JPS6034358B2 - 直流牽引電動機の制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は直流電動機の制御、更に具体的に云えば、電
動機の逆転制動を感知する方法並びに装置に関する。

従来の直巻直流電動機の制御では、電動機の減速を制御
する為、電動機が発電制動又は逆転制動様式にある時を
判断する為に種々の方法が用いられて来た。

これは電動機が例えばフオークリフト・トラックのよう
な電動車軸に用いられる直流牽引電動機である時は特に
重要であり、この場合、荷物が高い位置のま）運ばれる
ことがあり、急に減速又は制動すると、荷物がこほれ落
ちる′漠れがある。逆転制動様式で電動機の制動作用を
一様にする為、普通、制御装置には逆転制動電流限界回
路を設ける。これは制動の程度を制御する為、通常の運
転電流の限界より低い所に逆転制動電流の限界を設定す
る。従来の制御装置では、逆転制動の開始並びに持続時
間を感知する回路は、一般に電動機の電機子を側路する
逆転制動用ダイオードを通る逆転制動電流に応答するも
のであった。然し、このような従来の装置では、逆転制
動用ダイオードが温度の影響を受け易く、その特性が動
作温度に伴って変化し、この為逆転制動の程度を制御す
る為には、逆転制動感知回路を頻繁に調節する必要があ
ると云う欠点がある。更に、逆転制動電流を監視する為
に一般的に用いられている回路は比較的複雑になり、そ
れ自体も温度による不安定性があることがある。更に、
逆転制動用ダイオードで逆転制動電流を感知することが
出来るようにはするが、同時に牽引電動機に一杯の電力
を供給出来るようにする為、逆転制動電流限界回路を無
効にするのが望ましい場合がある。このような場合は、
例えばフオークリフト・トラックで、坂道を降りている
際に逆転制動により坂道の途中で停止させて坂道を逆に
昇ろうとする場合に起に得る。すなわち、逆転制動電流
限界回路による作用では、車輪が坂道の途中で完全に停
止せずに坂道を後退すなわち降り続ける場合がある。こ
う云う状態では、車輪が坂道を昇れるようにする為、逆
転制動電流の限界を無効にする何等かの手段を設けるこ
とが必要である。この発明の目的は直流電動機の逆転制
動を感知する改良された方法並びに装置を提供すること
である。

この発明では、直流電動機に対する可変時間比制御装置
に論理回路を設け、これを方向変更スイッチの状態を監
視するように接続する。

論理回路が、一番最後に電動機が駆動されていた方向を
記憶する記憶素子を持っている。方向スイッチを切換え
て電動機の駆動方向を変える時、論理回路がこの切換え
を感知し、制御装置に対して信号を送り、逆転制動電流
限界様式を開始する。電動機に加えられる電力を制御す
る信号のマーク・スペース比又はオン時間の百分率を監
視する比較器により、論理回路かりセットされて逆転制
動電流限界様式が不作動にされる。オン時間の百分率が
予定のレベルに達すると、リセット信号が論理回路に供
給され、これをもとの状態にリセットして逆転制動電流
限界様式を不作動にする。この時、論理回路が電動機の
現在の回転方向を記憶し、再び方向スイッチを反転した
時、電流限界様式を表わす逆転制動電流限界信号を発生
することが出来るようにする。また、坂道で車輪の後退
を防止して坂道を逆に昇れるようにするため、論理回路
にリセット信号を供給して逆転制動電流限界を無効にす
るように接続されたスイッチような無効化手段が設けら
れる。この発明は以下１例として図面に示した好ましい
方法並びに実施例を説明する所から、更に容易に理解さ
れよう。

図面には直流電力の適当な源１０が蓄電池として示され
ており、上側の正の端子が正の母線１１に接続され、下
側の負の端子が負の母線１３に接続されている。

主スイッチ１２が源１０を回路の他の部分に接続し並び
に切離すように作用する。方向スイッチ１４及び１対の
接触器コイル１６，１８が源１０１こ対する第１の直列
回路に接続されている。源１０１こ対する第２の直列回
路には、電流分勝部１９、電動機の電機子２０、電動機
の界磁コイル２１及び電力スイッチング回路２２が接続
されている。界磁コイル２１は接点Ｆ１，Ｆ２，Ｒ１，
Ｒ２により、逆方向又は日頃方向のいずれの方向でも源
１０１こ接続されるようになっており、これらの接点が
接触器コイル１６，１８によって夫々作動される。逆転
制動用ダイオード２３が逆転制動の際、電機子２０１こ
対して逆転制動電流用の側路を作るように配置されてい
る。電機子２０と界磁巻線２１の直列の組合せと並列に
接続されたフライバック・ダイオード２４は、電力スイ
ッチ回路２２がオフ状態にある時に、転流露流に対する
電流通路となるように作用するが、これは周知の通りで
ある。入力電圧レベルに比例してパルス幅が変調された
出力信号を発生するような形式の発振器２５が、電力ス
イッチング回路２２に制御パルスを供給するように接続
されいる。こう云う発振器及び電力スイッチング回路が
米国特許第３８４３９１２号‘こ記載されている。電動
機の電機子２０並びに界磁巻線２１に加えられる電流を
制御する電力スイッチング回路２２のオン時間の百分率
は、発振器２５から来るパルスのオン時間の百分率と直
接的な関係を持ち、このパルスのオン時間の百分率が、
発振器２５の入力端子に印加される電圧信号のレベルに
直接的に関係を持つ。この電圧信号が加速度制御回路２
７によって供給される。図面に示すように、加速度制御
回路２７は、正の母線１１及び負の母線１３の間に適当
に接続されたポテンショメータ２８の可動接点を抵抗２
９を介して発振器２５の電圧入力端子に接続することに
よって構成することが出来る。ポテンショメータ２８は
、牽引電動機の加速度を制御する為、例えばペダルのよ
うな制御用アクセル（加速器）に接続することが出来る
。実質的に抵抗２９と並列に接続されたコンデンサ３０
が抵抗２９と共に積分器を構成し、ポテンショメータ２
８を突然一杯の電圧の位置まで動かした場合、発振器２
５に対する加速電圧を制御する。電流限界回路３１が加
速度制御回路２７に入力信号を供給し、電力スイッチン
グ回路２２のオン時間の百分率の最大値を制御し、牽引
電動機に供給される最大平均電流を制御するように接続
されている。

電流限界回路３１は周知の任意の形式であってよく、多
重レベルの電流出力信号を発生する。第１のレベルは通
常の運転電流の限界であり、第２のレベルは逆転制動電
流の限界である。説明の便宜上、電流限界回路３１が第
１及び第２の比較器３２，３３で構成されるものとして
示してある。各々の比較器が異なる基準電圧源に接続さ
れ、電流分路部１９の瞬時電流の関数として発生される
電圧に対し夫々の基準電圧を比較する。電機子２川こ流
れる電流によつ電流分路部１９に発生される電圧が、差
動増幅器３４に対する入力信号として印加される。差動
増幅器の出力端子が第１の抵抗３５及びィンバータ３６
を介して比較器３２の第１の入力端子に接続される。差
動増幅器３４の出力端子が第２の抵抗３７及びィンバー
タ３８を介して比較器３３の第１の入力端子にも接続さ
れる。比較器３２の第２の入力端子が電圧ＶＩを受取る
ように接続される。この電圧は、母線１１，１３の間に
接続された第１の基準電圧源（図に示してない）によっ
て発生することが出来る。同様に、母線１１，１３の間
に接続された第２の基準電圧源（図に示してない）によ
って発生された電圧Ｖ２が比較器３３の第２の入力端子
に印加される。比較器３２の出力端子及び比較器３３の
出力端子が、抵抗３９とダイオード４０の陰極との共通
接続点に接続される。ダイオード４０の陽極が抵抗４１
を介して発振器２５の電圧入力端子に接続される。抵抗
３９の他端がバイアス基準電圧源Ｖ３（図に示してない
）に接続される。電流限界回路３１の入力端子とィンバ
ータ３６との間に直列に接続されたィンバータ４２及び
ダイオード４３と、電流限界回路３１の入力端子をィン
バータ３８の間に直列に接続された別のダイオード４４
を含むゲート回路が、比較器３２又は比較器３３のいづ
れか一方を電流限界回路３１の電流限界源として利用す
ることが出来るようにする手段となる。この発明の逆転
制動感知論理回路がィンバータ４５を持っており、その
入力端子が接触器コイル１８の正の電圧側に接続されて
いる。

ィンバータ４５の出力端子が時間遅延回路４６の入力端
子に接続されると共に、排他的オア・ゲート４７の第１
の入力端子にも接続される。ィンバータ４５の作用は、
方向スイッチ１４の状態を表わす出力信号を供給するこ
とであるから、ィンバータ４５の入力信号は、接触器コ
イル１８でなく、接触器コイル１６の正の端子側からも
容易に取出すことが出来る。逆転制動感知論理回路の記
憶素子として作用するラツチ形フリツプフロツプ４８の
データ入力端子が遅延回路４６の出力端子に接続される
。ラッチ形フリップフロップは、その付龍端子（後述の
時間遅延回路５８の出力に接続された端子）に解放信号
（論理１信号が供給されているときのみ、デーテ入力端
子の入力信号に応じてその出力の状態が設定される。す
なわち、出力は入力信号が論理１のとき論理１に設定さ
れ、入力信号が論理０のき論理０に設定される。このよ
うに設定された出力の状態は解放信号がない間、データ
入力端子の入力信号の如何に拘らず変化せずに保持され
る。フリップフロップ４８は部品番号ＳＮ一７４７５と
してテキサス・インスツルメンツ・インコーポレ−テッ
トから販売される形式のものであってよい。フリツプフ
ロップ４８の出力端子が排他的オア・ゲート４７の第２
の入力端子に接続される。周知のように、排他的オア・
ゲートの出力は、このオア・ゲートに対する入力信号の
論理符号が反対である場合にのみ、論理１である。

従って、方向スイッチ１４が十分な期間の間順方向駆動
用の位置にあると仮定すると、フリップフロップ４８の
出力端子がオア・ゲート４７の第２の入力端子に対して
論理１信号を供給する。論理ゲート４７の第１の入力端
子にも論理１信号が供給され、この為論理ゲート４７の
出力信号は論理０になる。論理ゲート４７の出力端子が
アンド・ゲート５０の第１の入力端子に接続されている
。アンド・ゲート５０の出力端子が電流限界回路３１の
入力端子に接続され、通常の限界電流にするか逆転制動
電流にするかを決定する。図示の実施例では、アンド・
ゲート５０の出力が論理１レベルにある時に逆転制動限
界電流を用いる。この為、オア・ゲート４７によって発
生され且つアンド・ゲート５０１こよって電流限界回路
３１に供給された論理０信号は、通常の駆動状態の間、
通常の電流限界を維持する。逆転制動の持続時間の間、
逆転制動電流限界が維時されるように保証する為、スイ
ッチの位置の変化に応答してオン時間の百分率を自動的
にゼロにリセットし、そして電力スイッチング回路２２
のオン時間の百分率が、逆転制動がもはや行なわれてい
ないことが明らかであるようなレベルに達した時、フツ
プフロツプ４８を解放するりセット回路が設けられてい
る。

このリセット回路は、接触器コイル１６，１８の正の端
子側と時間遅延回路５３の入力端子との間に夫々接続さ
れた第１及び第２のダイオード５１，５２を有する。時
間遅延回路５３の出力端子がアンド・ゲート６５の第１
の入力端子に接続される。導線５４が時間遅延回路５３
を側路し、回路５３の入力端子をアンド・ゲート５５の
第２の入力端子に接続し、方向変更指令に対して敏速な
応答が得られるようにする。方向スイッチが中立位置に
ある時間の間、導線５４をアンド・ゲート５０の第３の
入力端子に接続して、方向スイッチが中立である時にア
ンド・ゲート５０の出力を強制的に論理０にする導線５
４Ａにより、逆転制動電流の限界が禁止される。導線５
４Ｂが反転駆動増幅器５９を介して導線５４を加速度制
御回路２７の入力端子に後続しし、方向スイッチ１４の
位置が変わった時には、何時でもオン時間の百分率を表
わす信号をゼロにリセットする。

図示の如く、加速度制御回路２７のリセットは、コンデ
ンサ３０と並列に接続されたトランジスタ５６によって
行なわれる。トランジスタ５６のベースに正の電圧が印
加された時、このコンデンサ３０を放電させる。アンド
・ゲ−ト５５の第３の入力端子が、加速度制御回路２７
にある闇値形増幅器５７から信号を受取るように接続さ
れている。この関値形増幅器は加速度制御電圧に応答し
て、加速度制御電圧が予定のレベルに達した時、アンド
・ゲート５５に信号を供給する。アンド・ゲート５５の
出力端子が直列に接続された時間遅延回路５８を介して
、フリップフロツプ６０にセット信号を供給するように
接続されている。

このセット信号はフリップフロップ４８の付能端子にも
解放信号として供給されるように接続されている。フリ
ップフロップ６０のセット出力端子がアンド・ゲート５
０の第２の入力端子に接続され、後退防止の為又は逆転
制動を無効にする為、逆転制動電流限界を禁止する。こ
の後退防止又は逆転制動の無効化は、分圧回路とフリッ
ブフロップ６０のリセット端子との間に直列に接続され
たスイッチ６１によって行なわれる。分圧回路が、電流
源１川こ対して並列に互いに直列に接続された１対の抵
抗６２，６３で構成される。スイッチ６１を閉じると、
フリツプフロツプ６０のリセット端子に電圧が印加され
、フリップフロップ６０の出力が論理０になり、こうし
て逆転制動電流限界を禁止する。この為、電機子が所望
の方向とは反対の方向に回転していても、牽引電動機を
大きなトルクで起動させることが出来る。これは坂道の
上で電動車輪を始動させようとする場合に起り得る状態
である。次にオン時間の百分率が予定のレベルに達した
時、フリップフロップ６０が関値形増幅器５７からの鏡
遠信号によってセットされる。上に説明した逆転制動感
知論理回路は、界磁巻線を通る電流の方向が、一方向に
運転されている車輔で反転された時、逆転制動電流の限
界を発生するには、ごく小さなオン時間しか必要としな
いように作用する。

典型的には、逆転制動用の補助抵抗を用いない電動機回
路では、逆転制動の初期部分に於て１００ミリ秒中の１
又は２ミリ秒、即ち１乃至２％のオン時間で行なわれる
。云い換えると、逆転制動時、電動機の逆起電力は逆転
制動用ダイオード２３により短絡され、このため電動機
の速度は電機子を通る電流により減速される。この際電
動機速度がゼロ近くへと減少するまで、所望のトルク・
レベルを満足させるためには、界磁磁速は小さい値でよ
く、すなわちオン時間の百分率は１乃至２％の小さな値
に略一定に維持される。逆転制動用のオン時間は、普通
は逆転制動期間が終る頃までに場合によっては５乃至８
％のオン時間になるまで徐々に増加する。所定の電動機
で電機子電流をオン時間の百分率と比較する際、オン時
間の百分率が小さい時、電機子が界磁電流の方向によっ
て表わされる方向と反対の方向に回転していない限り、
大きな電機子電流が発生しないことを示すことが出来る
。更に、順方向に運転されている電動機は、或る逆転制
動感知ルベル、典型的には】２乃至１５％のオン時間よ
り低に所では、大して電流を通さない。この為、電動機
が逆転制動から逆転制動以外の状態に移る時、オン時間
の百分率に目立った変化が起る。上に述べた逆転制動感
知論理回路ではこの考えを利用し、逆転制動が起ってい
る時を判断する。動作について説明すると、主スイッチ
１２を閉じると、電力が加えられて電機子２０を方向ス
イッチ１４の位置によって決まる方向に回転させる。

接触器コイル１６が付勢されている図示の状態では、接
点ＦＩが閉じ、接点Ｆ２が開くので、電流が界磁巻線２
１を左から右へ流れ、電機子２０を順方向に回転させる
。電機子２０及び界磁巻線２１に加えられる電力の制御
は電力スイッチング回路２２によって行なわれ、これが
加速度制御回路２７にあるポテンショメータ２８の位置
によって制御される。通常の運転状態では、アンド・ゲ
ート５０の出力は論理０であり、比較器３３の第１の入
力端子を論理１状態にラッチする。この為、比較器３３
が不作動になる。ィンバータ４２がアンド・ゲート５０
からの論理０信号を反転し、論理１信号を印カロしてダ
ィオ−ド４３を逆バィァスし、こうして比較器３２の第
１の入力端子に対する入力信号を電流分路部１９に流れ
る電機子電流によって決定することが出来るようにする
。第１図に示した特定の構成の電流限界回路３１では、
ダイオード４０の陰極端子の電圧が逆転制動の間は通常
の運転状態の場合より低い電圧になるように比較器が設
計されている。これは、勿論、ダィオ−ド４０の陰極の
電圧が比較器３２又は３３の内一番負である電圧に応答
し、コンデンサ３０の電圧をそれに応じで下げるからで
ある。従って、ダイオード４０の陰極に於ける電圧が、
コンデンサを充電し得るレベルを決定し、この為電力ス
イッチング回路２２のオン時間の百分率を決定する。通
常の運転状態では、ィンバータ４５に対する入力信号が
論理０であり、インバータ４５が論理１信号をオア・ゲ
ート４７の第１の入力端子に供給すると共に、遅延回路
４６を介してフリップフロップ４８のデータ入力端子に
印加する。

論理１信号によってフリツプフロツプ４８は、論理０出
力号が発生される状態になり、これがオア・ゲート４７
の第２の入力端子に印加される。こ）で方向スイッチ１
４を順方向位置から逆方向位置へ移すと、幾つかの動作
が行なわれる。第１に接触器コイル１６及び１８の両方
の正の端子に於ける電圧が論理０レベルになる。即ち印
加電圧がない状態になる。この論理０レベルがダイオー
ド５１，５２によってアンド・ゲート５５の入力端子並
びにアンド・ゲート５０の入力端子に伝達され、この為
、両方のアンド・ゲートからの出力信号は、いずれかの
接触器コイルに電圧が印加されない限り、強制的に論理
０になる。同時に、この論理０信号がィンバータ５９に
よって反転され、論理１信号としてトランジスタ５６を
オンにするように印加され、こうしてコンデンサ３０を
短絡し、発振器２５の入力端子から加速度制御信号を取
去り、電力スイッチング回路２２を停止する。第２に、
方向スイッチ１４を逆方向位置に移し、接触器コイル１
８に電力が印加されると、ィンバ−夕４５の入力に論理
１信号が発生され、このインバータが論理０信号を排他
的オア・ゲート４７の第１の入力端子に印加する。フリ
ップフロップ４８に対する論理０信号が遅延回路４６に
よって遅延されるから、オア・ゲ−ト４７に対する論理
入力がこの時反対の極性であり、オァ・ゲート４７の出
力が論理１になる。

方向スイッチ１４はもはや中立位置にはないから、論理
ゲート５０もこ対する全ての入力が論理１になり、論理
１信号が電流限界回路３１に送られ、こうして逆転制動
電流の制限を開始する。上に述べたよに、逆転制動電流
限界回路３１に印加される信号の論理状態の変化は、単
に作用する比較器が変わるだけである。即ち、この時は
比較器３３を利用して、コンデンサ３０を充電し得る電
圧レベルを制御する。オン時間の百分率が１２乃至１５
％のレベルより低い状態にと）、まる限り、閥値形増幅
器５７によって逆転制動電流の限界が維持される。

即ち、オン時間の百分率が予定のレベルに達するまで、
増幅器５７の出力が論理０であり、アンド・ゲート５５
の出力を論理０状態に保つ。時間遅延回路５８は一方向
にのみ遅延される周知の形式であり、即ち入力信号が論
理０になると、出力信号は瞬時的に論理０になるが、入
力信号が論理１になる時、論理１の出力信号は予定の時
間だけ遅延させられる。この為、アンド・ゲート５５に
対するいずれか１つの入力が論理０である時、時間遅延
回路５８からフリップフロップ４８に供給される信号は
論理０になり、アンド・ゲート５５に対する全ての入力
が論理１になって且つ時間遅延回路５８の時間が切れる
まで、フリッポフロップ４８が状態を変えるのを禁止す
る。オン時間の百分率が予定のレベルに達した後、アン
ド・ゲート５５に達する全ての入力が論理１状態に戻り
、こ）で時間遅延回路５８の時間が切れたと仮定すると
、フリツプフロップ４８が解放され、その状態を変え、
フリツプフロツプ４８の出力はインバータ４５からの出
力信号と一致し、こうしてオア・ゲート４７の出力を論
理０に強制的に変える。この信号がアンド・ゲート５０
の出力を強制的に論理０に変え、こうして逆転制動電流
の限界を禁止し、電流限界回路を正常状態に復帰させる
。車輪が坂道の上にあって坂道の上で後退するのを防止
する為に通常の電流限界を加えておきたい場合、スイッ
チ６１を閉じ、フリップフロップ６０１こリセット信号
を印加して、フリップフロップ６０のセット出力を論理
０にし、アンド・ゲート５０の出力を論理０にして、通
常の電流限界信号を発生させればよい。

スイッチ６１はキー・スッチであってもよいし、車輪の
運転者が必要に応じて使う別個の押しボタンであっても
よい。

【図面の簡単な説明】

図はこの発明の１実施例を示す回路図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電動機電流を制御する時間比制御スイツチング手段
   ２２，２５、前記スイツチング手段に該スイツチング手
   段のオン時間の百分率を制御するための制御信号を供給
   する加速度制御回路２７、および作動されたとき、前記
   電動機電流に応答して、前記電動機電流が通常の運転転
   流限界より低い逆転制動電流限界を越えないように前記
   制御信号を減少させ従つて前記オン時間の百分率を減少
   させる逆転制動電流限界回路を含んでいる、直流牽引電
   動機用の制御装置において、逆転制動感知論理回路を設
   け、該逆転制動感知論理回路が、ａ）一番最後に前記電
   動機が駆動されていた方向を記憶する記憶素子４８を含
   んでいて、方向スイツチ１４の切換えと前記記憶素子の
   出力とに応答して前記逆転制動電流限界回路を作動する
   論理手段４７，４８，５０と、ｂ）前記制御信号を監視
   し、前記スイツチング手段のオン時間の百分率が予定の
   値に達した時、前記記憶素子を前記方向スイツチの現在
   の位置を表わす状態に設定することにより前記論理手段
   をリセツトして前記逆転制動電流限界回路を不作動にす
   るリセツト手段５７とを有し、更にｃ）前記リセツト手
   段とは独立に前記論理手段を無効にして前記逆転制動電
   流限界回路を不作動にする無効化手段６０，６１を含ん
   でいることを特徴とする制御装置。