CN104467622B - 风扇电动机的控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种风扇电动机的控制装置,将风扇电动机的驱动电路的损失抑制在预定值以下。风扇电动机的控制装置具有:电压传感器(148),其检测外加在风扇电动机(M)上的电压;开关部(130),其有选择地连接风扇电动机(M)的各线圈Lu、Lv、Lw和整流电路(110);开关控制部(150),当由电压传感器(148)检测的电压超过阈值时,使赋予开关部(130)的驱动脉冲的占空比下降。
Description
技术领域
本发明涉及一种风扇电动机的控制装置,即使风扇电动机的输入电压发生变化,也能够将驱动电路的损失抑制在预定值以下。
背景技术
目前,风扇电动机采用能够进行宽范围的速度控制的无刷电动机。如下述专利文献1中所公开的那样,无刷电动机具有多个霍尔元件。风扇电动机控制装置使用霍尔元件输出的信号使驱动电路工作,从而使无刷电动机旋转。
通常,无刷电动机的使用电压规定了额定电压和以额定电压为中心的上限电压及下限电压。无刷电动机的上限电压规定为不超过安装在无刷电动机内的驱动电路的容许损失的电压。另外,还规定了无刷电动机在额定电压下工作时的风量-静压特性。
专利文献1:(日本)特开2006-180608号公报
但是,在现有风扇电动机的控制装置中,当输入电压发生变化时,无刷电动机的输入电流也发生变化。因此,如果不超过驱动电路的容许损失,则额定电压不得不设定为比上限电压低得多。因而,难以进一步改善额定电压下的风量-静压特性。
发明内容
本发明是为了消除如上所述的现有技术的缺点而完成的,目的在于,提供一种风扇电动机的控制装置,当风扇电动机的输入电压为预定值以上时,能够通过使向风扇电动机供应的驱动脉冲的占空比下降,将驱动电路的损失抑制在预定值以下。
用于达成上述目的的本发明的风扇电动机的控制装置,具有电压传感器、开关部及开关控制部。
电压传感器检测外加在风扇电动机上的电压。开关部有选择地连接所述风扇电动机的各线圈和电源。当由所述电压传感器检测的电压超过阈值时,开关控制部使赋予所述开关部的驱动脉冲的占空比下降。
发明效果
根据如上所述构成的本发明,当外加在风扇电动机上的电压超过阈值时,则使赋予开关部的驱动脉冲的占空比下降,所以能够将风扇电动机的驱动电路的损失抑制在预定值以下。
另外,由于可将驱动电路的损失抑制在预定值以下,因此能够提高额定电压,从而能够改善额定电压下的风量-静压特性。
附图说明
图1是本实施方式的风扇电动机的控制装置的结构图;
图2是表示图1所示的开关控制部的结构的方框图;
图3是本实施方式的风扇电动机的控制装置的工作流程图;
图4是用于说明图2所示的开关脉冲输出部输出的驱动脉冲的图;
图5是用于说明图2所示的开关脉冲输出部输出的其它驱动脉冲的图;
图6是表示现状品的额定电压和使用电压上限的特性的图表;
图7是表示本发明品的额定电压和使用电压上限的特性的图表;
图8是表示现状品和本发明品的特性的比较的图表。
符号说明
100 风扇电动机的控制装置、
110 整流电路、
120 交流电源(三相)、
130 变换器电路(开关部)、
140A、140B、140C 臂电路、
142A、142B、142C 连接线、
145 驱动电路、
148 电压传感器、
150 开关控制部、
154 存储部、
158 开关脉冲输出部、
M 风扇电动机、
C 平滑电容器、
TR1-TR6 晶体管、
H1、H2、H3 传感器部。
具体实施方式
下面,对本发明的风扇电动机的控制装置的实施方式进行说明。
〔风扇电动机的控制装置的结构〕
图1是本实施方式的风扇电动机的控制装置的结构图。
风扇电动机的控制装置100具有具备平滑电容器C的整流电路110和与风扇电动机M连接的变换器电路130。变换器电路130在基板上形成,基板安装在风扇电动机M的外壳上或安装在外壳内。在本实施方式中,使整流电路110包含于风扇电动机的控制装置100内,但在从外部供应直流电源的情况下,整流电路100可以除外。
如图所示,整流电路110具有桥接的6个二极管D1-D6,6个二极管D1-D6对从交流电源(三相)120流出的电流进行全波整流。通过6个二极管D1-D6全波整流后的电流,通过平滑电容器C被平滑化,减少全波整流后的直流电流的脉动。整流电路110成为风扇电动机M的电源。
整流电路110与成为开关部的变换器电路130并联连接。在整流电路110和变换器电路130之间连接有电压传感器148。电压传感器148检测外加在风扇电动机M的电压。变换器电路130有选择地连接风扇电动机M的各定子线圈(后述)和整流电路110。变换器电路130具有开关整流电路110整流后的直流电流的3个臂电路140A、140B、140C。
臂电路140A将一对晶体管TR1和TR4串联连接,将风扇电动机M的定子线圈Lu与一对晶体管TR1和TR4彼此之间的连接线142A连接。臂电路140B将一对晶体管TR2和TR5串联连接,将风扇电动机M的定子线圈Lw与一对晶体管TR2和TR5彼此之间的连接线142B连接。臂电路140C将一对晶体管TR3和TR6串联连接,将风扇电动机M的定子线圈Lv与一对晶体管TR3和TR6彼此之间的连接线142C连接。定子线圈Lu、Lv、Lw如图示为星形连接。
3个臂电路140A、140B、140C与整流电路110的平滑电容器C并联连接。在6个晶体管TR1、TR4、TR2、TR5、TR3、TR6的集电极间逆连接有二极管D。在6个晶体管TR1、TR4、TR2、TR5、TR3、TR6的栅极分别连接有使这些晶体管开关的驱动电路145。在驱动电路145连接有后述的开关控制部150。驱动电路145接受开关控制部150输出的驱动脉冲,使晶体管接通。
本实施方式中例示的风扇电动机M为无刷电动机。风扇电动机M的定子MS具有星形连接的3个定子线圈Lu、Lv、Lw。风扇电动机M的转子MR具有分N极和S极被磁化的圆筒形的磁铁,使用由定子线圈Lu、Lv、Lw形成的磁场进行旋转。
在转子MR的周围,沿着转子MR的旋转方向配置有3个传感器部H1、H2、H3。3个传感器部H1、H2、H3保持120°的相位差而配置。例如,如图1所示,传感器部H1、H2、H3在与转子MR的N极对峙时输出Hi的信号,在与其S极对峙时输出Lo的信号。在N极和S极的交界,Hi的信号和Lo的信号切换。传感器部H1、H2、H3输出与转子MR的旋转速度相应的脉冲宽度的信号。
另外,传感器部H1、H2、H3在本实施方式中使用霍尔元件。但是,也可以使用霍尔元件以外的传感器,只要是可检测转子MR的旋转位置的传感器即可。也可以将定子线圈Lu、Lv、Lw作为传感器部的替代。
风扇电动机的控制装置100具备连接传感器部H1、H2、H3的开关控制部150。开关控制部150在电压传感器148检测的电压超过阈值时,则使向风扇电动机M供应的驱动脉冲的占空比下降。驱动脉冲的输出定时,即,将定子线圈Lu、Lv、Lw和整流电路110进行连接的定时,使用传感器部H1、H2、H3检测的旋转位置而决定。
开关控制部150向各个驱动电路145输出驱动脉冲。当电压传感器148检测的电压超过阈值时,开关控制部150输出的驱动脉冲的占空比变小。例如,当超过额定电压12V的上限电压为14V时,阈值设定为14V,当超过14V时,则减小占空比,以使变换器电路130的损失不超过预定值。
图2是表示图1所示的开关控制部150的结构的方框图。开关控制部150具有存储部154和开关脉冲输出部158。
存储部154存储用于取得使占空比下降的定时的阈值和相对于电压传感器148检测的电压的占空比。存储部154存储不同大小的多个占空比。例如,如同其电压为13V时占空比为80%、电压为14V时占空比为60%,对每一电压存储不同值的占空比。
另外,如上所述,存储部154除存储有每一电压阶段性地不同的占空比之外,还可以存储有如果超过阈值,则根据电压的大小以获得无级的连续的占空比的方式直线状或曲线状变化的线形数据。
开关脉冲输出部158连接3个传感器部H1、H2、H3和电压传感器148。3个传感器部H1、H2、H3各自根据转子MR(参照图1)的旋转位置,输出以电角度计相差120°相位的Hi、Lo的信号。因此,开关脉冲输出部158使用3个传感器部H1、H2、H3分别输出的Hi、Lo的信号,可以识别转子MR的旋转位置。电压传感器148检测外加在风扇电动机M的3个定子线圈Lu、Lv、Lw的电压。
开关脉冲输出部158总是对电压传感器148检测的电压值和存储于存储部154中的阈值进行比较。另外,开关脉冲输出部158输入传感器部H1、H2、H3输出的信号,识别转子MR的位置,向各驱动电路145(参照图1)输出开关脉冲。
开关脉冲输出部158在电压传感器148检测的电压值不超过阈值时,被输入传感器部H1、H2、H3输出的信号之后,向各驱动电路145输出规定占空比的驱动脉冲。另一方面,开关脉冲输出部158在电压传感器148检测的电压值超过阈值时,向各驱动电路145输出使占空比下降的驱动脉冲。
〔风扇电动机的控制装置的工作〕
接着,对图1所示的风扇电动机的控制装置100的工作进行说明。图3是风扇电动机的控制装置100的工作流程图。
首先,开关控制部150(参照图1)输入传感器部H1、H2、H3输出的信号,对转子MR的旋转位置进行识别,输出决定使哪个定子线圈Lu、Lv、Lw通电的相信号。输入了相信号的驱动电路145按照开关控制部150下一个输出的驱动脉冲使晶体管TR1-TR6开关。例如,相信号为使定子线圈Lu和Lw通电的信号时,晶体管TR1和TR5进行按照驱动脉冲的开关(步骤S100)。
接着,电压传感器148检测风扇电动机M的输入电压。然后,开关脉冲输出部158(参照图2)输入所检测的输入电压(步骤S110)。
开关脉冲输出部158参照存储部154存储的阈值和相对于电压传感器148检测的电压的占空比,计算最佳的占空比(步骤S120)。
开关脉冲输出部158设定所计算的占空比,向驱动电路145输出所设定的占空比的驱动脉冲(步骤S130)。驱动电路145基于被输出的驱动脉冲开关晶体管TR1-TR6,驱动风扇电动机M(步骤S140)。
图4是供说明开关脉冲输出部158输出的驱动脉冲的图。该图例示了在存储部154存储有阶段性地变化的占空比时的驱动脉冲。
如图所示,如果在存储部154设定12V作为阈值,则风扇电动机M的外加电压为12V以下时,从开关脉冲输出部158向驱动电路145输出如图所示的、例如占空比为50%的驱动脉冲。
驱动电路145以占空比为50%的驱动脉冲开关晶体管TR1-TR6,驱动风扇电动机M。此时的驱动脉冲的波形为基本波形,第一占空比为50%。另外,第一占空比根据风扇电动机M中流动的电流的大小而变化。即,根据风扇电动机M的负荷的大小而变动。例如,负荷小时,第一占空比为50%,而当负荷变大时,第一占空比则成为80%、100%。
另外,如果在存储部154存储有电压为12V以上的情况下成为80%的占空比,则驱动电路145使占空比为50%的驱动脉冲的HI波形的部分从100%降低到80%的占空比,开关晶体管TR1-TR6,驱动风扇电动机M。
此时的驱动脉冲的波形是将占空比为50%的基本波形和占空比为80%的第二占空比的波形组合而成的波形。只是形成基本波形的HI波形的部分以第二占空比一点点地形成HI、LOW。
这样,如果使用第二占空比使供应给风扇电动机M的电流下降,则能够抑制变换器电路130中消耗的电力。
图5是供说明开关脉冲输出部158输出的其他驱动脉冲的图。该图例示在存储部154存储有连续性地变化的占空比时的驱动脉冲。
如图所示,如果在存储部154设定12V作为阈值,则在风扇电动机M的外加电压为12V以下时,从开关脉冲输出部158向驱动电路145输出如图所示的、例如占空比为50%的驱动脉冲。
驱动电路145用占空比50%的驱动脉冲开关晶体管TR1~6,驱动风扇电动机M。此时的驱动脉冲的波形为基本波形,第一占空比为50%。和上述同样,第一占空比根据风扇电动机M中流动的电流的大小而变化。即,根据风扇电动机M的负荷的大小而变动。例如,负荷小时,第一占空比为50%,而当负荷变大时,第一占空比则成为80%、100%。
另外,如果在存储部154存储有电压为12V以上的情况下从100%的占空比开始与电压的上升连动而连续性地下降的占空比,则驱动电路145使占空比50%的驱动脉冲的HI波形的部分在电压上升的同时使占空比下降,而开关晶体管TR1-TR6,驱动风扇电动机M。
此时的驱动脉冲的波形是将占空比50%的基本波形,和例如占空比80%的第二占空比的波形组合而成的波形。只是形成基本波形的HI波形的部分以第二占空比一点点地形成HI、LOW。
这样,如果使用第二占空比使供应给风扇电动机M的电流下降,则能够抑制变换器电路130中消耗的电力。
〔由风扇电动机的控制装置得到的效果〕
图6是表示现状品的额定电压和使用电压上限的特性的图表。如图所示,在额定电压下使用现状品的情况,随着风量增加,静压下降。另外,随着风量增加,风扇电动机M的使用电力也下降。另一方面,在使用电压上限使用现状品的情况,与额定电压的情况一样,随着风量增加,静压下降。另外,随着风量增加,风扇电动机M的使用电力也下降。
但是,相比在额定电压下使用现状品的情况,在使用电压上限使用现状品的情况这一方面,静压及使用电力变大。
额定电压时的特性必须考虑在使用电压上限使用时的变换器电路130的损失来决定,因此,当发现余裕时,必须如现状品那样使特性相比在使用电压上限使用的情况降低而设定。
图7是表示本发明品的额定电压和使用电压上限的特性的图表。如图所示,在额定电压下使用本发明品的情况,随着风量增加,静压下降。另外,随着风量增加,风扇电动机M的使用电力也下降。另一方面,在使用电压上限使用本发明品的情况,与额定电压的情况一样,随着风量增加,静压下降。另外,随着风量增加,风扇电动机M的使用电力也下降。
但是,在额定电压下使用本发明品的情况和在使用电压上限使用本发明品的情况中,几乎没有特性之差。
图8是表示现状品和本发明品的特性的比较的图表。如果比较本发明品和现状品的特性,则可知在使用本发明品的情况下,与现状品相比能够大幅度提高额定电压的特性。
如以上所述,根据本发明,当电压传感器148检测的电压超过阈值时,会使赋予变换器电路130的驱动脉冲的占空比下降,所以,能够将风扇电动机M的驱动电路145的损失抑制在预定值以下。另外,由于可将驱动电路的损失抑制在预定值以下,因此能够提高额定电压,能够改善额定电压下的风量-静压特性。
予以说明,在上述实施方式中,以三相的电动机为例进行了说明,但本发明的思想对单相电动机、二相电动机、五相电动机等各种相数的电动机都能够应用。另外,在上述实施方式中,例示了转子的极数为2极的情况,但对于3极以上的极数的电动机也能够应用本发明的思想。另外,对槽口数为各种数的电动机也能够应用。
以上对本发明的最佳实施方式进行了说明,但这些是用于说明本发明的例示,不是将本发明的范围仅限定于这些实施方式的旨意。本发明在不脱离其要旨的范围,能够以与上述实施方式不同的各种方式进行实施。
Claims (6)
1.一种风扇电动机的控制装置,其特征在于,具有:
整流电路,其具有平滑电容器;
变换器电路,其与所述整流电路连接,是有选择地连接风扇电动机的各线圈和电源的开关部;
电压传感器,其连接在所述整流电路和所述变换器电路之间,检测外加在风扇电动机上的电压;以及
开关控制部,当由所述电压传感器检测的电压超过阈值时,使赋予所述变换器电路的驱动脉冲的占空比下降;
当所述电压等于或小于所述阈值时,所述开关控制部输出具有设定为第一占空比的基本波形的驱动脉冲;并且
当所述电压超过所述阈值时,所述开关控制部输出驱动脉冲,其中只是在形成所述基本波形的HI波形的部分以第二占空比形成HI和LOW。
2.如权利要求1所述的风扇电动机的控制装置,其特征在于,
所述开关控制部具有存储所述阈值和相对于所述电压的占空比的存储部,
在所述存储部存储有不同大小的多个占空比。
3.如权利要求1所述的风扇电动机的控制装置,其特征在于,
所述开关控制部具有存储所述阈值和对应于所述电压的占空比的存储部,
在所述存储部存储有无级的连续的占空比。
4.如权利要求1所述的风扇电动机的控制装置,其特征在于,
所述第一占空比根据向所述风扇电动机供应的电流而变化。
5.如权利要求1所述的风扇电动机的控制装置,其特征在于,
使所述第二占空比在所述风扇电动机上外加的电压超过所述阈值时下降。
6.如权利要求1所述的风扇电动机的控制装置,其特征在于,
使所述第二占空比根据所述风扇电动机上外加的电压超过所述阈值的程度而下降。
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GR01 | Patent grant | ||
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