CN102291063B - 鼓风机的驱动装置及驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可增大在最大静压时能够提供给励磁线圈的电动机电流、且不会将最大风量时的转速增大至必要以上的鼓风机的驱动装置。该鼓风机的驱动装置具备：产生驱动信号的驱动信号产生电路(DSC)、根据驱动信号向电动机提供电动机电流的电动机驱动电路(MDC)、检测电动机电流的电流检测电路(电阻(R))、和驱动信号变更电路(SCC)。驱动信号变更电路(SCC)在电动机电流大于阈值时，以限制电动机电流的增加的方式，来变更驱动信号产生电路(DSC)所产生的驱动信号(S1及S3)。

Description

鼓风机的驱动装置及驱动方法
技术领域
本发明涉及最大静压较大的鼓风机的驱动装置及驱动方法。
背景技术
在日本特开2002-61596号公报中，公开了作为在最大静压下使叶轮转动的电动机的转速成为最大，且在最大风量下电动机的转速成为最小的鼓风机的一个例子的离心式鼓风机的构造。另外，在日本特开2002-112570号公报中，公开了包括离心式鼓风机的无刷风扇电动机(brushless fan motor)的驱动装置及方法的一个例子。图6表示了公知的离心式鼓风机的驱动装置的电路构成的一个例子。在现有装置中，具备：产生驱动信号S1～S4的驱动信号产生电路DSC、和根据驱动信号S1～S4向无刷电动机提供电动机电流的电动机驱动电路MDC。电动机驱动电路MDC由晶体管(半导体开关)SW1～SW4的桥接电路、再生二极管D1～D4、和缓冲电容器(snubber condenser)C构成。驱动信号产生电路DSC用由霍尔元件(hall device)构成的磁性传感器H检测设置于无刷电动机的转子的多个永久磁铁的磁性来检测转子位置，并根据检测出的转子位置向晶体管SW1～SW4的基极提供具有图7所示的相位差的驱动信号S1～S4。电动机驱动电路MDC使一对晶体管SW1及SW4、以及一对晶体管SW2及SW3交替导通，交流的电动机电流流经励磁线圈W，从而驱动无刷电动机。
专利文献1：日本特开2002-61596号公报
专利文献2：日本特开2002-112570号公报
如图8所示，在如离心式鼓风机那样随着接近最大静压MP而转速V上升的鼓风机中，存在随着接近最大静压MP而电动机电流减小的特征。在图9(A)及(B)中，对应于图7的动作区域I～IV，表示了最大风量时的电动机电流的波形和最大静压时的电动机电流的波形。如图9(B)所示，在最大静压时电动机电流减小，故此时的转矩也减小。因此，为了不改变最大风量MQ及消耗功率地提高最大静压MP，需要增大在最大静压MP时向电动机的励磁线圈W提供的电动机电流，来为了确保必要的转速而增大转矩。
可是，使用图6的现有驱动装置，存在如下问题：若使用为了在最大静压MP时发生需要的转速所需要的励磁线圈W的绕线规格，则在最大风量MQ时会成为必要以上的转速，此时的消耗功率过大。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种能够增大在最大静压时能够提供给励磁线圈的电动机电流，且不会使最大风量时的转速增大至必要以上的鼓风机的驱动装置及驱动方法。
本发明的其他目的除了上述目的之外，还在于提供一种能够进行最大风量的设定变更的鼓风机的驱动装置及驱动方法。
本发明将在最大静压下使叶轮转动的电动机的转速成为最大、且在最大风量下电动机的转速成为最小的鼓风机的驱动装置作为改良对象。本发明的鼓风机的驱动装置具备：驱动信号产生电路，其产生驱动信号；电动机驱动电路，其根据驱动信号向电动机提供电动机电流；电流检测电路，其检测电动机电流；和驱动信号变更电路。驱动信号变更电路在电动机电流大于规定的阈值时，以限制电动机电流的增加的方式，来变更驱动信号产生电路所产生的驱动信号。根据本发明，若电动机电流大于规定的阈值，则通过驱动信号变更电路的作用来限制电动机电流的增加(进行限流控制)，故即便以可增大在最大静压时能够提供给励磁线圈的电动机电流的方式来规定励磁线圈的规格(卷绕数)，也能够防止最大风量时的转速增大至必要以上。换一个角度，根据本发明，通过阈值的设定，能够不改变最大风量地提高最大静压。另外，根据阈值的规定方式能够获得期望的最大静压和最大风量。因此，励磁线圈的规格和阈值可根据所需要的最大静压和最大风量来适当地规定。
此外，也可以还具备任意变更阈值的阈值变更电路。若设置阈值变更电路，则能够根据用途任意设定最大风量。
电动机驱动电路能够由以使电动机电流流经电动机的励磁线圈的方式与励磁线圈连接的多个半导体开关构成。这种情况下，驱动信号变更电路可以构成为：对提供给在电动机驱动电路中同时成为导通状态的一对半导体开关中的一个半导体开关的驱动信号进行斩波。若像这样构成，则不会急剧地限制电动机电流，能平缓地限制电动机电流。具体而言，电流检测电路构成为：输出与检测出的电动机电流相对应的电压。并且，驱动信号变更电路能够由如下部件构成：比较器，其比较与电动机电流相对应的电压和电压阈值，并在与电动机电流相对应的电压大于电压阈值的期间将输出信号输出；和斩波电路，其以仅在输出了该输出信号的期间不向一个半导体开关提供驱动信号的方式来对驱动信号进行斩波。在使用电压阈值的情况下，阈值变更电路以变更所述电压阈值的方式构成。此外，驱动信号变更电路只要不降低最大静压且能抑制电动机电流即可，无论什么样的电路构成都可。
本发明的方法是在最大静压下使叶轮转动的电动机的转速成为最大、且在最大风量下电动机的转速成为最小的鼓风机的驱动方法。在本发明的方法中，以使提供给电动机的电动机电流的电流值不大于规定的阈值的方式限制电动机电流的增加。在此，“电动机电流的电流值不大于规定的阈值”意味着以电动机电流的电流值不持续超过阈值的方式进行限流控制，而并不是意味着电动机电流的电流值绝对不超过阈值。因此，在限流控制中，存在电动机电流超过阈值的情况。根据本发明的方法，由于以电动机电流不大于阈值的方式限制电动机电流的增加，故即便以可增大在最大静压时能够提供给励磁线圈能的电动机电流的方式来规定励磁线圈的规格，也能够防止最大风量时的转速(电动机电流)增大至必要以上。换一个角度，能够以不改变最大风量且最大静压增加的方式来设定励磁线圈的规格和阈值。
此外，在本发明的方法中，也容许通过变更阈值来变更最大风量。
附图说明
图1是表示将本发明应用于离心式鼓风机的驱动装置的一个实施方式的电路构成的图。
图2(A)～(F)分别是图1所示的电路的动作波形图。
图3(A)及(B)是表示进行限流控制的情况和不进行限流控制的情况的电动机电流波形的例子的图。
图4是用于说明实施了本发明方法的情况下的静压-风量特性的变化的图。
图5是用于说明通过本发明来改变最大风量的情况的图。
图6是表示现有离心式鼓风机的驱动装置的电路构成的一例的图。
图7(A)～(D)是表示图6的电路中使用的驱动信号的波形图。
图8是表示用于说明离心式鼓风机的特性的静压-风量特性的图。
图9(A)及(B)是表示通过现有驱动装置获得最大风量时的电动机电流波形和获得最大静压时的电动机电流波形的例子的图。
符号说明：
DSC-驱动信号产生电路
MDC-电动机驱动电路
SCC-驱动信号变更电路
SW1～SW4-晶体管(半导体开关)
D1～D4-再生二极管
C-缓冲电容器
CP-比较器
R-电流检测用电阻器
VR-可变电阻器(阈值变更电路)
OR1、OR2-“或”电路
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的鼓风机的驱动装置及驱动方法的实施方式的一个例子进行详细说明。图1是表示将本发明应用于离心式鼓风机的驱动装置的一个实施方式的电路构成的图。对与图6所示的现有电路的构成部件相同的部件，赋予与图6所附的符号相同的符号。
在图1的实施方式中，驱动信号产生电路DSC产生规定周期的驱动信号S1～S4。电动机驱动电路MDC由晶体管(半导体开关)SW1～SW4的桥接电路、再生二极管D1～D4和缓冲电容器C构成。驱动信号产生电路DSC用由霍尔元件构成的磁性传感器H检测设置于无刷电动机的转子的多个永久磁铁的磁极性来检测转子位置，并根据检测出的转子位置，向晶体管SW1～SW4的基极提供具有图2(A)至(D)所示的相位差的驱动信号S1～S4。电动机驱动电路MDC使一对晶体管SW1及SW4、以及一对晶体管SW2及SW3交替导通，交流的电动机电流流经励磁线圈W，从而驱动无刷电动机。
在有意地变更转子的转速(电动机的转速)的情况下，会变更驱动信号S1～S4的周期(频率)，但在本例中假设驱动信号S1～S4的周期(频率)不发生变更。在图2(A)至(D)的动作区域I及II中，表示了最大风量时的驱动信号S1～S4，在图2(A)至(D)的动作区域III及IV中，表示了最大静压时的驱动信号S1～S4。由于作为半导体开关的晶体管SW1及SW3为pnp型晶体管，作为半导体开关的晶体管SW2及SW4为npn型晶体管，故驱动信号S1及S3与驱动信号S2及S4在ON时及OFF时的极性互逆。
在本实施方式中，在向晶体管SW1及SW3提供驱动信号S 1及S3的信号线路中，分别配置有“或”电路OR1及OR2。并且，在本实施方式中，在晶体管SW2及SW4的发射极与接地G之间，配置有电动机电流检测用电阻R。电阻R的两端电压Vi为与电动机电流的值成比例的值(与电动机电流相对应的电压)。因此，在本实施方式中，电阻R构成了电流检测电路。电阻R的非接地端子与比较器CP的一个输入端子(一端子)连接。比较器CP的另一输入端子(+端子)，经由可变电阻器VR连接了提供电压阈值Vref的基准电压源VS。因此，比较器CP比较与电动机电流成比例的(相对应的)电压Vi和电压阈值Vref，若电压Vi为电压阈值Vref以上则将输出信号So输出。电压阈值Vref可通过改变可变电阻器VR的电阻值来进行变更。电压阈值Vref为能够和与电动机电流成比例的(相对应的)电压Vi进行比较的值。比较器CP对两个电压的比较相当于比较电动机电流的电流值是否超过由规定的阈值Ilim所规定的电流值。此外，电压阈值Vref被规定为比理论值(完全对应于阈值Ilim的电压阈值)小的值，以使得电动机电流的电流值不持续超过规定的阈值Ilim。
图2(E)表示了最大风量下的比较器CP的输出信号So，图2(F)表示了最大静压下的比较器CP的输出状态。如图2(E)所示，若电压Vi超过电压阈值Vref，则输出信号So成为在驱动信号的每一周期包含多个信号的多个脉冲状的信号。即，在电压Vi超过阈值Vref的期间，输出“H(高)”状态的输出信号So，该输出信号So被输入至“或”电路OR1及OR2。其结果，驱动信号被输出信号So斩波，限流控制启动，电动机电流的增加被抑制。电动机电流被抑制后，电压Vi变得比阈值Vref小，故“H(高)”状态的输出信号So不再被输出。若输出信号So不再被输出，则限流控制不启动，电动机电流再次增加，从而电压Vi超过阈值Vref。其结果，再次从比较器CP输出输出信号So。以后，通过反复进行该动作，使得不发生电动机电流持续超过阈值Ilim的状态，从而电动机电流被限制。在图3(A)中，表示了成为最大风量的时刻的电动机电流的波形的概要。从该图可知，电动机电流不持续大于由阈值Vref所决定的电流的阈值(Ilim)。
在“或”电路OR1中，如图2(A)所示，输入了在使晶体管SW1导通时为负极性、在使晶体管SW1处于截止状态时为0的驱动信号S1和输出信号So。从“或”电路OR1输出在未输入输出信号So的期间成为晶体管SW1的基极电流的驱动信号S1’。即、驱动信号S1被输出信号So斩波，而获得了驱动信号S1’。同样地，在“或”电路OR2中，如图2(B)所示，输入了在使晶体管SW3导通时为负极性、在使晶体管SW3处于截止状态时为0的驱动信号S3和输出信号So。从“或”电路OR2输出在未输入输出电流So的期间成为晶体管SW3的基极电流的驱动信号S3’。即、驱动信号S3被输出信号So斩波，而获得了驱动信号S3’。图2(F)表示获得了最大静压时的比较器CP的输出状态。此时，比较器CP的输出为“L(低)”状态，“或”电路OR1及OR2将驱动信号S1及S3原样输出至晶体管SW1及SW3。即、在该状态下，不进行限流控制。持续该状态，直至电动机电流超过阈值Ilim为止(即、直至电压Vi超过电压阈值Vref为止)。图3(B)表示了像最大静压时那样没有进行限流控制时的电动机电流Imp。如图3(B)所示，未对电动机电流实施限流控制。
在本实施方式中，由电流检测用电阻R、比较器CP、“或”电路OR1及OR2构成了如下驱动信号变更电路SCC，该驱动信号变更电路SCC以限制电动机电流的增加的方式，来变更驱动信号产生电路DSC所产生的驱动信号S1及S3。并且，“或”电路OR1及OR2构成了如下斩波电路，该斩波电路以仅在输出了输出信号So的期间不向作为半导体开关的晶体管SW1及SW3直接提供驱动信号S1及S3的方式对驱动信号进行斩波，并将斩波后的驱动信号提供给晶体管SW1及SW3。
接下来，对使用上述实施方式的驱动装置来驱动离心式鼓风机的本发明的方法进行说明。在本发明的方法中，以向电动机的励磁线圈W提供的电动机电流的电流值不大于阈值Ilim的方式(不持续大于的方式)来限制电动机电流的增加。例如，用图4所示的虚线表示的曲线C1表示在用现有驱动装置进行了控制的情况下的静压-风量特性，实线所示的曲线C2表示在用上述实施方式进行了控制的情况下的静压-风量特性。为了使最大静压MP2比现有装置的最大静压大(MP1→MP2)，以可增大在最大静压MP2时能够提供给励磁线圈W的电动机电流的方式来规定励磁线圈W的规格(卷绕数)。并且，限制电动机电流的增加，使电动机电流不大于阈值Ilim。这样一来，能够防止最大风量MQ1时的转速(电动机电流)增大至必要以上。其结果，如图4所示，能够不改变最大风量MQ1地增加最大静压(MP1→MP2)。
对使用上述实施方式的驱动装置，来驱动离心式鼓风机的其他方法进行说明。在该方法中，如上述实施方式那样，使用由可变电阻器VR构成的阈值变更电路来变更阈值Vref。若改变了阈值，则对电动机电流的限制开始点改变，故如图5所示，能够在任意范围(MQ1～MQ2)内设定或变更最大风量。
在上述实施方式中，以对驱动信号S1及S3进行斩波的方式构成了驱动信号变更电路SCC，其中驱动信号S1及S3被提供给在电动机驱动电路MDC中同时成为导通状态的一对晶体管(半导体开关)SW1及SW4或者SW2及SW3中的一个晶体管(半导体开关)SW1及SW3，但为了限制电动机电流的增加(为了进行限流控制)，也可以对所有晶体管SW1至SW4的动作信号进行斩波。另外，当然也可以由PWM控制电路构成驱动信号变更电路，来限制电动机电流。
(产业上的可利用性)
根据本发明，若电动机电流大于阈值，则通过驱动信号变更电路的作用来限制电动机电流的增加，因此即便以可增加在最大静压时能够提供给励磁线圈的电动机电流的方式来规定励磁线圈的规格，也能够防止最大风量时的转速增大至必要以上。即、根据本发明，通过设定阈值，能够不改变最大风量地提高最大静压。

Claims (6)

1.一种鼓风机的驱动装置，其在最大静压下使叶轮转动的电动机的转速成为最大，且在最大风量下所述电动机的转速成为最小，
所述鼓风机的驱动装置的特征在于，具备：
驱动信号产生电路，其产生驱动信号；
电动机驱动电路，其根据所述驱动信号向所述电动机提供电动机电流；
电流检测电路，其检测所述电动机电流；和
驱动信号变更电路，其在所述电动机电流大于规定的阈值时，以限制所述电动机电流的增加的方式，来变更所述驱动信号产生电路所产生的所述驱动信号，其中所述规定的阈值以不改变所述最大风量地提高所述最大静压的方式而设定。
2.根据权利要求1所述的鼓风机的驱动装置，其特征在于，
所述电动机驱动电路由多个半导体开关构成，所述多个半导体开关以使所述电动机电流流经所述电动机的一个以上的励磁线圈的方式与所述一个以上的励磁线圈相连接，
所述驱动信号变更电路构成为：对提供给同时成为导通状态的一对所述半导体开关中的一个半导体开关的所述驱动信号进行斩波。
3.根据权利要求2所述的鼓风机的驱动装置，其特征在于，
所述电流检测电路构成为：输出与所检测出的所述电动机电流相对应的电压，
所述驱动信号变更电路由如下部件构成：
比较器，其比较与所述电动机电流相对应的电压和与所述规定的阈值相对应的电压阈值，并在与所述电动机电流相对应的电压大于所述电压阈值的期间将输出信号输出；和
斩波电路，其以仅在输出了所述输出信号的期间内不向所述一个半导体开关提供所述驱动信号的方式，来对所述驱动信号进行斩波。
4.根据权利要求3所述的鼓风机的驱动装置，其特征在于，
还具备阈值变更电路，其变更所述电压阈值。
5.一种鼓风机的驱动方法，是在最大静压下使叶轮转动的电动机的转速成为最大，且在最大风量下所述电动机的转速成为最小的鼓风机的驱动方法，所述鼓风机的驱动方法的特征在于，
以使提供给所述电动机的电动机电流的电流值不大于阈值的方式，来限制所述电动机电流的增加，其中所述阈值以不改变所述最大风量地提高所述最大静压的方式而设定。
6.根据权利要求5所述的鼓风机的驱动方法，其特征在于，
通过变更所述阈值来变更所述最大风量。
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