(57)【要約】電子的に整流するブラシレス直流機、例えば直流モータにおいて、多相の固定子巻線（１２）及び巻線相（１３）と直列に配置された電子的な遮断機（１５）が設けられている。このブラシレス直流機には、遮断機（１５）が少なくとも１つ故障している場合に直流機を迅速に遮断するための故障保護装置が設けられており、この故障保護装置は故障時に、直流機電流を案内するヒューズ線（１７）を備えた電気的に加熱されるヒューズ（１６）を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子的に整流するブラシレス直流機、例えば直流モータであって、
多相の固定子巻線（１２）と、該固定子巻線（１２）の巻線相（１３）と直列に配置されている電子的な遮断器（１５）と該遮断器（１５）を制御する制御ユニット（１１）とを備えた、電子的に整流するブラシレス直流機において、
故障時に電気的な加熱電流を用いて加熱される、直流機電流を案内するヒューズ線（１７）を備えたヒューズ（１６）を有する故障保護装置が設けられていることを特徴とする、電子的に整流するブラシレス直流機。
【請求項２】
前記ヒューズ（１６）の前記ヒューズ線（１７）が、直流電圧源（１０）の正の電位に接続される前記固定子巻線（１２）への導線（３１）に設けられている、請求項１記載の直流機。
【請求項３】
電気的に加熱するための前記加熱電流は、前記ヒューズ（１６）の前記ヒューズ線（１７）を介して案内されている、請求項１又は２記載の直流機。
【請求項４】
電気的に加熱するために前記ヒューズ線（１７）に沿って、該ヒューズ線（１７）と熱伝導性に接続されている加熱線（１８）が伸びている、請求項１から３のいずれか１項記載の直流機。
【請求項５】
前記加熱線（１８）は故障時に閉じられる電子回路（２０）と直列に接続されており、該直列回路は前記固定子巻線（１２）と並列に接続されている、請求項４記載の直流機。
【請求項６】
前記ヒューズ線（１７）はセラミックチューブ（２２）に埋め込まれており、前記加熱線（１８）は加熱巻線（１９）として該セラミックチューブ（２２）上に巻き付けられている、請求項４または５記載の直流機。
【請求項７】
前記加熱線（１９）が巻き付けられている前記セラミックチューブ（２２）は保護ケーシング（２５）によって囲まれている、請求項６記載の直流機。
【請求項８】
前記ヒューズ線（１７）及び有利には加熱巻き線（１９）として実施されている前記加熱線（１８）はセラミック基体（２９）内の密接した孔（２７、２８）に配置されている、請求項４または５記載の直流機。
【請求項９】
前記ヒューズ線（１７）に接してまたは前記ヒューズ線の近傍に、加熱により点火される花火技術的な雷管（３０）が配置されており、該雷管（３０）は前記加熱線（１８）と熱伝導性に接続されている、請求項１から８のいずれか１項記載の直流機。
【請求項１０】
前記雷管（３０）は、前記加熱巻き線（１９）が収容される前記セラミック基体（２９）の孔（２８）内に配置されており、少なくとも前記セラミック基体（２９）内の前記孔（２７、２８）を分離する分離壁（２９１）及び前記ヒューズ線（１７）を破壊するように形成されている、請求項８及び９記載の直流機。
【請求項１１】
前記電子回路（２０）は前記制御ユニット（１１）によって制御されている、請求項５から１０のいずれか１項記載の直流機。
【請求項１２】
故障を識別するために前記制御ユニット（１１）は前記固定子巻線（１２）の各巻線相（１３）を持続的に流れる電流に関して監視し、該固定子巻線（１３）のうちの１つに持続的に流れる電流が発生した場合には、前記電子回路（２０）の遮断をトリガする制御信号を生成する、請求項１１記載の直流機。
【請求項１３】
故障時に前記制御ユニット（１１）は全ての遮断器（１５）に該遮断器（１５）の遮断をトリガする制御信号を印加する、請求項１１又は１２記載の直流機。
【請求項１４】
前記ヒューズ（１６）と前記固定子巻線（１２）との間の前記制御ユニット（１１）への電流が取り出されている、請求項１から１３のいずれか１項記載の直流機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
従来技術
本発明は請求項１記載の上位概念による、電気的に整流するブラシレス直流機、例えば直流モータに関する。
【０００２】
例えば直流モータとしてＤＥ ３７ ０９ １６８ Ａ１に記載されているような、ブラシレス直流機では、トランジスタとして実施されている電子的な遮断器が各巻線相に巻線相の高電圧側において、この巻線相と直列に配置されている。遮断器は、切替信号を形成するための制御段とこの切替信号を遮断器に首尾一貫して印加する論理段とを含む制御ユニットによって漸次的に直流電源網と接続される。
【０００３】
コストのかからない電子的な遮断器として、電界効果トランジスタ、例えばＭＯＳ−ＦＥＴを使用する場合には、この遮断器は巻線相の低電圧側にいわゆるローサイドスイッチとして配置されている。
【０００４】
そのような直流機において遮断器が故障した場合には、２つの故障事由が考えられる。すなわち、遮断器が完全に停止するか、または遮断器が導電し残留抵抗が有ろうと無かろうと持続的に電流が流れる。前者の場合、直流機の機能は制限されるか、またはもはや機能しない。しかしながらこのことは危機的ではない。後者の場合、直流機の固定子巻線及び遮断器が加熱され、持続的に流れる電流により発火が生じるかもしれない点では、危険な状況を引き起こす可能性がある。直流機への導線に頻繁に設けられている温度に敏感なヒューズはこの問題を解決することができない。何故ならばこのヒューズには、前述の持続的に流れる電流よりも大きくても良い電流に調節されていなければならないからである。さらには連続的に電流が漏れることによって制限されているヒューズは、定格電流の７倍までの電流を流すので、固定子巻線及び／又は電気回路はヒューズが反応する前に着火する危険が生じる。
【０００５】
発明の利点
請求項１記載の特徴を有する本発明によるブラシレス直流機は、加熱によってヒューズ線が、このヒューズ線に流れる直流機電流又はモータ電流によってのみ加熱される場合よりも格段に早く溶断されるという利点を有する。別の利点は、通常動作時ではヒューズはヒューズ線の抵抗が極端に低いために電流回路内の付加的な別の抵抗を示さないということである。この付加的な抵抗は直流機ないしモータの効率に不利に作用する。
【０００６】
従属請求項に記載された措置によって、請求項１に記載された直流機の有利な実施形態及び改善実施形態が可能である。
【０００７】
本発明の有利な実施形態によれば、加熱電流がヒューズを電気的に加熱するためにヒューズ線自体を介して供給されている。この措置によってヒューズ線の加熱に加え、ヒューズ線を流れる電流は加熱に必要とされる加熱電流分だけ高まり、溶断温度に極めて迅速に達する。付加的に、ヒューズ線の溶断と共に自動的に加熱電流が遮断されるという利点が生じる。
【０００８】
本発明の有利な実施形態によれば、ヒューズを電気的に加熱するために、ヒューズ線に沿って加熱線または加熱カートリッジが伸びており、これらは故障時に閉じられる電子回路と直列に接続されており、固定子巻線と並列に接続されている。電子回路は有利には、固定子巻線における電子的な遮断器のための制御ユニットによって制御される。
【０００９】
本発明の有利な実施形態によれば、故障の発生からヒューズが応答するまでの時間は、制御ユニットが故障時に全ての遮断機にこの遮断機の閉鎖をトリガする制御信号を印加するように設計されることによってさらに短縮される。これによってヒューズ線を介して流れる電流は極度に高められ、溶断温度に非常に短い時間で達する。
【００１０】
本発明の有利な実施形態によれば、択一的または付加的にヒューズ線に接して、またはヒューズ線の近傍に加熱により点火可能な花火技術的な雷管を配置することができ、この雷管は加熱線と熱伝導性に接続されている。雷管の着火でもってヒューズ線は切断され、直流機は保護される。雷管の応答に必要とされる加熱電流を、ヒューズのヒューズ線を加熱するために必要とされる加熱電流よりも極端に低く調節することができる。
【００１１】
本発明の有利な実施形態によれば、制御ユニットへの電流がヒューズと固定子巻線との間、有利には平滑に使用されるコンデンサの手前で取り出されている。このことは、ヒューズの応答によって固定子巻線を直流電圧源から分離すると共に、制御ユニットへの電力供給も遮断されているという利点を有する。
【００１２】
図面
本発明を図面に図示した実施例に基づき以下詳細に説明する。ここで図１は電子的に整流するブラシレス直流モータのブロック図である。図２は、図１の直流モータの電流回路におけるヒューズの断面図を概略的に示している。図３は、ヒューズの別の実施例を図２と同様に図示している。図４は、図３における矢印ＩＶの方向でのヒューズのセラミック基体の平面図である。
【００１３】
実施例の説明
一般的な直流機の実施例として、図１にブロック図として図示された電子的に整流するブラシレス直流モータは、制御ユニット１１を用いて電子的に整流するために直流電圧源１０において作動される。ここでは単に固定子巻線１２でのみ表された直流モータは、公知のように固定子巻線１２を保持する固定子またはスタータ及び固定子内を回転する回転子またはロータを有し、この回転子またはロータは永久磁極またはいわゆるＳＲ（スイッチリラクタンス）モータの場合にはナット歯車状の幾何学的配置を有する。実施例においては三相である固定子巻線１２は、スター結線された３つの巻線相１３を有し、この巻線相１３は導線３１を介して直流電源網１０の正の電位と接続されている。各巻線相１３と帰還線路２１を介して直流電圧源１０の負の電位と接続されている中性点１４との間、すなわち固定子巻線１２の低電圧側には、それぞれ電子的な遮断器１５が配置されている。遮断器１５は有利には電界効果トランジスタ、例えばＭＯＳ−ＦＥＴとして構成されており、制御ユニット１１によって巻線相１３が論理的に矛盾せず且つ漸次的に直流電源網１０と接続されるように制御される。平滑コンデンサ３２が巻線相１３と遮断器１５とからなる直列回路と並列に接続されている。
【００１４】
固定子巻線１２への導線３１には、電気的に加熱可能なヒューズ１６の形式の故障保護装置が配置されている。ヒューズ１６は故障が発生した場合、例えば固定子巻線１２において「ローサイド」に配置された遮断器１５のうちの１つが停止した場合、または平滑コンデンサ３２が破損した場合に加熱電流でもって加熱されるように構成されており、この加熱電流は導線３１内の電流を案内するヒューズ線１７を迅速に融解温度にする。このためにヒューズ１６内にはさらに加熱線１８が設けられており、この加熱線１８はヒューズ線１７に沿って伸びており、有利には加熱巻き線１９として実施されている。加熱線１８ないし加熱巻き線１９は、ヒューズ１６の出力側において導線３１と帰還線路２１との間にある電子回路と直列に接続されており、したがって遮断機１５を有する固定子巻線１２と並列に接続されているので、電子回路２０を閉じた際には加熱線１８ないし加熱巻き線１９を通って流れる加熱電流が付加的にヒューズ線１７を介して流れる。これによりヒューズ線１７には比較的大きい電流が印加され、この印加によって加熱線１８が付加的に暖められ、短時間で融解温度に達する。加熱線１８ないし加熱巻き線１９の代わりに、ヒューズ線１７を加熱するためのここでは図示していない加熱カートリッジを使用することもできる。
【００１５】
トランジスタとして構成された電子回路２０には大きな加熱電流を接続しなければならないが、出力する瞬間においては比較的冷たく、また一度だけ接続すれば良いので、この電子回路２０は電力用トランジスタとして構成する必要はない。電子回路２０は制御ユニット１１によって制御されており、しかも故障時にはこの電子回路２０が遮断される制御信号を受け取るように制御されている。ヒューズ１６と固定子巻線１２との間、有利には平滑コンデンサの手前において電流が取り出される制御ユニット１１は、固定子巻線１２の巻線相１３を持続的に流れる電流について監視し、巻線相１３のうちの１つに電流が持続的に流れる場合には故障を識別し、その後相応の制御信号を電子回路２０に印加する。制御ユニット１１はそのような持続的に流れる電流を例えば、帰還線路２１における固定子巻線からの電流が監視されることによって識別することができる。巻線相１３のうちの１つにおいて持続的に流れる電流は、制御ユニット１１によって全ての遮断器１５がスイッチの開放の意味において制御されているにもかかわらず、帰還線路２１に電流が流れる場合に存在する。故障した平滑コンデンサ３２を介して流れる電流も、帰還線路２１における電流を監視することによって識別することができる。さらには、制御ユニット１１は故障を検出した場合に全ての遮断器１５に遮断信号が印加されるように構成されており、その結果ヒューズ線１７を介して流れる電流は最大になり、電流が高められることによってヒューズ線１７を付加的に暖めることに役立つ。
【００１６】
加熱可能なヒューズ１６のための構造的な実施例が図２及び図３にそれぞれ断面図として図示されている。図２の実施例にはヒューズ線１７がセラミックチューブ２２内に埋め込まれており、加熱巻き線１９としての加熱線１８がセラミックチューブ２２上に巻き付けられている。加熱巻き線１９は保護ケーシング又は分離ケーシング２５によって囲まれている。ヒューズ線１７は２つの接続端子２３、２４の間に懸架されており、これらの接続端子２３、２４は保護ケーシング２５から突出している。接続端子２３には直流電圧源１０の正の電位におくことができ、一方接続端子２４は固定子巻線１２と接続される。加熱巻き線１９は一方では保護ケーシング２５内で接続端子２４と導電接続されており、他方では保護ケーシング２５から突出した接続ラグ２６を有する。この接続ラグ２６は電子回路２０と接続することができる。
【００１７】
図３の実施例においてはヒューズ線１７及び加熱巻き線１９が、それぞれセラミック基体２９内の孔２７ないし２８に配置されている。２つの平行な孔２７、２８はセラミック基体２９内において密接して配置されているので、これらの孔の間にはセラミック材料からなる分離壁２９１があるだけである。図４には、断面が卵形であるセラミック基体２９の正面図が図示されている。密接して配置された孔２７、２８は異なる直径を有する。図２のヒューズ１６の場合のように、ここでもまたヒューズ線１７はセラミック基体２９から突出した２つの接続端子２３、２４と接続されている。加熱巻き線１９は一方では接続端子２４と接続されており、他方ではセラミック基体２９から突出した接続ラグ２６を介して図１の電子回路２０と接続されている。
【００１８】
図３に破線で示したように加熱巻き線１９内にはさらに、加熱により点火される花火技術的な雷管３０を配置することができる。この花火技術的な雷管３０は爆発の際に孔２７、２８との間の分離壁２９１及び孔２７内に延在するヒューズ線１７を確実に破壊するように構成されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】
電子的に整流するブラシレス直流モータのブロック図である。
【図２】
図１の直流モータの電流回路におけるヒューズの断面図の概略図である。
【図３】
ヒューズの別の実施例を図２と同様に図示したものである。
【図４】
ヒューズのセラミック基体の正面図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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