JPH10505217A - 電動機の駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 電動機（１１）の負荷状態の上昇を検出するための監視装置（２４）を有する、電動機（１１）の駆動回路が提案される。監視装置（２４）は、所定の回転数目標値（Ｎ_SOLL）と、電動機（１１）の回転数に対する尺度である回転数実際値信号（Ｎ_IST）との間の回転数差（Ｎ_D）を所定の限界値と比較する。限界値を上回る場合には、監視装置（２４）は過負荷信号（２５）を出力し、この過負荷信号は回転数目標値（Ｎ_SOLL）または出力段（１８）に供給される調整量（Ｓ_N）を低減またはゼロにする。本発明の装置は、冷却ファンに使用するのに適し、ここではベンチレータ（２２）が電動機（１１）および/または出力段自体を冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】 電動機の駆動回路 従来の技術 本発明は、独立請求項の上位概念による電動機の駆動回路から出発する。ＤＥ −ＰＳ３０３４１１８から上位概念記載の回路が公知である。この回路は、セン サを１つ有し、このセンサは電動機の回転数に対する尺度である信号を生成する 。公知の回路は、電動機の負荷状態が高められたことを検出するために、回転数 監視を行う監視装置を有する。ここではセンサ信号から検出された実際回転数が 所定の限界値と比較される。限界値は初期回転数値から導出される。この初期回 転数値は公知の回路の運転開始後、所定時間して設定される。電動機駆動用の公 知の回路は、自動車の電気的に駆動される部材における開閉過程の電子的監視に 使用される。限界値は対象物または身体部分の締め付けを検出するように調整さ れる。電動機または存在する出力段の負荷状態が高められることはこの部材の熱 的過負荷につながる可能性があるが、公知の回路ではこのことは予期されていな い。 本発明の課題は、出力段および/または電動機を熱的過負荷に対して確実に保 護することのできる、電動機駆動用回路を提供することである。 この課題は独立請求項に記載の構成によって解決される。 発明の利点 本発明により設けられた監視装置は、所期の回転数目標値と、センサ信号から 検出された回転数実際値との差を所定の限界値と比較する。限界値を越えた場合 には、監視装置が過負荷信号を出力する。 本発明の回路は、動作状態が障害を受けていない場合には、所定の回転数目標 値と、検出された回転数実際値との差が、回転数制御器の設定に依存して所定の 限界内にあるか、または完全にゼロであることに基づいている。電動機または電 動機により駆動される部材の運転が重たいか、または完全にブロックされている と限界値を越え、従って過負荷信号がトリガされる。 本発明の電動機駆動用回路は、負荷状態の上昇または完全なブロックが電気信 号によって識別され、この電気信号は簡単な手段によって検出されることを利点 とする。別のセンサ、例えば温度センサは必要ない。 本発明の電動機駆動用回路はとくに、ベンチレータが同時に電動機および/ま たは出力段の冷却に使用されるような、冷却ファンでの適用に適する。 所定の回転数値から出発する限界値を設定する構成に対して、本発明の電動機 駆動用回路は、電動機も出力段も比較的小さな熱的負荷に対してだけ構成すれば よい、という利点を有する。 本発明の回路の別の構成および利点は従属請求項に記載されている。 本発明の回路の有利な実施例では、監視装置に設けられた、回転数差に対する 限界値が所定の回転数目標値に依存して設定される。この手段によって限界値を 種々異なる動作特性に適合することができる。 有利な構成では、過負荷信号が発生する際に、所定の回転数目標値を低減する 。別の有利な手段では、過負荷信号が発生する際に、制御される電圧源の調整量 が低減される。この電圧源は出力段の制御部に含まれている。別の手段により、 負荷状態が高まっても電動機の確実な駆動がさらに保証され、その際に熱破壊に 至る危険性がない。 とくに有利な実施例では、過負荷信号が所定時間経過後に初めて監視装置から 出力される。この所定の時間は、例えば遮断された状態から出発する電動機の起 動時間を考慮したものである。起動中に発生する不安定状態は過負荷信号の間違 った生成につながる恐れがあるので、この手段によって制御することができる。 別の有利な実施例では、過負荷信号が所定時間後、抑圧される。電動機がさら に過負荷されれば、過負荷信号が再度出力される。このような運転動作では、電 動機の周期的な投入接続が試みられる。過負荷信号が発生または抑圧される時間 は有利には次のように選定される。すなわち、電動機の過負荷または完全なブロ ックがあっても、平均出力が電動機および/または出力段に対して熱的過負荷の 危険性のないような値に制限されるよう選定される。 本発明の別の構成および別の利点は以下の説明と関連した従属請求項から明か である。 図面 図には、本発明の電動機駆動用回路のブロック回路図が示されている。 図には回転数制御回路１０が示されており、この制御回路は電動機の回転数を 所定の回転数目標値Ｎ_SOLLに制御する。回転数目標値Ｎ_SOLLは目標値発生器１２ によって形成される。目標値発生器１２は回転数目標値ＮＳＯＬＬを目標値低減 器３１に出力し、この目標値低減器は回転数目標値Ｎ_SOLLを加算器１４に、制限 された回転数目標値Ｎ’_SOLLとしてさらに導通する。加算器１４は、制限された 回転数目標値Ｎ’_SOLLと回転数実際値信号Ｎ_ISTとの間の回転数差Ｎ_Dを形成する 。回転数実際値信号ＮＩＳＴは電動機１１の回転数に対する尺度であり、回転数 センサ１５が生成する。 加算器１４は回転数差Ｎ_Dを制御器１６に送出し、制御器は調整量Ｓ_Nを検出す る。制御器１６は調整量制限器１７を有する。調整量ＳＮは出力段１８に供給さ れ、この出力段は冷却体１９と結合されている。出力段１８は電動機１１を第１ の端子２０と第２の端子２１を介して、詳細には図示しないエネルギー源と接 続する。出力段１８は調整量Ｓ_Nによって、電動機１１の回転数が所定の回転数 目標値Ｎ_SOLLに相応するように制御する。 電動機１１を流れる電流によって、電機子抵抗ＲＡでの電圧降下に相当するモ ータ電圧Ｕ_Mが発生し、電動機逆起電力（ＥＭＫ）に加算される。電動機１１は ベンチレータ２２を操作し、ベンチレータは第１の空気流２３ａを電動機１１の 方向へ、また第２の空気流２３ｂを冷却体１９の方向へ送出する。 回転数差Ｎ_D並びに回転数目標値Ｎ_SOLLは監視装置２４に供給され、監視装置 は過負荷信号２５を生成する。過負荷信号は目標値低減器１３と調整量制限器１ ７とに出力される。監視装置２４は第１、第２および第３の時間発生器２６、２ ７、２８並びに制限器発生器２９を有する。 図示の本発明の電動機駆動用回路は次のように作用する。 回転数制御器１０は電動機１１の回転数を、目標値発生器１２により生成され た回転数目標値Ｎ_SOLLと、回転数センサ１５により発生された回転数実際値信号 Ｎ_ISTとの間の回転数差Ｎ_Dができるだけ小さくなるように、または完全にゼロに なるように制御する。制御課題を実行するために、回転数制御回路１０は加算器 １４を有し、この加算器は回転数差Ｎ_Dを制御偏差として回転数実際値信号Ｎ_IST と制限された回転数目標 値Ｎ’_SOLLとから検出する。制御器１６は回転数差Ｎ_Dに依存して調整量Ｓ_Nを設 定する。制御器１６は大量のの制御技術基本文献から公知の制御器であり、例え ば比例制御器または比例−積分制御器として構成することができる。アナログ制 御器であっても、デジタル制御器であっても良い。調整量ＳＮはアナログ信号と することができ、出力段１８に供給される。有利には調整量Ｓ_Nはデジタル・パ ルス幅変調信号であり、この信号は出力段１８にてクロック動作を実現する。ク ロック動作では急速な時間順序で電動機１１が詳細に図示しないエネルギー源と 開閉接続される。その結果、平均モータ電圧Ｕ_Mが発生し、この電圧はベンチレ ータ２２によって設定される負荷に依存して所定のモータ電流になる。出力段１ ８は制御される電圧源と称することができる。この電圧源は、回転数差ＮＤがで きるだけ小さくなるような、または完全にゼロになるような値に可変的に設定さ れる。パルス幅制御による出力段１８のクロック制御によって、出力段１８を次 のようなスイッチング動作に構成することができる。すなわち、冷却体１９を介 して排出しなければならない出力段１８での損失電力が最小となるようなスイッ チング動作に構成することができる。冷却体１９は、出力段と結合された別個の 冷却体とすることも、出力段１８の特別に切り出し処理された構成部材とするこ ともできる。 回転数センサ１５としては例えば光電的に動作する光遮断器が適する。または 回転数センサ１５は有利には電磁的に動作し、回転数センサ１５は磁界を検出す る。この場合は、ホールセンサ、磁気抵抗素子、または誘導形センサが適する。 同じようにモータ電流中の転流信号成分を検出することも有利である。この場合 有利には回転数は電動機の動作データの評価により間接的に検出される。回転数 は誘起された逆起電力に比例し、この逆起電力はモータ端子電圧とモータ電流か ら、内部抵抗が既知であるときに検出することができる。 回転数差Ｎ_Dを限界値発生器２９により生成された限界値と比較する監視装置 ２４を設ける。回転数差Ｎ_Dが限界値を越えると、監視装置２４は過負荷信号２ ５を送出する。過負荷信号２５は例えば開放信号をトリガすることができる。図 示の実施例では、過負荷信号２５は例えば、目標値発生器１２により設定された 回転数目標値Ｎ_SOLLを目標値低減器１３で所定の大きさだけ低減するか、または 完全にゼロにすることができる。低減された回転数目標値Ｎ_SOLLは制限された回 転数目標値Ｎ’_SOLLとなり、加算器１４に供給される。同じように、過負荷信号 ２５が例えば制御器１６の調整量Ｓ_Nを、制御器１６に含まれる調整量制限器１ ７によって所定の大きさだけ低減、または完全にゼロにすることも可能である。 とくに有利な構成では、限界値発生器２９により生成される限界値を所定の回 転数目標値Ｎ_SOLLに依存して設定する。従って監視装置２４には回転数差Ｎ_Dの 他に回転数目標値Ｎ_SOLLが入力信号として供給される。回転数目標値Ｎ_SOLLが大 きい場合、限界値は有利には、回転数目標値Ｎ_SOLLが比較的に小さい場合よりも 比較的に低く設定される。 別の有利な実施例では、第１の時間発生器２６が監視装置２４に設けられる。 第１の時間発生器２６は、電動機１１の起動時に例えば静止状態から回転数目標 値Ｎ_SOLLでの所定の定格動作に達するまでの時間に相応する時間に設定される。 第１の時間発生器２６によって設定された時間の間は、電動機１１の投入接続を 第１の時間発生器２６は例えば回転数目標値Ｎ_SOLLの設定の変化によって識別す る。 第２と第３の時間発生器２７、２８によって、過負荷状態または負荷状態の上 昇が識別されても、電動機１１の運転試行が周期的に繰り返されるようになる。 第２の時間発生器２７は例えば過負荷信号２４の発生と同時にスタートする。第 ２の時間発生器２７により設定された時間は従って、電動機の遮断時間または出 力低減の時間を定める。第２の時間発生器２７によって設定された時間の経過後 、第３の時間発生器２８により設定された時間の間、過負荷信号２５は抑圧され る。従って第３の時間発生器２８により設定された時 間の間は、所定の回転数目標値ＮＳＯＬＬによる電動機１１の定格動作が再開さ れる。一時的なブロック状態または一時的な重たい状態がこの手段によって識別 され、以降の動作にそれ以上の影響を及ぼさない。第３の時間発生器２８により 定められる投入接続時間と、第２の時間発生器２７により定められる遮断時間ま たは低出力時間の設定によって、電動機１１並びに冷却体１９により冷却される 出力段１８の熱的過負荷が連続的に障害を受けるような動作での過負荷時でも所 定の限界値以下に留まるようになる。適切な設定は例えば次のように選定される 。すなわち電動機１１を流れる電流の平均値ＩＭが、 Ｉ_M＝Ｔ_ein/（Ｔ_ein＋Ｔ_aus）×（Ｕ_Mmax／Ｒ_A） であるように選定される。ここでＴ_einは投入接続時間、Ｔ_ausは遮断時間、Ｕ_{Mm ax} は最大モータ電圧である。このように平均モータ電流を設定すれば熱的過負荷 は発生しない。 電動機１１駆動用の本発明の回路の有利な適用は、有利には自動車に配置され 、エンジンルームを冷却するのに用いる冷却ファンである。冷却ファンにおける 本発明の適用ではさらに、出力段１８および/または電動機１１がベンチレータ ２２の空気流２４ａ，２４ｂによってそれ自体が冷却される。この手段によって 、付加的な冷却なしでうまく動作すべき出力段よりも許容損失電力の値が比較的 に小さい、安価な出力段１ ８を使用することができる。従ってこの実施例では、電動機１１の運転が重たい 場合、または完全にブロックされた場合に、出力段１８のモータ電流、ひいては その損失電力が付加的な冷却を省略してもベンチレータ２２によって低減される ことが重要である。 出力段１８として例えばトランジスタ、有利には電界効果トランジスタが適す る。バイポーラトランジスタの場合は、調整量Ｓ_Nはアナログ動作ではベースに 流れる制御電流である。電界効果トランジスタの場合は、調整量Ｓ_Nはゲートに 印加される制御電圧である。クロック動作ではすべての場合で、パルス幅変調・ デジタル調整量Ｓ_Nが使用され、この調整量が出力段１８を制御される電圧源と して駆動し、平均モータ電流Ｕ_Mを設定する。 基本的には本発明の回路を、回転数制御回路１０なしで駆動することができる 。この場合は回転数制御の代わりに回転数調整が行われ、監視装置２４はやはり 制御動作で発生する回転数差Ｎ_Dを検出する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 電動機の回転数に対する尺度である信号を生成する装置と、電動機の負 荷状態の上昇を検出するための監視装置とを有する、電動機の駆動回路において 、 監視装置（２４）は、所定の回転数目標値（Ｎ_SOLL）と、回転数実際値信号（ Ｎ_IST）から求められた実際回転数との回転数差（Ｎ_D）を所定の限界値と比較し 、限界値を越える際に過負荷信号（２５）を出力する、ことを特徴とする回路。 ２． 限界値は所定の回転数目標値（Ｎ_SOLL）に依存する、請求項１記載の回 路。 ３． 過負荷信号（２５）は目標値低減器（１３）に供給され、 該目標値低減器は回転数目標値（Ｎ_SOLL）を制限された回転数目標値（Ｎ’_{SO LL} ）に低減する、請求項１記載の回路。 ４． 過負荷信号（２５）は調整量制限器（１７）に供給され、 該調整量制限器は、出力段（１８）に供給される調整量（Ｓ_N）を所定の値に 低減する、請求項１記載の回路。 ５． 監視回路（２４）には第１の時間発生器（２６）が設けられており、 該第１の時間発生器は、回転数目標値（ＮＳＯＬＬ）に従う電動機（１１）の 起動過程を、過負荷信号（２５）の抑圧によって考慮する、請求項１記載の回路 。 ６． 監視回路（２４）には第２の時間発生器（２７）と第３の時間発生器（ ２８）が設けられており、 前記第２の時間発生器（２７）は、過負荷信号（２５）を第２の時間発生器（ ２７）によって定められた時間（Ｔ_aus）の間出力し、 前記第３の時間発生器（２８）は、過負荷信号（２５）を抑圧する時間（Ｔ_{ei n} ）を設定する、請求項１記載の回路。 ７． 前記２つの時間発生器（２７、２８）によって定められる時間（Ｔ_ein ，Ｔ_aus）は、電動機（１１）および/または出力段（１８）の熱的過負荷が除外 されるように選定される、請求項６記載の回路。 ８． 回転数信号生成のための装置は回転数センサを有している、請求項１記 載の回路。 ９． 回転数は、モータ電流およびモータ端子電圧から検出される、請求項１ 記載の回路。 １０． 冷却ファンに使用され、冷却ファンのベンチレータ（２２）が電動機 （１１）および/または出力段（１８）を空気流（２４ａ，２４ｂ）を介して冷 却する、請求項１記載の回路。