JPS5829712B2 - 分巻界磁巻線を有する電動機の制御装置 - Google Patents

分巻界磁巻線を有する電動機の制御装置

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JPS5829712B2
JPS5829712B2 JP8806277A JP8806277A JPS5829712B2 JP S5829712 B2 JPS5829712 B2 JP S5829712B2 JP 8806277 A JP8806277 A JP 8806277A JP 8806277 A JP8806277 A JP 8806277A JP S5829712 B2 JPS5829712 B2 JP S5829712B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は分巻界磁巻線を有する電動機の制御装置に関し
、特に前記電動機をフォークリフト等の電気車に適用し
た場合の起動及び逆転制動時の制御構成の改良に関する
一般にフォークリフト等の車両は荷作業のために車速が
零から最高速まで制御される事が要求される。
又、電気車の駆動源に分巻界磁巻線を有する電動機、例
えば分巻電動機を使用し、前記電動機の電機子と直列に
電機子制御用抵抗を接続し、この抵抗接続時に界磁を制
御し、更に抵抗を短絡すると共に界磁を強め、その後弱
め界磁制御しようとするものがある。
ここで電動機の特性について検討すると、一般に電動機
の特性は回転数をN、トルクをTとすると、 で与えられる。
ここでΦは界磁巻線の磁束、Eは電源電圧、■は電流、
rは電機子の抵抗値、Rは電機子回路に直列接続した電
機子制御用抵抗の抵抗値で、K1.に2は定数である。
そして、上記(1) 、 (2)式から回転数Nとトル
クTとの関係を導くと、 となる。
ただしに3は定数である。今ここで車両としてフォーク
リフト等の如く走行速度の小さいものを考えると、走行
負荷線は速度によらず略一定である。
従って上記(3)式からT=一定とすると、磁束Φに対
して回転数つまり車速は第1図に示す如くの特性が得ら
れる。
そして電動機として分巻電動機を用いて分巻界磁巻線に
流れる電流を制御して磁束Φを制御するにあたって、車
両の速度を零からN1 まで滑らかに増速するには、
磁束Φの増大に伴って車速がOから最大に変化する第1
図図示のΦ1からΦ2まで磁束を増加すればよく、これ
によって車両の速度はOからN1 まで任意の点を選
ぶことができる。
即ち第2図に示す如く電機子制御抵抗を挿入した状態で
アクセル角度θに対して磁束Φを強めて磁束ΦがΦ2の
時車速は最大になり、この状態で電機子制御用抵抗を短
絡し電機子に全電圧を印加すると共に界磁磁束Φを強め
て、その後弱め界磁制御すれば車速は零から最高速度ま
で滑らかに制御できる。
第3図はこのような制御をする本発明装置の案出過程に
おける基本的回路構成を示したものである。
Bは直流電源、Aは電動機の電機子、Sは分巻界磁巻線
、M12M2は第1.第2の電磁スイッチ、MF、MR
,Msは各々電磁スイッチで、Mt c y M2 c
y M p c + M B c y M B cは
各々前記各電磁スイッチの励磁巻線を示す。
そして、励磁巻線M1c*M2ctMscが通電される
と各々接点rn1 yrn2 trn3が閉じる。
又、励磁巻線MFCが通電されると可動接点mfが常閉
の接点m fbから常開の接点mfaに閉じる。
励磁巻線MBCが通電されると可動接点mrが常閉の接
点mrbから常開の接点mraに閉じる。
Dl。D2はダイオード、D3〜D6は分巻界磁巻線S
のフライホイールダイオード、D7〜DIOは各電磁ス
イッチの励磁巻線のフライホイールダイオード、Tsは
分巻界磁電流をオン、オコ制御して所定電流を流すトラ
ンジスタ、T2は電磁スイッチM2 を制御するトラン
ジスタ、Raは電機子制御用の抵抗である。
Ksはキースイッチ、Asはアクセル操作手段をなす図
示しないアクセルペダルを踏むと閉じるアクセルスイッ
チで、PAは前記アクセルペダルの踏角を検出するポテ
ンショメータである。
DBは前進と後進の方向を切り換える前後進スイッチで
F、Rは各々前進側、後進側の接点である。
1は制御回路でアクセルペダルの踏み角に応じて分巻界
磁巻線Sを流れる電流が第2図の実線になるようにトラ
ンジスタTsの導通を制御すると共に電磁スイッチM2
の制御を行なう。
即ちアクセルペダルを踏むと、ポテンショメータPAに
より第2図のイ破線の磁束を指令し、そしてアクセルペ
ダルが所定角以上つまりポテンショメータPAの電圧が
所定値以上でかつ電機子の電圧が所定値以上であれば制
御回路1によりトランジスタT2を導通し、電磁スイッ
チM2の励磁巻線M2oを通電し接点m2を閉じ抵抗R
を短絡すると共に、界磁磁束を第2図口に示すように指
令する構成、即ち低速と高速を切り換える構成になって
いる。
従って、界磁磁束は全体として第2図の実線に示すよう
になる。
次に、上記構成においてその作動を説明すると先ず、キ
ースイッチを投入すると制御回路1が電源に接続される
と共に、電磁スイッチMsの励磁巻線Msoが通電され
接点msが閉じる。
前後進スイッチDSを前進側の接点Fに閉じアクセルペ
ダルを軽く踏むと、電磁スイッチMFとMl の励磁巻
線M p (、MI Cが通電され、可動接点mfが接
点mfaに閉じると共に接点m1が閉じる。
従って、電機子Aには抵抗Raを介した電流が流れ、一
方分巻界磁巻線Sには制御回路1の指令した電流が流れ
゛る。
この状態では界磁が弱いので、車両は停止している。
次第にアクセルペダルを深く踏んでいくと界磁電流は第
2図のイの線に沿って増大し、従って車両は前進方向へ
第1図の特性に従って増速する。
そして、これと同時に電機子Aの誘導起電力も増大する
更にアクセルペダルを踏み込んでいくと車速は第1図の
N1付近になる。
更にアクセルペダルを踏みポテンショメータPAの電位
が所定値に達し、且つ電機子Aの起電力が所定値に達す
ると、制御回路1によりトランジスタT2が導通して、
電磁スイッチM2の励磁巻線M2oが通電され、接点m
2が閉じ電機子Aに全電圧が印加されると同時に界磁磁
束は第2図のΦ2からΦ3へ強められ、その後アクセル
踏み角に従って弱め界磁制御となり車両は最高速度に達
する。
停止するにはアクセルペダルを戻してアクセルスイッチ
Asを開くか、前後進スイッチDSを中立位置に戻すか
、或いはキースイッチKSを遮断すれば電磁スイッチM
1の励磁巻線M1Cへの通電が断たれてその接点m1が
開き車両は停止する。
後進も同様である。次に、フォークリフト等において一
般に行なわれる、アクセルペダルを踏込んだ状態で前後
進スイッチを切り換える逆転制動について説明する。
例えば、前進へ全速で走行中に前後進スイッチDSを中
立から後進側接点Rへ閉じたとする。
まず、中立位置で前述の説明のように接点m1は開き、
又可動接点mfは接点mfbに閉じる。
この状態では界磁は零となるので電機子Aの電圧が低下
し、従って制御回路1はトランジスタT2の遮断信号を
発し、接点m2 も開く。
次に前後進スイッチDSが後進側接点Rへ閉じると電磁
スイッチM1が作動して接点m1が閉じると同時に、電
磁スイッチMRが作動して可動接点mrが接点mraに
閉じ、界磁は逆極性となる。
この状態において車両はまだ慣性で前進方行へ走行して
いるので電機子Aは負の電圧を発し、従って制御回路1
はトランジスタT2に導通指◆を発しない。
従って、車両は抵抗Raが挿入された状態で逆転制動さ
れ、車両零の点を通り、その後後進方向へ速度を増し電
機子Aの電圧が所定値に達すると、制御回路1はトラン
ジスタT2に導通指◆を与え、電機子Aに全電圧を印加
して更に界磁は弱め界磁となり、後進方向へ全速で走行
する。
以上の制御方法による電気車はよいフィーリングで走行
する。
しかしながら、次の点で問題がある。
急速に逆転制動をかけた場合である。詳細に述べると電
磁スイッチはその励磁コイルを遮断した後接点が開放す
るまでに数十msの作動遅れ時間が存在する。
一方、前後進スイッチD8は実験によると急激に操作し
た時10 m S以下の時間で一方の接点から他方の接
点へ移動しうる事がわかった。
従って、運転者が高速(弱め界磁領域)で走行中に急激
に前後進スイッチDSを操作した時、接点m1 、f
f12が開かずに界磁の極性が切り換り、この時制御回
路は接点rn1 t In2が閉じているので電機子
Aは高電圧となりトランジスタT2へ遮断信号が制御回
路1から発せられず、電機子Aに全電圧が印加された状
態で逆転制動がかかるという欠点がある。
このため、大きな逆転制動力が作用し荷くずれ等が発生
するという第1の欠点がある。
又、この種の回路は前後進切換用の可動接点mf 、m
rが分巻界磁巻線Sに流れる比較的小さな電流を遮断す
るため接点容量を小さくできるが、それでも、分巻界磁
巻線Sのインダクタンスが大きいので、あまり接点容量
を小さくすると、大きな火花を発生するために著しく接
点を損傷し、接点寿命が短いという第2の欠点がある。
そのために、本発明は電動機の電機子電流を電機子制御
用抵抗の短絡・非短絡で制御し、かつ、分巻界磁巻線に
印加する電圧を半導体スイッチ回路によってチョッピン
グ制御するものにおいて、前述の第1、第2の欠点を解
消し、もって、たとえ、前後進スイッチを急激に切換え
ても、過度な逆転制動力が発生することがなく、かつ、
分巻界磁巻線の電流方向を切換える前後進切換用の可動
接点部分の接点投入遮断時の火花による損傷を軽減でき
る分巻界磁巻線を有する電動機の制御装置にすることを
目的とする。
以下本発明を図に示す実施例について説明する。
第4図は本発明の一実施例を示すものであり、第3図と
同一符号を付したものはそれと同一もしくは均等部分を
示す。
第3図との相異点は電磁スイッチMsを省略し分巻界磁
巻線Sの正電位側電源を接点m1を介して取るようにし
た点である。
制御回路1は定電圧部10と制御部11とよりなりその
機能は全体では第3図と同じである。
T3゜T4はトランジスタTs、T2のベース・エミッ
タ間に挿入されたトランジスタである。
2は時限回路で、20はトランジスタ、21はダイオー
ド、22はコンデンサ、23は比較器で非反転入力が反
転入力より高電位の時正出力を出す。
241〜248は抵抗である。
そして、抵抗245と246との分圧により、比較器2
3の反転入力に一定電圧を供給している。
また、ダイオード21はトランジスタ20のエミッタ・
ベース間逆バイアス保護用である。
以上の構成において本発明装置の作動を説明する。
キースイッチKSを投入すると、制御回路1及び時限回
路2には定電圧部10より定電圧が印加される。
しかしアクセルスイッチA8及び前後進スイッチDSが
投入されていないのでP点の電位は零であり、トランジ
スタ20は導通している。
従って、比較器23の非反転入力は反転入力より高電位
になり比較器23は正出力を出しトランジスタT3 、
T4を導通させ、トランジスタTs。
T2のベース・エミッタ間を短絡し遮断状態にしている
ここで、前後進スイッチDSを例えば前進側接点Fに閉
じアクセルペダルを踏みアクセルスイッチASを閉じる
と、第3図と同様電磁スイッチM1yMpの励磁巻線M
1(、MpCが励磁されて接点m1が閉じると共に可動
接点mfが接点mf aに閉じる。
この時、P点の電位は高電位になりトランジスタ20の
ベース・エミッタ間を逆バイアスしこのトランジスタ2
0は遮断状態になるが、コンデンサ22、抵抗243,
244を流れる電流のため比較器23の非反転入力は反
転入力より高電位にあり、比較器23は正出力を出しト
ランジスタT3 、T、を導通し、トランジスタTs、
T2を遮断し続ける。
したがって、接点rnl *rnfが投入される時分
巻界磁巻磁巻線Sには電流が流れない。
このとき、電機子Aには抵抗Raで制限された電流が接
点m1 を通して流れるが界磁磁束が零であるので車両
は動かない。
そして、コンデンサ22と抵抗243,244とで定ま
る時定数により比較器23の非反転入力は低下し、反転
入力より低電位になった時点で比較器23の出力がなく
なるのでトランジスタT3 。
T4は遮断する。
そして、アクセルペダルの踏込量に応じたポテンショメ
ータPAの電位によるトランジスタTSのチョッピング
動作により所定の界磁電流が流れる。
これによって、アクセルペダルの踏込量に応じた速度制
御がなされるのは第3図と同様である。
次に停止する場合、アクセルスイッチAsを遮断又は前
後進スイッチDSを中立点にもどすと数十msの作動遅
れの後接点m、は開き、可動接点mfは接点mfaから
接点mfbに閉じる。
しかるに、P点の電位はアクセルスイッチAS或いは前
後進スイッチDSの遮断と同時に零に落ちるのでトラン
ジスタ20が直ちに導通し、コンデンサ22を瞬間に放
電すると共に比較器23は出力を出し、トランジスタT
3 、T4を導通させる。
従って、トランジスタTsが遮断状態になった後に接点
m1が開き、接点mfが移動するので、この接点mfに
よって界磁電流を遮断しない。
次に、逆転制動の場合について説明する。
先ず前進方向へ全速で走行中に急激に前後進スイッチD
Sを後進側Rへ閉じたとする。
この時前後進スイッチDSは瞬間中立位置を通過するの
でP点の電位は瞬間零になり停止時の前述と同様の作動
で時限回路2は瞬間に出力を発し、トランジスタ’rs
、’r2を遮断する。
そして、数十msの作動遅れの後界磁の極性が切り換わ
り、又接点m2が開く。
このとき、接点m1が開くことはないが、界磁電流が零
であるため電機子Aは起電力を発せず低電位となり、制
御回路1は電機子Aの状態を確実に検出できる。
そして時限回路2は所定時間後出力がなくなってトラン
ジスタT3.T4が遮断し、界磁電流は第3図と同様の
作動により制御され、車両は抵抗Raで制限された電流
により停止し、後は第3図と同様に後進方向へ滑らかに
増速し、最高速に達する。
更に万一トランジスタTsが導通破壊しても分巻界磁巻
線Sのインダクタンスは電機子Aのインダクタンスと較
べて非常に大きいので電機子Aの回路がフライホイール
ダイオードの代用をする事ができる。
なお、上述した実施例においては、1つの時限回路2で
トランジスタTS、T2を遮断するようにしたが、別々
の時限回路を設けて、各々の電磁スイッチM、、M2の
作動時間にあった時限にすればより高度な制御がなされ
る。
又、トランジスタT2の遮断はトランジスタT4を用い
る代わりに制m路1内のトランジスタT2 のベース電
流を制御するための論理回路に組入れる事もできる。
又、電機子制御用抵抗Raとして1段の場合について述
べたが複数段あってもよい。
更に、制御回路1の電源はキースイッチKSから直接と
る代わりに第4図に一点鎖線で示すように各ダイオード
D1.D2を介してP点からとるようにしてもよい。
また、上述した実施例においては、電機子制御用抵抗R
aを通して電機子電流を通すときに分巻界磁電流をアク
セルペダルの踏込量に応じて制御するものに本発明を適
用したが、電機子制御用抵抗Raを通して電機子電流を
流すときには分巻界磁電流を全界磁となるべく一定に制
御し、電機子制御用抵抗Raを短絡した後に弱め界磁制
御するものに本発明を適用することもできる。
以上述べたように本発明においては、直流電流Bと、自
身の励磁巻線が付勢されてオンする第1の電磁スイッチ
の接点m1 と、電機子制御用抵抗Raおよび該電機子
制御用抵抗Raを短絡制御し自身の励磁巻線が付勢され
てオンする第2の電磁スイッチの接点m2の並列回路と
、電動機の電機子Aとを直列に接続して構成した第1の
閉回路を有し、かつ、前記直流電源Bと、前記電動機の
分巻界磁巻線Sと、前記直流電源Bより前記分巻界磁巻
線Sに供給される界磁電流を制御するための半導体スイ
ッチ回路Tsとを直列に接続して構成した第2の閉回路
を有し、又、 前後進スイッチDSの切換操作に応じて前記分巻界磁巻
線Sに流れる電流の方向を切換る前後進切換用の可動接
点mfymrを持つ電磁スイッチ部分を有し、 かつ、アクセル操作手段の操作量に応じて前記第1、第
2の電磁スイッチの各接点rn1 trn2を順次閉
じるようにした電動機の制御装置であって、前記前後進
スイッチDSが前進後進のいずれの側に投入されても前
記第1の電磁スイッチの励磁巻線M1Cが付勢されるよ
うになすと共に、該第1の電磁スイッチの励磁巻線M1
oの励磁非励磁を検出して動作する時限回路2を備え、 該時限回路2の出力により、前記第1の電磁スイッチの
励磁巻線M1oが励磁され始めてから所定時間の間だけ
、前記第2の電磁スイッチの付勢を阻止すると共に前記
半導体スイッチ回路Tsを遮断状態とし、かつ、前記第
1の電磁スイッチの消勢開始時には前記第2の電磁スイ
ッチの付勢を直ちに解除又は阻止すると共に前記半導体
スイッチ回路Tsを直ちに遮断状態とし、これにより、
分巻界磁巻線の電流方向を切換える前後進切換用の可動
接点mf 、mrの接点が電流を遮断しようとする直前
において、前後進スイッチが第1の電磁スイッチの励磁
巻線(MIC)を消勢し始めると直ちに半導体スイッチ
回路Tsを遮断状態にしたから、前記可動接点mf、m
rが電流を遮断じ7−殆発生すること力近<なり、該可
動接点の耐久性を増すか又は、接点を一層小さなもので
安価なものとすることが可能になるという効果がある。
又、前後進スイッチDSが前後進いずれかの側に投入さ
れてから第1の電磁スイッチがオンするようにしている
から、前後進スイッチがニュートラル位置にある限り電
動機が回転することがないので安全であり、かつ、時限
回路は前記第1の電磁スイッチの励磁巻線M1oの励磁
非励磁を検出することにより簡単な構成で前記前後進ス
イッチDSのニュートラル状態を検出できるため、回路
が簡単になる。
又、このニュートラル状態検出と同時に、つまり、第1
の電磁スイッチの消勢開始時には、第2の電磁スイッチ
の付勢を直ちに解除又は阻止するから、急激に前後進ス
イッチを切換えても電機子制御用抵抗が短絡されたまま
逆転制動することがなくなるので確実にフィーリングの
よい逆転制動が行なわれ荷くずれ等を防止できるという
効果がある。
又、時限回路2の出力により、前記第1の電磁スイッチ
の励磁巻線Mlcが励磁され始めてから所定時間の間だ
け前記第2の電磁スイッチの付勢を阻止すると共に前記
半導体スイッチ回路Tsを遮断状態としたから、前後進
スイッチDSが前進又は後進のいずれかに投入された場
合には、第1の電磁スイッチが投入されてから第2の電
磁スイッチが投入され、第2の電磁スイッチが投入され
ている状態で第1の電磁スイッチが投入されることがな
くなるので、急激に加速することがなくなり安全である
という効果がある。
又、前後進スイッチ投入から可動接点mf。
mrの切換えまでに時間がかかつても、所定時間の間、
半導体スイッチTSが遮断状態であるので可動接点m
f 、 m rの投入と同時に電流が流れることがなく
なるので、可動接点m f 、 m r投入時のチャタ
リング等により常開側接点を損傷することがなくなると
いう効果がある。
このように、簡単な時限回路を設けることにより、方向
切換用の可動接点をもつ電磁スイッチ部分の耐久性を増
すか又は小型安価にし、急加速や急逆転制動のない分巻
界磁巻線を有する電動機の制御装置が得られるという優
れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は第3図図示装置の作動説明に供す
る特性図、第3図は第4図図示装置の発明過程における
基本的構成を示す電気回路図、第4図は本発明装置の一
実施例を示す電気回路図である。 B・・・・・・直流電源、Ra・・・・・・電機子制御
用抵抗、A・・・・・・電動機の電機子、S・・・・・
・電動機の分巻界磁巻線、M12M2・・・・・・第1
.第2の電磁スイッチ、KS・・・・・・キースイッチ
、AS・・・・・・アクセルスイッチ、DS・・・・・
・前後進スイッチ、TS・・・・・・半導体スイッチ回
路を構成するトランジスタ、1・・・・・・制御回路、
2・・・・・・時限回路、In1 1m2・・・・・・
第1.第2の電磁スイッチM1.M2の接点、Mlo
。 M2c・・・・・・第1.第2の電磁スイッチM1.M
2の励磁巻線。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 直流電源Bと、自身の励磁巻線が付勢されてオンす
    る第1の電磁スイッチの接点m、と、電機子制御用抵抗
    Raおよび該電機子制御用抵抗Raを短絡制御し自身の
    励磁巻線が付勢されてオンする第2の電磁スイッチの接
    点m2の並列回路と、電動機の電機子Aとを直列に接続
    して構成した第1の閉回路を有し、 かつ、前記直流電源Bと、前記電動機の分巻界磁巻線S
    と、直流電源Bより前記分巻界磁巻線Sに供給される界
    磁電流を制御するための半導体スイッチ回路Tsとを直
    列に接続して構成した第2の閉回路を有し、又、 前後進スイッチDSの切換操作に応じて前記分巻界磁巻
    線Sに流れる電流の方向を切換る前後進切換用の可動接
    点mf 、mrを持つ電磁スイッチ部分を有し、 かつ、アルセル操作手段の操作量に応じて前記第1、第
    2の電磁スイッチの各接点rn1 +rn2を順次閉
    じるようにした電動機の制御装置であって、前記前後進
    スイッチDSが前進後進のいずれの側に投入されても前
    記第1の電磁スイッチの励磁巻線MICが付勢されるよ
    うになすと共に、該第1の電磁スイッチの励磁巻線M1
    Cの励磁非励磁を検出して動作する時限回路2を備え、 該時限回路2の出力により、前記第1の電磁スイッチの
    励磁巻線M1cが励磁され始めてから所定時間の間だけ
    、前記第2の電磁スイッチの付勢を阻止すると共に前記
    半導体スイッチ回路Tsを遮断状態とし、 かつ、前記第1の電磁スイッチの消勢開始時には前記第
    2の電磁スイッチの付勢を直ちに解除又は阻止すると共
    に前記半導体スイッチ回路Tsを直ちに遮断状態とする
    ことを特徴とする分巻界磁巻線を有する電動機の制御装
    置。
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