JPH09312904A - 直流電動機の駆動制御装置 - Google Patents
直流電動機の駆動制御装置Info
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Abstract
て、回路構成及び制御を簡単にすることができる直流電
動機の駆動制御装置を提供する。 【解決手段】 バッテリ1の両端子間に、電動機2の電
機子2a、コンタクタ3、前進用コンタクタ4、後進用コ
ンタクタ5、界磁コイル2b、メイントランジスタ6が直
列に接続されている。コンタクタ3は電機子2aと界磁コ
イル2bとを直列状態でバッテリ1に接続する第1の状態
と、界磁コイル2bを電機子2aと並列状態でバッテリ
1に接続する第2の状態とに切り換えられる。回生制動
時にコンタクタ3が第2の状態に切り換えられると、電
動機2は分巻電動機と同様に作用し、回生可能な速度よ
り低速の一定速度で電機子2aを回転させようとする。
そして、その差の分がバッテリ1に回生され、電動機2
にはその電力分の制動(即ち回生制動)がかかる。
Description
御装置に係り、詳しくは、回生制動に特長を有する直流
電動機の駆動制御装置に関するものである。
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。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回生制動
を行う駆動制御回路として図3に示すものが提案されて
いる(例えば、特開平7−46707号公報)。
タクタ32、直流電動機(以下、単に電動機と称す)3
3の電機子33a、前進用コンタクタ34、後進用コン
タクタ35、電動機33の界磁コイル33b、メイント
ランジスタ36が直列に接続されている。また、前進及
び後進用コンタクタ34,35とバッテリ31のプラス
端子との間には、フライホイールダイオード37,38
が接続されている。そして、バッテリ31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3
2との間には回生用ダイオード39が接続されている。
さらに、バッテリ31のプラス端子と前進及び後進用コ
ンタクタ34,35との間には、予備励磁用トランジス
タ40と予備励磁用抵抗41とが直列に接続されてい
る。
装置42内に設けられた各ドライブ回路42a,42b
に接続されている。各ドライブ回路42a,42bは、
同じく制御装置42内に設けられたCPU42cによっ
て制御される。
と接点32bとから構成され、その投入(図示実線)・
離落(図示鎖線)は、制御装置42による励磁コイル3
2aへの通電制御によりなされる。また、前進及び後進
用コンタクタ34,35の投入・離落は、制御装置42
によって各コンタクタ34,35の励磁コイル(図示
略)への通電制御によりなされる。そして、前進及び後
進用コンタクタ34,35の相補的な切り換え動作に基
づいて、界磁コイル33bに流れる界磁電流の方向が変
わって電動機33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。
で前進走行中にブレーキング動作が行われると、制御装
置42は回生制動を行う。回生制動時には回生用コンタ
クタ32がオフ位置(図示鎖線)に、前進及び後進用コ
ンタクタ34,35が後進位置(図示実線)にそれぞれ
切り換えられる。即ち、界磁コイル33bの配線が力行
時と逆に切り換えられる。そして、先ず予備励磁用トラ
ンジスタ40が一定時間オン状態に保持されて予備励磁
が行われる。この状態では実線の矢印で示すように、バ
ッテリ31のプラス端子から、予備励磁用トランジスタ
40、予備励磁用抵抗41、後進用コンタクタ35、界
磁コイル33b、前進用コンタクタ34、メイントラン
ジスタ36を経由して、バッテリ31のマイナス端子へ
予備励磁電流I1 が流れ、電機子33aに矢印VA 方向
に起電力VA が発生する。
磁電流I1 に加えて回生ダイオード39を通る回生電流
I2 (鎖線で図示)が流れはじめる。この回生電流I2
によって界磁コイル33bに流れる界磁電流(予備励磁
電流I1 及び回生電流I2 の和)が増加し、起電力VA
が増加する。すると、起電力VA の増加に伴って回生電
流I2 はさらに増加することになる。そして、回生電流
I2 がある程度以上大きくなった時点で、制御装置42
は予備励磁用トランジスタ40をオフさせる。すると、
予備励磁電流I1 は流れなくなるが、回生電流I2 は流
れ続けようとする。
ジスタ36をオフさせる。すると、界磁コイル33bか
らメイントランジスタ36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38へ
と流れだす。即ち、電機子33aの起電力VA と界磁コ
イル33b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33aの前進及び後進用コンタクタ
34,35側から、後進用コンタクタ35、界磁コイル
33b、前進用コンタクタ34、フライホイールダイオ
ード38、バッテリ31、回生用ダイオード39を経由
して、電機子33aの回生用コンタクタ32側へ回生電
流I3 (破線で図示)が流れる。従って、電動機33に
よって発電された電力がバッテリ31に回生されるため
バッテリ31は充電され、電動機33にはその電力分の
制動(即ち、回生制動)がかかる。
より小さくなると回生用コンタクタ32が投入されてオ
ンになり、プラギング制動に移行される。
制御回路では、回生制動に移行する際に予備励磁が必要
となり、予備励磁用トランジスタ40及び予備励磁用抵
抗41が必要となる。また、予備励磁を行うためには前
進及び後進用コンタクタ34,35の接続を、前進用の
接続状態から後進用の接続状態あるいは後進用の接続状
態から前進用の接続状態に切り換えた後、予備励磁を行
う必要がある。さらに、予備励磁から回生制動に移行す
るためには電機子33aを流れる回生電流I2 がある値
以上になったことを確認する等、所定の手順で予備励磁
用トランジスタ40及びメイントランジスタ36をオ
ン、オフ制御するため回生制動の制御が複雑になるとい
う問題がある。
のであって、その目的は回生制動を行う場合に予備励磁
を不要として、回路構成及び制御を簡単にすることがで
きる直流電動機の駆動制御装置を提供することにある。
め、請求項1に記載の発明では、直流電源から直流電動
機に供給される電流を制御する第1の制御手段と、前記
直流電動機の界磁コイルを電機子と直列状態で直流電源
に接続する第1の状態と、電機子と並列状態で直流電源
に接続する第2の状態とに切り換える切換手段と、回生
制動時に前記切換手段を第1の状態から第2の状態に作
動させる第2の制御手段とを備えた。
制動力を調整するため前記界磁コイルに流れる電流量を
制御する回生時制御手段を設けた。請求項3に記載の発
明では、請求項2に記載の発明において、前記回生時制
御手段はスイッチング素子のチョッパ制御により前記電
流量を制御する。
載の発明において、前記スイッチング素子は前記界磁コ
イルと前記直流電源のマイナス端子との間に接続される
とともに第1の制御手段によっても制御可能に構成さ
れ、前記電機子と直流電源のマイナス端子との間には電
機子側へのみ電流が流れるのを許容する回生用ダイオー
ドが接続され、前記界磁コイルと直流電源のプラス端子
との間には直流電源のプラス端子側へのみ電流が流れる
のを許容するダイオードが接続されている。
求項4のいずれか1項に記載の発明において、前記界磁
コイルはその励磁方向を切り換えるコンタクタを介して
前記電機子に接続されている。
求項5のいずれか1項に記載の発明において、直流電動
機はバッテリ式電気自動車の走行用電動機である。請求
項1〜請求項6に記載の発明では、直流電源から直流電
動機に供給される電流が第1の制御手段により制御され
る。直流電動機の界磁コイルは、第2の制御手段により
作動される切換手段により、電機子と直列状態で直流電
源に接続される第1の状態と、電機子と並列状態で直流
電源に接続される第2の状態とに切り換えられる。力行
時には界磁コイルと電機子とが直列状態に接続されて、
直巻電動機として作動する。回生制動時には界磁コイル
は電機子と並列状態で直流電源に接続され、分巻電動機
のように作動する。分巻電動機は一定の低速で回転しよ
うとし、それより高速で回転している電機子の起電力と
の差の分が回生電力となる。即ち、回生制動が可能な速
度以上での力行状態において、界磁コイルの接続状態を
第1の状態から第2の状態に切り換えるだけで、予備励
磁なしに回生制動が行われる。
段により回生制動時に界磁コイルに流れる電流量が制御
され、その制動力が調整される。請求項3に記載の発明
では、回生時制御手段によりスイッチング素子がチョッ
パ制御され、界磁コイルに流れる電流量が制御される。
載の発明において、回生制動時に直流電源のマイナス端
子から回生用ダイオード、電機子、切換手段、界磁コイ
ル、ダイオードを介して直流電源のプラス端子側へ回生
電流が流れる。そして、界磁コイルと直流電源のマイナ
ス端子との間に接続されたスイッチング素子がチョッパ
制御され、制動力が調整される。スイッチング素子は力
行時には第1の制御手段によってチョッパ制御され、直
流電動機に供給される電流が制御される。
切り換えで界磁コイルの励磁方向が切り換えられ、前記
電機子の回転方向が逆転される。請求項6に記載の発明
では、直流電動機はバッテリ式電気自動車の走行用電動
機として使用される。
動車の走行用モータに用いられる直流電動機の駆動制御
回路に具体化した一実施の形態を図1及び図2に従って
説明する。
は、直流電動機(以下、単に電動機と称す)2の電機子
2a、切換手段としてのコンタクタ3、前進用(正転
用)コンタクタ4、後進用(逆転用)コンタクタ5、電
動機2の界磁コイル2b、メイントランジスタ6が直列
に接続されている。メイントランジスタ6にはMOSト
ランジスタ(MOSFET)が使用され、そのドレイン
が前進及び後進用コンタクタ4,5と、ソースがバッテ
リ1のマイナス端子とそれぞれ接続されている。
bとを直列状態でバッテリ1に接続する第1の状態(図
1の状態)と、界磁コイル2bを電機子2aと並列状態
でバッテリ1に接続する第2の状態(図2の状態)とに
切り換え可能となっている。前進及び後進用コンタクタ
4,5とメイントランジスタ6との中間点と、バッテリ
1のプラス端子との間にはフライホイールダイオード7
が接続されている。また、電機子2aと並列にフライホ
イールダイオード8が接続されている。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電機子2a
との間には回生用ダイオード9が接続されている。
御手段、第2の制御手段及び回生時制御手段としての制
御装置10内に設けられたドライブ回路10aに接続さ
れている。ドライブ回路10aは制御装置10内に設け
られたCPU(中央処理装置)10bによって制御され
る。メイントランジスタ6は電動機2に供給される電流
量を制御するスイッチング素子と、回生制動時に界磁コ
イル2bに流れる電流量を制御するスイッチング素子の
役割を果たす。
え、制御装置10によるその励磁コイルへの通電制御に
より、第1の状態と第2の状態とに切り換え作動され
る。前進及び後進用コンタクタ4,5もそれぞれ図示し
ない励磁コイルを備え、制御装置10による各励磁コイ
ルへの通電制御により、その接続状態が図1及び図2に
実線で示す前進状態と、鎖線で示す後進状態とに切り換
えられるようになっている。そして、前進及び後進用コ
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2bに流れる界磁電流の方向が変更されて電動
機2の回転方向が変更されるようになっている。
説明する。電気車の走行時(電動機2の力行時)、即ち
走行用レバー(図示せず)が走行位置に操作されると、
コンタクタ3が図1に示す第1の状態に配置され、電機
子2aと界磁コイル2bとが直列に接続された状態とな
る。また、走行用レバーの前進操作あるいは後進操作に
基づいて、前進及び後進用コンタクタ4,5が実線で示
す前進位置あるいは鎖線で示す後進位置に配置される。
そして、制御装置10によりメイントランジスタ6が目
標速度に対応する所定のデューティ比でチョッパ制御さ
れ、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2に電流が供給されて電動機2の
回転速度即ち電気車の車速が制御される。
にブレーキング動作が行われると、回生制動が行われ
る。回生制動時には図2に示すように、コンタクタ3が
第2の状態即ち界磁コイル2bを電気子2aと並列にバ
ッテリ1に接続する状態に切り換えられる。コンタクタ
3が第1の状態から第2の状態に切り換えられると、バ
ッテリ1から電機子2aへの電流の供給が停止され、界
磁コイル2bにはバッテリ1のプラス端子から直接電流
が供給可能な状態となる。この状態でメイントランジス
タ6がオンになると、コンタクタ3から界磁コイル2b
を経てメイントランジスタ6に電流が流れる状態とな
る。
が停止されても電機子2aは回生可能な速度で回転して
おり、電機子2aには逆起電力VA が図2の矢印VA 方
向に発生する。また、コンタクタ3が第2の状態に配置
された状態では界磁コイル2bは電機子2aに対して分
巻電動機と同様な接続状態となり、メイントランジスタ
6がオンの状態では回生可能な速度より低速の一定速度
で電機子2aを回転させようとする。そして、その差の
分がバッテリ1に回生され、電動機2にはその電力分の
制動(即ち回生制動)がかかる。電機子2aの起電力V
A により生じる回生電流I3 はメイントランジスタ6が
オフの状態では図2に鎖線の矢印で示すように、バッテ
リ1のマイナス端子→回生用ダイオード9→電機子2a
→バッテリ1のプラスス端子と流れる。一方、界磁コイ
ル2bを流れていた電流は後進用コンタクタ5→フライ
ホイールダイオード7→コンタクタ3→前進用コンタク
タ4→界磁コイル2bと流れる。また、メイントランジ
スタ6がONの状態では破線で示すように、電機子2a
のバッテリ1のプラス端子側から、コンタクタ3→前進
用コンタクタ4→界磁コイル2b→後進用コンタクタ5
→メイントランジスタ6→回生用ダイオード9→電機子
2aへと流れる。
りスイッチング制御され、そのデューティ比を変更する
ことにより制動力が調整される。電動機2の回転速度が
低くなると電機子2aの起電力VA が低下し、バッテリ
1への回生電流(回生電力)が小さくなり、回生制動の
制動トルクが小さくなる。そして、電機子2aの起電力
VA がバッテリ1の電圧より低くなると回生電流は流れ
なくなり、回生制動作用がなくなる。そこで、電動機2
の回転速度が所定の速度まで低下すると、回生制動から
プラギング制動に切り換えられる。
度より低速の所定の速度まで低下すると、制御装置10
はメイントランジスタ6をオフとし、前進及び後進用コ
ンタクタ4,5を実線で示す前進位置から鎖線で示す後
進位置に切り換える。その状態でメイントランジスタ6
がオンになると、バッテリ1のプラス端子から電機子2
a、コンタクタ3、後進用コンタクタ5、界磁コイル2
b、前進用コンタクタ4及びメイントランジスタ6を経
てバッテリ1のマイナス端子へ電流が流れる。即ち、界
磁コイル2bには電動機2を逆転させる方向の界磁電流
が流れるため、電動機2は逆転しようとし、電動機2に
はその分だけ制動(プラギング制動)がかかる。
り、従来装置で必要だった予備励磁用トランジスタ及び
予備励磁用抵抗が不要となって制御回路の構成が簡単と
なる。
磁が不要となり、コンタクタ3を力行状態(第1の状
態)から回生状態(第2の状態)に切り換えることによ
り界磁コイルの配線を切り換えることなく直ちに回生制
動に移行できる。また、予備励磁のための制御や予備励
磁状態から回生状態への移行のための制御が不要とな
り、回生制動を行うための制御が簡単となる。
時制御手段)により界磁コイル2bに流れる電流量の制
御が可能なため、回生制動の制動力を調整できる。 (ニ) 制御装置10(回生時制御手)はメイントラン
ジスタ6(スイッチング素子)のチョッパ制御により前
記電流量を制御するため、アナログ制御に比較して制御
が容易となる。
制御に使用されるメイントランジスタ6が、回生制動時
に界磁コイル2bに流れる電流量の制御を行うスイッチ
ング素子として使用されるため、回生制動時用のスイッ
チング素子を新たに設ける必要がない。
切り換える前進用コンタクタ4及び後進用コンタクタ5
を介して電機子2aに接続されているため、回生制動に
よる制動力が不十分になったとき、両コンタクタ4、5
の接続状態を切り換えることによりプラギング制動に移
行できる。
場合、ブレーキング操作が行われると直ちに回生制動に
移行できるため、制動フィーリングが良くなる。なお、
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、例
えば次のように具体化してもよい。
タに限らず、回生制動を行う直流電動機を使用する機器
に適用する。 (2) 逆転が不要な機器に適用する場合は、界磁コイ
ル2bの励磁方向を切り換える切換手段としての前進用
及び後進用コンタクタ4、5は不要となる。この場合、
プラギング制動ができなくなるため、機械的な制動装置
(摩擦ブレーキ)を設け、回生制動の作用が低下した段
階で摩擦ブレーキを作動させて電動機2を完全停止させ
る。
6をチョッパ制御せずにオン状態あるいはオフ状態に保
持してもよい。 (4) 回生制動時に界磁コイル2bに流れる電流量を
制御するスイッチング素子を力行時に電動機2に流れる
電流を制御するメイントランジスタ6と別に設けてもよ
い。
の状態とに励磁コイルの励消磁で切り換え作動される構
成に代えて、制動レバー(制動操作部材)と連動して機
械的に第1の状態と第2の状態とに切り換え作動される
構成としてもよい。この場合、制動レバーが第2の制御
手段を構成する。
ランジスタ以外のトランジスタ、例えばSIT(静電誘
導トランジスタ)やバイポーラトランジスタ、あるいは
サイリスタ等の他のスイッチング素子に置き換える。
請求項記載以外の発明について、以下にその効果ととも
に記載する。 (1) 請求項5又は請求項6に記載の発明において、
回生制動時に電動機の回転速度が回生可能な速度より低
下した場合、第1の制御手段は界磁コイルの励磁方向を
逆転させる状態にコンタクタを切り換え、第2の制御手
段は切換手段を第1の状態に切り換えてプラギング制動
に移行する。この場合、機械的な制動装置がなくても電
動機を早期に完全に停止させることができる。
に記載の発明によれば、回生制動を行う場合に予備励磁
が不要となり、回路構成及び制御が簡単になる。
制動力を調整できる。請求項3に記載の発明では、アナ
ログ制御に比較して制御が容易となる。請求項4に記載
の発明では、力行時に電動機に流れる電流の制御に使用
されるスイッチング素子が、回生制動時に界磁コイルに
流れる電流量の制御を行うスイッチング素子として使用
されるため、回生制動時用のスイッチング素子を新たに
設ける必要がない。
その励磁方向を切り換えるコンタクタを介して電機子に
接続されているため、回生制動による制動力が不十分に
なったとき、コンタクタの接続状態を切り換えることに
よりプラギング制動に移行できる。
操作が行われると直ちに回生制動に移行できるため、制
動フィーリングが良くなる。
…電機子、2b…界磁コイル、3…切換手段としてのコ
ンタクタ、4…前進用コンタクタ、5…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、7、8…フライホイールダイオード、9…回生用ダ
イオード、10…第1の制御手段,第2の制御手段及び
回生時制御手段としての制御装置。
Claims (6)
- 【請求項1】 直流電源から直流電動機に供給される電
流を制御する第1の制御手段と、 前記直流電動機の界磁コイルを電機子と直列状態で直流
電源に接続する第1の状態と、電機子と並列状態で直流
電源に接続する第2の状態とに切り換える切換手段と、 回生制動時に前記切換手段を第1の状態から第2の状態
に作動させる第2の制御手段とを備えた直流電動機の駆
動制御装置。 - 【請求項2】 回生制動時に制動力を調整するため前記
界磁コイルに流れる電流量を制御する回生時制御手段を
設けた請求項1に記載の直流電動機の駆動制御装置。 - 【請求項3】 前記回生時制御手段はスイッチング素子
のチョッパ制御により前記電流量を制御する請求項2に
記載の直流電動機の駆動制御装置。 - 【請求項4】 前記スイッチング素子は前記界磁コイル
と前記直流電源のマイナス端子との間に接続されるとと
もに第1の制御手段によっても制御可能に構成され、前
記電機子と直流電源のマイナス端子との間には電機子側
へのみ電流が流れるのを許容する回生用ダイオードが接
続され、前記界磁コイルと直流電源のプラス端子との間
には直流電源のプラス端子側へのみ電流が流れるのを許
容するダイオードが接続されている請求項3に記載の直
流電動機の駆動制御装置。 - 【請求項5】 前記界磁コイルはその励磁方向を切り換
えるコンタクタを介して前記電機子に接続されている請
求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の直流電動機の
駆動制御装置。 - 【請求項6】 前記直流電動機はバッテリ式電気自動車
の走行用電動機である請求項1〜請求項5のいずれか1
項に記載の直流電動機の駆動制御装置。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12840096A JP3669049B2 (ja) | 1996-05-23 | 1996-05-23 | 直流電動機の駆動制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12840096A JP3669049B2 (ja) | 1996-05-23 | 1996-05-23 | 直流電動機の駆動制御装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09312904A true JPH09312904A (ja) | 1997-12-02 |
JP3669049B2 JP3669049B2 (ja) | 2005-07-06 |
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ID=14983867
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JP2012222879A (ja) * | 2011-04-05 | 2012-11-12 | Makita Corp | 単相直巻整流子電動機の駆動装置 |
CN107253452A (zh) * | 2017-06-28 | 2017-10-17 | 北京新能源汽车股份有限公司 | 电池限制充电时电动汽车定速巡航控制方法及装置 |
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