JPH11501496A - 汎用電動機の制動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 制動の間、半導体スイッチ、たとえば電界効果トランジスタまたはサイリスタにより、少なくとも１つの界磁コイルが電機子と並列に接続される汎用電動機の制動回路が提案されている。半導体スイッチを時間遅延させて断続的にスイッチングすることもできるので、制動電流の供給を調整することができるばかりか、集電極でのスパークの生起を減少させることもできる。接点での侵食の低減することにより、耐用年数が延長され、電動機の信頼性を向上される。

Description

【発明の詳細な説明】 汎用電動機の制動回路 従来の技術 本発明は汎用電動機の制動回路に関し、制動をかけるために１つまたは両方の 界磁コイルが逆の極性に切り換えられて電機子回路に接続される。そのような極 性の反転は、たとえばドイツ連邦共和国特許公開第３８０２４１９号明細書に記 載されている。この場合両方の界磁コイルに対して逆並列に接続されたダイオー ドを用いて極性の反転が行われる。さらにスイッチが設けられ、制動をかけるた めに２つの界磁コイルの電機子に面する端部が短絡される。スイッチを駆動する と直ちにこの短絡が生じ、その結果界磁コイルの残留磁気のために大きな制動電 流が流れ、このことは不都合なブラシのスパークを引き起こす。このブラシのス パークは電動機の集電極の摩耗を早くさせる。さらに公知の回路では、制動電流 を制御することができず、その結果高い回転速度の場合、自己誘導により最初に 強力な制動電流が流れ、前記制動電流は回転速度が遅くなるにつれて弱くなる。 そのため制動効果は制動時間を通じて非常に不規則である。 発明の利点 対して本発明による制動回路には、機械スイッチの 代わりに可制御の半導体スイッチによりスイッチングするという利点がある。半 導体スイッチは摩耗することなく動作するので、その利点の結果接点の侵食を防 止することができる。また所定の方法で一時的に半導体スイッチを閉じることに より制動特性を正確に制御できることは特に有利である。 独立的請求項に記載の制動回路の有利な改善および改良は、従属的請求項に記 載の手段により可能になる。半導体スイッチを制御回路により断続的にスイッチ ングすることにより制動電流を任意に調整することができるので、このことは特 に有利である。たとえば半導体スイッチを導通させると自励が生じる。この場合 回転子の運動エネルギが磁気エネルギに変換されて制動がかかる。電流が所定の 上方制限値に達すると、スイッチを再度開くことができ、その結果電流は界磁コ イルにだけしばらく流れる。ここで電流が再度下方制限値（この制限値で半導体 スイッチは再度閉じる）に達するまで、磁気エネルギはこの回路内で熱に変換さ れる。その断続動作により得られる特に有利な点は、制動電流を制限することに より、炭素ブラシの摩耗を低減するばかりでなく、たとえば丸鋸やアングルグラ インダの場合に要求されるソフトな制動をかけることもできることである。運動 エネルギおよび磁気エネルギが、半導体の構成部でなく主に電動機で熱に変換さ れることは特に有利である。その結果小さなヒートシン クを用いることもできる。 さらに半導体スイッチを駆動する制御回路に別のトランジスタが設けられてい ることは有利である。半導体スイッチをこのトランジスタにより低損失になるよ うに駆動することができる。 さらにブラシのスパークを低減するために、時間遅延させて半導体スイッチを 閉じ、回転している電機子を制動することは有利である。たとえば１０ｍｓｅｃ より長くライン電流が遮断されると半導体スイッチがスイッチングオンされ、そ の結果自励によって制動電流が生じる。半導体スイッチにより時間遅延されたス イッチングの別の作用は、制動回路を利用する場合でのブラシのスパークの発生 が大きく抑圧される程度にまで、界磁コイルの磁界エネルギが減衰されることで ある。摩耗を低減することにより電動機の耐用年数および信頼性が著しく改善さ れる。 本発明による制動回路の好適な応用例は、回転刃や回転のこぎり（rotating s aws）が元来オペレータにとって高い潜在性のリスクがある電気工具に関連する ものである。 図面 本発明の好適な実施例を添付図面を参照して以下に詳細に説明する。図１は公 知の制動回路を示し、図２は本発明の好適な実施例を示す。 実施例 本発明による好適な実施例によると図２に、汎用電動機として構成され、第１ 界磁コイル１と、第２界磁コイルと、電機子３とが設けられた直巻電動機が示さ れている。２つの逆並列に接続されたダイオード４、５および６、７は、それぞ れ界磁コイル１、２と直列に電機子３に接続されている。ダイオード４、５、６ 、７は制動動作の際に界磁コイル１、２の極性を反転するのに用いられる。半導 体スイッチ８たとえば電界効果トランジスタまたはサイリスタの電力経路は、界 磁コイル１、２の電機子３に面する側に接続されている。半導体スイッチ８の制 御入力点１８は、直列抵抗１１を介してトランジスタ９のコレクタ側に接続され 、そのエミッタ側はグランドに接続されている。さらにダイオード１３と、第１ コンデンサ１４と、第２抵抗１５とは、（ダイオード１３の）カソード側で制御 入力点１８と接続されている。第１ダイオード１３および第１コンデンサ１４の 別の各端部は、内部グランド線路１９を介して第１界磁コイル１に接続されてい る。一方で第２抵抗１５の別の端部は、第３抵抗１７を介してダイオード７のカ ソード側に接続され、その接続部は、第２界磁コイル２の別の（まだ説明してい ない）端部で正電位に接続されている。他方で第２抵抗１５および第３抵抗１７ は、第２コンデンサ１６に接続され、前記第２コンデンサ１６の端部は同様に内 部グランド線路１９に接続されている。トランジスタ９のベ ースとエミッタとの間に、エミッタで並列に接続されたダイオードは、第２ダイ オード１２であり、それと並列に第４抵抗１０が接続されている。電動機に供給 するためにブリッジ回路で組まれた整流回路２０が設けられ、前記整流回路２０ はマスタスイッチ２１を介してライン電圧に接続されている。 この回路構成を機能させる方法を図１および図２を用いて以下に詳細に説明す る。機能させる方法の原理を先ず図１による公知の回路に対して説明する。ここ で同一の機能ユニットは同一の参照番号が与えられている。 マスタスイッチ２１を介して供給を受ける整流器２０は、界磁コイル１、２お よび電機子３を備えた電動機にＤＣ電圧を供給する。スイッチ８のスイッチング 接点を開くことにより、電動機に電流が流れ（正極端子から第２界磁コイル、ダ イオード６を介して電機子３に流れ出し、ダイオード５、第１界磁コイル１を介 して負極端子に還流する）、電動機が動作する。制動動作の間、マスタスイッチ ２１は開放され、同時にスイッチ８のスイッチング接点は閉じられる。従来技術 （図１）では、スイッチ８とスイッチ２１との双方は互いに機械的に連結されて いるので、この切り替えは同時に行われる。スイッチ８の接点を閉じることによ り、界磁コイル１、２は電機子３と並列に接続される。ここで電機子の残留磁気 と回転速度のため、ダイオー ド７と、第２界磁コイル２と、スイッチ８と、第１界磁コイル１と、ダイオード ４を介して界磁電流が流れ、電機子３に還流する。電動機に制動がかかり、磁界 がそれ自体の内部で消滅するまで電流が流れる。界磁コイルの残留磁気の結果と して自励が直ちに生じるので、前記回路の制動電流は、スイッチ８のスイッチン グ接点を閉じた直後に突然生じる。 これと対照的に本発明によるとスイッチ８の代わりに半導体を用いることが提 案され、前記半導体を制御回路９〜１８により駆動することができる。たとえば 電界効果トランジスタ、サイリスタ、ＧＴＯ（ゲートターンオンサイリスタ）、 またはＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）を半導体スイッチ８とし て用いることができる。また電動機は、スイッチング可能な界磁コイルであれば １つ持っても良い。 前述のように図１に関して電動機動作を機能させる方法を説明した。マスタス イッチ２１を閉じると直流電流またはＤＣ電圧が整流回路２０から供給され、第 １および第２界磁コイル１、２とダイオード５、６を介する電機子３との回路が 形成される。この場合半導体スイッチ８は駆動されず、高抵抗を有している。こ の動作状態ではトランジスタ９はダイオード１２のため導通しており、制御入力 点１８の電位を降下させるからである。 制動の間、スイッチ２１は開放され、ＤＣ電圧の供 給が中断される。したがってトランジスタ９は制御電圧がかからず遮断される。 その結果制御入力点１８の電圧レベルは上昇し、半導体スイッチ８は導通する。 それにより２つの界磁コイル１、２は低抵抗で相互に接続される。コンデンサ１ ４、１６および抵抗１５、１７から構成される時限回路のため、この状態はたと えば１０ｍｓｅｃの時間遅延を経て生じる。界磁コイルにはしばらく電流が流れ るので、制動のための自励は確実である。たとえば生垣用カッター、のこぎり、 またはグラインダー等の電気工具の場合に、信頼性のある制動機能が確実になる 。 本発明の別の実施例では半導体スイッチ８が設けられ、制動回路を制御するた めにパルス回路（図示しない）により断続的に開閉される。そのようなインパル ス回路を、たとえば公知のマルチバイブレータにより構成することができ、その 周波数は界磁電流または制動電流を基準とする。その結果、所望の値を設定する と、好適にも簡単な方法で制動電流を制御し、または調整することができる。た とえばコンパレータ（図示しない）により所望の値を設定することができる。 当然ダイオード４、５、６、７の代わりに、マスタスイッチ２１と結合された 機械的な切り替えスイッチを設けることもできる。 ライン電圧が短時間遮断された場合、遅延時間を経て制動が生じる。たとえば 不注意にも電気工具の電力 ケーブルが切断された場合に、このことは特に有利とすることができる。ユーザ が負傷するリスクが大きく低減される。 簡単な両手操作装置（two-hand operation）を設けることもでき、２つの手動 スイッチ（two handswitches）が電源ユニットと直列に接続される。１つのスイ ッチが開放されると直ちに電流が遮断され、制動が始まる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 少なくとも１つの界磁コイルを有し、少なくとも１つの前記界磁コイルを 、制動動作の間、スイッチング装置によりその極性を反転することができ、かつ 汎用電動機の電機子と並列に接続することのできる汎用電動機の制動回路におい て、スイッチング装置（４から８）に制御可能な半導体スイッチ（８）が設けら れている汎用電動機の制動回路。 ２． 制動電流を制御するために、半導体スイッチ（８）を制御入力点（１８） で断続的に制御回路（９から１８）に接続することのできる請求の範囲第１項記 載の制動回路。 ３． 前記半導体スイッチ（８）は、電界効果トランジスタ、サイリスタ、ＧＴ Ｏ（ゲートターンオンサイリスタ）、またはＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラト ランジスタ）である請求の範囲第１項または２項記載の制動回路。 ４． 前記制御回路（９から１８）に少なくとも１つのトランジスタ（９）が設 けられている請求の範囲第２項または３項記載の制動回路。 ５． 前記制御回路（９から１８）に時限回路（１３から１８）が設けられ、前 記時限回路（１３から１８）により半導体スイッチを遅延させて閉じることがで きる請求の範囲第１項から４項までのいずれか １項記載の制動回路。 ６． 電力経路において前記半導体スイッチ（８）は、第１および第２界磁コイ ル（１、２）の電機子に面する各端部側に接続されている請求の範囲第１項から ５項までのいずれか１項記載の制動回路。 ７． 電力経路において前記トランジスタ（９）は、抵抗（１１）を介して制御 入力点（１８）に接続され、電動機の動作中に半導体スイッチ（８）を遮断し、 制動動作中に半導体スイッチ（８）をスイッチングオンする請求の範囲第６項記 載の制動回路。 ８． 好適にも手動電気工具に用いることのできる請求の範囲第１項から７項ま でのいずれか１項記載の制動回路。