JP4077889B2

JP4077889B2 - 直流電動機過電流検出装置

Info

Publication number: JP4077889B2
Application number: JP28048095A
Authority: JP
Inventors: 顕敏趙; 容虎金
Original assignee: フェアチャイルドコリア半導體株式会社
Priority date: 1994-11-29
Filing date: 1995-10-27
Publication date: 2008-04-23
Anticipated expiration: 2015-10-27
Also published as: US5666066A; JPH08220152A; KR0132521B1; KR960018592A; DE19544505A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流電動機過電流検出装置に係り、より詳しくは、直流電動機に流れる電流を電圧に変えて基準電圧を超過する値を積分して直流電動機が拘束された時の過電流を検出することによって、初期強制動作をせずに、小さい容量のキャパシタを用いてノイズ及び瞬間過負荷に強く、かつ拘束による大きい過電流に対して素早く動作する直流電動機過電流検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、一般的な直流電動機の電流波形図である。
【０００３】
一般的に、電動機は図３のような波形をもって駆動される。最初（t0）に、電動機が駆動され始めると、一定期間（Ａ）の間、電流量が多くなる。その後、正常動作状態に戻る。そして、機械的な拘束がある前まで（Ｂ）、通常動作の電流が流れながら電動機が駆動される。
【０００４】
前記のように動作している際に機械的な拘束が生じると、電動機は駆動できなくなり、電源は引き続き供給されることによって拘束電流が流れ、この電流が電動機を破損させる恐れがある。
【０００５】
前記のとおり機械的リレー（relay ）または半導体電力素子を利用して直流電動機を動作させる時、機械的拘束などによって直流電動機が損傷されることを避けるため電源供給を中断させる必要がある。
【０００６】
一般的に前記のように電動機が拘束された場合には、直流電動機に流れる過電流を検出してリレーまたは半導体電力素子をオフさせる方法を用いている。
【０００７】
ところが、前記過電流を検出するにあたっては、初期動作の際に生じる過電流や機械装置の瞬間的な拘束による過負荷により生じる過電流に対しては、過電流保護装置が動作しないように、鈍感に反応することが好ましい。
【０００８】
従来は、初期動作の際に生じる過電流による誤動作を防止するため、動作が正常動作状態になるまでの時間、すなわち、約０．２〜０．４秒の初期過度時間の間、過電流検出を行わない方法を取っている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記のような方法では、初期過度時間のあいだ過電流検出を排除するための回路が複雑になり、また、その間は、実際に機械的に拘束された場合にも、回路が強制に動作するので、電動機に無理がかかるという問題がある。
【００１０】
また、従来の方法において、単に低域通過フィルター（LPF, Low-pass Filter）を用いて初期過度時間の間の過電流を解決する方法がある。しかし、この場合、用いられるキャパシタの容量は大きくなければならないという問題や、機械装置に潤滑油が少なすぎるか温度の低い状態で動作する中では、低周波数成分でありながら基準電流値より若干上回る動作電流値においてもよく誤動作する場合の問題、そして実際に機械装置が拘束される場合にその応答速度が遅いという問題がある。
【００１１】
本発明の目的は、過電流から直流電動機を保護するため、直流電動機に流れる電流を電圧に変換して基準電圧を超過する値を積分した後、比較器で比較して直流電動機が拘束された時の過電流を検出することにより、機械装置が拘束されている場合には初期強制動作を行わず、また、小さい容量のキャパシタを用いてノイズ及び瞬間過負荷に対して誤動作せずに正確に動作し、実際の拘束により発生する大きい過電流に対して素早く動作する直流電動機過電流検出装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る直流電動機過電流検出装置は、電動機に流れる電流信号を電圧信号に変えて出力する信号変換手段３０と、該信号変換手段３０から入力される信号を一定の基準電圧Ｖref1と比較して基準電圧を超過する値を積分して出力する信号積分手段４０と、該信号積分手段４０から入力された信号を一定の基準電圧Ｖref2と比較して、基準電圧より小さい場合に過電流が流れていることを判断して信号を出力する過電流判断手段５０からなる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００１４】
図１は、本発明による直流電動機過電流検出装置を適用した回路図であり、図２（ａ）〜（ｄ）は図１の各地点における波形図である。
【００１５】
図２（ａ）は、初期に入力される始動信号の波形図であり、（ｂ）は時間の流れに従う電動機電圧と第１比較基準電圧の波形図であり、（ｃ）は時間の流れに従う積分電圧と第２比較基準電圧の波形図であり、（ｄ）は時間の流れに従うリセット信号の波形図である。
【００１６】
図１に示されるように、本発明による直流電動機過電流検出装置は、電動機を駆動させる信号が入力される信号入力端子Ｉとリセット信号が入力されるリセット端子Ｒから各信号が入力されて、信号出力端子Ｏを通じて電動機制御信号を出力する制御部１０と、制御部１０から出力される制御信号に従って動作し、電動機を駆動する信号を出力する電動機駆動部２０と、電動機駆動部２０の出力端子に連結され、電動機駆動部２０から入力される信号に従って駆動される電動機Ｍと、電動機Ｍに流れる電流信号の値を電圧に変換して出力する信号変換部３０と、信号変換部３０から入力される信号を一定の基準電圧と比較して基準電圧を超過した値を積分して出力する信号積分部４０と、信号積分部４０から入力された信号を基準電圧と比較して基準電圧より小さい場合に過電流が流れていることを判断して制御部１０にリセット信号を出力する過電流判断部５０とから構成される。
【００１７】
電動機駆動部２０は、制御部１０の出力端子Ｏがベース端子に連結され、エミッタ端子が接地されているトランジスタＱ２と、電源Ｖ_DCが一方の端子に連結され、トランジスタＱ２のコレクタ端子が信号入力端子に連結されたリレーＲＹとからなる。
【００１８】
リレーＲＹは、電源Ｖ_DCが一方の端子に連結され、トランジスタＱ２のコレクタ端子が他方の端子に連結された電磁石ＥＭ２と、電磁石ＥＭ２の一方の端子に一方の端子が連結され、他方の端子が電動機Ｍの一方の端子に連結されているスイッチＳ２とからなる。
【００１９】
信号変換部３０は、電動機Ｍの他方の端子に一方の端子が連結されており、他方の端子が接地されている抵抗Ｒｓからなる。
【００２０】
信号積分部４０は、信号変換部３０の抵抗Ｒｓに一方の端子が連結されている入力抵抗Ｒinと、入力抵抗Ｒinの他方の端子が反転入力端子に連結され、第１比較基準電圧Ｖref1が非反転入力端子に連結されている演算増幅器ＯＰ４と、入力抵抗Ｒinに一方の端子が連結され、演算増幅器ＯＰ４の出力端子に他方の端子が連結されたキャパシタＣinとからなる。
【００２１】
過電流判断部５０は、信号積分部４０の出力端子が反転入力端子に連結され、第２比較基準電圧Ｖref2が非反転入力端子に連結されている演算増幅器ＯＰ５からなる。
【００２２】
前記のように構成されている本発明の動作は次のとおりである。
【００２３】
制御部１０の信号入力端子Ｉに図２（ａ）のような駆動信号ＯＳが入力されると、制御部１０から電動機駆動部２０へ信号が出力されてトランジスタＱ２がオンされる。それに従って、リレーＲＹがオンされてスイッチＳ２がクローズされ、電動機駆動電源Ｖ_DCが電動機Ｍに伝達されて電動機Ｍが駆動される。
【００２４】
電動機Ｍが駆動されると電動機電流Ｉ_Mが流れるが、信号変換部３０の抵抗Ｒｓによって電動機Ｍの他方の端子における電動機電圧Ｖｓは、図２（ｂ）のように測定される。
【００２５】
信号積分部４０は、電動機電圧Ｖｓが入力抵抗Ｒinを経て反転入力端子を通じて入力される。
【００２６】
前記において、入力抵抗Ｒinの大きさは信号変換部３０の抵抗Ｒｓの大きさに比べてはるかに大きいため、抵抗Ｒｓの信号値に影響を及ぼさない。
【００２７】
そして、前記において入力された信号を第１比較基準電圧Ｖref1と比較して超過した値を積分した後、図２（ｃ）のような積分電圧Ｖamp を出力する。
【００２８】
過電流判断部５０は、信号積分部４０から出力された積分電圧Ｖamp が反転入力端子を通じて入力されて、これを第２比較基準電圧Ｖref2と比較する。そして、積分電圧Ｖamp が第２比較基準電圧Ｖref2より小さい場合には、制御部１０に図２（ｄ）のようなリセット信号ＲＳを出力する。
【００２９】
過電流判断部５０からリセット信号ＲＳが出力されると、制御部１０には当該リセット信号がリセット端子Ｒを通じて入力されて、電動機をオフさせる信号を出力する。
【００３０】
図２（ｂ）に示すように、初期始動電源ＯＳが印加されると電動機の初期作動によって瞬間的に過電流ＳＳ１が発生する。この際感知される電動機電圧Ｖｓは第１比較基準電圧Ｖref1より大きいが、この際の過電流によって電動機をストップしてはならない。
【００３１】
本実施の形態では、図２（ｃ）のように、電動機電圧Ｖｓの基準電圧超過分が積分された値である積分電圧Ｖamp を第２比較基準電圧Ｖref2と比較する。
【００３２】
前記のとおり比較すれば、たとえ、初期始動による過電流が発生しても、その値が電動機を破損させる程ではないと判断し、電動機の作動をストップさせるリセット信号ＲＳを出力しないことになる。
【００３３】
また、電動機駆動中に瞬間的に拘束が発生することがあるが、そのような場合にも瞬間の過電流ＳＳ２が発生する。
【００３４】
この場合にも、積分電圧Ｖamp を求めてこの値を第２比較基準電圧Ｖref2と比べれば、第２比較基準電圧Ｖref2の値がより大きいのでリセット信号ＲＳを発生しない。
【００３５】
更に、機械装置と電動機との間の摩擦力が大きくなることによって、電流は小さいが、長い時間の間過電流ＳＳ３が発生され得るが、この場合にも電動機が破損される程の状況ではないので電動機をストップする必要がない。
【００３６】
この場合も、積分電圧Ｖamp を第２比較基準電圧Ｖref2と比べることにより、電動機を破損させる程ではないと判断し、リセット信号ＲＳを発生させない。
【００３７】
ところが、機械装置に連結された電動機の動作が完了されるか、若しくは制動されて電動機が拘束された場合に発生される過電流ＳＳ４については電動機電圧Ｖｓが第１比較基準電圧Ｖref1より大きいことはもちろん、積分電圧Ｖamp の大きさも第２比較基準電圧Ｖref2より大きくなってリセット信号ＲＳを発生し、制御部１０においてはこの信号の入力を受けて電動機Ｍをストップする信号を出力する。
【００３８】
すなわち、初期始動による瞬間的な過電流ＳＳ１や、動作中に発生する瞬間的な過電流ＳＳ２、そして機械的な摩擦力の増加による微弱な過電流ＳＳ３と、実際的な電動機拘束によって現われる過電流ＳＳ４とを区別して信号を処理することができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、直流電動機に流れる過電流を検出するにあたって、電動機の過電流分を積分してその信号を比較基準電圧と比較することにより、直流電動機が拘束された時の過電流を検出し、初期始動による瞬間的な過電流ＳＳ１、動作中に発生する瞬間的な過電流ＳＳ２及び機械的な摩擦力の増加による微弱な過電流ＳＳ３と、実際的な電動機の拘束によって現われる過電流ＳＳ４とをはっきり区別することができ、機械装置が拘束されている時には初期強制動作をせず、また、小さい容量のキャパシタを用いてノイズ及び瞬間過負荷に対して誤動作せずに正確に動作し、実際の拘束による大きい過電流に対して素早く動作する直流電動機過電流検出装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による直流電動機過電流検出装置を適用した回路図である。
【図２】図１の各地点における波形図である。
【図３】一般的な直流電動機の電流波形図である。
【符号の説明】
１０制御部
２０電動機駆動部
３０信号変換部
４０信号積分部
５０過電流判断部
Ｉ信号入力端子
Ｒリセット端子
Ｏ信号出力端子
Ｍ電動機
Ｑ２トランジスタ
ＯＰ４，ＯＰ５演算増幅器
ＥＭ２電磁石

Claims

電動機に流れる電流信号を電圧信号に変えて出力する信号変換手段と、
前記信号変換手段の抵抗に一方の端子が連結されている入力抵抗と、該入力抵抗の他方の端子が反転入力端子に連結され、第１比較基準電圧が非反転入力端子に連結されている演算増幅器と、前記入力抵抗の他方の端子に一方の端子が連結され、前記演算増幅器の出力端子に他方の端子が連結されたキャパシタとからなり、該信号変換手段から入力される信号を第１比較基準電圧と比較して、前記第１比較基準電圧を超過する値を積分して出力する信号積分手段と、
該信号積分手段から入力された信号を第２比較基準電圧を比較して、前記第２比較基準電圧より小さい場合に過電流が流れていることを判断してこれに対する信号を出力する過電流判断手段と、
を含むことを特徴とする直流電動機過電流検出装置。
前記信号変換手段は、
前記電動機に一方の端子が連結されており、他方の端子が接地されている抵抗からなることを特徴とする請求項１記載の直流電動機過電流検出装置。