JP2001513317A - モータ逆転回路 - Google Patents

モータ逆転回路

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Abstract

(57)【要約】 双方向DCモータを作動させるために逆転回路が設けられる。この回路はHブリッジ回路リレーを備えており、Hブリッジ回路リレーは第1と第2のリレーを有する。第1のリレーは第1の接点を第1の期間で接続し、モータの第1の接続を電力源に接続して第1のモードで作動させる。第2のリレーは第2の接点を第2の期間で接続し、モータの第2の接続を電力源に接続して第2のモードで作動させる。リレー回路はさらにスイッチを有し、このスイッチは少なくとも1つの接点を有し、この接点は第1または第2のリレー2をそれぞれ第1または第2の接続にもたらす。第3乗れイーがスイッチと動作的に関連して設けられており、モータの第3の接点を、少なくとも1つの接点が第1または第2のリレーを作動させるときに電力源に接続する。第3の接続は、少なくとも1つの接点が第1または第2のリレーを不活性化するとき第1または第2の接続の解除に先行して接続解除される。

Description

【発明の詳細な説明】 モータ逆転回路 背景 1.技術分野 本発明はモータ逆転回路に関する。より詳細には本発明は、12V以上の電圧 レベルで動作するDCシステムに対するモータ逆転回路に関する。 2.関連する分野の背景 Hブリッジモータ逆転リレー装置は一般に、双方向のDCモータ動作を必要と するシステムに使用される。例えばHブリッジ回路は、パワードアロック、パワ ーシート、パワーウィンドウ等のために双方向モータを有する自動車装置に使用 される。典型的には双方向性は、2つのシングルポールダブルスロー(SPDT )リレーを使用するHブリッジ回路により実現される。このリレーは、前進およ び逆進シングルポールダブルスロー・センターオフスイッチにより制御され、モ ータへの入力電圧の極性が変化され、前進運動および逆進運動が得られる。 各SPDTリレーは通常開放(N.O.)位置と通常閉鎖(N.C.)位置と の間でモータへの電力を供給および遮断するために動作する。負荷は各SPDT リレーの可動接点の間に配置されており、電圧源の負 極性が両方のN.C.定置接点に、正極性が両方のN.O.定置接点にかかる。 アースはN.C.接点に接続され、リレーがHブリッジ回路で動作しないときに モータ巻線の両側がアースされる。 Hブリッジ回路のリレーの1つに電圧が印加されると、このリレーは正の電圧 をSPDTスイッチ(リレー接点)を介してモータの片側に供給し、他方の側は 別のSPDTスイッチ(リレー接点)のN.C.定置接点を介してアースされた ままである。このことによりモータは特定の方向に回転する。リレーが電圧遮断 されると、モータは動作を中断し、モータ巻線は再びアースに接続される。他方 のリレーに電圧が印加されると、このリレーは正の電圧をモータの他方の側に他 方のSPDTスイッチを介して供給し、モータを反対の方向に回転させる。 従来のHブリッジ回路は上記のように、12V−DCシステムで良好に動作す る。しかし高電圧のシステム、例えば24V−DCシステムでは、典型的には3 2V−DCまでの動作が必要であり、Hブリッジリレー回路は可動接点とスイッ チのN.O.定置接点との間でこれが開放するときにアークを発生させる。この アークは比較的大きい電流のためと、可動接点とN.O.定置接点との間の大き な電位差があるために形成される。さらにN.O.定置接点は正のバッテリー電 圧を有し、N.C.定置接点はアース電位にあるから 、短絡がアークによって形成され、アークを流れる電流はますます大きくなる。 この電流は回路インピーダンスによってしか制限されない。アークは接点材料を 溶解し、アークを消滅させるのに十分なギャップが形成されるまで維持される。 従って高電圧レベルで双方向モータを動作させるためのモータ逆転回路に対す る必要性が存在し、この回路はアークを形成せず、かつ負荷の双方向動作を可能 にしなければならない。 発明の要点 本発明によれば、上記の問題を解決したモータ逆転回路が得られる。本発明の 回路は、電子制御回路の他の部分に対しては透明であり、従って同じ回路と標準 Hブリッジとして接続されて動作する。 とりわけ、双方向モータ動作に対するモータ逆転回路は標準Hブリッジ回路を 有し、このHブリッジ回路は第1と第2のリレーを有している。第1のリレーは 第1の接点を第1の期間で作動させることができ、モータの第1の接点を電力源 に接続してモータを第1のモードで作動させる。第2のリレーは第2の接点を第 2の期間で作動させることができ、モータの第2の接点を電力源に接続して、モ ータを第2のモードで作動させる。モータ逆転回路はさらにスイッチを有し、こ のスイッチは少なくとも1つの接点を有しており、この接点は第1のリレーまた は第2のリレーを第1また は第2の接続を実行するためにそれぞれ作動する。第3のリレーは動作的に前記 スイッチに関連しており、モータの第3の接点を、少なくとも1つの接点により 第1または第2のリレーが作動させるときに電力源に接続する。第3の接続を遮 断するための手段が設けられており、少なくとも1つの接点が第1または第2の リレーを非作動にするときに第3の接点を遮断する。この第3の接続は第1また は第2の接続の遮断に先行して遮断される。これによりアーク発生が阻止される 。 本発明はさらに第1および第2のモードで装置を作動させるためのリレー回路 を提供する。リレー回路はHブリッジリレー回をを有し、このHブリッジリレー 回路は第1と第2のリレーを有し、これらのリレーは装置を動作的に作動させ、 電力源の第1の端子を装置の第1または第2のモードでの動作のために接続する 。さらに第3のリレーが動作的に装置と関連し、第1の端子を電力源に対して、 第1または第2のリレーが第1の端子から遮断されることに基づいて遮断する。 これに先行して、第1または第2のリレーは装置から遮断される。 本発明のモータ逆転回路は、しばしば12V以上の電圧レベルで動作するDC システムを使用するオフロード車両および大型トラックに適する。しかし本発明 の回路はまた乗用車および軽量トラックにも、これら の車両が高電圧電力システムに移行しているので使用することができる。 図面の簡単な説明 図1は、本発明によるモータ逆転回路の概略図、 図2は、負荷を前進動作させている図1のモータ逆転回路の概略図、 図3は、負荷から電力を除去している図1のモータ逆転回路の概略図、 図4は、負荷を逆転動作させている図1のモータ逆転回路の概略図である。 有利な実施例の詳細な説明 本発明のモータ逆転回路の有利な実施例を図1から図4を参照して詳細に説明 する。本発明のモータ逆転回路の有利な実施例は、パワードアロック、パワーシ ート、およびパワーウィンドウのような自動車での適用に対して設計されたもの であるが、本発明のモータ逆転回路は、負荷(図示せず)を前進方向および逆進 方向で動作せせる双方向DCモータを使用するすべての分野に適用できる。 モータ逆転回路10はモータ12、Hブリッジ構成体14,およびオン/オフ リレー16を有する。Hブリッジ構成体14は、フォワードリレー18と、リバ ースリレー20と、作動スイッチ26を有する。フォワードリレー18はシング ルポールダブルスロー(SPDT)接点22の第1のセットを備えている。また リバースリレー20はシングルポールダブルスロー(SPDT)接点24の第2 のセットを備えている。 モータ12はSPDTリレー接点22,24と接続されており、作動スイッチ 26がフォワード接点28またはリバース接点30に接続されるとき負荷を前進 または逆進運動させる。これについては下で説明する。作動スイッチ26は可動 接点32を有し、この接点は前進位置34から中央位置36,そして逆進位置3 8へ移動することができる。前進位置34では可動接点32は前進接点28と接 続する。逆進位置38では、可動接点32は逆進接点30と接続する。中央位置 36では、可動接点32は前進接点28にも逆進接点30にも接続しない。 各SPDTリレー接点セット22,24は可動接点40を有し、この可動接点 は通常閉鎖(N.C.)定置接点42から通常開放(N.O.)定置接点44へ 、作動スイッチ26が前進位置34から中央位置36,そして逆進位置38へ移 動するときに揺動する。 オン/オフリレー16はリレー接点セット46を制御する。このリレー接点セ ットは可動接点48と定置接点50を有する。可動接点48は、非接続位置52 から定置接点50への接続位置54へ揺動し、その際に負荷とモータ逆転回路1 0との間の電気接続を行う。オン/オフリレー16のコイルは両方のHブリッジ リレーコイルと並列に接続されており、このコイルに はHブリッジリレー18,20の片方にエネルギーが供給されると、エネルギー が供給される。 モータ逆転回路10の動作を以下、図2から図4を参照して詳細に説明する。 図2は、負荷の前進動作を示す。負荷の前進動作は作動スイッチ26を中央位置 36から前進位置34へ、すなわち矢印Aにより示すように可動接点32を前進 接点28に接続することにより開始される。可動接点32が前進接点28に接続 すると、電流が同時に電力源(図示せず)からフォワードリレー18へ、そして オン/オフリレー16へ供給される。電力源により供給された電流により電磁力 がフォワードリレー18とオン/オフリレー16形成される。 フォワードリレー18に形成された電磁力は、第1のSPDTスイッチ22の 可動接点40を、N.C.位置56からN.O.位置58へ電磁的に吸着してN .O.定置接点44に接続し(矢印Bにより示されている)、正の電圧をモータ 12の一方の側に供給する。モータ12の他方の側は第2のSPDTスイッチ2 4のN.C.位置56を介してアースされたままである。 さらに図2を参照すると、オン/オフリレー16に形成された電磁力はスイッ チ46の可動接点48を非接続位置52から、矢印Cにより示すように接続位置 54へ吸着し、負荷電流をモータ12に第1のSPD Tスイッチ22の可動接点40を介して供給する。フォワードリレー18とオン /オフリレー16のコイルには、可動接点32が前進接点28に接続されている 間、エネルギーが供給される。 フォワードリレー18とオン/オフリレー16のコイルの不活性化は、可動接 点32を前進位置34から中央位置36へ図3に示すように移動することによっ て行われる。可動接点32が中央位置36へもたらされると、フォワードリレー 18とオン/オフリレー16に電力源から供給されている電流が遮断される。な ぜなら回路が遮断されるからである。これは矢印Dにより示されている。 モータ逆転回路10に供給される電流が遮断されると、フォワードリレー18 が不活性化される。不活性化された時点で、フォワードリレー18に並列に接続 された第1の抑圧ダイオード60により再循環すべき電流がリレーコイルを通っ て流れる。第1の抑圧ダイオード60は実際には、フォワードリレー18の抑圧 を行うダイオードである。これは磁界の崩壊を緩慢にし、反対に第1のSPDT スイッチ22の可動接点40がN.O.位置58からN.C.位置56へドロッ プアウトするのを遅延する。これは矢印Eにより示されている。 フォワードリレー18の不活性化の間、オン/オフリレー16はレジスタ62 または他のサージ抑圧器に より抑圧される。レジスタ62またはサージ抑圧器はオン/オフリレー16に並 列に接続されており、第1の抑圧ダイオード60よりも大きなインピーダンスを 有している。このことにより、オン/オフリレー16が不活性化に基づいてドロ ップアウトするのは、フォワードリレー18よりも明らかに早期になる。これは 矢印Fにより示されている。スイッチ46は、スイッチ22がN.O.位置58 へ開放するより早期に開放する。従ってオン/オフリレー16は負荷電流を、第 1のSPDTスイッチ22がN.C.定置接点42への切り替えを開始する前に 遮断する。このことにより、Hブリッジリレーの可動接点40とN.O.定置接 点44との間のギャップを通るアークが阻止される。 次に図4を参照すると、そこにはモータ逆転回路10の逆進動作が示されてい る。負荷の逆進動作は、作動スイッチ26を中央位置36から逆進位置38へ、 矢印Gにより示すように可動接点32が逆進接点30に接続するよう移動するこ とにより行われる。可動接点32が逆進接点30と接続すると、電流が同時に電 力源からリバースリレー20へ、そしてオン/オフリレー16へ供給される。電 力源から供給される電流は再び電磁力を形成できるようになる。しかしこのとき は、電磁力はリバースリレー20とオン/オフリレー16に形成される。 リバースリレー20に形成された電磁力は、第2のSPDTスイッチ24の可 動接点40をN.C.位置56からN.O.位置58へ電磁的に吸着し、定置接 点44に接続して、正の電圧をモータ12の一方の側に印加する。これは矢印H により示されている。モータ12の他方の側は、第1のSPDTスイッチ22の N.C.位置56を介してアースされたままである。 図4をさらに参照する。オン/オフリレー16に形成された電磁力はスイッチ 46の可動接点48を非接続位置52から接続位置54へ、矢印Iの示すように 吸着し、負荷電流をモータ12へ第2のSPDTスイッチ24の可動接点40を 介して供給する。リバースリレー20とオン/オフリレー16のコイルには、可 動接点32が逆進接点30に接続してる限りエネルギーが供給される。 リバースリレー20とオン/オフリレー16のコイルの不活性化は、可動接点 32を逆進位置38から中央位置36へもたらすことにより行われる。可動接点 32が中央位置36へもたらされると、電力源によりリバースリレー20とオン /オフリレー16に供給されていた電流が回路遮断により遮断される。 フォワードリレー18の動作と同じように、モータ逆転回路10に供給されて いた電流が遮断されると、リバースリレー20は不活性化される。不活性化の時 点で、リバースリレー20に並列に接続されている第 2の抑圧ダイオード64により再循環すべき電流がリレーコイルを流れることが できる。第2の抑圧ダイオード64はリバースリレー20を抑圧するダイオード であり、磁界の崩壊を緩慢にし、反対に第2のSPDTスイッチ24の可動接点 40がN.O.位置58からN.C.位置56へドロップアウトするのを遅延に する。 リバースリレー20の不活性化の間も、オン/オフリレー16はレジスタ62 により抑圧される。このレジスタ62はオン/オフリレー16に並列に接続され ており、第2の抑圧ダイオード64よりも大きなインピーダンスを有している。 これにより、オン/オフリレー16はリバースリレー20よりも明らかに早期に 、不活性化に基づいてドロップオフする。従ってオン/オフリレー16は、第2 のSPDTスイッチ24が開放する前に負荷電流を遮断する。このこともまた、 Hブリッジ回路でのアーク発生を阻止する。 フォワードおよびリバースリレー18,20は、阻止ダイオードペア66によ り相互に絶縁されている。付加ダイオード68がモータ逆転回路10に設けられ ており、アースからのオン/オフリレー16へ、すなわち第1の抑圧ダイオード 60または第2の抑圧ダイオード64を介し、オン/オフリレー16の正の側に 戻る経路を除去する。 VKPまたは他の“A”形態のリレーを使用するこ とも考えられる。このリレーは、オン/オフリレー機能において磁気的吹き消し 作用を有している。このリレーによりモータ逆転回路はさらに高いシステム電圧 でも、48VDC−システムまで動作する。当業者であれば公知のように、電流 がアークのイオン化ガスまたは他の導体を通るとき、この導体の周囲に磁界が形 成される。磁気的吹き消しシステムでは、永久磁石が電流方向に対して、磁石の 適当な極を以て垂直に配置され、アークを流れる電流により形成される磁界に対 抗する。磁石は力を導体(イオン化ガス)に及ぼし、これを磁石から離す。この ことにより接点ギャップが増大する。そしてアークは強制的にますます長い経路 を通らなければならなくなり、結局はアークを維持することができなくなる。 しかし磁気的吹き消し作用は従来のHブリッジ回路のリレーに組み込むことは できない。なぜならこの作用は即時のものではなく、またアークはHブリッジリ レーのギャップに発生するからである。なぜなら、正の供給電圧が一方の定置接 点に、負の供給電圧が他方の定置接点に供給されるからである。従ってアークの 電流は数百Aまで急速に増大する。高電流レベルでは磁気的吹き消し装置によっ てもアークを消滅させることはできない。磁気的吹き消し作用は、本明細書のモ ータ逆転回路10のオン/オフリレー16には適する。なぜなら、スイッチ46 のアークを流れる電流が負 荷電流に制限されているからである。これは正および負の供給電圧が反対側の定 置接点には存在しない(N.C.定置接点が存在しないから)という事実による ものである。従ってアークを通した短絡を形成することはできない。磁気的服消 し作用によってモータは20〜350Vの範囲で動作することができる。 ここに示された実施例の種々の変形が可能であることは明らかであり、実施例 は制限的なものではなく単なる例示である。
【手続補正書】特許法第184条の8第1項 【提出日】平成11年6月19日(1999.6.19) 【補正内容】 請求の範囲 1. 双方向DCモータ(12)を作動するための逆転回路であって、 Hブリッジリレー回路が設けられており、 該Hブリッジリレー回路は、第1と第2のリレー(18,20)を有し、 該第1のリレー(18)は、第1の接点(40)を動作的に第1の期間で接続 し、前記モータと電力源との第1の接続を形成し、前記モータ(12)を第1の モードで作動させ、 前記第2のリレー(20)は、第2の接点(40)を動作的に第2の期間で接 続し、前記モータ(12)と電力源との第2の接続を形成し、前記モータ(12 )を第2のモードで作動させ、 スイッチ(26)が設けられており、 該スイッチは少なくとも1つの接点を有し、 該接点は前記第1または第2のリレーを第1または第2の接続を形成するため にそれぞれ作動し、 第3のリレー(16)が前記スイッチ(26)と関連して設けられており、 該第3のリレーは、前記少なくとも1つの接点(40)が前記第1または第2 のリレー(18,20)を作動させるときに、前記モータ(12)の前記電力源 への第3の接続を形成し、 前記第3の接続を解除する手段(60,62,64)が設けられており、 該手段は、前記少なくとも1つの接点(40)が前記第1または第2のリレー (18,20)を不活性化するとき、前記第1または第2の接続の解除に先行し て前記第3の接続を解除する、形式の逆転回路において、 前記接続解除手段は、前記第1のリレー(18)に並列に接続された第1の抑 圧器(60)と、前記第2のリレー(20)に並列に接続された第2の抑圧器( 64)と、前記第3のリレー(16)に並列に接続された別のサージ抑圧器(6 2)であり、 前記別のサージ抑圧器は、前記第1および第2の抑圧器(60,64)よりも 大きなインピーダンスをゆする、 ことを特徴とする逆転回路。 2. 第1の阻止ダイオード(68)が、第1および第3のリレー(18,2 0)の間に直列に接続されており、第2の阻止ダイオード(66)が第2と第3 のリレー(20,16)の間に直列に接続されている、請求項1記載の逆転回路 。 3. さらに磁石が第3のリレー(16)の近傍に設けられており、 該磁石の極は、前記第3の接続が解除される際に当該第3の接続を流れる電流 によって形成される磁界に 対抗する、請求項1または2記載の逆転回路。 4. 双方向DCモータ(12)が当該逆転回路により制御される、請求項1 から3までのいずれか1項記載の逆転回路。 5. 第3のリレー(16)は、前記第1または第2のリレーが前記モータを 電気的に不活性化する前に前記モータに対する電力を遮断する手段を有する、請 求項1から4までのいずれか1項記載の逆転回路。 6. 前記モータ(12)は、20〜350Vのjはんいの電圧レベルで動作 する、請求項5記載の逆転回路。 7. 前記第1の抑圧器(60)と第2の抑圧器(64)はダイオードである 、請求項1から6までのいずれか1項記載の逆転回路。 8. 前記別のサージ抑圧器(62)はレジスタである、請求項1から7まで のいずれか1項記載の逆転回路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1. 双方向DCモータのための逆転回路であって、 Hブリッジリレー回路が設けられており、 該Hブリッジリレー回路は第1と第2のリレーを有し、 前記第1のリレーは、第1の接点を第1の期間で接続し、前記モータの第1の 接点に電力源を接続し、当該モータを第1のモードで作動させ、 前記第2のリレーは、第2の接点を第2の期間で接続し、前記モータの第2の 接点に電力源を接続し、鴎外モータを第2のモードで作動させ、 スイッチが設けられており、 該スイッチは少なくとも1つの接点を有し、 当該接点は前記第1または第2のリレーを作動させるためにそれぞれ第1また は第2の接点に接続し、 第3のリレーが前記スイッチに関連して設けられており、 前記第3のリレーは前記モータの第3の接点を、前記少なくとも1つの接点が 前記第1のリレーまたは第2のリレーを作動させている間、前記電力源に接続し 、 前記第3の接続を解除する手段が設けられており、 該手段は前記第3の接続を、前記少なくとも1つの 接点が前記第1のリレーまたは第2のリレーを前記第1または第2の接続の解除 に先行して接続解除するときに接続解除する、 ことを特徴とするモータ逆転回路。 2. 前記接続解除手段は、前記第1のリレーに並列に接続された第1の抑圧 ダイオードと、前記第2のリレーに並列に接続された第2の抑圧ダイオードとを 有している、請求項1記載の逆転回路。 3. 前記解除手段は前記第3のリレーに並列に接続されたレジスタを有して いる、請求項1記載の逆転回路。 4. 第1の阻止ダイオードと第2の阻止ダイオードとを有しており、 前記第1の阻止ダイオードは第1と第3のリレーの間に直列に接続されており 、 前記第2の阻止ダイオードは第2と第3のリレーの間の直列に接続されている 、請求項1記載の逆転回路。 5. 前記接続解除手段はダイオードを有しており、 該ダイオードは前記第1のリレーとアース端子との間、および前記第2のリレ ーと前記アース端子との間に接続されている、請求項1記載の逆転回路。 6. さらに磁石を第3のリレーの近傍に有しており、 該磁石の極は、前記第3の接続が解除されるときに第3の接続を介して流れる 電流によって形成される磁界に対抗する、請求項1記載の逆転回路。 7. 前記レジスタは第1および第2のダイオードよりも大きなインピーダン スを有しており、前記第1および第2のリレーにそれぞれ並列に接続されている 、請求項3記載の逆転回路。 8. デバイスを第1または第2のモードで作動させるため電力源を選択的に 接続するための逆転回路において、 Hブリッジリレー回路が設けられており、 該Hブリッジリレー回路は第1および第2のリレーを有し、 当該第1および第2のリレーは前記デバイスと電力源に接続された第1の端子 とを接続し、前記デバイスを前記第1または第2のモードで動作させ、 前記デバイスを、前記第1のモード、第2のモードまたはターンオフモードで 選択的に動作させるための選択デバイスが設けられており、 第3のリレーが前記デバイスおよび前記第1の端子と関連して設けられており 、 該第3のリレーは、前記第1の端子を前記デバイスから前記選択デバイスの第 1または第2のモードから前記ターンオフモードへの選択に基づいて、前記第1 または第2のリレーと前記デバイスとの接続解除に先 行して接続解除する、 ことを特徴とする逆転回路。 9. 前記第1および第2のリレーは第1および痔2のダイオードによりそれ ぞれ抑圧され、 当該ダイオードは前記第1および第2のリレーに並列に接続されている、請求 項8記載の逆転回路。 10. 前記第3のリレーは前記第3のリレーに並列に接続された抑圧器によ り抑圧され、 該抑圧器は、前記第1および第2のリレーに並列に接続された第1および第2 んぼダイオードよりもそれぞれ大きなインピーダンスを有している、請求項8記 載の逆転回路。 11. 前記抑圧器はレジスタである、請求項10記載の逆転回路。 12. 前記デバイスは双方向DCモータである、請求項8記載の逆転回路。 13. さらに永久磁石が前記第3のリレーの近傍に設けられている、請求項 8記載の逆転回路。 14. 双方向DCモータを作動させるための逆転回路であって、Hブリッジ リレー回路を有し、 該Hブリッジリレー回路は第1と第2のリレーを有し、 該第1および第2のリレーは前記モータを異なる間隔で2つの双方向モードの 一方で動作させ、 第3のリレーが設けられており、 該第3のリレーは、前記第1または第2のリレーを前記モータから電気的に分 離する前に前記モータに対して電力を遮断するための手段を有する、請求項8記 載の逆転回路。 15. 前記手段は前記第3のリレーに並列に接続された抑圧器である、請求 項14記載の逆転回路。 16. 前記抑圧器は第1および第2の抑圧器よりも大きなインピーダンスを 有し、 当該第1および第2の抑圧器は第1および第2のリレーにそれぞれ並列に接続 されている、請求項15記載の逆転回路。 17. 前記抑圧器はレジスタである、請求項15記載の逆転回路。 18. 前記第1および第2の抑圧器はダイオードである、請求項16記載の 逆転回路。 19. 前記第3のリレーはさらに永久磁石を有し、 該永久磁石は前記モータを流れる電流に対して垂直に配置されており、これに より全期だ13のリレーの定置接点と可動接点との間のアーク経路が増大し、前 記モータの電力を遮断したときに前記接点間のアークが消滅する長さまで増大す る、請求項14記載の逆転回路。 20. 前記モータは20から350Vの範囲の電圧レベルで動作する、請求 項19記載の逆転回路。
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