JP2006014493A - 直流電動機駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】直流電源からスイッチ回路を通して電機子コイルに供給される駆動電流と、電機子コイルの誘起電圧によりスイッチ回路を通して流れる電流との双方に対して過電流保護動作を行うことができる直流電動機駆動装置を提供する。
【解決手段】直流電源５から直流電動機２に供給する駆動電流の極性を切り換えるスイッチ回路１Ａの接地側スイッチ素子Ｆ21，Ｆ22と接地間にそれぞれ電流検出用抵抗器Ｒi1，Ｒi2を挿入して、これらの抵抗器により直流電源５からスイッチ回路を通して電動機２に流れる駆動電流と電動機の電機子コイルの誘起電圧によりスイッチ回路内を通して流れる電流との双方を検出する電流検出手段を構成する。この電流検出手段により制限値を超える電流が検出されたときにスイッチ回路のスイッチ素子をオフ状態にするようにスイッチ回路１Ａを制御して過電流に対する保護を図る。
【選択図】 図１

Description

本発明は、直流電動機を正転または逆転させるべく、直流電源から直流電動機に駆動電流を供給する直流電動機駆動装置に関するものである。

正転指令または逆転指令に応じて直流電動機に供給する駆動電流の向きを切り換えることにより、直流電動機を正転方向または逆転方向に駆動する直流電動機駆動装置として、ブリッジ形のスイッチ回路により駆動電流の向きを切り換えるようにしたものが広く用いられている。

この種の直流電動機駆動装置は、特許文献１に示されているように、ブリッジの各辺にスイッチ素子が設けられて直流電源と直流電動機との間に配置されたＨブリッジ形のスイッチ回路と、直流電動機を正転させる際及び逆転させる際にそれぞれ直流電源からスイッチ回路を通して直流電動機に正転用駆動電流及び逆転用駆動電流を流すようにスイッチ回路を制御する正・逆転時スイッチ制御手段と、スイッチ回路と電機子コイルとを通して流れる電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段により制限値を超える電流が検出されたときにスイッチ回路を構成するスイッチ素子をオフ状態にするようにスイッチ回路を制御する電流制限用スイッチ制御手段とを備えていて、電流検出手段により制限値を超える電流が検出されたときにスイッチ回路のスイッチ素子をオフ状態にすることにより、スイッチ回路を構成するスイッチ素子と電機子コイルとを過電流から保護する過電流保護動作を行うようになっている。

図９は従来の直流電動機駆動装置からスイッチ回路１Ａ及び直流電動機２の部分を抽出して示したものである。スイッチ回路１Ａは、Ｈブリッジの各辺をスイッチ素子により構成した公知のもので、このスイッチ回路においては、一端が共通接続された第１及び第２の非接地側スイッチ素子Ｆ11及びＦ12によりブリッジの上辺が構成され、第１及び第２の非接地側スイッチ素子Ｆ11及びＦ12の他端にそれぞれ一端が接続された第１及び第２の接地側スイッチ素子Ｆ21及びＦ22によりブリッジの下辺が構成されている。第１及び第２の非接地側スイッチ素子Ｆ11及びＦ12の一端の共通接続点は、負極端子が接地された図示しない直流電源の正極端子に接続され、第１及び第２の接地側スイッチ素子Ｆ21及びＦ22の他端の共通接続点は電流検出手段を構成する電流検出用抵抗器（シャント抵抗器）Ｒiを通して接地回路に接続されている。また第１及び第２の非接地側スイッチ素子Ｆ11及びＦ12の他端と第１及び第２の接地側スイッチ素子Ｆ21及びＦ22の一端とのそれぞれの接続点から出力端子ｍ1及びｍ2が導出され、これらの出力端子間に直流電動機２の電機子が接続されている。

図示の例では各スイッチ素子としてＭＯＳＦＥＴが用いられている。即ち、Ｈブリッジの上辺を構成する非接地側スイッチ素子Ｆ11及びＦ12はソースＳが共通接続されたＰチャンネル形のＭＯＳＦＥＴにより構成され、Ｈブリッジの下辺を構成するスイッチ素子Ｆ21及びＦ22は、スイッチ素子Ｆ11及びＦ12をそれぞれ構成するＰチャンネル形ＭＯＳＦＥＴのドレインＤにそれぞれドレインＤが接続されるとともにソースＳが共通接続されたＮチャンネル形のＭＯＳＦＥＴにより構成されている。

スイッチ素子Ｆ11，Ｆ12，Ｆ21及びＦ22をそれぞれ構成するＭＯＳＦＥＴのドレイン・ソース間には寄生ダイオードＤ11，Ｄ12 ，Ｄ21及びＤ22が形成され、これらの寄生ダイオードが各スイッチ素子に逆並列接続される帰還用ダイオードとして用いられている。

直流電動機を正転させる際には、ブリッジの対角位置にある１組のスイッチ素子Ｆ11及びＦ22に駆動信号（スイッチ素子をオン状態にするための信号）が与えられてこれらのスイッチ素子がオン状態にされ、図示しない直流電源からスイッチ素子Ｆ11及びＦ22を通して直流電動機２に正転用駆動電流が与えられる。また直流電動機２の回転速度を調整するため、スイッチ素子Ｆ11及びＦ22の少なくとも一方に与えられる駆動信号がＰＷＭ変調されて、電動機の駆動電流がＰＷＭ制御される。
特開２００２−１９１１２２号公報

上記の直流電動機駆動装置において、直流電動機２を正転させる際にＨブリッジの対角位置にある１組のスイッチ素子Ｆ11及びＦ22に駆動信号が与えられると、図９に示されたように、図示しない直流電源−スイッチ素子Ｆ11−直流電動機２−スイッチ素子Ｆ22−直流電源の経路で駆動電流が流れるため、直流電動機２が正方向に回転させられる。直流電動機２を逆転させる際には、スイッチ素子Ｆ12及びＦ21に駆動信号が与えられる。スイッチ素子Ｆ12及びＦ21に駆動信号が与えられると、図示しない直流電源−スイッチ素子Ｆ12−直流電動機２−スイッチ素子Ｆ21−直流電源の経路で正転時と逆方向の駆動電流が流れるため、直流電動機２が逆方向に回転させられる。

直流電動機２を正転駆動する際及び逆転駆動する際に直流電源からスイッチ回路１Ａを通して直流電動機に供給される駆動電流は、電流検出用抵抗器Ｒiを通して流れるため、該抵抗器Ｒiの両端に駆動電流に比例した電圧降下が生じる。抵抗器Ｒiの両端の電圧は、電流検出信号として、電流制限用スイッチ制御手段を構成する図示しない電流制限回路に与えられる。

電流制限回路は、抵抗器Ｒiの両端の電圧から駆動電流が制限値に達したことを検出したときにスイッチ回路１Ａの各スイッチ素子への駆動信号の供給を禁止する。これにより、スイッチ回路のオン状態にあるスイッチ素子がオフ状態になり、直流電源からスイッチ回路１Ａを通して電動機２に供給されていた駆動電流が遮断される。これにより電動機の駆動電流が制限値以下になり、電流検出用抵抗器Ｒiの両端の電圧が低下するため、電流制限回路はスイッチ回路１Ａの各スイッチ素子への駆動信号の供給を許容し、直流電動機への駆動電流の供給を再開させる。これらの動作により、スイッチ回路を通して電動機に供給される電流が制限値以下に制限されるため、スイッチ回路１Ａを構成するスイッチ素子と、電動機２の電機子コイルとが過電流から保護される。

図１４は、直流電動機を起動する際に流れる駆動電流の時間Ｔに対する変化を示したものである。直流電動機は停止時の内部抵抗が極めて低いため、過電流に対する保護動作を行わない場合には、図１４に破線で示したように、起動時に大きな起動電流が流れる。これに対し、上記のように過電流に対する保護動作を行わせると、直流電動機の起動時に流れる電流は図１４に実線で示したように制限値以下に制限され、スイッチ回路を構成するスイッチ素子（図示の例ではＭＯＳＦＥＴ）が熱破壊したり、直流電動機の電機子コイルが焼損したりするのが防止される。

図９に示したように、直流電源からスイッチ回路のスイッチ素子Ｆ11及びＦ22を通して直流電動機に正転用駆動電流が流れている状態で、駆動電流をＰＷＭ制御する際には、各ＰＷＭ周期において、スイッチ素子Ｆ11がオン状態にされる期間とオフ状態にされる期間とが生じさせられる。スイッチ素子Ｆ11がオフ状態にされると、直流電動機２の電機子コイルには、そのインダクタンスにより、それまで流れていた電流を流し続けようとする向きの誘起電圧が発生するため、図１０に示すように、電動機２とスイッチ素子Ｆ22と、スイッチ素子Ｆ21を構成するＭＯＳＦＥＴのドレインソース間の寄生ダイオードＤ21とを通してフライホイール電流Ｉmoが駆動電流として流れ続ける。この電流Ｉmoは電流検出用抵抗器Ｒiを通らないため、電流制限回路により検出されることはない。従って、フライホイール電流Ｉmoにより保護動作が働くことはないが、この電流Ｉmoは、直流電源からスイッチ回路を通して電動機２に供給される駆動電流Ｉmを超えることはないため支障を来さない。

直流電動機を減速する際、及び停止する際には、直流電動機に発電制動をかけることがある。直流電動機に発電制動をかける際には、直流電源をスイッチ回路１Ａから切り離すとともに、スイッチ回路１Ａの下辺の接地側スイッチ素子Ｆ21，Ｆ22に同時に駆動信号が与えられる。直流電源がスイッチ回路１Ａから切り離され、電動機が負荷の慣性により、または外力により駆動されて正回転している状態でスイッチ素子Ｆ21，Ｆ22に同時に駆動信号が与えられると、図１１に示すように、直流電動機２の電機子コイルの誘起電圧により、電動機２−スイッチ素子Ｆ21−ダイオードＤ22−電動機２の経路で、発電電流Ｉgが流れ、電動機に制動がかかる。この発電電流Ｉgの波形は図１５に示したようになる。

上記の説明では、電動機に発電制動をかけるとしたが、コントローラがノイズにより誤動作をしてスイッチ素子Ｆ21及びＦ22に同時に駆動信号を与えた場合にも上記の発電電流Ｉgと同様の電流が流れる。

発電電流Ｉgも電流検出用抵抗器Ｒiを流れないため、電流制限回路により検出されることはない。直流電動機に外力が作用していて（例えば電気自動車が坂道を下っていて）電機子コイルに高い電圧が誘起している状態で発電制動がかけられると、発電電流Ｉgが制限値を超えることがあるが、この電流に対しては保護動作が行われることはない。従って、発電制動をかける際には、発電電流Ｉgを流す回路に電流制限素子を挿入して図１５に破線で示したように発電電流を制限するか、または制動時に発電電流Ｉgが制限値を超えないことが確認された場合にのみ発電制動をかけるのを許容するなどの措置を講じておく必要がある。

また図９に示したように電動機を正転させている状態で、その回転方向を反転させるために、スイッチ素子Ｆ11，Ｆ22をオフ状態にし、スイッチ素子Ｆ12，Ｆ21をオン状態にすると、図１２に示すように直流電源からスイッチ素子Ｆ12−電動機２−スイッチ素子Ｆ11−抵抗器Ｒiの経路で逆転用駆動電流Ｉm´が流れると同時に、電動機の電機子コイルの誘起電圧により、電動機２−スイッチ素子Ｆ21−寄生ダイオードＤ22−電動機２の経路で発電電流Ｉgが流れる。従って、図１６に示すように、逆転開始時に、電動機２及びスイッチ素子Ｆ21に駆動電流Ｉm´と発電電流Ｉgとの和の電流Ｉm´＋Ｉgが過電流として流れることがあるが、発電電流Ｉgは電流検出用抵抗器Ｒiによっては検出されないため、時刻Ｔ1において駆動電流Ｉm´が制限値を超えたことが検出されるまでは保護動作が行われず、逆転開始時に流れる過電流に対してスイッチ回路１Ａ及び電機子コイルの保護を図ることができなかった。

図１３は、スイッチ素子として用いるＭＯＳＦＥＴの安全動作領域の限界を示したものである。同図の折れ線ＩDMAX（パルス）は単発のパルスに対する安全動作領域の上限を示し、１００μsec，１msec及び１０msecは単発のパルスのパルス幅を示している。またＩDMAX（連続）は、連続電流に対する安全動作領域の上限を示している。電動機２に接続された負荷の慣性が大きい場合には、図１１または図１２に示した発電電流Ｉgが流れる時間が長くなるため、スイッチ回路を流れる電流がＩDMAX（連続）を超えてＭＯＳＦＥＴが破壊に至ることがある。

上記のように、従来の直流電動機駆動装置では、発電電流Ｉgに対して保護動作を行うことができなかったため、直流電動機に接続された負荷の慣性が大きい場合に、スイッチ回路のスイッチ素子及び電動機の電機子コイルに過電流が流れて、スイッチ素子が破壊されたり、電機子コイルが焼損したりするおそれがあった。

本発明の目的は、正転時及び逆転時に直流電源からスイッチ回路を通して電動機に流す駆動電流だけでなく、電機子コイルの誘起電圧によりスイッチ回路のスイッチ素子を通して流れる発電電流に対しても保護動作を行わせることができるようにして、スイッチ回路のスイッチ素子及び直流電動機の電機子コイルの保護を的確に図ることができるようにした直流電動機駆動装置を提供することにある。

本発明は、ブリッジの各辺にスイッチ素子が設けられて、直流電源と直流電動機との間に配置されたＨブリッジ形のスイッチ回路と、直流電動機を正転させる際及び逆転させる際にそれぞれ直流電源からスイッチ回路を通して直流電動機に正転用駆動電流及び逆転用駆動電流を流すようにスイッチ回路を制御する正・逆転時スイッチ制御手段と、スイッチ回路と電機子コイルとを通して流れる電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段により制限値を超える電流が検出されたときにスイッチ回路を構成するスイッチ素子をオフ状態にするようにスイッチ回路を制御する電流制限用スイッチ制御手段とを備えた直流電動機駆動装置に適用される。

本発明においては、上記電流検出手段が、直流電源からスイッチ回路を通して直流電動機に流れる電流と、直流電動機の電機子コイルの誘起電圧によりスイッチ回路内を通して流れる電流との双方を検出し得るように設けられている。

上記のように電流検出手段を設けると、直流電源からスイッチ回路を通して直流電動機に流れる駆動電流だけでなく、直流電動機の電機子コイルの誘起電圧によりスイッチ回路内を通して流れる発電電流をも検出することができるため、電流制限用スイッチ制御手段により、駆動電流と発電電流との双方に対して保護動作を行わせて、スイッチ回路のスイッチ素子及び直流電動機の電機子コイルの保護を的確に図ることができる。

上記のように、本発明は、ブリッジの各辺にスイッチ素子が設けられて、直流電源と直流電動機との間に配置されたＨブリッジ形のスイッチ回路と、直流電動機を正転させる際及び逆転させる際にそれぞれ直流電源からスイッチ回路を通して直流電動機に正転用駆動電流及び逆転用駆動電流を流すようにスイッチ回路を制御する正・逆転時スイッチ制御手段と、スイッチ回路と電機子コイルとを通して流れる電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段により制限値を超える電流が検出されたときにスイッチ回路を構成するスイッチ素子をオフ状態するようにスイッチ回路を制御する電流制限用スイッチ制御手段とを備えた直流電動機駆動装置に適用されるが、この種の直流電動機駆動装置は、多くの場合、直流電動機に発電制動をかける際にスイッチ回路のブリッジの１対の下辺またはブリッジの１対の上辺を通して直流電動機の電機子コイルに短絡電流を流すようにスイッチ回路を制御する制動時スイッチ制御手段を備えている。

このような直流電動機駆動装置に本発明を適用する場合には、スイッチ回路のブリッジの各辺の内、直流電動機に発電制動をかける際に短絡電流が流れる１対の辺のスイッチ素子に対してそれぞれ直列に挿入されて、該１対の辺のスイッチ素子を通して電流が流れた際に両端に電圧降下を生じる１対の電流検出用抵抗器が設けられて、これら１対の電流検出用抵抗器により電流検出手段が構成される。また電流制限用スイッチ制御手段は、１対の電流検出用抵抗器の少なくとも一方の両端の電圧から制限値を超える電流を検出したときにスイッチ回路を構成するスイッチ素子をオフ状態にするように構成される。

上記電流検出用抵抗器はまた、スイッチ回路と直流電動機との間を接続する回路の途中に挿入してもよい。

以上のように、本発明によれば、直流電源からスイッチ回路を通して直流電動機に流れる電流と、直流電動機の電機子コイルの誘起電圧によりスイッチ回路内を通して流れる電流との双方を検出し得るように電流検出手段を設けたので、直流電動機の駆動電流だけでなく、直流電動機の電機子コイルの誘起電圧によりスイッチ回路内を通して流れる発電電流をも検出して、電流制限用スイッチ制御手段に、駆動電流及び発電電流の双方に対して保護動作を行わせることができ、スイッチ回路のスイッチ素子の保護及び直流電動機の電機子コイルの保護を的確に図ることができるという利点が得られる。

以下図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態の全体的な構成を示したもので、同図において１は直流電動機２を駆動する駆動ユニット、３は負荷を所定の態様で駆動するために必要な指令信号を発生するコントローラである。

駆動ユニット１は、スイッチ回路１Ａと、電動機２を正回転または逆回転させるようにスイッチ回路１Ａの各スイッチ素子に駆動信号を与えるスイッチ素子駆動部１Ｂと、電流制限回路１Ｃとにより構成されている。

図示の駆動ユニット１は、正極側電源端子ａと、接地端子ｅと、ＰＷＭ信号入力端子ｐと、正方向駆動指令入力端子ｆと、逆方向駆動指令入力端子ｒと、負荷接続端子ｍ1 及びｍ2 とを備えている。この例では、接地端子ｅが負極側電源端子を兼ねている。本明細書では接地回路に近い側の負荷接続端子ｍ2 を接地側負荷接続端子と呼び、接地回路から離れている側の負荷接続端子ｍ1 を非接地側負荷接続端子と呼ぶ。

スイッチ回路１Ａは、一端が共通接続された第１及び第２の非接地側スイッチ素子Ｆ11及びＦ12と、一端が第１及び第２の非接地側スイッチ素子Ｆ11及びＦ12の他端にそれぞれ接続された第１及び第２の接地側スイッチ素子Ｆ21及びＦ22とを有するＨブリッジ形のスイッチ回路で、第１及び第２の非接地側スイッチ素子Ｆ11及びＦ12の一端の共通接続点は正極側電源端子ａに接続され、第１及び第２の接地側スイッチ素子Ｆ21及びＦ22の他端はそれぞれ抵抗値が十分に小さい第１の電流検出用抵抗器Ｒi1及び第２の電流検出用抵抗器Ｒi2を通して接地端子に接続されている。

第１及び第２の非接地側スイッチ素子Ｆ11及びＦ12の他端と第１及び第２の接地側スイッチ素子Ｆ21及びＦ22の一端とのそれぞれの接続点がスイッチ回路の出力端子１a1及び１a2となっていて、これらの出力端子から１対の電動機接続用出力端子ｍ1 及びｍ2 が導出され、これらの出力端子ｍ1，ｍ2間に直流電動機２の電機子が接続されている。

正極側電源端子ａは負極端子が接地された直流電源（図示の例ではバッテリ）５の正極端子にヒューズ７とキースイッチＳＷとを通して接続されている。接地端子ｅは接地回路を通して直流電源５の負極端子に接続されている。

図示の例では、第１及び第２の非接地側スイッチ素子Ｆ11及びＦ12がＰチャンネル形のＭＯＳＦＥＴからなっていて、両ＦＥＴのソースＳの共通接続点が正極側電源端子ａに接続されている。また第１及び第２の接地側スイッチ素子Ｆ21及びＦ22はＮチャンネル形のＭＯＳＦＥＴからなっていて、両ＭＯＳＦＥＴのドレインＤが非接地側スイッチ素子Ｆ11及びＦ12をそれぞれ構成するＭＯＳＦＥＴのドレインＤに接続され、両接地側スイッチ素子Ｆ21及びＦ22を構成するＭＯＳＦＥＴのソースＳがそれぞれ第１の電流検出用抵抗器Ｒi1及び第２の電流検出用抵抗器Ｒi2を通して接地されている。

スイッチ素子駆動部１Ｂは、所定のデューティ比で断続するＰＷＭ信号に応答して第１及び第２の非接地側スイッチ素子Ｆ11及びＦ12をそれぞれオンオフ駆動する正転用ＰＷＭ駆動回路１１１及び逆転用ＰＷＭ駆動回路１１２と、正方向駆動指令信号が与えられたときに第２の接地側スイッチ素子Ｆ22に駆動信号を与えるとともに逆転用ＰＷＭ駆動回路１１２が第２の非接地側スイッチ素子Ｆ12をオンオフ駆動するのを禁止する正転駆動回路１２１と、逆方向駆動指令信号が与えられたときに第１の接地側スイッチ素子Ｆ21に駆動信号を与えるとともに正転用ＰＷＭ駆動回路１１１が第１の非接地側スイッチ素子Ｆ11をオンオフ駆動するのを禁止する逆転駆動回路１２２とを備えている。

正転用ＰＷＭ駆動回路１１１及び逆転用ＰＷＭ駆動回路１１２の入力端子は、ダイオードＤ1 と抵抗Ｒ1 とからなる入力回路１０１を通してＰＷＭ信号入力端子ｐに接続され、正転用ＰＷＭ駆動回路１１１及び逆転用ＰＷＭ駆動回路１１２の出力端子は第１及び第２の非接地側スイッチ素子Ｆ11及びＦ12を構成するＭＯＳＦＥＴのゲートに接続されている。

正転用ＰＷＭ駆動回路１１１及び逆転用ＰＷＭ駆動回路１１２は、スイッチ素子Ｆ11及びＦ12への駆動信号の供給を制御するために、トランジスタなどからなる駆動信号供給用スイッチを備えている。正転用ＰＷＭ駆動回路１１１及び逆転用ＰＷＭ駆動回路１１２に設けられている駆動信号供給用スイッチは、コントローラ３に設けられたトランジスタＴｒ1 がオン状態になって、該トランジスタＴｒ1 とダイオードＤ1 とを通して高レベル（Ｈレベル）の信号が与えられたときにオン状態になってスイッチ素子Ｆ11及びＦ12に駆動信号を供給し、トランジスタＴｒ1 がオフ状態になって、ダイオードＤ1 を通して与えられていた信号が除去されたときにオフ状態になって、スイッチ素子Ｆ11及びＦ12への駆動信号の供給を停止する。

また正転駆動回路１２１の入力端子はダイオードＤ2 と抵抗Ｒ2 とからなる入力回路１０２を通して正方向駆動指令入力端子ｆに接続され、逆転駆動回路１２２の入力端子はダイオードＤ3 と抵抗Ｒ3 とからなる入力回路１０３を通して逆方向駆動指令入力端子ｒに接続されている。正転駆動回路１２１の出力端子は第２の接地側スイッチ素子Ｆ22を構成するＭＯＳＦＥＴのゲートに接続され、逆転駆動回路１２２の出力端子は第１の接地側スイッチ素子Ｆ21を構成するＭＯＳＦＥＴのゲートに接続されている。

正転駆動回路１２１は、トランジスタＴｒ2 がオン状態になってダイオードＤ2 を通して高レベルの信号が与えられたときにオン状態になり、トランジスタＴｒ2 がオフ状態になってダイオードＤ2 を通して与えられていた信号が除去されたときにオフ状態になる駆動信号供給用スイッチを備えていて、該スイッチがオン状態になった時に第２の接地側スイッチ素子Ｆ22を構成するＭＯＳＦＥＴのゲートに駆動信号を与えるように構成されている。

同様に、逆転駆動回路１２２は、トランジスタＴｒ3 がオン状態になって、ダイオードＤ3 を通して高レベルの信号か与えられたときにオン状態になり、トランジスタＴｒ3 がオフ状態になってダイオードＤ3 を通して与えられていた信号が除去されたときにオフ状態になる駆動信号供給用スイッチを備えていて、該スイッチがオン状態になった時に第１の接地側スイッチ素子Ｆ21を構成するＦＥＴのゲートに駆動信号を与えるように構成されている。

また本実施形態においては、正転用ＰＷＭ駆動回路１１１、逆転用ＰＷＭ駆動回路１１２、正転駆動回路１２１及び逆転駆動回路１２２にそれぞれ遮断指令入力端子１１１ａ，１１２ａ，１２１ａ及び１２２ａが設けられている。正転用ＰＷＭ駆動回路１１１、逆転用ＰＷＭ駆動回路１１２、正転駆動回路１２１及び逆転駆動回路１２２は、電流制限回路１Ｃからそれぞれの遮断指令入力端子に遮断指令信号Ｖoffが与えられたときに、スイッチ回路１Ａの対応するスイッチ素子に与える駆動信号の出力を阻止する駆動信号阻止手段を備えていて、遮断指令信号Ｖoffが与えられたときにスイッチ回路の対応するスイッチ素子を強制的にオフ状態にするように構成されている。

また図示の例では、正転用ＰＷＭ駆動回路１１１及び逆転用ＰＷＭ駆動回路１１２にそれぞれ禁止信号入力端子１１１ｂ及び１１２ｂが設けられていて、正転用ＰＷＭ駆動回路１１１及び逆転用ＰＷＭ駆動回路１１２は、それぞれの禁止信号入力端子に禁止信号Ｖihが入力されたときに、スイッチ素子Ｆ11及びＦ12への駆動信号の供給を停止するように構成されている。

正転駆動回路１２１及び逆転駆動回路１２２はそれぞれが駆動信号を出力する際に同時に禁止信号Ｖihを出力する禁止信号出力端子を有していて、正転駆動回路１２１及び逆転駆動回路１２２がそれぞれスイッチ素子Ｆ22及びＦ21に駆動信号を与える際に、それぞれの禁止信号出力端子から逆転用ＰＷＭ駆動回路１１２の禁止信号入力端子１１２ｂ及び正転用ＰＷＭ駆動回路１１１の禁止信号入力端子１１１ｂに禁止信号Ｖihを与えるようになっている。

コントローラ３は、ＣＰＵ，ＲＯＭ及びＲＡＭ等を有するマイクロコンピュータ３Ａを備えていて、該マイクロコンピュータ３ＡのポートＰ1 にＰＮＰトランジスタＴｒ1 のベースが接続されている。トランジスタＴｒ1 のエミッタは図１には図示してない定電圧電源回路の正極側出力端子に接続され、コレクタはＰＷＭ信号入力端子ｐに接続されている。

またマイクロコンピュータ３ＡのポートＰ2 は、エミッタが図示しない定電圧電源回路の正極端子に接続されたＰＮＰトランジスタＴｒ2 のベースに接続され、該トランジスタＴｒ2 のコレクタは正方向駆動指令入力端子ｆに接続されている。

更にマイクロコンピュータ３ＡのポートＰ3 は、エミッタが図示しない定電圧電源回路の正極側出力端子に接続されたＰＮＰトランジスタＴｒ3 のベースに接続され、該トランジスタのコレクタは逆方向駆動指令入力端子ｒに接続されている。

この例では、マイクロコンピュータ３ＡとトランジスタＴｒ1 とによりＰＷＭ信号供給手段が構成される。またマイクロコンピュータ３ＡとトランジスタＴｒ2 とにより、直流電動機２を正転させる際に正転駆動回路１２１に正方向駆動指令を与える正転駆動指令供給手段が構成され、マイクロコンピュータ３ＡとトランジスタＴｒ3 により、直流電動機２を逆転駆動する際に逆転駆動回路１２２に逆転駆動指令を与える逆転駆動指令供給手段が構成される。

またこの例では、正転用ＰＷＭ駆動回路１１１と、逆転用ＰＷＭ駆動回路１１２と、正転駆動回路１２１と、逆転駆動回路１２２とにより、直流電動機を正転させる際及び逆転させる際にそれぞれ直流電源５からスイッチ回路１Ａを通して直流電動機２に正転用駆動電流及び逆転用駆動電流を流すようにスイッチ回路１Ａを制御する正・逆転時スイッチ制御手段が構成されている。

更に図示の例では、スイッチ回路１Ａの第１の接地側スイッチ素子Ｆ21の他端（ＭＯＳＦＥＴのソース）と接地間に挿入された第１の電流検出用抵抗器Ｒi1と、第２の接地側スイッチ素子Ｆ22の他端（ＭＯＳＦＥＴのソース）と接地間に挿入された第２の電流検出用抵抗器Ｒi2とにより、直流電源５からスイッチ回路１Ａを通して直流電動機２に流れる電流と、直流電動機２の電機子コイルの誘起電圧によりスイッチ回路１Ａ内を通して流れる発電電流との双方を検出する電流検出手段が構成されている。

電流制限回路１Ｃは、例えば図２に示すように、直流電源５（図１参照）の出力電圧Ｂ（図示の例では１２Ｖ）を入力として一定の直流電圧Ｅ（図示の例では８Ｖ）を出力する定電圧電源回路１３１と、この定電圧電源回路から得られる電源電圧Ｅを分圧してスイッチ回路１Ａを流れる負荷電流の制限値を与える設定電圧Ｖｓを発生する設定電圧発生回路１３２と、図示の矢印方向に電流Ｉ21が流れたときに第１の電流検出用抵抗器Ｒi1の両端に現れる電圧（第１の電流検出信号）Ｖ1 を順方向電圧としてこの順方向電圧を増幅する第１の演算増幅器ＯＰ1と、図示の矢印方向に電流Ｉ22が流れたときに第２の電流検出用抵抗器Ｒi2の両端に現れる電圧（第２の電流検出信号）Ｖ2を順方向電圧としてこの順方向電圧を増幅する第２の演算増幅器ＯＰ2と、オア回路１３３と、比較器ＣＰ1と、遮断指令出力回路１３４とを備えている。オア回路１３３は、カソードが共通接続されたダイオードＤ21及びＤ22からなっていて、演算増幅器ＯＰ1の出力及び演算増幅器ＯＰ2の出力がそれぞれ出力抵抗器Ｒ01及びＲ02を通して入力されている。比較器ＣＰ1は反転入力端子（−端子）と非反転入力端子（＋端子）とを有していて、その反転入力端子には設定電圧Ｖsが入力され、非反転入力端子にオア回路１３３の出力電圧Ｖoが入力されている。

更に各部を詳細に説明すると、図示の定電圧電源回路１３１は、直流電源５の出力電圧がダイオードＤ4 を通して入力された３端子レギュレータＲＥＧと、レギュレータＲＥＧの入力端子間及び出力端子間にそれぞれ接続されたコンデンサＣ1及びＣ2とにより構成されている。コンデンサＣ1及びＣ2は、直流電源５の出力電圧が落ち込んだ場合でもレギュレータＲＥＧから一定の直流電圧を安定に出力させるために設けられている。

設定電圧発生回路１３２は、定電圧Ｅが両端に印加された抵抗Ｒ13及びＲ14の直列回路からなる分圧回路と、抵抗Ｒ13に並列接続されたコンデンサＣ3 とからなっていて、抵抗Ｒ14の両端に設定電圧Ｖs を発生する。

演算増幅器ＯＰ1及び演算増幅器ＯＰ2は、それぞれの逆相入力端子が共通接続された状態で設けられていて、その逆相入力端子の共通接続点が演算用入力抵抗器Ｒs20を通して接地回路に接続されている。演算増幅器ＯＰ1の正相入力端子及び演算増幅器ＯＰ2の正相入力端子はそれぞれ演算用入力抵抗器Ｒs21及びＲs22を通して電流検出用抵抗器Ｒi1及びＲi2の非接地側端子に接続され、演算増幅器ＯＰ1の正相入力端子と接地間及び演算増幅器ＯＰ2の正相入力端子と接地間にそれぞれ演算用帰還抵抗器Ｒf21及びＲf22が接続されている。また演算増幅器ＯＰ1及びＯＰ2の出力端子はそれぞれ出力抵抗器Ｒ01及びＲ02を通してダイオードＤ21及びＤ22のアノードに接続され、ダイオードＤ21及びＤ22のカソードの共通接続点と演算増幅器ＯＰ1及びＯＰ2の逆相入力端子との間に演算用帰還抵抗器Ｒf20が接続されている。オア回路１３３を構成するダイオードＤ21及びＤ22のカソードの共通接続点と接地間にはコンデンサＣ4が接続され、コンデンサＣ4の両端に得られる電圧がオア回路の出力信号Ｖoとして比較器ＣＰ1の非反転入力端子に入力されている。

遮断指令信号出力回路１３４は、エミッタが接地され、ベースが抵抗器Ｒb1を通して比較器ＣＰ1の出力端子に接続されたＮＰＮトランジスタＴＲ4と、トランジスタＴＲ4のベースエミッタ間に接続された抵抗器Ｒb2とを備えていて、比較器ＣＰ1の出力電圧Ｖcが高レベルになったときに高レベルから低レベルに変化する遮断指令信号Ｖoffを出力する。

図示の電流制限回路１Ｃにおいて、第１の演算増幅器ＯＰ1には、第１の電流検出用抵抗器Ｒi1の両端の電圧Ｖ1が抵抗器Ｒs20及びＲs21を通して入力され、第２の演算増幅器ＯＰ2には、第２の電流検出用抵抗器Ｒi2の両端の電圧Ｖ2が抵抗器Ｒs20及びＲs22を通して入力されている。第１の演算増幅器ＯＰ1は、第１の電流検出用抵抗器Ｒi１を通して図示の矢印方向の電流Ｉ21が流れているときに該電流検出用抵抗器Ｒi1の両端に現れる電圧Ｖ1を順方向電圧としてこの順方向電圧Ｖ1と接地電位Ｖgとを差動増幅（接地電位Ｖgを減算し、電圧Ｖ1を加算）する。

また演算増幅器ＯＰ2は、第２の電流検出用抵抗器Ｒi2を通して図示の矢印方向の電流Ｉ22が流れているときに該電流検出用抵抗器Ｒi2の両端に現れる電圧Ｖ2を順方向電圧としてこの順方向電圧Ｖ2と接地電位Ｖgとを差動増幅（接地電位Ｖgを減算し、電圧Ｖ2を加算）する。

この例では、入力抵抗器Ｒs20及び帰還抵抗器Ｒf20が、演算増幅器ＯＰ1とＯＰ2とに共用されている。比較器ＣＰ1は、演算増幅器ＯＰ1の出力電圧または演算増幅器ＯＰ2の出力電圧が設定電圧Ｖsを超えたときにその出力電圧Ｖcを高レベルにして遮断指令信号出力回路１３４から遮断指令信号Ｖoffを出力させる。

図１及び図２には示されてないが、本実施形態では、更に電動機を減速する際及び停止させる際に発電制動をかけるために、スイッチ回路１Ａのブリッジの下辺のスイッチ素子Ｆ21及びＦ22に同時に駆動信号を与えてこれらのスイッチ素子を同時にオン状態にすることにより、スイッチ回路１Ａのブリッジの１対の下辺を通して直流電動機２の電機子コイルに短絡電流（発電電流）を流すようにスイッチ回路１Ａを制御する制動時スイッチ制御手段が設けられている。

図２の電流制限回路１Ｃにおいて、コンデンサＣ3及びＣ4は、電源投入時などに比較器ＣＰ1の出力電圧Ｖcが高レベルになることがないように、比較器ＣＰ1の反転入力端子の電位及び非反転入力端子の電位をそれぞれ低レベルの状態及び高レベルの状態から立ち上げるようにするために設けられている。またコンデンサＣ4は、過電流が検出されて、遮断指令信号Ｖoffが発生したときに、所定時間の間該遮断指令信号が出力された状態を保持する働きをする。

前述のように、遮断指令信号Ｖoffは、正転用ＰＷＭ駆動回路１１１、逆転用ＰＷＭ駆動回路１１２、正転駆動回路１２１及び逆転駆動回路１２２に入力される。正転用ＰＷＭ駆動回路１１１、逆転用ＰＷＭ駆動回路１１２、正転駆動回路１２１及び逆転駆動回路１２２に遮断指令信号Ｖoffが入力されると、これらの駆動回路に設けられた駆動信号阻止手段が働いてそれぞれの駆動回路が駆動信号の出力を停止する。これにより、非接地側スイッチ素子Ｆ11及びＦ12と接地側スイッチ素子Ｆ21及びＦ22とに駆動信号が与えられなくなるため、直流電動機２への駆動電流の供給が停止させられる。このとき直流電動機２に供給される電流が遮断されているため、演算増幅器ＯＰ1及びＯＰ2は、出力抵抗器Ｒ01及びＲ02とダイオードＤ21及びＤ22とを通して、それぞれの出力電圧を０Ｖにするべく動作するが、コンデンサＣ4の電荷は、ダイオードＤ21及びＤ22により阻止されて演算増幅器ＯＰ1及びＯＰ2の出力段を通しては放電できない。そのため、コンデンサＣ4の電荷は、入力抵抗器Ｒs20及び帰還抵抗器Ｒf20を通して一定の時定数で放電させられる。コンデンサＣ4の電荷が放電して、コンデンサＣ4の両端の電圧が設定電圧Ｖs以下になるまでの間、比較器ＣＰ1の出力電圧Ｖcが高レベルの状態を保持して遮断指令信号Ｖoffを発生させ、スイッチ回路１Ａのスイッチ素子をオフ状態に保持する。

図２に示した電流制限回路１Ｃにおいて、各演算増幅器の増幅率は、各演算増幅器の演算用入力抵抗と演算用帰還抵抗Ｒf20，Ｒf21及びＲf22の抵抗値との比により決まる。接地電位をＶg、電流検出用抵抗器Ｒi1の両端の電圧をＶ1、演算増幅器の出力電圧をＶoとし、抵抗器Ｒs20，Ｒs21，Ｒs22，Ｒf2o，Ｒf21及びＲf22の抵抗値がすべて等しいとすると、オア回路１３３の出力電圧Ｖoは、演算増幅器ＯＰ1の出力電圧（Ｖi1−Ｖg)及び演算増幅器ＯＰ2の出力電圧（Ｖi2−Ｖg）の内の大きい方の値に等しくなる。
Ｖo＝（Ｖi1−Ｖg）または（Ｖi2−Ｖg）のうちの大きい方の値 …（１）
ここで、抵抗器Ｒi1及びＲi2の抵抗値をそれぞれの抵抗器を示す符号と同じ符号で表すと、
（Ｖi1−Ｖg）＝Ｉ21×Ｒi1 …（２）
（Ｖi2−Ｖg）＝Ｉ22×Ｒi2 …（３）
（１）式ないし（３）式から、
Ｖo＝（Ｉ21×Ｒi1）または（Ｉ22×Ｒi2）のうちの大きい方の値 …（４）
また演算入力抵抗器Ｒs20及びＲs21の抵抗値をＲｓ、演算帰還抵抗器Ｒf20，Ｒf21及びＲf22の抵抗値をＲfとすると、オア回路の出力電圧Ｖoは下記の式により与えられる。
Ｖo＝（Ｒf／Ｒs）（Ｖi2−Ｖg）または（Ｒf／Ｒs）（Ｖi1−Ｖg ）
＝（Ｒf／Ｒs）（Ｉ21×Ｒi1）または（Ｒf／Ｒs）（Ｉ22×Ｒi2） …（５）

図５は、スイッチ素子Ｆ11とスイッチ素子Ｆ22とに駆動信号が与えられて直流電動機２が正転駆動されている状態を示している。このとき直流電源５からスイッチ回路１Ａのスイッチ素子Ｆ11及びＦ22と電流検出用抵抗器Ｒi2とを通して、図示の経路で駆動電流Ｉmが流れる。このとき駆動電流Ｉmは電流検出用抵抗器Ｒi2のみを通るため、比較器ＣＰ1の非反転入力端子に入力される電圧Ｖo（オア回路１３３の出力電圧）は、
Ｖo＝（Ｒf／Ｒs）（Ｉm×Ｒi1） …（６）
で与えられる。駆動電流Ｉmが制限値を超え、（６）式で与えられる電圧Ｖoが設定電圧Ｖsを超えると遮断指令信号出力回路１３４が遮断指令信号Ｖoffを発生するため、スイッチ回路１Ａのすべてのスイッチ素子がオフ状態にされ、スイッチ素子Ｆ11，Ｆ22及び電動機２を通して流れる電流が減少させられる。

ＰＷＭ制御において、図５に示した状態から、非接地側スイッチ素子Ｆ11をオフ状態にすると、電動機２の電機子コイルのインダクタンスにより、それまで流れていた駆動電流を流し続けようとする向きの誘起電圧が発生するため、図６に示した経路で電流Ｉmoが流れる。このとき、電流検出用抵抗器Ｒi2の両端に現れる電圧Ｖ2のみが演算増幅器ＯＰ2により増幅されるため、比較器ＣＰ1の非反転入力端子に与えられる電圧Ｖoは、
Ｖo＝（Ｒf／Ｒs）（Ｉmo×Ｒi1）または（Ｒf／Ｒs）（Ｉmo×Ｒi2）の内の大きい値 ＝（Ｒf／Ｒs）（Ｉmo×Ｒi2） …（７）
となる。

電動機の最大駆動電流ＩmMAXと比較器ＣＰ1の非反転入力端子に与えられる電圧Ｖoとの関係は、
Ｖo＝（Ｒf／Ｒs)(ＩmMAX×Ｒi1）または（Ｒf／Ｒs)(ＩmMAX×Ｒi2）
の内の大きい値＜＜Ｖs …（８）
となる。

図７は、直流電動機２に発電制動をかけるために、直流電源５をスイッチ回路１Ａから切り離して、スイッチ回路１Ａの下辺のスイッチ素子Ｆ21，Ｆ22に同時に駆動信号を与えたときにスイッチ回路１Ａと電動機２の電機子コイルとを通して流れる電流を示している。このとき、直流電動機２の電機子コイルの誘起電圧により、電動機２−スイッチ素子Ｆ21−電流検出用抵抗器Ｒi1及びＲi2−寄生ダイオードＤ22−電動機２の経路で図７に実線で示したような発電電流Ｉgが流れ、電動機に制動がかかる。このとき、電流検出用抵抗器Ｒi1の両端に現れる順方向電圧Ｖ1のみが演算増幅器ＯＰ1により増幅されるため、比較器ＣＰ1の非反転入力端子に与えられる電圧Ｖoは、
Ｖo＝（Ｒf／Ｒs）（Ｉg×Ｒi1） …（９）
となる。発電電流Ｉgが制限値を超え、電圧Ｖoが設定電圧Ｖsを超えると、遮断指令信号出力回路１３４が遮断指令信号Ｖoffを発生するため、スイッチ回路１Ａのすべてのスイッチ素子がオフ状態にされ、スイッチ素子Ｆ21、寄生ダイオードＤ22及び電動機２を通して流れる電流が減少させられてスイッチ素子及び電動機が過電流から保護される。

図８は、図５に示したように電動機を正転駆動している状態で、その回転方向を反転させるために、スイッチ素子Ｆ11，Ｆ22をオフ状態にし、スイッチ素子Ｆ12，Ｆ21をオン状態にしたときに流れる電流を示している。このとき、直流電源からスイッチ素子Ｆ12−電動機２−スイッチ素子Ｆ11−電流検出用抵抗器Ｒi1及びＲi2−寄生ダイオードＤ22−電動機２の経路で逆転用駆動電流Ｉm´が流れると同時に、電動機の電機子コイルの誘起電圧により、電動機２−スイッチ素子Ｆ21−電流検出用抵抗器Ｒi1及びＲi2−寄生ダイオードＤ22−電動機２の経路で発電電流Ｉgが流れ、逆転開始時に、電動機２及びスイッチ素子Ｆ21に駆動電流Ｉm´と発電電流Ｉgとの和の電流Ｉm´＋Ｉgが流れる。このとき電流検出用抵抗器Ｒi1の両端に現れる順方向の電圧Ｖ1のみが演算増幅器ＯＰ1により増幅されるため、比較器ＣＰ1の非反転入力端子に与えられる電圧Ｖoは、
Ｖo＝（Ｒf／Ｒs）｛（Ｉm´＋Ｉg）×Ｒi1｝ …（１０）
となる。発電電流Ｉgと駆動電流Ｉm´との和の電流Ｉm´＋Ｉgが制限値を超え、（１０）式で与えられる電圧Ｖoが設定電圧Ｖsを超えると、遮断指令信号出力回路１３４が遮断指令信号Ｖoffを発生するため、スイッチ回路１Ａのすべてのスイッチ素子がオフ状態にされ、スイッチ素子Ｆ21、寄生ダイオードＤ22及び電動機２を通して流れる電流が減少させられて、スイッチ素子及び電動機が過電流から保護される。

上記の例では、電流制限回路１Ｃと、駆動回路１１１，１１２，１２１及び１２２にそれぞれ設けられている駆動信号阻止手段とにより、電流制限用スイッチ制御手段が構成されている。

従来の直流負荷駆動装置においては、発電電流Ｉgを検出することができなかったため、発電電流Ｉgに対して保護動作を行うことができず、発電制動時に直流電動機に接続されている負荷の慣性が大きい場合に、スイッチ回路１Ａのスイッチ素子及び電動機２の電機子コイルに過電流が流れて、スイッチ素子が破壊されたり、電機子コイルが焼損したりするおそれがあったが、本発明においては、直流電源５からスイッチ回路１Ａを通して直流電動機２に流れる電流と、直流電動機２の電機子コイルの誘起電圧によりスイッチ回路１Ａ内を通して流れる電流との双方を検出し得るように電流検出手段を設けたので、直流電動機の駆動電流だけでなく、直流電動機の電機子コイルの誘起電圧によりスイッチ回路内を通して流れる発電電流をも検出して、電流制限用スイッチ制御手段により、駆動電流及び発電電流の双方に対して保護動作を行わせることができ、スイッチ回路のスイッチ素子の保護及び直流電動機の電機子コイルの保護を的確に図ることができる。

また上記のように電流検出用抵抗器Ｒi1及びＲi2を設けると、発電制動をかける際に、発電電流Ｉgが流れる経路の抵抗値が増大するため、図１５に波線で示したように、発電電流Ｉgのピーク値が低下させられて、発電電流が過大になるのを防ぐ効果も得られる。

なお図１に示した例では、スイッチ回路の非接地側スイッチ素子Ｆ11，Ｆ12をＰＷＭ信号によりオンオフさせるようにしているが、スイッチ回路の接地側スイッチ素子Ｆ21，Ｆ22をＰＷＭ信号によりオンオフさせ、正方向駆動指令及び逆方向駆動指令によりそれぞれ非接地側スイッチ素子Ｆ22及びＦ21をオン状態にするようにしてもよい。

上記の説明では、発電制動をかける際に接地側スイッチ素子Ｆ21及びＦ22を同時にオン状態にするとしたが、非接地側スイッチ素子Ｆ11及びＦ12を同時にオン状態にすることにより発電制動をかけるようにしてもよい。即ち、制動時スイッチ制御手段は、直流電動機に発電制動をかける際にスイッチ回路のブリッジの１対の下辺またはブリッジの１対の上辺を通して直流電動機の電機子コイルに短絡電流を流すようにスイッチ回路を制御するものであればよい。

上記の例では、スイッチ回路１Ａを構成するスイッチ素子としてＭＯＳＦＥＴを用いたが、トランジスタやＩＧＢＴ等の他のスイッチ素子を用いてスイッチ回路を構成してもよいのはもちろんである。スイッチ素子として、寄生ダイオードを有しないトランジスタやＩＧＢＴを用いる場合には、ＰＷＭ制御において非接地側スイッチ素子または接地側スイッチ素子をオフ状態にした際に駆動電流Ｉmoを流し続け、発電制動をかける際に発電電流Ｉgを流すことができるようにするために、それぞれのスイッチ素子の両端に帰還用ダイオードを逆並列接続しておく。

図２に示した電流制限回路１Ｃにおいては、抵抗器Ｒs20及びＲf20をそれぞれ演算増幅器ＯＰ1の入力抵抗器及び帰還抵抗器と、演算増幅器ＯＰ2の入力抵抗器及び帰還抵抗器として共用しているが、演算増幅器ＯＰ1及びＯＰ2のそれぞれに対して個別に入力抵抗器及び帰還抵抗器を設けてもよいのはもちろんである。

図１に示した実施形態では、スイッチ回路１Ａの第１及び第２の接地側スイッチ素子Ｆ21及びＦ22のそれぞれと接地間に第１及び第２の電流検出用抵抗器Ｒi1及びＲi2を挿入したが、図３に示すように、スイッチ回路１Ａと直流電動機２とを接続する回路の途中に電流検出用抵抗器を挿入して、該電流検出用抵抗器により電流検出手段を構成するようにしてもよい。図３に示した例では、スイッチ回路１Ａの出力端子１a2と電動機接続用出力端子ｍ2との間及び出力端子１a1と電動機接続用出力端子ｍ1との間にそれぞれ電流検出用抵抗器Ｒi1及びＲi2が接続され、これらの電流検出用抵抗器Ｒi1及びＲi2のそれぞれの両端に得られる電流検出信号が電流制限回路１Ｃに入力されている。スイッチ回路１Ａの第１及び第２の接地側スイッチ素子Ｆ21及びＦ22の共通接続点は接地されている。電流制限回路１Ｃは、電流検出用抵抗器Ｒi1及びＲi2のそれぞれの両端の電圧から制限値を超える電流が流れたことを検出したときに遮断指令信号Ｖoffを出力するように構成されている。

図３に示したように、電流検出用抵抗器Ｒi1及びＲi2を設けると、直流電源からスイッチ回路１Ａを通して電動機２に与えられる駆動電流が制限値を超えたとき、及び電機子コイルの誘起電圧でスイッチ回路１Ａのスイッチ素子を通して流れる発電電流が制限値を超えたときに保護動作を行わせることができるだけでなく、スイッチ回路１Ａの第１及び第２の非接地側スイッチ素子Ｆ11及びＦ12の一方がオン状態になっている状態で出力端子ｍ1及びｍ2の一方が地絡したときに流れる地絡電流を電流検出用抵抗器Ｒi1またはＲi2のいずれかにより検出して、該地絡電流に対して保護動作を行わせることができる。

なお図３に示した実施形態において、出力端子ｍ1及びｍ2の地絡に対して保護動作を行う必要がない場合には、電流検出用抵抗器Ｒi1及びＲi2のうちの一方を省略することができる。即ち、電流検出用抵抗器Ｒi1及びＲi2のうちのいずれか一方のみを設けてその両端の電圧を電流制限回路１Ｃに入力することにより、直流電源からスイッチ回路１Ａを通して電動機２に与えられる駆動電流が制限値を超えたとき、及び電機子コイルの誘起電圧でスイッチ回路１Ａのスイッチ素子を通して流れる発電電流が制限値を超えたときに保護動作を行わせることができる。

また図４に示したように、図１に示した実施形態と同様に、スイッチ回路１Ａの第１及び第２の接地側スイッチ素子Ｆ21及びＦ22と接地間に電流検出用抵抗器Ｒi1及びＲi2を挿入して、これらの電流検出用抵抗器の両端の電圧を電流制限回路に入力することにより、直流電源からスイッチ回路１Ａを通して電動機２に与えられる駆動電流が制限値を超えたとき、及び電機子コイルの誘起電圧でスイッチ回路１Ａのスイッチ素子を通して流れる発電電流が制限値を超えたときに保護動作を行わせるようにするとともに、第１及び第２の非接地側スイッチ素子Ｆ11及びＦ12の共通接続点と直流電源５の正極端子との間に第３の電流検出用抵抗器Ｒi3を挿入してこの電流検出用抵抗器Ｒi3の両端の電圧を電流制限回路１Ｃに入力することにより、スイッチ回路１Ａの第１及び第２の非接地側スイッチ素子Ｆ11及びＦ12の一方がオン状態になっている状態で出力端子ｍ1及びｍ2の一方が地絡したときに流れる地絡電流に対して保護動作を行わせるようにすることもできる。

本発明に係わる直流電動機駆動装置の一実施形態の構成を示した回路図である。 図１に示した駆動装置で用いる電流制限回路の具体的構成例をスイッチ回路部分の構成とともに示した回路図である。 本発明の他の実施形態の構成を示した回路図である。 本発明の更に他の実施形態の構成を示した回路図である。 図１に示した直流電動機駆動装置において、電動機を正転駆動しているときの状態を示した要部の回路図である。 図１に示した直流電動機駆動装置において、電動機を正転駆動している状態でスイッチ回路のブリッジの上辺のスイッチ素子をオフ状態にしたときの状態を示した要部の回路図である。 図１に示した直流電動機駆動装置において、発電制動をかけるためにブリッジの下辺を構成するスイッチ素子を同時にオン状態にしたときの状態を示した要部の回路図である。 図１に示した直流電動機駆動装置において、電動機を正転駆動している状態でその回転方向を反転させた際の状態を示した要部の回路図である。 従来の直流電動機駆動装置において、電動機を正転駆動しているときの状態を示した要部の回路図である。 従来の直流電動機駆動装置において、電動機を正転駆動している状態でスイッチ回路のブリッジの上辺のスイッチ素子をオフ状態にしたときの状態を示した要部の回路図である。 従来の直流電動機駆動装置において、発電制動をかけるためにブリッジの下辺を構成するスイッチ素子を同時にオン状態にしたときの状態を示した要部の回路図である。 従来の直流電動機駆動装置において、電動機を正転駆動している状態でその回転方向を反転させた際の状態を示した要部の回路図である。 ＭＯＳＦＥＴの安全動作領域を示すドレイン電流対ドレインソース間電圧特性を示した線図である。 直流電動機の起動時に流れる駆動電流の波形を示した波形図である。 直流電動機に発電制動をかけた際に流れる発電電流の波形を示した波形図である。 正転している直流電動機を逆転させた際に電動機に流れる電流の波形を示した波形図である。

符号の説明

１ 駆動ユニット
１Ａ スイッチ回路
１１１ 正転用ＰＷＭ駆動回路
１１２ 逆転用ＰＷＭ駆動回路
１２１ 正転駆動回路
１２２ 逆転駆動回路
１Ｂ スイッチ素子駆動部
１Ｃ 電流制限回路
１３２ 設定電圧発生回路
１３３ オア回路
１３４ 遮断指令信号出力回路
２ 直流電動機
３ コントローラ
３Ａ マイクロコンピュータ
Ｆ11，Ｆ12 非接地側スイッチ素子
Ｆ21，Ｆ22 接地側スイッチ素子
ｍ1 ，ｍ2 出力端子

Claims (3)

1. ブリッジの各辺にスイッチ素子が設けられて、直流電源と直流電動機との間に配置されたＨブリッジ形のスイッチ回路と、前記直流電動機を正転させる際及び逆転させる際にそれぞれ前記直流電源から前記スイッチ回路を通して前記直流電動機に正転用駆動電流及び逆転用駆動電流を流すように前記スイッチ回路を制御する正・逆転時スイッチ制御手段と、前記スイッチ回路と前記電機子コイルとを通して流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段により制限値を超える電流が検出されたときに前記スイッチ回路を構成するスイッチ素子をオフ状態にするように前記スイッチ回路を制御する電流制限用スイッチ制御手段とを備えた直流電動機駆動装置において、
   前記電流検出手段は、前記直流電源から前記スイッチ回路を通して前記直流電動機に流れる電流と、前記直流電動機の電機子コイルの誘起電圧により前記スイッチ回路内を通して流れる電流との双方を検出し得るように設けられていることを特徴とする直流電動機駆動装置。
2. ブリッジの各辺にスイッチ素子が設けられて、直流電源と直流電動機との間に配置されたＨブリッジ形のスイッチ回路と、前記直流電動機を正転させる際及び逆転させる際にそれぞれ前記直流電源から前記スイッチ回路を通して前記直流電動機に正転用駆動電流及び逆転用駆動電流を流すように前記スイッチ回路を制御する正・逆転時スイッチ制御手段と、前記直流電動機に発電制動をかける際に前記スイッチ回路のブリッジの１対の下辺またはブリッジの１対の上辺を通して前記直流電動機の電機子コイルに短絡電流を流すように前記スイッチ回路を制御する制動時スイッチ制御手段と、前記スイッチ回路と前記電機子コイルとを通して流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段により制限値を超える電流が検出されたときに前記スイッチ回路を構成するスイッチ素子をオフ状態するように前記スイッチ回路を制御する電流制限用スイッチ制御手段とを備えた直流電動機駆動装置において、
   前記スイッチ回路のブリッジの各辺の内、前記直流電動機に発電制動をかける際に前記短絡電流が流れる１対の辺のスイッチ素子に対してそれぞれ直列に挿入されて、該１対の辺のスイッチ素子を通して電流が流れた際に両端に電圧降下を生じる１対の電流検出用抵抗器が設けられて、該１対の電流検出用抵抗器により前記電流検出手段が構成され、
   前記電流制限用スイッチ制御手段は、前記１対の電流検出用抵抗器の少なくとも一方の両端の電圧から制限値を超える電流を検出したときに前記スイッチ回路を構成するスイッチ素子をオフ状態にするように構成されていること、
   を特徴とする直流電動機駆動装置。
3. ブリッジの各辺にスイッチ素子が設けられて、直流電源と直流電動機との間に配置されたＨブリッジ形のスイッチ回路と、前記直流電動機を正転させる際及び逆転させる際にそれぞれ前記直流電源から前記スイッチ回路を通して前記直流電動機に正転用駆動電流及び逆転用駆動電流を流すように前記スイッチ回路を制御する正・逆転時スイッチ制御手段と、前記直流電動機に発電制動をかける際に前記スイッチ回路のブリッジの１対の下辺またはブリッジの１対の上辺を通して前記直流電動機の電機子コイルに短絡電流を流すように前記スイッチ回路を制御する制動時スイッチ制御手段と、前記スイッチ回路と前記電機子コイルとを通して流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段により制限値を超える電流が検出されたときに前記スイッチ回路を構成するスイッチ素子をオフ状態するように前記スイッチ回路を制御する電流制限用スイッチ制御手段とを備えた直流電動機駆動装置において、
   前記スイッチ回路と前記直流電動機との間をつなぐ回路の途中に挿入されて前記直流電動機を通して電流が流れた際に両端に電圧降下を生じる電流検出用抵抗器が設けられて、該電流検出用抵抗器により前記電流検出手段が構成され、
   前記電流制限用スイッチ制御手段は、前記電流検出用抵抗器の両端の電圧から制限値を超える電流を検出したときに前記スイッチ回路を構成するスイッチ素子をオフ状態にするように構成されていること、
   を特徴とする直流電動機駆動装置。
   

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