JPH0423487B2 - - Google Patents

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JPH0423487B2
JPH0423487B2 JP58206532A JP20653283A JPH0423487B2 JP H0423487 B2 JPH0423487 B2 JP H0423487B2 JP 58206532 A JP58206532 A JP 58206532A JP 20653283 A JP20653283 A JP 20653283A JP H0423487 B2 JPH0423487 B2 JP H0423487B2
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JP
Japan
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excitation coil
voltage
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ave
comparator
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JP58206532A
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Munehiko Mimura
Minoru Nishida
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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  • Hydraulic Clutches, Magnetic Clutches, Fluid Clutches, And Fluid Joints (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は電磁クラツチ、電磁ブレーキなどの
電磁連結装置の過熱検出器に関するものである。
〔従来技術〕
一般に電磁クラツチ、電磁ブレーキなどの電磁
連結装置は、そのトルク伝達を励磁コイルの給電
制御により断続制御することができるものであ
る。ところが、その入力軸回転数と出力回転数と
の回転数差と伝達トルクとにより過大な摩擦ロス
を生じ過熱焼損が生じる。このことから従来では
焼損防止のため温度検出器によつて過熱を検出し
各種対策を行つていた。
電磁連結装置の具体例としては、例えば、磁気
回路の空〓中に磁性粉を入れて励磁コイル電流に
ほぼ比例した伝達トルクを得るパウダーブレー
キ、パウダクラツチなどがある。第7図に、その
一例を示す。自動車用クラツチとしてパウダクラ
ツチを用いた場合、前述した回転数差を少なくす
るため伝達トルクを大きくして摩擦ロスを減じる
伝達トルク制御を行ないクラツチの過熱保護を行
つている。
この種の用途に適用できる温度検出器には熱電
対感熱素子等が知られているが、信号線の増加、
取付構造の複雑化等の理由で余り使用されていな
い。
ところで、励磁コイルは、摩擦ロスを生じる部
分とかなり近接しているので、摩擦ロスによる電
磁連結装置の温度上昇と共に励磁コイル抵抗が変
化する。そしてこの励磁コイル抵抗は温度上昇
(Δt)対して約0.4%/℃で変化することが知られ
ている。
従つて給電電流制御を行つている電磁連結装置
の場合、励磁コイル抵抗の電圧増加から容易に温
度上昇を検知できる。
また、近年スイツチングレギユレータ方式の電
流制御回路が電力損失の点で有利なためかなり普
及してきた。しかし、このスイツチングレギユレ
ータ方式の場合、その励磁コイル電圧波形は方形
波状波形であるため、その励磁コイル電圧を励磁
コイル抵抗分による電圧降下とすることができな
かつた。従つて励磁コイル抵抗分の電圧降下から
は容易に過熱検出ができないという問題があつ
た。
〔発明の概要〕
この発明は上記の問題に鑑みなされたもので、
温度上昇に伴うコイル抵抗変化を励磁コイル平均
電圧より得ると共に、予め決定された判定曲線に
よつて励磁コイルの過熱検出を行うようにするこ
とにより、温度検出器を不要とし、スイツチング
レギユレータ方式の電流制御装置においても過熱
検出が可能な電磁連結装置の過熱検出器を提供す
ることを目的とする。
〔発明の実施例〕
以下、この発明の実施例を図について説明す
る。第1図において、1は比較器、2は平滑フイ
ルタで、この平滑フイルタ2の出力端子は比較器
1の正入力端子に接続されている。
また、100は一般的なスイツチング式の電磁
連結装置の電流制御装置を示し、101は電源、
102はオンオフ制御用主トランジスタで、この
トランジスタ102のエミツタは電源101に接
続されていると共に抵抗21を介してベースに接
続されている。
103は還流ダイオード、104は電磁連結装
置の励磁コイル、105はこの励磁コイル104
と直列に接続された励磁コイル電流検出抵抗で、
これら励磁コイル104および励磁コイル電流検
出抵抗105と前記ダイオード103とは並列に
接続されている。励磁コイル104の励磁コイル
インピーダンスは等価抵抗Rと等価インダクタン
スLとで置き換えることができる。
106はコンパレータで、このコンパレータ1
06の負入力端子は前記励磁コイル104とコイ
ル電流検出抵抗105との接続点に接続され、正
入力端子は抵抗61を介して電流指令信号ISの入
力端子に接続されていると共に、抵抗62を介し
てコンパレータ106自身の出力端子に接続され
ている。
また、この出力端子は、抵抗71を介して信号
変換用トランジスタ107のベースに接続されて
おり、トランジスタ107のコレクタは抵抗72
を介してトランジスタ102のベースに接続され
ている。
なお、11,63はそれぞれ、比較器1、コン
パレータ106の設定用抵抗である。
このように構成された電流制御装置100にお
いては、電流制御の最大偏差がコンパレータヒス
テリシスで決定される。
後述の如く電流偏差を少なくすると、励磁コイ
ル104の等価抵抗Rによる電圧降下、即ち仮想
励磁コイル抵抗電圧VRが、励磁コイル104の
平均電圧VAVEとほぼ等しくなる。(理由は後述す
る。) 平滑フイルタ2の入力端子に対して、パルス幅
変調された励磁コイル電圧VCを入力することに
より、その出力端子から仮想励磁コイル抵抗電圧
VRの平均値を得ることができる。
更に、平滑フイルタ2の出力を仮想励磁コイル
抵抗電圧の瞬時値VRとも等しくすることができ
る。そのためには、平滑フイルタ2の回路時定数
を励磁コイル104の回路時定数と同じにすれば
良い。(理由は後述する。) このようにすれば、平滑フイルタが過度時にも
追従できるのはもちろんである。
なお、主トランジスタ102のかわりに他の半
導体スイツチ素子であるサイリスタ、ゲートター
ンオフサイリスタ、電界効果形トランジスタ等を
用いても良い。
第2図は上記過熱検出器のタイムチヤート図で
あり、第2図aは各部の電流について示し、IS
電流指令信号、IS′はコンパレータ基準電圧、Ic
は励磁コイル電流瞬時波形である。
また第2図bは各部の電圧について示し、VC
は励磁コイル電圧、VRは仮想励磁コイル抵抗電
圧(即ち、励磁コイル104のコイルインピーダ
ンスを等価抵抗Rと等価インダクタンスLに置き
換えた時の、等価抵抗Rの端子電圧)であつて、
これらの差分(VC−VR)は励磁コイルインダク
タンス分電圧となり、電流リツプルを生じること
になる。
なお、VDCは電源電圧、Tonは主トランジスタ
102のオン時間、TCはスイツチング周期であ
る。
更に、第2図cは、平滑フイルタ2で検出され
る仮想励磁コイル抵抗電圧を示すものであつて、
VRは瞬時値、VAVEは平均値である。
第1図における電流制御装置100及び平滑フ
イルタ2の動作について、再説する。
第一に、電流偏差を少なくすると、励磁コイル
104の等価抵抗Rによる仮想励磁コイル抵抗電
圧VRが、励磁コイル104の励磁コイル平均電
圧VAVEとほぼ等しくなる理由は、凡そ以下の通
りである。
励磁コイル平均電圧VAVEは、第2図bのオン
時間TON及びオフ時間TOFF(TC−TON)を用いて表
すと、下記式の通りとなる。
VAVE=TON/TON+TOFF・Vdc …… 一方、励磁コイル104と励磁コイル電流検出
抵抗105との直列回路については、TON時に、 式: LdIC/dt=Vdc−VR−Vrl (Vrlは励磁コイル電流検出抵抗105による電
圧降下) が成立する。
したがつて、TON時の電流変化率は、Vrlを無視
すると、 ΔI/ΔT≒Vdc−VR/L,∴ΔI≒Vdc−VR/LTON ∴TON≒LΔI/Vdc−VR …… TOFFの電流変化率は、第2図aを参照して、 −ΔI/ΔT≒−VR/L,∴ΔI≒VR/LTOFF ∴TOFF≒LΔI/VR …… 式に、式を代入すると、 VAVE≒Vdc×LΔI/Vdc−VR/LΔI/Vdc−VR+LΔI/VR
=Vdc×VR/VR(Vdc−VR)/VR+(Vdc−VR)/VR(Vdc
−VR) ∴VAVE≒VR …… 第二に、励磁コイル電流ICは、〈平均値電流IO
+電流リツプル分>であると考えることが出来る
ので、この電流リツプル分が小さくて無視できる
ときは、次式が成立する。
IC≒IO したがつて、仮想励磁コイル抵抗電圧VRは、
平均電流IOで表わすこともできる。即ち、 VR=ICR≒IOR …… 尚、上記の電流リツプル分を小さくするには、
スイツチング周期(パルス幅変調周期)TCを短
くすれば良い。
第三に、平滑フイルタ2の回路時定数と励磁コ
イル104の回路時定数とを等しくすると、平滑
フイルタ2の出力が、前記仮想励磁コイル抵抗電
圧の瞬時値VRとも等しくできる理由は、凡そ以
下の通りである。
励磁コイル抵抗電流検出抵抗104の抵抗値を
r1、平滑フイルタ2の直列抵抗値をr2、同じくコ
ンデンサの容量をC、比較器1の入力抵抗値を
r3、平滑フイルタ2の出力電圧をVF、演算子記
号をs(=d/dt)とすると、TON時には、次式
が成立する。励磁コイル104については、 {sL+(R+r1)}i1=VdcRi1=VR i1を消去して、整頓すれば、 {sL+(R+r1)}VR/R=Vdc {sL/R+(R+r1)/R}VR=Vdc …… 平滑フイルタ2については、 〔r2+1/sC+1/r3〕i2=Vdc 1/sC+1/r3×i2=VF i2を消去して、整頓すると、 {r2(sC+1/r3)+1}VF=Vdc (sCr2+r2/r3+1)VF=Vdc …… 、式の右辺は同値であり、左辺は演算子s
について同形である。よつて、VRとVFとを瞬時
値においても等しくするには、両式の左辺のsの
係数同士、定数項同士を互いに等しくするととも
に、VRとVFの初期条件を等しくしてやれば良い。
第一の条件は、次式によつて実現される。
L/R=Cr2,(R+r1)/R=r2/r3+1 又は、L/R+r1=r2r3/r2+r3C …… 式の左辺は、励磁コイル104と励磁コイル
電流検出抵抗105からなる直列回路の時定数、
右辺は、平滑フイルタ2の時定数である。
第2の条件は、スイツチ投入時には、 VR=0,VF=0 であるから、自ら、充足されている。
又、TOFF時には、VCであるから、次式が成立
する。
{sL/R+(R+r1)/R}VR=0 ……′ (sCr2+r2/r3+1)VF=0 ……′ VRとVFとを瞬時値においても等しくするには、
両式の時定数を等しくするとともに、VRとVF
初期条件を等しくしてやればよい。第一の条件
は、すでに式によつて与えられている。
第二の条件は、先の第一、第二の条件によつて
結果的に与えられる。
以下同様にして、第二回目のターンオン時点以
後においても、VR=VFが保証されることになる。
第3図は一般的な、温度Taに対する励磁コイ
ル抵抗Rtの特性曲線の一例を示す。図において
R100は温度100度の時のコイル抵抗、R200は、温
度200度の時のコイル抵抗である。
第4図は比較器設定曲線図で、ISは電流指令信
号、VAVEは励磁コイル平均電圧である。第4図
の判定ラインAは、温度上昇上限値が例えば180
℃における仮想励磁コイル抵抗について設定され
る。適宜の電流指令値をISX、励磁コイル平均電
圧をVSとすると、判定ラインAは、点(ISX、VS
と原点とを通る曲線 VAVE=(VS/ISX)IS によつて与えられる。
そうすると、この判定ライAは電流指令信号IS
と共に増減する曲線となり、判定ラインAの上側
(VAVE>(VS/ISX)IS)は過熱、下側は(VAVE
(VS/ISX)IS)正常となる。従つて、比較器1に
おいては、電流瞬時変化に応動した仮想励磁コイ
ル抵抗電圧VRと電流指令信号ISとを比較すること
になり、瞬時に応答する過熱検出が可能になる。
第5図は演算増幅器を用いた平滑フイルタ2の
他の回路例を示している。図において、3は励磁
コイル、24は演算増幅器、201〜204はそ
の設定用抵抗、205〜206は設定用コンデン
サである。
電磁クラツチなどの場合、励磁コイルが入力軸
または出力軸のいずれかの回転部と一体構造とな
つて、回転部分へ装着される場合がある。その場
合には励磁コイル電流の供給のためにスリツプリ
ングとブラシが付加される。この時仮想コイル抵
抗電圧を得るための平滑フイルタ2の出力端子か
らは、ブラシ電圧降下を含んだものが得られる。
第6図はトランジスタ109の電圧降下、還流
ダイオード103の電圧降下、ブラシ41,42
の電圧降下がある場合についての他の実施例を示
し、図中、トランジスタ109、ブラシ41,4
2、抵抗110および定電圧ダイオード23の外
は第1図に示す構成と同様であるため、対応する
部分には同一符号を付して、その説明を省略す
る。
ブラシ41,42の電圧降下は温度や電流値に
無関係にほぼ一定値であり、トランジスタ109
や還流ダイオード103は順方向降下分がそのま
ま出力電圧に影響する。そのため定電圧ダイオー
ド23の順方向降下に対してはブラシ41,42
の電圧降下およびトランジスタ109の電圧降下
が相殺され、定電圧ダイオード23の逆方向降下
に対しては還流ダイオード103の電圧降下が相
殺される。
従つて前記所望の仮想コイル抵抗平均電圧に対
する誤差分であるブラシ41,42、トランジス
タ109および還流ダイオード103の電圧降下
を相殺することができるので仮想コイル平均電圧
の検出精度が良くなる。
〔発明の効果〕
以上のようにこの発明によれば、入力軸と出力
軸との摩擦係合部に近接して設けられ、通電によ
り入出力軸間を摩擦係合させる励磁コイルと、こ
の励磁コイル電流をオンオフ制御する電流制御装
置と、励磁コイル平均電圧側ち仮想コイル抵抗電
圧を検出するフイルタと、仮想コイル抵抗電圧と
電流指令信号との比較を行う比較器とを備え、該
比較器は、温度上昇上限値における励磁コイル電
流および励磁コイル平均電圧とから予め決定され
る判定曲線により摩擦係合部の過熱検出を行うよ
うに構成したので、温度検出器を用いずに過熱検
出が行え、特に、スイツチング式電流制御装置か
ら給電されているものでも容易に過熱検出が可能
であり、しかも刻々と変化する電流指令信号にも
追従し常時過熱検出が可能である等の効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の実施例による電磁連結装置
の過熱検出器の回路構成図、第2図は第1図の電
磁連結装置の過熱検出器の動作を説明するための
タイムチヤート図、第3図は励磁コイル抵抗の温
度特性曲線図、第4図は比較器設定曲線図、第5
図は平滑フイルタの回路例を説明する回路図、第
6図は他の実施例を示す回路構成図、第7図は、
周知のパウダクラツチの一例を示す縦断面図であ
る。 1……比較器、2……フイルタ、23……定電
圧ダイオード、100……電磁連結装置の電流制
御装置、101……電源、102…主トランジス
タ、103……還流ダイオード、104……励磁
コイル、105……コイル電流検出抵抗、106
……コンパレータ、107……信号変換用トラン
ジスタ、IS……電流指令信号、1C……励磁コイ
ル、2C……入力軸、3C……出力軸、4C……
摩擦係合部、φ……磁束。なお、図中同一符号は
同一または相当部分を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 入力軸とこの入力軸に摩擦係合して連結され
    る出力軸との摩擦係合部に近接して設けられ、通
    電により前記入力軸と出力軸とを摩擦係合させる
    励磁コイル104と、 電流指令信号ISに基づいて動作する半導体スイ
    ツチ素子102を有し、前記励磁コイル104に
    供給する動作電流をオンオフ制御する電流制御装
    置100と、 前記励磁コイル104の励磁コイル平均電圧
    VAVE即ち仮想励磁コイル抵抗電圧VRを検出する
    平滑フイルタ2と、 この平滑フイルタ2によつて得られる仮想励磁
    コイル抵抗電圧VRと電流指令信号ISとの比較を行
    う比較器1と を備え、 前記比較器1は、予め摩擦係合部の温度上昇上
    限値において適宜に選んだ励磁コイル電流ISX
    よびこれに対応する励磁コイル平均電圧VSとか
    らIS−VAVE座標系において点(ISX,VS)と原点
    とを通るように決定した判定曲線Aに基づいて任
    意の電流指令信号ISとこれに対応する励磁コイル
    平均電圧VAVEとによつて定まる点(IS,VAVE)が
    前記判定曲線Aよりも上になつた時に、出力端子
    から前記摩擦係合部の過熱検出信号を出力するよ
    うに構成した ことを特徴とする 電磁連結装置の過熱検出器。
JP58206532A 1983-11-01 1983-11-01 電磁機構の過熱検出器 Granted JPS6098822A (ja)

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