JPH08223963A - 電子的に整流される電動機を制御する回路装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 最小の停止時間を複雑でない構造により達成
されることを可能にするように、可動駆動部材と、所定
の相電圧と所定の負荷角とにより直流電圧源から付勢で
きる少なくとも１個の相コイルとを有する、電子的に整
流される電動機を制御する回路装置を構成することが本
発明の目的である。 【解決手段】 駆動部材を減速するために、相電圧の大
きさと負荷角との双方又はいずれか一方が、高速、中間
速度及び低速の３つの速度範囲でそれぞれ適切な条件に
よる方法で制御できるか、あるいは高速及び中間速度の
範囲における減速力は、前述の条件により示された値と
零との間の範囲内の値へ設定され得て、低速の範囲にお
ける減速力は最大許容減速力と零との間の値へ設定され
得るような方法で制御できることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、可動駆動部材と、
所定の相電圧と所定の負荷角とにより直流電圧源から付
勢できる少なくとも１個の相コイルとを有する、電子的
に整流される電動機を制御する回路装置に関するもので
あり、該装置は前記可動駆動部材の位置と運動の速度と
の双方又はいずれか一方を決定するための（以後はモー
ションセンサと呼ばれる）装置と、直流電圧源への前記
相コイルの制御された接続のための電流供給素子と、及
び所定の相電圧と負荷角とを得るように前記電流供給素
子を制御するための制御回路を具えており、前記電流供
給素子は前記駆動部材が前記駆動部材の運動の方向と反
対の力を受けるような方法で、前記駆動部材を減速する
ための制御回路により制御できる。

【０００２】

【従来の技術】米国特許明細書第US-PS 4,271,385 号
は、無整流子電動機用制御システムを記載しており、該
システムにおいては多相電機子巻線と界磁巻線とを有す
る同期電動機が周波数変換器により駆動される。この目
的のために、前記同期電動機の回転位置に関する位置信
号が、位相偏移された位置信号と逆信号との組合せによ
り周波数変換器用の点弧パルスを発生するように、進み
側と遅れ側とへ最大 180°だけ位置制御信号により位相
が偏移されるように適合される。かくして、動作のモー
ドは位相制御信号の大きさを変えることにより、及び位
相制御信号の極性を反転することにより、駆動動作と回
生動作との間及び正転動作と逆転動作との間を安定な方
法で切り換えられる。

【０００３】米国特許明細書第US-PS 5,220,257 号は、
電動機がトルク制御信号に従って駆動電流により駆動さ
れ、電動機を停止するための停止信号が受け取られた場
合には、電動機回転が反対方向にトルクを発生すること
により停止される電動機制御回路を記載している。この
電動機制御回路は更に、予め決められた基準レベルに対
してトルク制御信号のレベルを反転するためにトルク制
御発生回路と駆動回路との間に配置されたレベル反転回
路を具えている。レベル反転されたトルク制御信号は停
止信号が受け取られた場合に駆動回路へ供給される。電
動機制御回路は更に電動機の基準回転速度に対応する基
準信号を発生し、且つまた前記停止信号が受け取られた
場合に基準回転速度よりも低い回転速度に対応する別の
基準信号を発生する、基準信号発生回路を具えている。

【０００４】最近、小さい電気的に動作する装置におい
ての種々の使用のために、電子的に整流される電動機が
使用されている。多くのこれらの使用、特に家庭的な分
野、自動車、機械工具等に対する自動化における電気的
装置のためには、その装置が動作しなくされた場合には
可能な限り早く装置が停止することが大切であり、その
ことは安全と、時間節約又はそのような装置による仕事
での正確さの理由で望ましく且つ要求される。

【０００５】非常に短い時間間隔内でのそのような停止
（短い停止時間）のために、装置内の単に機械的摩擦に
よる電動機の運動エネルギーの消費は、電動機の運動エ
ネルギーがしばしば高過ぎるので不適当である。付加的
な、例えば電磁的に働かされる、機械的制動は、それら
が実質的な磨耗を受けるので非常に複雑でかつ手入れに
影響され易い。その期間中電動機の機械的な運動エネル
ギーが電気的エネルギーに回生される回生制動は、回生
された電気的エネルギーが電源へフィードバックされる
か、又は付加的な消費抵抗を介して熱エネルギーへ変換
されることを必要とする。しかしながら、電源へのフィ
ードバックは多くの場合に可能ではないかあるいは許容
できず、且つ消費抵抗が構造と回路設計とを余計に複雑
にする。

【０００６】もう一つの制動方法は電動機の相コイルを
短絡することである。この時励磁磁界と一緒に相電流が
制動トルクを発生する。しかし、高速においては、その
相電流は極限値へ近づく傾向にあり、それにより自然な
電流制限を形成する。しかしながら、構造原理により決
められる電流と磁界との間の好ましくない幾何学的関係
の結果として、小さい制動トルクのみが電動機の速度
（回転数）に対して得られる。速度が減少するとこの制
動トルクは最大値に達し、且つ速度がさらに減少すると
このトルクは零になる。速度の関数としての制動トルク
の大きさと変動とは、電動機の寸法と電動機の電流供給
素子、例えばインバータとにより決められて、かつ限ら
れた範囲だけ影響され得るかまたは永久励磁の場合には
全く影響されない。かくして達成され得る電動機の停止
時間は多くの使用に対して不適当である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前述の米国特許明細書
第US-PS 5,220,257 号から、電動機回転の方向と反対の
方向にトルクを発生することにより、電動機の回転を制
動することが知られている。この目的のためにトルク制
御信号が制動の場合には所定の基準レベルに対して反転
される。しかしながら、この方法もまた達成されるべき
最良の停止時間を許容しないことがわかった。最小の停
止時間を複雑でない構造により達成されることを可能に
するように、冒頭部分に規定された種類の回路装置を構
成することが本発明の目的である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によると、この目
的は、駆動部材を減速するために、相電圧と負荷角との
双方又はいずれか一方が、 ‐ 最大許容相電流に従った少なくとも実質的に速度に
無関係な電力が、達成される最大許容減速力によってよ
り低速に向かって制限される駆動部材の運動の高速の範
囲内で電動機内に生じ、 ‐ 最大許容減速力が、高速の範囲をそれの低速端に向
かって結合し且つ相コイルの直接短絡により発生され得
る減速力が実質的に最大に達する瞬間の速度へ延び下が
る中間速度の範囲内で電導機内に生じ、 ‐ 減速力がそれの最大許容値から零まで、停止と中間
速度の範囲との間に延びる運動の低速の範囲で、停止に
向かって減少する、ような方法で制御できるか、又は高
速及び中間速度の範囲における減速力は、前述の条件に
より示された値と零との間の範囲内の値へ設定され得
て、低速の範囲における減速力は最大許容減速力と零と
の間の値へ設定され得るような方法で制御できることで
達成される。

【０００９】本発明は、既知の装置と方法とによって
は、最大限達成できるあるいは最大の許容できる減速力
は、付加的な消費素子が省略された場合にはまだ発生さ
れないが、これらは比較的単純な物理的関係によって達
成されかつ使用され得ると言う事実を認識する。電動機
の駆動部材の速度の本質的に３個の範囲への分割は、高
速度においては駆動システムの部分が相電流により最大
限まで負荷されると言う認識に基づいている。これらの
電流は、電動機の減磁も電流供給素子への損傷も生じな
いような方法で制限されねばならない。したがって高速
範囲における最大許容相電流が決定される。

【００１０】第２制限速度においては、高速範囲の低速
端が中間速度範囲により結合され、中間速度範囲では最
大許容相電流が電動機と駆動システムとへの機械的な損
傷を起こし得る減速力を生じ得る。その上、これは制動
される装置の安定性に影響し得る。それ故に、この最大
許容減速力は中間速度範囲では制御される。

【００１１】中間速度範囲は第１制限速度と停止との間
の低速範囲により結合される。第１制限速度は、それが
最大減速力が電動機内の相コイルの直接短絡の場合に作
り出され得る速度に対応するように好都合に選択され
る。しかしながら、第１制限速度は他の値をとってもよ
い。実現されるべき駆動システムの仕様に依存して第１
制限速度の適切な選択により設定され得る低速範囲にお
いては、減速力が停止に向かって零へ好都合に減少す
る。この結果、停止の直ぐ近くにおいても、なんらの強
い力の変動無しに、すなわち少なくとも実質的にジャー
キング無しに、電動機は停止する。それに加えて、これ
は減速モードにおいて電動機の反転をも妨げる。

【００１２】本発明は、なんらの付加的な高価な部品無
しに最小停止時間が達成できると言う利点を有してい
る。容易に入手できる素子のみが用いられ、且つ、特
に、付加的な（電子的）電力装置あるいは消費素子が必
要でなく、いずれにしても存在する制御回路が電流供給
素子を制御するために本発明により使用される。本発明
による減速モードにおいては、相電圧と負荷角との双方
またはいずれか一方が、その時モーションセンサの制御
のもとで電流供給素子の適切な駆動により調節される。

【００１３】本発明は更に、必要ならば、減速力あるい
は相電流と速度との間の他の機能的な関係に従って、電
動機が簡単に停止されることを可能にする。従って、本
発明は最低停止時間の達成の目的に対してのみならず、
一般的な目的に対しても用いられ得て、すなわち必要な
最大許容停止時間が最小相電流、すなわち最小減速力に
より達成され、それにより電動機の負荷と電動機の整流
用の回路装置とが最小化されることを可能にするような
方法で使用され得る。

【００１４】本発明の好適な一実施例では、制御回路
が、 ‐ 相電圧の大きさに対してと、少なくとも駆動部材の
瞬時位置を表現する位置信号と同時に負荷角に対する所
定の名目値信号に従って電流供給素子を制御する整流段
と、 ‐ 前記位置信号と、その位置信号に含まれない場合に
は駆動部材の運動の速度を表現する動き信号との双方又
はいずれか一方を受け取るために配設され、且つそこか
ら引き出し且つ駆動部材の減速のために相電圧の大きさ
の速度依存名目値信号を供給するために適合される相電
圧決定段と、 ‐ 前記位置信号と、その位置信号に含まれない場合に
は前記動き信号との双方又はいずれか一方を受け取るた
めに配設され、且つそこから引き出し且つ駆動部材の減
速のための負荷角の速度依存名目値信号を供給するため
に適合される負荷角決定段と、 ‐ 駆動モードと減速モードとの間をモード制御信号に
より切り換えでき、且つ減速の目的のために前記相電圧
決定段と前記負荷角決定段とがそれにより活性化され得
る減速活性化段と、 ‐ 前記減速活性化段により制御でき、且つ減速モード
において、あるいは必要ならば、駆動モードにおいて、
それぞれ相電圧決定段及び負荷角決定段から、相電圧の
大きさのため及び負荷角のための名目値信号に対応する
所定の名目値信号を、整流段へ与えるために適合された
名目値信号切換段と、を具えている。

【００１５】本発明のこの実施例は、電動機の整流が直
接影響されないと言う利点を有している。代わりに、動
作の所望のモードに依存して要求される名目値信号は、
電動機の駆動部材の速度に依存して、相電圧の大きさに
対して及び負荷角に対して発生される。速度はモーショ
ンセンサによって簡単に引き出され得る。かくして、本
発明によると、減速モードに対する名目値信号を供給す
るための装置が駆動動作のためにすでに設けられた制御
回路へ加えられることが単に要求される。動作の選択さ
れたモードに依存して、その時制御回路は整流のために
駆動動作のための名目値信号又は減速のための名目値信
号を使用できる。本発明による制御回路へ加えられるべ
き段は、非常に簡単で且つコンパクトな方法でこの回路
と組み合わされ得る。

【００１６】本発明の有利な変形は、相電圧決定段が、
高速の範囲に対して、関係

【数７】 に従って、中間速度の範囲に対して、関係

【数８】 に従って、且つ低速の範囲に対して、関係

【数９】 に従って、相電圧Ｕに対する名目値信号を決定すること
により得られ、ここでωは電動機の電気的角周波数であ
り、Ｌは相コイルインダクタンスであり、Ｉmax は最大
許容相電流であり、ψは電動機の相コイルと励磁磁界と
の間の磁束鎖交であり、Ｒは相コイルオーミック抵抗で
あり、ω₀ は運動の中間速度と高速との範囲の間の境界
における電動機の電気的角周波数ωである。

【００１７】この時最大許容相電流Ｉmax は、電流供給
素子を通る最大許容電流に対する値か又は電動機がそれ
に対して丁度減磁される最大許容相電流に対する値か
の、どちらでも小さい方に依存する。なるべく、可能な
らば、これらの値が電動機と電流供給素子との適切な寸
法決めにより対応するようにされ得るとよい。電気的角
周波数ω₀ は第２制限速度において達成される。

【００１８】相電圧Ｕに対する前記の関係において特殊
の場合に制御されるべき電動機のパラメータが固定され
る場合には、非常に簡単な機能的関係が電動機の速度に
直接関係する電動機の電気的角周波数ωと、相電圧決定
段において非常に簡単に変換され得る１個又は複数個の
相電圧Ｕとの間に得られる。このことがこの相電圧決定
段の非常に簡単な構造が得られることを可能にする。

【００１９】本発明のもう一つの変形においては、相電
圧決定段が、与えられ得る位置信号と動き信号との双方
又はいずれか一方の値から引き出し得る各速度値に対し
て、相電圧に対する名目値信号の値が読み取られ得る第
１記憶装置を具えている。相電圧に対する名目値信号の
値はその時好適に前述の関係から引き出され、第１記憶
装置によってテーブルとして記憶される。これは簡単な
回路装置により非常に迅速に得ることができる名目値信
号となる。

【００２０】本発明の別の実施例では、第１記憶装置を
含んでいる相電圧決定段が、位置信号と動き信号との双
方又はいずれか一方の値から引き出し得る速度値の全範
囲が複数間隔に分割されるような方法で構成され得て、
一間隔の全速度値に共通である相電圧に対する名目値信
号の値が、各間隔に対する第１記憶装置から読み取られ
得て、相電圧決定段が更に相電圧の大きさの名目値信号
の補間された値を発生するための第１補間装置を具えて
いる。この方法が、第１記憶装置の大きさが大幅に低減
されることを可能にする。この場合には相電圧に対する
名目値信号の単一の共通値がそれで一間隔内の全部の速
度値へ割り当てられる。同様に、名目値信号の一つの値
が他の間隔の各々の全部の速度値へ割り当てられる。速
度の所定の値に対する名目値信号を読み出すために、速
度の実際値が置かれる間隔に対する名目値信号の割り当
てられた共通値と、それの対応する間隔内の速度の実際
値の位置に依存する隣接する間隔に対応する名目値信号
の値との間に補間がもたらされる。名目値信号を決定す
るこの方法の変形においては、所定値の速度へ必要な関
係に対応する名目値信号値を割り当てることも可能であ
る。隣接する所定の値に対する位置は電動機速度の実際
の値に対して決定され、その際名目値信号の関連する価
の間の補間が速度の実際の値の位置に従って達成され
る。

【００２１】本発明のもう一つの実施例は、負荷角決定
段が、高速の範囲に対して、関係

【数１０】 に従って、中間速度の範囲に対して、関係

【数１１】 に従って、且つ低速の範囲に対して、関係

【数１２】δ＝90° に従って負荷角δに対する名目値信号を決定することを
特徴としている。

【００２２】かくして、負荷角δに対する名目値信号は
相電圧Ｕに対する名目値信号と同じパラメータ及び信号
から簡単に決定され得る。従って、負荷角決定段の構造
は相電圧決定段の構造のようにまさに簡単な構造であり
得る。

【００２３】位置信号と動き信号との双方又はいずれか
一方に対する所定の制限値に基づいて、相電圧決定段と
負荷角決定段との双方又はいずれか一方がどの範囲に速
度の実際値が置かれるかをこれらの信号から決定する場
合は有利である。この場合には、低速範囲と中間速度範
囲との間、及び中間速度範囲と高速範囲との間の遷移に
おける第１及び第２制限速度が制限値として用いられ
る。これらの速度のうちの一つに対する速度の実際値の
割り当てに依存して、相電圧決定段と負荷角決定段との
双方又はいずれか一方に対する制御パラメータが利用で
き、その制御パラメータが、どの可能な関係に従って名
目値信号が速度から引き出されなければならないかを指
示する。この結果として、相電圧決定段が第１記憶装置
を含む場合には範囲が決定される必要は無い。

【００２４】本発明の変形においては、負荷角決定段が
第２記憶装置を具えており、該第２記憶装置から負荷角
に対する名目値信号の値が、与えられ得る位置信号と動
き信号との双方又はいずれか一方の値から引き出し得る
各速度値に対して読み取られ得る。好適には、これは位
置信号と動き信号との双方又はいずれか一方の値から引
き出し得る速度値の全範囲が複数間隔に分割されること
により達成され、一間隔の全部の速度値に共通な、負荷
角に対する名目値信号の値が、各間隔に対する第１記憶
装置から読み取られ得て、且つ負荷角決定段が更に負荷
角に対する名目値信号の補間値を発生するための第２補
間装置を具えている。

【００２５】相電圧決定段の対応する変形に対して述べ
られたことは、負荷角決定段のこれらの変形へも同様に
適合する。特に、速度の実際値が負荷角決定段によって
置かれる範囲を決定することはそれでもはや必要無い。

【００２６】本発明の別の実施例においては、減速モー
ドの開始の間にも許容し難い大きい相電流と減速力との
双方又はいずれか一方が回避され、それが電動機へ又は
電動機がそれにより整流される回路装置への損傷へ導き
得る過渡効果であり、駆動部材の減速モードへの切換の
間に相電圧の大きさと負荷角との双方又はいずれか一方
に対する名目値信号の値が切換に先立つモードにおける
それらの実際の値から出発して、変化の最大許容速度よ
り高くない速度で減速モードに対する所定の値へ変えら
れることを保証するために、変化の最大許容速度が名目
値信号の値の変化から生じる相電流過渡値が最大許容相
電流に制限されるような方法で決められる。

【００２７】かくして、減速モードが開始された場合に
も、停止が達成された場合と同じ方法で、特にこの減速
モードが高駆動力による駆動モードにおいて開始された
場合に、減速モードへの切換があらゆる危険ながたつい
た運動あるいは電流過渡値無しに行われる。この方法に
おいては、機械的及び電気的部品が損傷から保護され
る。

【００２８】好適な実施例においては、所定の最大値を
越えてはいけない名目値信号の値が時間的に所定のステ
ップでその時変えられ得る。この目的のために、名目値
は最大許容値を越えてはならない固定又は可変の差によ
り所定のリズムにおいて変えられてもよく、あるいは名
目値信号が時間導関数が所定の値を越えてはならない連
続変化を受けてもよい。

【００２９】

【発明の実施の態様】本発明の典型的な実施例が図面に
示され、以下にもっと詳細に説明されるであろう。

【００３０】図１において参照符号１は、回転子が磁界
発生用の永久磁石２と駆動部材３とを具え、且つ固定子
がインバータ６から電力を供給される３相コイル４有す
る電動機に関係しており、前記の電力は電源端子７を介
して、図示されてない直流電圧源からインバータ６へ与
えられる。インバータ６は、平滑コンデンサ８と、各相
コイル４に対して、２個の電流供給素子９の直列回路と
を具えている。前記平滑コンデンサ８と全部の電流供給
素子の直列回路とが、電源端子７へ互いに並列に接続さ
れて、電源端子７へ相コイル４を選択的に接続し、それ
により電動機１へエネルギーを供給するために、本質的
に既知の方法で働く。電動機１とインバータ６とは非常
に図式的に示され且つ多くの方法で実施され得る。例え
ば、相の数は変わってもよく、磁界の発生は永久磁石２
の代わりに界磁巻線によって達成されてもよく、また更
にその上、線型に動く駆動部材が回転駆動部材３の代わ
りに用いられてもよい。その上、インバータ６は、本質
的に既知であり且つなんら詳細には説明されない種々の
方法で実施され且つ変形されてもよい。

【００３１】図１に示された装置は更に電流供給素子９
を制御するための制御回路10と、駆動部材３の位置と運
動の速度とを決定するための、今後モーションセンサ11
と呼ばれる装置とを具えている。このモーションセンサ
11は位置検出器12を含み、該位置検出器は電動機１の駆
動部材３の瞬時位置の検出のために、複数の部品を具え
得る。この位置検出器12は位置信号線13を介して処理回
路14へ位置信号を供給し、その処理回路はモーションセ
ンサの一部を形成している。この処理回路14において、
位置信号線13を介して与えられた位置信号が制御回路10
内での別の処理のために処理される。この処理は、電動
機１の整流に適した位置信号を発生し、且つ位置信号線
13を介して位置検出器12により与えられた位置信号から
可動駆動部材３の速度を表現する動き信号を引き出すた
めに役立つ。

【００３２】本実施例においては、処理された位置信号
が位置信号出力端子15へ供給され、且つ動き信号が処理
回路14の動き信号出力端子16へ供給される。この位置信
号と動き信号との間の分離は、これらの信号の処理と解
析とを更に単純化する。代わりに、位置信号が駆動部材
３の運動の速度と同時に位置についての情報を与えても
よい。そのような位置信号が処理されねばならぬ場合に
は、位置情報は速度情報から一般に分離されねばならな
い。

【００３３】制御回路10は、制御線18を介してインバー
タ６内の電流供給素子９を制御する整流段17を具えてい
る。この目的のために、整流段17は、例えば、図１に非
常に図式的に示されているように、制御器19とこの制御
器19により制御さる波形発生器20とを具えている。整流
段17は、相電圧の大きさ用の名目値信号のための名目値
信号入力端子21と、負荷角のための名目値信号入力端子
22とを有している。以下に説明されるであろうし且つこ
れらの名目値信号入力端子21, 22を介して与えられる名
目値信号に依存し、且つ処理回路14の位置信号出力端子
15からの位置信号に依存して、制御器19が制御線18を介
して電流供給素子９をターンオン又はターンオフする電
圧波形発生器20を制御する。全体として、整流段17は電
動機１が相電圧の所定の大きさ（その相電圧の大きさは
電動機１の対称な構造の場合に全部の相コイル４に対し
てなるべく同じであり、且つそれ故に単数では相電圧振
幅とも呼ばれてもよい）及び所定の負荷角により運転さ
れることを可能する。しかしながら、整流段17の構造は
本発明の範囲外であり且つそれ故に更に詳細には説明し
ない。

【００３４】制御回路10は更に、処理回路14の動き信号
出力端子16から動き信号を受け取るために配設された動
き信号24を有する、相電圧決定段23を具えている。駆動
部材３の減速モードのための相電圧の大きさ用の速度依
存名目値信号は、名目値信号出力端子25において相電圧
決定段23により作り出され、整流段の第１名目値信号入
力端子21へ与えられ得る。

【００３５】制御回路10は更に処理回路14の動き信号出
力端子16からの動き信号がそれを介して与えられ得る動
き信号入力端子27と、駆動部材の速度に依存し且つ負荷
角決定段26により供給されねばならない負荷角用の名目
値信号のための名目値信号出力端子28とを有する負荷角
決定段26を具えている。この名目値信号は名目値信号出
力端子28から整流段17の第２名目値信号入力端子22へ与
えられ得る。

【００３６】制御回路10はモード制御信号を受け取るた
めに配設された入力端子30を有する減速活性化段29をも
具えており、そのモード制御信号によってこの段が駆動
モードと減速モードとの間を切り換えられ得る。この減
速活性化段29は２個の活性化信号出力端子31, 32と切換
信号出力端子33とを有している。減速活性化段29が減速
モードへ切り換えられる場合には、活性化信号が活性化
信号出力端子31, 32を介してそれぞれ、相電圧決定段23
又は負荷角決定段26の各活性化信号入力端子34又は35へ
与えられる。活性化信号が減速モードに対して相電圧決
定段23と負荷角決定段26とを活動的にし、すなわち活性
化信号がこれらの段を活性化する。切換信号出力端子33
が、制御回路10の一部をも形成する名目値信号切換段36
へ切換信号を供給する。その名目値信号切換段36は、各
々がそれぞれ２個の入力端子39,40及び41, 42と、それ
ぞれ１個の出力端子43及び44とを有する２個の切換スイ
ッチ37及び38を具えている。第１スイッチ37の第２入力
端子40は相電圧決定段23の名目値信号出力端子25へ接続
され、第１スイッチ37の出力端子43は整流段17の第１名
目値信号入力端子21へ接続さている。同様に、負荷角決
定段26の名目値信号出力端子28は第２スイッチ38の第２
入力端子42へ接続され、第２スイッチ38の出力端子44は
整流段17の第２名目値信号入力端子22へ接続されてい
る。図１に示されたスイッチ37, 38の位置においては、
名目値信号がかくして整流段17へ相電圧決定段23と負荷
角決定段26とから与えられ、すなわちスイッチ37, 38が
減速モードに対するそれらの位置にある。

【００３７】第１スイッチ37の第１入力端子39は第１端
子45へ接続され、第２スイッチ38の第１入力端子41は第
２端子46へ接続されている。これらの端子45, 46によっ
て、相電圧と負荷角とに対する外部名目値信号をそれぞ
れ、駆動モードでの回路装置へ与えることが可能であ
り、かくしてし駆動モードでの電動機１の外部制御を可
能にする。明らかに、電動機駆動に対してこれが必要な
場合には、端子45, 46を介して一定値を有する名目値信
号を与えることも可能である。

【００３８】図２は、減速力Ｋが電動機１の電気的角周
波数ωに対してプロットされている図を示している。こ
の図においては、符号ａが本発明による減速過程のため
の電気的角周波数ωの関数として減速力Ｋを表してい
る。電気的角周波数ωは運動の速度に比例しており、す
なわち本例では駆動部材３の速度に比例していることは
注意されねばならない。高速範囲においては、第２制限
速度ω₀ 以上の電気的角周波数ωの値に対して、曲線ａ
は少なくとも実質的に電動機１における最大許容電力に
より決められる双曲線である。（電気的角周波数の関連
する値ω₁ に対応する）第１制限速度と（ω₀ に対応す
る）第２制限速度との間の中間速度範囲においては、減
速力Ｋが一定であり、これらの範囲における減速力の最
大許容値に対応している。第１制限速度より下、すなわ
ち停止と値ω₁ との間では、減速力は減速力の最大許容
値から零へ停止に向かって減少する。

【００３９】これと比較して、図２における曲線ｂは、
電動機１の相コイル４が減速の目的のために永久的に単
純に短絡されている場合に、角周波数ωの関数として減
速力Ｋを表している。この結果として、大幅に小さい減
速力Ｋだけしか得ることができず、それが電動機１が比
較的ゆっくりとのみ停止されることを可能にすることが
わかる。

【００４０】電動機１を停止するために必要な時間を図
解するために、図３は本発明による減速過程のための時
間対角周波数図ａを示しており、曲線ｂは電動機１の永
久的に短絡された相コイル４により得られる減速過程を
表現している。符号ｔは時間を表している。本発明の場
合には電気的角周波数ωと、従って、電動機１の駆動部
材３の回転数が、比較のために示された相コイル４が短
絡された場合ｂよりも大幅にもっと急速に、減速モード
が開始された瞬間から零へ低減することがわかる。停止
が達成される直前の減速力Ｋの減少が駆動部材３の運動
から停止への比較的漸進的な遷移、すなわち安定した停
止を保証する。

【００４１】図２及び３において曲線ｂにより表現され
たような電動機１の相コイル４の短絡に対して、図１に
示された装置は、減速の間に駆動部材３の運動エネルギ
ーの回生と消費とのためにインバータ６内で用いられ得
るような、電子制動スイッチ48を有する制動抵抗47を具
えている。制動スイッチ48と同時にそのような制動抵抗
47により取り扱われるべき電気的及び熱的エネルギーに
よって、これらの部品が大幅な費用を必要とするであろ
うと言う事実はさておき、その時角周波数ωの関数とし
て得ることができる減速力Ｋは最も好ましい場合に図２
における曲線ｂに従うようになるであろう。しかしなが
ら、この結果として、減速はその時図３における曲線ｂ
に従って進行し、すなわち一般にそれはもっと多くの時
間を必要とする。

【００４２】かくして、本発明によると、大幅に高い減
速力と従って大幅に短い停止時間とを得ることができ
る。更にその上、本発明は、これが駆動仕様書に応じて
いる場合には、減速力Ｋが図２における曲線ａ以下の範
囲において選択されることをも可能にする。その時減速
過程は磨耗を最小化するように形作られ得る。

【００４３】逆に、本発明によると、減速力は停止に向
かう低速範囲において最大値を持続してもよい。その時
停止ががたつきを最小限にするために形作られていない
場合には、短い停止時間を狙うことが可能である。図２
における曲線ａに従った角周波数ωの関数としての減速
力Ｋの変化は、運動の低速、中間速度及び高速の３つの
異なる範囲に対する相電圧Ｕと負荷角δとの名目値信号
に対する上述の関係に基づいている。

【００４４】駆動モードと減速モードとの間で最小のが
たつきによる遷移を保証するためには、停止への遷移に
対してすでに説明したように、減速モードが入力端子30
におけるモード制御信号により制御される減速活性化段
29により開始された場合に、端子45, 46における相電圧
と負荷角に対する名目値信号から、減速モードにおける
運動の速度の実際の値を制御するために企図された、
（相電圧決定段23と負荷角決定段より供給された）それ
らの名目値信号への突然の切換は無いような方法で、回
路装置10は形作られている。実際には、減速モードが開
始された瞬間から全部の次の名目値信号が、相電圧決定
段23及び負荷角決定段26からそれぞれ名目値信号入力端
子21及び22へ与えられるような方法で、切換信号出力端
子33を介して、名目値信号切換段36が活性化される。相
電圧Ｕの大きさと負荷角とに対する名目値信号が、それ
ぞれ第１端子45と第２端子46とからそれぞれ相電圧決定
段23と負荷角決定段26とへ、これらの段の各比較入力端
子49と50とを介して与えられる。減速モードが開始され
た場合に、相電圧決定段23と負荷角決定段26とがその時
比較し、減速モード用の名目値信号に対して決められた
第１速度依存値はそれで、それまで活性な駆動モードに
対する対応する名目値信号の最後の実際の値と比較され
る。名目値信号出力端子25又は28に供給されるべき名目
値信号の値は今や、駆動モードから減速モードへ１個以
上の時間間隔でか又は連続的に徐々に切換られ得る。こ
の連続なあるいは段階的な切換は、相電圧決定段23と負
荷角決定段26とがアナログ回路として構成されるかある
いはディジタル回路として構成されるかのいずれかに依
存して達成される。

【００４５】駆動モードから減速モードへの、及びこの
減速モードから停止への円滑な遷移が絶対必要ではな
い、本発明の単純化された実施例においては、それぞれ
相電圧決定段23と負荷角決定段26との活性化信号入力端
子34, 35と比較入力端子49, 50とは省略されてもよく、
且つ結果として、減速活性化段29は大幅に単純化されて
もよく、あるいは省略されてもよい。モード制御信号は
この時入力端子30から名目値信号切換段36へ直接に与え
られ得る。

【００４６】相電圧決定段23及び負荷角決定段26がそれ
ぞれ第１及び第２記憶装置を含む場合には、それから動
き信号の受け取られた値から引き出された速度の各値に
対して相電圧Ｕと負荷角δ用の名目値信号の値が読み取
られ得て、図４及び５が電動機１の角周波数ωに依存し
て、それぞれ名目値信号Ｕ及びδのためにこれらの記憶
装置に記憶される値の例を図式的に示している。各名目
値信号Ｕ又はδの所定の値が運動の速度の値の各間隔へ
割り当てられ、あるいはその角周波数ωに一致している
ことがわかる。実現されるべき駆動システムの仕様書に
依存して、図４及び５の曲線内の段階、すなわち運動の
速度の値あるいは角周波数ωの間隔が大きく又は小さく
なり得る。特に大きい速度間隔の場合には、補間装置が
相電圧決定段23と負荷角決定段26との中に設けられても
よく、それは図４及び５に示されたような間隔の一つ中
の運動の速度の実際値の位置を基礎として、関連する間
隔及び隣接する間隔又は補間によった間隔の名目値信号
の記憶された値から、名目値信号出力端子25又は28にお
いて供給されるべき名目値信号の値を決定する。

【００４７】駆動モードから減速モードへの円滑な遷移
を達成するために、所定の時間間隔内の名目値信号の値
は名目値信号の記憶された値の段階の所定の最大数への
み切り換えられねばならない。明らかに、これらの段階
と時間間隔とは、これが大きい減速力が本発明に従って
達成されるのを妨げないような方法で選択されねばなら
ない。

【００４８】本発明による回路装置の特に安価で且つコ
ンパクトな構造は、相電圧決定段23と、負荷角限定段26
と、減速活性化段29と、名目値信号切換段36、及びなる
べく処理回路14と同時に整流段17もが、マイクロプロセ
ッサ制御回路装置内に組み合わされることで達成され得
る。この時本発明に従った制御回路10のための部品の追
加の数は特に少なくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による回路装置を図式的に示している。

【図２】図１に示された実施例に対して、運動の速度に
対してプロットされた減速力の図である。

【図３】減速過程の一例に対して、時間の関数としての
速度の図である。

【図４】速度の値に対して割り当てられた相電圧に対す
る名目値信号の値の一例を示している。

【図５】速度の値に対して割り当てられた負荷角に対す
る名目値信号の値の一例を示している。

【符号の説明】

１ 電動機 ２ 磁界発生用の永久磁石 ３ 駆動部材 ４ ３相コイル ６ インバータ ７ 電源端子 ８ 平滑コンデンサ ９ 電流供給素子 10 制御回路 11 モーションセンサ 12 位置検出器 13 位置信号線 14 処理回路 15 位置信号出力端子 16 動き信号出力端子 17 整流段 18 制御線 19 制御器 20 波形発生器 21 相電圧の大きさ用名目値信号入力端子 22 負荷角用名目値信号入力端子 23 相電圧決定段 24 動き信号 25 名目値信号出力端子 26 負荷角決定段 27 動き信号入力端子 28 名目値信号出力端子 29 減速活性化段 30 入力端子 31, 32 活性化信号出力端子 33 切換信号出力端子 34，35 活性化信号入力端子 36 名目値信号切換段 37，38 切換スイッチ 39, 40，41, 42 入力端子 43，44 出力端子 45 第１端子 46 第２端子 47 制動抵抗 48 電子制動スイッチ 49，50 比較入力端子 Ｋ 減速力 ｔ 時間 Ｕ 相電圧 ω 電気的角周波数 ω₁ 第１制限速度 ω₀ 第２制限速度 δ 負荷角

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ユルゲン ハルフマン ドイツ連邦共和国 52134 ヘルツォーゲ ンラス アン デル ヴィントクンスト ６

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可動駆動部材と、所定の相電圧と所定の
   負荷角とにより直流電圧源から付勢できる少なくとも１
   個の相コイルとを有する、電子的に整流される電動機を
   制御する回路装置であって、該装置は前記可動駆動部材
   の位置と運動の速度との双方又はいずれか一方を決定す
   るための、以後はモーションセンサと呼ばれる装置と、
   直流電圧源への前記相コイルの制御された接続のための
   電流供給素子と、及び所定の相電圧と負荷角とを得るよ
   うに前記電流供給素子を制御するための制御回路を具え
   ており、前記電流供給素子は前記駆動部材が前記駆動部
   材の運動の方向と反対の力を受けるような方法で、前記
   駆動部材を減速するための制御回路により制御できる回
   路装置において、 駆動部材を減速するために、相電圧と負荷角との双方又
   はいずれか一方が、 ‐ 最大許容相電流に従った少なくとも実質的に速度に
   無関係な電力が、達成される最大許容減速力によってよ
   り低速に向かって制限される駆動部材の運動の高速の範
   囲内で電動機内に生じ、 ‐ 最大許容減速力が、高速の範囲をそれの低速端に向
   かって結合し且つ相コイルの直接短絡により発生され得
   る減速力が実質的に最大に達する瞬間の速度へ延び下が
   る中間速度の範囲内で電導機内に生じ、 ‐ 減速力がそれの最大許容値から零まで、停止と中間
   速度の範囲との間に延びる運動の低速の範囲で、停止に
   向かって減少する、ような方法で制御できるか、又は高
   速及び中間速度の範囲における減速力は、前述の条件に
   より示された値と零との間の範囲内の値へ設定され得
   て、低速の範囲における減速力は最大許容減速力と零と
   の間の値へ設定され得るような方法で制御できることを
   特徴とする電子的に整流される電動機を制御する回路装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の電子的に整流される電動
   機を制御する回路装置において、 前記制御回路が、 ‐ 相電圧の大きさに対してと、少なくとも駆動部材の
   瞬時位置を表現する位置信号と同時に負荷角に対する所
   定の名目値信号に従って電流供給素子を制御する整流段
   と、 ‐ 前記位置信号と、その位置信号に含まれない場合に
   は駆動部材の運動の速度を表現する動き信号との双方又
   はいずれか一方を受け取るために配設され、且つそこか
   ら引き出し且つ駆動部材の減速のために相電圧の大きさ
   の速度依存名目値信号を供給するために適合される相電
   圧決定段と、 ‐ 前記位置信号と、その位置信号に含まれない場合に
   は前記動き信号との双方又はいずれか一方を受け取るた
   めに配設され、且つそこから引き出し且つ駆動部材の減
   速のための負荷角の速度依存名目値信号を供給するため
   に適合される負荷角決定段と、 ‐ 駆動モードと減速モードとの間をモード制御信号に
   より切り換えでき、且つ減速の目的のために前記相電圧
   決定段と前記負荷角決定段とがそれにより活性化され得
   る減速活性化段と、 ‐ 前記減速活性化段により制御でき、且つ減速モード
   において、あるいは必要ならば、駆動モードにおいて、
   それぞれ相電圧決定段及び負荷角決定段から、相電圧の
   大きさのため及び負荷角のための名目値信号に対応する
   所定の名目値信号を、整流段へ与えるために適合された
   名目値信号切換段と、を具えていることを特徴とする電
   子的に整流される電動機を制御する回路装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の電子的に整流される電動
   機を制御する回路装置において、 相電圧決定段が、高速の範囲に対して、関係 【数１】 に従って、中間速度の範囲に対して、関係 【数２】 に従って、且つ低速の範囲に対して、関係 【数３】 に従って、相電圧Ｕに対する名目値信号を決定し、ここ
   でωは電動機の電気的角周波数であり、 Ｌは相コイルインダクタンスであり、 Ｉmax は最大許容相電流であり、 ψは電動機の相コイルと励磁磁界との間の磁束鎖交であ
   り、 Ｒは相コイルオーミック抵抗であり、 ω₀ は運動の中間速度と高速との範囲の間の境界におけ
   る電動機の電気的角周波数ωであることを特徴とする電
   子的に整流される電動機を制御する回路装置。
4. 【請求項４】 請求項２記載の電子的に整流される電動
   機を制御する回路装置において、 相電圧決定段が、与えられ得る位置信号と動き信号との
   双方又はいずれか一方の値から引き出し得る各速度値に
   対して、相電圧に対する名目値信号の値が読み取られ得
   る第１記憶装置を具えていることを特徴とする電子的に
   整流される電動機を制御する回路装置。
5. 【請求項５】 請求項４記載の電子的に整流される電動
   機を制御する回路装置において、 位置信号と動き信号との双方又はいずれか一方の値から
   引き出し得る速度値の全範囲が複数間隔に分割され、一
   間隔の全速度値に共通である相電圧に対する名目値信号
   の値が、各間隔に対する第１記憶装置から読み取られ得
   て、相電圧決定段が更に相電圧の大きさの名目値信号の
   補間された値を発生するための第１補間装置を具えてい
   ることを特徴とする電子的に整流される電動機を制御す
   る回路装置。
6. 【請求項６】 請求項２記載の電子的に整流される電動
   機を制御する回路装置において、 負荷角決定段が、高速の範囲に対して、関係 【数４】 に従って、中間速度の範囲に対して、関係 【数５】 に従って、且つ低速の範囲に対して、関係 【数６】δ＝90° に従って負荷角δに対する名目値信号を決定することを
   特徴とする電子的に整流される電動機を制御する回路装
   置。
7. 【請求項７】 請求項２，３又は６記載の電子的に整流
   される電動機を制御する回路装置において、 位置信号と動き信号との双方又はいずれか一方に対する
   所定の制限値に基づいて、相電圧決定段と負荷角決定段
   との双方又はいずれか一方がどの範囲に速度の実際値が
   置かれるかをこれらの信号から決定することを特徴とす
   る電子的に整流される電動機を制御する回路装置。
8. 【請求項８】 請求項２記載の電子的に整流される電動
   機を制御する回路装置において、 負荷角決定段が第２記憶装置を具えており、該第２記憶
   装置から負荷角に対する名目値信号の値が、与えられ得
   る位置信号と動き信号との双方又はいずれか一方の値か
   ら引き出し得る各速度値に対して読み取られ得ることを
   特徴とする電子的に整流される電動機を制御する回路装
   置。
9. 【請求項９】 請求項８記載の電子的に整流される電動
   機を制御する回路装置において、 位置信号と動き信号との双方又はいずれか一方の値から
   引き出し得る速度値の全範囲が複数間隔に分割され、一
   間隔の全速度値に共通である負荷角に対する名目値信号
   の値が、各間隔に対する第１記憶装置から読み取られ得
   て、負荷角決定段が更に負荷角に対する名目値信号の補
   間値を発生するための第２補間装置を具えていることを
   特徴とする電子的に整流される電動機を制御する回路装
   置。
10. 【請求項１０】 請求項１〜９のうちのいずれか１項記
    載の電子的に整流される電動機を制御する回路装置にお
    いて、 駆動部材の減速モードへの切換の間に、相電圧の大きさ
    と負荷角との双方又はいずれか一方に対する名目値信号
    の値が、切換に先立つモードにおけるそれらの実際の値
    から出発して、変化の最大許容速度より高くない速度で
    減速モードに対する所定の値へ変えられ、変化の最大許
    容速度が、名目値信号の値の変化から生じる相電流過渡
    値が最大許容相電流に制限されるような方法で決められ
    ることを特徴とする電子的に整流される電動機を制御す
    る回路装置。