JPH0746707A

JPH0746707A - 直流電動機の駆動制御装置

Info

Publication number: JPH0746707A
Application number: JP19055893A
Authority: JP
Inventors: Ryohei Fujita; 良平藤田
Original assignee: Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 1993-07-30
Filing date: 1993-07-30
Publication date: 1995-02-14
Anticipated expiration: 2017-11-11
Also published as: JP3344011B2

Abstract

(57)【要約】【目的】回生制動からプラギング制動への移行にタイム
ラグが生じず、良好な制動フィーリングを得ることが可
能な直流電動機の駆動制御装置を簡単な構成によって提
供する。【構成】制御回路１２は、回生制動からプラギング制動
への移行時において、メイントランジスタ６を極短時間
（数μsec 程度）だけオンさせ、そのオン時の接続点Ａ
の電位を検出する。そして、制御回路１２は、接続点Ａ
の電位に基づいて回生用コンタクタ２が完全に投入され
ているかどうかを判定する（メイントランジスタ６のオ
ン時の接続点Ａの電位が、グランド電位であれば回生用
コンタクタ２は未投入であり、電圧ＶB であれば回生用
コンタクタ２は完全に投入されている）。制御回路１２
は、回生用コンタクタ２が完全に投入されたと判定した
ら、メイントランジスタ６のチョッパ制御を開始して電
動機３にプラギング制動をかける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は直流電動機の駆動制御装
置に係り、詳しくは、回生制動とプラギング制動とを併
用する直流電動機の駆動制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、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では、省電力の
ために回生制動が採用されている。しかしながら、回生
制動だけでは電動機の低速時に十分な制動トルクが得ら
れないため、プラギング（逆相）制動が併用されてい
る。

【０００３】図３に、バッテリ式電気車の走行用駆動輪
の駆動に用いられる直流電動機の一般的な駆動制御回路
を示す。バッテリ１のプラス・マイナスの各端子間に
は、回生用コンタクタ２，直流直巻電動機３の電機子３
ａ，前進用コンタクタ４，後進用コンタクタ５，直流直
巻電動機３の界磁コイル３ｂ，メイントランジスタ６が
直列に接続されている。また、前進および後進用コンタ
クタ４，５とバッテリ１のプラス端子との間には、各フ
ライホイールダイオード７，８が接続されている。そし
て、バッテリ１のマイナス端子は接地され、そのマイナ
ス端子と回生用コンタクタ２との間には回生用ダイオー
ド９が接続されている。さらに、バッテリ１のプラス端
子と前進および後進用コンタクタ４，５との間には、回
生用トランジスタ１０と回生用レジスタ１１とが直列に
接続されている。

【０００４】回生用コンタクタ２は励磁コイル２ａと接
点２ｂとから構成され、その投入（図示実線）・離落
（図示破線）は、制御回路１２によって励磁コイル２ａ
への通電が制御されることでなされている。

【０００５】各トランジスタ６，１０のベースは制御回
路１２内に設けられた各ドライブ回路１２ａ，１２ｂに
接続されている。その各ドライブ回路１２ａ，１２ｂ
は、同じく制御回路１２内に設けられたＣＰＵ１２ｃに
よって制御されている。すなわち、制御回路１２により
（より詳しくは、ＣＰＵ１２ｃによって制御される各ド
ライブ回路１２ａ，１２ｂにより）、各トランジスタ
６，１０のオン・オフが制御されている。

【０００６】電動機３は電気車の走行用駆動輪（図示
略）を駆動するようになっている。そして、前進および
後進用コンタクタ４，５の相補的な切り換え動作に基づ
いて、界磁コイル３ｂに流れる界磁電流の方向が変わ
り、電動機３が正逆転することにより、電気車が前後進
するようになっている。尚、前進および後進用コンタク
タ４，５の投入・離落は、制御回路１２によって各コン
タクタ４，５の励磁コイル（図示略）への通電が制御さ
れることでなされている。

【０００７】また、電気車の車速の制御は、メイントラ
ンジスタ６のチョッパ制御によって行われている。すな
わち、制御回路１２によってメイントランジスタ６のオ
ン・オフが制御され、そのメイントランジスタ６のスイ
ッチング動作に従ってバッテリ１から電動機３に電流が
供給されることにより、電動機３の回転速度すなわち電
気車の車速が制御される。

【０００８】いま、スイッチバックすることにより、前
進および後進用コンタクタ４，５が前進位置（図示破
線）から後進位置（図示実線）に切り換わったとする。 (1) このとき、制御回路１２は、回生制動の可否をチェ
ックし、回生制動が可能であると判断した場合、励磁コ
イル２ａへの通電を制御して回生用コンタクタ２を離落
（図示破線）させると共に、各トランジスタ６，１０を
オンさせる。

【０００９】すると、バッテリ１のプラス端子から、回
生用トランジスタ１０，回生用レジスタ１１，後進用コ
ンタクタ５，界磁コイル３ｂ，前進用コンタクタ４，メ
イントランジスタ６を経由して、バッテリ１のマイナス
端子へ予備励磁電流Ｉ1 が流れる。界磁コイル３ｂに予
備励磁電流Ｉ1 が流れると、電機子３ａには図示の矢印
ＶA 方向に起電力ＶA が発生する。

【００１０】(2) 電機子３ａに発生した起電力ＶA があ
る値以上になると、回生ダイオード９に予備励磁電流Ｉ
2 が流れはじめる。この予備励磁電流Ｉ2 によって界磁
コイル３ｂに流れる界磁電流（予備励磁電流Ｉ1,Ｉ2 の
和）が増加し、起電力ＶA が増加する。すると、起電力
ＶA の増加に伴って予備励磁電流Ｉ2 はさらに増加する
ことになる。

【００１１】(3) これが繰り返されて、予備励磁電流Ｉ
2 がある程度以上大きくなった時点で、制御回路１２は
回生用トランジスタ１０をオフさせる。すると、予備励
磁電流Ｉ1 は流れなくなるが、予備励磁電流Ｉ2 は流れ
続けようとする。

【００１２】(4) この状態で、制御回路１２はメイント
ランジスタ６をオフさせる。すると、界磁コイル３ｂか
らメイントランジスタ６のコレクタへ流れ込んでいた予
備励磁電流Ｉ2 は、フライホイールダイオード８へと流
れだす。すなわち、電機子３ａの起電力ＶA と界磁コイ
ル３ｂのインダクタンスで蓄えられた磁気エネルギーと
により、電機子３ａの前進および後進用コンタクタ４，
５側から、後進用コンタクタ５，界磁コイル３ｂ，前進
用コンタクタ４，フライホイールダイオード８，バッテ
リ１，回生用ダイオード９を経由して、電機子３ａの回
生用コンタクタ２側へ回生電流が流れる。従って、電動
機３によって発電された電力がバッテリ１に回生するた
めバッテリは充電され、電動機３にはその電力分の制動
（すなわち、回生制動）がかかる。

【００１３】(5) この後、制御回路１２はメイントラン
ジスタ６をチョッパ制御する。すると、メイントランジ
スタ６のスイッチング動作によって上記(3)(4)の動作が
繰り返され、電動機３には所望の回生制動がかかって回
転速度が低下する。

【００１４】電動機３の回転速度が低くなると電機子３
ａの起電力ＶA が低下し、バッテリ１への回生電流（回
生電力）が小さくなるため、回生制動の制動トルクは極
端に落ちてしまう。そして、電機子３ａの起電力ＶA が
バッテリ１の電圧ＶB より低くなると回生電流は流れな
くなり、回生制動はかからなくなる。すなわち、電動機
３の回転速度が低くなると回生制動だけでは十分な制動
トルクが得られなくなる。そこで、電動機３の回転速度
がある程度まで低下した時点で、回生制動からプラギン
グ制動に移行させて、十分な制動トルクを得られるよう
にしている。実際には、電動機３の回転速度ではなくメ
イントランジスタ６の通流率を検出し、その通流率が設
定値（一般に、７０〜１００％）になったとき、制御回
路１２は、回生制動では十分な制動トルクが得られない
と判断して、回生制動からプラギング制動に切り換え
る。

【００１５】すなわち、制御回路１２は、メイントラン
ジスタ６をオフさせた後に、励磁コイル２ａへの通電を
制御して回生用コンタクタ２を投入（図示実線）させる
（尚、回生用トランジスタ１０は引き続きオフ）。

【００１６】(6) すると、電機子３ａの起電力ＶA によ
り、電機子３ａの前進および後進用コンタクタ４，５側
から、フライホイールダイオード７，回生用コンタクタ
２を経由して、電機子３ａの回生用コンタクタ２側へ電
流が流れる。

【００１７】(7) この状態で、制御回路１２はメイント
ランジスタ６をオンさせる。すると、バッテリ１のプラ
ス端子から、回生用コンタクタ２，電機子３ａ，後進用
コンタクタ５，界磁コイル３ｂ，前進用コンタクタ４，
メイントランジスタ６を経由して、バッテリ１のマイナ
ス端子へ電流が流れる。つまり、界磁コイル３ｂには電
動機３を逆転させる方向の界磁電流が流れるため、電動
機３は逆転しようとし、電動機３にはその分だけの制動
（すなわち、プラギング制動）がかかる。

【００１８】この後、制御回路１２はメイントランジス
タ６をチョッパ制御する。すると、メイントランジスタ
６のスイッチング動作によって、オフ時には上記(6) の
動作が、オン時には上記(7) の動作が行われるため、電
動機３には所望のプラギング制動がかかって回転速度が
低下する。そして、電動機３は一旦停止した後に逆転す
るため、電気車はスイッチバックする。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、プラギング
制動を行う際に注意しなければならないのは、回生用コ
ンタクタ２が完全に投入された後に、メイントランジス
タ６をオンさせることである。なぜなら、メイントラン
ジスタ６をオンさせた後に、回生用コンタクタ２が投入
されると、大きな突入電流が流れ、回生用コンタクタ２
の接点２ｂが傷むからである。また、その突入電流によ
ってプラギング制動の制動トルクが急激に大きくなり、
電気車に制動ショックが発生するからである。

【００２０】ところが、回生用コンタクタ２の投入は励
磁コイル２ａの温度によって左右され、制御回路１２に
よって励磁コイル２ａへの通電が制御されてから接点２
ｂが完全に閉じるまでの時間（以下、投入時間という）
には数１０msecのばらつきがある。

【００２１】従って、メイントランジスタ６をオンさせ
る際には、その投入時間のばらつきを勘案しなければな
らない。そこで、従来は、まず、実験によって投入時間
の最長値を求め、それに所定の安全率をかけた時間（以
下、設定時間という）を算出し、その設定時間を制御回
路１２内に設けたメモリに記憶させていた。そして、制
御回路１２は、励磁コイル２ａへの通電を制御してから
設定時間が経過するまで待ち、設定時間経過にメイント
ランジスタ６をオンさせてチョッパ制御を行うようにし
ていた。

【００２２】しかしながら、設定時間は前記問題（接点
２ｂの傷み、電気車の制動ショック）を避ける必要から
長めに設定されているため、回生用コンタクタ２が完全
に投入された後の設定時間の残り時間分だけが無駄にな
っていた。すなわち、その設定時間の残り時間には回生
制動もプラギング制動も行われないため、その残り時間
が長ければ長い程（すなわち、投入時間が短かければ短
い程）、制動がかからない時間が長くなり、制動フィー
リングが悪化することになる。

【００２３】このように、従来は、回生制動からプラギ
ング制動へ移行する際、設定時間だけ待ってからメイン
トランジスタ６をチョッパ制御するために、当該制動動
作の移行にタイムラグが生じ、制動フィーリングが悪化
するという問題があった。

【００２４】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであって、その目的は、回生制動からプラギン
グ制動への移行にタイムラグが生じず、良好な制動フィ
ーリングを得ることが可能な直流電動機の駆動制御装置
を、簡単な構成によって提供することにある。

【００２５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決するため、直流電動機と、その直流電動機の励磁コイ
ルの配線を切り換えてその励磁方向を切り換える切り換
え手段と、直流電源から直流電動機に供給される電流を
チョッパ制御するスイッチング素子と、直流電源のプラ
ス端子と直流電動機の界磁コイルとの間に接続される回
生用コンタクタとを備え、回生制動とプラギング制動と
を併用するようにした直流電動機の駆動制御装置におい
て、回生制動からプラギング制動へ移行する際に、スイ
ッチング素子を短時間だけオンさせ、そのオン時に、回
生用コンタクタの直流電動機側の端子電圧を検出し、そ
の端子電圧に基づいて回生用コンタクタが完全に投入さ
れているかどうかを判定し、完全に投入されたと判定し
たら、スイッチング素子のチョッパ制御を開始して直流
電動機にプラギング制動をかける制御手段を設けたこと
をその要旨とする。

【００２６】

【作用】従って、本発明によれば、回生制動からプラギ
ング制動へ移行する際に、スイッチング素子を短時間だ
けオンさせ、そのオン時に、回生用コンタクタの直流電
動機側の端子電圧を検出する。このとき、回生用コンタ
クタが完全に投入されていれば、その端子電圧は直流電
源の電源電圧になる。また、回生用コンタクタが未投入
であれば、その端子電圧は直流電源のマイナス端子の電
圧（直流電源のマイナス端子が接地されていればグラン
ド電位）になる。そのため、当該端子電圧から、回生用
コンタクタが完全に投入されているかどうかを判定する
ことができる。そして、回生用コンタクタが完全に投入
されたら、スイッチング素子のチョッパ制御を開始して
直流電動機にプラギング制動をかける。

【００２７】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図１お
よび図２に従って説明する。図１に、本実施例の直流電
動機の駆動制御回路を示す。

【００２８】尚、本実施例において、図３に示した従来
例と異なるのは、回生用コンタクタ２と電機子３ａとの
接続点Ａの電位が、制御回路１２によって検出されてい
る点だけである。従って、図１において、図３に示した
従来例と同じ部材については符号を等しくしてその詳細
な説明を省略する。

【００２９】制御回路１２は、回生制動からプラギング
制動への移行時において、メイントランジスタ６を極短
時間（数μsec 程度）だけオンさせ、そのオン時の接続
点Ａの電位を検出する。そして、制御回路１２は、接続
点Ａの電位に基づいて回生用コンタクタ２が完全に投入
されているかどうかを判定し、完全に投入されたと判定
したら、メイントランジスタ６のチョッパ制御を開始し
て電動機３にプラギング制動をかける。

【００３０】図２に、回生制動からプラギング制動への
移行時における接続点Ａの電位を示す。回生制動中にメ
イントランジスタ６がオフすると、前記したように、電
機子３ａの起電力ＶA と界磁コイル３ｂのインダクタン
スで蓄えられた磁気エネルギーとにより回生電流が流れ
る。その回生電流の経路は、電機子３ａの前進および後
進用コンタクタ４，５側から、後進用コンタクタ５，界
磁コイル３ｂ，前進用コンタクタ４，フライホイールダ
イオード８，バッテリ１，回生用ダイオード９を経由し
て、電機子３ａの回生用コンタクタ２側（すなわち、接
続点Ａ）へ至るものである。ここで、バッテリ１のマイ
ナス端子は接地されている。そのため、回生制動中にメ
イントランジスタ６がオフしたとき、接続点Ａの電位は
グランド電位（０Ｖ）になる。

【００３１】一方、回生制動中にメイントランジスタ６
がオンすると、電機子３ａの起電力ＶA により、電機子
３ａの前進および後進用コンタクタ４，５側から、界磁
コイル３ｂ，メイントランジスタ６，回生用ダイオード
９を経由して、電機子３ａの回生用コンタクタ２側（す
なわち、接続点Ａ）へ電流が流れる。従って、回生制動
中にメイントランジスタ６がオンしたときも、接続点Ａ
の電位はグランド電位になる。

【００３２】電動機３の回転速度が低くなると、前記し
たように、電機子３ａの起電力ＶAがバッテリ１の電圧
ＶB より低下して回生電流が流れなくなり、回生不能に
なって回生制動がかからなくなる。

【００３３】このとき、メイントランジスタ６がオフす
ると、電機子３ａは閉回路を構成せず、この駆動制御回
路中には電流が流れなくなる。しかしながら、電機子３
ａには、回生制動中より低下しているとはいえ、起電力
ＶA が発生している。また、この駆動制御回路中には、
抵抗等の図示していない部材が複数個接続されているた
め、電機子３ａとその部材とが閉回路を構成する場合が
ある。そのため、回生不能時にメイントランジスタ６が
オフしたとき、接続点Ａの電位は定まらないことにな
る。

【００３４】一方、メイントランジスタ６がオンしたと
きには、前記回生制動中の場合と同様に、電機子３ａの
起電力ＶA による電流が流れ、接続点Ａの電位はグラン
ド電位になる。

【００３５】それに対して、プラギング制動中は回生用
コンタクタ２が投入されているため、接続点Ａは回生用
コンタクタ２を介してバッテイ１のプラス端子に接続さ
れることになる。そのため、接続点Ａの電位は、メイン
トランジスタ６のオン・オフに関係なく、バッテリ１の
電圧ＶB と等しくなる。

【００３６】このように、メイントランジスタ６のオン
時の接続点Ａの電位を検出することにより、回生制動か
らプラギング制動への移行時における動作状態（すなわ
ち、回生制動中→回生不能→プラギング制動中）を検出
することができ、回生用コンタクタ２が完全に投入され
ているかどうかを判定することができる。つまり、メイ
ントランジスタ６のオン時の接続点Ａの電位が、グラン
ド電位であれば回生用コンタクタ２は未投入であり、電
圧ＶB であれば回生用コンタクタ２は完全に投入されて
いる。

【００３７】尚、接続点Ａの電位を検出する際にメイン
トランジスタ６をオンさせるのは、前記したように、回
生不能時にメイントランジスタ６をオフさせたとき、接
続点Ａの電位が不定になる（つまり、バッテリ１の電圧
ＶB と等しくなることもありえる）ためである。

【００３８】但し、メイントランジスタ６をオンさせた
後に、回生用コンタクタ２が投入されると、大きな突入
電流が流れ、前記問題（接点２ｂの痛み、電気車の制動
ショック）が生じる。従って、メイントランジスタ６を
オンさせておく時間は、突入電流を避けるために、でき
るだけ短くしなければならない。そこで、制御回路１２
は、接続点Ａの電位検出に要するだけの極短時間（数μ
sec 程度）だけメイントランジスタ６をオンさせるよう
にしている。より具体的には、制御回路１２は、回生用
コンタクタ２を投入するため励磁コイル２ａの通電を制
御してから接続点Ａで電圧ＶB が検出されるまで、メイ
ントランジスタ６を極短時間（数μsec程度）だけオン
させるのを数ｍsec 間隔で繰り返す。

【００３９】このように、本実施例においては、回生制
動からプラギング制動へ移行する際に、接続点Ａの電位
を検出することによって回生用コンタクタ２が完全に投
入されたかどうかを判定している。そして、回生用コン
タクタ２が完全に投入されたと判定されたら、メイント
ランジスタ６をチョッパ制御させて電動機３にプラギン
グ制動をかけている。

【００４０】従って、本実施例では、従来例のように回
生制動からプラギング制動へ移行する際に設定時間だけ
待つことがなく、速やかにプラギング制動へ移行するこ
とができる。そのため、制動動作の移行にタイムラグが
生じず、良好な制動フィーリングを得ることができる。

【００４１】また、本実施例は、図１に示す従来例の接
続点Ａと制御回路１２とを接続するだけであって、従来
例と回路構成がほとんど異ならないため、簡単に実施す
ることができる。また、制御回路１２に上記の検出・判
定動作を行わせるには、ＣＰＵ１２ｃのプログラムを変
更するだけでよいため、従来の制御回路１２をそのまま
用いることができ、従来品の改造にも容易に対処するこ
とができる。

【００４２】尚、本発明は上記実施例に限定されるもの
ではなく、以下のように実施してもよい。１）電気車に限らず、回生制動とプラギング制動とを併
用する直流電動機を使用する機器に利用する。

【００４３】２）直巻電動機３を分巻電動機や複巻電動
機に置き換える。３）バッテリ１を適宜な直流電源に置き換える。４）ＣＰＵ１２ｃをシーケンサに置き換える。

【００４４】５）各トランジスタ６，１０をサイリス等
の他のスイッチング素子に置き換える。

【００４５】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、回
生制動からプラギング制動への移行にタイムラグが生じ
ず、良好な制動フィーリングを得ることが可能な直流電
動機の駆動制御装置を、簡単な構成によって提供するこ
とができるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を具体化した一実施例の直流電動機の駆
動制御回路である。

【図２】回生制動からプラギング制動への移行時におけ
る図１の接続点Ａの電位を示す図表である。

【図３】従来例の直流電動機の駆動制御回路である。

【符号の説明】

１…直流電源としてのバッテリ、２…回生用コンタク
タ、３…直流電動機、３ａ…界磁コイル、３ｂ…励磁コ
イル、４…切り換え手段としての前進用コンタクタ、５
…切り換え手段としての後進用コンタクタ、６…スイッ
チング素子としてのメイントランジスタ、１２…制御手
段としての制御回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直流電動機と、その直流電動機の励磁コイルの配線を切り換えてその励
磁方向を切り換える切り換え手段と、直流電源から直流電動機に供給される電流をチョッパ制
御するスイッチング素子と、直流電源のプラス端子と直流電動機の界磁コイルとの間
に接続される回生用コンタクタとを備え、回生制動とプ
ラギング制動とを併用するようにした直流電動機の駆動
制御装置において、回生制動からプラギング制動へ移行する際に、スイッチ
ング素子を短時間だけオンさせ、そのオン時に、回生用
コンタクタの直流電動機側の端子電圧を検出し、その端
子電圧に基づいて回生用コンタクタが完全に投入されて
いるかどうかを判定し、完全に投入されたと判定した
ら、スイッチング素子のチョッパ制御を開始して直流電
動機にプラギング制動をかける制御手段を設けたことを
特徴とする直流電動機の駆動制御装置。