JP3119299B2 - 電流制限装置付直流電動機の制御回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、電流制限装置を備
えた直流電動機、特にその制御回路に関する。詳しく
は、電動機への電流供給を所定の最大電流に達した際に
遮断し再び導通させる電流制限手段を備えた制御回路に
関する。 【０００２】 【従来の技術】このような回路は、西ドイツ特許出願公
開第３０４４０２７号公報から知られている。この公知
の回路において電流制限装置が設けられ、この装置は、
電動機の最大電流を、その全体の回転数範囲に亘って完
全に一定に保持している。このような電動機が外部の咬
み合いによって拘束された場合には、比較的大きな電流
が流れ、そのために過熱される場合がある。 【０００３】 【目的】従って本発明の目的は、そのような電動機にお
いて特に電動機が拘束された場合に小形モータに許容さ
れうる簡単な手段によって電流を減少させて過熱を防止
することにある。 【０００４】 【発明の構成概要】この目的は、本発明によれば、特許
請求の範囲第１項に記載の特徴によって達成される。本
発明によれば、制御手段により制御されかつ電動機に直
列に接続されたスイッチング要素を介して、電源端子に
接続される電動機の制御回路であって、電動機に流れる
実際電流の検出装置と、電動機の電流制限装置とを備
え、該電流制限装置は、該電動機電流検出装置により検
出された電動機電流が所与の許容最大値に達したとき、
該スイッチング要素を所定期間開成するものにおいて、
前記電動機は、直流電動機であること、前記スイッチン
グ要素が、該制御手段により、各整流（ないし転流）サ
イクルの期間内にパルス幅変調して作動制御されるこ
と、そして電動機の電流の所与の許容最大値が、前記パ
ルス幅変調作動制御により、制御されること、を特徴と
する。 【０００５】 【発明の実施の態様】請求項２以下に、本発明の好適な
実施の態様を示し、その引照をもってここの記載に繰込
むものとする。本発明のさらなる第１の視点によれば、
電動機への電流供給を所定の最大電流に達した際に遮断
し（所定時間後に）再び導通させる電流制限手段を備え
た直流電動機の制御回路において、電動機に電源を供給
する電動機電源供給部が、開閉要素、電動機電流実際値
認識回路を介して電動機に接続され、該電動機電流実際
値認識回路は、電動機電流が所定の最大値を超過した場
合に、開路信号を開閉要素に送出すると共に、電動機の
各整流サイクル期間内において、電動機電流のタイミン
グパルス時間率（閉路時間対開路時間比即ち、パルス幅
変調信号）を電動機回転数に依存する信号として低減装
置に供給し、該低減装置は、該電動機回転数に依存する
信号に基づき最大電流を低減する信号（即ちパルス幅変
調信号）を電動機電流実際値認識回路に供給し、該電動
機電流実際値認識回路は時間遅延回路を介してパルス幅
変調に基づく閉路信号を閉路要素に供給するように構成
されることができる。 【０００６】本発明のさらなる第２の視点によれば、電
動機への電流供給を所定の最大電流に達した際に遮断し
（所定時間後に）再び導通させる電流制限手段を備えた
直流電動機の制御回路において、電動機に電源を供給す
る電動機電源供給部が、開閉要素、電動機電流実際値認
識回路を介して電動機に接続され、該電動機電流実際値
認識回路は、電動機電流が所定の最大値を超過した場合
に、開路信号を開閉要素に送出すると共に、電動機の各
整流サイクル期間内において、電動機電流のタイミング
パルス時間率（閉路時間対開路時間比）を電動機回転数
に依存する信号として、低減装置に供給し、該低減装置
は、該電動機回転数に依存する信号に基づき最大電流を
低減する信号（即ち、パルス幅変調信号）を電動機電流
実際値認識回路に供給し、該電動機電流実際値認識回路
は、電動機電流が所定の下限値以下になった場合に、パ
ルス幅変調に基づく閉路信号を開閉要素に送出するよう
構成できる。 【０００７】本発明のさらなる第３の視点によれば、電
動機への電流供給を所定の最大電流に達した際に遮断し
（所定時間後に）再び導通させる電流制限手段を備えた
直流電動機の制御回路において、電動機へ電流を供給す
るための電流パスと、前記電流パスを遮断制御するため
に前記電流パス中に設けられたスイッチング手段と、前
記スイッチング手段と前記電流パス内において直流に接
続され、前記電流パスの電流を検出する電流検出手段
と、前記電流検出手段に接続され電動機回転数に依存す
る信号を導出する回路手段と、前記電流検出手段により
検出された電流が前記電動機に対して選択された最大電
流よりも大の際に前記スイッチング手段を各整流サイク
ル期間内に繰り返して開閉し、いくつかのスイッチング
サイクルに亘る前記電動機の平均電流が前記選択された
最大電流よりも小となるように制御し、前記選択された
最大電流を前記電動機回転数に依存する信号に応じて可
変させ、相対的に低速度回転において選択された最大電
流について、前記相対的に低速度回転に対し電動機回転
速度が増大するに従い前記選択された最大電流よりも大
の最大電流に設定する手段と、を備えるよう構成するこ
とができる。 【０００８】本発明の詳細および好適な実施態様は、次
に説明され図に示された、本発明を決して限定するもの
ではない実施例に示されている。なお、特許請求の範囲
の各項に付記した図面参照符号は、理解を助けるためで
あり、発明を図示の態様に限定することを意図しない。 【０００９】概説すると、各整流サイクル（ないし相）
の期間内にスイッチング要素（１５）の切換（ＯＮ／Ｏ
ＦＦ）制御は、パルス幅変調して行われる。即ち、これ
は後述の如く、タイミングパルス時間率（閉路時間対開
路時間比）の制御を、一つの各整流（ないし転流）サイ
クルの期間内に行うものである。その際、電動機電流の
所与の許容最大値が、併せて（同時に、また即ないし直
接的に）パルス幅変調作動制御により、制御される。こ
れにより、パルス幅変調方式の制御によって、電動機の
定格最大電流の制御と、電動機の拘束時や、起動時等の
低速回転時において過大電流が電動機に（従って、その
制御回路に）流れることの防止という、二つの制御が、
同時に達成される。この二つの制御は、パルス幅変調制
御を、一方で電動機の電流を示す信号と、他方で電動機
の回転速度に依存する信号とを、（例えば、両者を電圧
信号として）比較して行うことができる。電動機の回転
速度に依存する信号としては、その逆起電力の変化を利
用できる。 【００１０】スイッチング手段の切換制御のための基準
電圧（比較電圧）を設定する際に、分圧器の一の抵抗に
他の抵抗を並列接続して並列接続への切換を行うことに
より分圧比を変化させることができる。並列接続によっ
て生ずる並列抵抗回路における電圧の跳躍変動を平滑化
するコンデンサ（３４）を設けることができる。電流制
限手段が演算増幅器（比較器）を備え、該演算増幅器の
２つの入力端子に、電動機電流に依存する信号（抵抗２
０に流れる電動機電流による電圧降下、即ち抵抗２０の
上流側）と、電動機の回転速度に関連して所定の電流最
大値を規定する信号（抵抗３３の上流の接続点３１）と
の差を供給するように構成することができる。また、前
記演算増幅器の出力端子と、その入力端子との間に、容
量性帰還回路を設けることができる。なお、並列抵抗回
路の切換は、比較器の出力により行うことができる。 【００１１】容量性帰還回路が第１ダイオードを備え、
該第１のダイオードが、前記容量性帰還回路の再充電動
作に、再充電時定数を短縮する方向に作用することがで
きる。パルスが接地端子に導かれるように、前記第１ダ
イオードができる。前記容量性帰還回路が、第１コンデ
ンサを備え、小さな容量の第２コンデンサが直列に接続
され、２つのコンデンサの接続点に第１ダイオードを接
続できる。前記第２コンデンサに第２ダイオードを並列
に接続できる。 【００１２】 【実施例】図１は、一般の集電子形小形電動機（ブラシ
形ＤＣ小形モータ）として構成されバイパスダイオード
１１を並列に接続することが可能な直流電動機１０を示
している。電動機１０の一方の端子は、プラス導線１２
と接続され、この導線は、逆極保護の役割をなすダイオ
ード１３を介して＋端子１４に接続されている。電動機
１０の他方の端子は、ｎｐｎダーリントントランジスタ
１５のコレクタと接続され、そのエミッタはマイナス導
線１６と接続され、このマイナス導線は、低抵抗の測定
抵抗２０およびこれに接続された導線部分２１を介して
電動機装置の−端子１７に接続されている。端子１４お
よび１７は、例えば直流電源として１２Ｖまたは２４Ｖ
の蓄電池に接続することができる。 【００１３】導線１２および２１の間には、平滑コンデ
ンサ１８が接続されている。さらに、抵抗１９は導線１
２と接続点２２の間に接続され、この接続点からツエナ
ーダイオード２３が導線２１に接続されている。この接
続点２２は、ｎｐｎトランジスタ２４のベースに接続さ
れ、このコレクタは抵抗２５を介して導線１２に接続さ
れ、そのエミッタは導線２６に接続され、動作時には、
この導線２６に、導線２１に対して一定な例えば５Ｖの
電圧が印加される。従って、要素１９ないし２５は、導
線２６に接続された電流制限装置２７の構成要素に対す
る電圧安定装置として使用され、前記電流制限装置２７
は、測定抵抗２０における電圧降下を検出し、所定の最
大電流になった際、抵抗２０における電圧降下に応じて
ダーリントントランジスタ１５を阻止し、従って端子１
４、１７から電動機１０に流れる電流が遮断され、電動
機１０内の電流が、バイパスダイオード１１を介して減
衰する。時間関数素子によって作動されるが所定の最小
電流が認められるまでの時間経過によっても得られる遅
延時間の後、電流が電動機１０に再び投入され、最大電
流の所定値を再び超過した際、この動作が繰返される。
本発明は、最大電流の所定値が、零回転数の場合および
低回転数の場合に、電動機１０の定格回転数の場合より
小さくなるように、最大電流の所定値を制御する問題に
関わる。 【００１４】電流制限装置２７は演算増幅器３０を備
え、この演算増幅器３０は、比較器としての役割をな
し、導線２６および２１によって電流が供給される。マ
イナス符号で示された反転端子は、接続点３１と接続さ
れ、この点から抵抗３２を介して導線２６に接続され、
抵抗３３を介して導線２１に接続されている。従って、
抵抗３２および３３は、分圧器を構成する。抵抗３３と
並列に数μＦのコンデンサ３４が接続されている。さら
に、接続点３１から抵抗３５がｎｐｎトランジスタ３６
のコレクタに接続され、そのエミッタは導線２１と接続
され、そのべースは抵抗３８を介して比較器３０の出力
端子３７と接続されている。比較器３０は、その非反転
入力端子＋（Ｖ＋）が、その反転入力端子−（Ｖ−）よ
りも低い電位を有する間、その出力端子３７が、内部に
おいて導線２１と導通される（Ｌ出力）ように、内部が
構成されている。これに対して、逆転された場合には、
出力端子３７は導線２１と導通されていない（Ｈ出力、
いわゆるオープンコレクタを有する回路）。この出力端
子３７は、抵抗３９を介して導線２６と接続され、抵抗
４２を介してｎｐｎトランジスタ４３のベースと接続さ
れ、そのコレクタは、抵抗４４を介して導線１２と接続
され、そのエミッタは導線１６と接続されている。従っ
て、今仮に、比較器３０の出力端子３７が導線２１と接
続されたとすると（Ｌ出力）、トランジスタ３６および
４３を遮断し、トランジスタ１５は、抵抗４４を介して
ベース電流を得るため導通し、電動機１０にトランジス
タ１５を介して電流が供給される。逆に、比較器３０の
出力端子３７が導線２１と接続されていない場合（Ｈ出
力）には、トランジスタ３６は導通し、トランジスタ４
３は、抵抗３９を介してベース電流が供給されて、導通
し、トランジスタ１５は遮断される。この場合、トラン
ジスタ１５が導通されると同時に、トランジスタ３６
は、抵抗３５が抵抗３３と並列に接続されるように遮断
する。特に、抵抗３５が抵抗３３よりもわずかに小さな
抵抗値となるように、抵抗３５および３３が構成されて
いるため、これらの抵抗の並列接続のトランジスタ３６
による切換は、実際には、抵抗３３の値、または、この
抵抗３３に印加され測定抵抗２０を流れる実際電流の最
高値を決定する電圧（接続点３１）の値を二分するよう
に作用する。 【００１５】比較器３０は、動作時に、電動機１０の回
転数、従ってその逆起電力に依存して常にその切換出力
状態を変えるため、トランジスタ３６は動作時に繰返し
導通・遮断され、従って接続点３１と導線２１との間の
電圧が、この変化の周期（サイクル）で常に変動するか
の如く作動する。これは、この電圧を平滑にするコンデ
ンサ３４によって回避され、従って、コンデンサ３４に
おける直流電圧（即ち、接続点３１の電圧＝Ｖ−）は、
定常の運転回転数の場合にトランジスタ３６が常に遮断
されている（出力３７はＬ）ため高く、これに対して電
動機１０が阻止（ブロック）されている場合には、トラ
ンジスタ３６が各整流サイクルの大部分の時間、導通し
ているため低い。即ち、比較器３０の比較電圧たる反転
入力端子−の電圧Ｖ−は、電動機の定常回転数時の値か
ら、低速になるに従い、約二分の一に低くなる。逆に言
うと、電動機回転数に対応する信号となる。電動機１０
の起動時に、コンデンサ３４におけるこの電圧は、静止
時の低い値から出発し、運転回転数における最高値（定
格値）まで、ほぼ連続的に増加する。このように、電流
制限装置２７によって制限される最大電流の値は、電動
機１０の回転数の関数である。なお、電動機の逆起電力
は、回転数に比例して増大する。一方電動機の実際電流
は、起動時でみると、低回転数のとき程急勾配で上昇
し、回転数の増大とともに勾配はなだらかとなる。 【００１６】トランジスタ３６、抵抗３３、３５、およ
びコンデンサ３４からなる回路は、比較器３０の出力
（３７）によるトランジスタ３６の切換タイミングの制
御を介してディジタル・アナログ変換器と同様に、電流
パルスのタイミングパルス時間率（デューティ比）を制
御し、従って間接的には電動機１０の回転数に依存し
て、最大電流値を制御するように作用する。 【００１７】比較器３０は、いわゆるタイミングパルス
増幅器として接続され、このためキャパシタンスをもつ
正帰還特性を有し（出力端子３７がキャパシタンス４
７、４９を介して非反転入力端子＋へ接続されてい
る）、従って比較器３０は、高過ぎる電動機電流が作用
した場合には、所定時間後に初めて以前の接続状態に再
び復帰することができる。このため、出力端子３７は、
抵抗４６および第１コンデンサ４７の直列回路を介して
接続点４８と接続され、この接続点４８は、第２コンデ
ンサ４９を介して比較器３０の非反転入力端子＋と接続
されている。さらに、２つのダイオード５２、５３が接
続されている。ダイオード５３のアノードは導線２１と
接続され、そのカソードは接続点４８と接続されてい
る。ダイオード５２のカソードは、比較器３０の非反転
入力端子＋と直接接続され、抵抗５４を介して導線１６
と接続されており、他方において、そのアノードは接続
点４８と接続されている。 【００１８】タイミングパルス増幅器の時定数は、抵抗
４６、５４およびコンデンサ４７によって、ほぼ決定さ
れる（抵抗４６は主として比較器３０の高周波振動の防
止に使用される）。これらの接続要素は、コンデンサ４
７（従ってＶ＋）の再充電時間をほぼ決定する。電動機
の拘束状態および低回転数の場合、タイミングパルス増
幅器が高い周波数にて繰返えし切換接続されるため、コ
ンデンサ４７の再充電に充分な時間を確保することがで
きない。従って、回転数の減少に伴って電動機電流が例
えば３０％増加する場合があり、これは説明した理由か
ら不都合であり、特に電動機１０が停止されている場合
には、これによってパワートランジスタ１５も危険にさ
らされる場合がある。これに対しては、コンデンサ４７
を充電する場合、ダイオード５３が抵抗５４を橋絡する
ため、ダイオード５３によって、遅延が生じないように
なる。これに対して、コンデンサ４７の放電時に、ダイ
オード５３は阻止されるが、ダイオード５２は導通し、
従って抵抗５４を通して放電が行われ、必要な時間特性
が得られる。 【００１９】さらに、正帰還特性を所望の状態に制御す
るため、第２コンデンサ４９が設けられ、これは、例え
ばコンデンサ４７の３分の１のキャパシタンスをもち、
ダイオード５２と並列に接続されている。このコンデン
サ４９は、ダイミングパルス増幅器の高速切換を行な
う。仮に、コンデンサ４９が、コンデンサ４７と同じ容
量につくられている場合には、第２コンデンサ４９の充
電動作および放電動作が非対称にならないため、低回転
数の場合に再び不都合な状態になる。ダイオード５２お
よび５３によって、（トランジスタ３６および抵抗３５
がない場合）回転数の低下に伴って電動機電流の制限値
が一層高い値になることが防止される。 【００２０】次に、図１に示す回路の構成要素の幾つか
の代表的な値が示されており、その場合、ｋ＝ｋΩ，ｎ
＝ｎＦを意味している。 【００２１】 ダイオード１３... 型式４００１ コンデンサ１８... １００μＦ 抵抗２０... ０．１Ω 抵抗３２... １００ｋ 抵抗３３... １３ｋ 抵抗３５、３８、４２、２６... １０ｋ 抵抗３９、４４... １．５ｋ 抵抗４６... １ｋ 増幅器３０... Ｌ Ｍ３９３ コンデンサ４７... １５ｎ コンデンサ４９... ４．７ｎ 抵抗５４... ３．３ｋ コンデンサ３４... ３μＦ 【００２２】動作： 以下比較器３０の反転入力端子−、非反転入力端子＋の
電圧を夫々Ｖ−、Ｖ＋とし、タイミングパルス時間率
ｍ、パルス時間幅ｔ、パルス立下り時間幅ｔ´、パルス
周期Ｔ（Ｔ＝ｔ＋ｔ´）、抵抗２０の電流Ｉとして、動
作を説明する。なお、パルス周期は、電動機の整流サイ
クルより当初はるかに小（高周波）である。静止してい
る電動機を電源に接続した場合、この瞬間電動機はまだ
回転していないため、電動機１０の逆起電力は零であ
る。従って、まずＶ＋、Ｖ−は各抵抗の分圧によって定
まる初期値をとる方向に推移する。ここで起動（電流ス
イッチＯＮで当初トランジスタ１５はＯＮ）により電動
機電流が急激に増大するため、短い投入時間（ｔ₁経
過）の後、電流制限装置２７が切換作動し、高いタイミ
ングパルス周波数（１／Ｔ₁）および低いタイミングパ
ルス時間率（ｍ₁＝ｔ₁／Ｔ₁）によって電流を遮断す
る。従って、トランジスタ３６は、演算増幅器３０の出
力端子３７のＨ、Ｌ出力に応じて、この高いタイミング
パルス周波数（短いサイクル周期Ｔ₁）によって極めて
短時間（ｔ₁）、例えば１０ｍｓで遮断され、次に比較
的長い時間（ｔ´₁）、例えば５０ｍｓの間、導通す
る。この導通によってコンデンサ３４の電圧（従ってＶ
−）が、トランジスタ３６（並列抵抗３３、３５回路の
切換トランジスタ）が連続的に開路（非導通）状態とさ
れた場合の値の約半分に減少する。そして、この切換サ
イクルの高い周波数での繰返えしの間（即ち一つの整流
サイクル期間内で）測定抵抗２０を流れる電流（Ｉ₁ａ
ｖ、平均値）が、定格回転数における値（Ｉ₀）の約半
分に制限され、しかも、この減少した電流がタイミング
パルス増幅器３０Ｌ、Ｈ出力の所定の高周波切換えによ
って、電動機に外部から極めて短い時間間隔の間、供給
されるため、時間的平均として与えられる電動機１０へ
の電力供給は、定格回転数における電力の約４分の１に
制限され、その結果、拘束又は停止された状態において
も過熱を生じない。 【００２３】電動機１０が起動して回転が始まると、そ
の回転数にほぼ比例した逆起電力（Ｖｅ）が電動機のコ
イルに誘起され、従って電動機内の電流が回転数の増大
に対応してより緩かな増加速度になりつつ（増加勾配が
小さくなりつつ）増加し、これらが比較器３０の入力Ｖ
＋、Ｖ−に所定の影響を与えるのでタイミングパルス増
幅器３０の切換期間ないしパルス時間幅（ｔ）が長くな
ると共に、いわゆるパルス時間率またはタイミング比率
（ｍ＝ｔ／Ｔマーク・スペース比率ないしパルス幅比）
も増加する。その結果トランジスタ３６は電動機の各整
流サイクルにおいて総計して一層長い時間非導通とな
り、一層短い期間だけ導通する状態になる。これに対応
してコンデンサ３４の電圧（即ち基準電圧Ｖ−）が増加
し測定抵抗２０を流れる電流Ｉの制限値が、一層高い値
にシフトされる。これは、例えば通風機のような回転数
に依存する負荷の場合、充分な起動モーメントを発生す
るために必要である。なお回転数の増大（電流Ｉの増
大）に伴い、パルス時間率が長くなり（ｍ₁＝ｔ₁／Ｔ₁
＜ｍ₂＝ｔ₂／Ｔ₂）対応してトランジスタ１５（電動機
１０）の通電時間が徐々に長くなり、対応して所定の電
圧降下△Ｖが測定抵抗２０に生じる。これらの結果がＶ
−、Ｖ＋の相対比に関係して、比較器３０の切換タイミ
ングと切換時のＶ−電圧が同時にシフトされる。 【００２４】定格回転数の場合、所定の大きな回転数と
なり対応して電動機１０の逆起電力が極めて大きくなる
ため、その電流は許容最大電流以下であり、従って電流
制限装置２７は作動せず、双方のトランジスタ３６およ
び４３は常に非導通状態にあり、トランジスタ１５は常
に導通状態にある。その場合、コンデンサ３４における
電圧（Ｖ−）は、その最大値を有し、電流は、例えば回
転数が零の場合または低回転数の場合の２倍の値に制限
される。このようにして、電流制限作動値が、最低の費
用で回転数に依存して変化される。ダイオード５２およ
び５３の動作は既に説明した。これらは同じ目的に使用
され、構成要素３４ないし３６の動作を支援する。 【００２５】電流制限作動値の変化が他の方法によって
得られることは勿論である。例えば、抵抗３３の代りに
電位差計を使用することが可能であり、これは、偏位が
増幅器のタイミングパルス周波数の関数である電気制御
装置によって制御される。または、抵抗３２と並列に、
抵抗およびトランジスタの直列回路を接続することがで
き、この場合、このトランジスタは、トランジスタ１５
が導通している場合に導通する。この場合、平滑コンデ
ンサ３４を使用する必要があり、この平滑コンデンサ３
４は、接続点３１と導線２１との間か、または点３１と
導線２６との間に接続することができる。また、この代
りに、測定抵抗２０の値をパルス時間率に依存して変化
することも可能であるが、これは数個の構成要素を前提
とする。従って、本発明の枠内において多くの変更を加
えることができ、図示の実施態様は、現在において知ら
れた最良の実施形態ではあるが、決して唯一のものでは
ない。 【００２６】図２ないし図４は、無集電子直流電動機の
場合における本発明の適用を示している。図１の場合と
同一または同じ作用を行なう部分は、図２ないし図４に
おいても同じ参照符号で示されており、再度説明されて
はいない。このような電動機の代表的な実施例が、図２
に極めて概略的に示されている。図２は、２極、２パル
ス、単相の無集電子直流電動機を示している。 【００２７】定義： ２パルス： 電気角３６０°の回転子回転毎に固定子に
供給される電流パルスの数。これは例えば２パルス電動
機の場合、電気角３６０°当り２電流パルスである。 【００２８】 単相：電動機が唯一つの巻線を備える。 ２極：回転子が２極を備える。 【００２９】実施例には示されていないが、他のパルス
形態、他の相数および極数を有する電動機の場合にも、
本発明が同様に適用されることは勿論である。 【００３０】図２に示された電動機６０は、２極、２パ
ルス、単相の外部回転子電動機である。この外部回転子
６１は半径方向に磁化されており、この場合、双方の極
がＮおよびＳで示されている。 【００３１】この磁化は、極間に狭い空隙部６４および
６５（電気角約５°ないし１５ °）を備えて梯形をな
している。梯形の磁化は、夫々電気角１６５°ないし１
７５°に亘って実際的に一定な磁束を生じ、これに続い
て磁化が単調に低下している（詳細に説明された出願人
の西ドイツ特許第２３４６３８０号参照）。 【００３２】回転子６１は、周囲部分６２、例えば鋼製
の深絞りされた容器を備え、この図示されていない底部
は、回転子の図示されていない軸と結合されている。こ
の容器６２の中に特別な磁石６３が固定されている。容
器６２には、電動機６０によって駆動される通風機の通
風羽根６７が溶接されている。ここでは１つの羽根６７
だけが示されている。 【００３３】図２において、実際に一定な磁束（磁束密
度）を有する個所が、Ｎ極ではハッチングにより、Ｓ極
では点によって概略的に示されている。回転方向は符号
６６で示されている。固定子６８は、２つの突出した極
すなわち上部極６９および下部極７０を備え、これらの
極の間には、単相巻線７５が設けられる溝７３および７
４を包含し、この巻線の２つの端子は符号７８および７
９で示されている。回転子位置センサ８２が、溝７４の
開口部に設けられている。これは特に電流磁気センサ、
例えばホールＩＣである。ホールＩＣは、回転子６２が
回転する際に、ｍ＝５０％のパルス時間率を有する、換
言すればパルス長さが休止長さと略等しい略矩形信号を
送出する。 【００３４】固定子極６９の上の空隙部８３、およびこ
れと形状が等しい極７０の上の空隙部８４は、アメリカ
合衆国特許第４０３０００５号明細書が示すように形成
されている。例えば空隙部８３は、溝７３から出発して
回転方向に最大点８０まで増大し、そこから最小点ｄ1
まで単調に再び減少している。従って、所望の磁気抵抗
モーメントが生じる（前述の西ドイツ特許第２３４６３
８０号明細書参照）。本発明による電動機が、同様に、
内部回転子電動機として、または（平らな空隙部を備え
た）平形電動機としても構成されることは勿論である。
図示の円筒形空隙部の場合の空隙部の形状は、所望の磁
気抵抗モーメントの形態および回転子６１の磁化の形式
に依存する。極空隙６４および６５は、傾斜させること
が有効な場合がある。 【００３５】運転時に巻線７５内に直流パルスが端子７
８から端子７９へ、続いて直流パルスが端子７９から端
子７８へ交互に流れる。互に隣り合う２つのパルスの間
には、夫々電流休止期間がある。この休止期間は、例え
ば西ドイツ特許第３０４４０５６号によって、特に長く
なることを回避するために有効な前記西ドイツ特許の図
４または図６による装置によって発生することができ
る。 【００３６】図４が示すように、電動機巻線７５は、２
つのｐｎｐパワートランジスタ９１、９２および２つの
ｐｎｐパワートランジスタ９３，９４をもつ全ブリッジ
回路９０の一部である。トランジスタ９１および９２の
エミッタはプラス導線１２に接続され、トランジスタ９
３および９４のエミッタはマイナス導線１６に接続され
ている。トランジスタ９１および９３のコレクタは、互
に巻線端子７８に接続されている。同様に、トランジス
タ９２および９４のコレクタは、互に巻線端子７９に接
続されている。２つのバイパスダイオード９５および９
６は、パワートランジスタ９１および９２と逆並列に接
続され、遮断動作時における過度に高い尖頭電圧から、
このトランジスタを保護している。トランジスタ９１お
よび９２のベースは、夫々コンデンサ１０１，１０２を
介してプラス導線１２と接続されている。トランジスタ
９１ないし９４は、低い動作電圧の場合、簡単なトラン
ジスタであり、高い動作電圧の場合は特に図示のように
ダーリントントランジスタである。 【００３７】ブリッジ回路９０の駆動には、２つのｎｐ
ｎトランジスタ１０６，１０７が使用される。１０６の
コレクタは抵抗１０８を介して９２のベースと接続さ
れ、１０７のコレクタは抵抗１０９を介して９１のベー
スと接続されている。１０６のエミッタは９３のベース
と接続され、１０７のエミッタは９４のベースと接続さ
れている。従って、トランジスタ１０６がターンオンさ
れた場合には、２つの対角線上逆向きに対向したパワー
トランジスタ９２および９３が導通し、電流ｉ1が、端
子７９から端子７８の方向に巻線７５を通して流れる。
逆に、トランジスタ１０７が接続された場合には、対角
線上逆向きに対向したトランジスタ９１および９４が導
通され、電流ｉ2が、端子７８から端子７９の方向に流
れる。 【００３８】電流制限装置１１０の制御装置として、２
つのｎｐｎトランジスタ１１２および１１３が設けら
れ、これらは夫々エミッタがマイナス導線１６に接続さ
れている。１１２のコレクタは９３のべースと接続さ
れ、１１３のコレクタは９４のベースと接続されてい
る。トランジスタ１１２のベースは、抵抗１１４を介
し、トランジスタ１１３のべースは、抵抗１１５を介し
て、電流制限装置１１０の出力端子３７と接続されてい
る。電流制限装置１１０が２つのトランジスタ１１２お
よび１１３を導通させた場合には、パワートランジスタ
９３および９４のベースが無電流になり、これら２つの
トランジスタが遮断され、従って巻線７５はマイナス導
線１６から切離され、そこから電流が得られなくなる。
これに対して、この場合、パワートランジスタ９１およ
び９２は引続き導通状態にある。このことは、巻線７５
における電流の減衰が緩やかになり、巻線７５には、一
層小さな尖頭電圧が生じるため有効である。このように
することによって、電動機６０は、静かに安定して回転
し、パワートランジスタ９１ないし９４の負荷が少くな
り、電動機６０の鉄損が減少する。そのほか、電動機へ
の電流供給導線に、一層小さな電流変動が生じ、これは
コンデンサ１１８によって抑制される。 【００３９】制御トランジスタ１０６および１０７は、
制御導線１１６，１１７を介して電動機の整流制御部１
２０から駆動される。制御部１２０は、選択回路とも称
される整流制御装置１１８を備え、この装置は、整流制
御装置１１８と共に示されているように、導線２６およ
び２１の間の調整された電圧に接続されたホールＩＣ８
２（図２）から制御パルスの供給を受ける。図３に概略
的に示すように、矩形パルス１１６’（図３Ａ）および
１１７’（図３Ｂ）が、制御導線１１６，１１７に互に
交替して起生され、パルス休止期間αによって互に離間
されているため、常に交替してパワートランジスタ９１
および９４、次にパワートランジスタ９２および９３が
導通され、交替して導通されなければ、これらのトラン
ジスタは惹起した短絡によって直ちにブレークされるた
め、全ての４つのトランジスタ９１ないし９４が、同時
に導通されることはない。 【００４０】ブリッジ回路９０は、別の構成要素を包含
し、トランジスタ１０６および９３のベースの間に抵抗
１２３が設けられ、同様にトランジスタ１０７および９
４のベースの間に抵抗１２４が設けられている。トラン
ジスタ１０６および９３のエミッタ間にコンデンサ１２
５があり、同様にトランジスタ１０７および９４のエミ
ッタ間にコンデンサ１２６がある。これらのコンデンサ
は、トランジスタ９１，９２の接続の際における不都合
な尖頭電流を回避するのに使用される。コンデンサ１０
１，１０２は、トランジスタ９３および９４の場合と同
じ作用を行なう。 【００４１】電流制限装置１１０は、図１の電流制限装
置２７と全く同一に構成されており、従って図１と同じ
符号が使用されている。しかしながら、図４では、演算
増幅器３０のほかに演算増幅器（デュアル・コンパレー
タ）１３０を備えた複合比較器が使用されており、この
演算増幅器１３０は、同様に、非反転入力端子＋が、反
転入力端子−よりも低い電位をもつ間、その出力端子１
３１が内部において導線２１に導通される（Ｌ出力）よ
うに構成されている。逆の場合には、出力端子１３１は
導線２１と導通されない（Ｈ出力、いわゆるオープンコ
レクタを有する回路）。増幅器１３０は、増幅器３０と
共に電流の供給を受け、従って、その電流供給は特に記
されていない。図４の場合、抵抗３５が、出力端子１３
１と接続点３１との間に接続され、非反転入力端子＋
が、反転入力端子−よりも低い電位をもつ場合、抵抗３
５は演算増幅器１３０によって抵抗３３と並列に接続さ
れ、逆の場合には、抵抗３３と並列に接続されない。 【００４２】図４において、図１の抵抗３２が、２つの
直列に接続された抵抗３２’おび３２’’に分割されて
おり、これらの接続点１３２が、増幅器１３０の非反転
入力端子＋と接続されている。これに対して、増幅器１
３０の反転入力端子−は、増幅器３０の出力端子３７と
接続され、従って増幅器１３０は常に増幅器３０と反対
の切換動作を行ない、従って同一のタイミングパルスで
切換えらえる。例えば、電動機６０が定格回転数で回転
し、その電流が電流制限装置１１０の作動閾値以下にあ
る場合には、増幅器３０の出力端子３７が導線２１と接
続され、従ってトランジスタ１１２および１１３が遮断
され、ブリッジ回路９０は、通常、導線１１６および１
１７のパルス１１６’，１１７’によって騒動すること
ができる。この場合、増幅器１３０の出力端子１３１は
導線２１に接続されておらず、従って、抵抗３５は抵抗
３３と並列に接続されておらず、電流制限装置１１０の
作動値は高い。 【００４３】これに対し、起動時には、増幅器３０が高
い周波数でスイッチングし、従って、この増幅器が、場
合によってはトランジスタ１１２および１１３を毎秒数
千回、開閉し、これによって作動値以上の電流増加を防
止するため、巻線７５への電流の供給を常に遮断する。
この電流遮断の間、増幅器１３０によって抵抗３５が抵
抗３３と並列に接続され、従って電流制限装置１１０の
作動値が適切に低下し、適当に小さな電流が巻線７５に
流れ、その結果、電動機６０によって使用される電力
は、図１において説明したように、例えば定格回転数の
場合の電力の４分の１に制限される。 【００４４】図４の構成要素の値は、図１に対して示さ
れた値と同じである。２つの演算増幅器３０および１３
０には、２つのそのような増幅器を備えた例えば複合比
較器（デュアル・コンパレータ）ＬＭ３９３を使用する
ことができ、従って装置通風機に特に重要であるが、装
置の全体の寸法が極めて小さくなる。 【００４５】図４に示す装置を２相電動機の場合に使用
するには、例えば巻線７５を除き、トランジスタ９１の
代りに１つの巻線相、トランジスタ９２の代りに第２の
巻線相を設け、その場合、抵抗１０８および１０９は夫
々導線１２と接続する必要がある。電流制限装置によっ
て同様に２つの全ブリッジ回路を適切に制御することが
できることは当然であり、その場合、トランジスタ１１
２および１１３に相当する第２全ブリッジ回路のトラン
ジスタは、同様に抵抗を介して出力端子３７と接流する
必要がある。そのような他の変更は、当然本発明の枠内
に入る。本発明は、特にいわゆる装置通風機の運転に適
し、その理由として、実際に屡々見られるように、その
拘束状態において通風機電動機の過熱を防止する。ま
た、例えば西ドイツ特許出願公開第３０４４０２７公報
に記載された方法によって、回転数制御器との組合せも
可能である。 【００４６】図５は、直流電動機を制御する本発明によ
る回路の原理図を示している。括弧内に記入された参照
数字は、図１から取出したものであり、原理図と詳細な
実施例との対照を判り易くするためにだけ使用される。 【００４７】図示されていない電源から供給される電動
機電流は、開閉要素２０１を介して、電動機電流実際値
認識回路２０２に達し、そこから直流電動機２０３に達
する。電動機電流実際値認識回路２０２において、逆起
電力によって影響を受けた電動機電流が、所定の最大値
を超過するか否かが監視される（この場合、図１ないし
図４に詳細に説明されているように、逆起電力は電動機
回転数に依存する）。特に拘束された電動機の場合、ま
たは起動段階において、所定の最大電流を超過した場合
には、回路２０２は遮断信号を開閉要素２０１に送出
し、これによって電動機電流が遮断される。同時に（回
転数に依存する）信号が、低減装置２０４に送出され、
この低減装置２０４は、比較的長い時定数（電動機電流
のパルス幅継続期間によって測定される）によって、幾
つかのこのような信号から電動機電流のオンオフ時間率
を見出すように構成されている。さらに、遅延時間の経
過後に、閉路信号を開閉要素２０１に送出する時間遅延
要素２０５が作動し、従って電動機２０３が再び電源に
接続される。この経過は、低減装置２０４の時定数に対
応して電動機電流の幾つかのオンオフ周期に亘って繰返
され、最後に電動機電流実際値認識回路２０２に最大電
流低減信号が送出されるようになり、回路２０２におい
ては、上記に基づいて電動機電流の監視限界値が低減さ
れる。 【００４８】既に図１ないし図４について説明したよう
に、電動機がその定格回転数にまだ達していないか、ま
たは完全に拘束されている場合、電動機電流の低減が、
このようにして簡単な手段によって行われる。 【００４９】図６には、図５の修正例の原理図が示され
ており、これによって、図５の時間遅延要素をなくすこ
とができる。また、この場合には、電動機電流が、開閉
要素２０６および電動機電流実際値認識回路２０７を介
して電動機２０８に供給される。しかしながら、この場
合は図５と異なり、電動機電流実際値認識回路２０７
に、所定の最大電流および所定の最小電流を認識する機
能が与えられる。また、この場合、電動機電流が所定の
最大電流を超過した際に、遮断信号が開閉要素２０６に
送出され、これによって電流の供給が中止される。この
場合、電動機電流実際値認識回路２０７は、電動機２０
８において減少する電流から、所定の下限値以下になる
時間を計算する。下限値以下になったことが確認される
と、直ちに電動機電流実際値認識回路２０７は、閉路信
号を開閉要素２０６に送出し、これによって電動機２０
８が再び電源に接続される。また、この場合、遮断後に
遅延時間が経過した後、電動機電流が再び閉路される。 【００５０】この場合、低減装置２０９は、図５につい
て説明したように作動する。 【００５１】 【発明の効果】従って、本発明によれば、スイッチング
要素が、各整流サイクルの期間内にパルス幅変調して作
動制御されると同時に電動機の所与の許容最大値が即制
御されることにより、極めて簡単な回路構成で、起動立
上がり時及び電動機が拘束された場合も含めて、低速回
転時に電流を減少させて過熱を防止する。電動機電源供
給部が開閉要素により開閉され、この開閉要素を一方に
おいて、電動機電流実際値認識回路の出力信号に対応し
て開閉するために比較器に入力信号として供給すると共
に、他方において電流制限装置のタイミングパルス時間
率に含まれる（或いはその基礎となる）夫々の電動機回
転数に関する情報を、定格回転数における運転を妨げる
ことなく、低回転数および回転数零の場合に電動機電流
を低い値に制限することができるように、この電流制限
装置の上部（および場合によっては下部）の作動値をシ
フトするために使用する。即ちこのようにして、本発明
によって、電動機が拘束（ロック）した場合の過熱防止
が極めて簡単な手段および極めて僅少な経費によって達
成され、本発明は、逆起電力が電動機回転数の関数であ
るような全ての電動機形式に適する。 【００５２】本発明は、電流が上部作動値を超過したこ
とだけを検出するタイミングパルス増幅器を備えた装置
に限らず、電動機の電流が連続的に測定され、上限値を
超過した際に電流が遮断され、下限値より低下した際に
（従って遅延時間の後）再び閉路される、いわゆる二位
置調整器にも同様に適する。この電動機の場合にも、タ
イミングパルス時間率は逆起電力従って回転数の関数で
あり、そのため、本発明が同様に適用される。 【００５３】この場合、電動機はリアクターのように作
用し、過度に高い周波数の場合には適度に大きな鉄損が
生じるため、拘束された電動機におけるタイミングパル
ス増幅器のタイミングパルス周波数は、設計技術者がタ
イミング増幅器のパラメータを選択することによって設
定することができ、通常は数ｋＨｚに制限される。１：
４ないし１：６の範囲の電流パルス（時間）と電流休止
（時間）との比率が、拘束状態に対して典型的である。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の一実施例を示す回路図である。 【図２】本発明を適用することが可髄な無集電子形式の
外部回転子電動器の構成を示す断面図である。 【図３】本発明の動作を示す波形図である。 【図４】本発明の別の実施例を示す回路図である。 【図５】図１に示す回路のブロック結線図である。 【図６】別の実施例を示すブロック結線図である。 【符号の説明】 ２０ 測定抵抗 ２７ 電流制限装置 ３０ 演算増幅器（比較器） ３２、３３ 抵抗（分圧器） ３４ コンデンサ（低減装置） ３５ 抵抗（低減装置） ３６ トランジスタ（スイッチング素子、低減装置） ３７ 演算増幅器出力端子 ３８ 抵抗（低減装置） ４７ コンデンサ（帰還回路） ４８ 接続点 ４９ コンデンサ（帰還回路） ５２、５３ ダイオード １１０ 電流制限装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−69485（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−109423（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−77992（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−130818（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−106392（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02P 5/00 - 5/26 H02P 7/00 - 7/34

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．制御手段により制御されかつ電動機に直列に接続さ
   れたスイッチング要素を介して、電源端子に接続される
   電動機の制御回路であって、 電動機に流れる実際電流の検出装置（２０）と、 電動機の電流制限装置（２７）とを備え、 該電流制限装置（２７）は、該電動機電流検出装置（２
   ０）により検出された電動機電流が所与の許容最大値に
   達したとき、該スイッチング要素（１５）を所定期間開
   成するものにおいて、 前記電動機（１０）は、直流電動機であること、 前記スイッチング要素（１５）が、該制御手段により、
   各整流サイクルの期間内にパルス幅変調して作動制御さ
   れること、そして電動機の電流の所与の許容最大値が、
   前記パルス幅変調作動制御により、制御されること、 を特徴とする電動機の制御回路。 ２．パルス幅変調作動制御が、一つの整流サイクル期間
   内に、パルス時間幅変調と同時に、パルスサイクル周期
   変調を伴って行われることを特徴とする請求項１記載の
   電動機の制御回路 ３．前記パルス幅変調作動制御が、一方で電動機に流れ
   る電流を示す信号と、他方で電動機の回転速度に依存す
   る信号と、を一つの整流サイクル期間内において複数回
   比較することにより、切換制御に基づいて行われること
   を特徴とする、請求項１又は２記載の電動機の制御回
   路。 ４．前記電動機に流れる電流を示す信号は、電動機の電
   流パス中に設けられた抵抗の電圧降下に基づく信号であ
   り、前記電動機の回転速度に依存する信号は、電動機の
   回転により生ずる逆起電力に基づく信号であることを特
   徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の電動機の
   制御回路。 ５．前記２つの信号の比較による切換制御において、前
   記電動機に流れる電流を示す信号が切換点に達した際、
   前記電動機の回転速度に依存する信号は、所定の低い値
   へ切換られることを特徴とする請求項３又は４に記載の
   電動機の制御回路。 ６．前記所定の低い値への切換は、所定の低い割合への
   切換で与えられると共に、前記比較を行う比較器の出力
   により行われることを特徴とする請求項５に記載の電動
   機の制御回路。