JPH10202U

JPH10202U - 電気モーターの回転速度制御装置

Info

Publication number: JPH10202U
Application number: JP010925U
Authority: JP
Inventors: ジル・オードマール
Original assignee: ホスパル・アクツィエンゲゼルシャフト
Priority date: 1990-06-22
Filing date: 1997-11-27
Publication date: 1998-08-25
Also published as: ATE122185T1; IT9067457A1; IT1240703B; EP0465381A1; JPH04229094A; DE69109380T2; US5590237A; IT9067457A0; EP0465381B1; ES2071269T3; DE69109380D1

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の技術に存在する、使用するにあたって
かなり高価で高度の技術手段が必要であること、送電線
を通る時に送電線に生じた歪に左右されやすいこと、そ
れから他の種類のモーター制御に適さないといった欠点
の解消を課題とする。【解決手段】直流電気モーター（６）の回転速度を制
御するための装置において、前記モーター（６）の所望
回転速度に対応した可変周波数を有するパルスよりなる
第１の信号Ｓ１を発生する発生器（２）と、前記第１の
信号Ｓ１を前記第１の信号の可変周波数を有すると共に
所定の一定時間幅のパルスよりなる第２の信号Ｓ２に変
換する変換手段（３）と、前記第２の信号Ｓ２のパルス
の周波数と時間幅を有するパルス電圧を前記モーター
（６）に供給する供給手段（５）と、よりなることを特
徴とする電気モーターの回転速度制御装置。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、電気モーター、特に直流モーター、ステッピングモーター、ブラシレスモーターの回転速度制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

現在では、いろいろなタイプの制御装置が、電気モーターの回転速度を制御するのに使われている。例えば、直流モーターの場合には、所望速度にあわせた信号を入力として受信し、ろ波した後モーター制御回路へ供給されるＰＷＭ制御信号を出力として発生する装置がしばしば使用されている。

【０００３】実際には、これらの従来の装置によって発生される制御信号は、パルスのシーケンスであり、その各々が、あらかじめ固定された動作周波数によって決まる特定の瞬間に起こるイニシャルフロント（立ち上がり）とある不定時間の後イニシャルフロントの後に起こるファイナルフロント（立ち下がり )を持っている、またそのパルスは、最小（０、スピード０に等しい）と最大（固定動作周波数の逆数、連続供給によるモーターの最高速度に相当している）を変化する幅もしくは持続時間を持つ。結果として、速度情報が、可変パルス幅にコード化されると、制御信号は、実質的にアナログで固定された周波数信号である。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

この種の装置は、使用するにあたって、かなり高価で高度の技術手段を必要とする欠点がある。

【０００５】電気モーターの回転速度を制御する場合、振幅変調信号を発生させる装置を使用することも知られている。この種の装置は、ろ波に関するかぎりでは有利であるが（固定周波数の信号は、事実簡単にろ波できる）、制御信号が送電線を送らねばならない時に大いに不利である。何故ならアナログ信号であるため送電線自体で生じた歪みにも影響されやすいからである。また、この装置は、ステッピングモーターのような他のモーターの制御に適さない。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

本考案の目的は、既知の技術に存在する欠点を解決し、特に、実質的に送電線の歪に影響されず、また少しの修正で違ったタイプのモーターを制御できるようにする、電気モーターの回転速度制御装置を提供する。

【０００７】本考案に従うと、電気モーターを制御するためのユニットを組み込んだ電気モーターの回転速度制御装置は、所望回転速度にしたがって変えられる周波数の出力信号を発生するための可変周波数発生器と、前記可変周波数発生器によって制御されて制御信号を発生する復調手段とを含んでおり、前記制御信号が前記制御ユニットへ供給されて、それにより前記制御ユニットを制御して電気モーターへの電力を選択供給する。

【０００８】

【実施例】

以下には、この考案の理解をよりよくするために２つの具体例が添付の図に関連した単に非制限的な例により説明される。

【０００９】図１を参照すると、全体的に１で示したこの考案による制御装置は、所望回転速度にしたがう可変周波数を持つ信号Ｓ₁ を発生させる可変周波数発生器２と、信号Ｓ₁ を受信する単安定回路のような復調手段（場合により、光絶縁装置４を挿入することがある）であって、前もって決められた持続時間とＳ₁ に等しい周波数の出力制御信号Ｓ₂ を発生する復調手段３と、制御信号Ｓ₂ に基づいてモーター６への供給を制御する制御装置（ユニット）５とを有する。

【００１０】より具体的には、発生器２は、方形波出力信号Ｓ₀ （例えば、１０ＭＨｚの周波数）を発生する発振器１０を有し、その出力Ｓ₀ は、プログラム可能な除算操作器１１に結合され、そして除算操作器１１は、除数発生器１３が制御入力１２に指示した数値（除数）によって発振器から供給される信号Ｓ₀ の周波数を除算できるようにしてある。

【００１１】除数発生器１３は、所望モーター速度に応じた制御信号Ｖ_d によって制御される（例えば、キーボードや同類装置を使って供給する）。除数発生器１３は、発振器１０が発生した周波数を所望速度にしたがってどれだけの量（要するに、除数係数）で分割するかを指示するデジタル出力信号（例えば、９ビット信号）を発生する。

【００１２】信号Ｓ₁ は（図２では、この信号は、分かり易くするために現実に使われる数値よりずっと小さい５で分割される）モーター６の所望回転速度に比例して変化可能な周波数の方形波形である。一般にＳ₁ の周波数は、０Ｈｚから２０ｋＨｚの間を変化し、供給が０ならモーター速度も０、供給が連続なら最高モーター速度となるようにしてある（最高速度の場合の除数は、例えば５００である）。

【００１３】この信号Ｓ₁ は、単安定回路３の入力１５に伝達され、単安定回路３に可変周波数である信号Ｓ₁ に等しい周波数のパルスシーケンス（したがって、０Ｈｚと２０ｋＨｚの間を変化する）を発生させる。その持続時間“Ｔ”は単安定回路自身によって決まる。単安定回路３から発生されるパルスのあらかじめ決められている持続時間は、除算操作器１１から発生された最大周波数に応じた周期と等しいものを選ぶ、この例では、５０マイクロ秒である。

【００１４】実際には、制御ユニット５の入力１６へ伝達される制御信号Ｓ₂ は、０％（Ｓ ₁ が周波数０で単安定回路が出力パルスを発生していない時）から１００％（Ｓ ₁ が最大周波数２０ｋＨｚの連続出力信号で単安定回路３が連続出力信号を発生する時）までに調整できるデューティサイクルを持つ。デジタルタイプの信号Ｓ ₂ は、制御ユニット５を介して異なるタイプのモーターを直接制御するのに使用できる。

【００１５】制御ユニット５は、制御信号パルスＳ₂ が入力１６に現れる度にモーター６を電源Ｖ_dcとつなぐことでモーター６へ給電する。その結果、制御信号の周波数を大きくするほど電力をモーターへ供給する時間が長くなり、結果としてモーターはより早く回転するようになる。極限の場合には、制御信号Ｓ₂ のデューティサイクルは１００％（制御信号は、実際は、ひとつの連続パルスである）の時、モーターは中断することなく電力を受け最高速度で回転する。

【００１６】本考案に従って制御信号Ｓ₂ を用いると、違った方法で組み立てられた制御ユニットを直接制御することも可能となる。例えば、違ったタイプのモーター（直流、ステピングまたは、ブラシレスモーター）は、制動動作のあるなしにかかわらず制御されるし、第１、第２、第３象限でも同様である。

【００１７】図３は、直流モーターが、制動動作なく第１象限で動作した場合の制御ユニットの具体例である。この実施例でわかるように、ユニット５は、入力１６に接続されて制御信号Ｓ₂ を受信する制御端子もしくはポート２１と、供給電圧Ｖ_dcに接続されている端子２２と、インダクタンス２５及びコンデンサ２６からなるＬＣフィルター２４に接続されている端子２３とを持つ制御可能なパワースイッチ２０を組み込んでいる（例えば、ＭＯＳＦＥＴパワートランジスタ）。詳細に述べると、インダクタンス２５の第一端子は制御パワースイッチ２０の端子２３と、もう一方の端子はモーター６に接続されている。他方、コンデンサ２６の第１端子は、インダクタンス２５とモーター６との接続点に接続されていて、もう一方の端子は、基準電位である地面に接地されている。

【００１８】図３の回路の動作は次の通りである。スイッチ２０が、単安定回路３から発生されたパルスをその制御端子２１に受信すると、スイッチが閉じられ、フィルター２４を介してモーター６を供給電圧Ｖ_dcに接続する。パルスの最後でスイッチ２０は開き、供給電圧からモーターを分離する。このように単安定回路３が発生した信号Ｓ₂ の周波数（従ってデューティサイクル）に依存して、モーターに任意の周波数が与えられるとモーターはそれに従った速度で回転する。

【００１９】図３の回路に従うと、図４（横軸に回転力Ｃを縦軸に回転速度Ｖを表す）に示される通り抵抗負荷Ｒ₁ 、Ｒ₂ 、Ｒ₃ に依存してそれぞれの異なった回転力を得ることが可能となる。図のように対応した回転力／速度を有する異なる動作点（Ａ、Ｂ、Ｃ）は、モーターに要求した回転力に従って得られる。

【００２０】図５は、制御ユニット５の他の実施例を表す。この例では、ユニット５は、制動効果を利用して第１象限を制御する。詳しく述べると、図５の制御ユニット５は、第１の制御電力供給スイッチ３０と、スイッチ３０と反対位相で動作する第２制御電力スイッチ３１とを有する。ＭＯＳＦＥＴ型パワートランジスタであるスイッチ３０は、スイッチ２０に類似していて、制御信号Ｓ₂ を受信する入力１６に接続されている制御端子３２と供給電圧Ｖ_dcに接続された端子３３と、モーター６に接続された端子３４（しかしながらこの場合フィルターは、設けられていない）から成る。スイッチ３０と反対位相で作動するスイッチ３１は、制御端子３５に接して丸として図５に象徴的に描かれているように、制御端子３５を介して制御ユニット５の入力１６に接続されていて制御信号Ｓ₂ を受信する。スイッチ３１は、さらに、スイッチ３０の端子３４（とモーター６の間）に接続されている端子３６と接地された端子３７とを有する。

【００２１】図５の回路の動作は次の通りである。信号パルスＳ₂ が現れるとスイッチ３０が閉じて電圧Ｖ_dcをモーター６と接続する。この段階においてスイッチ３１は、スイッチ３０と反対位相なので、開いていて何の変化も示さない。信号パルスＳ ₂ が終わるとスイッチ３０は開き、供給電圧Ｖ_dcとモーターとの接続は切れ、スイッチ３１が閉じられる、そのためモーターが接地され、制動効果が現れる。この場合にもまた、制御信号Ｓ₂ の周波数（従って、デューティーサイクル）に依存したスイッチ３０および３１の開閉時間が与えられると、モーターの回転速度は、その周波数の数値に依存して得られる。

【００２２】図４に類似して横軸に回転力Ｃ、縦軸に速度Ｖをとって図６の回転力／速度特性が得られる。この場合には、与えられたある速度に対して一つの回転力だけを得ることができることが分かる（この図において得られた動作点は、Ｅ，Ｆ，Ｇで表してある）。

【００２３】本考案を利用することで、実質的に送電線の歪に左右されない装置を使って回転速度を調節することが可能である。実際に、他の従来の装置とは違って、この考案に従うと、制御ユニットに送られる信号はデジタル型で、所望速度のコード化が周波数変調によって得られかつパルスの長さが固定される（単安定回路３によって決められた通り）。結果としてデジタル信号のアナログ変換は、制御ユニットで行われるだけで、制御信号は、コード化された情報の損失なしに送電線を伝達できる。

【００２４】本考案に従う装置は、図３から図６に示した例により説明した通り、その平易な回路（可変周波数であるためろ波の際に大きな困難があるにもかかわらず）のために有利であり、他のタイプのモーターにも適応できるし、制御の異なるタイプにも簡単に適応できる。

【００２５】本考案の装置は、精密かつ正確に速度制御を行うことを可能にし、また必要ならば、信号の歪みなしに可変周波数Ｓ₁ の信号発生部分（可変周波数発生器２を含む周波数変調部分）を制御信号発生部分（単安定回路３を含む復調部分）から切り離すために光絶縁装置４が取り入れられてもよい（いくつかの用途で、例えば安全上の理由で必要とされるように）。

【００２６】考案の範囲内における修正と変形でこの考案通りの具体的な制御装置を作成し得ることは、明白である。特にまた、可変周波数発生器は、異なるタイプの周波数変調器を使って構成されうるし、あるいは、外部から入力される所望速度、またはあらかじめプログラムされた操作要求をもとにして、あるいはある時点に生成される要求に基づいて可変周波数信号を発生するプログラムされたマイクロプロセッサから構成されうるということが強調できる。特に、マイクロプロセッサが設けられる場合、これはモーター６の有効な回転速度に関連した他の信号を例えば符号器を使って得られるように入力として受信する、この時回転速度に何か異常が出ると閉じたループ制御組織を作って補填する。

【００２７】復調手段は、いくつかの適当な方法で設けられる。例えば、ＰＬＬ回路が単安定パルス発生器３の代わりに設けられてもよい。

【００２８】また、制御パワースイッチは、所望の設計にそった任意のタイプで良く、特に図５に例示した実施例の２つのスイッチは、自動的に反対位相機能を備えた互いに反対タイプであるか、またはインバータが、制御ユニット５の入力１６と制御端子の１つの間に提供されることで同タイプにすることができる。

【００２９】また、すでに述べたように光絶縁装置の使用してもしなくても良い。またモーター制御ユニットは異なった方法で使用してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案による装置の概略ブロック図である。

【図２】図１内の若干の信号の時間変化図である。

【図３】図１のモーター制御ユニットの第１具体例の全
体的な回路図である。

【図４】図３の例に従って構成された制御ユニットで得
られる回転力／速度の特性である。

【図５】図１のモーター制御ユニットの第２具体例の全
体的な回路図である。

【図６】図５の例に従って構成された制御ユニットで得
られる回転力／速度の特性である。

【符号の説明】

１本考案装置全体図２可変周波数発生器３単安定回路４光絶縁体（装置）５制御ユニット６直流電気モーター１０発振器１１除算操作器１２制御入力１３除数発生器１５単安定回路の入力１６制御ユニットの入力Ｓ₀ 発振器からの信号Ｓ₁ 可変周波数発生器から発生される可変周波数信号Ｓ₂ 単安定回路から発生される制御信号Ｖ_d 外部からの制御信号Ｖ_dc 供給電圧

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】直流電気モーター（６）の回転速度を制
御するための装置において、前記モーター（６）の所望
回転速度に対応した可変周波数を有するパルスよりなる
第１の信号Ｓ１を発生する発生器（２）と、前記第１の信号Ｓ１を前記第１の信号の可変周波数を有
すると共に所定の一定時間幅のパルスよりなる第２の信
号Ｓ２に変換する変換手段（３）と、前記第２の信号Ｓ２のパルスの周波数と時間幅を有する
パルス電圧を前記モーター（６）に供給する供給手段
（５）と、よりなることを特徴とする電気モーターの回
転速度制御装置。
【請求項２】第１の信号Ｓ１を発生させる手段（２）
は一定の周波数と一定の時間幅を有するパルスよりなる
初期信号Ｓ０を発生させる手段（１０）と、前記一定の初期信号Ｓ０を発生させる手段（１０）から
の信号の一定の周波数を電気モーター（６）の所望の回
転速度に対応した除数で除算する手段（１３）と、より
なる請求項１の電気モーターの回転速度制御装置。
【請求項３】初期信号Ｓ０を発生させる手段は方形波
信号を発生させる発振器（１０）を含む請求項２の電気
モーターの回転速度制御装置。
【請求項４】第１の信号Ｓ１を第２の信号Ｓ２に変換
する変換手段（３）は単安定回路であるを含む請求項１
ないし３のいずれかの電気モーターの回転速度制御装
置。
【請求項５】第１の信号Ｓ１を発生する発生器（２）
と第２の信号Ｓ２に変換する変換手段（３）との間に
は、更に光絶縁手段（４）が挿入されている請求項１な
いし４のいずれかの電気モーターの回転速度制御装置。
【請求項６】第１の信号Ｓ１の周波数はモーター
（６）の最低速度と最高速度にそれぞれ対応する下限値
と上限値の間で可変である請求項１ないし５のいずれか
の電気モーターの回転速度制御装置。
【請求項７】第２の信号Ｓ２の所定の一定の時間幅は
第１の信号Ｓ１の可変周波数の上限値の逆数にほぼ等し
い請求項１ないし６のいずれかの電気モーターの回転速
度制御装置。
【請求項８】モーター（６）にパルス電圧を供給する
手段（５）は、第２の信号Ｓ２を受信する制御端子（２
１）と、直流電源に接続された第２端子（２２）と、モ
ーター（６）に接続された第３端子（２３）とを具備し
た制御パワースイッチ（２０）を含んでいる、請求項１
ないし７のいずれかの電気モーターの回転速度制御装
置。
【請求項９】モーター（６）にパルス電圧を供給する
手段（５）は、更に制御パワースイッチ（２０）の第３
端子（２３）に接続されたＬＣフィルター（２４）を含
む請求項８の電気モーターの回転速度制御装置。
【請求項１０】モーター（６）にパルス電圧を供給す
る手段（５）は、第２の信号Ｓ２を受ける第１制御端子
（３２）と、直流電源に接続された第２端子（３３）
と、モーター（６）に接続された第３端子（３４）とを
有する第１制御パワースイッチ（３０）、並びに第２の
信号Ｓ２を受ける第１制御端子（３５）と、モーター
（６）に接続された第２端子（３６）と、基準電位に接
続された第３端子（３７）とを有する第２生業パワース
イッチ（３１）を含んでおり、それにより、第２の制御パワースイッチが第１制御パワ
ースイッチ（３０）とは逆位相で動作するようになって
いる、請求項１ないし７のいずれかの電気モーターの回
転速度制御装置。