JPS63503506A

JPS63503506A - 故障防護装置

Info

Publication number: JPS63503506A
Application number: JP61503816A
Authority: JP
Inventors: メロシック　グラント　シー
Original assignee: キャタピラー　インダストリアル　インコーポレーテッド
Priority date: 1986-05-19
Filing date: 1986-07-14
Publication date: 1988-12-15
Also published as: EP0267194A1; WO1987007451A1; US4680512A; CA1281068C; KR880701402A

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】故障防護装置ＬＵ■ 本発明は一般に電気モータを制御するための装置に関し、更に詳細には、電気モータ制御回路の構成部材における故障を検出し、モータを制御可能に作動禁止状態にするための装置に関する。

宜１］ヒ歪電力切換素子型制御回路を使用する電気モータは、今日商業上一般的に使用されている。例えば、リフトトランクのような産業用車輌は、電力切換素子を介して強力電池に接続された電気モータを用いるのが一般的である。このような電力切換素子の代表的なものは、ＳＣＲまたはトランジスタ類から成る半導体スイッチである。半導体スイッチが故障して正常な整流が行なわれなくなると、電気モータは速度が不安定な状態で運転し続けることになる。かかる整流故障は、半導体スイッチの短絡状態あるいは半導体スイッチに付属の制御素子の故障が原因となって生ずるおそれがある。原因のいかんに拘わらず、この種の故障を検出し、それが検出されたときには、その故障が修復されるまでモータ回路を作動禁止状態にすることが望ましい。

従来、種々の型の故障検出装置がモータ制御回路に取り付けられている。例えば、かかる効果的な装置の一例が、メロシック（Ｍｅｌｏｃｉｋ）等に対して１９８５年４月２日に発行され、本願の譲受人に譲渡された米国特許第４，５０８．９９９号に開示されている。この米国特許第４，５０８，９９９号に開示されている装置は、電力切換素子回路内に使用されている半導体スイッチが所定の時間の間に整流できなくなった時を検出して、これに対応する信号を論理回路へ送る感知装置を用いている。この故障信号を受信すると、論理回路により、車ｆ］電源からモータ回路への接続が制御可能に切断される。従来から知られているこのような故障検出装置における根本的な問題は、マイクロプロセンサ及びディスクリートな論理ゲートを備えたあるいはそれら以外の形式の論理回路が、故障検出及び作動禁止制御のために使用されていることである。従って、この論理回路が故障すると、検出装置の機能が阻止されてしまう。また、かかる論理装置及び論理回路装置は、適正作動を行なうためには、調整された電源を必要とする。この電源の状態調整は、一般に、主モータ電源または電池により作動する電圧レギュレータによって行なわれる。かかる電源は、典型的な産業用車輌の作動条件が原因となって、損傷を特に受け易い。論理回路用電源の故障によっても、故障検出装置が作動不能になってしまうおそれがある。従って、主モータ電源によって直接に作動し、全ての論理回路及び中間の論理電源とは独立に作動する故障検出及び防護装置を実現することが望ましい。

本発明は上述の諸問題の一つまたはそれ以上のものを克服しようとするものである。

光列ｆｆｌ丞本発明の一つの態様においては、電力切換素子の所定の状態を検出すると、電気モータ回路を制御可能に作動禁止状態にするための装置が実現される。

電気モータ回路は、電力切換素子を介してモータ電源に直列接続された電気モータを有している。この装置は、電力切換素子の電気伝導をモニタし、電力切換素子が所定の時間よりも長く伝導を継続した場合に故障信号を発生するタイミング回路を有している。ランチが、故障信号を受信すると、割込み回路へ送られる阻止信号を発生する。これに応答して、割込み回路はモータ電源から電気モータへ供給される電力を制御可能に阻止する。タイミング、ランチ、及び割込み装置の各々は、モータ電源によって直接に作動するようになっている。

本発明は、中間の調整済み電源を必要とせずにモータ電源によって直接に作動する故障防護装置を実現するものである。また、本発明の装置は、費用が安く、構造が堅固であるという利点がある。

皿皿少皿単ム脱里本発明のよりよい理解のために、添付の図面を参照すれば良い。

図面において、第１図は本発明の一実施例のブロック線間であり、第２図は第１図の実施例の概略図であり、また、第３図は第２図の実施例における種々の波形のタイミングダイヤグラムである。

を　するための最　の明美第１図を参照すると、本発明の原理の一部分を具体化した装置の全体が参照番号１０で示しである。以下の詳細な説明は、装置１０について現在分っている最良の実施例についてのものである。しかし、当業者には明らかなように、装置１０は、添付の請求の範囲か　・ら逸脱することなく、他の数多くの実施形態をとることが可能である。

第１図のブロック線図において、モータ電源１２はラインコンタクタ−１４及び電力切換素子１６を介してモータ１８に接続されている。モータ電源１２は、例えば、４８ボルトの公称電圧を有する強力蓄電池である。このラインコンタクタ −１４は、モータ電源１２と電力切換素子１６との間に介挿されたソレノイド制御式スイッチまたはリレーである。電力切換素子１６は、好ましくは、ヘビーデユーティトランジスタのような半導体スイッチである０本実施例においては、モータ１８は、産業用リフトトランクのような車輪の主電動機である。モータ電／ｆ１．１２、ラインコンタクタ−１４、電力切換素子１６、及びモータ１８の組合せは、モータ及びモータ制御回路を必要とする他の種々の装置にも用いられる。

論理電源２０がモータ電源１２に接続されており、装置１０に付属の種々の回路素子が必要とする調整済み電力を発生する０例えば、論理電源２０は、電力切換素子１６に付属の論理回路２２に調整済み電力を送り出す。代表的なモータ制御回路においては、論理回路２２は、一連のパルス巾変調パルスの形式の制御信号を電力切換素子１６へ送る。これに応答して、電力切換素子１６は「オン」及び「オフ」に切り換り、モータ電源１２からラインコンタクタ−１４を介してモータ１８へ送られる平均電力を決定する。

運転停止回路２４が、モータ電源１２、電力切換素子１６とモータ１８との間の接線点、及びラインコンタクタ−１４に直接接続されている。運転停止回路２４は本発明の主要部を形成するものであり、以下、これについて詳細に説明する。

次に第２図には、第１図の装置が回路図の形態で詳細に示されている。電気モータ回路２６は、ラインコンタクタ−１４及び電力切換素子１６を介して電気モータ１８に接続されたモータ電源１２を有す。電気モータ１８は界磁巻線２８及び電機子３０を有す。方向接触子３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄがモータ電機子３０の回転方向を決定する。フライバックダイオード３４が電気モータ１８と並列に接続されている。論理型ｆＡ２０がモータ電源１２に接続され、ここから調整済み電力が論理回路２２に送られる。論理回路２２は、種々の入力制御素子、例えば、加速器及び方向制御装置（図示せず）に応答し、電力切換素子１６へ送られる持続時間が制御されたパルスを発生する。これに応答して、電気モータ１８は、ラインコンタクタ−１４が閉路位置にある場合には、電力切換素子１６によって送り出される平均電力に従って作動する。ラインコンタクタ−１４が開路位置にあるときには、電力はモータ電ｆＡ１２から電力切換素子１６までの間で連断され、電気モータ回路２６は作動禁止状態とされる。

ラインコンタクタ−１４は付属のソレノイドコイル３６によって制御される。ソレノイドコイル３６はモータ電源１２に接続されており、トランジスタスイッチ３８によって制御可能に作動する。トランジスタスイッチ３８が「オン」になると、ソレノイドコイル３６が付勢され、ラインコンタクタ−１４が閉じる。トランジスタスイッチ３８が非導通状態になると、ソレノイドコイル３６が消勢され、これに応答してラインコンタクタ−１４が開路位置にくる。

トランジスタスイッチ３８の一部は、論理回路２２がら抵抗４ｏを通って送られる信号に応答して作動する。

タイミング手段４２が電力切換素子１６の電気伝導をモニタし、電力切換素子１６が所定の連続時間よりも長く伝導し続けた場合には、故障信号を発生する。タイミング手段４２は、電力切換素子１６と電気モータ１８との接続点に接続された抵抗器４６を備えたＲ／Ｃタイミング素子４４を存している。抵抗器４６はダイオード４８と並列にコンデンサ５０に接続されており、このコンデンサは回路アースに接続されている。抵抗器５２が電気モータ１８と並列に接続されている。タイミング手段４２はまた、抵抗器４６とトランジスタスイッチ５６との間に直列接続されたツェナダイオード５３及びダイオード５４を有している。トランジスタスイッチ５６は抵抗器５８を介してモータ電源１２に接続されている。

トランジスタスイッチ５６の出力端子は調整回路５８に接続されている。調整回路５８は、トランジスタスイッチ５６の出力端子とコンデンサ６２との間に直列接続された電流制限抵抗器６０を有している。抵抗器６４がコンデンサ６２と並列接続され、且つ回路アースに接続されている。

ランチ手段６６の入力端子が、抵抗６０．コンデンサ６２、及び抵抗６４の接続点に接続している。ランチ手段６６は、アノードが抵抗器７０を介してモータ電源１２に接続した５ＣＲ６８を存している。５ＣＲ６８のカソードは抵抗器７２を介して回路アースに接続されている。ランチ手段６６はタイミング手段４２がら故障信号を受信し、これに応答して阻止信号を発生する。

割込み手段７４がランチ手段６６から出力された阻止信号を受信すると、モータ電源１２から電気モータ１８への電力を制御可能に阻止する。割込み手段７４は、入力端子が５ＣＲ６８のカソードに接続しているトランジスタスイッチ７６を有している。割込み手段７４は、トランジスタスイッチ３８及び抵抗器４０の接続点と回路アースとの間に接続されている。

皮呈上ｑ適朋性装置１０の動作を、電気リフトトラックのような産業用車輌において一般に見受けられるモータ及びモータ制御回路に用いた場合について詳細に説明する。第３図のタイミングダイヤグラムを参照することは、装置１０の動作についての説明の理解に役立つ。先ず、モータ制御回路２６が正常に作動しているとすると、５ＣＲ６８及びトランジスタスイッチ７６は消勢され、「高論理レベル」信号が論理回路２２からトランジスタ４０を介してトランジスタスイッチ３８へ送られる。これに応答して、ソレノイドコイル３６が付勢され、ラインコンタクタ−１４が閉じる。従って、論理回路２２がら電力制御スイッチ即ち切換素子１６へ送られる制御パルスに応じて、電力モータ１８は、所定の速度で、方向接触子３２ａ〜３２ｄによって制御される方向に回転する。モータ電ａ１２がらラインコンタクタ−１４及び電力切換素子１６を介して電気モータ１８へ送られる電力パルスをＴＰＩの波形で示す。

これらパルスの各々はタイミング手段４２によって検出される。

電気モータ１８へ送られるパルスが「高論理レベル」となると、コンデンサ５０は、ＴＰ２で示すように、抵抗４６を介して充電される。コンデンサ５０上の電圧チャージはダイオード５４及び電圧追従トランジスタ即ちトランジスタスイッチ５６を介して５ＣＲ６８のゲート端子へ送られる。ツェナダイオード５３はタイミング手段４２に対するしきい電圧値を規定する。抵抗器６０、コンデンサ６２、及び抵抗器６４を有する調整回路５８は、電気的なノイズ・インパルスにより５ＣＲ６８に悪影響が及ぶのを防止する。Ｒ／Ｃタイミング素子４４は、論理回路２２から電力切換素子１６へ送られる１つのパルスの最大持続時間中にコンデンサ５０が５ＣＲ６８のゲートしきい電圧にまで充電されることが決してないように選定されている。

電気モータ１８へ送られるパルスが「低論理レベル」状態に切り換わると、コンデンサ５０はダイオード４８を介して急速に放電し、５ＣＲ６８のゲート端子へ与えられる電圧は低い値に低下する。コンデンサ５０は、電気モータ１８と抵抗器５２から成る回路を介して放電される。抵抗器５２によって、電気モータ１８の誘導効果、及び方向接触子３２ａ〜３２ｄの電気抵抗とは関係なしに、適切な放電路がコンデンサ５０から流れ出る電流のために確実に形成されるようになっている。

５ＣＲ６８のゲート端子のしきい電圧がＲ／Ｃタイミング素子４４から送り出される電圧チャージによって限度を越えることのない限りは、ＴＰ３に示すように、送り出される信号は「低論理レベル」に留まっている。従って、トランジスタスイッチ７６は「オフ」のままになっており、論理回路２２によってラインコンタクタ−１４の状態が完全に制御されるようになっている。

次に、故障状態、例えば、電力切換素子１６の短絡または論理回路２２の故障が生じて、電力切換素子１６を「オフ」に切り換える指令信号が発生したとすると、運転停止回路２４が有効となる。

ＴＰＩにおける図の右部分に示すような、電気モータ１８へ送り出される連続的な「高論理レベル」電力信号に応答して、コンデンサ５０は抵抗４６を介して充電を継続する。タイミング手段４２からラッチ手段６６へ送られる故障信号は、結局、５ＣＲ６８のトリガ電圧を越える。これに応答して、５ＣＲ６８は「オン」に切り換わり、抵抗７０及び５ＣＲ６Ｂを介して割込み手段７４へ阻止信号を送る。トランジスタスイッチ７６は上記阻止信号の受信に応答して「オン」に切り換わり、トランジスタスイッチ３８への入力は回路アースに保持される。従って、論理回路２２から抵抗４０を介して送り出される信号とは関係なしに、トランジスタスイッチ３８は「オフ」に切り換わり、ソレノイドコイル３６はこれに応答して消勢される。これに応答して、ラインコンタククー１４が開き、以後は電力がモータ電源１２から電気モータ１８へ流れることができなくなる。

ラインコンタククー１４が開くと、Ｒ／Ｃタイミング素子４４は前述したように放電する。しかし、モータ電源１２から抵抗７０及び抵抗７２を通って流れ続ける電流により、５ＣＲ６８は付勢されたままになっている。従って、割込み手段７４は、モータ電源１２が一時的にランチ手段６６から接続を断たれるまで、モータ電源１２から上記電気モータへの電力を阻止する。５ＣＲ６８を通る電流が一旦中断されると、５ＣＲ６８は周知のように自然に整流を行ない、運転停止回路２４がリセフトされる。

上述の運転停止回路２４はモータ電ｆＡ１２により直接に作動し、論理電：ａ２０及び論理回路２２とは完全に独立である。従って、論理電源２０または論理回路２２の故障は運転停止回路２４の作動に対して影響を与えない。また、運転停止回路２４は構造が簡単であり、比較的安価な構成部材から成っている。

本発明の他の態様、目的、利点、及び用途は、図面、開示、及び添付の請求の範囲の検討から理解することができる。

特許庁長官　小　川　邦　夫　殿１．特許出願の表示　ＰＣＴ／ＵＳ８６１０１４５３２、発明の名称　故障防護装置３、特許出願人ｆ請求の範囲１、（削除）２、（削除）３、（削除）４、電力切換素子（１６）を介してモータ電源（１２）に直列接続された電気モータ（１８）を備えた電気モータ回路（２６）を、電力切換素子（１６）の所定の状態を検出した場合に制御可能に動作禁止状態にするための装置（１０）において、所定の指令信号に応答して上記電気モータ（１８）を制御可能に作動させるための論理手段（２２）と、上記モータ電源（１２）と上記論理手段（２２）との間に接続され、調整済み電力を上記論理手段（２２）へ送るようになっている論理電源（２０）と、上記電力切換素子（１６）の電気伝導をモニタし、上記電力切換素子（１６）が所定の時間よりも長く伝導を継続したときには故障信号を発生するタイミング手段（４２）と、上記故障信号を受信し、これに応答して阻止信号を発生するランチ手段（６６）と、上記阻止信号を受信し、これに応答して上記モータ電源（１２）から上記電気モータ（１８）への電力を制御可能に阻止する割込み手段（７４）とを備えており、上記タイミング、ラッチ、及び割込み手段（４２，６６，７４）の各々は、上記論理電源（２０）及び上記論理手段（２２）とは独立に上記モータ電源（１２）によって直接に作動するようになっている装置（１０）。

５、上記割込み手段（７４）が、上記モータ電源（１２）が上記ランチ手段（６６）から接続を断たれるまで、上記モータ電源（１２）から上記電気モータ（１８）への電力を阻止し続ける請求の範囲第４項記載の装置（１０）。

６、　電力切換素子（１８）を介してモータ電源（１２）に直列接続された電気モータ（１８）を備えた電気モータ回路（２６）を、電力切換素子（１６）の所定の状態を検出したことに応答して制御可能に動作禁止状態にするための装置（１０）において、所定の指令信号に応した速度及び方向で上記電気モータ（１８）を制御可能に作動させるための論理手段（２２）と、上記モータ電源（１２）と」１記論理手段（２２）との間に接続され、調整済みの一定電圧電力を上記論理手段（２２）へ送るようになっている論理電源（２０）と、Ｒ／Ｃタイミング素子（４４）を備え、上記電力切換素子（１６）に接続されているタイミング回路（４２）と、上記タイミング回路（４２）に接続された第１の入力端子、及び上記モータ電源（１２）に接続された第２の入力端子を備えた半導体スイッチ（６８）と、上記半導体スイッチ（６８）に接続された制御素子（３６）を備え、上記モータ電源（１２）と上記電気モータ（１８）との間に直列接続された切換え可能電力端子を備えたラインスイッチ（１４）とを備えており、上記タイミング回路（４２）及び上記半導体スイッチ（６８）の各々は上記論理電源（２０）に対しては接続されていない状態にある装置（１０）　。

国際調査報告ＡＮＮＥＸ　Ｔｏ　ＴＨＥ　ＩＮＴＥ団Ａτｌ０ＮＡＬ　５ＥＡＲＣＨ，ＲＥＰＯＲＴ　ＯＮ

Claims

【特許請求の範囲】１．電力切換素子（１６）を介してモータ電源（１２）と直列接続された電気モータ（１８）を備えた電気モータ回路を、電力切換素子（１６）の所定の状態を検出した場合に制御可能に動作禁止状態にするための装置（１０）において、電気モータ回路（２６）は上記電力切換素子（１６）の電気伝導をモニタし、上記電力切換素子（１６）が所定の時間よりも長く伝導を継続したことに応答して故障信号を発生するタイミング手段（４２）と、上記故障信号を受信し、これに応答して阻止信号を発生するラッチ手段（６６）と、上記阻止信号を受信し、これに応答して上記モータ電源（１２）から上記電気モータ（１８）への電力を制御可能に阻止する割込み手段（７４）とを備えており、上記タイミング、ラッチ、及び割込み手段（４２、６６、７４）の各々は上記モータ電源（１２）によって直接に作動するようになっている装置（１０）。２．上記割込み手段（７４）が、上記モータ電源（１２）が上記ラッチ手段（６６）から接続を断たれるまで、上記モータ電源（１２）から上記電気モータ（１８）への電力を阻止し続ける請求の範囲第１項記載の装置（１０）。３．上記電気モータ回路（２６）は、所定の指令信号に応答して上記電気モータ（１８）を制御可能に作動させるための論理手段（２２）、及び上記モータ電源（１２）と上記論理手段（２２）との間に接続され、調整済み電力を上記論理手段（２２）へ送るようになっている論理電源（２０）を備えており、上記タイミング、ラッチ、及び割込み手段（４２、６６、７４）の各々は、上記論理手段（２２）及び論理電源（２０）と独立である請求の範囲第１項記載の装置（１０）。４．電力切換素子（１６）を介してモータ電源（１２）に直列接続された電気モータ（１８）を備えた電気モータ回路（２６）を、電力切換素子（１６）の所定の状態を検出した場合に制御可能に動作禁止状態にするための装置（１０）において、所定の指令信号に応答して上記電気モータ（１８）を制御可能に作動させるための論理手段（２２）と、上記モータ電源（１２）と上記論理手段（２２）との間に接続され、調整済み電力を上記論理手段（２２）へ送るようになっている論理電源（２０）と、上記電力切換素子（１６）の電気伝導をモニタし、上記電力切換素子（１６）が所定の時間よりも長く伝導を継続したときには故障信号を発生するタイミング手段（４２）と、上記故障信号を受信し、これに応答して阻止信号を発生するラッチ手段（６６）と、上記阻止信号を受信し、これに応答して上記モータ電源（１２）から上記電気モータ（１８）への電力を制御可能に阻止する割込み手段（７４）とを備えており、上記タイミング、ラッチ、及び割込み手段（４２、６６、７４）の各々は、上記論理電源（２０）及び上記論理手段（２２）とは独立に上記モータ電源（１２）によって直接に作動するようになっている装置（１０）。５．上記割込み手段（７４）が、上記モータ電源（１２）が上記ラッチ手段（６６）から接続を断たれるまで、上記モータ電源（１２）から上記電気モータ（１８）への電力を阻止し続ける請求の範囲第４項記載の装置（１０）。６．電力切換素子（１８）を介してモータ電源（１２）に直列接続された電気モータ（１８）を備えた電気モータ回路（２６）を、電力切換素子（１６）の所定の状態を検出したことに応答して制御可能に動作禁止状態にするための装置（１０）において、所定の指令信号に応じた速度及び方向で上記電気モータ（１８）を制御可能に作動させるための論理手段（２２）と、上記モータ電源（１２）と上記論理手段（２２）との間に接続され、調整済みの一定電圧電力を上記論理手段（２２）へ送るようになっている論理電源（２０）と、Ｒ／Ｃタイミング素子（４４）を備え、上記電力切換素子（１６）に接続されているタイミング回路（４２）と、上記タイミング回路（４２）に接続された第１の入力端子、及び上記モータ電源（１２）に接続された第２の入力端子を備えた半導体スイッチ（６８）と、上記半導体スイッチ（６８）に接続された制御素子（３６）を備え、上記モータ電源（１２）と上記電気モータ（１８）との間に直列接続された切換え可能電力端子を備えたラインスイッチ（１４）とを備えており、上記タイミング回路（４２）及び上記半導体スイッチ（６８）の各々は上記論理電源（２０）に対しては接続されていない状態にある装置（１０）。