JPS63501917A - 電気回路の保護装置及び保護方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

Ｉ街用 この発明は一般に電気回路を保護する装置及び方法に関し、特にモータ回路に供 給される電力の公称電圧レベルの変化によって生じる損傷からモータ回路を保護 する装置及び方法に関する。 宜景茨五 現在使われている各種の電動装置は、ソリッドステート回路部品を利用している 。このようなソリッドステート回路部品は、所定の電圧限界内で動作するように 設計され、所定範囲外の電圧が印加されると損傷を起こす。 かかる電気回路の一例としては、例えば産業用フォークリフト等の電動車両に付 設されたモータ回路がある。こうしたモータ回路は、例えば蓄電池等の直流電源 の両端に接続された電気モータを備えていることが多い。電力は一般に、トラン ジスタやサイリスク等のソリッドステート電流チョ７ビング素子を介してモータ に供給される。゛モータと共に、その他各種の電気装置が電源の両端に接続され ることも多い。 直流電源から出力される公称電圧は実質上一定であるが、その他の各種接続装置 の動作が原因となって、電源の実際の電圧が公称振巾を中心として変動してしま うことがある。電源電圧のそのような変化は通常“リプル”と言われており、か かるリプル電圧が接続されているモータ回路のソリッドステート部品の電圧限界 を越えることは非常に望ましくない。 電源の過剰なりプルが原因となって損傷が生ずるおそれのあることを考慮して、 各メーカはりプルのピーク電圧を安全な範囲内に維持する方法を工夫している。 最も一般的な方法は、付設部品と平行に電源に接続したヘッドコンデンサを用い ることである。 ヘッドコンデンサの定格値は対象とする回路によって決まり、ヘッドコンデンサ が公称電源電圧の瞬間的な変化に耐えられるように定められ、少なくともかかる 変化の大きさを所定の限界内に維持できるように定められる。 ヘッドコンデンサの使用は、リプル電圧の問題に充分対処し得ることが見い出さ れている。しかし、工業的な環境で使われる場合、ヘッドコンデンサが故障する ことがよくある。つまりヘッドコンデンサは極端な温度や振動にさらされると、 突然故障して使用不可能になってしまうか、あるいは時間の経過につれその主要 な特性が徐々に変化してしまう事態がよく起こる。こうした故障が生ずると、定 められた安全限界を越えてリプル電圧が増大し、モータ回路に付設した各種ソリ ッドステート部品に破局的な故障が発生することが多い。 本発明は前述した問題の１つまたはそれより多くを解消するものである。 発１ど４丞 本発明の第１の特徴によれば、モータ回路を該モータ回路に供給される電力の公 称電圧レベルの変化によって生じる損傷から保護する装置が提供される。本装置 は、公称電圧値を有する直流をモータ回路に供給する電源を含む。供給される直 流はそれに付随したりプル電圧成分を含む、電圧平滑要素が、リプル電圧成分の 振幅を公称直流電圧値の予め定めた最大値に制限する。モータが電源の両端に接 続され、パルス制御回路が電源からモータに電流パルスを送出する。検知装置が 、予め定めた最大値を越えるリプル電圧成分の振幅に応答して故障信号を制御可 能に発生し、オーバライド装置が故障信号を受信し、該受信に応じてパルス制御 手段から送出される電流パルスを変更する。 本発明の第２の特徴によれば、モータ回路を欠陥ヘッドコンデンサによって生じ る損傷から保護する装置が提供される９本装置は、モータ回路に電力を供給する 電源と、電源の両端に接続されたヘッドコンデンサ及びモータを含む。パルス制 御回路が、電源からモータ１８に電流パルスを送出する。検知装置がヘッドコン デンサの故障状態に応答して故障信号を制御可能に発生し、オーバライド装置が 故障信号を受信し、該受信に応じて前記パルス制御回路から送出される電流パル スを変更する。 本発明の第３の特徴によれば、モータ回路内のヘッドコンデンサをモニターする 方法が提供される。モータ回路は電源、該電源と並列に接続されたモータおよび ヘッドコンデンサ、電源からモータへ電流パルスを制御可能に送出するパルス制 御回路を含む。 本方法は、ヘッドコンデンサの両端間のりプル電圧の大きさを連続的に検知する ステップと、リプル電圧が所定の大きさを越える度にそれに応答してトリガー信 号を発生するステップを含む。前記トリガー信号が受信され、所定の時間内に少 なくとも所定の複数のトリガー信号を受信するのに応じて故障信号が発生される 。 前記故障信号が受信され、該受信に応じて電源からモータヘパルス制御回路によ って送出される電流パルスが制御可能に変更される。 回１Ｂλ陵岸Ｌ」

【吸 本発明のより明瞭な理解のため、添付の図面を参照されたい：第１図は本発明の 実施例を具体化した電気回路の概略：図；第２図は第１図の実施例に対応した複 数の電気波形図、：及び第３図は本発明の一実施例で使われるソフトウェアのフ ローチャートである。 ■を・　るための最　のノ旨 まず第１図を参照すると、本発明の原理の一部を具体化した装置の全体を、参照 番号１０で示しである。以下の詳細な説明は、現時点で周知な装置１０の最良の 実施例に関するものであることを理解すべきである。しかし当業者にとっては自 明なように、装置１０は特許請求の範囲を逸脱せずにその他さまざまな実施形態 をとることができる。 電源手段１２が直流をモータ回路に供給する。直流は公称の直流電圧値と、それ に付随したりプル電圧成分とを含む、電源手段１２は例えば、モータ回路に付設 された蓄電池である。 平滑手段１４が電源手段１２の公称直流電圧値に対して、リプル電圧成分の振巾 を予め定めた最大値以下に制限する。好ましい実施例において、平滑手段１４は 電源手段の両端に接続されたヘッドコンデンサエ６である。 モータ１８も電源手段１２に接続される。モータ１８は例えば、直列に接続され た電機子２０と界磁２２を含み、付設のフライバンクダイオード２４とプラギン グダイオード２６を有する。モータ１８はパワートランジスタ２８と直接に接続 され、パワートランジスタ２８は電源手段１２からモータ１８に時間変調電流パ ルスを送るパルス制御手段３０の一部を構成している。過渡保護装置３２がパワ ートランジスタ２８と並列に接続されている。パルス制御手段３０は例えば、モ ータ速度を制御するのによく使われているような通常のトランジスタ化したチョ ッピング回路である。 パルス制御手段３０は、各種制御装置３６に付設されたマイクロプロセッサ３４ を含むモータ制御ユニットに接続されている。 制御装置３６は各種の部分から構成することができる。たとえば、速度指令ユニ ット、上記と同様な構造のもう１つのモータ回路、及び他の種々の回路から構成 できる。ここに他の種々の回路とは、モータ回路がその一部を構成している産業 用のフォーク刃フト等の全体装置に付設された回路である。制御装置３６を構成 する各種の要素は本発明にとって重要でないので、こ＼ではこれ以上説明しない 。同じく、マイクロプロセッサの使用は例示を目的としてのみ論じ、ディスクリ ート部品から成る回路をそれに代えて用いることもできる。 検知手段３８が、所定の最大値を越えたりプル電圧成分の大きさに応答して故障 信号を制御可能に発生する。検知手段３８は、リプル電圧成分の大きさが所定の 最大値を越える度にトリガー信号を発生する論理手段４０と、該トリガー信号を 受信し、所定の時間内に所定数のトリガー信号を受信した場合にのみ故障信号を 発生する弁別手段４２とを含む。 論理手段４０は、リプル電圧成分に応じて論理レベル信号を発生する信号状態調 節手段４４を含む。また論理手段４０は、信号状態調節手段４４に接続された入 力端子と弁別手段４２に接続された出力端子とを有する論理ゲート４６も含む。 信号状態調節手段４４は、ヘッドコンデンサ１６に接続された減結合コンデンサ ４８、減結合コンデンサ４８に接続された分圧器５０、及び分圧器５０と論理ゲ ート４６の入力端子に接続された整流回路５２を含む。分圧器５０は減結合コン デンサ４８と正の供給電圧との間に接続され、整流回路５２は正の供給電圧と回 路アースとの間に接続されている。 弁別手段４２は、故障出力端子、リセット入力端子、及び論理ゲート４６の出力 端子に接続されたカウント入力端子を含む。クロック手段５６が、カウンタ５４ を周期的に制御可能にリセットするためカウンタ５４のリセット入力端子に接続 されている。 オーバライド手段５８が故障信号を受信し、それに応じてパルス制御手段３０か ら送出される変調電流パルスを変更する。好ましい実施例において、オーバライ ド手段５８はプログラム式マイクロプロセッサ３４を含み、クロック手段５６の 機能はマイクロプロセッサ３４内で実行される。 次に第３図を参照すると、マイクロプロセッサ３４で使われるソフトウェアのフ ローチャートが示されている。当業者であれば、第３図のフローチャートに示し た全てのステップを含めることは不可欠でな（、また第３図のステップをマイク ロプロセンサで必ずしも実施しなくてもよいことが明らかであろう。しかしこ＼ に示す実施例は、特にマイクロプロセッサ回路の巾広い利用可能性、マイクロプ ロセッサ用プログラミング方式の共通の理解、集積回路の比較的低いコスト、及 びプログラマブル装置によって得られる融通性を考慮すれば、発明を実施する上 で最良の形態と思われる。また、発明の最良の形態は正しくプログラムされたマ イクロプロセッサを含むもので、その結果はマイクロプロフサ及びその付設装置 内の新規なハードウェアの統合によって得られるが、従来のハードワイヤード回 路を用いて実施することもできる。 ブロック６０に始まり、まずモータ１８が例えば制御装置３６から指令された速 度でパルス駆動される。弁別手段４２の故障出力端子において、故障信号の存在 が繰り返しモニターまたは走査される。故障出力端子における故障信号は、例え ば３つのトリガー信号が弁別手段４２のカウント入力端子で受信されたかどうか を表示する。ブロック６２で故障信号が受信されなければ、プログラム制御はブ ロック６４に進み、そこで所定のリセット時間が終了したかどうか判定される。 終了してなげれば、プログラム制御はフローチャートの開始ブロック６０に戻り 、上記のループ、が繰り返される。一方、リセット時間が終了したと判定される と、プログラム制御はブロック６６に移り、そこでマイクロプロセッサ３４内の クロック部分からのパルスによってカウンタ５４がリセットされる。その後、プ ログラム制御はブロック６０に戻る。 ブロック６２で、リセットパルス間に３つのトリガー信号が受信されたことを指 示する故障信号が検出されると、プログラム制御はフローチャートの右側に移り 、そこで適切な制御動作が実施される。例えば、ブロック６８では、パルス制御 手段３０からのモータ電流パルスが所定の値に制限される。ブロック７０では、 マイクロプロセッサ３４が制御装置３６内の各種補助機能を動作不能とできる。 さらにブロック７２では、制御装置３６に付設された適切なディスプレイ装置上 にエラー状態を表示できる。 皮梨上の矛Ｕい更腹１ 装置１０の動作は、例えば電動フォークリフト等の産業用車両を成す車両のモー タ回路での使用に関連して説明するのが最も分り易いであろう。こ−での議論で は第１及び２図の参照が特に役に立ち、第２図に示した各種の波形は第１図中の テスト点（１”Ｐ）１〜３にそれぞれ対応している。 一般的なモータ回路においては、電源手段１２が残りの回路へ実質上連続的に直 流を供給する。電源手段１２から供給される直流の公称電圧は、電源に接続され た構成部品に付随する各種事象の発生によって不利に変調される。例えば、モー タ１８のパルス駆動は蓄電池の供給電圧にリプル電圧を重畳させる。リプル電圧 はモータの動作に必要な電流の量に応じたピーク間値を有し、パワートランジス タ２８のパルス周波数に対応した周波数を有する。 電源手段１２に接続されたその他の装置も、追加のりプル電圧成分を生じる。 制御装置３６からのある指令速度が、パルス制御手段３０からパワートランジス タ２８へ５００Ｈｚの周波数で送出させているとすれば、第２図のＴＰＩに示ず ごとく、リプル周波数／電圧成分も５００Ｈｚの周波数で現われる。個々のモー タ回路の設計パラメータを知れば、ヘッドコンデンサ１６はりプル電流／電圧成 分を所定のピーク間振巾の範囲内に保つのに充分な値を有するように容易に選定 される。例えば、ＴＰＩの４８Ｖラインの両側の破線で示したごとく、ピーク間 振巾を１４Ｖ以下に保つのが望ましければ、それに適したヘッドコンデンサの値 を計算できる。ヘッドコンデンサが正しく動作している限り、４８Ｖの公称電源 電圧に対するビーク振１】は５５Ｖまたは４１Ｖを越えて上下しない。 リプル電圧成分は減結合つンデン９４８を介して、分圧回路５０と整流回路５２ に結合される。分圧回路５０と整流回路５２の組合せは、ＣＭＯ３論理ゲート４ ６へ印加されるのに適した電圧範囲内にまで降下したりプル電圧信号を与えるの に充分なものである。つまり、ＣＭＯ３論理ゲート４６が切り換わる電圧は一般 に、こ＼では５ボルトＤＣと仮定した回路供給電圧の５０％なので、正常な動作 状態下において論理ゲート４６の入力端子に送られる信号は、論理ゲート４６の 出力端子の論理状態を変化させるのに不充分である。従って、カウンタ５４に続 く′ｒＰ３にはトリガー信号が送出されず、故障信号は発生しない。 ヘッドコンデンサ１１号が不良化し始めるき、゛リプル”電圧成分の振巾が上り ボルトの許容範囲を越え始めるようになる。この状態がＴＰＩの実線波形で示し である。ＴＰＩでの信号は減結合コンデンサ４８を介して信号状態調節回路４４ に結合され、そこで分圧器５０き整流回路５２によって調整される。こうして得 られた論理レベル信号が論理ゲート４６０入力端子に印加され、今はその信号が リプル電圧成分の各サイクルで論理ゲート４６を切り換えるのに充分な大きさで ある。ＴＰ３に示した波形が論理ゲート４６から送出されるトリガー信号を表わ し、トリガー信号の各負移行遷移がカウンタ５４への“カウント”入力を表わず 。カウンタ５４は、例えばモト１−１−ラ社製部品ＮＱＭＣＰ１４０２４等の通 常のカウンタチップで、３つのトリガー信号がリセットを挟まずに受信される都 度出力信号を送出する。 従って、３つのトリガー信号の受信後、故障信号がカウンタ５４の故障出力端子 からオーバライド手段５８に送られるＯ　してれに応じ、オーバライド手段５８ がモータ１８に送られる電流パルスの継続時間を減少させ、制御装置３６を介し ”Ｃ他の適切な動作を行う。 正しく動作しているヘッドコンデンサ１６の場合、リプル電圧成分が所定の許容 範囲を時々越えることがある。例えば、制御装置３６に付設された別の装置がリ プル電圧成分を分離した形で瞬間的に逸脱させることがある。これに応じ、トリ ガー・信号がＴＰ３に生じ、カウンタ５４に送られる。しかし、３つのトリガー 信号が続けて送出されなければ、カウンタ５４はクロック手段５６で周期的に、 例えば１０ミリ秒毎にリセットされるため、故障信号を発生しない。従って、時 折生じる擬似トリガー信号はカウンタ５４からクリアされ無視される。すなわち 、カウンタ５４はデジタルフィルタとして機能し、所定時間内に３より少ない数 で生じるトリガー信号の効果を無効とする。 クロック手段５６からのリセットパルス間隔の継続時間は、リプル電圧成分の最 小期待リプル周波数に従って選定される。５００Ｈｚの最小値を有するパルス周 波数の例では、最大パルス時間は２ミリ秒である。故障状態と推定される前に少 なくとも３つのトリガーパルスを必要とするのが望ましい場合、モータ１８の動 作によって生じるリプルが３つのｌリガーパルスを発生ずるのに少なくとも６ミ リ秒かかる。このため、６ミリ秒より大きいリセット間隔が設けられねばならな い。上記の例で用いｔ　１０　ミＩＪ秒のりセフｌ一時間はこの要求を満たし、 許容限界を越えて時折生じる供給電圧の逸脱が誤った故障の指示を成さず、故障 したヘッドコンデンサが比較的少数の動作サイクル内で必ず検出されることを保 証する。 上記の装置は８神のモータ回路、特にマイクロプロセッサ３４等のブト１グラマ ブルブロセツザを含むものに容易に適用される。 一般にヘッド、Ｊンデンサ１６等平滑手段１４の故障によって生じる過剰なりプ ル電圧に対する保護を行うのに、比較的少数の安価な部品だけが必要である。 この発明のその他の特徴、目的、利点及び用途は、図示、以上の開示、及び添付 の請求の範囲を検討するこ止によ−３て得られる。 国際調査報告 ＡＮＮＥＸ　Ｔｏ　ＴＦ、Ｅ　ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　５ＥＡＲＣＨＲＥ ＰＯＲＴ　０ＮＣＢ−Ａ−２０７３５１４１４／１０／８１　ＮｏｎｅＬＪＳ− Ａ−３４３５２９４２５１０３／６９　Ｎｏｎｅ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．モータ回路を該モータ回路に供給される電力の公称電圧レベルの変化によっ て生じる損傷から保護する装置（１０）において： 公称の直流電圧値とそれに付随したリプル電圧成分とを有する直流を、前記モー タ回路に供給する電源手段（１２）；前記リプル電圧成分の振幅を、前記公称直 流電圧値に対して所定の最大値に制限する平滑手段（１４）；前記電源手段（１ ２）の両端に接続されたモータ（１８）；前記電源手段（１２）から前記モータ （１８）に時間変調電流パルスを送出するパルス制御手段（３０）；前記所定の 最大値を越える前記リプル電圧成分の振幅に応答して故障信号を制御可能に発生 する検知手段（３８）；及び前記故障信号を受信し、該受信に応じて前記パルス 制御手段（３０）から送出される前記時間変調電流パルスを変更するオーバライ ド手段（５８）；を備えた装置（１０）。 ２．前記平滑手段（１４）が前記電源手段（１２）の両端に前記モータ（１８） と並列に接続されたヘッドコンデンサ（１６）を含む請求の範囲第１項記載の装 置（１０）。 ３．前記検知手段（３８）が、前記リプル電圧成分の振幅前記所定の最大値を越 える度にトリガ−信号を発生する論理手段（４０）と、前記トリガ−信号を受信 し、所定の時間内に所定の複数の前記トリガ−信号を受信したときにのみ前記故 障信号を発生する弁別手段（４２）とを含む請求の範囲第２項記載の装置（１０ ）。 ４．前記論理手段（４０）が前記リプル電圧成分に応じた論理レベル信号を発生 する信号状態調節手段（４４）を含む請求の範囲第３項記載の装置（１０）。 ５．前記論理手段（４０）が、前記信号状態調節手段（４４）に接続された入力 端子と前記弁別手段（４２）に接続された出力端子とを有する論理ゲート（４６ ）を含む請求の範囲第４項記載の装置（１０）。 ６．前記弁別手段（４２）が、前記論理ゲートの出力端子に接続されたカウント 入力端子と前記オーバライド手段（５８）に接続された故障出力端子とを有する カウンタ（５４）を含む請求の範囲第５項記載の装置（１０）。 ７．前記カウンタ（５４）を周期的に制御可能にリセットするクロック手段（５ ６）を含む請求の範囲第６項記載の装置（１０）。 ８．前記信号状態調節手段（４４）が、前記ヘッドコンデンサ（１６）に接続さ れた減結合コンデンサ（４８）、該減結合コンデンサ（４８）に接続された分圧 器（５０）、及び該分圧器（５０）と前記論理ゲートの入力端子に接続された整 流回路（５２）を含む請求の範囲第６項記載の装置（１０）。 ９．モータ回路を欠陥ヘッドコンデンサ（１６）によって生じる損傷から保護す る装置（１０）において：前記モータ回路に電力を供給する電源手段（１２）； 前記電源手段（１２）の両端に接続されたヘッドコンデンサ（１６）； 前記電源手段（１２）の両端に接続されたモータ（１８）；前記電源手段（１２ ）から前記モータ（１８）に時間変調電流パルスを送出するパルス制御手段（３ ０）；前記ヘッドコンデンサ（１６）の故障状態に応答して故障信号を制御可能 に発生する検知手段（３８）；及び前記故障信号を受信し、該受信に応じて前記 パルス制御手段（３０）から送出される前記時間変調電流パルスを変更するオー バライド手段（５８）；を備えた装置（１０）。 １０．前記検知手段（３８）が、所定の時間内に所定の複数のヘッドコンデンサ の故障状態を検出したときにのみ前記故障信号を発生する弁別手段（４２）を含 む請求の範囲第９項記載の装置（１０）。 １１．前記検知手段（３８）が、出力端子と前記ヘッドコンデンサ（１６）に接 続された入力端子とを有する信号状態調節手段（４４）、出力端子と前記信号状 態調節手段（４４）の出力端子に接続された入力端子とを有する論理ゲート（４ ６）、並びにリセット端子、前記論理ゲートの出力端子に接続されたカウント入 力端子、及び前記オーバライド手段（５８）に接続された故障出力端子を有する カウンタ（５４）を含む請求の範囲第１０項記載の装置（１０）。 １２．前記信号状態調節手段（４４）が、前記ヘッドコンデンサ（１６）に接続 された減結合コンデンサ（４８）、該減結合コンデンサ（４８）に接続された分 圧器（５０）、及び該分圧器（５０）と前記論理ゲートの入力端子に接続された 整流回路（５２）を含む請求の範囲第１１項記載の装置（１０）。 １３．周期的なリセットパルスを発生するクロック手段（５６）を含み、該クロ ック手段（５６）が前記カウンタのリセット端子に接続されている請求の範囲第 １１項記載の装置（１０）。 １４．モータ回路内のヘッドコンデンサ（１６）をモニターする方法で、前記モ ータ回路が電源（１２）、該電源（１２）と並列に接続されたモータ（１８）と ヘッドコンデンサ（１６）、前記電源（１２）から前記モータ（１８）へ電流パ ルスを制御可能に送出するパルス制御回路（３０）を含むものにおいて：前記ヘ ッドコンデンサ（１６）の両端間のリプル電圧の大きさを連続的に検知するステ ップ； 前記リプル電圧が所定の大きさを越える度にそれに応答してトリガ−信号を発生 するステップ； 前記トリガ−信号を受信し、所定の時間内に少なくとも所定の複数の前記トリガ −信号を受信するのに応じて故障信号を発生するステップ；及び 前記故障信号を受信し、該受信に応じて前記電源（１２）から前記モータ（１８ ）へ前記パルス制御回路（３０）によって送出される電流パルスを制御可能に変 更するステップ；を含む方法。