(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流モータの駆動回路において、
前記直流モータの電機子捲線に電圧を供給する段階複電圧電源と、この段階複電圧電源により前記直流モータの界磁捲線の電流制御を行う磁場制御回路と、前記電機子捲線の一端に接続されて電機子捲線の電流を検出する電流検出回路と、この電流検出回路の検出値により前記段階複電圧電源の電圧の調整と前記磁場制御回路の前記界磁捲線の励磁電流の制御とを行う中央制御器よりなり、
前記段階複電圧電源は、複数のスイッチユニットと電池ユニットとを交互に直列接続して構成し、
前記中央制御器の指令によりスイッチユニットが切換えられ、
前記中央制御器の指令により固体スイッチエレメントは、前記段階複電圧電源を線形調節電圧を持った複電圧の波形に制御して、電機子捲線に電圧が供給され、
前記電機子捲線に接続された電流検出回路の検出信号の検出値により、中央制御器が磁場制御回路を制御することによって界磁捲線の電流制御を行い、
電機子の回転速度を連続的に調整可能とすることを特徴とする電池ユニットの段階複電圧制御と磁場制御を併用した直流モータの駆動回路。
【請求項２】
前記段階複電圧電源として、双極双投スイッチとダイオードの組み合わせよりなるスイッチユニットと電池ユニットとを交互に直列接続して構成したことを特徴とする請求項１記載の電池ユニットの段階複電圧制御と磁場制御を併用した直流モータの駆動回路。
【請求項３】
前記段階複電圧電源として、双極双投スイッチのみで構成したスイッチユニットと電池ユニットとを交互に直列接続して構成したことを特徴とする請求項１記載の電池ユニットの段階複電圧制御と磁場制御を併用した直流モータの駆動回路。
【請求項４】
前記段階複電圧電源として、単極単投スイッチとダイオードの組み合わせよりなるスイッチユニットと電池ユニットとを交互に直列接続して構成したことを特徴とする請求項１記載の電池ユニットの段階複電圧制御と磁場制御を併用した直流モータの駆動回路。
【請求項５】
前記段階複電圧電源として、固体スイッチとダイオードの組み合わせによるスイッチユニットと電池ユニットとを直列接続して構成したことを特徴とする請求項１記載の電池ユニットの段階複電圧制御と磁場制御を併用した直流モータの駆動回路。
【請求項６】
前記段階複電圧電源として、単極双投及び単極単投スイッチとダイオードの組み合わせによるスイッチユニットと電池ユニットとを直列接続して構成したことを特徴とする請求項１記載の電池ユニットの段階複電圧制御と磁場制御を併用した直流モータの駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は電池を電源とする分捲モータの駆動回路に関し、特に複数の電池ユニットを直列接続して段階複電圧電源として使用し、かつ界磁捲線に印加する電圧の段階値を電流制御により連続的に変化せしめる直流モータの駆動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電池ユニットは機動性があるため、電気運搬具のような各種器具に広く使用されている。又、この電池ユニットとしては蓄電池、燃料電池、熱電池、又は太陽電池等の各種の電池が使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
これらの電池の全ては基本電圧を持っており、負荷に必要な所要電圧及び電力を得るために直列又は直並列等の接続により所要値を得ていた。
【０００４】
しかし、上述の組み合わせは何れも段階的な電圧しか求めることが出来ず、モータの連続的な駆動調節には直列抵抗を使用していた。このため限りある電池の電力を無駄に使用する結果となり、問題がある。
【０００５】
本発明は上述の問題を解決して、電力の無駄がなく、かつ連続的に調節が可能な直流モータの制御回路を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、直流モータの駆動回路において、
前記直流モータの電機子捲線Ａ１０１に電圧を供給する段階複電圧電源ＡＳＰ１０１と、この段階複電圧電源ＡＳＰ１０１により前記直流モータの界磁捲線Ｆ１０１の電流制御を行う磁場制御回路ＦＶＰと、前記電機子捲線Ａ１０１の一端に接続されて電機子捲線Ａ１０１の電流を検出する電流検出回路ＣＴ１００と、この電流検出回路ＣＴ１００の検出値により前記段階複電圧電源ＡＳＰ１０１の電圧の調整と前記磁場制御回路ＦＶＰの前記界磁捲線Ｆ１０１の励磁電流の制御とを行う中央制御器ＣＣＵよりなり、
前記段階複電圧電源ＡＳＰ１０１は、複数のスイッチユニットと電池ユニットＵ１〜Ｕ６とを交互に直列接続して構成し、
前記中央制御器ＣＣＵの指令によりスイッチユニットが切換えられ、
前記中央制御器ＣＣＵの指令により固体スイッチエレメントＳＳＳ１００は、前記段階複電圧電源ＡＳＰ１０１を線形調節電圧を持った複電圧の波形に制御して、電機子捲線Ａ１０１に電圧が供給され、
前記電機子捲線Ａ１０１に接続された前記電流検出回路ＣＴ１００の検出信号の検出値により、前記中央制御器ＣＣＵが前記磁場制御回路ＦＶＰを制御することによって前記界磁捲線Ｆ１０１の電流制御を行い、
電機子の回転速度を連続的に調整可能とすることを特徴とする。
【０００７】
段階複電圧電源ＡＳＰ１０１として、双極双投スイッチＳＷ１０１〜１０５とダイオードの組み合わせよりなるスイッチユニットと電池ユニットＵ１〜６とを交互に直列接続して構成したもの、又は双極双投スイッチＳＷ１０１〜１０５のみで構成したスイッチユニットと電池ユニットＵ１〜６とを交互に直列接続して構成したものである。
【０００８】
又、段階複電圧電源ＡＳＰ１０１として、単極単投スイッチ又は固体スイッチＳＳＵ１０１〜１０５とダイオードの組み合わせよりなるスイッチユニットと電池ユニットＵ１〜６とを交互に直列接続して構成したものである。
【０００９】
なお、段階複電圧電源ＡＳＰ１０１として、単極双投及び単極単投スイッチの連動スイッチＳＷ２０１〜２０３とダイオードの組み合わせによるスイッチユニットと電池ユニットＵ１〜４とを直列接続して構成したものもある。
【００１０】
又、段階複電圧電源ＡＳＰ１０１として、単極単投スイッチＳＷ３０１〜３０３又は固体スイッチＳＷ４０１〜４０３とダイオードの組み合わせよりなるスイッチユニットと電池ユニットＵ１〜４とを交互に直列接続して構成したものもある。
【００１１】
【作用】
上述のように、電機子捲線Ａ１０１に印加する電圧が段階複電圧電源ＡＳＰ１０１より供給されることによる電機子電流を電流検出器ＣＴ１００で検出し、その段階的電流検出値により中央制御器ＣＣＵが磁場制御回路ＦＶＰを制御して界磁捲線Ｆ１０１の電流制御を行い、電機子の回転速度を連続的に調整可能とする。
【００１２】
【実施例】
図１は本発明の直流モータの駆動回路の接続図である。この場合の直流モータは界磁捲線Ｆ１０１と電機子捲線Ａ１０１を持った分捲モータで、電機子捲線Ａ１０１には本発明の段階複電圧電源ＡＳＰ１０１を接続し、これら電機子捲線Ａ１０１と段階複電圧電源ＡＳＰ１０１と電流検出回路ＣＴ１００とで一つの閉回路を構成している。
【００１３】
又、界磁捲線Ｆ１０１と磁場制御回路ＦＶＰで一つの閉回路を構成している。これら二つの閉回路に対して、中央制御器ＣＣＵは電機子捲線Ａ１０１の電流を検出する電流検出回路ＣＴ１００の検出出力を入力し、この入力値に基づき段階複電圧電源ＡＳＰ１０１と磁場制御回路ＦＶＰに対して制御信号を出力する。
【００１４】
図２は段階複電圧電源の実施例１で、双極双投スイッチＳＷ１０１〜ＳＷ１０５とダイオードの組み合わせよりなるスイッチユニットと電池ユニットＵ１〜Ｕ６とを交互に直列接続して構成したものである。このスイッチＳＷ１０１〜ＳＷ１０５のａ側のＣＯＭ端子（ｃｏｍｍｏｎ端子）ＣＯＭ１０１ａ〜ＣＯＭ１０５ａは上側の電池ユニットＵ１〜Ｕ５の−極とダイオードＤ１０１ａ〜Ｄ１０５ａの逆方向を介してアースラインに接続され、ＮＣ接点（ｎｏｒｍａｌ  ｃｌｏｓｅ）ＮＣ１０１ａ〜ＮＣ１０５ａは下側に電池ユニットＵ２〜Ｕ６の＋極に接続され、ＮＯ接点（ｎｏｒｍａｌ  ｏｐｅｎ）ＮＯ１０１ａ〜ＮＯ１０５ａは直接アースラインに接続されている。
【００１５】
又、ｂ側のＮＣ接点ＮＣ１０１ｂ〜１０５ｂは上側の電池ユニットＵ１〜Ｕ５の−極に接続され、ＣＯＭ端子ＣＯＭ１０１ｂ〜ＣＯＭ１０５ｂは下側の電池ユニットＵ２〜Ｕ６の＋極とダイオードＤ１０１ｂ〜Ｄ１０５ｂの順方向を介して出力端子（＋側で、電池ユニットＵ１の＋側）に接続され、ＮＯ端子ＮＯ１０１ｂ〜ＮＯ１０５ｂは出力端子（＋側で、電池ユニットＵ１の＋側）に接続されている。
【００１６】
この段階複電圧電源に対して、中央制御器ＣＣＵの制御出力により必要とする段階のスイッチＳＷ１０１〜ＳＷ１０５をＮＣ接点からＮＯ接点に切り換えることにより、そのスイッチユニット以下の電池ユニット（Ｕ６側の電池ユニット）を切り離した状態でＵ１側の残存電池ユニットの直列電圧として出力する。
【００１７】
なお、この場合、中央制御器ＣＣＵに接続されている指令入力ユニットＩ１００から所要値を入力することが出来るように構成されている。
【００１８】
出力端子の−側とアースラインとの間には線形又は開閉形固体スイッチエレメントＳＳＳ１００が接続してあり、線形固体スイッチエレメントＳＳＳ１００は中央制御器ＣＣＵの指令信号により図３に示すように段階電圧に対する出力電圧の微調節を行う。
【００１９】
又、開閉形固体スイッチエレメントＳＳＳ１００の操作によって出力電圧を必要とする出力値よりも高く維持するように構成してあるので、若し電池ユニットの電圧段階より１単位高い電圧に調節する場合、開閉形固体スイッチエレメントＳＳＳ１００が動作するように中央制御器ＣＣＵが制御信号を出力するので、熱損失は比較的少なくなるように構成されている。
【００２０】
なお、ダイオードＤ１０１ａ〜Ｄ１０５ａ及びＤ１０１ｂ〜Ｄ１０５ｂは各スイッチの切換時の火花防止の効果を持つものである。
【００２１】
図５に示す回路は図２の回路の各ダイオードを省略したもので、詳細な説明は省略する。
【００２２】
図６は段階複電圧電源の実施例２で、各スイッチとも単極単投スイッチを使用しており、各電池ユニットＵ１〜Ｕ５の−側と各スイッチユニットとの接続点はダイオードの逆方向接続によりアースラインと接続してあり、各電池ユニットＵ２〜Ｕ６の＋側と各スイッチユニットとの接続点はダイオードの順方向接続により出力端子と接続されている。
【００２３】
なお、この実施例では、電池ユニットＵ１の＋側と出力端子間及びＵ６の−側とアースライン間にそれぞれ均圧用ダイオードＤ１０００、Ｄ１００１が接続して電池ユニットを並列接続する場合の均圧に使用されているが、絶対必要な部品ではない。
【００２４】
図７は図６の回路のスイッチユニットを固体スイッチＳＳＵ１０１〜ＳＳＵ１０５に変更したもので、その他は図６と同じであるのである。この回路においては、スイッチユニットの操作によって出力を必要とする出力値よりも高くし、更に中央制御器ＣＣＵによって各固体スイッチＳＳＵ１０１〜ＳＳＵ１０５の駆動電流を制御し、又は互いに直列に接続している固体スイッチＳＳＵ１０１〜ＳＳＵ１０５の抵抗によって線形出力電圧の調節が得られるが、図８に示すように若し１電圧段階高い電圧の調節が必要であれば、スイッチユニットの組み合わせによって達成され、熱損失は少なくなる。
【００２５】
上述のように、スイッチユニットの操作によって出力を必要とする出力値よりも高くし、更に中央制御器ＣＣＵの各固体スイッチエレメントによってパルス波電流の出力を行い、又は互いに直列している電池ユニット中のより高い電圧段階の電池ユニットが直列する固体スイッチエレメントＳＳＳ１００の駆動パルス幅を以て出力電圧の平均値を制御する。
【００２６】
例えば、中央制御器ＣＣＵの制御によって各固体スイッチＳＳＵ１０１、１０２、１０４、１０５の全てが接続され、パルス波を以てＳＳＵ１０３を制御し、その出力が図９に示すような状態であるが、若し１電圧段階大きい大電圧の調節が必要であればスイッチユニットＳＳＵ１０３をＯＮにして電池ユニットＵ３を追加することにより達成される。
【００２７】
又、線形又はパルス波が制御する波幅と段階基礎電圧が各々等電圧の電池ユニットから構成されたものであるが、電力の消耗を平均にするため、中央制御器ＣＣＵによって基礎電圧の供給及び振幅変調又はパルスによって電力消耗を均一にさせる。
【００２８】
更に、出力回路に電流検知装置ＣＴ１００を直列に接続し、中央制御器ＣＣＵに電流検知信号を入力し、指令入力ユニットＩ１００又はＣＣＵ内蔵の設定値によってスイッチユニットＳＷ１０１〜１０５又は固体スイッチＳＳＵ１０１〜１０５の相対制御を行う。
【００２９】
又、出力端に電圧検知装置ＶＴ１００を並列接続し、中央制御器ＣＣＵに電圧検知信号を入力し、指令入力ユニットＩ１００又はＣＣＵ内蔵の設定値によってスイッチＳＷ１０１〜１０５又は固体スイッチＳＳＵ１０１〜１０５の相対制御を行う。なお、この回路にも標準電位が設けられているので、負荷の不安定による電圧の変動を調節出来る他、電圧不安定から起こる負荷側の電圧変動、例えば電池の蓄電量の減少に伴って電圧が降下し、このために負荷に印加する電圧を調節することが出来る。
【００３０】
図１０は段階複電圧電源の実施例３で、この実施例のスイッチは単極双投スイッチ（以下直列スイッチという）と単極単投スイッチ（以下並列スイッチという）との連動スイッチである。電池ユニットＵ１の＋極は直列スイッチＳＷ２０２のＣＯＭ２０２ａと順方向に配置されたダイオードＤ２０２ａとに接続されると共に、−極はアースラインに接続されている。Ｕ２の＋極は直列スイッチＳＷ２０１のＣＯＭ２０１ａと順方向に配置されたダイオードＤ２０１ａとＤ２０２ａとに接続されると共に、−極は直列スイッチＳＷ２０２のＮＯ２０２ａと並列スイッチＳＷ２０２のＮＣ２０２ｂ及び逆方向接続のダイオードＤ２０２ｂとに接続されている。なお、直列スイッチＳＷ２０２のＣＯＭ２０２ｂとダイオードＤ２０２ｂの他極はアースラインに接続されており、ＮＣ２０２ａは出力端子に接続されている。
【００３１】
Ｕ３の＋極は直列スイッチＳＷ２０３のＣＯＭ２０３ａと順方向のダイオードＤ２０３ａとに接続されると共に、−極は直列スイッチＳＷ２０１のＮＯ２０１ａ、並列スイッチＳＷ２０１のＮＣ２０１ｂ、並列スイッチＳＷ２０３のＣＯＭ２０３ｂ及びダイオードＤ２０１ｂに接続されている。なお、並列スイッチＳＷ２０１のＣＯＭ２０１ｂ及びダイオードＤ２０１ｂの他極はアースラインに接続されており、ＮＣ２０１ａは出力端子に接続されている。
【００３２】
Ｕ４の＋極は直列スイッチＳＷ２０３のＮＣ２０３ａとダイオードＤ２０１ａ、Ｄ２０３ａ及び出力端子に接続されると共に、−極は直列スイッチＳＷ２０３のＮＯ２０３ａ、並列スイッチＳＷ２０３のＮＣ２０３ｂ及びダイオードＤ２０３ｂに接続されている。
【００３３】
上述の回路の制御動作は次の通りである。先ず、ＳＷ２０１、２０２、２０３が共に作動しない場合、電池ユニットＵ１〜４は全てスイッチ接点を経て並列の低圧出力で、図１１の状態である。
【００３４】
ＳＷ２０２、２０３が作動した場合、電池ユニットＵ１、２及びＵ３、４がそれぞれ直列となり、この直列の電池ユニットが更に並列状態となり中圧出力で、図１２の状態である。
【００３５】
ＳＷ２０１、２０２、２０３の全てが作動した場合、電池ユニットＵ１〜４は全て直列状態となり、高圧出力で、図１３の状態である。
【００３６】
この回路の各ダイオードＤ２０１ａ〜２０３ａ、２０１ｂ〜２０３ｂは各スイッチ接点と並列状態となっており、接点が動作した時の火花防止の作用がある。
【００３７】
図１４は段階複電圧電源の実施例４で、図１０の回路を簡略化したものである。即ち、各スイッチを単極単投スイッチＳＷ３０１〜３０３としたものである。なお、ダイオードＤ３０１ａ〜３０３ａ、３０１ｂ〜３０３ｂは図１０のダイオードＤ２０１ａ〜２０３ａ、２０１ｂ〜２０３ｂに相当するものである。
【００３８】
又、図１５は図１４の単極単投スイッチＳＷ３０１〜３０３を固体スイッチエレメントＳＷ４０１〜４０３に変更したもので、ダイオードＤ４０１ａ〜４０３ａ、４０１ｂ〜４０３ｂはそれぞれ図１４の各ダイオードと対応するものである。
【００３９】
上述の図１４、１５の各回路の制御動作は図１０の制御動作と基本的に同じであるので、詳細説明は省略する。
【００４０】
【発明の効果】
上述のように、電池ユニットの組み合わせをスイッチユニットで行うことにより、電池ユニット数の公約数として容易に組み合わせが可能であり、最も効果的に組み合わせを選択することが可能である。
【００４１】
段階的に選択する電圧による電機子の回転数を界磁捲線による磁場制御を併用することにより、連続的な回転数の調整が可能である。
【００４２】
各スイッチの接点間にダイオードを並列接続することにより、切換時の異常電流を防止し、接点保護の効果を持たせ、スイッチの接点寿命の延長が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の直流モータの駆動回路の接続図である。
【図２】
段階複電圧電源の実施例１の回路図である。
【図３】
線形調節電圧を持った複電圧の波形図である。
【図４】
パルス波調節電圧を持った複電圧の波形図である。
【図５】
図２の回路のダイオードを省略したものの回路図である。
【図６】
段階複電圧電源の実施例２の回路図である。
【図７】
図６のスイッチを固体スイッチに変更したものの回路図である。
【図８】
線形調節電圧を持った複電圧の波形図である。
【図９】
パルス波調節電圧を持った複電圧の波形図である。
【図１０】
段階複電圧電源の実施例３の回路図である。
【図１１】
図１０の低電圧切換えの回路の状態図である。
【図１２】
図１０の中電圧切換えの回路の状態図である。
【図１３】
図１０の高電圧切換えの回路の状態図である。
【図１４】
段階複電圧電源の実施例４の回路図である。
【図１５】
図１４のスイッチを固体スイッチに変更したものの回路図である。
【符号の説明】
Ａ１０１      電機子捲線
ＡＳＰ１０１  段階複電圧電源
ＣＣＵ        中央制御器
ＣＴ１００    電流検出回路
Ｆ１０１      界磁捲線
ＦＶＰ        磁場制御回路
Ｉ１００      指令入力ユニット
ＳＳＳ１００  固体スイッチエレメント
ＶＴ１００    電圧検知装置
Ｕ１〜Ｕ６    電池ユニット
【図１】
0003546068.tif 000002
【図２】
0003546068.tif 000003
【図３】
0003546068.tif 000004
【図４】
0003546068.tif 000005
【図５】
0003546068.tif 000006
【図６】
0003546068.tif 000007
【図７】
0003546068.tif 000008
【図８】
0003546068.tif 000009
【図９】
0003546068.tif 000010
【図１０】
0003546068.tif 000011
【図１１】
0003546068.tif 000012
【図１２】
0003546068.tif 000013
【図１３】
0003546068.tif 000014
【図１４】
0003546068.tif 000015
【図１５】
0003546068.tif 000016