JP2002543747A - 電子コミュテーション式モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、ステータの励磁巻線が永久磁石ロータに対して回転磁界を形成するために、転流周波数によって供給直流電圧に接続可能およびこれから遮断可能であり、励磁巻線は半導体出力段を介してスイッチング可能であり、該半導体出力段は、制御信号を用い制御ユニットの転流周波数によって制御可能であり、該制御ユニットの動作条件は所定のまたは設定可能な目標値に依存して変化する形式の電子コミュテーション式モータに関する。励磁巻線がパルス幅変調制御されるモータの欠点が簡単なモータ制御により、供給直流電圧が直流変換器に供給され、該直流変換器の出力電圧は、励磁巻線を有する半導体出力段に対して目標値に依存して変化し、制御ユニットは、目標値に依存せずに半導体出力段を、転流周波数の非クロッキング制御信号により常に完全に導通制御するように構成して回避される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 従来の技術 本発明は、電子コミュテーション式モータに関し、このモータではステータの
励磁巻線が永久磁石ロータに対して回転磁界を形成するために、転流周波数によ
って供給直流電圧と接続および遮断可能である。ここで励磁巻線は半導体出力段
を介して切り替え可能であり、この半導体出力段は制御信号によって制御ユニッ
トの転流周波数で制御可能であり、制御ユニットの動作条件は所定のまたは設定
可能な目標値に依存して変化する。

【０００２】 この種のモータには通常制御ユニットが配属されており、制御ユニットはパル
ス幅変調された制御信号によって半導体出力段の半導体スイッチを制御する。し
たがってクロッキングされる制御信号のクロック周波数は高周波領域にある。一
方、制御信号の転流周波数はモータの構造およびモータの回転数に依存し、これ
より格段に低い。ここで半導体出力段は印加される供給直流電圧をスイッチング
する。この供給直流電圧は、例えばこの種のモータが自動車で使用される場合に
は自動車バッテリーによって形成される。このモータでの出力および／または回
転数制御はクロック制御信号のクロックパルスのパルス幅を変化することにより
行われる。

【０００３】 このモータでは使用時に種々の問題がある。制御ユニットでは高価な半導体ス
イッチとドライバ回路が必要であり、さらにこれに大きな電力損失が発生する。
このことはさらに、制御ユニットでの半導体の冷却のためのコストと結び付く。
制御ユニットは供給直流電圧、例えば自動車の搭載電源網と直接接続されている
から、面倒な除去回路を必要とするＥＭＣノイズ信号が発生する。モータは、異
なる大きさの供給直流電圧が存在する場合には種々の設計で提供しなければなら
ない。面倒な回路技術と付加的な冷却コストによってモータの製造コストは甚だ
しく増大する。

【０００４】 本発明の課題は、冒頭に述べた形式の電子コミュテーション式モータにおいて
、制御コストおよび冷却コストが上昇することなく、励磁巻線の公知のパルス幅
変調制御の欠点を回避することである。

【０００５】 この課題は本発明により、供給直流電圧が直流変換器に供給され、 該直流変換器の出力電圧は、励磁巻線を有する半導体出力段に対して目標値に
依存して変化し、 制御ユニットは、目標値に依存せずに半導体出力段を、転流周波数の非クロッ
キング制御信号により常に完全に導通制御するように構成して解決される。

【０００６】 モータのこの構成では、コミュテーションと出力または回転数変化とが分離さ
れ別個に行われる。制御ユニットはコミュテーションだけを行い、出力または回
転数調整は直流変換器が行う。この直流変換器の出力電圧は所定のまたは設定可
能な目標値に依存して変化する。励磁巻線を有する半導体出力段は制御ユニット
により常に最大で導通制御され、これにより直流変換器の出力電圧が出力または
回転数変化を行う。

【０００７】 これにより本発明の電子コミュテーション式モータに対して多数の利点が得ら
れる。半導体出力段に対する制御信号が省略される。この制御信号は高周波数で
あり、パルス幅変調されたクロックであった。緩慢な半導体スイッチと単純なド
ライバ回路を使用することができる。搭載電源電圧を直流変換器を介して昇圧す
ることにより、所与のモータ出力においてモータ電流が低減され、ひいては半導
体スイッチでの損失電力が低減される。したがって半導体スイッチは面倒な冷却
なしでドライブすることができる。制御ユニットは直流変換器を介して搭載電源
網、すなわち供給直流電圧から分離され、高周波クロックが制御ユニットで必要
ないから、ＥＭＣノイズレベルも低下し、したがって必要なノイズ除去コストも
小さくなる。制御ユニットは、コミュテーション機能に限定されるためマイクロ
コンピュータなしで実現される。したがって高温環境でも使用することができる
。直流変換器の制御はマイクロコンピュータなしで実行することができる。場合
によりドライバおよび単純に構成された制御回路を備えるで電子スイッチが直流
変換器で必要なだけである。

【０００８】 実施形態では、蓄積チョーク、平滑コンデンサ、デカップリングダイオード、
および電子スイッチを備える直流変換器が公知のように構成されており、スイッ
チはクロック周波数によりスイッチングされ、スイッチパルスのパルス幅は目標
値に依存して変化する。もちろん他の構成および他の制御可能な直流変換器を使
用することもできる。ここで制御は、電子スイッチに対するスイッチパルスのパ
ルス幅を導出するため制御器が直流変換器に配属されており、この制御器に目標
値と直流変換器の出力電圧とが供給されるようにして行われる。

【０００９】 ここで直流変換器の出力電圧と目標値との依存関係は、目標値が増大または減
少すると、電子スイッチのスイッチパルスのパルス幅、ひいては直流変換器の出
力電圧が増大または減少するように構成することができる。

【００１０】 直流変換器の出力電圧の変化によって、モータの出力および／または回転数が
変化する。

【００１１】 別の実施形態では、直流変換器が次のようにしてさらなる変形可能性を提供す
る。すなわち、出力電圧が供給直流電圧より大きいかまたは小さく、直流変換器
の出力電圧の増大または減少が目標値の増大または減少に依存するようにするの
である。

【００１２】 本発明を以下、図面に示された実施例に基づき詳細に説明する。

【００１３】 図１は、直流変換器と簡単な制御ユニットを有するモータの基本回路図である。

【００１４】 図２は、図１のモータの実施例の回路図である。

【００１５】 図１に示されているように、供給直流電圧部Ｕbatt、例えば自動車のバッテリ
ーが直流変換器ＤＣ／ＤＣ−Ｗに給電する。直流変換器は、制御器ＲＧにより所
定のまたは設定可能な目標値Ｕsollに依存して出力電圧Ｕmを送出する。ここで
目標値Ｕsollの増大または減少により出力電圧Ｕmも増大または減少することが
できる。出力電圧Ｕmと目標値Ｕsollとの依存関係は任意に選択することができ
、制御器特性曲線により設定することができる。出力電圧Ｕmの変化は、モータ
Ｍの励磁巻線を有する半導体出力段ＥＳＴに対する供給直流電圧として用いられ
る。モータの半導体出力段ＥＳＴは、制御ユニットＳＴＥの動作中常に完全に導
通制御される。これにより半導体出力段ＥＳＴの半導体スイッチにおける損失を
低く維持することができる。制御ユニットＳＴＥの制御信号はもはやクロッキン
グされず、転流周波数によってだけ半導体出力段ＥＳＴに供給される。したがっ
て制御ユニットＳＴＥの構造は簡単であり、制御信号がパルス幅変調される公知
の電子コミュテーション式モータのようにはマイクロコンピュータを必要としな
い。

【００１６】 図２に基づき実施例を詳細に説明する。ここでは直流変換器ＤＣ／ＤＣ−Ｗが
蓄積チョークＬ、平滑コンデンサＣ、デカップリングダイオードＤ、および電子
スイッチＳを有する。この種のＤＣ／ＤＣコンバータの基本機能は公知である。
電子スイッチＳに対するクロック周波数は例えば１００ｋＨｚとすることができ
る。制御器ＲＧを用いてスイッチＳに対する制御信号のパルス幅比が、目標値Ｕ
sollと直流変換器ＤＣ／ＤＣ−Ｗの出力電圧Ｕmに依存して次のように追従制御
される。すなわち出力電圧Ｕmが目標値Ｕsollの倍数であるように追従制御され
る。ここでＵmはＵbattより大きく、または小さく選択することができる。制御
器ＲＧに対する別の入力量は、電圧Ｕbatt、または電圧Ｕbattからの電流、また
は電圧Ｕmからの電流とすることができる。制御器ＲＧによって、搭載電源網の
供給直流電圧Ｕbattから、目標値Ｕsollに依存する可変出力電圧Ｕmが導出され
ることが保証される。この可変出力電圧Ｕmは、半導体スイッチＴ１〜Ｔ６（ス
イッチとして簡単に図示されている）と励磁巻線Ｕ，Ｖ，Ｗとを備える半導体出
力段ＥＳＴに可変供給電圧Ｕmとして供給される。モータに対するこの可変動作
電圧を介して出力または回転数調整が行われる。励磁巻線Ｕ，Ｖ，Ｗに対して必
要なフリーホイールダイオードは簡単化のため図２には図示されていない。半導
体スイッチＴ１〜Ｔ６の高周波数でのクロック制御は省略される。なぜなら、制
御ユニットＳＴＥの制御信号が転流周波数により半導体スイッチＴ１〜Ｔ６の制
御を行うからである。

【００１７】 実施例のように、供給直流電圧Ｕbattが例えば１２Ｖから例えば１２Ｖから４
２Ｖの動作電圧Ｕmに昇圧されれば、モータ出力が同じ場合、励磁巻線Ｕ，Ｖ，
Ｗに対してスイッチングすべき電流が低減される。このことは、簡単で安価な半
導体を半導体出力段ＥＳＴに使用できることを意味する。半導体出力段ＥＳＴに
対する制御信号はもはや高いスイッチング周波数によってクロッキングされない
から、比較的にスイッチング時間の大きい半導体スイッチを使用することができ
る。直流変換器ＤＣ／ＤＣ−ＷはモータＭを供給直流電圧Ｕbattから分離する。
これにより、発生するＥＭＣノイズレベルが格段に低減される。

【００１８】 ＤＣ／ＤＣコンバータの変換原理は別のものであっても良く、モータＭは他の
電流値および電圧値により駆動することもできる。直流変換器ＤＣ／ＤＣ−Ｗは
、例えば４２Ｖの供給直流電圧Ｕbattを１２Ｖから４２Ｖの動作電圧Ｕmに降圧
する。直流変換器ＤＣ／ＤＣ−Ｗの電子スイッチＳに対するスイッチング周波数
も可変とすることができる。

【００１９】 本発明は、制御器ＲＧと、半導体出力段ＥＳＴを備える制御ユニットとを有す
る直流変換器ＤＣ／ＤＣ−Ｗを相応に適合することによって、種々異なる数の励
磁巻線を有するモータＭの種々の構造形式で使用することができる。このとき構
成部材の設定によって、モータＭの動作データを種々に変更することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、直流変換器と簡単な制御ユニットを有するモータの基本回路図である
。

【図２】 図２は、図１のモータの実施例の回路図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ギュンター リール ドイツ連邦共和国 ビューラータール レ ンゲンベルクヴェーク 37 (72)発明者 マッティアス シュミッツ ドイツ連邦共和国 バーデン−バーデン エックベルクシュトラーセ 19アー (72)発明者 ゲルタ ロックラーゲ ドイツ連邦共和国 ボーフム ケムナーダ ー シュトラーセ 345 (72)発明者 トルステン ハイドリッヒ ドイツ連邦共和国 ヴァイヒンゲン／エン ツ ロッゲンヴェーク １ Ｆターム(参考） 5H560 AA08 BB04 BB12 GG04 SS02 TT11 XA12

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステータの励磁巻線が永久磁石ロータに対して回転磁界を形
   成するために、転流周波数によって供給直流電圧に接続可能およびこれから遮断
   可能であり、 励磁巻線は半導体出力段を介してスイッチング可能であり、 該半導体出力段は、制御信号を用い制御ユニットの転流周波数によって制御可
   能であり、 該制御ユニットの動作条件は所定のまたは設定可能な目標値に依存して変化す
   る形式の電子コミュテーション式モータにおいて、 供給直流電圧（Ｕbatt）が直流変換器（ＤＣ／ＤＣ−Ｗ）に供給され、 該直流変換器の出力電圧（Ｕm）は、励磁巻線（Ｕ，Ｖ，Ｗ）を有する半導体
   出力段（ＥＳＴ）に対して目標値（Ｕsoll）に依存して変化し、 制御ユニット（ＳＴＥ）は、目標値（Ｕsoll）に依存せずに半導体出力段（Ｅ
   ＳＴ）を、転流周波数の非クロッキング制御信号により常に完全に導通制御する
   、 ことを特徴とする電子コミュテーション式モータ。
2. 【請求項２】 蓄積チョーク（Ｌ）、平滑コンデンサ（Ｃ）、デカップリン
   グダイオード（Ｄ）、および電子スイッチ（Ｓ）を有する直流変換器（ＤＣ／Ｄ
   Ｃ−Ｗ）は公知のように構成されており、 前記スイッチ（Ｓ）はクロック周波数（例えば１００ｋＨｚ）によりスイッチ
   ングされ、 スイッチパルスのパルス幅は目標値（Ｕsoll）に依存して変化する、請求項１
   １記載の電子コミュテーション式モータ。
3. 【請求項３】 目標値（Ｕsoll）の増大または減少により、電子スイッチ（
   Ｓ）のスイッチパルスのパルス幅、およびひいては直流変換器（ＤＣ／ＤＣ−Ｗ
   ）の出力電圧（Ｕm）が増大または減少する、請求項１または２記載の電子コミ
   ュテーション式モータ。
4. 【請求項４】 電子スイッチ（Ｓ）に対するスイッチパルスのパルス幅を導
   出するための制御器（ＲＧ）が直流変換器（ＤＣ／ＤＣ−Ｗ）に配属されており
   、 該制御器（ＲＧ）には目標値（Ｕsoll）および直流変換器（ＤＣ／ＤＣ−Ｗ）
   の出力電圧（Ｕm）が供給される、請求項１から３までのいずれか１項記載の電
   子コミュテーション式モータ。
5. 【請求項５】 直流変換器（ＤＣ／ＤＣ−Ｗ）の出力電圧（Ｕm）の変化に
   よって、モータ（Ｍ）の出力および／または回転数が可変である、請求項１から
   ４までのいずれか１項記載の電子コミュテーション式モータ。
6. 【請求項６】 出力電圧（Ｕm）は、供給直流電圧（Ｕbatt）より大きいか
   または小さく、 直流変換器（ＤＣ／ＤＣ−Ｗ）の出力電圧（Ｕm）の増大または減少は、目標
   値（Ｕsoll）の増大または減少に依存する、請求項１から５までのいずれか１項
   記載の電子コミュテーション式モータ。
7. 【請求項７】 直流変換器（ＤＣ／ＤＣ−Ｗ）の電子スイッチ（Ｓ）に対す
   るスイッチング周波数は可変である、請求項３または４記載の電子コミュテーシ
   ョン式モータ。