JP4105627B2 - Ｄｃモータ用制御装置 - Google Patents
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Description
本発明は、少なくとも４つのスライド接点(Schleifkontakte)を有するモータ巻線に給電するためのコミュテータ(Kommutator)を備えるＤＣモータ用制御装置に関し、この制御装置は、モータ速度より十分高いクロック周波数でパルス幅変調される少なくとも１つの制御信号を発生する変調段(Modulationsstufe)と、上記の少なくとも１つの制御信号によって制御され、上記のコミュテータに給電し、パルス幅変調された上記の制御信号によって制御される電子スイッチを備える少なくとも１つの負荷区分(Lastzweig)を有する制御回路とを含む。
この種の制御装置は、ＤＣモータのスライド接点の全てを有するコミュテータ全体が常に単一の負荷区分によって制御される現状の技術状態からは知られていない。
この種の負荷区分は電子モータの容量に応じて寸法が決められ、ここで制御装置は特に、生ずるフリーホイール電流を負担し、パルス幅変調が制御装置に給電する電力システムに及ぼす反作用効果を出来る限り小さくするように設計されなければならない。
本発明の基本的な目的は制御装置を出来る限り安価に設計することである。
本発明の基本的な目的は制御装置を出来る限り安価に設計することである。
この目的は本発明によって、最初に述べたような制御装置において、スライド接点が少なくとも２つの制御グループを形成するように結合されること、上記のスライド接点がその各グループ内で並列給電スライド接点対(Parallel gespeisten Schleifkontaktpaarung）を形成するように結合されること、そして上記の制御グループの各々がそれに付属するそれ自身の負荷区分を有することで達成される。
本発明の解決方法の利点は、電力が少なくとも２つの制御グループの間で分割され、そして制御グループの各々はそれに付属するそれ自身の負荷区分を有する結果として、各負荷区分によって接続されるべき電力が低減するということに見られるべきである。これにより、結果的にかなり安価な部品を使用することができ、１つの負荷区分の代わりに２つの負荷区分が備えられ、従ってそれによって部品が多くなるという事実にもかかわらずコストの低減になる程かなりのコスト的利点が生ずる。
更に、本発明の解決方法の別の大きな利点は、１つの負荷区分つまりモータ巻線のブレークダウンが生じてもモータはなお運転を続けるので、即ち他の負荷区分がなお運転していることによって、機能不全に対してより大きな安全性が確保されることである。結果的に、この場合はＤＣモータのフルパワーはもはや得られないが、特に自動車用の補助ユニット、例えばファン駆動用ＤＣモータの場合には、その付属ユニットが負荷区分の部品故障あるいは欠陥モータ巻線のために完全にブレークダウンするか、あるいはＤＣモータはフルパワーでは運転できなくても部分的な負荷範囲に於いてなお運転できるかどうかということは決定的に重要なことである。
本発明の範囲内では、モータ巻線は、正確に云えばオーミック抵抗とコンデンサをも有するが、簡単のために誘導性負荷として示されている。
本発明の範囲内では、モータ巻線は、正確に云えばオーミック抵抗とコンデンサをも有するが、簡単のために誘導性負荷として示されている。
本発明の解決方法は、特に、２つの対より多いスライド接点の対が存在し、従ってまた２つより多い制御グループ、即ち、例えば少なくとも３つあるいはそれより多い制御グループが使用され、従って、３つあるいはそれより多い負荷区分のときには、１つの負荷区分あるいは１つのモータ巻線の故障のときＤＣモータのパワーの若干の低減となるのみで、例えば自動車において少なくとも一時的な非常運転を許容するので、有利に使用することができる。
負荷区分の設計に関しては、これ以上の詳細には触れない。１つの特に好適な解決方法は、各負荷区分が、スライド接点の対に直列に接続された電子スイッチと、特にその電子スイッチを保護する働きをし、電子スイッチがスイッチオフするときにモータ巻線のフリーホイール電流（Freilaufstrom）を負担するような位置にあるフリーホイール部品とを含むようにすることである。
負荷区分の設計に関しては、これ以上の詳細には触れない。１つの特に好適な解決方法は、各負荷区分が、スライド接点の対に直列に接続された電子スイッチと、特にその電子スイッチを保護する働きをし、電子スイッチがスイッチオフするときにモータ巻線のフリーホイール電流（Freilaufstrom）を負担するような位置にあるフリーホイール部品とを含むようにすることである。
種々の負荷区分の制御に関しては、最もいろいろな解決方法が考えられる。例えば、変調段がパルス幅変調された単一の制御信号で全ての負荷区分を、それらの負荷区分が全て同じ制御信号で並列に動作するように制御するように、変調段を設計することが考えられるであろう。
しかしながら、変調段が負荷区分の各々に対してパルス幅変調された別々の制御信号を発生する場合、これは負荷区分を個別的に制御する可能性を提供し、特に有利である。
しかしながら、できる限り簡単に負荷区分の異なった制御を設計するために、少なくとも２つの制御信号が同じ周期期間（Periodendauer）を有するように備えるのが好ましい。
しかしながら、変調段が負荷区分の各々に対してパルス幅変調された別々の制御信号を発生する場合、これは負荷区分を個別的に制御する可能性を提供し、特に有利である。
しかしながら、できる限り簡単に負荷区分の異なった制御を設計するために、少なくとも２つの制御信号が同じ周期期間（Periodendauer）を有するように備えるのが好ましい。
更に、上記の少なくとも２つの制御信号が同じパルス幅変調を有する、即ち、スイッチオン時間期間からスイッチオフ時間期間まで同じ動作を有するようにするのが有利である。その結果、特にパルス幅変調された制御信号の発生のために回路技術的に簡単化が可能となる。
更に、それは特に、上記の少なくとも２つの制御信号が相互にフェーズロックされるときに、負荷区分を同期させて運転させることができるために、好ましい。
更に、それは特に、上記の少なくとも２つの制御信号が相互にフェーズロックされるときに、負荷区分を同期させて運転させることができるために、好ましい。
パルス幅変調された制御信号が相互に位相シフトされるときには、例えば、負荷区分の１つがそれに付属するモータ巻線に、負荷区分の他の1つがそれに付属するモータ巻線に電流を供給していないときに、電流を供給することが可能であるということにより、制御装置がそれに給電する電力システム、例えば自動車の電気システムに及ぼす反作用効果を最小化するために、負荷区分を、それらの電流の消費が時間に対してできる限り最適になるように分布されるようにして動作させることが可能であるので、なおさら有利である。
これは、負荷区分の１つのスイッチオン時間及び負荷区分の他の１つのスイッチオフ時間が相互に対して予め定められているときで、この負荷区分の１つのスイッチオン時間と負荷区分の他の１つのスイッチオン時間との間の時間間隔が設定されるべきＰＷＭ比の値に従って変るときに特に好適に実現することができる。この解決方法により、負荷区分が、パルス幅変調され、かつ相互にフェーズロックされた制御信号で運転することができるようになるが、しかしながら、この場合、制御装置が時間にわたってできる限り均一な電流要求を有するように制御装置を設計するために、位相位置(Phasenlage)は必要な場合はＰＷＭ比によって変えられる。
この場合、制御装置は、負荷区分の１つが、負荷区分の他の１つがスイッチオフされるときにスイッチオンされるように、負荷区分を制御するとき特に目的に適う。それによって結果的に、周期期間あるいはクロックサイクル（Taktzyklus）の少なくとも一部に対して、1つの負荷区分が少なくとも一時的にはフリーホイール状態にあり、そして他の１つは電流が供給されている状態にあるという状態を達成することができる。
更に、第１の運転範囲において、負荷区分の各々が、それぞれ他の負荷区分がスイッチオフされるときだけスイッチオンされるとき有利である。
更に、第１の運転範囲において、負荷区分の各々が、それぞれ他の負荷区分がスイッチオフされるときだけスイッチオンされるとき有利である。
この運転モードにより、負荷区分の電流要求が時間にわたってできる限り均一な状態になり、そして、負荷区分の１つが、他の負荷区分が電流が供給されている状態である限り、フリーホイール状態であることが常に保証されるので、場合によっては電流指令において生ずる如何なる中断も、簡単な方法で、簡単な手段、例えば簡単なコンデンサ、あるいはまた、必要な場合はフリーホイール区分（Freilaufzweig）によって補償することができるようになる。
これは、特に、上記の第１の運転範囲において、負荷区分の各々が、負荷区分のそれぞれ他の１つの任意のスイッチオンに先だって時間ギャップを持ってスイッチオフされるときに有利に実現することができる。
これは、特に、上記の第１の運転範囲において、負荷区分の各々が、負荷区分のそれぞれ他の１つの任意のスイッチオンに先だって時間ギャップを持ってスイッチオフされるときに有利に実現することができる。
１つの有利な解決方法は、スイッチオフされる負荷区分が他の負荷区分がスイッチオンされるときに安全にスイッチオフされるように、負荷区分の各々のスイッチオフとそれぞれ他の負荷区分のスイッチオンとの間、第１の運転範囲において周期期間の例えば０．５％の最小時間期間を備えるようにすることである。
更に、パルス幅変調された制御信号は、第１の運転範囲において、負荷区分のフェーズ―ロック運転にもかかわらず、第１の運転範囲において、１つの負荷区分のスイッチオン時間と他の負荷区分のスイッチオフ時間が、上記の１つの負荷区分のスイッチオフ時間と他の負荷区分のスイッチオン時間とに関して変ることによって変えることができる。
上記の第１の運転範囲における負荷区分の運転は、しかしながら約５０％のＰＷＭ比に到達するまでのみ可能である。
更に、パルス幅変調された制御信号は、第１の運転範囲において、負荷区分のフェーズ―ロック運転にもかかわらず、第１の運転範囲において、１つの負荷区分のスイッチオン時間と他の負荷区分のスイッチオフ時間が、上記の１つの負荷区分のスイッチオフ時間と他の負荷区分のスイッチオン時間とに関して変ることによって変えることができる。
上記の第１の運転範囲における負荷区分の運転は、しかしながら約５０％のＰＷＭ比に到達するまでのみ可能である。
５０％より大きいＰＷＭ比では、上述の条件は実現できない。
このために１つの負荷区分が、負荷区分の他の１つのスイッチオフの時あるいはスイッチオフ後にのみ第２の運転範囲でスイッチオンされるように備えることが好適である。この処置により、少なくとも部分的に１つの負荷区分のスイッチオフと他の負荷区分のスイッチオンがほぼ同時に、あるいは少なくとも時間的に接近して行われることが可能になる。
この解決方法は、第１の運転状態から第２の運転状態への移行が起こり、５０％より大きいＰＷＭ比がこの第２の運転状態で負荷区分を制御するために使用されるときに特に適する。
このために１つの負荷区分が、負荷区分の他の１つのスイッチオフの時あるいはスイッチオフ後にのみ第２の運転範囲でスイッチオンされるように備えることが好適である。この処置により、少なくとも部分的に１つの負荷区分のスイッチオフと他の負荷区分のスイッチオンがほぼ同時に、あるいは少なくとも時間的に接近して行われることが可能になる。
この解決方法は、第１の運転状態から第２の運転状態への移行が起こり、５０％より大きいＰＷＭ比がこの第２の運転状態で負荷区分を制御するために使用されるときに特に適する。
他の可能性は、負荷区分の各々が、それぞれ他の１つの負荷区分のスイッチオンの後及びスイッチオフの前に上記の第２の運転範囲でスイッチオンされるようにすることである。
本発明の解決方法の意味するところでは、負荷区分のスイッチオンあるいはスイッチオフは、特に、この負荷区分に備えられている電子スイッチのスイッチオン、従って閉、あるいはそのスイッチオフ、従って開として理解されるべきである。
本発明の意味では電子スイッチは特に静電効果トランジスタである。
本発明の解決方法の意味するところでは、負荷区分のスイッチオンあるいはスイッチオフは、特に、この負荷区分に備えられている電子スイッチのスイッチオン、従って閉、あるいはそのスイッチオフ、従って開として理解されるべきである。
本発明の意味では電子スイッチは特に静電効果トランジスタである。
パルス幅変調された制御信号の適切な選定にもかかわらず生ずる本発明の制御装置の電流要求における変動を補償する可能性については、これまでのところ詳細には述べなかったが、例えば、ある場合には適当な大きさのコンデンサを制御装置の入力側に備えて電圧及び電流の変動を補償することで十分である。
このようなコンデンサは、1つの負荷区分が、他の負荷区分がスイッチオンされるときにスイッチオフされるように、それらが常に少なくとも意味のある制御範囲内に、特に５０％より小さいＰＷＭ比の範囲内に置かれるように、パルス幅変調された制御信号が時間的に位相シフトされるときに、特に適切である。
このようなコンデンサは、1つの負荷区分が、他の負荷区分がスイッチオンされるときにスイッチオフされるように、それらが常に少なくとも意味のある制御範囲内に、特に５０％より小さいＰＷＭ比の範囲内に置かれるように、パルス幅変調された制御信号が時間的に位相シフトされるときに、特に適切である。
しかしながら、特に有利な解決方法は、各負荷区分における電子スイッチがそれぞれの制御グループを形成するスライド接点の対の第１の接続部と第１の電圧接続部との間に配置されていることと、そしてそれぞれの制御グループのスライド接点の対の第２の接続部が第２の電圧接続部とつながっていることと、第１の電圧接続部に接続されたコンデンサ、そしてスライド接点の対の第２の接続部に接続されたインダクタ、並びにフリーホイール区分のコンデンサとインダクタの間の中間タップとスライド接点の対の第１の接続部との間に配置され、そしてそれを介してそのスライド接点の対に付属するモータ巻線のフリーホイール電流が電子スイッチが開かれるときに流れるフリーホイールダイオードを直列接続として有するフリーホイール区分が備えられることに対して提供される。
この解決方法の利点は、電流が供給されている状態からフリーホイール状態への移行中に、電圧接続部に流れる電源電流の変動がフリーホイール区分のコンデンサとインダクタによって低減され、更に、電子スイッチとフリーホイール区分の中間タップとに生ずる電圧ピークが平にされ、第１の電圧接続部と第２の電圧接続部に影響を及ぼさないかあるいは僅かの影響しか及ぼさなくなり、従って第１の電圧接続部と第２の電圧接続部はいかなる望ましくない電圧ピークからも遮蔽されるということに見られるべきである。
原理的には、各負荷区分に別個のフリーホイール区分を付属させることが考えられよう。しかしながら、１つの特に好適な解決方法は、少なくとも２つの負荷区分が１つのフリーホイール区分に並列に接続されるように備えることである。
原理的には、各負荷区分に別個のフリーホイール区分を付属させることが考えられよう。しかしながら、１つの特に好適な解決方法は、少なくとも２つの負荷区分が１つのフリーホイール区分に並列に接続されるように備えることである。
しかしながら、幾つかの負荷区分を１つのフリーホイール区分に並列に接続することも考えられる。
このような幾つかの負荷区分の、１つの同じフリーホイール区分への並列接続は、できるだけ小さな部品サイズ、従って要求される回路費用の節約という本願発明の利点を達成することを可能にする。
この解決方法で、特に、コンデンサを流れる電流が低減され従ってその寿命が増大し、更に、安価なコンデンサを使用することが可能となる。
この場合、幾つかの負荷区分が、単一の負荷区分と同じように、従って各負荷区分において同じ状態が結果的に生ずるようにフリーホイール区分に並列に接続されるのが好適である。
少なくとも２つの負荷区分が同じ回路構成を有する、即ち、特に電子スイッチと、直列に接続されたスライド接点の対、並びにそれらの間の中間タップの構成を有するときに特に好適である。
このような幾つかの負荷区分の、１つの同じフリーホイール区分への並列接続は、できるだけ小さな部品サイズ、従って要求される回路費用の節約という本願発明の利点を達成することを可能にする。
この解決方法で、特に、コンデンサを流れる電流が低減され従ってその寿命が増大し、更に、安価なコンデンサを使用することが可能となる。
この場合、幾つかの負荷区分が、単一の負荷区分と同じように、従って各負荷区分において同じ状態が結果的に生ずるようにフリーホイール区分に並列に接続されるのが好適である。
少なくとも２つの負荷区分が同じ回路構成を有する、即ち、特に電子スイッチと、直列に接続されたスライド接点の対、並びにそれらの間の中間タップの構成を有するときに特に好適である。
原理的には、種々の負荷区分の構成要素の電気パラメータが同じになるように構成することは必ずしも必要ではないであろう。異なった寸法の構成要素を有する負荷区分において運転することは容易に可能であり、例えば異なった寸法を有するモータ巻線を備えることも考えられるであろう。
しかしながら、モータ巻線、従って誘導性負荷は実質的に同じインダクタンスを有するとき特に好適である。
しかしながら、モータ巻線、従って誘導性負荷は実質的に同じインダクタンスを有するとき特に好適である。
それぞれの負荷区分の中間タップでの望ましくないピーク電圧をできる限り小さく保つために、５０ナノヘンリ（Nano Henry）より小さいインダクタンスの線によってフリーホイール区分のコンデンサの第１の接続部が電子スイッチの第１の接続部に接続されるように備えることが好適である。このような低誘導性接続で、コンデンサを流れる電流の可能な限り急速な変化が達成されるようにすることができる。
フリーホイール区分の寸法決めに関しては、それに関するこれまでの説明に関連して与えられたより詳細には説明しないが、例えば、１つの特に有利な実施例は、フリーホイール区分におけるインダクタの値とコンデンサの値との積がパルス幅変調される制御信号のサイクルタイム（Zykluszeit）の２乗より大きくするように備えることである。
この寸法決めで、電子スイッチのスイッチオフ及びスイッチオン中の電流変化及び電圧ピークが電源電圧接続部とグラウンド接続部に所望の小さな程度にしか影響を及ぼさないようにすることが可能となる。
この寸法決めで、電子スイッチのスイッチオフ及びスイッチオン中の電流変化及び電圧ピークが電源電圧接続部とグラウンド接続部に所望の小さな程度にしか影響を及ぼさないようにすることが可能となる。
電流の変化と電圧のピークとをできる限り良好に抑制することを達成するために、フリーホイール区分のコンデンサの値が１つのモータ巻線あるいは複数のモータ巻線を流れる電流の最大値と上記のサイクルタイムとの積を、第１の電圧接続部と第２の電圧接続部との間の電圧によって割り算した値よりかなり大きくなるように備えることが好適である。
寸法決めの場合に於いて、幾つかの負荷区分を備える場合におけるモータ巻線を流れる電流として、モータ巻線を流れるそれぞれの可能最大電流より大きな値を考えるべきであるということを考慮すべきである。
寸法決めの場合に於いて、幾つかの負荷区分を備える場合におけるモータ巻線を流れる電流として、モータ巻線を流れるそれぞれの可能最大電流より大きな値を考えるべきであるということを考慮すべきである。
本発明の解決方法は、電圧接続部の１つが電源電圧接続部に接続され、電圧接続部の他の１つがグラウンドに接続されている全ての場合に有効である。
しかしながら、自動車で、第１の電圧接続部が電源電圧接続部に接続され、第２の電圧接続部がグラウンド接続部に接続されているときに、本発明の解決方法を使用するのが特に好適である。
本願発明のその他の特徴や利点は幾つかの実施例を示す以下の記載並びに図面の主題となる。
しかしながら、自動車で、第１の電圧接続部が電源電圧接続部に接続され、第２の電圧接続部がグラウンド接続部に接続されているときに、本発明の解決方法を使用するのが特に好適である。
本願発明のその他の特徴や利点は幾つかの実施例を示す以下の記載並びに図面の主題となる。
図１に示されている本発明の制御装置の第１の実施例は、ＤＣモータＭＯに対して全体を１０で示されている制御回路を含み、それで例えば自動車のファンの羽根車が駆動される。
制御回路１０は、制御回路１０の電源電圧接続部１２とグラウンド接続部１４との間に設置されて電源電圧Ｕを発生する電圧源Ｖを含む。
制御回路１０で、個々のモータ巻線Ｍ、例えば４つのモータ巻線Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４は、ＤＣモータＭＯの、カーボンブラシとして設計される例えば４つのスライド接点２１、２２、２３、２４を含むコミュテータ１６を介して電流が供給され、この場合図１に示されているコミュテータ１６の位置で、モータ巻線Ｍ１とＭ２がそれぞれ第１及び第２のスライド接点の対１８ａと１８ｂを介して電流が供給されて、これが第１の制御グループを形成し、そしてモータ巻線Ｍ３、Ｍ４はそれぞれ第３及び第４のスライド接点の対１８ｃと１８ｄを介して給電されて、これが第２の制御グループを形成する。
制御回路１０は、制御回路１０の電源電圧接続部１２とグラウンド接続部１４との間に設置されて電源電圧Ｕを発生する電圧源Ｖを含む。
制御回路１０で、個々のモータ巻線Ｍ、例えば４つのモータ巻線Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４は、ＤＣモータＭＯの、カーボンブラシとして設計される例えば４つのスライド接点２１、２２、２３、２４を含むコミュテータ１６を介して電流が供給され、この場合図１に示されているコミュテータ１６の位置で、モータ巻線Ｍ１とＭ２がそれぞれ第１及び第２のスライド接点の対１８ａと１８ｂを介して電流が供給されて、これが第１の制御グループを形成し、そしてモータ巻線Ｍ３、Ｍ４はそれぞれ第３及び第４のスライド接点の対１８ｃと１８ｄを介して給電されて、これが第２の制御グループを形成する。
モータ巻線Ｍ１からＭ４は、制御回路１０に対して主として誘導性負荷を示す。
モータ巻線Ｍ１からＭ４を作動させるために、制御回路１０は第１の負荷区分２０を含み、そこには電子スイッチＳ１と誘導性負荷、即ちこの場合は２つの並列に分路して給電されるモータ巻線Ｍ１とＭ２とが直列に接続され、ここで電子スイッチＳ１はスライド接点の対１８ａと１８ｂのスライド接点２１と電源電圧接続部１２との間に配置され、第１のスライド接点の対１８ａのスライド接点２２並びに第２のスライド接点の対１８ｂのスライド接点２３は各々グラウンド接続部１４に接続され、結局モータ巻線Ｍ１とＭ２はそれぞれ２つのスライド接点２１と２２との間及び２１と２３との間に配置される。
モータ巻線Ｍ１からＭ４を作動させるために、制御回路１０は第１の負荷区分２０を含み、そこには電子スイッチＳ１と誘導性負荷、即ちこの場合は２つの並列に分路して給電されるモータ巻線Ｍ１とＭ２とが直列に接続され、ここで電子スイッチＳ１はスライド接点の対１８ａと１８ｂのスライド接点２１と電源電圧接続部１２との間に配置され、第１のスライド接点の対１８ａのスライド接点２２並びに第２のスライド接点の対１８ｂのスライド接点２３は各々グラウンド接続部１４に接続され、結局モータ巻線Ｍ１とＭ２はそれぞれ２つのスライド接点２１と２２との間及び２１と２３との間に配置される。
更に、制御回路１０の第２の負荷区分５０は、並列に接続されたスライド接点の対１８ｃと１８ｄに直列に接続された電子スイッチＳ２を有し、ここで電子スイッチＳ２は電源電圧接続部１２と第３及び第４のスライド接点の対１８ｃと１８ｄのスライド接点２４との間に配置されているのに対し、第３のスライド接点の対１８ｃのスライド接点２２と第４のスライド接点２３とはグラウンド接続部１４に接続されている。
それぞれ第１の負荷区分２０及び第２の負荷区分５０のスイッチＳ１のみならずスイッチＳ２もそれぞれパルス幅変調された制御信号Ｓ１ＡとＳ２Ａで作動させることができ、それらは変調段ＭＳによって発生することができる。
それぞれ第１の負荷区分２０及び第２の負荷区分５０のスイッチＳ１のみならずスイッチＳ２もそれぞれパルス幅変調された制御信号Ｓ１ＡとＳ２Ａで作動させることができ、それらは変調段ＭＳによって発生することができる。
この場合、パルス幅変調された制御信号Ｓ１Ａ及びＳ２Ａは、図２に示すように、同じ周期期間つまりサイクルタイムＴＺを有するのが好適である。
更に、スイッチオフ時間期間ＴＡとスイッチオン時間期間ＴＥは、図２に示されているように、制御信号Ｓ１ＡとＳ２Ａの両方に対して同じであるのが好適である。
更に、スイッチオフ時間期間ＴＡとスイッチオン時間期間ＴＥは、図２に示されているように、制御信号Ｓ１ＡとＳ２Ａの両方に対して同じであるのが好適である。
サイクルタイムＴＺはモータＭＯの速度の倍数、例えばモータＭＯの速度の少なくとも１００倍、少なくとも３００倍ならなお良いが、に相当する倍数であるので、パルス幅変調された制御信号Ｓ１ＡとＳ２Ａは、モータ巻線Ｍ１とＭ２及びモータ巻線Ｍ３とＭ４がそれぞれスライド接点の対１８ａと１８ｂあるいは１８ｃと１８ｄに常時接続されているかのようにほぼ見える効果を与える。モータＭＯが更に回転すると、モータの巻線Ｍ１からＭ４がそれぞれスライド接点の対１８ａと１８ｂあるいは１８ｃと１８ｄに、別の関係で接続される結果となり、この場合モータ巻線は全て正常に第１近似において同じインダクタンスを有し、従ってそれらのスライド接点の対１８ａと１８ｂならびに１８ｃと１８ｄへの接続もまたモータ巻線Ｍ１とＭ２ならびにＭ３とＭ４の接続と同じように考えることができる。
１つの好適な実施例においては、モータ巻線Ｍ１からＭ４のインダクタンスは、選択されたサイクルタイムＴＺ、例えばＴＺが約５０μｓで電流がほぼ一定になるように大きく選定される。ＴＺは、特にモータ巻線Ｍ１、Ｍ２を流れる電流にギャップが生じないように小さく選定される。
制御信号Ｓ１ＡとＳ２Ａによる電子スイッチＳ１とＳ２の並列スイッチオンの如何なる反作用をも避けるために、コンデンサＫが電源電圧接続部１２とグラウンド１４の間に備えられ、これは、その位置で相応の大きさの場合、電圧源Ｖから電源電圧接続部１２への、そしてグラウンド接続部１４からの電流を少なくとも部分的に平滑化するためである。
制御信号Ｓ１ＡとＳ２Ａによる電子スイッチＳ１とＳ２の並列スイッチオンの如何なる反作用をも避けるために、コンデンサＫが電源電圧接続部１２とグラウンド１４の間に備えられ、これは、その位置で相応の大きさの場合、電圧源Ｖから電源電圧接続部１２への、そしてグラウンド接続部１４からの電流を少なくとも部分的に平滑化するためである。
第２の実施例では、図３に示されているように、モータＭＯは、例えば４つのモータ巻線Ｍ１からＭ４を含む等価回路によって示され、ここでコミュテータ１６は、等価回路図によって図示されているように、第１の実施例と同じ位置にあり、従ってモータ巻線Ｍ１はスライド接点の対１８ａに、モータ巻線Ｍ２はスライド接点の対１８ｂに、モータ巻線Ｍ３はスライド接点の対１８ｃに、そしてモータ巻線Ｍ４はスライド接点の対１８ｄに接続され、そしてスライド接点の対１８ａと１８ｂは第１の制御グループを形成し、スライド接点の対１８ｃと１８ｄは第２の制御グループを形成する。
更に、それぞれのフリーホイールダイオードＤは、並列に接続されたスライド接点の対１８ａと１８ｂ及びスライド接点の対１８ｃと１８ｄに、それぞれの負荷区分２０、５０に備えられた電子スイッチＳ１、Ｓ２を保護するために、並列に接続されており、そしてこのダイオードは、それぞれの電子スイッチＳ１，Ｓ２がスイッチオフするときにフレーホイール電流を引き受ける。
この第２の実施例では、変調段は、第１の制御信号Ｓ１Ａと第２の制御信号Ｓ２Ａが同じサイクルタイムＴＺを有するが制御信号Ｓ１ＡとＳ２Ａが位相シフトされるように動作し、、例えばこの位相シフトは制御信号Ｓ１ＡとＳ２Ａが相互にサイクルタイムＴＺ／２だけ互いに位相シフトされるように選ばれる。
更に、スイッチオン時間期間ＴＥ及びスイッチオフ時間期間ＴＡは簡単のためにやはり同じであるが、ここでスイッチオン時間期間ＴＥとスイッチングオフ時間期間ＴＡは所望速度に応じて相互に変化する。
更に、スイッチオン時間期間ＴＥ及びスイッチオフ時間期間ＴＡは簡単のためにやはり同じであるが、ここでスイッチオン時間期間ＴＥとスイッチングオフ時間期間ＴＡは所望速度に応じて相互に変化する。
この制御信号Ｓ１ＡとＳ２Ａの相互に対する位相シフトで、１つの負荷区分、例えば第１の負荷区分２０を少なくとも５０％のＰＷＭ比までスイッチオンすることができ、このとき、他の負荷区分、例えば負荷区分５０は、上記の１つの負荷区分が電圧源から電流を引き出す時間中常に他の負荷区分がスイッチオフされているようにスイッチオフされ、これに対して上記の他の負荷区分は上記の１つの負荷区分がスイッチオフされるときに電圧源から電流を引き出す。
その結果、電源電圧接続部１２とグラウンド接続部１４の間のコンデンサＫは、単に電流の小さな変動を補償するだけでよいので、より小さな寸法を持つことが可能である。
その結果、電源電圧接続部１２とグラウンド接続部１４の間のコンデンサＫは、単に電流の小さな変動を補償するだけでよいので、より小さな寸法を持つことが可能である。
５０%のＰＷＭ比までのパルス幅変調の範囲内では１つの負荷区分を常に他の負荷区分がスイッチオフされているときにスイッチオンすることが可能であるので、第１と第２の制御信号Ｓ１ＡとＳ２Ａとの間のＴＺ／２の位相シフトは制御回路の第１の運転範囲として示されるこの範囲内で維持される。
しかしながら、ＰＷＭ比が５０%の値を超える場合は、第１の制御信号と第２の制御信号の間の位相シフトは、上記の１つの制御信号Ｓ１Ａが常に、他の制御信号がスイッチオンされているときにスイッチオン、スイッチオフされるように、ＴＺ／２より小さい値に決定され、従って一時的に増大する電圧源からの電流要求が生ずるが、しかしこれはコンデンサＫによって簡単に補償されるようにするのが有利である。
しかしながら、ＰＷＭ比が５０%の値を超える場合は、第１の制御信号と第２の制御信号の間の位相シフトは、上記の１つの制御信号Ｓ１Ａが常に、他の制御信号がスイッチオンされているときにスイッチオン、スイッチオフされるように、ＴＺ／２より小さい値に決定され、従って一時的に増大する電圧源からの電流要求が生ずるが、しかしこれはコンデンサＫによって簡単に補償されるようにするのが有利である。
本発明の制御装置の第３の実施例は、図１による制御グループを形成するように組み合わされたそれぞれのスライド接点の対に対して、例えば、スライド接点の対１８ａと１８ｂと、それらに付属し、並列に接続されて誘導性負荷を表すモータ巻線、例えば図６に示されているモータ巻線Ｍ１とＭ２と、対応する負荷区分、この例では第１の負荷区分２０で、ここに電子スイッチＳ１と誘導性負荷、この場合モータ巻線Ｍ１とＭ２とが直列に接続されている負荷区分を有する制御回路１０’を含み、ここで電子スイッチＳ１は、Ｍ１とＭ２によって形成される誘導性負荷のスライド接点２１と電源電圧接続部１２との間に配置され、そして、この場合、第１の接続部ＥＳ１で電源電圧接続部１２と接続され、また誘導性負荷Ｍ１とＭ２への接続部を提供し、グラウンド接続部１４に接続されているスライド接点２２と２３とに接続されている。
この第３の実施例の場合も、モータＭＯに対するコミュテータ１６の相対的位置に基づいて例示され、これは図１および３による第１及び第２の実施例のそれらに相当する。
更に、誘導性負荷Ｍ１とＭ２のスライド接点２１は第１の負荷区分２０の中間タップ２６に接続されている。
更に、本発明の制御回路１０’は、負荷区分の各々、この場合第１の負荷区分２０に対しフリーホイール区分３０を含み、ここにコンデンサＣとインダクタンスＬが直列に接続され、ここでコンデンサＣの第１の接続部３２は電源接続部１２に接続され、コンデンサＣの第２の接続部３４はフリーホイール区分３０の中間タップ３６に接続され、これはそこで再び第２の接続部４０を介してグラウンド接続部１４に接続されているインダクタＬの第１の接続部３８に接続されている。
更に、誘導性負荷Ｍ１とＭ２のスライド接点２１は第１の負荷区分２０の中間タップ２６に接続されている。
更に、本発明の制御回路１０’は、負荷区分の各々、この場合第１の負荷区分２０に対しフリーホイール区分３０を含み、ここにコンデンサＣとインダクタンスＬが直列に接続され、ここでコンデンサＣの第１の接続部３２は電源接続部１２に接続され、コンデンサＣの第２の接続部３４はフリーホイール区分３０の中間タップ３６に接続され、これはそこで再び第２の接続部４０を介してグラウンド接続部１４に接続されているインダクタＬの第１の接続部３８に接続されている。
更に、フリーホイール区分３０のフリーホイールダイオードＤ１はフリーホイール区分３０の中間タップ３６と第１の負荷区分２０の中間タップ２６との間に配置され、その導通方向は、電流が中間タップ３６から中間タップ２６に流れることができるが逆方向には電流をブロックするように選定される。
電子スイッチＳ１は更に、要求されるモータＭ１の電力と予め定められたサイクルタイムＴＺとに従って変調段ＭＳによってパルス幅変調されて発生される制御信号Ｓ１Ａによって制御することができる。
電子スイッチＳ１は更に、要求されるモータＭ１の電力と予め定められたサイクルタイムＴＺとに従って変調段ＭＳによってパルス幅変調されて発生される制御信号Ｓ１Ａによって制御することができる。
本発明の第３の実施例による制御回路１０’は以下のように動作する。
電子スイッチＳ１がパルス幅変調された制御信号Ｓ１Ａによって閉じられる場合、点線の矢印によって示された電流ＩＭ１が、電流供給時間ＴＳの間モータ巻線Ｍ１とＭ２の運転のために、第１の電子スイッチＳ１、中間タップ２６及びモータ巻線Ｍ１を介して電源電圧接続部１２からグラウンド接続部１４に流れる。
モータ巻線Ｍ１を流れる電流ＩＭ１は電源電圧接続部１２で一緒になる部分電流ＩＶとＩＣ１Ｅの合計であり、ここで電圧源Ｖは部分電流ＩＶを供給し、部分電流ＩＣ１ＥはコンデンサＣの放電の結果としてその第１の接続部３２から電源電圧接続部１２の方向に流れる。
電子スイッチＳ１がパルス幅変調された制御信号Ｓ１Ａによって閉じられる場合、点線の矢印によって示された電流ＩＭ１が、電流供給時間ＴＳの間モータ巻線Ｍ１とＭ２の運転のために、第１の電子スイッチＳ１、中間タップ２６及びモータ巻線Ｍ１を介して電源電圧接続部１２からグラウンド接続部１４に流れる。
モータ巻線Ｍ１を流れる電流ＩＭ１は電源電圧接続部１２で一緒になる部分電流ＩＶとＩＣ１Ｅの合計であり、ここで電圧源Ｖは部分電流ＩＶを供給し、部分電流ＩＣ１ＥはコンデンサＣの放電の結果としてその第１の接続部３２から電源電圧接続部１２の方向に流れる。
更に、電流ＩＬ１はインダクタＬを通ってグラウンド接続部１４から、即ち中間タップ３６の方向に、そして電流ＩＣ１Ｅとして中間タップ３６からコンデンサＣの第２の接続部３４に流れ、従って電流ＩＭ１はグラウンド接続部１４で分割され、ここで部分電流ＩＶは電圧源Ｖに流れるのに対し、部分電流ＩＬ１はインダクタＬを通ってコンデンサＣに流れ、ここでＩＣ１ＥとＩＬ１はこの場合同じ大きさである。
他方、図７に示されているように、スイッチＳ１が制御信号Ｓ１Ａによって開かれる場合は、もはや電流は電子スイッチＳ１を介して電源電圧接続部１２から流れなくなり、モータ巻線Ｍ１はフリーホイール時間ＴＦの継続期間中フリーホイール状態で運転される。この時間中は、電流ＩＣ１Ｅに対して反対方向に流れる電流ＩＣ１Ｌが電源電圧接続部１２からコンデンサＣの第１の接続部３２へ流れてこれを充電し、ここで電流ＩＣ１Ｌは電圧源Ｖから電圧接続部１２へ流れる電流ＩＶに相当する。この場合、電流ＩＶは電流供給期間ＴＳ中とフリーホイール期間中ほぼ同じ大きさである。
更に、電流ＩＣ１ＬはコンデンサＣの第２の接続部３４から中間タップ３６へ流れる。
フリーホイール状態においては、電流ＩＭ１ＦはダイオードＤ１を介して中間タップ３６から第１の負荷区分２０の中間タップ２６へ流れ、これからモータ巻線Ｍ１を介してグラウンド接続部１４に流れる。
この電流ＩＭ１Ｆは２つの部分電流、即ち第１の部分電流としてコンデンサＣの充電により結果的に生ずる電流ＩＣ１Ｌと、他方、インダクタＬを通ってフリーホイール区分３０の中間タップ３６になお流れ続ける電流ＩＬ１とによって形成される。
フリーホイール状態においては、電流ＩＭ１ＦはダイオードＤ１を介して中間タップ３６から第１の負荷区分２０の中間タップ２６へ流れ、これからモータ巻線Ｍ１を介してグラウンド接続部１４に流れる。
この電流ＩＭ１Ｆは２つの部分電流、即ち第１の部分電流としてコンデンサＣの充電により結果的に生ずる電流ＩＣ１Ｌと、他方、インダクタＬを通ってフリーホイール区分３０の中間タップ３６になお流れ続ける電流ＩＬ１とによって形成される。
更に、電流ＩＭ１はグラウンド接続部１４で、インダクタＬの第２の接続部４０にこのインダクタを通って流れる電流ＩＬ１、並びに電圧源Ｖに流れて戻る電流ＩＶとに再び分割される。
この状態においては、電流ＩＶは電流ＩＣ１Ｌに等しく、ここで電流ＩＣ１Ｌは、理論的にはコンデンサＣが充電されるまでの時間の間流れることになろう。
フリーホイール区分３０の有利な効果はコンデンサＣとインダクタＬを下記のように寸法決めする場合に達成することができる。
この状態においては、電流ＩＶは電流ＩＣ１Ｌに等しく、ここで電流ＩＣ１Ｌは、理論的にはコンデンサＣが充電されるまでの時間の間流れることになろう。
フリーホイール区分３０の有利な効果はコンデンサＣとインダクタＬを下記のように寸法決めする場合に達成することができる。
第２の負荷区分５０はモータ巻線Ｍ３とＭ４を運転するために第１の負荷区分２０と同じに設計され、フリーホイール区分３０は第２の負荷区分５０にも同様に設けられる。
本発明の制御回路１０”の第４の実施例においては、図８から１０に示されているように、モータＭＯ及びコミュテータ１６は図１および３による第１および第２の実施例に示されている場合と相互に対して同じ位置にあり、説明は一例としてこの状態から進める。更に、電源電圧接続部１２とグラウンド接続部１４との間には、第３の実施例の場合と同じように設計され、そこで参照されている第１の負荷区分２０のみならず、第１の負荷区分２０と同様に設計され、同じフリーホイール区分３０’に同様に並列に接続されている第２の負荷区分５０も示されている。それ故、第２の負荷区分５０は誘導負荷、即ちモータ巻線Ｍ３とＭ４に直列に接続されている電子スイッチＳ２を同様に含み、ここで電子スイッチＳ２は電源電圧接続部１２とモータ巻線Ｍ３とＭ４のためのスライド接点２４との間に配置されており、この場合、第１の接続部ＥＳ２で電源電圧接続部１２に接続され、またモータ巻線Ｍ３とＭ４に対するスライド接点２２と２３はグラウンド接続部１４に接続されている。
更に、第２の負荷区分５０は中間タップ５６を備え、ここでダイオードＤ２が中間タップ５６とフリーホイール区分３０’の中間タップ３６の間に備えられて、フリーホイール区分３０’にはこのダイオードが追加されており、ここでダイオードＤ２は電流が中間タップ３６から中間タップ５６へ流れることは許容するが反対方向においてはそれをブロックするような導通方向で接続される。
更に、電子スイッチＳ２はパルス幅変調された制御信号Ｓ２Ａを用いて変調段ＭＳによって制御することができ、ここで制御信号Ｓ２Ａは制御信号Ｓ１Ａと同じサイクルタイムＴＺを有するのが好適である。
更に、電子スイッチＳ２はパルス幅変調された制御信号Ｓ２Ａを用いて変調段ＭＳによって制御することができ、ここで制御信号Ｓ２Ａは制御信号Ｓ１Ａと同じサイクルタイムＴＺを有するのが好適である。
コミュテータ１６は実際には図１と３に示されているのと同じように設計されているのであるが、回路の明確さのために、特に、電流の流れを考慮し、スライド接点２２と２３は２回示されている。
コンデンサＣの大きさについては第２の実施例に対しては下記が当てはまる。
ここで（最大値ＩＭ１，ＩＭ２）に対して使用されるべき値は負荷区分２０，５０における誘導性負荷を通る最も大きい最大電流に相当する値である。
コンデンサＣの大きさについては第２の実施例に対しては下記が当てはまる。
２つのスイッチＳ１とＳ２が本発明の制御回路１０’の第４の実施例において閉じられる場合は、電流ＩＭ１は、第３の実施例と同じように、並列に接続されたモータ巻線Ｍ１とＭ２を介して流れ、また電流ＩＭ２は並列に接続されたモータ巻線Ｍ３とＭ４を介して流れ、ここで電流ＩＭ１とＩＭ２は各々２つの部分電流から形成され、その１つは電圧源Ｖによって供給される電流ＩＶによって供給され、他の部分電流はそれぞれ、コンデンサＣの放電中に生ずる電流ＩＣ１ＥとＩＣ２Ｅによって供給され、ここで部分電流ＩＣ１Ｅはモータ巻線Ｍ１とＭ２を通る電流ＩＭ１に寄与し、部分電流ＩＣ２Ｅはモータ巻線Ｍ３とＭ４を通る電流ＩＭ２に寄与する。
更に、図１に示された第１の実施例の場合に従って、また図３に示されている第２の実施例においても電流ＩＬ１とＩＬ２はインダクタＬを通っても流れ、ここで電流ＩＬ１とＩＬ２は電流ＩＣ１ＥとＩＣ２Ｅに相当する。
更に、電流ＩＭ１とＩＭ２はそれぞれグラウンド接続部１４で部分電流ＩＬ１とＩＬ２、並びに結果的に電圧源Ｖに流れる電流ＩＶになるもう１つの追加の部分電流とに再び分割される。
図９に示されているように、両方のスイッチＳ１とＳ２がスイッチオフされると、状態は図７に示されている第２の実施例に相当する結果となる。これは、図７に図示され述べられている第１の実施例のフリーホイール状態と同様に、フリーホイール電流ＩＭ１ＦとＩＭ２Ｆは、その各々がそれぞれ電流ＩＣ１ＬとＩＣ２Ｌ並びにＩＬ１とＩＬ２の合計を表し、それぞれのモータ巻線Ｍ１とＭ２並びにＭ３とＭ４を通ることを意味する。
更に、電流ＩＭ１とＩＭ２はそれぞれグラウンド接続部１４で部分電流ＩＬ１とＩＬ２、並びに結果的に電圧源Ｖに流れる電流ＩＶになるもう１つの追加の部分電流とに再び分割される。
図９に示されているように、両方のスイッチＳ１とＳ２がスイッチオフされると、状態は図７に示されている第２の実施例に相当する結果となる。これは、図７に図示され述べられている第１の実施例のフリーホイール状態と同様に、フリーホイール電流ＩＭ１ＦとＩＭ２Ｆは、その各々がそれぞれ電流ＩＣ１ＬとＩＣ２Ｌ並びにＩＬ１とＩＬ２の合計を表し、それぞれのモータ巻線Ｍ１とＭ２並びにＭ３とＭ４を通ることを意味する。
制御回路１０”を有する本発明の制御装置の第４の実施例は、しかしながら、図１０に示されているような、もう１つの状態、即ち例えばスイッチＳ１が閉じられ、電子スイッチＳ２が開かれている状態において運転することができる。
この場合には、電流ＩＭ１は第１の負荷区分２０において、図６と８に示された場合と同様に、モータ巻線Ｍ１とＭ２を通って流れるのに対し、第２の負荷区分５０においては開かれたスイッチＳ２のためにフリーホイール状態が存在し、従ってこの状態で電流ＩＭ２Ｆは図７と９と同様に流れる。
この場合には、電流ＩＭ１は第１の負荷区分２０において、図６と８に示された場合と同様に、モータ巻線Ｍ１とＭ２を通って流れるのに対し、第２の負荷区分５０においては開かれたスイッチＳ２のためにフリーホイール状態が存在し、従ってこの状態で電流ＩＭ２Ｆは図７と９と同様に流れる。
これにより、フリーホイール区分３０においては電流ＩＣ１Ｅは、第１の負荷区分２０の上記の状態に応じて、追加の部分電流の電流ＩＶとともに部分電流として電流ＩＭ１を形成するために、コンデンサＣの第１の接続部３２から電源電圧接続部１２へ流れ、ここで電流ＩＬ１も第１の負荷区分２０を通る電流ＩＭ１のためにインダクタＬを通って流れる。
他方、第２の負荷区分５０は、電流ＩＣ２ＬがコンデンサＣの第２の接続部３４から中間タップ３６へ流れ、そして更に電流ＩＣ２Ｌが電源電圧接続部１２からコンデンサＣの第１の接続部３２へ流れることを意味するフリーホイール状態にあり、この場合コンデンサＣは電流ＩＣ２Ｌによって充電される。
他方、第２の負荷区分５０は、電流ＩＣ２ＬがコンデンサＣの第２の接続部３４から中間タップ３６へ流れ、そして更に電流ＩＣ２Ｌが電源電圧接続部１２からコンデンサＣの第１の接続部３２へ流れることを意味するフリーホイール状態にあり、この場合コンデンサＣは電流ＩＣ２Ｌによって充電される。
更に、第２の負荷区分５０におけるフリーホイール状態により、インダクタＬの結果として電流ＩＬ２はベース接続部１４から中間タップ３６に流れ、電流ＩＣ２Ｌに加算されて第２のモータ巻線Ｍ２を通って流れる電流ＩＭ２Ｆを形成するようになる。
電流ＩＣ１ＥとＩＣ２Ｌとの方向を比較して示されるように、これらは互いに反対方向に流れ、従ってそれらは互いに少なくとも部分的には打ち消しあい、従って合成電流は電流ＩＣ１Ｅと電流ＩＣ２Ｌのどちらが支配的であるかに依存してコンデンサを放電するかあるいは充電し、この場合この合成電流は電流ＩＣ１ＥとＩＣ２Ｌの大きさより小さくなる。
電流ＩＣ１ＥとＩＣ２Ｌとの方向を比較して示されるように、これらは互いに反対方向に流れ、従ってそれらは互いに少なくとも部分的には打ち消しあい、従って合成電流は電流ＩＣ１Ｅと電流ＩＣ２Ｌのどちらが支配的であるかに依存してコンデンサを放電するかあるいは充電し、この場合この合成電流は電流ＩＣ１ＥとＩＣ２Ｌの大きさより小さくなる。
更に、図１０による第４の実施例のスイッチング状態の場合には、また図８と図９によるスイッチング状態から結果的に生ずるように、電流ＩＬ１とＩＬ２は少なくともその方向を保持し、それらの大きさについてのみ変動することができるのに対し、電流ＩＣ１ＥあるいはＩＣ２ＥとＩＣ１ＬあるいはＩＣ２Ｌとの比較から、これらはモータ巻線Ｍ１とＭ２及び（あるいは）Ｍ３とＭ４のどちらがフリーホイール状態にあるかということに依存してそれらの方向を変えることが見られ、ここでモータ巻線のあるもの、即ちモータ巻線Ｍ１とＭ２が電流で供給されている状態にあり、モータ巻線の他のもの、即ちモータ巻線Ｍ３とＭ４がフリーホイール状態にある場合には、電流ＩＣ１ＥとＩＣ２Ｌは互いに少なくとも部分的には打ち消し合い、従ってトータルでは若干の放電あるいは充電電流がコンデンサへ流れるということが明確に明らかである。
更に、フリーホイール区分３０は、電圧源Ｖから流れる電流ＩＶは，電子スイッチＳ１あるいはＳ２の位置にかかわらず実質的には遮断されることなく、従って常に流れつづけ、せいぜいその大きさについて変動するのみであることを確実にする。
図１０により、モータ巻線Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４のあるもの、例えばモータ巻線Ｍ１とＭ２が電流を供給された状態にあり、モータ巻線の他のもの、例えばモータ巻線Ｍ３とＭ４が電流を供給された状態に無いときには電流ＩＣ１ＥとＩＣ２Ｌとは互いに少なくとも部分的に打ち消し合うので、フリーホイール区分３０上の負荷は、サイクル時間ＴＺ内のできる限り長い期間の間このような状態が発生するようにするときに、最小になる。
変調段ＭＳはそれらのサイクルタイムＴＺが同じであるように動作するのが好適である。
更に、モータ巻線Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４のあるもの、例えばモータ巻線Ｍ１とＭ２が電流を供給された状態にあるのに対し、モータ巻線Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４の他のもの、例えばモータ巻線Ｍ３とＭ４がフリーホイール状態にあるような状態に対して、パルス幅変調された制御信号Ｓ１ＡとＳ２Ａは、同じサイクルタイムＴＺを有するのみならず、相互にフェーズロックされるように備えられるのが好適である。このために、パルス幅変調された制御信号Ｓ１Ａとパルス幅変調された制御信号Ｓ２Ａが、フェーズロックされるように形成される、即ち電流供給時間ＴＳに相当するそのスイッチオン時間期間ＴＥ１がフリーホイール時間ＴＦに相当する制御信号Ｓ２Ａのスイッチオフ時間期間ＴＡ２内に生ずるように形成されるのに対し、他方ではスイッチオン時間期間ＴＥ２がこれがパルス幅変調された第１の制御信号Ｓ１Ａのスイッチオフ時間期間ＴＡ１内に生ずるように形成される。
更に、モータ巻線Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４のあるもの、例えばモータ巻線Ｍ１とＭ２が電流を供給された状態にあるのに対し、モータ巻線Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４の他のもの、例えばモータ巻線Ｍ３とＭ４がフリーホイール状態にあるような状態に対して、パルス幅変調された制御信号Ｓ１ＡとＳ２Ａは、同じサイクルタイムＴＺを有するのみならず、相互にフェーズロックされるように備えられるのが好適である。このために、パルス幅変調された制御信号Ｓ１Ａとパルス幅変調された制御信号Ｓ２Ａが、フェーズロックされるように形成される、即ち電流供給時間ＴＳに相当するそのスイッチオン時間期間ＴＥ１がフリーホイール時間ＴＦに相当する制御信号Ｓ２Ａのスイッチオフ時間期間ＴＡ２内に生ずるように形成されるのに対し、他方ではスイッチオン時間期間ＴＥ２がこれがパルス幅変調された第１の制御信号Ｓ１Ａのスイッチオフ時間期間ＴＡ１内に生ずるように形成される。
電子スイッチＳ１とＳ２は、それぞれ期間ＴＥ１とＴＥ２において第１の制御信号Ｓ１Ａあるいは第２の制御信号Ｓ２Ａによって閉じられ、そしてそれぞれ期間ＴＡ１とＴＡ２において開かれる。
従って、電流ＩＭ１とＩＭ２はそれぞれ図１１ｃとｄに示されているように、モータ巻線Ｍ１とＭ２あるいはＭ３とＭ４により形成され、ここでモータ巻線Ｍ１とＭ２とＭ３とＭ４の異なった大きさのために、電流ＩＭ１とＩＭ２が異なっているが、これは単にその関係をより明確に示すために仮定されたものに過ぎず、モータ巻線Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４は通常同じ設計のものである。
従って、電流ＩＭ１とＩＭ２はそれぞれ図１１ｃとｄに示されているように、モータ巻線Ｍ１とＭ２あるいはＭ３とＭ４により形成され、ここでモータ巻線Ｍ１とＭ２とＭ３とＭ４の異なった大きさのために、電流ＩＭ１とＩＭ２が異なっているが、これは単にその関係をより明確に示すために仮定されたものに過ぎず、モータ巻線Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４は通常同じ設計のものである。
更に、電流ＩＬ１プラスＩＬ２は、図１１ｅに示されているように、インダクタＬのためにそのこの電流は時間に対して実質的に一定であるのに対し、電流ＩＣ１プラスＩＣ２は図１１ｆに示されているように変動する結果となる。
最終的に、図１１ｈは、フリーホイール状態から電流が供給される状態への移行中に中間タップ３６での電圧Ｕ３６の電圧ピークが起こり得ることを示している。これらの電圧ピークは、フリーホイールコンデンサが理想的ではなく無視できない直列のインダクタンスを有することにその原因を有し、このためにコンデンサＣを流れる電流が急変することができなく、従って電圧ピーク値は中間タップでグラウンド接続部１４に対して生ずるということになる。
最終的に、図１１ｈは、フリーホイール状態から電流が供給される状態への移行中に中間タップ３６での電圧Ｕ３６の電圧ピークが起こり得ることを示している。これらの電圧ピークは、フリーホイールコンデンサが理想的ではなく無視できない直列のインダクタンスを有することにその原因を有し、このためにコンデンサＣを流れる電流が急変することができなく、従って電圧ピーク値は中間タップでグラウンド接続部１４に対して生ずるということになる。
これらの電圧ピークは、コンデンサＣの第１の接続部３２のスイッチＳ１、Ｓ２への接続、及び第２の接続部３４のダイオードＤ１、Ｄ２への接続が５０ナノヘンリより小さいインダクタンスを有するようにすることによって、小さく保つことができる。
これらの電圧ピークはまた、電源電圧接続部１２あるいはグラウンド接続部１４は中間タップ３６に対してコンデンサＣとインダクタＬによってそれぞれ遮蔽されているので、それらには何ら影響を及ぼさない。それ故、電圧源Ｖから電源電圧接続部１２へ、そしてグラウンド接続部１４から電圧源Ｖへ流れる電流ＩＶは図１１ｇから明らかなように、実質的に一定である。
これらの電圧ピークはまた、電源電圧接続部１２あるいはグラウンド接続部１４は中間タップ３６に対してコンデンサＣとインダクタＬによってそれぞれ遮蔽されているので、それらには何ら影響を及ぼさない。それ故、電圧源Ｖから電源電圧接続部１２へ、そしてグラウンド接続部１４から電圧源Ｖへ流れる電流ＩＶは図１１ｇから明らかなように、実質的に一定である。
更に、図１１ｈにおいて注目されるように、コンデンサＣでの電圧の変化は、サイクルタイムＴＺ中小さく、特に５０ｍＶより低いことが好ましく、これは例えば次のような大きなコンデンサによって達成することができる。
今、パルス幅変調が変えられる、即ちスイッチオフ時間期間ＴＡ１がスイッチオン時間期間ＴＥ１のために変えられるとすると、第１の制御信号Ｓ１Ａのスイッチオフ側面ＡＦ１のシフトのみが好適に行われるのに対し、スイッチオン側面ＥＦ１がシフトされない。
他方、第２の制御信号Ｓ２Ａの場合にはスイッチオン側面ＥＦ２がシフトされるのに対し、スイッチオフ側面ＡＦ２が変更されないままである。
他方、第２の制御信号Ｓ２Ａの場合にはスイッチオン側面ＥＦ２がシフトされるのに対し、スイッチオフ側面ＡＦ２が変更されないままである。
最終的に、第１の制御信号Ｓ１Ａと第２の制御信号Ｓ２Ａは、スイッチオン側面ＥＦ１とスイッチオフ側面ＡＦ２が相互に一定の位相関係にあるように、例えば、スイッチオフ側面ＡＦ２が、スイッチオン側面ＥＦ１がそのゼロ値からより高い値にそれるときに丁度ゼロ値に達するような時間間隔で時間遅れなく相互に追従するように同期化される。
それによって結果的に、予め設定された位相関係がスイッチオン側面ＥＦ１とスイッチオフ側面ＡＦ２によって予め定められ、これによって１つの制御信号Ｓ１ＡあるいはＳ２Ａのそれぞれのスイッチオン時間期間ＴＥ１あるいはＴＥ２がそれぞれ、他の制御信号Ｓ２ＡあるいはＳ１Ａの場合のスイッチオフ時間期間ＴＡ２あるいはＴＡ１であるときに生ずることが常に確実になる。
それによって結果的に、予め設定された位相関係がスイッチオン側面ＥＦ１とスイッチオフ側面ＡＦ２によって予め定められ、これによって１つの制御信号Ｓ１ＡあるいはＳ２Ａのそれぞれのスイッチオン時間期間ＴＥ１あるいはＴＥ２がそれぞれ、他の制御信号Ｓ２ＡあるいはＳ１Ａの場合のスイッチオフ時間期間ＴＡ２あるいはＴＡ１であるときに生ずることが常に確実になる。
このことは殆ど５０％のＰＷＭ比に達するまでの間に限り可能であるが、これは、第１の制御信号Ｓ１Ａと第２の制御信号Ｓ２Ａに対して予め定められた同じサイクルタイムＴＺの場合には、それからは１つの制御信号Ｓ１ＡあるいはＳ２Ａのスイッチオン時間期間がそれぞれ他の制御信号Ｓ２ＡあるいはＳ１Ａのスイッチオフ時間期間と同時に生ずることはもはや可能ではないためである。
他方、約５０％のＰＷＭ比に達すると、例えば図１２に示されたように、例えばスイッチオフの側面ＡＦ１とスイッチオンの側面ＥＦ２との範囲内において制御信号Ｓ１ＡとＳ２Ａとの一時的な重なりを避けることが出来ない。
そのために結果的に、第１の制御信号Ｓ１Ａのスイッチオフ側面ＡＦ１までの電子スイッチＳ１の閉じた状態でのスイッチオンの側面ＥＦ２の時間の重なりのために短時間の期間の間図８に示されている状態が達せられるのに対し、スイッチオフ側面ＡＦ２とスイッチオン側面ＥＦ１の間には図９に示されている状態即ち両電子スイッチＳ１、Ｓ２が開かれている状態が存在する。
そのために結果的に、第１の制御信号Ｓ１Ａのスイッチオフ側面ＡＦ１までの電子スイッチＳ１の閉じた状態でのスイッチオンの側面ＥＦ２の時間の重なりのために短時間の期間の間図８に示されている状態が達せられるのに対し、スイッチオフ側面ＡＦ２とスイッチオン側面ＥＦ１の間には図９に示されている状態即ち両電子スイッチＳ１、Ｓ２が開かれている状態が存在する。
これは、図１２ｆに示されているように、電流ＩＣ１プラスＩＣ２の合計において明確に明らかであるような影響を及ぼす。
他方、３０％のパルス幅変調比率の場合と比較するとモータ電流ＩＭ１とＩＭ２に及ぼす影響は少なくとも定性的には類似している（図１２ｃ、１２ｄ）。
他方、３０％のパルス幅変調比率の場合と比較するとモータ電流ＩＭ１とＩＭ２に及ぼす影響は少なくとも定性的には類似している（図１２ｃ、１２ｄ）。
これに対して制御信号Ｓ１ＡとＳ２Ａが約８０％のパルス幅変調比を有する場合は、スイッチオン時間期間ＴＥ１とＴＥ２がそれぞれ対応するスイッチオフ時間期間ＴＡ１とＴＡ２に対して支配的である（図１３ａ、１３ｂ）。この場合には、２つの制御信号Ｓ１ＡとＳ２Ａが相互にスイッチオン時間期間ＴＥ１とＴＥ２とができる限り少なく重なるように時間的に配列されることはもはや可能ではなく、この場合は第２の制御信号Ｓ２Ａのスイッチオフ側面ＡＦ２と第１の制御信号のスイッチオン側面ＥＦ１の間の固定した位相関係が維持される。
従って、時間ｔ１と時間ｔ２の間では、状態は図１０による状態の第２の実施例の場合の状態にある、即ち、モータ巻線Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４のあるものは電流が供給された状態にあるのに対し他はフリーホイール状態にある（図１３ａ、１３ｂ）。
時間ｔ２とｔ３の間では、状態は図８に従っており、モータ巻線Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４の全てが電流が供給された状態にある。
時間ｔ３からｔ４とｔ４からｔ５までの間では、状態は同じく図１０による状態にある、即ち、モータ巻線Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４のあるものは電流が供給された状態にあり、他はフリーホイール状態にある。
結局、８０％より大きいパルス幅変調での第４の実施例においては、スイッチング状態は実質的に図８によるか図１０によって生ずるのに対し、第４の実施例の図９によるスイッチング状態は生じない。
時間ｔ２とｔ３の間では、状態は図８に従っており、モータ巻線Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４の全てが電流が供給された状態にある。
時間ｔ３からｔ４とｔ４からｔ５までの間では、状態は同じく図１０による状態にある、即ち、モータ巻線Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４のあるものは電流が供給された状態にあり、他はフリーホイール状態にある。
結局、８０％より大きいパルス幅変調での第４の実施例においては、スイッチング状態は実質的に図８によるか図１０によって生ずるのに対し、第４の実施例の図９によるスイッチング状態は生じない。
約８０％のＰＷＭ比では、電流ＩＭ１とＩＭ２は８０％より小さいＰＷＭ比での電流よりかなり大きくなる（図１３ｃと１３ｄ）。８０％と１００％の間のＰＷＭ比では、電流ＩＭ１とＩＭ２はさらに大きくなる。
更に、電流ＩＬ１プラスＩＬ２は５０％のパルス幅変調でその最大に達する（図１３ｅと１３ｆ）。
電流ＩＣ１とＩＣＬの合計では、図１３ｆ示されているように、モータ巻線Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４が電流が供給されている状態かあるいはフリーホイール状態にあるかに依存して変動が生ずる。
更に、電圧源Ｖから電源電圧接続部１２へと，グラウンド接続部１４から電圧源Ｖへの電流ＩＶはこの場合も実質的に一定である（図１３ｇ）。
更に、電流ＩＬ１プラスＩＬ２は５０％のパルス幅変調でその最大に達する（図１３ｅと１３ｆ）。
電流ＩＣ１とＩＣＬの合計では、図１３ｆ示されているように、モータ巻線Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４が電流が供給されている状態かあるいはフリーホイール状態にあるかに依存して変動が生ずる。
更に、電圧源Ｖから電源電圧接続部１２へと，グラウンド接続部１４から電圧源Ｖへの電流ＩＶはこの場合も実質的に一定である（図１３ｇ）。
Claims (26)
- モータ速度より十分に大きいクロック周波数でパルス幅変調された制御信号を発生する変調段と、
少なくとも１つの前記制御信号によって制御され、少なくとも２つの負荷区分を有する制御回路であって、前記負荷区分の各々は、前記パルス幅変調された制御信号の１つによって制御される電子スイッチを備える制御回路と、
少なくとも４つのスライド接点を有するコミュテータと、
少なくとも４つの巻線であって、該巻線の各々は、前記スライド接点の１つと次に続くスライド接点との間で整流されるように配列され、前記スライド接点の１つおきのスライド接点は次に続くスライド接点と先行するスライド接点とでそれぞれの制御グループを形成する、少なくとも４つの巻線と、を含み、
前記負荷区分の各々は、前記それぞれの制御グループの前記スライド接点を介して前記それぞれの制御グループの１つに属する前記巻線への電力供給を制御するための前記制御グループの１つに属する、ＤＣモータ用制御装置。 - 各前記負荷区分はフリーホイール素子と、前記のスライド接点の対に直列に接続される電子スイッチと、を含む請求項１に記載の制御装置。
- 前記変調段は前記負荷区分の各々に対しパルス幅変調された個別の制御信号を発生する請求項１に記載の制御装置。
- 前記制御信号は相互に対して位相シフトされる請求項３に記載の制御装置。
- 前記制御信号は同じ周期期間を有する請求項１に記載の制御装置。
- 前記制御信号は前記負荷区分に対して同じパルス幅変調を有する請求項１に記載の制御装置。
- 前記制御信号は相互に関連してフェーズロックされる請求項１に記載の制御装置。
- 前記負荷区分の１つのスイッチオン時間と前記負荷区分の他の１つのスイッチオフ時間とは相互に対して予め定められており、前記負荷区分の１つのスイッチオン時間と前記負荷区分の他の１つのスイッチオン時間との間の時間間隔は設定されるべきＰＷＭ比の値に応じて変化する、請求項１に記載の制御装置。
- 前記少なくとも２つの負荷区分の制御は、前記負荷区分の１つが、該負荷区分の他の１つがスイッチオフされるときにスイッチオンされるようにされる請求項１に記載の制御装置。
- 前記負荷区分の各々が、第１の運転範囲において、それぞれ該負荷区分の他の１つがスイッチオフされるときだけスイッチオンされる請求項１に記載の制御装置。
- 前記負荷区分の各々が、前記第１の運転範囲において、それぞれ該負荷区分の他の１つのどのスイッチオフにも先立つ時間のギャップを持ってスイッチオフされる請求項１０に記載の制御装置。
- 前記第１の運転範囲において、周期期間の０．５％の最小時間期間が前記負荷区分の各々のスイッチオフと該負荷区分のそれぞれ他の１つのスイッチオンとの間に備えられる請求項１１に記載の制御装置。
- 前記第１の運転範囲において、前記の１つの負荷区分のスイッチオン時間と該負荷区分の他の１つのスイッチオフ時間とが変化する請求項１０に記載の制御装置。
- 前記負荷区分の１つは、第２の運転範囲において、前記負荷区分の他の１つのスイッチオフのときあるいはスイッチオフ後のみスイッチオンする請求項１に記載の制御装置。
- 前記制御回路は前記負荷区分の給電側に設置されたコンデンサを有する請求項１に記載の制御装置。
- ＤＣモータのモータ巻線に給電するコミュテータであって、該コミュテ ータは少なくとも４つのスライド接点を有し、該スライド接点は少なくとも２つの制御グループを形成するように結合され、該スライド接点は、並列に給電されるスライド接点の対を形成するように前記の各制御グループ内で結合される、コミュテータと、
モータ速度より十分高いクロック周波数でパルス幅変調される少なくとも１つの制御信号を発生する変調段と、
前記少なくとも１つの制御信号によって制御され、少なくとも２つの負荷区分を有する制御回路であって、該負荷区分の各々は、パルス幅変調された前記制御信号によって制御される電子スイッチを備えて、前記制御グループの１つの前記スライド接点の対に並列に給電し、前記制御回路は第１及び第２の運転範囲で運転する、制御回路と、を含み、
前記第２の運転範囲において、前記負荷区分の各々は、それぞれ該負荷区分の他の１つのスイッチオン後でスイッチオフ前にスイッチオンされる、ＤＣモータ用制御装置。 - ＤＣモータのモータ巻線に給電するコミュテータであって、該コミュテータは少なくとも４つのスライド接点を有し、該スライド接点は少なくとも２つの制御グループを形成するように結合され、該スライド接点は、並列に給電されるスライド接点の対を形成するように前記の各制御グループ内で結合される、コミュテータと、
モータ速度より十分高いクロック周波数でパルス幅変調される少なくとも１つの制御信号を発生する変調段と、
前記少なくとも１つの制御信号によって制御され、少なくとも２つの負荷区分を有する制御回路であって、該負荷区分の各々は、パルス幅変調された前記制御信号によって制御される電子スイッチとフリーホイール素子とを備え、前記負荷区分の各々内に前記電子スイッチが、それぞれの前記制御グループのスライド接点の対の第１の接続部と第１の電圧接続部との間に配置され、前記のそれぞれの制御グループの前記スライド接点の対の第２の接続部は第２の電圧接続部とつながっている、制御回路と、
前記第１の電圧接続部に接続されたコンデンサと前記スライド接点の対の前記第２の接続部に接続されたインダクタとを直列接続として有するフリーホイール区分であって、前記フリーホイール素子は前記フリーホイール区分の前記コンデンサとインダクタとの間の中央タップと前記スライド接点の対の前記第１の接続部との間に配置され、前記フリーホイール区分は、前記のぞれぞれの制御グループの前記スライド接点の対に属する前記モータ巻線のフリーホイール電流が前記電子スイッチが開かれるときに前記フリーホイール素子を介して流れることを可能にする、フリーホイール区分と、
を含むＤＣモータ用制御装置。 - 前記少なくとも２つの負荷区分は前記１つのフリーホイール区分に並列に接続される請求項１７に記載の制御装置。
- 前記少なくとも２つの負荷区分は前記フリーホイール区分に同じように並列に接続される請求項１８に記載の制御装置。
- 前記少なくとも２つの負荷区分は同じ回路構成を有する請求項１７に記載の制御装置。
- 前記フリーホイール区分の前記コンデンサの第１の接続部は５０ナノヘンリより小さいインダクタンスを有する線によって前記電子スイッチの第１の接続部に接続される請求項１７に記載の制御装置。
- 前記フリーホイール区分の前記コンデンサの第２の接続部は５０ナノヘンリより小さいインダクタンスの線で前記のそれぞれのフリーホイール素子に接続される請求項１７に記載の制御装置。
- 前記フリーホイール区分における前記インダクタの値とコンデンサの値との積が前記パルス幅変調された制御信号のサイクルタイムの平方より大きい請求項１７に記載の制御装置。
- 前記フリーホイール区分の前記コンデンサの値は、前記のそれぞれのスライド接点の対の間に配置された誘導性負荷を流れる電流の最大値と前記サイクルタイムの１０倍との積を、電源電圧接続部とグラウンド接続部との間の電圧で割り算した値より大きい請求項１７に記載の制御装置。
- モータ巻線に給電するためのコミュテータであって、少なくとも４つのスライド接点を有するコミュテータと、
前記巻線の各々が、１対の連続して配置されたスライド接点間で整流されるように配列されるように前記コミュテータに接続された少なくとも４つの巻線と、
モータ速度より十分に高いクロック周波数でパルス幅変調された制御信号を発生する変調段と、
少なくとも１つの制御信号によって制御され、少なくとも２つの負荷区分を有する制御回路であって、該負荷区分の各々は前記パルス幅変調された制御信号の１つによって制御される電子スイッチを備え、かつ前記負荷区分の各々は、スライド接点の２つの連続した対によって形成されるそれぞれの制御グループに電力を供給するための前記コミュテータに属し、前記スライド接点の２つの連続する対の各々の構成要素である１つのスライド接点に属し、前記負荷区分の各々は前記のそれぞれの制御グループの１つに接続された前記巻線に給電する、制御回路と、を含むＤＣモータ用制御装置。 - モータ巻線に給電するためのコミュテータであって、少なくとも４つのスライド接点を有するコミュテータと、
前記巻線の各々が、前記スライド接点の１つとそれと連続的に配置されたスライド接点との間で整流されるように配列されるように前記コミュテータに接続された少なくとも４つの巻線と、
モータ速度より十分に高いクロック周波数でパルス幅変調された制御信号を発生する変調段と、
少なくとも１つの制御信号によって制御され、少なくとも２つの負荷区分を有する制御回路であって、該負荷区分の各々は前記パルス幅変調された制御信号の１つによって制御される電子スイッチを備え、前記負荷区分の各々は、前記スライド接点の１つが前記負荷区分の１つに接続され、前記スライド接点のそれぞれ１つおきのスライド接点がそれぞれ他の負荷区分に接続されて、前記コミュテータの前記スライド接点を介して前記負荷区分に接続された前記巻線に給電するように、前記コミュテータに接続される、制御回路と、を含むＤＣモータ用制御装置。
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