JPH04502683A - フライバック電流減衰装置 - 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】 フライバック電流減衰装置 肢歪公団 本発明は、一般には、コイル内の電流を減衰させる装置、より詳細には、作業車 の駆動回路内の接触器のコイルを流れる電流を減衰させる装置に関するものであ る。

冑見技玉 電気駆動式作業車においては、モーターをバッテリから切り離したり、接続した りする電磁式接触器が駆動回路内に設けられている。！磁接触器は、接触器を起 動させるための誘導コイルを含んでいる。電流源から誘導コイルへ電流が流れる と、コイルは磁界を発生して接触器を結合状態にする。誘導コイルは、もう１つ 　゛の性質として、電流が急激に変化すると、その両端子間に破壊的な電圧を発 生する。それゆえ、コイルが電流源から切り離されたとき電流を流す別の通路を 提供するため、フライバック回路がコイルと並列に接続される。フライバンク回 路は電流をゆっくり消滅させる作用をする。しかし、電流が消滅しているとき、 コイルが発生する磁界は接触器のチップ同士の接触を十分に維持することができ ない、この結果、接触器のチップ間の電圧差により、接触器のチップにアークが 発生する。アークは接触器のチップの表面に損傷を与えて接触器の有効寿命を短 （するので、コイルが電流源から切り離されたとき、フライバック回路内の電流 を急速に減衰させることが望ましい。しかし、コイルの端子間に破壊的な電圧が 発生するほど、電流を急速に減衰させてはならない。

接触器を結合位置に保持するために必要な電流レベルは、最初に接触器を接合さ せるために必要とした電流レベルより小さい。

したがって、電気エネルギーを節減するため、接触器が結合したあとは、電流源 がパルス状に作動され、接触器を結合位置に保持するために必要なレベルより上 の値まで電流源からの電流の平均値が減らられる。

従来の非パルス式装置においては、コイル電流をより急速に減衰させるためフラ イバック回路に抵抗器が設けられている。しかし、もし′ｒｔ流源をパルス状に 作動させれば、各「オフ」パルスの間は電流がフライバック回路を通って流れる ので、抵抗器は過大な無駄な熱を発生し、「オフ」パルスの間はコイルの磁力が 低下する。これはエネルギーの浪費である。

米国特許第４，５１６．１８５号「発明の名称、接触器または同種の装置のため の時間比制御回路ｊ　（１９８５年５月７日発行）は、接触器のコイルに電流が 流れているとき、バイパススイッチを使用してフライバック回路内の抵抗器を短 絡させることを開示している。

バイパススイッチは電流源からコイルが切り離されたとき開く。

この構造の短所は、バイパススイッチを開くため別個の信号を発生させるために 余分の部品と複雑な回路網を必要とすることである。その上、高価な半導体素子 や余分の格納空間も必要である。

さらに、広幅のコイルアレーを使用して最適に機能させるため、この構造の抵抗 値を変化させなければならない。その抵抗値は、電流をできる限り２．速に減衰 させ、しかも損傷を引き起こすコイルの電圧スパイクを防止するように選定しな ければならない。

本発明の目的は、上に述べた１つまたはそれ以上の問題を解決することである。

発明１８４示 本発明は、第１の態様として、コイル電流減衰装置を提供する。

コイルは電源回路およびフライバック回路に接続されている。電源回路は、を流 源と、「オン」状態と「オフ」状態をもつスイッチング素子を備えている、また 、フライバック回路を通って流れる電流の大きさの関数として電圧信号を発生す る信号発生装置が設けられている。信号受信装置は、前記電圧信号の関数として フライバック回路の抵抗を変化させる。

本発明は、第２のＢ様として、コイル、電源回路、モーターおよび接触器から成 る電動機装置を提供する。コイルは、電源回路およびフライバック回路に接続さ れている。電源回路は、パルス状に動作する電流源と、「オン」状態と「オフ」 状態をもつスイッチング素子を備えている。接触器は、コイルを流れる電流に応 じて接合位置と非結合位置の間を動くことができる部材を有する。

また、フライバンク回路を通って流れる電流の大きさの関数として電圧信号を発 生する信号発生手段が設けられている。信号受信手段はその電圧信号の関数とし てフライバック回路の抵抗を変化させる。

本発明は、第３のＢ様として、電流源に接続された駆動用モーターを備えた作業 車を提供する。接触器は駆動用モーターを電流源に接続する。ダイオードと電界 効果トランジスタの直列結合がフライバック回路を形成しており、そのフライバ ンク回路はコイルに並列に接続されている。スイッチング素子は電流源とコイル の間を流れる電流を制御する。電界効果トランジスタのゲートとソースの間にツ ェナーダイオードが接続されている。電界効果トランジスタのゲートとコイルの 第１端子の間にキャパシタが接続されている。

フライバンク電流減衰装置は、スイッチング素子が「オン」状態から「オフ」状 態へ変わるときコイル内の電流を迅速に消滅させ、損傷を与える接触器のアーク の可能性を少なくする。本発明は、独立した論理信号を用いずに上記の仕事を実 行し、広幅のコイルアレーに使用できる。

ｏｑ礼労 第１図は、本発明を具体化した電Ｏ機装置のブロック図を示す作業車の略平面図 である。

第２図は、第１図の電動機装置の回路図である。

１里（尖施工五太汝皇員泉Ω長居 第１図に、モーター制御回路１０が図示された電動式リフトトランク、資材運搬 車または同種の車などの作業車１２を示す。制御回路１０は、モーター１４と電 流減衰装置１６に接続され、電動機装Ｗ、１８を構成している。好ましい実施例 の場合には、モーター１４は作業車１２の駆動用モーターである。駆動用モータ ー１４は少なくとも１個の車輪１７に連結されている。この電動機装Ｗ１８は、 モーターおよびモーター制御論理回路を必要とする他の各種装置に利用できる。

第２図を参照すると、モーター制御回路ＩＯは、コイルスイツチング素子２８を 介してコイル２２の第１端子２４と第２端子２６に接続された電流源（バッテリ が好ましい）２０を有する。

この電流源２０とコイルスイツチング素子２８が電源回路６４を形成している。

電流Ｂ２０はさらに接触器３０とモータースイッチング素子３２（たとえば、パ ワートランジスタ）を介してモーター１４に接続されている。接触器３０は、電 流を通過させる閉位置と、電流を阻止する開位置の間で動くことができる導電性 部材３４を有する９接触器３０は電流がコイル２２を通過すると閉しる。電流が コイル２２を通過すると開くタイプの接触器も同様に動作することに留意された い。モーター制御回路１０に使用できる接触器３０は、この分野で周知であり、 これ以上詳しく説明する必要はないであろう。モーター１４は界磁巻線３６と電 機子３８を有する。方向接触子４０　ａ、４０　ｂ、４０　ｃ、４０　ｄは電機 子３８の回転方向を制御して決定する。方向接触子４０ａ。

４０ｂ、４０ｃ、４０ｄはオペレータの人力（図示せず）に応じて作動する。モ ーター制御回路１０はコイル２２とモータースイッチング素子２８．３２を制御 するための論理回路４２を備えている。論理回路４２は各種の入力制御要素たと えば加速器や方向制ｊ７１装置（図示せず）に応答し、持続時間の制御されたパ ルスを発生して、モータースイッチング素子３２へ送る。それに応じて、ライン 接触器３０が閉じていると仮定して、モーター１４はモータースイッチング素子 ３２によって供給される平均電力に応じて作動する。接触器３０が開くと、電流 源２０からモータースイッチング素子３２へ送られる電力が遮断されて、モータ ー１４は使用不能にされる。

接触器３０の可動部材３４は、コイル２２を流れる電流に応じて開位置と閉位置 の間で動く。コイル２２内の電流レベルは、「オン」状態と「オフ」状態をもつ コイルスイツチング素子２８によって制御される。コイルスイツチング素子２８ は論理回路４２から送られた信号に応じて動作する。論理回路４２はモーター制 御の分野において周知のタイプである。論理回路４２から送られる初期信号は一 定値の信号であり、この初期信号により、コイルスイツチング素子２日は電流源 ２０とコイル２２の間に電流が絶えず流れるようにする。コイルスイツチング素 子２８が電流を通過させているとき、コイルスイツチング素子２８は「オン」状 態にあるとみなされる。所定の時間が経過したあと論理回路４２からの信号はパ ルス列になる。コイルスイツチング素子２日は、このパルス列を受け取ると、迅 速に、電流源２０とコイル２２の間の電流のｉｉｌ過および阻止を交互にする。

したがって、電流源２０とコイル２２の間を流れる電流はパルス状になる。コイ ル２２内の電流レベルはコイルスイツチング素子２８を通って流れる電流の平均 値に等しい、パルス列の周期は、コイル２２内の電流を接触器３０が開くのを防 止する程度の高レベルに維持するように選定される。コイルスイツチング素子２ Ｂがパルス状に動作しているとき、コイルスイツチング素子２８はｒオン」状態 にあるとみなされる。

電流減衰装置１６はコイル２２に接続されている。を波減衰装置１６は電圧信号 を受け取り、その電圧信号の関数としてフライバック回路４８の抵抗を変化させ る手段４４を備えている０手段４４はフライバック回路４８を構成するダイオー ド４６に直列に接続されたドレイン５０とソース５２をもつＭＯＳＦＥＴ　４４ を有することが好ましい。フライバック回路４８はコイル２２に並列に接続され る。

ＭＯＳＦＥＴ　４４はソース５２とゲート５８間の電圧によって制御される線形 可変抵抗として動作する。　ＭＯＳＦＥＴは、ゲート５８対ソース５２の広範囲 の電圧について線形動作が得られるので、本゛発明に特に適している。

フライバック回路を通過する電流の大きさの関数として電圧信号を発生する手段 ６０が設けられている０手段６０はＭＯＳＦＥＴ４４のゲート５８とコイル２２ の第１端子２４の間に直列に接続されたキャパシタ６１と抵抗器６２を有するこ とが好ましい。抵抗器６２は、キャパシタ６１と共に雑音フィルタを構成し、フ ライバック回路の動作には必要でない。

コイルスイツチング素子２８が「オン」状態にあるとき、ＭＯＳＦＥＴ４４を飽 和状態に維持する手段５４が設けられている。手段５４はキャパシタ６１とツェ ナーダイオード５５を有することが好ましい、キャパシタ６１はＭＯＳＦＥＴ　 ４４のゲート５８と抵抗器６２の間に接続されている。抵抗器６２はダイオード ６８の陰極に接続されている。ツェナーダイオード５５はＭＯＳＦＥＴ　４４の ゲート５８とソース５２の間に接続されている。好ましい実施例の場合、ツェナ ーダイオード５５はＭＯＳＦＥＴ　４４のゲート５８とソース５２間の電圧を１ ５Ｖ以下に制限し、そしてコイルスイツチング素子２８が「オン」状態にあると き、キャパシタ６１に対し放電路を提供する。

皮栗上皇租■旦血ユ 図面を参照して説明する。ｉｔ流減衰装置１６は、使用中にコイルスイツチング 素子　２８が「オン」状態から「オフ」状態へ変わるとき、フライバック回路４ ８内の電流を迅速に減衰させるために設けられる。

接触器３０を閉じるため、論理回路４２は一定の大きさの信号をコイルスイツチ ング素子２８へ送る。この信号により、コイルスイツチング素子２８は、電流源 ２０とコイル２２の間に電流が流れるようにする。コイル２２を通過する電流に 応じて、磁界が発生し、可動部材３４を閉位置に引きつける。

接触器が閉じて、所定の時間が経過すると、論理回路４２はパルス列信号をコイ ルスイツチング素子２８へ送る。いったん接触器３０が閉じると可動部材３４を 閉位置に保持するための必要エネルギーは、可動部材３４を閉位置に引きつける ための必要エネルギーよりも少なくなる。コイルスイツチング素子２８をパルス 状に動作させることにより、電流源２０とコイル２２間に流れる電流の平均値は 、可動部材３４を閉位置に保持する程度のレベルに’１２少する。コイルスイツ チング素子２８がパルス状に動作しているとき、「オン」パルスの間は電源回路 ６４を通って電流が流れ、「オフ」パルスの間はフライバック回路４８を通って 電流が流れる。

接触器３０を開くために、コイルスイツチング素子２８は「オンｊ状態から「オ フ」状態へ変化し、それにより、電流源２０とコイル２２の間に電流が流れるの を阻止する。その結果、電流はフライバック回路４８を流れる。コイル２２は、 第１端子２４と第２端子２６間の電圧を高めることにより、コイル２２を流れる 電流レベルを維持しようとする。コイル電圧が高くなると、ツェナーダイオード ５５がＭＯＳＦＥＴ　４４のソース５２とゲート５８間の所定の電圧（１５■が 好ましい）を維持するので、ＭＯＳＦＥＴ　４４は飽和状態になる。ＭＯＳＦＥ Ｔ　４４が飽和状態のとき、ドレイン５０とソース５２間の抵抗は非常に小さい 。ＭＯＳＦＥＴ　４４のソース５２とゲート５８間の電圧によって、抵抗器５６ に電流が流れる。この抵抗器５６を流れる電流はキャパシタ６１を充電し、この ため電圧信号を発生する。キャパシタ６１が充電すると、その電圧信号により、 ＭＯＳＦＥＴ　４４のソース５２とゲート５８間の電圧が減少する。ソース５２ とゲート５８間の電圧が所定のレベル（４ｖが好ましい）に達すると、ＭＯＳＦ ＥＴ　４４は導通状態になる。

ＭＯＳＦＥＴ　４４が導通状態のとき、ＭＯＳＦＥＴ　４４のソース５２とゲー ト５８間の電圧が減少すると、ＭＯＳＦＥＴ　４４のソース５２とドレイン５０ 間の抵抗が急速に増大する。ＭＯＳＦＥＴ　４４のソース５２とゲート５８間の 電圧が所定のレベルまで降下したとき、フライバック回路４８に大きな抵抗が生 じる。この大きな抵抗によりコイル電流が急速に消滅するので、接触器３０が迅 速に開く。

しかし、コイル電流は、コイルの両端に破壊的な電圧が生じるほど急速に減衰し ない。

各「オン」パルスの立上り時にツェナーダイオード５５のバイアスが逆転すると 、ツェナーダイオード５５はキャパシタ６１を放電させることによってＭＯＳＦ ＥＴ　４４を飽和状態に保つので、コイルスイツチング素子２８がパルス状に動 作するとき、フライバック回路４８内の抵抗は非常に小さい。パルス列の周期と ＲＣ回路網５６．６１の時定数は、ＭＯＳＦＥＴ　４４を導通状態にする程度の 電圧信号が発生する前に、ツェナーダイオード５５がキャパシタ６１を放電させ るように選定される。

本発明のその他の特徴、目的および利点については、図面の簡単な説明、および 請求の範囲を精読されれば明らかになるであろ国際論１１Ｆ報失

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．コイル（２２）内の電流を減衰させる装置（１６）であって、前記コイル（ ２２）が第１端子（２４）と第２端子（２６）を有し、フライバック回路（４８ ）と電源回路（６４）に接続することができ、前記電源回路（６４）が「オン」 状態と「オフ」状態をもつコイルスイッチング素子（２８）と電流源（２０）を 有し、前記コイル（２２）が電流を通過させるように構成されている場合におい て、前記フライバック回路（４８）を通過する電流の大きさの関数として電圧信 号を発生する手段（６０）、および前記電圧信号を受け取り、その電圧信号の関 数として前記フライバック回路（４８）の抵抗を変化させる手段（４４）、を備 えていることを特徴とする電流減衰装置（１６）。 ２．前記フライバック回路（４８）は前記手段（４４）と、陽極（６６）と陰極 （６８）をもつダイオード（４６）を有しており、前記手段（４４）はドレイン （５０）とソース（５２）をもつ電界効果トランジスタ（４４）を有しており、 前記トランジスタ（４４）のドレイン（５０）とソース（５２）の一方は前記ダ イオード（４６）の陽極（６６）と陰極（６８）の一方に接続されており、前記 フライバック回路（４８）はコイル（２２）に並列に接続されていることを特徴 とする請求の範囲１に記載の電流減衰装置（１６）。 ３．前記ダイオード（４６）の陰極（４６）はコイル（２２）の第１端子（２４ ）に接続されており、前記ダイオード（４６）の陽極（６６）は前記トランジス タ（４４）のドレイン（５０）に接続されており、前記トランジスタ（４４）の ソース（５２）はコイル（２２）の第２端子（２６）に接続されていることを特 徴とする請求の範囲２に記載の電流減衰装置（１６）。 ４．前記電界効果トランジスタ（４４）はゲート（５８）を有しており、前記電 圧信号発生手段（６０）は前記トランジスタ（４４）のゲート（５８）と前記コ イル（２２）の第１端子（２４）の間に接続されたキャパシタ（６１）を有して いることを特徴とする請求の範囲２に記載の電流減衰装置（１６）。 ５．前記電界効果トランジスタ（４４）は飽和状態を有しており、装置（１６） は、さらに前記コイルスイッチング素子（２８）が「オン」状態のとき、それに 応じて前記電界効果トランジスタ（４４）を飽和状態に維持する手段（５４）を 有していることを特徴とする請求の範囲２に記載の電流減衰装置（１６）。 ６．前記電界効果トランジスタ（４４）はゲート（５８）を有しており、前記飽 和状態維持手段（５４）は前記トランジスタ（４４）のゲート（５８）とソース （５２）に並列に接続されたツェナーダイオード（５５）を有していることを特 徴とする請求の範囲５に記載の電流減衰装置（１６）。 ７．前記電界効果トランジスタ（４４）はゲート（５８）を有しており、前記電 圧信号発生手段（６０）は前記トランジスタ（４４）のゲート（５８）と前記コ イル（２２）の第１端子（２４）に接続されたキャパシタ（６１）を有している ことを特徴とする請求の範囲５に記載の電流減衰装置（１６）。 ８．コイル（２２）、電源回路（６４）、フライバック回路（４８）、駆動用モ ーター（１４）および接触器（３０）を備えた電動機装置（１８）であって、前 記コイル（２２）は電源回路（６４）とフライバック回路（４８）に接続され、 前記電源回路（６４）は電流源（２０）と「オン」および「オフ」状態をもつコ イルスイッチング素子（２８）を有し、前記接触器（３０）はコイル（２２）を 流れる電流に応じて、電流を阻止する開位置と電流を通す閉位置の間で動く可動 部材（３４）を有し、前記接触器（３０）は電流源（２０）と駆動用モーター（ １４）の間に接続されている場合において、 前記フライバック回路（４８）を通過する電波の大きさの関数として電圧信号を 発生する手段（６０）、および前記電圧信号を受け取り、その電圧信号の間数と して前記フライバック回路（４８）の抵抗を変化させる手段（４４）、を備えて いることを特徴とする電動機装置（１８）。 ９．前記フライバック回路（４８）は信号受信手段（４４）と、陽極（６６）と 陰極（６８）をもつダイオード（４６）を有しており、前記信号受信手段（４４ ）はドレイン（５０）とソース（５２）をもつ電界効果トランジスタ（４４）を 有しており、前記電界効果トランジスタ（４４）のドレイン（５０）とソース（ ５２）の一方は前記ダイオード（４６）の陽極（６６）と陰極（６８）の一方に 接続されていることを特徴とする請求の範囲８に記載の電動機装置（１８）。 １０．前記ダイオード（４６）の陰極（６８）は前記コイル（２２）の第１端子 （２４）に接続されており、前記ダイオード（４６）の陽極（６６）は前記電界 効果トランジスタ（４４）のドレイン（５０）に接続されており、前記電界効果 トランジスタ（４４）のソース（５２）はコイル（２２）の第２端子（２２）に 接続されていることを特徴とする請求の範囲９に記載の電動機装置（１８）。 １１．前記電界効果トランジスタ（４４）はゲート（５８）を有しており、前記 信号発生手段（６０）は前記トランジスタ（４４）のゲート（５８）と前記コイ ル（２２）の第１端子（２４）の間に接続されたキャパシタ（６１）を有してい ることを特徴とする請求の範囲９に記載の電動機装置（１８）。 １２．前記コイルスイッチング素子（２８）が「オン」状態にあるとき、それに 応じて前記電界効果トランジスタ（４４）を飽和状態に維持する手段（５４）を 備えていることを特徴とする請求の範囲９に記載の電動機装置（１８）。 １３．前記電界効果トランジスタ（４４）はゲート（５８）を有しており、前記 飽和状態維持手段（５４）は前記トランジスタ（４４）のゲート（５８）とソー ス（５２）に並列に接続されたツェナーダイオード（５５）を有していることを 特徴とする請求の範囲１２に記載の電動機装置（１８）。 １４．前記電界効果トランジスタ（４４）はゲート（５８）を有しており、前記 信号発生手段（６０）は前記トランジスタ（４４）のゲート（５８）と前記コイ ル（２２）の第１端子（２４）に接続されたキャパシタ（６１）を有しているこ とを特徴とする請求の範囲１２に記載の電動機装置（１８）。 １５．駆動用モーター（１４）、前記モーター（１４）に接続された電流源（２ ０）、および前記電流源（２０）と前記モーター（１４）の間に接続された接触 器８３０）を備えた作業車（１２）であって、前記電流源（２０）に接続された 第１端子（２４）と第２端子（２６）を有するコイル（２２）、 ダイオード（４６）、ドレイン（５０）とソース（５２）とゲート（５８）とを もつ電界効果トランジスタ（４４）、および前記電界効果トランジスタ（４４） に直列に接続されたダイオード（４６）を有し、前記コイル（２２）に並列に接 続されたフライバック回路（４８）、前記コイル（２２）と前記電流源（２０） の間に接続され、前記電流源（２０）から前記コイル（２２）へ電流を制御して 流すように構成されたコイルスイッチング素子（２８）、前記トランジスタ（４ ４）のゲート（５８）とソース（５２）の間に接続されたツェナーダイオード（ ５５）、 前記ツェナーダイオード（５５）に並列に接続された抵抗器（５６）、および 前記トランジスタのゲート（５８）と前記コイル（２２）の第１端子（２４）の 間に接続されたキャパシタ（６１）、を備えていることを特徴とする作業車（１ ２）。