１０６と、を含む。光電変換電源の太陽光パネル群を直列接続して、並列接続して、または直並列接続して、第１電圧のＤＣ（直流電流）出力１０８を供給する。この第１電圧は、コントローラ１０４内のＤＣ－ＤＣ電圧コンバータ１１０で受け取られて電力１１２を、コントローラ１０４の他の構成部品を動作し易くする第２電圧で供給し、特定の実施形態では、ＤＣ－ＤＣコンバータ１１０は昇圧コンバータであるが、別の実施形態では、バックブーストコンバータ構成または他のコンバータ構成が使用される。

【0011】

コントローラは更に、第２電圧の電力をＤＣ－ＤＣコンバータ１１０から受け取るように接続され、かつ第３電圧の単相／多相ＡＣ駆動電力１１６をモータ負荷１０６に供給するように接続されるＤＣ給電可変周波数ＡＣモータドライブ（ＶＦＤ）１１４を有する。特定の実施形態では、ＶＦＤ１１４は正弦波出力を有する。ＤＣ－ＤＣコンバータ１１０及びＶＦＤ１１４は共に、マイクロコントローラ１１８により制御されている状態で動作する。フィルタキャパシタ１２０は通常、電圧リップルを低減し、サージ電流を第２電圧１１２に抑制するために設けられる。

【0012】

ＤＣ－ＤＣコンバータ１１０は、太陽光パネル１０２から受け取る電力を、ＶＦＤ１１４の動作に適するフィルタキャパシタ１２０に現われる調節された所定のＤＣリンク電圧１１２に変換する。１つの実施形態では、システム１００が動作しているとき、ＤＣ－ＤＣコンバータ１１０は、マイクロコントローラ１１８により制御されて、太陽光パネル１０２及びＤＣ－ＤＣコンバータの出力１１２の最大電力点の第１電圧１０８で、かつＶＦＤ１１４を動作させるために有利な電圧で動作する。

【0013】

ＶＦＤ１１４は、ＤＣ電力を、可変モータ駆動電圧及び周波数におけるモータ１０６に適するＡＣ電圧１１６に変換し、モータ駆動電圧及び周波数は、マイクロコントローラ１１８により、太陽光パネル１０２から利用可能な電力に応じて決定される。

【0014】

マイクロコントローラ１１８は、太陽光パネル１０２に現われる電圧及び電流を感知し、ＶＦＤ１１４の基準周波数を設定して、太陽光ＰＶパネル１０２からの電力伝達率が「Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ－ＭＰＰＴ」アルゴリズムに従って、メモリ１２２内のファームウェアを実行することにより最大化されるようにし、電力を太陽光パネル１０２から殆ど利用可能ではない場合にＶＦＤの動作周波数を定格モータ動作周波数から減少させて電力を節約し、全電力を太陽光パネル１０２から利用可能である場合に、定格モータ動作周波数に増加させる。

【0015】

マイクロコントローラ１１８は、モータ相電圧と周波数の関係を示す動作曲線をメモリ１２２に格納するテーブルを有し、この動作曲線により、位相出力１１６のＲＭＳ電圧値が基準周波数に基づいて決定される。従って、可変駆動出力に現われる周波数及び電圧は共に可変であり、マイクロコントローラ１１８により制御されるので、電力伝達率を様々な太陽光状態において最大化することができる。正変位ポンプのような幾つかのモータ負荷がある場合、モータの低速動作、及びモータ負荷は、同じモータ及びポンプ負荷の高速動作よりも少ない電力を消費することが予測される。特定の実施形態では、マイクロコントローラ１１８は更に、水貯留タンク液位センサまたはサーモスタットのような更に別の制御入力を有することにより、モータ動作が必要な場合に、または望ましい場合に動作を可能にし、モータ動作が必要ではない場合にモータ動作を停止して、例えば水貯留タンクが溢れ出すことにより生じ得る損傷を回避する。

【0016】

マイクロコントローラ１１８は更に、第２電圧を感知してＤＣ－ＤＣコンバータ１１０の出力電圧、及び太陽光パネル１０２から取り出される電力を調節し、最大電力がパネルから取り出されるようにする。マイクロコントローラ１１８は幾つかの実施形態では更に、最大モータ駆動周波数が、ＶＦＤドライブ１１４及びモータ１０６で使用されるように構成され、基準周波数を制限し、これにより、そうしない場合には利用可能であり得る太陽光パネルから取り出される電力が少なくなる場合でも、ＤＣ－ＤＣコンバータ動作をそれに応じて制限する。

【0017】

図２を参照するに、電流センサＣＴは、パネル１０２に接続されるように意図されるコネクタ１５２に隣接して配置されて、パネル１０２から電流Ｉｐｖとして供給される電流を測定して測定値をマイクロコントローラ１１８に供給する。ダイオードＤは、ＰＶパネル群を、パネル１０２の極性が反転する場合に自動的に短絡させるように配置される。キャパシタＣ１が、太陽光ＰＶパネルに現われる電圧リップルを減衰させるために設けられるのに対し、太陽光パネルから供給される電圧Ｖｐｖが更にマイクロコントローラ１１８により監視される。太陽光パネル１０２から吸収される電力は、Ｉｐｖ測定値及びＶｐｖ測定値を乗算することにより決定される。

【0018】

１つの実施形態では、ＤＣ－ＤＣコンバータは、パワーインダクタ（Ｌ）及び２つのパワースイッチＱ１及びＱ２を含む昇圧コンバータであり、パワーインダクタ（Ｌ）及び２つのパワースイッチＱ１及びＱ２が接続されて、マイクロコントローラ１１８から供給されるパルス幅変調信号及びパルス数変調信号Ｓｂｏｏｓｔによる制御を使用して動作する場合に昇圧機能を行なう。昇圧電圧はキャパシタバンク１２２でフィルタリングされ、第２電圧のＤＣレベル１１２は、マイクロコントローラ１１８によりＶｄｃとして測定される。

【0019】

ＤＣリンク電圧は、所定の入力をＶＦＤ１１４に与え、ＶＦＤ１１４は、更に別の電圧変換素子を有することができ、特定の実施形態では、マイクロコントローラ１１８からの信号Ｓ_ＶＦＤにより制御される２個または６個のパワースイッチを有する単相または三相切替ドライバである。ＶＦＤ１１４が動作することにより、可変周波数及び電圧ＡＣ波形が可変ドライブ出力端子１５４の出力に供給されてＡＣモータ１０６に供給されるようになる。

【0020】

マイクロコントローラ１１８は、メモリ１２２に常駐するファームウェアにより制御されている状態で動作する。特定の実施形態では、ファームウェアは、スタートアップルーチン、最大電力点追尾（ＭＰＰＴ）動作ルーチン、及びシャットダウンルーチンを含む。図１、図４、及び図５を参照するに、これらのルーチンは以下のルーチンを含む：
１．スタートアップルーチン

【0021】

一旦、コントローラの電源が投入されて、基本機能がチェックされる３０２と、マイクロコントローラ１１８は、ＰＶパネル１０２から受け取るＶｐｖ電圧をチェックし、当該電圧がメモリ１２２に記録されている所定の最小始動電圧よりも高い場合にのみ、当該マイクロコントローラはスタートアップルーチンを継続する。Ｖｐｖ電圧が最小値を下回る場合、当該マイクロコントローラは、Ｖｐｖが最小値を超えるまで待機する。

【0022】

一旦、最小始動電圧に達すると、マイクロコントローラ１１８は、ＶＦＤ１１４が生成する初期正弦波の周波数を設定する３０４。次に、マイクロコントローラ１１８は、正弦波の振幅（相ＲＭＳ電圧）を周波数から、図３に図示され、かつメモリ１２２に格納されている電圧－周波数曲線（Ｖ－ｆ曲線）を使用して決定する。様々な実施形態におけるメモリ１２２は、リードオンリメモリ、プログラマブルリードオンリメモリ、または電気的に消去可能かつ再書き込み可能なリードオンリメモリのうち１つ以上のリードオンリメモリを含み、Ｖ－ｆ曲線は、必要に応じて、使用する特定のモータ１０６の種類に対応して決定される。Ｖ－ｆ曲線は、ゼロを起点とするのではなく、最小のモータ相ＲＭＳ電圧を最小周波数値に対応して与える電圧オフセット（Ｖｍｉｎ）を有する。
－マイクロコントローラ１１８は、システム１０４の動作を、決定された周波数及び電圧をＶＦＤ１１４に信号Ｓ_ＶＦＤを介して供給することにより開始する。その結果、周波数ｆ１及び振幅相ＲＭＳ電圧Ｖ１を有するＡＣ信号がモータ１０６に供給される。
－次に、マイクロコントローラ１１８は、太陽光ＰＶ電流をフィードバックセンサ信号Ｉｐｖ（太陽光ＰＶ電流）を介してチェックし３０６、Ｉｐｖが、特定のパーセンテージ（ｘ％）の値だけ、前の読み取り値から減少する場合（Ｉｐｖｎｅｗ＜Ｉｐｖｏｌｄ^＊ｘ％）、これは、モータ１０６が回転し始めたことを示している。特定の実施形態では、ｘ％は１０％である。他方、ＰＶ電流センサによる新規読み取り値（Ｉｐｖ）が、前の読み取り値の所定パーセンテージｘ％以上である場合、モータ１０６は、未だ始動していないと判断されるので、マイクロコントローラは別のステップに進み、このステップでは、ＶＦＤ１１４の動作周波数３０４をｆ２に増加させ、それに応じて、動作相電圧を別の相電圧Ｖ２に増加させる。百分率値ｘ％（始動を認識するための閾値）は、適応的であり、ＡＣモータ及び負荷の電力量とともに変化する。
－別の実施形態では、Ｉｐｖの減少を観察してモータ回転の正しい始動を確認するのではなく、マイクロコントローラ１１８は、モータ回転をモータ速度センサ（図示せず）で直接観察する。様々な実施形態では、モータ速度センサとして、磁石及び感知コイル、歯付きホイール、ＬＥＤ、及び光センサ、歯付きホイールセンサ及びリラクタンスセンサ、慣性スイッチ、またはこの技術分野で公知の任意の他の回転センサを挙げることができる。
－マイクロコントローラ１１８がＶＦＤ１１４の周波数をｆ２に信号Ｓ_ＶＦＤを介して高くして、ｆ２正弦波周波数を適切な電圧振幅Ｖ２で、可変駆動出力端子１１６に供給する場合。
－マイクロコントローラ１１８は、Ｉｐｖセンサが、新規の太陽光ＰＶ電流値が、初期値または前の値の所定パーセンテージｘ％未満になって、モータが回転し始めたことを意味するまで、またはモータ速度センサが適切な回転数を検出して、ＤＣ－ＤＣコンバータ１１０がＭＰＰＴ Ｒｅｇｕｌａｒ Ｍｏｄｅに移行するまで、ＶＦＤ１１４の周波数及び電圧を増加させ続け、太陽光ＰＶ電流を、フィードバック信号Ｉｐｖを介してチェックし続ける。
－太陽光ＰＶ電流（Ｉｐｖ）が、１つの周波数ステップから別の周波数ステップに変更するときに所定の値のパーセンテージｘ％だけ減少することがなく、周波数が、メモリ１２２に格納されている周波数の最大値に達する場合（最大周波数は、各モータ種類について公知である）、モータは、回転し始めておらず、マイクロコントローラは、ＶＦＤ１１４を動作させるのを中止し、ＳＴＡＲＴ－ＵＰ ＲＯＵＴＩＮＥを所定の中断時間後に再び開始しようとする。これにより、ＨＶＡＣまたは冷凍システムの冷媒を加圧することにより発生する、または全水柱を井戸ポンプの後ろに射出することにより発生する負荷のような幾つかの高い始動負荷を低減することができる。
２．最大電力点追尾（ＭＰＰＴ）レギュラーモード
－一旦、マイクロコントローラ１１８が、モータが始動したという判断を下すと、ＤＣ－ＤＣコンバータは、ＤＣ第２電圧１１２を事前設定値Ｖｓｅｔに、ＡＣ／ＤＣモータドライブ１１４のパワースイッチＱ３～Ｑ８を直接制御している信号Ｓｂｏｏｓｔを介して調節する３０８。
－ＤＣリンク１１２の調節は、ＤＣ－ＤＣコンバータ１１０が、ＤＣリンク１１２の電圧値を、当該電圧値が所望の値Ｖｓｅｔに達するまで、昇圧回路（図２）のパワースイッチＱ１及びＱ２の動作デューティサイクルを変化させることにより調整することを意味している。
－信号フィードバックＶｄｃは、マイクロコントローラ１１８の測定用ＤＣ第２電圧１１２値である。
－Ｖｄｃフィードバック値がＶｓｅｔ値よりも小さい場合、ＤＣ－ＤＣコンバータのデューティサイクルにより、ＤＣ－ＤＣコンバータのデューティサイクルが当該デューティサイクルの最大値に達するまで、Ｓｂｏｏｓｔ信号の値が増加してＤＣリンク１１２の電圧値を増加させる。
－ＤＣ－ＤＣコンバータ１１０が、ＤＣリンク電圧１１２を、メモリ１２２に格納されている値により決まる事前設定値Ｖｓｅｔ、及び最大周波数未満の周波数に調節している状態では、メモリ１２２に格納されているＭＰＰＴアルゴリズムがマイクロコントローラ１１８上で実行されてＶＦＤ１１４のモータ周波数を増加させ、これは、相ＲＭＳ電圧をそれに応じて、図３の電圧－周波数曲線に基づいて増加させることを伴う。これを行なうために、マイクロコントローラ１１８は、光電変換パネルから取り出される現在の電力を光電変換パネルから取り出された前の電力と比較する３１０。電力が増加した場合、マイクロコントローラは、可変周波数ドライブ１１４の周波数及び電圧を増加させ３１２、電力消費量が、太陽光パネル１０２の電力制限により増加しなかった場合、マイクロコントローラは、可変周波数ドライブ１１４の周波数及び電圧を減少させる３１４。
－ＶＦＤにより生成されるＡＣ電力の周波数及び電圧を増加させることにより、モータに指示して、より高いＲＰＭで回転させて、ＶＦＤ１１４及びモータ１０６が消費する電力を増加させることにより、太陽光ＰＶパネル１０２から取り出される電力を増加させる。
－周波数のこの増加は、段階的に行なわれ、第１段階２０２では、モータ周波数１（ｆ１）をマイクロコントローラ１１０により設定し、周波数１で動作しているモータ１０６は、ポイント２０２（太陽光電流Ｉ１及び太陽光電圧Ｖ１）で動作するものとして図４に図示される太陽光ＰＶ電力に対応する。
－マイクロコントローラ１１８は次に、ＶＦＤ１１４により生成されるモータ電力１１６の周波数（ｆ２）を増加させ、より高い周波数の隣の動作ポイントは、太陽光ＰＶ電流（Ｉ２）がより大きく、かつ太陽光ＰＶ電圧Ｖ２がより小さいポイント２０４として図４に図示される。ＶＦＤ周波数増加は、特定のモータ及び負荷に関する最大定格周波数を超えないように制限される。
－マイクロコントローラ１１８が、モータ周波数を増加し続ける場合、太陽光ＰＶパネルから取得される電力（電力＝ＩｘＶ）が当該電力の最大値になるポイントが発生し、このポイントは図４のポイント２０６として図示されている。このアルゴリズムにより発見される最大電力点は、日射に伴って大きく変化する。
－周波数が増加し続ける（モータがより高速で回転していてより多くの電力を必要とする）場合、太陽光ＰＶパネル１０２から出力される電力は、最大電力発生量に達すると減少し始め、太陽光ＰＶパネルが、当該速度での、またはより速い速度でのモータ動作に必要な電力を供給することができないので、電圧が電流増加よりも急速に降下する（図４に図示されるポイント２０８におけるＶ－Ｉ曲線特性）。
－その結果、ＤＣリンク電圧を維持するための十分な電力をパネルから供給することができないので、ＤＣリンク電圧が降下する。
－一旦、マイクロコントローラが、ＤＣリンク電圧が減少したことを感知する３１６と、マイクロコントローラは、ＶＦＤに現われる周波数を減少させて、より低い周波数ステップに戻して、ｄｃ－ｄｃコンバータがＤＣリンク電圧調節を再度行なうことができるようにする。
－一旦、ＤＣリンク電圧調節が行なわれ、マイクロコントローラ１１８が、当該ＤＣリンク電圧が必要限界値内に収まっていることを感知すると、ＭＰＰＴアルゴリズムは、ＶＦＤ１１４の周波数増加を再び開始して、モータ１０６の回転速度を増加させる。ＤＣリンク電圧値が減少して閾値Ｖｆｄｒｏｐを下回る場合、マイクロコントローラは直ちに、動作周波数を所定の周波数減少値ｆ２だけ減少させ、周波数減少値ｆ２は、最大電力点追尾方式内で使用される周波数変化よりもずっと大きな周波数変化（周波数ステップ）である。この周波数がステップｆ２だけ減少することにより、ＤＣリンク電圧が閾値Ｖｆｄｒｏｐを上回る値に復帰することができない場合、マイクロコントローラ１１８は、ＤＣリンク電圧が閾値Ｖｆｄｒｏｐよりも大きくなるまで、動作周波数を別のｆ２だけ減少させる。
３．ストップルーチン

【0023】

レギュラーモード動作状態では、マイクロコントローラ１１８は、太陽光ＰＶパネル１０２の両端の電圧（Ｖｐｖ信号）をチェックしている。Ｖｐｖの値がメモリ１２２に格納されている電力低下限界値よりも大きい値だけ低下して所定値Ｖｄ（マイクロコントローラのメモリに格納されている）になる場合、マイクロコントローラ１１８は、モータが回転を停止する必要があり、マイクロコントローラがＶＦＤ１１４の動作を停止させ３１８、モータ及びモータ１１４で駆動される負荷について必要に応じて所定期間だけ待機し３２０、ＳＴＡＲＴ－ＵＰ ＲＯＵＴＩＮＥに移行する。
－このようなスタート－ストップイベントが数回連続して発生する場合（試行回数に関する所定限界値が、マイクロコントローラのメモリに格納されている）、マイクロコントローラは、パネル上で利用可能な太陽光エネルギーが、モータを動作させるためには十分ではないという判断を下し、より長い待機時間Ｗｓｕｎだけアイドル状態になる。待機時間Ｗｓｕｎ後、最小限の電圧がパネル上で利用可能であり日中条件であることを示している場合、コントローラは、ＳＴＡＲＴ－ＵＰ ＲＯＵＴＩＮＥに戻ることにより始動を再度試みる。

【0024】

特定の実施形態では、モータ１０６は三相モータであり、可変周波数モータドライブ１１４は、三相交流電流を供給してモータ１０６を駆動する；別の実施形態では、モータ１０６は相分割形モータであり、ＶＦＤ１１４は、モータ駆動相電源及び位相シフト始動電源または動作電源をモータ１０６に供給する。別の特定の実施形態では、モータ１０６は、始動キャパシタを含むモータ始動用集積回路を有する単相モータであり、ＶＦＤ１１４はモータ１０６に単相ＡＣ電力を供給する。

【0025】

特定の実施形態では、可変周波数モータドライブ１１４は、正弦波出力を供給してモータ１０６を駆動する。

【0026】

別の実施形態では、図１の太陽光パネル１０２を、風力タービン発電システム及び関連する整流器に置き換えて、ＤＣ電力をＤＣ－ＤＣコンバータ１１０に供給する；このようなシステムでは、風力タービン回転速度センサを任意であるが、マイクロコントローラ１１８及びファームウェア１２２の入力として設けることができ、これは、風力タービン速度情報だけでなく、ＶＦＤ１１４を調整するための電流および電圧情報を使用して、風力タービンの失速を防止して、モータ１０６への電力伝達率を最適化することができるように適合されている。

【0027】

更に別の実施形態では、図１の太陽光パネル１０２を、ガソリン、ディーゼル、ガスタービン、または水蒸気エンジン（水蒸気エンジンはピストンまたはタービンとすることができる）により駆動される発電機に置き換える；通常、関連する整流器で、発電機により生成される全てのＡＣを整流し、ＤＣ電力をＤＣ－ＤＣコンバータ１１０に供給する。このようなシステムでは、スロットル入力がコントローラ１０４に供給され、システムは従って、可変比の電力伝達装置として機能することができる。可変比の電力伝達装置は、多くの用途を有しているが、構造及び多くの細かな動作（ＤＣモータの使用を含む）が、現在記述されているシステムとは異なっており、米国海軍は、１９１８年～１９４７年の間のニューメキシコ級戦艦、テネシー級戦艦、及びコロラド級戦艦の主燃焼機関系の減速ギアではなく、可変比の電力伝達装置を操作していた。

【0028】

キャパシタ始動コントローラ４０２及び３線式単相モータ４０４を備える従来の相分割形モータシステム４００（図６）は、始動用キャパシタ４０６及び制御リレー４０８をコントローラ４０２に備えている。モータ４０４は、主巻線４１０及び始動用補助巻線４１２を有する。制御リレー４０８は、始動用巻線４１２に直列接続されるキャパシタ４０６を、主巻線４１０に並列接続されるＡＣ電源４１４にモータ始動中に接続する。制御リレー４０８は、一旦、モータが回転し始めると、キャパシタ４０６及び始動用巻線４１２との接続を解除する。キャパシタ４０６は、９０度の位相シフトを、主巻線４１０に印加される電力と始動用巻線４１２に印加される電力との間に効果的に与える。全てではないが幾つかの従来のキャパシタ始動コントローラでは、別体のキャパシタＣｒｕｎ４０９を設けて、モータが動作してトルクを増加させている状態で始動用巻線４１２の所定部分を使用できるようにし、これらのコントローラでは、Ｃｒｕｎは通常、Ｃｓｔａｒｔよりもずっと小さな値を有するので、モータ始動サージ電流による動作時間中の電流及び電力消費を減少させ易くしている。この従来のモータシステム４００は極めて広く使用されているが、このモータシステムは短所を有し、これらの短所の中でもとりわけ、モータを全動作周波数で始動するために必要なサージ電流及び電力が非常に大きいという短所がある。図１～図３を参照して説明されるＭＰＰＴ可変周波数モータ制御システムは、以下に説明する図７の実施形態と併せて使用される。

【0029】

この構成では、以下の関係式を記述することができる：
Vaux =VPhs-Vph1、式中、Vauxは、始動用巻線の両端の電圧である…（１）
Vmain =VPh2-VPh1 …………………(2)

【0030】

ＰｈＳを、始動用巻線として作用する補助巻線給電線として選択した場合、モータが回転し始めると直ぐに、補助巻線給電線への給電が遮断される（電流が補助巻線給電線を流れなくなる）。

【0031】

３線式モータを、補助巻線を使用して始動させることとは別に、モータは、電圧／周波数（Ｖ／Ｆ）比を一定に保ちながら、可変周波数モードで駆動されることになり、ＲＭＳは実効相電圧であり、ｆは当該実効相電圧の周波数である－上の段落で説明された通り。モータをＶ／ｆの関係を保ちながら自由に制御するために、ノード：Ｐｈ１，Ｐｈ２，及びＰｈＳに現われる電圧波形が、方程式３～５に示す通りに生成される：
VPh1 =Vdc/2+Vdc/2^*duty1^*sin(x) …………………(3)
VphS =Vdc/2+Vdc/2^*duty2^*sin(x-θ) …………………(4)
VPh2 =Vdc/2+Vdc/2^*duty3^*sin(x-γ) …………………(5)
式中、３つの波形は全て、Ｖｄｃ／２、すなわち入力ＤＣ電圧の半分だけずれている。更に、波形ＶｐｈＳが、ＶＰｈ１に対して角度θだけずれているのに対し、波形ＶＰｈ２は、ＶＰｈ１に対して角度γだけずれている。

【0032】

これらの３つの電圧波形は、マイクロコントローラを使用してＰＷＭ信号をＶＦＤのスイッチング素子に印加することにより生成することができる。

【0033】

ＰｈＳが始動用巻線給電線である場合、これは、Ｐｈ２が主巻線給電線であることを意味し、上記方程式が示す通り、主巻線の両端の電圧は、Ｖｍａｉｎ ＝Ｖｐｈ１－ＶＰｈ２であるので、目的が、最大振幅が主巻線に現われることである場合、ＶＰｈ２及びＶＰｈ１の電圧波形の振幅を等しくする（ｄｕｔｙ １ ＝ ｄｕｔｙ３）必要があるが、反対方向に等しくする必要がある（γ ＝ １８０°）。主巻線の振幅は、所定の入力ＤＣ電圧についても最大化する必要があるので、以下の方程式２が成り立つ：

【0034】

Vmain = Vph1-VPh2 => Vmain = Vdc^*duty1^*sin(x) ………(6)

【0035】

更に、補助巻線に現われる電圧波形は、主巻線に現われる電圧波形に対して約９０°ずれた位相とする必要があるが、同じ振幅を有する必要があり、この関係は、方程式６から、以下の通りに導出することができる：
Vaux= Vdc^*duty1^*sin(x-90°) ………(7)

【0036】

方程式７を方程式１と組み合わせる場合、ＶＰｈｓについての波形方程式が以下の通りに得られる：
Vaux =VphS-VPh1
=> VphS=Vaux+VPh1 = Vdc/2 + Vdc/2^*duty1^*sin(x) + Vdc^*duty1^*sin(x-90°)
=> VPhs= Vdc/2 + Vdc^*duty1^*(sin(x-90°) +1/2^*sin(x)) ………(8)

【0037】

方程式８は、ＶＰｈＳ波形について方程式４の形式で記述される必要があり、このような種類の変換を「任意の位相シフト」変換と呼び、一般的な規則は、以下の通りである：
A^*sinX+B^*sin(X+Y) = C^*sin(X+Z) ………(9)
式中、係数Ｃは以下の通りに計算することができる：
C=sqrt(A2+B2+2^*A^*B^*cos(Y) ………(10)
更に、角度Ｚは以下の通りに計算することができる：
Z=atan(B^*sin(Y)/(A+B^*cos(Y)) ………(11)

【0038】

方程式１０及び１１を使用すると、未知のｄｕｔｙ２及びθの解を方程式４から求めることができるので、以下の関係が得られる：
duty2 = 2.23^*duty1
angle θ = 63°

【0039】

次に、図Ｘに示す三相インバータの電圧波形は以下の通りに表わすことができる：
VPh1 =Vdc/2+Vdc/2^*duty^*sin(x) …………………(12)
VphS =Vdc/2+Vdc/2^*2.23^*duty^*sin(x-63°) …………………(13)
VPh2 =Vdc/2+Vdc/2^*duty^*sin(x-180°) …………………(14)
式中、ｄｕｔｙは、ＡＣモータの可変周波数動作に対応する相ｒｍｓ電圧と周波数の関係を表わすＶ／ｆ比である。

【0040】

図７は、３線式相分割形モータをシングルエンド型ＤＣ電源４５２で始動及び動作させるように構成される周波数制御可能な相分割形ＤＣ－ＡＣ可変モータドライブインバータ４５０の概略図である。Ｐｈ２に対して正側のパワースイッチング素子４５４及びＰｈ２に対して負側のパワースイッチング素子４５６を交互に駆動して、位相２（Ｐｈ２）ＡＣ信号４５８を供給して、３線式相分割形モータ４６２の主巻線４６０を駆動する。同様に、Ｐｈ１に対して正側の別のパワースイッチング素子４６４及びＰｈ１に対して負側の別のパワースイッチング素子４６６を交互に駆動して、位相１（Ｐｈ１）ＡＣ信号４６８を供給して、３線式相分割形モータ４６２の始動用巻線４７０の第１端子及び主巻線４６０の第２端子の接続先の共通接続端子を駆動する。最後に、ＰｈＳに対して正側の別のパワースイッチング素子４７４及びＰｈＳに対して負側の別のパワースイッチング素子４７６を交互に駆動して、オフセット位相３（ＰｈＳ）ＡＣ信号４７８を供給して、３線式相分割形モータ４６２の始動用巻線４７０の第２端子の接続先の接続端子を駆動する。

【0041】

始動動作状態では、周波数制御可能な相分割形ＤＣ－ＡＣ可変モータドライブインバータ４５０を動作させて図８に示す波形を供給する。特定の実施形態では、パワースイッチング素子４５４，４５６，４６４，４６６，４７４，４７６は、単なるスイッチングトランジスタではなく、高周波スイッチング変換方式を使用し、かつ正弦波形を供給するように適合させた双方向性電力伝達素子である。正側のパワースイッチング素子４５４及び負側のパワースイッチング素子４５６を動作させて、始動周波数の正弦波形４９０を主巻線４６０のＰｈ２接続端子に供給するのに対し、正側のパワースイッチング素子４６４及び負側のパワースイッチング素子４６６を動作させて、始動周波数の正弦波形４９２を主巻線４６０のＰｈ１接続端子に供給する。モータ回転を開始するために、ＰｈＳに対して正側のパワースイッチング素子４７４及びＰｈＳに対して負側のパワースイッチング素子４７６を動作させて、始動周波数の正弦波形４９４を、制御可能な位相オフセット４９６を持たせて始動用巻線４７０のＰｈＳ接続端子に供給する。一旦、モータ回転が始まると、正側のパワースイッチング素子４７４及び負側のパワースイッチング素子４７６を導通遮断させて始動用巻線４７０との接続を解除するとともに、正側のパワースイッチング素子４５４，４６４及び負側のパワースイッチング素子４５６，４６６に対する駆動が継続して、電力を主巻線４６０に供給し続けることによりモータを動作させる。

【0042】

特定の実施形態では、始動状態において、位相シフト４９６は、始動用巻線電圧ＰｈＳ ４９４，４７８を負側の駆動電圧Ｐｈ１ ４６８，４９２よりも６３度だけ遅らせて効率を最適化するように設定される。

【0043】

図９は、３線式誘導モータを始動及び動作させるように構成される別の相分割形インバータの概略図である。この実施形態では、ＤＣ電源５０２，５０４ペアを使用して、正側の給電線５５２及び負側の給電線５５４に事実上中性の接続端子５０６を与える。これらのＤＣ電源のうち一方のＤＣ電源５０２は、前に説明したＤＣリンク電圧であり、他方のＤＣ電源５０４は、ＤＣ電源５０２により駆動される高周波スイッチングＤＣ－ＤＣコンバータまたはチャージポンプである。

【0044】

中性５０６が図７のＰｈ１ ４６８に置き換わる。正側のパワースイッチング素子５１０及び負側のパワースイッチング素子５１４は、Ｐｈ２ライン５１８を駆動してモータの主巻線５２０を駆動し、ＡＣモータ駆動相４５８，４６８，４７８がゼロとハイＤＣ電圧との間で振れる図７の実施形態とは異なり、この実施形態では、ＡＣモータ駆動相５１８及び５２２は、中性５０６に対して正側及び負側の両方に振れる。正側のパワースイッチング素子５１２及び負側のパワースイッチング素子５１６は、ＰｈＳライン５２２を駆動してモータの補助巻線または始動用巻線５２４を駆動するように構成される。幾つかの実施形態では、正側のパワースイッチング素子５１２及び負側のパワースイッチング素子５１６は、始動用巻線５２４に直接接続される。この実施形態では、正側電源線５５２は、正側のパワースイッチング素子５１０，５１２に接続され、負側電源線５５４は、負側のパワースイッチング素子５１４，５１６に接続される。

【0045】

図７及び図９の可変周波数モータドライバは、パワースイッチング素子４５４，４５６，４６４，４６６，４７４，４７６，５１０，５１２，５１４，５１６をコントローラ１１８（図１）により制御されている状態で動作させ、コントローラ１１８は、可変周波数動作及び可変電圧動作を可能にし、Ｐｈ１ ４６８，４９４，５１８に対するＰｈ２ ４５８，４９０，５０６とＰｈＳ ４７８，４９４，５２２の位相関係の制御を可能にする。Ｐｈ１とＰｈＳの位相関係は、始動用キャパシタまたは動作用キャパシタ（図６）のようなリアクティブ素子を介した電圧降下によるのではなく、コントローラにより直接合成されるので、この位相関係は、高速の始動動作及び効率的な給電動作について最適化することができる。

【0046】

１つの実施形態では、コントローラ１１８のメモリに格納されているオフセットＤＰｈａｓｅ １２３（図１）を主巻線出力Ｐｈ２の電流位相に付加してＶｐｈＳの電流位相を設定する；これらの電流位相を使用して、出力ＶＰｈ２，ＶＰｈ１、及びＶｐｈＳを駆動する正側の駆動パワースイッチング素子及び負側の駆動パワースイッチング素子への入力パルスを合成する。

【0047】

図７、図８、及び図９を参照して説明される実施形態では、モータ動作を始動周波数で開始し、始動周波数は、フル最大電力動作周波数よりもずっと低い。一旦、モータ回転が始まると、本システムは、利用可能な電力を超えるまで、またはフル定格動作周波数に達するまで、当該システムの動作周波数及び動作電圧をランプさせる。利用可能な電力を超える場合、動作周波数を減少させて電力を、これまでに説明してきた最大電力点追尾アルゴリズムに従って節約する。

【0048】

補助巻線または始動用巻線４７０，５２４（図７、図９）から見て、当該巻線の両端に現われる電圧を主巻線４６０，５２０の両端に現われる電圧よりも事実上下げることができることに注目されたい。これは、主巻線４６０，５２０から見て、Ｐｈ２ ４５８，５０６とＰｈ１ ４６８，５１８との間の電圧が１８０度離れているのに対し、補助巻線４７０または始動用巻線５２４から見て、Ｐｈ１ ４６８，５１２とＰｈＳ ４７８，５２２との間の実効ＡＣ電圧が、ＰｈＳとＰｈ１の位相差が１８０度ではないので小さくなっているからであり；Ｐｈ２とＰｈＳの位相差がゼロである状態では、電圧差ＰｈＳ－Ｐｈ１は最大であるが、ＰｈＳがＰｈ１に一致してＰｈ２とＰｈＳの位相差が１８０度である状態では、電圧差ＰｈＳ－Ｐｈ１はゼロになるからであるという結果である。本願発明者らは、従来、９０度の位相差を利用して３線式キャパシタ始動モータを始動させるが、他の位相差により、より大きな電圧が始動用巻線の両端に現われるので、動作がより良好になるという知見を得ている。具体的には、ＤＣ電源４５２，５０２，５０４のより低いＤＣ電圧、及びそれに応じてＰｈ２、Ｐｈ１、及びＰｈＳに現われるより低いＡＣ電圧は、このようなモータを、ＰｈＳがＰｈ１よりも位相が約１１７度進む（ＰｈＳがＰｈ２よりも位相が６３度遅れることに相当する）ように位相差を持たせてＰｈＳをフル電圧に能動的に駆動することにより始動及び動作させている状態で使用することができる。様々な実施形態では、ＰｈＳはＰｈ１よりも位相が、５８度～６８度遅れる、またはＰｈ２よりも位相が１１２度～１２２度進んで、より高い実効電圧を、Ｐｈ２から十分なオフセットがある状態で補助巻線または始動用巻線の両端に供給することによりモータを始動させることができる。本コントローラにより、始動用巻線ＰｈＳの位相をファームウェアで調整して、このより高い電圧を始動用巻線の両端に供給することができる。

【0049】

本文書の目的として、ファームウェアは、メモリに整然と順番に格納されている機械読み取り可能な命令であり、機械読み取り可能な命令を供給して、マイクロコントローラを適合させて特定のタスクを実行する、例えば光電変換パネルの最大電力点を、可変周波数モータドライブが取り出す電力を調整することにより、第２ＤＣ電圧を調節することにより追尾する。
組み合わせ

【0050】

本明細書において記載されるシステムの特徴は、様々な態様で組み合わせることができる。本願発明者らが予測する特徴の組み合わせの中でもとりわけ、以下の特徴を挙げることができる。

【0051】

Ａと表記されるシステムは、ＡＣ電動モータと；少なくとも１つの光電変換パネルと；電力を少なくとも１つの光電変換パネルから受け取り、第２ＤＣ電圧を供給するように接続されるＤＣ－ＤＣコンバータと；第２ＤＣ電圧を受け取り、ＡＣ電力をＡＣ電動モータに供給するように接続される可変周波数モータドライブと；第２ＤＣ電圧を調節し、最大電力点追尾ファームウェアを使用して可変周波数モータドライブの周波数を調整することにより、電力出力を最適化するように構成されるマイクロコントローラと、を含む。

【0052】

ＡＡと表記されるシステムは、Ａと表記されるシステムを含み、マイクロコントローラは更に、ＡＣ電動モータに供給されるＡＣ電力の電圧を調整するように構成される。

【0053】

ＡＢと表記されるシステムは、ＡまたはＡＡと表記されるシステムを含み、マイクロコントローラは、ＡＣ電動モータに供給されるＡＣ電力の電圧を、ＡＣ電力の電圧がＡＣ電力の周波数とともに直線的に増加するように調整するように構成される。

【0054】

ＡＤと表記されるシステムは、ＡＡ，ＡＢ，またはＡと表記されるシステムを含み、マイクロコントローラは、ＡＣモータが回転し始めるまで第２ＤＣ電圧及びＡＣ電力の周波数を漸増させるように適合させたファームウェアを有し、マイクロコントローラは、ＡＣモータが回転し始めたことを、少なくとも１つの光電変換パネルから受け取る電流の変化を検出することにより認識する。

【0055】

ＡＥと表記されるシステムは、ＡＡ，ＡＢ，ＡＤ，またはＡと表記されるシステムを含み、最大電力点追尾ファームウェアは、機械読み取り可能な命令を含むことにより、少なくとも１つの光電変換パネルから受け取る最大可能電力を探索しながら、第２ＤＣ電圧レベルを、可変周波数モータドライブの周波数に比例して増加する所定電圧に調節しながら、可変周波数モータドライブの周波数を段階的に変化させる。

【0056】

ＡＥと表記されるシステムは、ＡＡ，ＡＢ，ＡＤ，またはＡと表記されるシステムを含み、最大電力点追尾ファームウェアは、機械読み取り可能な命令を含むことにより、第２ＤＣ電圧を調整して、最大可能電力を少なくとも１つの光電変換パネルから取得するとともに、ファームウェアは、機械読み取り可能な命令を含むことにより、可変周波数モータドライブの動作周波数を調整する。

【0057】

ＡＦと表記されるシステムは、ＡＡ，ＡＢ，ＡＤ，ＡＥ，またはＡと表記されるシステムを含み、最大電力点追尾ファームウェアは、第２ＤＣ電圧を監視して、前記第２ＤＣ電圧が減少して所定閾値を下回る場合に、可変周波数モータドライブの周波数を減少させるように適合させた機械読み取り可能な命令を含む。

【0058】

ＡＧと表記されるシステムは、ＡＡ，ＡＢ，ＡＤ，ＡＥ，ＡＦ，またはＡと表記されるシステムを含み、システムは、ＡＣ電動モータの始動不具合を検出し、ＡＣ電動モータが始動できない場合に、可変周波数モータドライブを再試行時間の間停止し、再試行時間後に、ＡＣ電動モータの始動を再試行するように構成される。

【0059】

ＡＨと表記されるシステムは、ＡＡ，ＡＢ，ＡＤ，ＡＥ，ＡＦ，またはＡＪ，もしくはＡと表記されるシステムを含み、ＡＣ電力は、ＡＣ電動モータの主巻線に接続される第１相ＡＣ電力と、ＡＣ電動モータの始動用巻線に接続される始動相ＡＣ電力と、を含み、第１相ＡＣ電力及び始動相ＡＣ電力は、非ゼロの位相シフトだけずれている。

【0060】

ＡＪと表記されるシステムは、ＡＨと表記されるシステムを含み、非ゼロの位相シフトは、５８度～６８度である、または１１２度～１２２度である。

【0061】

ＡＫと表記されるシステムは、ＡＡ，ＡＢ，ＡＤ，ＡＥ，ＡＦ，ＡＧ，ＡＨ，ＡＪ，またはＡと表記されるシステムを含み、ＡＣ電力は更に、第１相ＡＣ電力の位相から１８０度ずれた第３相ＡＣ電力を含み、第３相ＡＣ電力は、始動用巻線及び主巻線の両方に接続される。

【0062】

第１ＤＣ電圧を供給するＤＣ制限電源により給電されるＡＣモータを動作させるＢと表記される方法は：ＤＣ制限電源からの電力を第２ＤＣ電圧に変換することと；第２ＤＣ電圧の電力を第１ＡＣ周波数のＡＣモータ電圧及び第１ＡＣ電圧に変換することと；ＡＣモータ電圧をＡＣモータに供給することと；ＡＣモータの始動を検出することと；ＡＣモータの始動後、電圧及びＡＣモータ電圧の周波数を、ＤＣ電源の最大周波数または限界周波数のいずれかに達するまで増加させることを含む。

【0063】

ＢＡと表記される方法は、Ｂと表記される方法を含み、ＡＣモータ電圧は、第１のＡＣ相及び始動用のＡＣ相を含み、第１の交流相及び始動用の交流相は、位相が５８度～６８度、または１１２度～１２２度だけ異なる。

【0064】

ＢＢと表記される方法は、ＢまたはＢＡと表記される方法を含み、ＤＣ電源の限界は、ＤＣ電源の電圧をＡＣモータ電圧の周波数が増加するときに監視し、ＡＣモータ電圧の周波数が僅かに増加すると、ＤＣ電源の電圧が所定パーセンテージだけ降下し始めて、所定パーセンテージの電圧降下限界値を超えるようになる時点を判断することにより決定される。

【0065】

第１ＤＣ電圧を供給するＤＣ制限電源により給電されるＡＣモータを動作させる方法は：ＤＣ制限電源からの電力を第２ＤＣ電圧に変換することと；第２ＤＣ電圧の電力を第１ＡＣ周波数のＡＣモータ電圧及び第１ＡＣ電圧に変換することと；ＡＣモータ電圧をＡＣモータに供給することと；ＡＣモータの始動を検出することと；ＡＣモータの始動後、ＡＣモータドライブの周波数を変化させて、ＤＣ制限電源の最大電力点（ＭＭＰ）を探索することとを含む。

【0066】

ＤＣ制限電圧が、光電変換パネル及び風力タービンからなるグループから選択される装置から供給される請求項１５に記載の方法。

【0067】

変更を上記方法及びシステムに、本発明の範囲から逸脱しない限り加えることができる。従って、上の説明に含まれる主題、または添付の図面に図示される主題は、例示として解釈されるべきであり、限定的に解釈されてはならないことに留意されたい。以下の特許請求の範囲は、本明細書において記載される全ての広範な特徴及び特定の特徴のみならず、言語の問題として、言語のなかに含意されると言える本方法及びシステムの範囲の全ての記述を包含するものとする。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】