JPS6110991A - 交流モータの回転数およびトルク調整装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は特許請求の範囲第１項の上位概念に記載の回転
数調整装置から出発している。

従来技術 ユニバーザルモータの電子調整において回転数または電
流から導出されるトルクから常時、点火回路および電力
半導体を介してモータ電圧ないしモータ電流を制御する
内部電気調整量が取出される。この内部量が回転数ない
しトルクにどのように依存するか、上記量をどのように
処理しかつ回路によって調整するかの形式および方法が
動作領域におけるモータの特性ないしその特性曲線の特
色を決める。ところでドイツ連邦共和国特許公告第２３
１２１２７号公報から例えば、調整量がブリッジ回路か
ら取出される電気回転数調整装置が公知である。ブリッ
ジの一方にアームにモータの電機子巻線および電流測定
抵抗が設けられており、一方ブリッツの他のアームに２
つの比較抵抗が設けられている。

その際ブリッジは、所定の、モータの中ノＬ　（若しく
はイ均的）トルクにおいて平衡状態をよるように構成さ
れている。モータの負荷または負荷軽減においてブリッ
ジ回路は不平衡になる。

その際ブリッジの回路の役割仕様に基いて所定の特性曲
線が生じる。

発明が解決しようとする問題点 しかし上記回路によって、特性曲線を個別に変更するこ
とができない。

問題点を解決するだめの手段および発明の効宋これに７
＝ＪＬ”Ｃ特許請求の範囲第１項の要旨に記載の構成に
よれば、個別特性曲線部分が個別に移動調整−ｉ］能で
あるという第１ｊ点を不する。−、シたがって例えばモ
ータ回転数および最大トルクが相互に趣、関係に調整設
定可能である１、特許請求の範囲の実施態様項に記載あ
の構成によって特許請求の範囲第１項に記載の本発明の
有利な実施例が可能である。素子ないし抵抗を可調節抵
抗として構成すると特別不利である４、これにより回転
数ないし最大トルクの外部調整設定も可能にすることが
できる。、その際例え（づ゛穿孔機械の操作者は回転数
および最大ｌ・ルクを個別に調整設定することができる
。極性の依存性の構成は最も簡単な場合、ブリッジアー
ムに逆並列に配置されているダイオードによって実現さ
れる。ブリソジタノゾと制御素子との間に有利にはコン
・９レータ捷たは別の手段、例えば逆対数形増幅器が挿
入接続さ君ている。これに」二り、調整に対して重要な
振幅ピークのみが詳細１のだめに有利に使用することが
できるようになる。これにより装置は特別に障害の影響
を受けにくくなる。コンパレータの出力側においてアナ
ログな後処理にもデジタルな後処理にも中し７分なく適
している・ｅルス幅変調されグこ信号が現われることも
別の第１１点と認められる。さらに、コンパレータ吐た
は増幅器の回路点を変化可能に実現すると有利である。

これにより一方において後置接続された制御素子に対す
る申し分のない整合が可能になり、他方においてこれに
よりマイクロゾロセノザを用いた後処理が容易になる。

さらにまた、閾値を変えることによって種々異なったモ
ータをこの回路装置によって申し分なく、駆動すること
ができるようになる。

本発明の実施例において、極性に依存して切換られる抵
抗をブリッジアームに直接挿入接続するのでなく、部分
ブリツノ電流の分岐に設けると有利である。これにより
、作動確実性を高めるために抵抗が関連付けらねている
所定のアース点を固５ｊ：するこ占ができ２）。これに
、Ｌリソ−質的にスイッチ素子を用いた制征ｊも容易に
なり、その結果回転数おＪ−びｌ・ルク値の／フトは；
Ｉ−Ｊ’−ン／ヨメークばかりでなく、スイッチ素ｒを
介しても可能になるので、例えば工共に固定されたドリ
ルに依存して電気制御および遠隔制御が可能である。ス
イッチ素子に対する動作電圧を高めるために、部分ブリ
ツノ電流を補助抵抗を介して取り出すことは効果的であ
る。、これにより例えばトランジスタを導通制御するの
に十分に高い電圧がブリツノの平衡状態においても取出
される。

別の実施例１／・＝おいて、極性に１７＼存して切換ら
れる抵抗をそれぞれボ゛テン／ヨノータの部分ツノ７°
によって形成すると有利である。、この構成によって、
組合わされた回転数および［・ルク調整が可能である。

これによって、回転数が低］・した場合最大トルクを多
かオｌ少なかれ著しく低減するか寸たは相応の回路定数
において一定に維持することができる。この回路定数は
、ポテンショメータの部分タップに並行に接続される抵
抗にＪ、って実現することができる。ボ゛テ／ンヨノー
タの抵抗ないし部分ツノフ０に少なくとも部分的にコノ
デンザを並列に接続することも特別櫓利である。これに
より、モータ始動は必要に応じて遅延されるか或いは加
速され、その結果」−其の緩慢な始動もしくは非常に迅
速な始動を実現することができる。

実施例 次に本発明を図示の実施例につき図面を用いて詳細に説
明する。

第１図には、線２２を介して交流電圧源１に接続されて
いる、電気モータの界磁巻線２が図示されている。界磁
巻線２に交流モータの電機子巻線３が続いている。この
電機子巻線はさらにブリッジ点２０に接続されている。

プリン−ノ点２０から、電流測定抵抗として用いられる
別の抵抗９が調整器の内部アースに導かれでいる。

この線は制御素子２６、例えばサイリスタ塘たはトライ
アックを介して電圧源ｌの別の接続端子にも接続されて
いる。

界磁巻線２と電機子巻線δとの間に、可調節抵抗１４に
直列接続されているダイオ−ドエ８が接続さねでいる。

このダイオード１８ｖ（二逆■列に界磁巻線２と電機子
巻線３との間に、抵抗１３と直列接続されているダイオ
−ｌ゛］　９も接続されている。抵抗１３およびｌ　４
−　Ｉｉブリノア゛点点上１導かれている。このブリノ
、／′壱、２１から出発して抵抗１２がアースに接続さ
れている６、コンパレータ工６は正の入力側がブリツノ
点２０に接続されており、負の入力側が抵抗２３を介し
てブリッジ点２１に接続されている。さらに電圧源１７
が設けられている３、この出力側は可調節抵抗１５を介
してコ／・ＳレークＪ６の負の入力９１１１に接続され
ている。抵抗１５の調節によってコノパレータの閾値が
可変である。・コノパレータ１６の出力側は、線２４を
介して制御素子２Ｇに対する制御回路２５に接続されて
いる。

この回路装置の動作を第２図および第３図に基いて詳し
く説明する。その際、調整増幅器が、比例増幅才たは伝
達特性を有しないで、純然たる切換作動において動作す
るコノ・ぐレータ１６から成っていることも重要である
。コン・ξレータ１６によって回路点２０と２１との間
のブリソノ電圧はパルス幅変調された電圧に変換される
。電動工具のモータにおいて見られるような典型的な電
圧経過が第２図ａ）に示されている。

この場合点２０と線２２との間の電圧が図示烙れている
。第２図ａに図示の電流角度は例えば１２００である。

その際制御素子２６の導通相の間ブリッジ点２０および
２１を介して、第２図ｂ）に図示されている電圧が形成
される。ところで調整に対しては、振幅ピークのみが重
要である。モータの負荷ないし負荷軽減の際−義的にブ
リッジ電圧の高い部分のみが変化する。低い電圧部分は
調整のために十分に使用できない。

この低電圧部分を抑圧するために、コンパレータは第２
図ｂ）において一点鎖線で示す典型的な切換閾値を有す
る。したがって第２図りに図示の出力パルスＵ２４は、
この切換閾値をト回る、第２図すの電圧部分のみに対し
て発生される。

振幅の高さがブリッジ電圧の上昇才たは１：降によって
変化すると、どのことけＵ２４の相応の・ミ゛ルス幅に
変換される。このことは第２図Ｃ）に図示されている。

調整器の変換された制御量としてのパルス幅は、第２図
すのブリッジ電圧の飽和歪および転流（電流切換時）の
乱れに対して、ブリツノ電圧の比例増幅において生じる
場合よりも極めて影響を受けにくい。さらにモータの温
度変化も大して作用をしない。個々の作動状態に整合す
るために、コン・ξレータの切換閾値は可変でありかつ
電圧臨１７から可調節抵抗１５および直列抵抗２３およ
びブリッジ抵抗１２を介してアースに流れる電流によっ
て発生される。その際抵抗２３および１２における電圧
降下は、切換閾値に等しい。可変の切換閾値によってコ
ンパレータエ６はダイオード１８および１９、抵抗９．
１２，１３．１４および電機子巻線３を有するブリッジ
回路に最適に整合するととができる。例えば集積回路と
して市販されている敏感な、ヒステリ／スのないコン・
ぐレータが使用されるのであれば、負荷電流が流れる測
定抵抗９け非常に小さくすることができる。それから測
定抵抗９を特別冷却する必要なしに比較的高い電力のユ
ニバーサルモータを調整することもできる。

線２４に生じる・？ルス幅変調された電圧はユニ・Ｓ−
ザルに使用可能である。それは変換器として構成するこ
とができる制御回路２５において容易にアナログにて、
例えばイ均値を形成する回路網によって引続き処理する
ことができるし、まだはデノタルにて、例えばゲート回
路および後置されている計数器によって引続き処理する
こともできる。このために使用可能な回路は一般に公知
である。

次に回路装置の調整作用について第３図に基いて詳しく
説明する。ブリッジ要素は、回路点２０および２１に生
じるブリッジ電圧が負荷点Ｃにおいて最小値を有するよ
うに平衡をとられている。ブリツノ電圧は、負荷が点Ｃ
から右寸たは左へずれるや否や、一段と大きくなる。＝
１７・ξレータの切換閾値は、点Ｃにおけるブリツノ残
留（遮断）電圧がそれを越えることがないように選択さ
れる。ブリノン電圧が点Ｃからのずれに基いて上昇する
と、ずれの方向に応じて無負荷領域Ａ２−８７５＝また
は過負荷領域Ｄ−Ｅ２が生じる。無負荷領域は第２図ｂ
）の半波ａによって発生され、過負荷領域は半波Ｂによ
って発生される。ブリッジ電圧Ｕ２０／２１は、無負荷
から過負荷領域への負荷変化において位相変化によって
特徴付けられ、すなわち無負荷半波ａから点Ｃを通過す
る際に負荷半波すになる。その際電源電圧および電機子
電圧から見て、固定の対応関係が成立つ。正の電源半波
は常に正の無負荷半波ａが所属しかつ負の電源半波には
常に正の過負荷波すが所属する。しか１７ブリノノ電圧
はコン・ξレータによって一方の半波の側のみが、実施
例では正の半波においてのみ間合わされる。

この事実関係に基いて無負荷領域および過負荷領域は回
路技術的に容易に分離される。そこでこの目的のために
、抵抗ブリッジ分岐が、それぞれ正ないし負の電流回路
を導く部分抵抗１δおよび１４に分割されている。第１
図の実施例においてこのことは逆並列接続されたダイオ
ード１８および１９によって達せられる。抵抗１３によ
って第２図ｂ）の半波ａが、また抵抗ｌ牛によって半波
すが別個に調整きれる。

モータ特性曲線に関する結果は第３図に一点鎖線にて図
示されている。無負荷領域Ａ２−８および過負荷領域Ｂ
−Ｅ２はここでは可変であり、殊に点Ａ２における無負
荷回転数および点りにおける最大トルクは相互に独立に
設定される。

特性曲線に関する同じ結果は第４図の回路によっても得
られる。ここでも線２２を介して電圧源ｌに接続されて
いる界磁巻線２が設けられている。界磁巻物に電機子巻
線３が続いている。

この巻線はブリッジ点２０に接続されている。

ブリツノ点２０から電流測定抵抗９が調整器の内部アー
スに導かれている。ここでもアース線に制御素子２６が
接続されている。この素ｆは電圧源上にも接続されてい
る。電機子巻線３および抵抗９を有するブリッジアーム
に並列に、抵抗３６および抵抗３５が直列に接続されて
おりかつブリッジ点２１に導かれている。ブリッジ点２
工から共通のアース線に抵抗１２が導かれている。抵抗
３６と３５との間にお・いて可調節抵抗３２および３４
に向がって線が出ている。

これら抵抗にはそれぞれ直列にダイオード３１および３
３が接続されており、その際ダイオード３１および３３
は逆並列に接続されている。

ダイオード３１および３３はそれぞれ、トランジスタ２
９および３０のコレクタに接続されている。トランジス
タ２９および３ｏのエミッタは共通のアース線に所属し
ている。トランジスタ２９のベースに、トルクの制御用
パルスが供給可能であり、トランジスタ３ｏのベースに
は回転数の制御用・ξルスが供給可能である。

ブリッジ点２０および２１に、コンパレータ２７が接続
されている。このコン・？レータの切換閾値は可調節抵
抗２８によって設定可能である。コンパレータ２７の出
力側は線２４を介して、制御素子２６の制御のために用
いられる制御回路２５に接続されている。

この実施例において正および負の電流路への分割は部分
ブリッジ電流をその都度別個にアースへ導出することに
よって行なわれる。したがって直流的な分離菓子は必要
がない。その際第３図に図示の特性曲線の変化は、トラ
ンジスタ２９および３０のベースに供給される電気制御
信号によって行なうことができる。これにより調整装置
の遠隔制御は容易に可能である。正の半波ａは抵抗３４
およびトランジスタ３０を介して制御され、−力負の半
波すは抵抗３２およびｌ・ランジスタ２９を介して調節
可能である。

電流路の分割はトランジスタ２９および３０によって行
なわれる。ダイオード３１および３３はトランジスタに
よって制御されない方の半波のコントロールのきかない
流出をコレクターベース間を介して妨げるという役割を
有する。

抵抗３５は基本的に不要であるが、それは補助機能を有
する。理論的に半波流の流出はブリッジ点２１から直接
アースへ行なわれることになる。しかし申し分なく設計
されたブリッジでに、回路点２１における電圧は、トラ
ンジスタおよびダイオードの閾値電圧には達しない程度
に低い。すなわち電流が流れることはない。抵抗３５に
おける電圧降下はタップの電位を高め、その結果容易に
切換を行なうようにすることができる。

トランジスタ２９および３ｏのエミッタは、アースに接
続に擬執する必要はない。基本的に半波流はそれぞれ任
意の回路点に供給することができる。エミッタは、次の
場合殊に、界磁巻線２および電機子巻線３の間に位置す
る回路点３７にも接続することができる。すなわちトラ
ンジスタ２９および３０の制御のために電位の理由から
上記のことが必要である場合である。

第４図の実施例においてコンパレータの切換閾値は、コ
ンパレータの相応の接続端子に直接接続されている抵抗
２８を用いて設定可能である。

この種のコンパレータは例えばシーメンス社（Ｆｉｒｍ
ａ　Ｓｉｅｍｅｎｓ　）の型名ＴＢＡ　２２１として市
販されている。

第５図は本発明の原理の別の実施例を示す。

電圧源工から線２２が電気モータの界磁巻線２に導かれ
ている。この界磁巻線は、モータの電機子巻線δにも接
続されている。電機子巻線はさらに、ブリッジ点２０に
接続されている。このブリッジ点から抵抗９が制御素子
２６に導かれている。この点は電圧源ｌにも接続されて
いる。界磁巻線２と電機子巻線３との間に抵抗４牛が接
続されている。抵抗４４の別の接続端子は一方において
ボテン／ヨメータ４１の中央タップに導かれており、他
方において抵抗４０工に接続されている。ポテンショメ
ータ４１の部分タップ０４２は抵抗４０１に並列に接続
されている。接続点に、ブリソノ点２１に導かれている
ダイオード３９が接続されている。ダイオードδδはダ
イオード３９に逆並列に接続されておシかつ、ポテンシ
ョメータ４１の部分タップ０４゜３に接続されており、
これもブリッジ点２１に導かれている。抵抗１２はブリ
ッジ点２Ｔと、抵抗９および制御素子２６間の接続点と
の間に介挿されている。ブリッジ点２０および２］はこ
こでもコン・ξレータ２７に接続されている、このコノ
パレータの閾値はポテンショメータ２８を用いてｕ４整
設定可能である。コン・ぐレータ２７の出力側は線２４
を介して制御素子２Ｇを制御する制御回路２５に接続さ
れている。抵抗４０１の代わりに抵抗４０２をボテ／／
ヨメータ４１の部分タップ４３に並列に接続することも
できる。抵抗４０１．４０２の代わりにコンデンサ４０
３および４０４を設けることもできる。これら別の可能
性は第５図には破線にて図示されている。

第５図の回路装置においてボテン／ヨメータ牛ｌを用い
て回転数（第３図の点Ａ２）が最大トルク（第３図の点
Ｄ）と組合わされて調整設定さ八る。これにより例えば
比較的低い回転数ニオいてモー　タを冷却を行わないこ
とに基いて一層迅速に過負荷することができる。トルク
限界値は例えば、過負荷が妨げられるように調整設定す
ることができる。このようにして例えば図示の回路を用
いて回転数低下（Ａ２は下方へ７ノトキれる）を低減さ
れた最大トルクと組合わせることができる（点りは点Ｃ
の方向に７フトされる）。換許すれば第５図の回路装置
は、トルク特性曲線の、回転数特性曲線に対する依存性
を公知技術に対し７て逆転する可能性が得られる。これ
により回転数を低くしておいで最大トルクを一定に維持
するか捷たに低減することができるようになる。

第５図の回路装置においてこの反対の関係はダイオード
３８および３９およびボテンンヨメータ４１によって得
られる。ダイオード３８は半波ａないし回転数に所属し
、ダイオード３９は半波すないしｌ・ルクに所属する。

ボテン７ヨメータが左側に回転されると、部分抵抗４−
３は減少しかつ部分抵抗４２は増加する１、これにより
半波ａも半波すも犬きくなる。このことは矛盾ではない
。というのは線２２と点２０との間の駆動電圧は逆位相
であるからである。、調整器は基本的に、コンパレータ
２７の出力側にパルスが準イｍＪされるとモータ電流の
電流角度が縮少されるように応動する。すなわちボテン
／ヨメータをｈカへノットすることにより回転数もトル
クも低減きれる。同様、ポテンショメータを右方へ／フ
１ずれは回転数およびトルクは高められる。

抵抗４０１を用いて、最大トルクＤを回転数Ａ２にとも
なってどのような強さで変化させるかを決めることがで
きる。この変化は、抵抗牛０１が省略されているとき、
最大である。抵抗４０１が０であれば、すなわち短絡が
生じていれば、最大トルクは一定に維持される。抵抗牛
０１に対して抵抗４０２が使用されれば、回転数はトル
ク調整設定に依存する。その際殊に抵抗４０２の短絡の
際回転数は一定であり、トルクのみが可変である。

抵抗牛０１ないし４０２に代わってコンデンサ４−０３
ないし４０４が使用されれば、モータの投入後一時的に
限定されて高められたないし低減されだｌ・ルクが得ら
れ、すなわちモータ始動は加速されるか捷たは減速され
る。原因はコンデンサにおける充電過程である１例えば
コンデンサ４０３が分圧器抵抗４２における電圧降下に
完全に充電されてなければ、半波すは低減される。

発明の効果 本発明によればブリッジ回路の一方のアートに極性に依
存する抵抗が設けられており、よって個別特性曲線部分
が個別に移動調整可能であるので、モータの回転数およ
び最大トルクを相互に無関係に調整設定することができ
るようになる。

【図面の簡単な説明】

第１−図は本発明の交流モータ用回転数調整装置の第１
実施例の回路略図であ（）、第２［゛（イ）ケ：を第１
実施例の動作を説明するだめの電用伎形図であり、第３
図は調整特性曲線の変化を説明するための曲線図であり
、第４図は本発明の別の実施例の回路略図であり、第５
図は不発明の第３実施例の回路略図である。 ■　交流電圧源、２・界磁巻線、３　電機子巻線、９　
電流測定抵抗、１３，１４．３２゜３４．４１　　・極
性に依存する素丁、］、　６　、２７コノバレー　り、
２０．２１　　ブリツノへ、■８．１９，３１．３３，
３８．３９　　ダイオード。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、所定のモータ回転数および作動電圧において平衡を
   とるようにされているブリッジ回路のアームとして接続
   構成されている電機子巻線と、前記ブリッジ回路の対角
   点間電圧によつて制御可能な、電機子電流の制御素子と
   を有する交流モータ用の回転数調整装置において、ブリ
   ッジアームに極性に依存する素子（１３、１４、３２、
   ３４、４１）が挿入接続されていることを特徴とする交
   流モータ用回転数調整装置。 ２、極性に依存する素子として抵抗が用いられ、該抵抗
   は可調節抵抗として構成されている特許請求の範囲第１
   項記載の交流モータ用回転数調整装置。 ３、抵抗（１３、１４、３２、３４、４１）を極性に依
   存して作動接続するためのダイオード（１８、１９、３
   １、３３、３８、３９）が前記抵抗に直列に接続されて
   いる特許請求の範囲第２項記載の交流モータ用回転数調
   整装置。 ４、ブリッジタップ（２０、２１）と制御素子（２５、
   ２６）との間に、前以つて決められた極性においてブリ
   ッジ電圧を評価可能にする手段（１６、２７）が設けら
   れている特許請求の範囲第１項から第３項までのいずれ
   か１項記載の交流モータ用回転数調整装置。 ５、ブリッジ電圧を評価可能にする手段によつて、前以
   つて決められた値を上回る信号のみが処理可能である特
   許請求の範囲第４項記載の交流モータ用回転数調整装置
   。 ６、ブリッジ電圧を評価可能である手段（１６、１７）
   の回路点が変化可能である特許請求の範囲第５項記載の
   交流モータ用回転数調整装置。 ７、極性に依存する素子（３２、３４）が部分ブリッジ
   電流の分岐路に挿入接続されている特許請求の範囲第１
   項から第６項までのいずれか１項記載の交流モータ用回
   転数調整装置。 ８、少なくとも１つの分岐路において極性に依存する素
   子（３２、３４）にスイッチ素子（２９、３０）が直列
   に接続されている特許請求の範囲第７項記載の交流モー
   タ用回転数調整装置。 ９、部分ブリッジ電流は補助抵抗（３５）を介して取出
   される特許請求の範囲第６項または第７項記載の交流モ
   ータ用回転数調整装置。 １０、極性に依存する素子はそれぞれ、後置接続されて
   いるダイオード（３８、３９）を有するポテンショメー
   タの部分タップ（４２、４３）によつて形成される特許
   請求の範囲第１項から第９項までのいずれか１項記載の
   交流モータ用回転数調整装置。 １１、ポテンショメータ（４１）の少なくとも１つの部
   分タップ（４２、４３）に抵抗（４０１、４０２）が並
   列接続されている特許請求の範囲第１０項記載の交流モ
   ータ用回転数調整装置。 １２、ポテンショメータタップに、ブリッジアームに導
   かれている抵抗（４４）が接続されている特許請求の範
   囲第８項または第９項に記載の交流モータ用回転数調整
   装置。 １３、極性に依存する素子として構成された少なくとも
   １つの抵抗（１３、１４、３２、３４）ないし部分タッ
   プ（４２、４３）にコンデンサ（４０３、４０４）が並
   列接続されている特許請求の範囲第１項から第１２項ま
   でのいずれか１項記載の交流モータ用回転数調整装置。