JP2004343998A - 電気モータのためのスピードコントロール及びストールプロテクションのためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ストールプロテクション機能を兼ね備えたスピードコントロールを既存のリレーで実施できるシステムと方法を提供すること。
【解決手段】直流ブラシモーターと、モーターと電源の間に接続されている少なくとも１つのリレーと、モーターの回転速度を表わす信号の生成のために構成され配置されているスピード検出回路と、１）前記スピード検出回路からの信号を受信し、２）モーターの運転を制御すべく少なくとも１つのリレーを作動させるための制御信号入力のために構成され配置されているモーターコントロール/プロテクション回路が含まれており、前記スピード検出回路からの信号に基づいてストール状況が検出された場合に、モーターコントロール/プロテクション回路が、少なくとも１つのリレーを制御してモーターを電源から切り離すように構成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電気的な直流ブラシモーターのためのスピードコントロール及びストールプロテクションシステムに関しており、2003年5月13日に提出された米国特許出願No.60/470,090に基づく優先権を主張するものである。

特に本発明は、エンジン冷却系におけるデュアル及びシングルスピードエレクトリックモーターに応用するためのスピードコントロールとストールプロテクションを組み合わせたシステムおよび方法に関する。この方法によれば、モーターのストール状況におけるストールプロテクションの実施によってモーターがそれらのリレーを利用して電源から切り離され、また低速での回転速度の提供がなされ、スムーズなソフトスタートが車載コンピュータに依存することなく独立的に行える。

自動車分野での適用に対して広く使用されている、永久磁石（ＰＭ）直流（ＤＣ）ブラシモータを用いたデュアルスピードコントロールの実施方法は、図１に示されている。ここではリレーＫ１及びＫ２は、車両の電気系統に含まれている。リレーＫ１は、低速運転用に、モーターＭを直列抵抗Ｒｓを介して電源につなぐために用いられている。リレーＫ２は、高速運転用に、モータを電源に直結するために用いられている。これらの２つのリレーは、車載コンピュータによって完全にコントロールされている。しかしながら図１のシステムでは、モーターに対するストールプロテクションは実施されていない。

従ってストールプロテクション機能を兼ね備えたスピードコントロールに対するニーズが高まっている。そこでは既存のリレーが両機能のために用いられる。

本発明の課題は、前述したようなニーズに応えることのできるシステムと方法を提供することである。

前記課題は本発明により、直流ブラシモーターと、モーターと電源の間に接続されている少なくとも１つのリレーと、モーターの回転速度を表わす信号の生成のために構成され配置されているスピード検出回路と、１）前記スピード検出回路からの信号を受信し、２）モーターの運転を制御すべく少なくとも１つのリレーを作動させるための制御信号入力のために構成され配置されているモーターコントロール及びプロテクション回路が含まれており、前記スピード検出回路からの信号に基づいてストール状況が検出された場合に、モーターコントロール及びプロテクション回路が、少なくとも１つのリレーを制御してモーターを電源から切り離すように構成されて解決される。

このシステムは直流ブラシモーターを含んでいる。少なくとも１つのリレーは、モーターと電源の間を接続している。スピード検出回路は、モーターの回転速度を表わす信号を生成するように構成され配置されている。モーターコントロール及びプロテクション回路は、１）スピード検出回路からの信号を受信するためと、２）モーターの運転をコントロールするための少なくとも１つのリレーを作動させる制御信号の入力のために構成され配置されている。スピード検出回路からの信号に基づいてストール状況が検出された場合には、モーターコントロール及びプロテクション回路は、モーターへの電力を遮断するために少なくとも１つのリレーをコントロールすべく配置構成されている。

本発明の別の観点によれば、ストール状況下のスピードコントロール及びモータープロテクトの方法は、次のステップを含んでいる。すなわち、永久磁石直流ブラシモーターと、モーターと電源の間に接続された少なくとも１つのリレーを設け、モーターを作動させるために少なくとも１つのリレーを制御し、モーターの回転速度を検出し、検出されたモータ回転速度を閾値と比較して、検出された回転速度がこの閾値以下であった場合には、少なくとも１つのリレーを制御してモーターを電源から切り離すステップである。

本発明の別の有利な実施例は従属請求項に記載されている。

有利には、前記モーターは、シングルスピードモーターであり、１つのリレーが設けられており、前記モーターコントロール及びプロテクション回路は、リレーの制御とモーターの運転のためにオン/オフ信号の形態で制御信号入力を受け取るために構成され配置されている。

また有利には前記モーターは、デュアルスピードモーターであり、第１のリレーは、直列抵抗と共にモーターの低速運転用に設けられ、第２のリレーは、低速よりも早い速度でモーターを運転するために設けられ、前記モーターコントロール及びプロテクション回路は、モーターの回転速度を制御すべく第１及び第２のリレーの選択的な活動化のために、及びモーターを電源から切り離すべく第１及び第２のリレーの非活動化のために、スピードコントロール信号の形態で制御信号入力を受け取るために構成され配置されている。

有利には前記モーターと、少なくとも１つのリレーと、スピード検出回路と、モーターコントロール及びプロテクション回路は、シングルモジュールのパーツである。

有利には前記モーターは、永久磁石モータである。

また本発明によれば、電気的な直流ブラシモーターのためのスピードコントロール及びストールプロテクションシステムにおいて、
直流ブラシモーターと、
モーターと電源の間に接続されている少なくとも１つのリレーと、
モーターの回転速度を表わす信号生成のための手段と、
１）スピード検出回路からの信号を受信し、かつ２）モーターの運転を制御すべく少なくとも１つのリレーを作動させるための制御信号入力のために構成され配置されているスピードコントロール及びモータプロテクション手段が含まれており、
前記モーターの回転速度を表わす信号生成のための手段からの信号に基づいてストール状況が検出された場合に、前記スピードコントロール及びモータプロテクション手段が、少なくとも１つのリレーを制御してモーターを電源から切り離すように制御される。

有利には前記モーターは、シングルスピードモーターであり、１つのリレーが設けられており、前記スピードコントロール及びモータプロテクション手段は、リレーの制御とモーターの運転のためにオン/オフ信号の形態で制御信号入力を受け取るように構成され配置される。

さらに有利には、前記モーターは、デュアルスピードモーターであり、第１のリレーは、直列抵抗と共にモーターの低速運転用に設けられ、第２のリレーは、当該低速よりも早い速度でモーターを運転するために設けられており、前記スピードコントロール及びモータプロテクション手段は、モーターの回転速度を制御すべく第１及び第２のリレーの選択的な活動化のために、及びモーターを電源から切り離すべく第１及び第２のリレーの非活動化のために、スピードコントロール信号の形態で制御信号入力を受け取るために構成され配置される。

有利には、前記モーターと、少なくとも１つのリレーと、信号生成のための手段と、スピードコントロール及びモータプロテクション手段は、シングルモジュールのパーツである。

また本発明によれば、ストール状況下でのスピードコントロール及びプロテクションのための方法において、
永久磁石直流ブラシモーターを設けるステップと、
少なくとも１つのリレーをモーターと電源の間に接続するように設けるステップと、
モーターの運転のために少なくとも１つのリレーを制御するステップと、
モータの回転速度を検出するステップと、
検出したモーターの回転速度を閾値と比較し、それが閾値よりも低い場合には、モーターを電源から切り離すべく少なくとも１つのリレーが制御されるステップが含まれている
前記モーターはシングルスピードモーターであり、１つのリレーが設けられており、該リレーを制御するステップに、リレーへのオン/オフ信号の送信が含まれる。

有利には前記モーターは、デュアルスピードモーターであり、第１のリレーは、直列抵抗と共にモーターの低速運転用に設けられ、第２のリレーは、当該低速よりも早い速度でモーターを運転するために設けられており、前記モーターの運転のために少なくとも１つのリレーを制御するステップには、モーターの回転速度を制御すべく第１及び第２のリレーの選択的な活動化が含まれており、さらに前記モーターを電源から切り離すべく少なくとも１つのリレーが制御されるステップには、第１及び第２のリレー両方の非活動化が含まれる。

有利には、モーターを低速で運転するために、第１のリレーが活動化されかつ第２のリレーは非活動化され、モーターを低速よりも早い速度で運転するために、第１のリレーが非活動化されかつ第２のリレーは活動化される。

前記モーターの運転のために少なくとも１つのリレーを制御するステップに、モーターを所定の期間だけ低速で運転させた後に当該低速よりも早い速度で運転させることが含まれており、それによってモーターの低い突入電流が許容される。

次に本発明を図面に基づき以下の明細書で詳細に説明する。

発明は永久磁石（ＰＭ）、直流（ＤＣ）、ブラシモーターを使用して自動車適用のためのスピードコントロール及びストールプロテクションに関している。

図２によれば、本発明の基本原理に従って組み合わされたスピードコントロール及びストールプロテクションシステムが参照符号１０で基本に示されている。２つのリレーＫ１及びＫ２は、直列抵抗付デュアルスピード及びストールプロテクションモジュールエレクトリカルシステム１４のパーツである。従ってモーターＭは、デュアルスピードモーターであり、第１のリレーＫ１は、モーターの低速運転用に直列抵抗Ｒｓと共に電源とモーターＭの間に設けられている。第２のリレーＫ２は、モータの高速運転用に電源とモーターＭの間に設けられている。

モータースピードコントロール及びプロテクション（ＭＳＣＰ）回路１６は、リレーＫ１とＫ２を制御している。このモータースピードコントロール及びプロテクション回路１６は、２つの入力側、すなわち１）車載コンピュータからのスピードコントロール信号１８のための入力側と、２）モータースピード検出回路２０によって供給されるモータスピード信号１９のための入力側である。このモータスピード検出回路２０は、任意の構成でよく、またブラシモータＭの回転速度を検出し得る何らかのデバイスを含んでいてもよい。

スピードコントロール信号１８は、例えばエンジンクーリングモジュール若しくはヒーティングベンチレーション及びエアコンディショニング（ＨＶＡＣ）モジュールとして定義され得る、適用モジュールの機能性を制御する。スピードコントロール信号１８はモーターに対して可能なコマンドを表わす３つの別個の値（オフ、ロースピード、ハイスピード）を有する。これらの３つのコマンドは、パルス幅変調（ＰＷＭ）されたスピードコントロール信号が用いられる場合には、３つの電圧範囲若しくは３つのデューティーサイクル範囲によって表わされてもよい。

モーターＭが稼働されると、モータースピード信号１９がモータスピード検出回路２０によって生成され、モータースピードコントロール及びプロテクション回路１６に転送される。モーターの回転速度が最小設定値（速度閾値）以下であるのに応じて、ストール状況が生じているものとみなされる。対応するモータースピード信号は、モータースピードコントロール及びプロテクション回路１６によって認識され、電源がモーターから切り離される（Ｋ１オフ及びＫ２オフ）。

テーブル１には運転モードとスピードコントロールコマンド信号の機能およびストール状況の状態が示されている（アクティブ−オン又はインアクティブ−オフ）。

２つのスタートアップシーケンスは、スピードコントロール信号の低速値又は高速値に対応可能である。すなわち、
ａ．低速用コマンド：スピードコントロール信号が低速である限り
Ｋ１ ＯＮ，Ｋ２ ＯＦＦ
ｂ．高速用コマンド：短い増速期間の間Ｋ１ ＯＮ，Ｋ２ ＯＦＦ
スピードコントロール信号が高速である限り
Ｋ１ ＯＦＦ，Ｋ２ ＯＮ
モータースピードコントロール及びプロテクション回路１６は、一般的な電気回路を表わし、任意の構成であり得る。またモータースピード検出回路は一般的なトランスデューサを含み得る。

システム１０の利点は以下の通りである。すなわち、
Ａ）本発明によるストールプロテクションとスピードコントロールの結合されたユニットの実現は、既存の電磁リレーＫ１とＫ２を使用するだけである。このように改善されたシステムとしての解決手段にはコストがかからない。
Ｂ）低い突入電流によるモータのスタートの可能性が、直列抵抗Ｒｓを介した低速でのモーターの常時スターティングアップ能力によって実現される。車載コンピュータが高速でのモーターのスタートアップを要求した場合には、ＭＳＣＰ回路１６が最初はモーターＭを低速で稼働させるべく命令を与え（モーターがＲｓを介して電源に接続される）、その後で高速に切替えられる（モーターが電源に直結される）。

本発明のさらなる別の構想は、シングルスピードモータへの適用である。図３には広く一般に普及している従来のシングルスピードの適用例が示されている。また図４には本発明の原理によって組み合わされた、シングルスピード及びストールプロテクションシステム１００が示されている。図２の場合と同じように、電磁リレーＫ３は、シングルスピード及びストールプロテクションモジュールエレクトリカルシステム１１４に含まれている。このリレーＫ３は、モーターコントロール及びプロテクション（ＭＣＰ）回路１１６によって制御されている。このＭＣＰ回路１１６は、２つの入力側、すなわちオン/オフ制御信号１１８の入力側と、モータースピード検出回路２０から供給されるモータースピード信号１９の入力側を有している。ＭＣＰ回路１１６の機能は、１種類のスピードのみで運転されることを除けば、図２の実施例に類似している。

図示されている実施例の特徴は、
１. 適用モジュールエレクトリカルシステム内に電磁リレーを有しているスピードコントロール回路の実施により、それらのリレーの制御が図２及び図４に示されているモータースピードコントロール及びプロテクション回路及びモーターコントロール及びプロテクション回路によって可能となる
２.ストールプロテクションは以下のスピードコントロール手法のいくつかの（若しくは全ての）組合わせで成り立っている。すなわち、直列抵抗、サードブラシ手法、デュアルコミュテーターツースピードシステム
３.電磁リレーを用いたストールプロテクションの実施はスピードコントロール回路によって実行される
４.図２及び図４に示されている高速コマンド（短期間の低速に続く）に使用されるスタートアップシーケンスは、モーターの低い突入電流を許容する
前述した本発明の構造及び機能的原理を表わす目的で示され説明されてきた有利な実施例、並びにこれらの有利な実施例を実行する方法は、本発明の原理から逸脱しない限り変更が可能である。それ故に本発明は以下に続くクレームの趣旨に基づく全ての変更も含むものである。

２つのリレーを使用した電気モーターのデュアルスピードコントロールの従来技法による実施例を概略的に表わした図 図１と同じリレーを用いた本発明の基本原理によるデュアルスピードコントロールとストールプロテクションを組み合わせた実施例を概略的に示した図 １つのリレーを使用した電気モータのシングルスピードコントロールの従来技法による実施例を概略的に表わした図 同じ１つのリレーを用いた本発明の基本原理によるシングルスピードコントロールとストールプロテクションを組み合わせた実施例を概略的に表わした図

符号の説明

Ｍ 電気モーター
Ｒｓ 低速モータースピードのための直列抵抗
Ｋ１ 低速運転用電磁リレー
Ｋ２ 高速運転用電磁リレー
ＰＷＭ パルス幅変調
ＭＣＰ モーターコントロール及びプロテクション回路
ＭＳＣＰ モータースピードコントロール及びプロテクション回路
ＰＭ 永久磁石
ＤＣ 直流

Claims (14)

1. 電気的な直流ブラシモーターのためのスピードコントロール及びストールプロテクションシステムにおいて、
   直流ブラシモーターと、
   モーターと電源の間に接続されている少なくとも１つのリレーと、
   モーターの回転速度を表わす信号の生成のために構成され配置されているスピード検出回路と、
   １）前記スピード検出回路からの信号を受信し、２）モーターの運転を制御すべく少なくとも１つのリレーを作動させるための制御信号入力のために構成され配置されているモーターコントロール及びプロテクション回路が含まれており、
   前記スピード検出回路からの信号に基づいてストール状況が検出された場合に、モーターコントロール及びプロテクション回路が、少なくとも１つのリレーを制御してモーターを電源から切り離すように構成され配置されていることを特徴とするシステム。
2. 前記モーターは、シングルスピードモーターであり、１つのリレーが設けられており、前記モーターコントロール/プロテクション回路は、リレーの制御とモーターの運転のためにオン/オフ信号の形態で制御信号入力を受け取るために構成され配置されている、請求項１記載のシステム。
3. 前記モーターは、デュアルスピードモーターであり、第１のリレーは、直列抵抗と共にモーターの低速運転用に設けられ、第２のリレーは、低速よりも早い速度でモーターを運転するために設けられ、前記モーターコントロール及びプロテクション回路は、モーターの回転速度を制御すべく第１及び第２のリレーの選択的な活動化のために、及びモーターを電源から切り離すべく第１及び第２のリレーの非活動化のために、スピードコントロール信号の形態で制御信号入力を受け取るために構成され配置されている、請求項１記載のシステム。
4. 前記モーターと、少なくとも１つのリレーと、スピード検出回路と、モーターコントロール及びプロテクション回路は、シングルモジュールのパーツである、請求項１記載のシステム。
5. 前記モーターは、永久磁石モータである、請求項１記載のシステム。
6. 電気的な直流ブラシモーターのためのスピードコントロール及びストールプロテクションシステムにおいて、
   直流ブラシモーターと、
   モーターと電源の間に接続されている少なくとも１つのリレーと、
   モーターの回転速度を表わす信号生成のための手段と、
   １）スピード検出回路からの信号を受信し、かつ２）モーターの運転を制御すべく少なくとも１つのリレーを作動させるための制御信号入力のために構成され配置されているスピードコントロール及びモータプロテクション手段が含まれており、
   前記モーターの回転速度を表わす信号生成のための手段からの信号に基づいてストール状況が検出された場合に、前記スピードコントロール及びモータプロテクション手段が、少なくとも１つのリレーを制御してモーターを電源から切り離すように制御することを特徴とするシステム。
7. 前記モーターは、シングルスピードモーターであり、１つのリレーが設けられており、前記スピードコントロール及びモータプロテクション手段は、リレーの制御とモーターの運転のためにオン/オフ信号の形態で制御信号入力を受け取るように構成され配置されている、請求項６記載のシステム。
8. 前記モーターは、デュアルスピードモーターであり、第１のリレーは、直列抵抗と共にモーターの低速運転用に設けられ、第２のリレーは、当該低速よりも早い速度でモーターを運転するために設けられており、前記スピードコントロール及びモータプロテクション手段は、モーターの回転速度を制御すべく第１及び第２のリレーの選択的な活動化のために、及びモーターを電源から切り離すべく第１及び第２のリレーの非活動化のために、スピードコントロール信号の形態で制御信号入力を受け取るために構成され配置されている、請求項６記載のシステム。
9. 前記モーターと、少なくとも１つのリレーと、信号生成のための手段と、スピードコントロールとモータプロテクションのための手段は、シングルモジュールのパーツである、請求項６記載のシステム。
10. ストール状況下でのスピードコントロールとプロテクションのための方法において、
    永久磁石直流ブラシモーターを設けるステップと、
    少なくとも１つのリレーをモーターと電源の間に接続するように設けるステップと、
    モーターの運転のために少なくとも１つのリレーを制御するステップと、
    モータの回転速度を検出するステップと、
    検出したモーターの回転速度を閾値と比較し、それが閾値よりも低い場合には、モーターを電源から切り離すべく少なくとも１つのリレーが制御されるステップが含まれていることを特徴とする方法。
11. 前記モーターはシングルスピードモーターであり、１つのリレーが設けられており、該リレーを制御するステップに、リレーへのオン/オフ信号の送信が含まれている、請求項１０記載の方法。
12. 前記モーターは、デュアルスピードモーターであり、第１のリレーは、直列抵抗と共にモーターの低速運転用に設けられ、第２のリレーは、当該低速よりも早い速度でモーターを運転するために設けられており、前記モーターの運転のために少なくとも１つのリレーを制御するステップには、モーターの回転速度を制御すべく第１及び第２のリレーの選択的な活動化が含まれており、さらに前記モーターを電源から切り離すべく少なくとも１つのリレーが制御されるステップには、第１及び第２のリレー両方の非活動化が含まれている、請求項１０記載の方法。
13. モーターを低速で運転するために、第１のリレーが活動化されかつ第２のリレーは非活動化され、モーターを低速よりも早い速度で運転するために、第１のリレーが非活動化されかつ第２のリレーは活動化される、請求項１２記載の方法。
14. 前記モーターの運転のために少なくとも１つのリレーを制御するステップに、モーターを所定の期間だけ低速で運転させた後に当該低速よりも早い速度で運転させることが含まれており、それによってモーターの低い突入電流を許容させる、請求項１２記載の方法。

Images