(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機の力率を調節するに際し、回路網に発生した電流の時間的推移に対する反作用を低減するブースト変換器であって、前記電動機の電動機コイル（ＭＷ１；ＭＷ１，ＭＷ２）は開閉ブリッジを介して励磁し、その第１の分路は、第１のダイオード（Ｄ１）および電源電圧と電動機コイル（ＭＷ１；ＭＷ１，ＭＷ２）との間に開閉される少なくとも１個の第１の電子スイッチ（Ｔ１）を具え、該第１の電子スイッチの制御接続は制御回路と結合し、各電動機コイルに係るそれぞれの第２の分路として、第２のダイオード（Ｄ２；Ｄ２，Ｄ２＊）と第１の回路接続を介して前記第２のダイオードの陽極側に接続した第２の電子スイッチ（Ｔ２；Ｔ２，Ｔ２＊）との直列接続を具え、第２のダイオード（Ｄ２；Ｄ２，Ｄ２＊）は陰極側で電源電圧と結合し、第２の電子スイッチ（Ｔ２；Ｔ２，Ｔ２＊）は第２の回路接続を具え、当該第２の回路接続で基準電位と結合し、第２の電子スイッチ（Ｔ２；Ｔ２，Ｔ２＊）の制御接続は制御回路と結合し、電動機コイル（ＭＷ１；ＭＷ１，ＭＷ２）は第１の電子スイッチ（Ｔ１）と第１のダイオード（Ｄ１）の接続点と、第２のダイオード（Ｄ２；Ｄ２，Ｄ２＊）と第２の電子スイッチ（Ｔ２；Ｔ２，Ｔ２＊）の接続点との間に接続したブースト変換器において、第３の電子スイッチ（ＴＢ）は電源電圧を開閉ブリッジの第２のダイオード（Ｄ２；Ｄ２，Ｄ２＊）の陰極に結合し、制御接続は制御回路と結合するとともに、第３の電子スイッチ（ＴＢ）と第２の分路とは直列接続され、コンデンサ（５）を具え、該コンデンサは開閉ブリッジの前記第２の分路に対して並列接続された、ことを特徴とするブースト変換器。
【請求項２】
請求項１記載のブースト変換器において、第１の電子スイッチ（Ｔ１）を電源電圧と結合する第３のダイオード（３）と、補助インピーダンス（Ｄｒ１）とを有し、該補助インピーダンスは、電源電圧と直列接続の接続点との間に接続され、前記直列接続は第５のダイオード（Ｄｈ２）とこのダイオードの陽極側に第１の回路接続を介して結合した第５の電子スイッチ（Ｔｈ２）とから構成され、第５のダイオード（Ｄｈ２）は第２の各ダイオード（Ｄ２；Ｄ２，Ｄ２＊）と結合し、第５の電子スイッチ（Ｔｈ２）は第２の回路接続を具え、当該第２の回路接続で基準電位と結合し、第５の電子スイッチ（Ｔｈ２）の制御接続は制御回路と結合したことを特徴とするブースト変換器。
【請求項３】
請求項１に記載のブースト変換器において、第３のダイオード（３）は第１の各電子スイッチ（Ｔ１，Ｔ１＊）を電源電圧と結合すること、各電動機コイルのための第３の各電子スイッチ（ＴＢ，ＴＢ＊）は、第３のダイオード（３）を介して、電源電圧を各開閉ブリッジの第２の各ダイオード（Ｄ２，Ｄ２＊）の陰極と結合し、制御接続は制御回路と結合したこと、コンデンサ（５）は第２の各ダイオード（Ｄ２，Ｄ２＊）と第２の各電子スイッチ（Ｔ２，Ｔ２＊）とから構成される各開閉ブリッジの分路に対して並列接続されたこと、及び、補助インピーダンス（Ｄｒ１）は、電源電圧と直列接続の接続点との間に接続され、前記直列接続は第５のダイオード（Ｄｈ２）とこのダイオードの陽極側に第１の回路接続を介して結合した第５のスイッチ（Ｔｈ２）とから構成され、第５のダイオード（Ｄｈ２）は第２の各ダイオード（Ｄ２，Ｄ２＊）と結合し、第５の電子スイッチ（Ｔｈ２）は第２の回路接続を具え、当該第２の回路接続で基準電位と結合し、第５の電子スイッチ（Ｔｈ２）の制御接続は制御回路と結合したことを特徴とするブースト変換器。
【請求項４】
請求項２又は３に記載のブースト変換器において、補助インピーダンス（Ｄｒ１）は、制御スイッチと結合した制御接続を有する第４の電子スイッチ（Ｔｈ１）を介して電源電圧と結合したこと、および、第４のダイオード（Ｄｈ１）は、陽極で基準電位と接続し、陰極で第４の電子スイッチ（Ｔｈ１）と補助インピーダンス（Ｄｒ１）との接続点と接続することを特徴とするブースト変換器。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項に記載のブースト変換器において、それぞれの第１のダイオード（Ｄ１；Ｄ１，Ｄ１＊）の陰極は、各電動機コイル（ＭＷ１；ＭＷ１，ＭＷ＊）と第１の各トランジスタ（Ｔ１；Ｔ１，Ｔ１＊）との接続点に接続し、陽極は基準電位に接続することを特徴とするブースト変換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、ブースト変換器を介した回路網固有振動の調波の能動フィルタにより、整流器を通じた誘導負荷の作動に際し、回路網から獲得した電流の時間的推移に対する反作用を低減する方法に係るものである。
【０００２】
更に、本発明は、上記方法に基づく電動機−駆動回路に係るものである。
【０００３】
【従来の技術】
特に、各種の回路網機器、直列機器、駆動制御など多数の電子機器においては、回路網交流電圧が整流され、例えば、コンデンサによって平滑される。需用器材による獲得された直流電圧の負荷においては、多かれ少なかれリプルを有し、回路網からは、時間的推移が正弦形状から著しく外れるとともに、比較的大きな高調波部分を有する電流を受容する。当然のことながら、このいわゆる回路網反作用は負荷の種類及びその充電率に依存する。規格基準 VDE0838, EN 60555-2  は、動作電流に依存する許容高調波部分に係る限界値及び限界値曲線を規定している。
【０００４】
そのような回路網反作用の低減又は一層の除去のためには、特に、回路網整流器と負荷との間に設ける能動フィルタ回路が公知である。図６には、公知の能動フィルタ回路を示している。いわゆるブースト変換器と図示していない力率−調整回路（ＰＦＣ＝Power Factor Control）とを介し、力率の許容限度内で可変負荷とは無関係に回路網からほぼ正弦形状の電流を獲得することが可能となる。ブースト変換器は、回路網整流器６の出力の間で平滑コンデンサ４と直列するインピーダンス１（高位調整インピーダンス）と、これに直列するダイオード３とを有し、出力−クロス分路には別の平滑コンデンサ５を具える。インピーダンス１とダイオード３の陽極との間では、別のクロス分路が電子スイッチ２を具え、該電子スイッチは力率−調整回路（ＰＦＣ）によって作動する。更に、図６に示したように、回路網整流器６の前には受動的なプレフィルタ７を配置する。上述した図６に示す能動的かつ受動的な回路網帰還フィルタ回路は、例えば、M.Herfurthの論文“Active Harmonic Filtering for Line Rectifiers of Higher Output Power"in Siemens Components 1/86,  頁９〜１３に記述されている。
【０００５】
空間的に狭隘した設置状況においては、公知の回路網帰還フィルタに問題が生ずる。更に、例えば、手持ち工具について、インピーダンス１に対して比較的大型かつ重量級の基本設計が必要であり、特に高い回路網の充電率について必要となるため、可能な限り僅かな機器重量を考慮しなければならない。図６に示した回路では、インピーダンス１は整流された網電流を通ずる。即ち、インピーダンスは、磁気的には最大振幅に重畳したリプルを加えた電流の最大値に対して設計しなければならない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、整流器を通じた誘導負荷の作動に際し、回路網から獲得した電流の時間的推移に対する不都合な反作用を確実に阻止するとともに、技術的コスト及び重量に関し、既知の方法の能動型回路網帰還フィルタ回路とに対して有利とする方法及び回路配置を提案することにある。
【０００７】
本発明の基礎となる技術的論理は、図６に示すような回路配置において、インピーダンス１の機能が能動型回路網帰還フィルタを介して誘導負荷によって引き受けられ、例えば、電動機コイルによって電動機におけるその機能を損なうことがないとする認識にある。
【０００８】
【課題を解決する手段】
この課題を解決するため、本発明におけるブースト変換器を介した回路固有振動の高調波の能動フィルタにより、整流器を通じて誘導負荷を作動させるに際し、回路網から獲得した電流の時間的推移に対する反作用を低減する方法は、ブースト変換器に必要な誘導性インダクタンスを少なくとも部分的に構成するために、誘導負荷自体を使用することを特徴とする。
【０００９】
開閉ブリッジを介して作動する誘導負荷としての電動機の場合、本発明による少なくとも１個の電動機コイルは、ブースト変換器に対する誘導性インダクタンスの機能を引き受け、必要な接続は開閉ブリッジに集積することができる。
【００１０】
本発明の方法による別の実施形態については、方法に係る従属請求項に定める。
【００１１】
様々な電動機の駆動を可能とし、本発明による方法に従って作動するブースト変換器については、従属しない回路の要件に限定されている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の好適な実施形態について更に具体的に説明する。
【００１３】
図面上同一の構造部材には、同一の符号を付することにする。
【００１４】
図１の回路図に示す電力供給回路は、整流器回路６と本発明による電動機のためのブースト変換器とを具え、インピーダンスの機能は電動機コイルＭＷ１が引き受ける。
【００１５】
電動機の電動機コイルＭＷ１は開閉ブリッジを介して駆動され、該開閉ブリッジは、第１の分路として、第１のダイオードＤ１と、このダイオードの陰極側にエミッタが接続された第１のトランジスタＴ１との直列回路を有する。第１のダイオードＤ１は陽極側で基準電位と結合し、第１のトランジスタＴ１のコレクタは電源電圧に結合する。第１のトランジスタＴ１のベースは、図示していない制御回路と結合している。第２の分路として、開閉ブリッジは、第２のダイオードＤ２と、コレクタを介して前記ダイオードの陽極側に接続した第２のトランジスタＴ２との直列回路を有する。第２のダイオードＤ２は、トランジスタＴＢのコレクタ−エミッタ経路を介して陰極側で電源電圧と結合し、第２のトランジスタはエミッタを具え、当該エミッタで基準電位と結合する。第２のトランジスタＴ２のベースは図示していない制御回路とも結合する。電動機コイルＭＷ１は、第１のトランジスタＴ１と第１のダイオードＤ１の接続点と、第２のトランジスタＴ２と第２のダイオードＤ２の接続点との間におけるブリッジ電圧をタップで下げる。トランジスタＴＢもまた、第１のトランジスタＴ１及び第２のトランジスタＴ２と同様に、ベースを介して図示していない制御回路に維持する。さらに、ブースト変換器はコンデンサ５を有し、該コンデンサは第２のダイオードＤ２と第２のトランジスタＴ２とから構成される開閉ブリッジの分路に対して並列接続される。
【００１６】
本実施例において、電動機コイルＭＷ１は第１の位相では第１のトランジスタＴ１と、第２のトランジスタＴ２と、ブースト変換器のトランジスタＴＢとにより、コンデンサ５の高いコンデンサ電圧によって付勢される。付勢が終了すると、第２の位相ではブースト変換器のトランジスタＴＢが遮断し、第２のトランジスタＴ２は制御回路によってパルス幅変調してサイクルが与えられ、第１のトランジスタＴ１は通電する。この位相では、電動機コイルＭＷ１が力率の修正に使用される。滅勢するために、３個のトランジスタは遮断され、電動機コイルＭＷ１の電流は、第３の位相で両方のダイオードＤ１，Ｄ２とコンデンサ５とを介してフリー回転が可能となり、電動機コイルＭＷ１は滅勢される。第１のトランジスタＴ１、第２のトランジスタＴ２及びトランジスタＴＢの接続は制御回路を介して直接行われる。
【００１７】
図２の配線図に示した電力供給回路は、整流器回路６と、本発明による電動機のためのブースト変換器とを有する。この回路においては、インピーダンスの機能は２個の電動機コイルＭＷ１，ＭＷ２によって引き受けられる。
【００１８】
図１とは異なり、電動機の電動機コイルＭＷ１，ＭＷ２は、二つの並列接続された第２の分路を有する開閉ブリッジを介して駆動され、電動機コイルＭＷ１，ＭＷ２は、第１のトランジスタＴ１と第１のダイオードＤ１との接続点と、それぞれの第２のトランジスタＴ２，Ｔ２＊とそれぞれの第２のダイオードＤ２，Ｄ２との接続点との間におけるブリッジ電圧をタップで下げる。第２のトランジスタＴ２＊は、他の第２のトランジスタＴ２と同様、図示していない制御回路にベースを介して接続する。
【００１９】
本実施例において、電動機コイルＭＷ１は第１のトランジスタＴ１と、第２のトランジスタＴ２と、トランジスタＴＢとを介し、コンデンサ５の高いコンデンサ電圧によって磁化される。その間、電動機コイルＭＷ２における電流はトランジスタＴ１と、ダイオードＤ２＊と、トランジスタＴＢとを介して自由に流れることができ、減磁される。これに対応して、電動機コイルＭＷ２は第１のトランジスタＴ１と、別の第２のトランジスタＴ２と、ブースト変換器のトランジスタＴＢとを介し、コンデンサ５の高いコンデンサ電圧によって磁化される。その間、電動機コイルＭＷ１電流はトランジスタＴ１と、ダイオードＤ２と、トランジスタＴＢとを介して減磁されフリー回転が可能となる。第２のトランジスタＴ２，Ｔ２＊は、それぞれ接続された電動機コイルＭＷ１，ＭＷ２が付勢されている場合、交互にパルス幅変調されてサイクルが与えられ、電動機コイルＭＷ１，ＭＷ２は力率の修正に使用される。
【００２０】
この両方の実施例による回路においては、図示していない制御回路の設計に制御・調節技術に係る追加的な労力を要しないことが特に有利である。
【００２１】
図３の回路図に示した電力供給回路は、整流器回路６と、本発明による電動機のためのブースト変換器とを有する。この回路においては、インピーダンスの機能は電動機コイルＭＷ１と補助インピーダンスＤｒ１とによって引き受けられる。
【００２２】
図１に示した回路の変形に加えて、この回路では、電源電圧と電動機を駆動する開閉ブリッジとの間に順方向に直列接続した第３のダイオード３と、ブリッジ電圧を補助インピーダンスＤｒ１によってタップで下げる開閉ブリッジとを具える。この開閉ブリッジは、第１の分路として、第４のダイオードＤｈ１と、このダイオードの陰極側にエミッタが接続された第４のトランジスタＴｈ１との直列接続を有する。第４のダイオードＤｈ１は、陽極側で基準電位と結合し、第４のトランジスタＴｈ１のコレクタは、電源電圧と第３のダイオード３の陽極との接続点と結合する。第２の分路として、開閉ブリッジは第５のダイオードＤｈ２と、コレクタを介して前記ダイオードの陽極側に接続した第５のトランジスタＴｈ２との直列回路を有する。第５のダイオードＤｈ２は、ブースト変換器の第３のトランジスタＴＢにおけるコレクタ−エミッタ経路を介し、その陰極を電源電圧と結合し、第５のトランジスタＴｈ２はそのエミッタを基準電位に結合する。補助インピーダンスＤｒ１は、第４のトランジスタＴｈ１と第４のダイオードＤｈ１の接続点と、第５のトランジスタＴｈ２と第５のダイオードＤｈ２の接続点との間におけるブリッジ電圧をタップで下げる。第４のトランジスタＴｈ１と第５のトランジスタＴｈ２とは、第１のトランジスタＴ１及び第２のトランジスタＴ２と同様に、ベースを介して図示していない制御回路に接続される。
【００２３】
本実施例において、電動機コイルＭＷ１は、図１に示した回路と同様に接続される。電動機電流のパルス休止期間中に、補助インピーダンスＤｒ１は第４のトランジスタＴｈ１と、パルス幅変調してサイクルが与えられた第５のトランジスタＴｈ２とを介して付勢される。
【００２４】
力率−調節機能を電動機コイルＭＷ１と補助インピーダンスＤｒ１とに配分することにより、補助インピーダンスＤｒ１は、従来のブースト変換器のインピーダンスに比べて３０％少ない電流に対して設計することができる。更に、図示していない必要なプレフィルタは、補助インピーダンスＤｒ１を用いない上述の解決法の場合よりも著しく小さく設計することができる。
【００２５】
図４の配線図に示した電力供給回路は、整流器回路６と、本発明による電動機のための補助インピーダンスＤｒ１を具えるブースト変換器とを有する。この回路においては、インピーダンスの機能は大部分が２個の電動機コイルＭＷ１，ＭＷ２によって引き受けられる。
【００２６】
図３に示した実施形態とは異なり、電動機コイルＭＷ１を駆動する開閉ブリッジと、第３のトランジスタＴＢとには、第２の電動機コイルＭＷ２を駆動する第２の開閉ブリッジ及び２番目の第３のトランジスタＴＢ＊を並列接続する。したがって、両方の電動機コイルＭＷ１，ＭＷ２は同一として接続される。第２の開閉ブリッジのトランジスタＴ１＊，Ｔ２＊と２番目の第３のトランジスタＴＢ＊とは、それぞれに対応するトランジスタＴ１，Ｔ２，ＴＢに接続される。
【００２７】
電動機コイルＭＷ１，ＭＷ２は、図２に示した実施例と同様に接続する。電動機コイルＭＷ１，ＭＷ２を磁化する間に、補助インピーダンスＤｒ１は、第４のトランジスタＴｈ１と、パルス幅変調してサイクルを与えた第５のトランジスタＴｈ２とを介して、同様に磁化される。
【００２８】
電動機コイルＭＷ１は、第１のトランジスタＴ１と、第２のトランジスタＴ２と、トランジスタＴＢとを介し、コンデンサ５の高いコンデンサ電圧によって磁化される。その間、電動機コイルＭＷ２における電流はトランジスタＴ１と、ダイオードＤ２＊と、トランジスタＴＢとを介してゆっくりとフリー回転できる。あるいは、電動機コイルＭＷ２がダイオードＤ１＊，Ｄ２＊とコンデンサ５とを介して速く減磁される。これに対応し、電動機コイルＭＷ１における電流は、トランジスタＴ１と、ダイオードＤ２と、トランジスタＴＢ＊とを介してフリー回転が可能となる。あるいは、電動機コイルＭＷ１はダイオードＤ１，Ｄ２と、コンデンサ５とを介して速く減磁される。その間、電動機コイルＭＷ２は、第２の開閉ブリッジの第１のトランジスタＴ１＊と、第２のトランジスタＴ２＊と、トランジスタＴＢとを介し、コンデンサ５の高いコンデンサ電圧によって磁化される。
【００２９】
力率−調節機能を電動機コイルＭＷ１，ＭＷ２と補助インピーダンスＤｒ１とに配分することにより、補助インピーダンスＤｒ１は、従来のブースト変換器のインピーダンスに比べて７０％だけ少ない電流に対して設計することができる。更に、図示していない必要なプレフィルタは、補助インピーダンスＤｒ１を用いない上述の解決法よりも小さく設計することができる。
【００３０】
図２に示す実施例は、図４の実施例にも対応する別の電子スイッチ（ＴＢ＊，Ｔ１＊）を用いて接続することが可能であり、それぞれの電動機コイルは、トランジスタＴＢが接入（または通電）された場合でも、減磁のためにトランジスタＴＢを介して自由に流すのではなく、コンデンサ（５）を介して速く減磁される。
【００３１】
上述の回路の変形では、第４のトランジスタＴｈ１を短絡し、第４のダイオードＤｈ１を不作動にするように変更することができる。このような回路の変形は、図４に示した実施形態に対するものとして図５に示される。
【００３２】
更に、既述のすべての実施形態における回路には一層の簡素化が可能であり、第１の各ダイオードＤ１；Ｄ１，Ｄ１＊は不作動にすることによって代用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、整流器回路と、インピーダンス機能を１個の電動機コイルが引き受ける電動機のための本発明によるブースト変換器とを具える電力供給回路を示す回路図である。
【図２】図２は、整流器回路と、インピーダンス機能を２個の電動機コイルが引き受ける電動機のための本発明によるブースト変換器とを具える電力供給回路を示す回路図である。
【図３】図３は、整流器回路と、補助インピーダンスを具えインピーダンス機能を部分的に１個の電動機コイルが引き受ける電動機のための本発明によるブースト変換器とを具える電力供給回路を示す回路図である。
【図４】図４は、整流器回路と、補助インピーダンスを具えインピーダンス機能を部分的に２個の電動機コイルが引き受ける電動機のための本発明によるブースト変換器とを具える電力供給回路を示す回路図である。
【図５】図５は、整流器回路と、補助インピーダンスを具えインピーダンス機能を部分的に２個の電動機コイルが引き受ける電動機のための本発明によるブースト変換器とを具える簡略化した電力供給回路を示す回路図である。
【図６】図６は、整流器回路と、ブースト変換器と、プレフィルタとを具える従来の電力供給回路を示す既に説明した基本回路図である。
【符号の説明】
１  インピーダンス
２  電子スイッチ
３  ダイオード
４  平滑コンデンサ
５  コンデンサ
６  整流器
ＭＷ１，ＭＷ２  電動機コイル
Ｔ１，Ｔ２，ＴＢ  電子スイッチ
Ｄ１，Ｄ２  ダイオード
Ｄｒ１  インピーダンス
【図１】
0004188444.tif 000002
【図２】
0004188444.tif 000003
【図３】
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【図４】
0004188444.tif 000005
【図５】
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【図６】
0004188444.tif 000007