JP3954075B2 - 直流電動機の駆動制御装置 - Google Patents

Description

本発明は直流電動機の駆動制御装置に関し、とくに、回生制動を行う駆動制御装置に関する。

バッテリフォークリフト等のバッテリ式電気車に用いられる直流電動機は、省電力のために回生制動が採用される。直流電動機の駆動・回生制動回路として、図1に示すような回路が知られている（例えば、特許文献1）。

図1において、直流電動機（以下、単に「電動機」と呼ぶ）2の駆動時は、バッテリ1の両端子間に電動機2の電機子2a、コンタクタ3、電動機2の界磁コイル2bおよびドライブ回路10によってチョッパ制御されるトランジスタ6からなる直列回路が接続され、電動機2は直巻電動機として動作する。

また、コンタクタ3の接続を接点3aから接点3bに切り換えると、バッテリ1の両端子間には、電機子2aおよびダイオード9からなる直列回路、並びに、コンタクタ3、界磁コイル2bおよびトランジスタ6からなる直列回路が接続される。従って、電動機2は、電機子2aから回生電力を取り出す回生制動状態になる。

なお、電動機2をバッテリ式電気車に用いる場合、上記の構成に加えて、電動機2の正転逆転を切り換えるコンタクタが必要になるが、図1では省略する。

電動機2を駆動状態から回生制動状態に移行するためにコンタクタ3の接点を切り換える際、接点の切り換えと同時に界磁電流を制御する必要がある。もし、この制御が遅れる（接点を3bに切り換えた後、暫くして界磁電流が制御状態になる）と、電動機2の駆動状態においてインダクタンスが極めて低い界磁コイル2bには、制御開始までの期間、バッテリ1の電圧と界磁コイル2bの直流抵抗値で決まる大きな界磁電流が流れる。このため、電機子2は急激に制動されることになり、バッテリ式電気車などの回生制動には向かない。

電動機2を定電流駆動している場合、制動時は、駆動時に流れていた界磁コイル電流を超える電流を流さなければ、制動はきかない。また、電動機2の駆動電流の値を抵抗器などによって制御し、駆動制御する場合、図1に示す回路構成で制動を開始すると、界磁コイル2bに大電流が流れ、極めて大きな制動力が発生し危険である。このため、制動制御を開始する前に、界磁コイル2bの電流を適正に設定しなければならないが、そのためには電気自動車のスピード、重量を考慮した自動車の運動エネルギの計算、電動機2の所定の界磁コイル電流における制動力を考慮しなければならない。

特願平9-312904号公報

本発明は、直流電動機の回生制動を開始する際の界磁電流を、簡単な構成によって確実に制御可能な駆動制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、前記の目的を達成する一手段として、以下の構成を備える。

本発明にかかる直流電動機の駆動制御装置は、直流電動機の界磁コイルと電機子の間に接続され、直流電源から前記界磁コイルおよび前記電機子を経て前記直流電源に戻る回路に電流を流す第一のダイオードと、前記電機子と前記第一のダイオードの接続点と、前記直流電源の間に接続され、前記電機子から前記直流電源を経て前記電機子に戻る回路に電流を流す第二のダイオードと、前記第一のダイオードと前記電機子の直列回路に並列に接続される、スイッチと電流制御手段の直列回路とを有することを特徴とする。

請求項1から5の発明によれば、直流電動機の回生制動を開始する際の界磁電流を、簡単な構成によって確実に制御可能な駆動制御装置を提供することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。

図2は実施例の直流電動機の駆動制御装置の構成例を示す回路図である。

図2において、スイッチ5が開いた電動機2の駆動時は、バッテリ1の両端子間に電動機2の界磁コイル2b、ダイオード4および電動機2の電機子2aからなる直列回路が接続され、電動機2は直巻電動機として動作する。

また、スイッチ5を閉じると、界磁コイル2bに流れる界磁電流は、スイッチ5を介して、抵抗器7へ流れる。従って、スイッチ5を閉じた直後の界磁電流は、バッテリ1の電圧、界磁コイル2bの直流抵抗値および抵抗器7の抵抗値によって決まる電流値に制御される。制動開始時の界磁電流の値は、制動開始前の界磁電流の値よりも増加するように抵抗器7の抵抗値を設定する。なお、界磁電流の値の増加量は、必要とする制動力に応じて設定する。

スイッチ5を閉じて制動開始前の界磁電流の値よりも大きい界磁電流を流すと、電機子2aは発電状態になる。従って、ダイオード4は逆バイアス状態で不導通になり、ダイオード9は順バイアス状態で導通し、電機子2aからダイオード9を介してバッテリ1に回生電流が流れ、電動機2は回生制動状態になる。

なお、図2には、整流手段をダイオードとする例を示すが、ダイオードのほかに、制御端と電流路を有する半導体素子、すなわちバイポーラトランジスタ、FETなどを使用して制御することも可能であり、また、バイポーラトランジスタ、FETなどを使用した整流回路で構成することも可能である。

この発明の電動機2において、抵抗器7は通常は無限大としておき、制動を開始（すなわち、電気自動車においてブレーキペダルを踏み込むことにより、スイッチ5がオンされ、ブレーキペダルを踏み込むストローク長により抵抗器7の抵抗値が変化するようにする。具体的には、ブレーキペダルを踏み込む程、抵抗値が小となるようにする）してから、抵抗値を変化させる。このようにすることで、自動車の運転者は、制動開始時のショックを受けるようなことはなく、従来の摩擦式ブレーキのように、ごく自然な感覚で制動を行うことがでる。

そして、スイッチ5を開けば、界磁コイル2b、ダイオード4および電機子2aからなる直列回路が構成され、再び、電動機2は駆動状態になる。

なお、電動機2を電気車などに用いる場合、上記の構成に加えて、電動機2の正転逆転を切り換える手段、電動機2の回転速度を制御する手段（例えば図1に示す、電機子2aの電流をチョッパ制御する制御回路10およびトランジスタ6）が必要（図2において、例えば、界磁コイル2bの上端とバッテリ1の間に直列に挿入してもよい）になるが、図2では省略する。

電動機2を逆回転する場合、電機子2aの回転方向に回動可能に構成され、整流子に摺動するブラシを保持するブラシ保持機構を更に備える（図示しない）ことで、整流子とブラシの電気角を可変とし、通常はプラスの電気角で正回転する電動機を、ブラシ保持機構によりブラシを回転させ、マイナスの電気角にすることで可能となる。

また、電動機2の駆動トルクを可変する場合、通常はブラシの電気角は90°であるところ、ブラシの電気角を少し進めることでトルクが増大し、さらに電気角を進めることで、電動機2の回転速度を上げることが可能であり、逆回転の場合は電気角をマイナスとするだけで同様の作用がある。

図2に示す回路においては、電動機2を駆動状態から回生制動状態に切り換える（スイッチ5を閉じる）際、界磁電流の値は抵抗器7によって制御される。言い換えれば、抵抗器7の抵抗値によって制動開始時の界磁電流を確実に制御することができる。従って、制動開始時の電機子2の回生制動状態を制御することができ、バッテリ式電気車などの回生制動としても適切な動作にすることができる。

このように、極めて簡単な構成により、回生制動を開始する際の界磁電流を制御して、電動機2の駆動状態から回生制動状態への移行を適切に行うことができる。

なお、スイッチ5には、接点をもつ機械的なスイッチ、無接点の半導体スイッチなど任意のスイッチを利用することができる。また、抵抗器7も電子負荷装置のような電子式の抵抗器であってもよい。

直流電動機の駆動・回生制動回路の一例を示す回路図、 実施例の直流電動機の駆動・回生制動回路の一例を示す回路図である。

Claims (7)

1. 直流電動機の界磁コイルと電機子の間に接続され、直流電源から前記界磁コイルおよび前記電機子を経て前記直流電源に戻る回路に電流を流す第一の整流手段と、
   前記電機子と前記第一の整流手段の接続点と、前記直流電源の間に接続され、前記電機子から前記直流電源を経て前記電機子に戻る回路に電流を流す第二の整流手段と、
   前記第一の整流手段と前記電機子の直列回路に並列に接続される、スイッチと電流制御手段の直列回路とを有することを特徴とする直流電動機の駆動制御装置。
2. 前記スイッチが開において、前記直流電動機は駆動状態にあることを特徴とする請求項1に記載された直流電動機の駆動制御装置。
3. 前記スイッチが閉において、前記直流電動機は回生制動状態にあることを特徴とする請求項1または請求項2に記載された直流電動機の駆動制御装置。
4. 前記スイッチが閉における前記界磁コイルの電流値は、前記スイッチが開における前記界磁コイルの電流値よりも大きいことを特徴とする請求項1から請求項3の何れかに記載された直流電動機の駆動制御装置。
5. 前記電流制御手段は、抵抗器、可変抵抗器および電子式の抵抗器の何れかであることを特徴とする請求項1から請求項4の何れかに記載された直流電動機の駆動制御装置。
6. 前記整流手段は、ダイオード、制御端と電流路を有する半導体素子および整流回路の何れかであることを特徴とする請求項1に記載された直流電動機の駆動制御装置。
7. さらに、前記電機子の回転方向に回動可能に構成され、整流子に摺動するブラシを保持するブラシ保持機構を有することを特徴とする請求項1に記載された直流電動機の駆動制御装置。

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