JPH09503376A - 電動制動装置を有する電動機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は電動制動装置を有する電動機を提案する。この電動機においては電動機動作時にも制動動作時にも同じ電力制御素子が使用される。この電力制御素子を介して、この他励電動機における励磁電流は制御される。また、所定の制動時間が前もって設定されている。制動抵抗から電圧を取り出すことによって、制動電流の尺度を得ることができ、その結果制動電流も同様に励磁電流によって制御できる。

Description

【発明の詳細な説明】 電動制動装置を有する電動機 従来技術 本発明は電動制動装置及び制御部を有する電動機に関する。この制御部は電力 制御素子を介して電動機電流ないしは前記電動機の回転数を制御する。ドイツ特 許第３５３９８４１号明細書から、すでに直巻電動機のための制動装置が公知で ある。この制動装置では、制動動作時に界磁巻線は極性を切り換えられ、この界 磁巻線は半導体スイッチを介して電機子に直列に接続されている。電動機動作時 には、これとは反対に電力半導体は事実上動作しない。というのも、この電力半 導体は電動機から独立した電流回路を形成しているからである。電動機の回転数 制御を行うには、別の電力制御素子を有する制御部が必要である。２つ電力制御 素子が使われるので、この電動機の電動機動作及び制動動作のための回路コスト は比較的高くなる。 発明の利点 請求項１の特徴部分記載の構成を有する本発明の電動機は、従来技術に対して 以下のような利点を有する。すなわち、電動機動作時にも制動動作時にも同一電 力制御素子が使用できる。特に有利な点は、電力制御素子を２重に使用すること によって、回路コストを削 減できるだけでなく、もう１つ別の冷却体を必要としない、という点である。冷 却体は、通常は場所を大きくとり、それゆえ望ましいものではない。 従属請求項記載の手段によって、請求項１記載の電動機の有利な改良実施形態 が可能である。特に有利な点は、電力制御素子が制動動作時に磁界形成のための 励磁電流を制御する点である。電力制御素子の制御入力側を介して、制動電流の 経過を制御できるようにすると有利である。この事により、所定の励磁電流曲線 の経過も制御できるので特に有利である。これを、位相制御部によって行うと有 利である。この位相制御部は、もともと電動機動作時に回転数制御のために設け られている。 制動電流制御部によって、電動機の制動時間を、場合によってその電動機に接 続している切削工具又は鋸工具について予め定めることができる。例えば丸鋸、 剪定バサミ、又は芝刈り機においては、使用者の負傷の危険性を少なくするため に、作動中の工具の非常に急速な制動が望ましい。 さらに有利なのは、制御部が制動電流測定手段を有することである。この測定 手段のおかげで、有利には、励磁電流を予め定められた曲線に適合させることが できるか、又は一定に保持することができる。制動電流の一定保持は、高電流ピ ークを制動過程開始において回避するために、できれば全制動過程にわたって行 われるのが望ましい。この高電流ピークは、甚だしいブラシスパークを引き起こ し、このブラシスパークはカーボンの不均一で過大な損耗の原因となる。従って 、電動機又は手持ち電動工具は、比較的適正に制動される。 さらに有利なのは、以下のような第１の切換スイッチが使用されることである 。すなわち、この第１の切換スイッチは、電動機動作時には電動機電流を電力制 御素子を介して導き、そして制動動作時には界磁巻線又はこの界磁巻線の部分の 極性を切り換えるので、励磁電流は制動磁界を形成できる。 界磁巻線の過負荷を避けるために、さらに電流制限抵抗を励磁電流回路に接続 するように構成されている。同様に、制動過程のために電機子回路に制動抵抗を 接続することができる。このようにして、励磁電流と制動電流とを別々に調整で きる。 この電動機の有利な用途は、手持ち電動工具に使用することである。手持ち電 動工具においては、負傷の危険性を少なくするために、使用中の工具は、できる だけ急速に制動されるべきである。このことは、有利には、鋸、研磨機、芝刈り 機等々において所望される。 図面 本発明の図示の実施例について、以下に詳しく説明する。図１は第１の実施例 のブロック線図である。図 ２は第２の実施例の１部分のブロック線図である。 実施例の説明 図１は、直列接続された電機子１、第１の界磁コイル２、及び第２の界磁コイ ル３を有する電動機を示す。第１の界磁コイル２と電機子２との間に第１の切換 スイッチ１３が接続されており、この第１の切換スイッチ１３において電動機動 作時に接点６、８は閉じられている。第２の界磁コイル３は、電力制御素子４、 有利にはトライアック又はサイリスタを介して電源端子Ｎに接続されている。第 １の界磁巻線２は、もう１つの電源端子Ｐに接続されている。電力制御素子４の 制御入力側は、制御部５に接続されている。この制御部５は、一方で同様に電源 回路のＮ導線に接続されている。制御部５は、さらに測定された実際値回転数ｎ_I と目標値回転数ｎ_Sのための入力側を有する。他方で制御部５は、第２の切換ス イッチ１４に接続されている。この第２の切換スイッチ１４は、電動機動作時に は閉じた接点９、１１を介して、電機子１の電圧を検出する。制動動作時には、 接点９、１０が閉じられ、この結果制動抵抗１５が電機子１に並列に接続される 。制動抵抗１５としてダイオードを使用すると有利である。このダイオードは半 波しか通さないので、制動電流を整流する。他方で、制動抵抗１５が抵抗１５の 場合には、以下のような利点を有する。すなわち制御素子４（トライアック）が 短絡した場合、ヒューズとし て作用する。この場合、励磁電流及び制動電流に合わせて制動抵抗１５の回路定 数を決めればよい。第２の切換スイッチ１４の接点９、１１が開いているので、 制御部５の制御入力側は信号を受信しない。それ故、制御部５は電動機動作状態 か制動動作状態かをすぐに識別できる。 実際値回転数が、直接には検出できない場合には、電機子電圧を電動機動作時 に制御量として利用してもよい（接点９/１１が閉じている時）。 第１の切換スイッチ１３の接点６、７が閉じている第２の切換位置の場合には 、この第２の接点６、７は電流制限抵抗１２を介して同様に電機子１に並列接続 されている。この電流制限抵抗１２は所定の値、有利には零オームでもよい。 制御部５は位相制御部として構成され、例えばドイツ特許第３７３９６２３号 明細書から公知である。しかし、電力制御素子４に適する制御部５であれば、そ の他のどんな制御部を使用してもよい。 次に、この回路装置の動作を説明する。電動機動作時には、第１の切換スイッ チ１３の接点６、８は閉じられており、同様に第２の切換スイッチ１４の接点９ 、１１も閉じられている。電動機には端子Ｐ，Ｎを介して電源電圧Ｕが印加され る。すると電流は、第１の界磁巻線２、電機子１、第２の界磁巻線３そして電力 制御素子４を介して、第２の電源端子Ｎに流れてくる 。制御部５によって、回転数が調整される。この回転数は目標値回転数入力側ｎ_S を介して、例えばある制御素子によって予め定められている。実際値回転数は 、例えば電動機軸のタコジェネレータを介して検出され、制御部５の実際値回転 数入力側ｎ_Iに供給される。この結果、この制御部は目標値/実際値の比較を行う ことができる。この定常電動機動作はそれ自体周知のものである。その他に、制 御部５は第２の切換スイッチ１４の閉じている接点９、１１を介して電機子電圧 を検出し、これによって電動機動作状態か、制動動作状態かの情報を得るのであ る。 制動動作のために電動機は電源によって他励磁される。制動動作時のスイッチ 切り換えの場合、第１の切換スイッチ１３の接点６、７（一点鎖線）ないし第２ の切換スイッチ１４の接点９、１０（一点鎖線）が閉じられる。すると励磁電流 は、電源端子Ｐから第１の界磁巻線２、場合によっては電流制限抵抗１２、第２ の界磁巻線３ならびに電力制御素子４を介して流れる。励磁電流によって制動ト ルク形成のための磁界が発生する。さらに、電機子１、制動抵抗１５ならびに接 点９、１０を介して制動電流が流れる。この制動電流は実質的に制動抵抗１５に よって定められる。制御部は、接点９、１１が開いたことによって制動動作に切 り換えられたことを識別する。するとこの制御部は、電力制御素子に対して励磁 電流を設定するよう制御す る。その結果所定の制動トルクが調整される。励磁電流は、制動の場合には脈動 する直流電流であり、有利には各々の第２の半波がマイクロコンピュータによっ てトリガされる。励磁電流の値、そしてこの励磁電流の所定の経過（励磁電流を 一定に保持することもできる）は、ここには図示されていないメモリに記憶され ている。最も簡単な場合では、コンパレータを使用してもよい。このコンパレー タは励磁電流の目標値を設定する。また、ここには図示されていない時限素子、 例えば単安定マルチバイブレータが設けられ、この時限素子によって最大制動時 間が調整される。制動時間は、電動機が確実に停止するように選択される。それ に応じて、最大励磁電流または制動電流のための相応の電圧（この電圧は、ここ には図示されていないタコジェネレータで検出できる。）を所定の時間に設定し てもよい。この設定時間が経過した後で、界磁コイル２、３に流れる電流は遮断 され、その結果励磁されなくなるために、制動作用が低下する。 さらに制動過程の持続時間をタコジェネレータを用いて検出し、これを用いて 制動電流を制御するように構成されている。 本発明の別の実施形態では、制動抵抗１５を介して、制動電流の尺度となる電 圧を測定するように構成される。この構成によって、制動電流を、励磁電流によ って非常に簡単に制御することができる。制動電流の 測定は、非対称に２つの界磁コイルが接続された場合に、つまり、図２のように 電機子１と界磁コイル２、３との間に電力制御素子４が接続される場合に、非常 に簡単である。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９５年１１月１５日 【補正内容】 請求の範囲 １． 電動制動装置を有する電動機であって、電動機の主電流回路に接続され た電力制御素子は直列に接続されており、制御部を有し、電動機の電機子のため の第１の切換スイッチを有し、 前記制御部は、前記電力制御素子の１つの入力側と接続され、電動機動作時に も又は制動動作時にも、電動機電流又は電動機電圧を前記と同一の電力制御素子 を介して制御する電動機において、 電動機の電機子（１）に第２の切換スイッチ（１４）が並列に接続され、該第 ２の切換スイッチ（１４）の第１の接点（９、１０）と電機子（１）によって形 成された電流回路は、電動機動作時には遮断され、制動動作時には閉成され、 第２の切換スイッチ（１４）は、もう１つの接点（９、１１）を有し、該第２ の切換スイッチ（１４）は、電動機動作時には制御部（５）の制御入力側を電源 端子（Ｐ）に接続し、制動動作時にはこの接続を遮断することを特徴とする電動 機。 ７． 第１の切換スイッチ（１３）は、第１の界磁巻線（２）と電機子（１） との間に接続されており、制動動作時には第１の切換スイッチ（１３）は第１の 界磁巻線（２）を電機子（１）から切り離して励磁電流 回路（３、４、６、７、２）に直列に接続することを特徴とする請求項１から６ のうちのいずれか１項記載の電動機。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 電動制動装置及び制御部を有する電動機であって、該制御部は電力制御 素子、例えばサイリスタ又はトライアックを介して電動機電流ないし電動機回転 数を制御する電動機において、 制御部（５）は、電動機電流及び／又は電動機電圧を、電動機動作時にも制動 動作時にも他励磁される場合に同一の電力制御素子を介して制御するように構成 されることを特徴とする電動機。 ２． 制御部（５）は、位相制御の方式に従って構成され、制動動作時には電 動機の励磁電流を電力制御素子（４）の制御入力側を介して制御することを特徴 とする請求項１記載の電動機。 ３． 制御部（５）は、制動電流を所定の励磁電流経過に従って制御すること を特徴とする請求項２記載の電動機。 ４． 制御部（５）は、制動電流を所定の最大制動時間の間に制御することを 特徴とする請求項２又は３記載の電動機。 ５． 制御部（５）は、制動電流測定手段を有することを特徴とする請求項１ から４のうちのいずれか１項記載の電動機。 ６． 制御部（５）は制動電流を検出し、該制動電流を励磁電流の調整によっ て一定に保持することを特徴 とする請求項５記載の電動機。 ７． 電動機は第１の切換スイッチ（１３）と接続されており、該第１の切換 スイッチ（１３）は、第１の界磁巻線（２）と電機子（１）との間に接続されて おり、制動動作時に第１の切換スイッチ（１３）は第１の界磁巻線（２）を電機 子（１）から切り離して、励磁電流回路（３、４、６、７、２）に直列に接続し 、第２の切換スイッチ（１４）は電機子（１）を短絡することを特徴とする請求 項１から６のうちのいずれか１項記載の電動機。 ８． 励磁電流回路（３、４、６、７、２）には、電流制限抵抗（１２）が接 続できることを特徴とする請求項７記載の電動機。 ９． 電機子電流回路（１、１０、９、８）には、制動抵抗（１５）が接続さ れることを特徴とする請求項７又は８記載の電動機。 １０． 電動機を、手持ち電動工具、例えば鋸、研磨機又は芝刈り機等々に使 用することを特徴とする請求項１から９までのうちのいずれか１項記載の電動機 。