(57)【要約】  ユニバーサルモータ用の電気力学的制動装置が提案される。この電気力学的制動装置では、制動動作中に界磁巻線に電源網から給電され、電機子が短絡される。そして制動過程が制御電子回路によって実施され、これによりブラシ磨耗が比較的小さい良好な制動が達成される。このような電気力学的制動装置は、危険な工具が装着された電子工具装置に使用される。
2013516152.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ駆動を制動動作に切り替えるための装置を備えるユニバーサルモータ用の電気力学的制動装置であって、
制動動作中に前記ユニバーサルモータの界磁巻線（３）に第１と第２のスイッチ（１、１’）を介して電源から給電され、前記ユニバーサルモータの電機子（２）は前記第２のhjスイッチ（１’）を介して短絡され、
制御電子回路（５）が設けられており、該制御電子回路は、制動動作中に好ましくは電源電圧の各半波内で短時間だけモータ駆動に切換えられ、その後再び制動動作が行われるように構成されており、
前記第１のスイッチ（１）がまず導通切り換えされ、所定の遅延時間を以て前記第２のスイッチ（１’）が導通切り換えされる電気力学的制動装置。
【請求項２】
前記第２のスイッチ（１’）の制御に対する遅延時間が、電源電圧の半波内で先行して行われたモータ駆動によって前記ユニバーサルモータの集電子でのブラシ発火が低減されるように設定されている、請求項１記載の電気力学的制動装置。
【請求項３】
前記遅延時間は１μｓから１ｍｓの間である、ことを特徴とする請求項１または２記載の電気力学的制動装置。
【請求項４】
前記第１のスイッチの後に前記第２のスイッチ（１’）を制御するための遅延時間は、制動動作中に一定である、ことを特徴とする請求項１から３までのいずれか一項記載の電気力学的制動装置。
【請求項５】
前記第１のスイッチの後に前記第２のスイッチ（１’）を制御するための遅延時間は、制動中には前記ユニバーサルモータと電源電圧のパラメータに依存する、ことを特徴とする請求項１から３までのいずれか一項記載の電気力学的制動装置。
【請求項６】
前記第１のスイッチの後に前記第２のスイッチ（１’）を制御するための遅延時間は、制動動作中には前記第１のスイッチの切り替え時点での電源電圧および／または前記ユニバーサルモータの回転数および／もしくはユニバーサルモータの温度に依存する、ことを特徴とする請求項５に記載の電気力学的制動装置。
【請求項７】
制動動作の開始時には前記第２のスイッチ（１’）の制御に対する遅延時間が、制動動作の経過にともなって短くなり、とりわけ制動動作の終了時にはゼロになる値を有するか、またはとりわけ前記第１のスイッチ（１）の前にある、ことを特徴とする請求項１から３までのいずれか一項または５もしくは６に記載の電気力学的制動装置。
【請求項８】
前記第２のスイッチ（１’）の制御に対する遅延時間は、制動動作の開始中に、前記ユニバーサルモータの集電子に接するブラシによる転流が、少なくとも一部の半波内でブラシの後縁から前縁に移動されるように選択され、制動動作中に前記電機子は駆動されない、ことを特徴とする請求項１から７までのいずれか一項に記載の電気力学的制動装置。
【請求項９】
前記制御電子回路は、制動動作を制御せずにまたは制御して実施するよう構成されている、ことを特徴とする請求項１から８までのいずれか一項に記載の電気力学的制動装置。
【請求項１０】
前記制御電子回路（５）は、前記第１および／または第２のスイッチを制御するために位相チョッパ角がファイルされており、好ましくは少なくとも１つの位相チョッパ角曲線がファイルされているテーブルにアクセスする、ことを特徴とする請求項１から９までのいずれか一項に記載の電気力学的制動装置。
【請求項１１】
制動動作中に、前記第２のスイッチ（１’）は前記電機子（２）に並列に接続され、前記界磁巻線（３）および前記第１のスイッチ（１）と直列に接続され、
前記第２のスイッチ（１’）には、有利には識別接点（ｆ）を備える切換素子（Ｓ）が前置接続されている、ことを特徴とする請求項１から１０までのいずれか一項に記載の電気力学的制動装置。
【請求項１２】
前記切換素子（Ｓ）は信号発生切換素子（Ｓ’）として前記制御電子回路（５）に配設されており、前記第１のスイッチ（１）が第１の電源端子（ａ）に、第３のスイッチ（１’’）が第２の電源端子（ｂ）に配置されている、ことを特徴とする請求項１１に記載の電気力学的制動装置。
【請求項１３】
ユニバーサルモータをモータ駆動から制動動作に切り替えるための装置を備えるユニバーサルモータを制動する方法であって、
制動動作中に前記ユニバーサルモータの界磁巻線（３）に第１と第２のスイッチ（１、１’）を介して電源電圧から給電され、前記ユニバーサルモータの電機子（２）が前記第２のスイッチ（１’）を介して短絡され、
制動動作中に好ましくは電源電圧の各半波内で短時間、ユニバーサルモータのモータ駆動が第１のスイッチの切り替えによって調整され、
後続の制動動作が前記第２のスイッチ（１’）の切替えによって遅延時間を以て調整される、制動方法。
【請求項１４】
モータ駆動のための前記第１のスイッチの切替えと、制動動作のための前記第２のスイッチの切替えとの間の遅延時間は１μｓから１ｍｓの間の範囲である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１のスイッチの後に前記第２のスイッチ（１’）を制御するための遅延時間は、制動動作中には前記第１のスイッチの切り替え時点での電源電圧および／または前記ユニバーサルモータの回転数および／もしくはユニバーサルモータの温度に依存する、請求項１３または１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１によるユニバーサルモータ用の制動装置および請求項１３による制動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気力学的制動装置は種々の設計で公知である。
【０００３】
特許文献１は、ユニバーサルモータ用の制動および調整回路を開示する。この回路では一方でモータを駆動するための第１のスイッチング手段（Ｔｒｉａｃ）がモータと直列に接続され、他方でモータを制動するための第２のスイッチング手段（Ｔｒｉａｃ）が電機子に並列に接続され、電機子は磁界巻線の間に配置されている。モータ運転中は電機子に並列の第２のスイッチング手段には通電されず、制動動作中には第１のスイッチング手段と第２のスイッチング手段の両方が制御される。
【０００４】
特許文献２は、ユニバーサルモータ用の制動装置を開示する。ここでは磁界巻線および回転子を電源に接続および／または遮断するために複数のスイッチング手段が使用される。これらのスイッチング手段は複数の位置を有し、第１の位置では回転子巻線と磁界巻線が電源に接続され、第２の位置では回転子巻線が短絡され、電源は磁界巻線にだけ接続される。
【０００５】
特許文献３は、ユニバーサルモータ用の制動装置を開示する。この制動装置では制動動作中に電機子巻線を短絡するために短絡スイッチ（Ｔｒｉａｃ）が設けられており、短絡スイッチは切り替え状態を検出するために制御入力端を有する。短絡スイッチの制御入力端は、制動動作中にブラシ発火を回避するために短絡スイッチの位相チョッパ制御を行うべく制御ユニットと接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６２３６１７７号
【特許文献２】欧州特許公開第０５７８３６６号
【特許文献３】ドイツ特許公開公報第１０３１７６３６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の基礎とする課題は、効率的で安価な電気力学的制動装置またはユニバーサルモータのための制動方法を提供することであり、これにより好ましくはブラシ発火が低減され、ブラシ磨耗も少ない良好な制動が達成されるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題は請求項１および１３の特徴によって解決される。本発明のさらなる実施形態は、従属請求項および明細書から明らかである。
【０００９】
本発明の利点は、ユニバーサルモータ用の電気力学的制動装置に、モータ駆動を制動動作に切り替えるための装置が設けられており、制動動作中にはユニバーサルモータの界磁巻線に第１と第２のスイッチを介して電源から給電され、ユニバーサルモータの電機子は第２のスイッチを介して短絡され、制御電子回路が設けられており、該制御電子回路は、制動動作中に好ましくは電源電圧の各半波内で短時間だけモータ駆動とその後の制動動作が行われるように構成されており、第２のスイッチに所定の遅延時間を以て第２のスイッチが導電接続される。このようにしてユニバーサルモータのための改善された制動を実施することができる。
【００１０】
別の実施形態では、第２のスイッチの制御に対する遅延時間が、半波内で先行して行われたモータ駆動によってユニバーサルモータの集電子でのブラシ発火が低減されるように設定される。
【００１１】
制動装置の別の実施形態では、遅延時間は１μｓから１ｍｓの間である。この値範囲が有利であることが証明されている。実現形態に依存して、より短い時間またはより長い時間を使用することもできる。
【００１２】
制動装置の別の実施形態では、第１のスイッチの後に行われる第２のスイッチを制御するための遅延時間が、全制動中は一定である。
【００１３】
制動装置の別の実施形態では、第１のスイッチの後に行われる第２のスイッチを制御するための遅延時間が、制動中にはユニバーサルモータと電源電圧のパラメータに依存する。これによって、より正確に適合した制動が達成される。とりわけ制動時間および集電子、とりわけブラシの負荷を最適化することができる。
【００１４】
制動装置の別の実施形態では、第１のスイッチの後に行われる第２のスイッチを制御するための遅延時間が、制動動作中には第１のスイッチの切り替え時点での電源電圧および／またはユニバーサルモータの回転数および／もしくはユニバーサルモータの温度に依存する。この別の実施形態により、制動時間および／または集電子、とりわけブラシの負荷低減について最適化された制動過程の適合が可能になる。
【００１５】
制動装置の別の実施形態では、第２のスイッチの制御に対する遅延時間が、制動動作の開始時には制動動作のさらなる経過で減少し、制動動作の終了時にはゼロになる値を有するか、またはとりわけ第２のスイッチは第１のスイッチの前に閉鎖される。
【００１６】
制動装置の別の実施形態では、第２のスイッチの制御に対する遅延時間が、制動動作の開始中に、ユニバーサルモータの集電子に接するブラシによる転流が、少なくとも一部の半波内でブラシの後縁から前縁にずらされるように選択され、電機子は制動動作中には実質的に駆動されない、すなわち加速されない。
【００１７】
制動装置の別の実施形態では、制御電子回路が、制動動作を制御せずにまたは制御して実施するように構成されている。
【００１８】
制動装置の別の実施形態では、制御電子回路がテーブルにアクセスする。このテーブルには、第１および／または第２のスイッチを制御するために位相チョッパ角がファイルされており、好ましくは少なくとも１つの位相チョッパ角曲線がファイルされている。
【００１９】
制動装置の別の実施形態では、制動動作中に第２のスイッチが電機子に対して並列に、磁界巻線と直列に、かつ第１のスイッチと直列に接続され、好ましくは第２のスイッチには好ましくは識別接点を備える切換素子が前置接続されている。
【００２０】
制動装置の別の実施形態では、切換素子が信号発生切換素子として制御電子回路に配設されており、第１のスイッチは第１の電源端子に、第３のスイッチは第２の電源端子に配置されている。
【００２１】
さらに本発明は、ユニバーサルモータをモータ駆動から制動動作に切り替えるための装置を備えるユニバーサルモータを制動する方法に関するものであり、制動動作中にはユニバーサルモータの界磁巻線に第１と第２のスイッチを介して電源から給電され、ユニバーサルモータの電機子は第２のスイッチを介して短絡され、制動動作中に好ましくは電源電圧の各半波内で短時間、ユニバーサルモータのモータ駆動が第１のスイッチの切り替えによって調整され、後続の制動動作が第２のスイッチによって遅延時間を以て調整される。
【００２２】
本方法の別の実施形態では、モータ駆動のための第１のスイッチの切替えと制動動作のための第２のスイッチの切替えとの間の遅延時間が１μｓから１ｍｓである。この値範囲が有利であることが証明されている。実現形態に依存して、より短い時間またはより長い時間を使用することもできる。
【００２３】
制動装置の別の実施形態では、第１のスイッチの後に行われる第２のスイッチを制御するための遅延時間が、制動動作中には第１のスイッチの切り替え時点での電源電圧および／またはユニバーサルモータの回転数および／もしくはユニバーサルモータの温度に依存する。
【００２４】
本発明のさらなる利点は、磁界巻線または電機子の極性反転なしでもユニバーサルモータの穏やかな高速制動が、長いブラシ寿命の下で達成されることである。電機子は制動動作中に短絡され、磁界巻線は制動動作中に特別の制御によって電源電圧から励磁される。穏やかな高速制動は好ましくは単純なハードウエアおよび特別のソフトウエアにより達成され、よって電気力学的制動装置は安価である。電機子の集電子におけるブラシ発火は、好ましくは制動動作中にとくに、制御電子回路のコントローラがプログラムを含んでおり、これにより集電子における高い光アークの有害な形成が低減される。とりわけ電源電圧の半波内でまずモータ駆動を行い、続いて制動動作を行うことにより光アークがなくなる。
【００２５】
さらにモータ駆動と制動動作を確実に識別するための装置、ならびに制御電子回路と回路装置の動作を確実にするための監視部とが備わっている。
【００２６】
本発明を以下、添付図面に基づき例として詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】ユニバーサルモータ用の電気力学的制動装置の回路装置である。
【図２】ユニバーサルモータ用の電気力学的制動装置の回路装置である。
【図３】モータ駆動中と制動動作中の電流経過を示す線図である。
【図４】モータ駆動中と制動動作中の電流経過を示す線図である。
【図５】モータ駆動中と制動動作中の電流経過を示す線図である。
【図６】電源電圧の半波中の制動動作を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１の回路装置では、第１のトライアック１が第１の電源端子ａに配置されており、ユニバーサルモータと直列に接続されており、第２のトライアック１’が電機子２に並列に接続されている。ここで第２のトライアック１’には切換スイッチＳが前置接続されており、第２のトライアックと直列に接続される。電機子２は２つの磁界巻線３、３’の間に接続されている。切換スイッチＳは電機子２の一方の側に接続されている。第２のトライアック１’の一方の側は切換スイッチＳの制動動作接点ｅに、他方の側は電機子の他方の側に接続されている。切換スイッチＳの識別接点ｆは線路４を介して制御電子回路５と接続されている。制御電子回路５は第１の制御線路３０を介して第１のトライアック１と、第２の制御線路３１を介して第２のトライアック１’と接続されている。さらに制御電子回路５は第１の給電線路３２を介して第１の電源端子ａに、第２の給電線路３３を介して第２の電源端子ｂに接続されている。さらに信号線路３４が制御電子回路５から、シャント抵抗６と第１のトライアック１との間の接続線路に接続されている。最後に別のセンサ３５、とりわけユニバーサルモータ１用の回転数測定器または温度センサが設けられており、これらのセンサは別の信号線路３６を介して制御電子回路５と接続されている。
【００２９】
モータ駆動中は、切換スイッチＳは識別接点ｆに閉じており、モータ駆動は第１のトライアック１を介して行われる。制動動作中は、切換スイッチＳは制動動作接点ｅに閉じており、制動動作は第１のトライアック１と第２のトライアック１’の両方を介して行われる。
【００３０】
切換スイッチＳは省略することができる。さらに信号発生回路素子を制御電子回路５に割り当てることができる。この実施形態では第２のトライアック１’が電機子２の２つの端子に接続される。好ましくはこのような信号スイッチは、モータ駆動と制動動作を確実に識別するために３つの端子を有する。
【００３１】
燃焼過程を改善し、とりわけ制動動作中のブラシ発火を低減するために、第１と第２のトライアック１、１’は制御電子回路のコントローラの特別のプログラムによって制御される。ここでコントローラのプログラムは、好ましくは電源電圧の各半波中にまず第１のトライアック１が制御され、すなわち導通切り換えされ、それによりモータ駆動が開始するように設計されている。ここで概念「モータ駆動」を使用するのは、電圧供給部が対応して選択されてはいるが、好ましくは電源電圧とことに持続時間は、ユニバーサルモータに実質的な加速が発生しないか、まったく加速が発生しないように短く選択されているからである。このようにして所定のブラシ位置によって最適の転流が達成される。所定の遅延時間後に、第２のトライアック１’が制御され、すなわち導通切り換えされ、これにより第１のトライアック１と第２のトライアック１’が導通する。これにより電機子２は第２のトライアック１’を介して短絡され、電源の電流は界磁巻線３、３’および第１と第２のトライアック１、１’を介して直接流れる。短絡された電機子２の誘導電流も第２のトライアック１’を介して流れる。電機子の磁界が制動動作中に反転することにより、所定のブラシ位置によっては不十分な転流が電機子に存在する。
【００３２】
好ましくは各半波内でそれぞれ制動動作中に、実際の制動動作の前に短時間のモータ駆動がまだ存在するから、ブラシ発火は電機子の短絡中に抑圧され、これによりブラシ発火とブラシ磨耗が低減される。
【００３３】
第２のトライアック１’の制御に対する遅延時間は、好ましくは各半波内のモータ駆動が、制動動作中にユニバーサルモータの集電子でのブラシ発火を抑圧するのには十分であるが、しかし電機子２の顕著な駆動には十分でないように選定される。
【００３４】
第２のトライアック１’の制御に対する各半波中の遅延時間は、好ましくは制動時全体で、すなわちユニバーサルモータ１の制動過程時に一定である。しかし遅延時間は制動動作中に可変であっても良い。制動動作の開始時には対応して大きな遅延時間が存在しても良い。この遅延時間は、制動動作のさらなる経過で好ましくは連続的に、たとえば半波ごとに減少し、制動時間の終了時に第２のトライアック１’は、第１のトライアック１の直後に、または同時に、または第１のトライアック１の前にトリガされる。ユニバーサルモータは電源から両側で分離することもできる。
【００３５】
図２は、第３のトライアック１’’が第２の電源端子ｂに配置されている解決手段を示す。第１と第３のトライアック１、１’’は常に同時に制御される。ここで制御電子回路５には、モータ駆動と制動動作とを決定するための信号スイッチＳ’が割り当てられている。
【００３６】
第２のトライアック１’は電機子に並列に接続されており、シャント抵抗６を介して監視することができる。ユニバーサルモータのスイッチオン後に過度に大きな電流が検出されると、おそらくは第２のトライアック１’が導通しており、ユニバーサルモータは直ちに電源から分離される。このような場合には警告灯が点滅する。
【００３７】
本実施例ではトラアックが半導体スイッチとして使用された。選択された実施形態に応じて、他のスイッチ、たとえば他の半導体スイッチを、ユニバーサルモータの電圧・電流供給をモータ駆動および制動動作について制御するために使用することができる。
【００３８】
上記の電気力学的制動装置は、制動動作中にユニバーサルモータの集電子にあるブラシの下で良好に電流反転することを特徴とする。この特別の利点は、電機子２に対して並列に接続されたトライアック１’’が、ユニバーサルモータと直列に接続された第１のトライアック１に対して所定の遅延時間を以て制御されることにより達成される。
【００３９】
図３から５に基づいて、上記の方法を詳細に説明する。ここでは好ましくは、制動動作中の位相チョッパ角曲線についてのコントローラのプログラムと同じテーブルがトライアック１、１’の制御に使用される。
【００４０】
図３は、制動動作中の電流経過をプロットしたものである。ユニバーサルモータのアイドリング動作が、電源のチョッパ制御された全波７により示されている。短時間の休止Ｐ後に、制動動作Ｂが直ちに開始され、ここでは第１と第２のトライアック１、１’が時間的に同時に、制御電子回路５のコントローラのプログラムにより制御される。制動時間の最初の三分の二の領域８では、界磁巻線３の電流消費がほぼ同じである。それにより、制動動作の開始時にブラシが強く発火し、これによりブラシが焼き切れ、集電子が損傷を受ける。制動時間の最後の三分の一の領域９では、電流消費がわずかに上昇する。
【００４１】
回転数経過１０の図示の曲線から、制動動作の開始時には制動が過度に強く、終了時には過度に弱いことが分かる。
【００４２】
図４は、制動動作Ｂ中の電流経過をプロットしたものである。ここでは第２のトライアック１’が第１のトライアック１の後に相当の遅延時間を以て制御され、好ましくは電源の各半波内でまずモータ駆動が行われ、その後に制動動作が行われる。
【００４３】
制動時間の開始時１１に、界磁巻線３の電流消費は図３を基準にして格段に小さく、電流消費はさらなる経過でわずかに上昇し、制動時間の最後の三分の一１２で強く上昇する。
【００４４】
第２のトライアック１’の制御の遅延時間により、ユニバーサルモータの集電子での転流が格段に改善され、ブラシの燃焼損耗が早くも格段に低減される。回転数経過１０から、制動動作の開始時に制動はより弱く、その後に強くなることが分かる。
【００４５】
図５は、制動動作中の電流経過をプロットしたものである。ここでは第２のトライアック１’が第１のトライアック１の後に最適の遅延時間を以て制御される。それにより好ましくは、電源の各半波内でブラシの下での良好な電流反転に十分なモータ駆動がまず存在し、それに続いて制動動作が行われる。遅延時間は、モータ駆動から制動動作への移行中にブラシによる転流がブラシの後縁から前縁にずらされるように選択されている。それによりブラシ発火が格段に低減され、遅延時間は、電機子が制動動作中に基本的に駆動されないようにも選択される。
【００４６】
図５では、制動時間の開始時１３に、界磁巻線３の電流消費が、図４の場合よりもさらに小さく、さらなる経過で電流消費は連続的に上昇し、最後の三分の一１４で電流消費は制動経過の加速に対応して大きく上昇する。制動時間の最後に、界磁巻線は半波波束１５により加速される。
【００４７】
回転数経過１０から、最適の制動曲線が達成されたことが分かる。制動動作の開始時に、制動は穏やかに開始され、絶え間なく強く増大され、制動動作の終了時に制動は穏やかに終了する。
【００４８】
第２のトライアック１’の制御の遅延時間により、非制御の制動動作を使用することができる。したがって固定的に調整された位相チョッパ角曲線がコントローラのプログラムのテーブルによって使用される。なぜなら制動動作を制御する場合には、不安定な制動電流経過が存在することがあり、それによりブラシの発火が増強されることがあるからである。
【００４９】
制動動作中の電流変動を小さく維持することができるようにし、これによりブラシ発火を低減するために、たとえば位相チョッパ角曲線の半波ごとの位相チョッパ角ステップを、好ましくは１％未満にすることができる。
【００５０】
ブラシが短くなると所定の制動時間の間、集電子へのブラシの押し付けが不十分になることがある。なぜなら短絡された電機子の電圧がそのためにもはや十分ではないからである。
【００５１】
制動時間を再び維持できるようにするため、制御電子回路５のコントローラのプログラムが位相チョッパ角曲線に対する別のテーブルに切り替わる。この別のテーブルでは、電源の交流電圧の半波のチョッパがより小さくなっている。
【００５２】
十分な制動作用は一方では、シャント抵抗を介して検出されるか、または回転数識別を介して求められる。
【００５３】
電気力学的制動装置は択一的に直流によっても駆動することができる。
【００５４】
好ましくは、制御電子回路のコントローラのプログラムは、位相チョッパ角曲線に対する別のテーブルを有し、このテーブルは、電源の半波のチョッパが小さくなっている。
【００５５】
さらに好ましくは制動曲線は、制動動作の開始時に制動が穏やかに開始され、絶え間なく強く増大され、終了時に穏やかに終了するよう設定される。
【００５６】
図６は、ユニバーサルモータの制動動作時での電源電圧の１つの半波を電源ａ，ｂの電源電圧の位相角について示す。本発明の基本思想は、電源電圧を用いてユニバーサルモータを穏やかに制動することである。ここではまず制動動作中に短時間のモータ駆動が実行され、続いて制動動作に切り替えられる。図示の実施例では、位相角が１３０゜のときに第１のスイッチ１が導通切り換えされ、第２のスイッチ１’はまだ遮断されている。続いて位相角が１３４°のときに第２のスイッチ１’も導通切り換えされ、これによりユニバーサルモータに実際の制動作用が及ぼされる。位相角が１３０°から１３４°の間の時間では、短時間のモータ駆動が実行される。位相角１３４°の後では、純粋な制動動作が実行され、これはたとえば１８０°の位相角で終了する。
【００５７】
選択された実施形態に応じて、スイッチオン角、すなわち制動過程時の第１のスイッチの導通切り換えのためのスイッチオン時点は種々のパラメータ、たとえばユニバーサルモータの回転数、ユニバーサルモータの温度、所望の制動時間および／または集電子のブラシの所望の保護に依存して変化する。とりわけモータ駆動を短時間、調整するための第１のスイッチのスイッチオンと、制動動作を調整するための第２のスイッチのスイッチオンとの間の遅延時間も変化する。
【００５８】
第１のスイッチのスイッチオンと第２のスイッチのスイッチオンとの間の遅延時間は、たとえばマイクロセカンドからミリセカンドの範囲である。たとえば遅延時間は、１μｓから５ｍｓの間、または５μｓから２０ｍｓの間、または２０μｓから５０ｍｓの間、または５０μｓから１００ｍｓの間とすることができる。さらに遅延時間は、１００μｓから３００ｍｓの間でも良い。実現形態に依存して、より短い時間またはより長い時間を遅延時間に対して使用することできる。
【００５９】
簡単な実施形態では、短時間のモータ駆動を開始し、続いて制動動作を開始するための第１のスイッチの制御と第２のスイッチの制御との間の遅延時間は、全制動過程の間、一定とすることができる。
【００６０】
別の実施形態では、制動過程時に、短時間のモータ駆動のための第１のスイッチのスイッチオンと、制動動作を開始するための第２のスイッチのスイッチオンとの間の遅延時間は、ユニバーサルモータのパラメータ、たとえば温度、回転数、抵抗ＲおよびインダクタンスＬおよび電源電圧のような電気特性に依存することができる。
【００６１】
たとえば遅延時間は、第１のスイッチのスイッチオン時点での電源電圧および／またはユニバーサルモータの回転数および／またはユニバーサルモータの温度に依存することができる。そのために好ましくは実験で求められたテーブルまたは特性曲線がデータメモリにファイルされており、これに制御電子回路がアクセスする。
【００６２】
ユニバーサルモータの温度およびユニバーサルモータの回転数は、対応するセンサ３５によって検出することができる。またはたとえば電流および電圧のような動作パラメータを用いて推定または計算することができる。
【００６３】
選択された実施形態に応じて、電源電圧の各半波の間、図６に基づき説明したように、ユニバーサルモータには制動動作の前に短時間のモータ駆動を実施することができる。選択された実施形態に応じて、モータ駆動は実際の制動動作の前に、たとえば半波の一部でだけ実施することができる。
【００６４】
制御電子回路は、対応するソフトウエアプログラムを備えるコントローラの形に構成されており、第１と第２のスイッチの制御を実施する。そのためにさらにメモリが設けられており、このメモリには制御プログラムと制御データ、たとえばスイッチの位相チョッパ制御のためのテーブルがファイルされている。すなわち、図６の制動動作にしたがい第１のスイッチと第２のスイッチをオンオフするために位相角がファイルされている。とりわけメモリには、第１および／または第２のスイッチがオンオフされる位相角に対するテーブルおよび／または特性曲線がファイルされている。テーブルおよび特性曲線は、ユニバーサルモータおよび／または電源電圧のパラメータに依存することができる。とりわけ、第１のスイッチの後の第２のスイッチの制御に対する遅延時間が、制動動作中には第１のスイッチのスイッチ時点での電源電圧および／またはユニバーサルモータの回転数および／もしくはユニバーサルモータの温度に依存する。そのために、たとえば実験的に求められたテーブルおよび／または特性曲線がファイルされている。
【００６５】
さらに、半波ごとの位相チョッパ角の変化を設定するデータを記憶することができる。たとえば、第１のスイッチの導通切替えおよび／または第２のスイッチの導通切替えのための１つの半波から次の半波までの位相角の変化は、たとえばパーセントの最高値に制限することができる。
【００６６】
図３〜５から、制動動作の終了時には電圧極性の異なる半波の波束が順次連続することが分かる。したがって設定された時間または設定された複数の半波に対しては、たとえば電圧電源網の正の半波だけが使用され、モータ駆動と制動動作による制動が実施される。続いて、電圧電源網の負の半波の波束が、ユニバーサルモータを短時間のモータ駆動と引き続く制動動作による制動を実施するために使用される。これについては図６に基づき説明した。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年8月23日(2012.8.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ駆動を制動動作に切り替えるための装置を備えるユニバーサルモータ用の電気力学的制動装置であって、
制動動作中に前記ユニバーサルモータの界磁巻線（３）に第１と第２のスイッチ（１、１’）を介して電源から給電され、前記ユニバーサルモータの電機子（２）は前記第２のhjスイッチ（１’）を介して短絡され、
制御電子回路（５）が設けられており、該制御電子回路は、制動動作中に電源電圧の各半波内で短時間だけモータ駆動に切り換えられ、その後再び制動動作が行われるように構成されており、
前記第１のスイッチ（１）がまず導通切り換えされ、所定の遅延時間を以て前記第２のスイッチ（１’）が導通切り換えされる電気力学的制動装置。
【請求項２】
前記第２のスイッチ（１’）の制御に対する遅延時間が、電源電圧の半波内で先行して行われたモータ駆動によって前記ユニバーサルモータの集電子でのブラシ発火が低減されるように設定されている、請求項１記載の電気力学的制動装置。
【請求項３】
前記遅延時間は１μｓから１ｍｓの間である、ことを特徴とする請求項１または２記載の電気力学的制動装置。
【請求項４】
前記第１のスイッチの後に前記第２のスイッチ（１’）を制御するための遅延時間は、制動動作中に一定である、ことを特徴とする請求項１から３までのいずれか一項記載の電気力学的制動装置。
【請求項５】
前記第１のスイッチの後に前記第２のスイッチ（１’）を制御するための遅延時間は、制動中には前記ユニバーサルモータと電源電圧のパラメータに依存する、ことを特徴とする請求項１から３までのいずれか一項記載の電気力学的制動装置。
【請求項６】
前記第１のスイッチの後に前記第２のスイッチ（１’）を制御するための遅延時間は、制動動作中には前記第１のスイッチの切り替え時点での電源電圧および／または前記ユニバーサルモータの回転数および／もしくはユニバーサルモータの温度に依存する、ことを特徴とする請求項５に記載の電気力学的制動装置。
【請求項７】
制動動作の開始時には前記第２のスイッチ（１’）の制御に対する遅延時間が、制動動作の経過にともなって短くなり、制動動作の終了時には、前記第１および第２のスイッチ（１、１’）の導通切換が同時に行われるか、または前記第２のスイッチ（１’）の導通切換が、前記第１のスイッチ（１）の導通切換に先立って行われる、ことを特徴とする請求項１から３までのいずれか一項または５もしくは６に記載の電気力学的制動装置。
【請求項８】
前記第２のスイッチ（１’）の制御に対する遅延時間は、制動動作の開始中に、前記ユニバーサルモータの集電子に接するブラシによる転流が、少なくとも一部の半波内でブラシの後縁から前縁に移動されるように選択され、制動動作中に前記電機子は駆動されない、ことを特徴とする請求項１から７までのいずれか一項に記載の電気力学的制動装置。
【請求項９】
前記制御電子回路（５）は、前記第１および／または第２のスイッチを制御するために位相チョッパ角がファイルされており、少なくとも１つの位相チョッパ角曲線がファイルされているテーブルにアクセスする、ことを特徴とする請求項１から８までのいずれか一項に記載の電気力学的制動装置。
【請求項１０】
制動動作中に、前記第２のスイッチ（１’）は前記電機子（２）に並列に接続され、前記界磁巻線（３）および前記第１のスイッチ（１）と直列に接続され、
前記第２のスイッチ（１’）には、識別接点（ｆ）を備える切換素子（Ｓ）が前置接続されている、ことを特徴とする請求項１から９までのいずれか一項に記載の電気力学的制動装置。
【請求項１１】
前記切換素子（Ｓ）は信号発生切換素子（Ｓ’）として前記制御電子回路（５）に配設されており、前記第１のスイッチ（１）が第１の電源端子（ａ）に、第３のスイッチ（１’’）が第２の電源端子（ｂ）に配置されている、ことを特徴とする請求項１０に記載の電気力学的制動装置。
【請求項１２】
ユニバーサルモータをモータ駆動から制動動作に切り替えるための装置を備えるユニバーサルモータを制動する方法であって、
制動動作中に前記ユニバーサルモータの界磁巻線（３）に第１と第２のスイッチ（１、１’）を介して電源電圧から給電され、前記ユニバーサルモータの電機子（２）が前記第２のスイッチ（１’）を介して短絡され、
制動動作中に電源電圧の各半波内で短時間、ユニバーサルモータのモータ駆動が第１のスイッチの切り替えによって調整され、
後続の制動動作が前記第２のスイッチ（１’）の切替えによって遅延時間を以て調整される、制動方法。
【請求項１３】
モータ駆動のための前記第１のスイッチの切替えと、制動動作のための前記第２のスイッチの切替えとの間の遅延時間は１μｓから１ｍｓの間の範囲である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１のスイッチの後に前記第２のスイッチ（１’）を制御するための遅延時間は、制動動作中には前記第１のスイッチの切り替え時点での電源電圧および／または前記ユニバーサルモータの回転数および／もしくはユニバーサルモータの温度に依存する、請求項１２または１３に記載の方法。
【国際調査報告】
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