JP2002504799A - 電子的にコミュテートされるファンの回転数検出のための方法および回路装置 - Google Patents

電子的にコミュテートされるファンの回転数検出のための方法および回路装置

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JP2002504799A JP2000532910A JP2000532910A JP2002504799A JP 2002504799 A JP2002504799 A JP 2002504799A JP 2000532910 A JP2000532910 A JP 2000532910A JP 2000532910 A JP2000532910 A JP 2000532910A JP 2002504799 A JP2002504799 A JP 2002504799A
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Abstract

(57)【要約】 電子的にコミュテートされるファン（Ｌ）の回転数検出のために、ファンによってその電流供給線に引き起こされる電流変動の最大の電流急峻度の測定並びに増幅度領域およびパルス形成器（ＩＦ）に対する前置スイッチング段として用いられるコンパレータ（Ｋ）のスイッチングしきい値の整合を基礎としている方法および回路装置が提供される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、請求項１および請求項５の上位概念に記載の電子的にコミュテート
されるファンの回転数検出のための方法および装置に関する。
【０００２】 比較的高い出力の電源装置ではその冷却のために電子的にコミュテートされる
ファンを必要としている。電子的にコミュテート（スイッチング）されるファン
はその電流供給線に電流変動を引き起こす。このような電流変動はファン型式の
みならず、ファン毎に種々様々である。ファンを監視しかつ制御するために、フ
ァンの回転数を電子的に検出して、そこから単位時間当たり相応の数を有するク
ロックパルスを有するクロック信号を導出することが必要である。
【０００３】 電子的なコミュテーションの内部クロック信号を付加的な線路を介して上述し
たクロック信号として外部に導く専用ファンを使用することが公知である（Paps
t-Katalog Geraeteluefter Equipment Fans, 94/95, Fa. Papst-Motoren GmbH &
Co KG, Karl-Maier-Strasse 1. D-78112 St. Georgen/Schwarzwald, Postfach
1435, Kapitel “Geraetefuefter fuer Gleichspannung”und “Varianten”） 。この種の専用ファンは高価である点が不都合である。
【０００４】 その他に、ファンによって引き起こされる電流変動を電流測定抵抗を介して検
出し、ハイパスフィルタを介して取り出しかつ引き続いて上述したクロック信号
のクロックパルスを形成するためのパルス形成器に供給することが公知である（
ＤＥ２６１７１３１Ｃ３）。ファンによって、その電流供給線に引き起こされる
電流変動の高さおよび形状はファン毎に顕著に異なっていて、ファンに対するそ
れぞれの整合が必要であることは不都合である。
【０００５】 更に、ＤＥ１９６０１０４０Ａ１号から、電子的にコミュテートされるファン
の回転数を次のように検出するための方法および装置が公知であり、すなわちこ
こでは、ファンの回転数は単位時間当たりに相応する数のクロックパルスを有す
るクロック信号によって指示され、かつＤＥ会社報：“Motor Control Seminar
1986”（p. E15, SGS Halbleiter bauelemente GmbH, April 1986）から、ファ ンによって回転数に依存して電流供給線に引き起こされる電流変動の最大電流急
峻度を測定しかつそこから回転数情報に対するクロック信号を導出することが公
知である。
【０００６】 それ故に本発明の課題は、電子的にコミュテートされるファンの回転数検出を
コストの面で有利にかつ簡単な方法で実施可能であるようにした、冒頭に述べた
形式の方法および回路装置を提供することである。
【０００７】 この課題は本発明によれば、請求項１に記載の方法ステップを有する方法によ
って解決される。この課題は本発明によれば、請求項５の特徴部分に記載の構成
を有する回路装置によっても解決される。
【０００８】 本発明の方法ないし回路装置によって、高価な専用ファンが省略されるので、
回転数検出はコストの面で有利に実施することができる。更に、使用のファンに
対するそれぞれの整合は不要であるので、回転数検出も簡単な方法で実施するこ
とができる。あらゆる形式のいわゆる通常ファンを使用することができる。それ
ぞれのファンに対する整合は自動的に行われる。
【０００９】 本発明の有利な形態は従属請求項の対象である。
【００１０】 多数の種々異なったファンおよび種々異なった型式のファンでの経験的な測定
の結果、これらによってその電流供給線に引き起こされる電流変動は普通、正の
電流急峻度より著しく強い負の電流急峻度を持って発生することが分かった。そ
れ故に、電流変動の負の電流急峻度に基づいている回転数検出により一層正確な
結果が可能になる。しかし負の電流急峻度よりも正の電流急峻度が比較的強く目
立っている比較的僅かなファンないしファン型式においても、負の電流急峻度は
必ずや依然として少なくとも、常に、ファンの回転数の確実でかつ正確な検出を
保証することができる程度には強く目立っている。それ故に本発明の有利な実施
形態において、ファンによってその電流供給線に引き起こされる電流変動の負の
電流急峻度が回転数評価のために用いられる。
【００１１】 本発明の別の有利な形態において、増幅度領域およびコンパレータのスイッチ
ングしきい値のみならず、求められた最大の負の電流急峻度も相応の比において
整合され、これにより、回転数検出のための手段がただちに再び安定状態をとる
ことが実現される。
【００１２】 本発明の別の有利な形態では、自動的な整合は離散ステップにおいて行われる
。これにより、実施コストは連続的な整合の場合より僅かである。
【００１３】 その際上述の考察は方法にも回路装置にも当てはまる。
【００１４】 次に本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。その際： 図１は、本発明の電子的にコミュテートされるファンの回転数検出のための回路
装置を基本回路において示し、 図２は、図１の回路装置を用いた回転数検出のための出発点として、ファンによ
ってその電流供給線に引き起こされる電流変動の波形図を示す。
【００１５】 電流供給点ＵDCとアース基準点Ｍとの間に形成されている、図１の出力線路（
パス）に、直列に、以下に単にファンと表す、電子的にコミュテートされるファ
ン１および電流測定抵抗ＳＭＷが配置されている。このパスにはファンＬに属す
る電流供給線が含まれており、ここにファン電流ＩLが流れる。
【００１６】 ファンＬの電子的なコミュテーションに基づいて、ファン電流ＩLは変動を有 している。これは図２に波形図において定性的に示されている。この波形図は、
ファン電流が比較的長い時間間隔にわたって実質的に一定の直流成分を有してお
り、この成分は非常に迅速な電流変動によって重畳されていることを読むことが
できる。電流変動はファンのモータ巻線のコミュテーションによって引き起こさ
れる。コミュテーションの繰り返される時点を代表的に表すものとして図２にお
いて時点ｔn，ｔn+1およびｔn+2が詳しく特徴付けられている。これらの時点に おいて、コミュテーションが行われ、これによりファン電流はまず非常に急速に
かつ強く低下する。引き続いてそれは多少平坦な曲線において再び上昇しかつそ
の上に過渡的な過度な振動変化すら呈する。さらなる経過においてファン電流は
新たに低下するが、比較的長い時間間隔においてである。更にそれは再び一層長
い時間間隔において上昇し、ついには次のコミュテーションが行われかつこのよ
うな過程が繰り返されることになる。
【００１７】 その際コミュテーションの個々の時点、例えば時点ｔn，ｔn+1およびｔn+2間 の間隔は、ファンの瞬時的に有効な回転数に直接依存している。ファンが迅速に
回転すればするほど、この間隔はますます短くないしこの種の時点は単位時間当
たりますます頻繁に発生する。更に、電流変動の電流急峻度（電流が急激に上昇
する程度）が変化する。
【００１８】 曲線経過および単位時間当たりのコミュテーション時点の数は、ファンのモー
タ巻線の構成にも依存している。数多くのファンモータは多くの磁極を有してお
り、別のものは僅かな磁極を有している。それぞれのモータ巻線は１回転の間に
、態様に応じて１回または複数回コミュテートされなければならず、回転当たり
のコミュテーション時点の数はファンモータの回転数に無関係に、ファンモータ
の磁極数および巻き数にも依存している。しかし２つのコミュテーション時点の
間には常に、画定された時間領域、すなわち極大の（局所的に最大の）電流急峻
度を有する十分に顕著な負の電流低下を示す時間領域がある。
【００１９】 電流測定抵抗ＳＭＷによって、電流測定抵抗ＳＭＷとファンＬとの間の点で、
図２に示されている過程を電圧として表している電流測定抵抗電圧ＵSMWを取り 出すことができる。この電圧はローパスフィルタおよび増幅器ＩＦＶから取り出
されかつ入力電圧Ｕinとして入力コンデンサＣdを介して以下に詳しく説明する 回転数検出回路に送出される。
【００２０】 回転数検出回路はマイナス入力側およびプラス入力側を有する演算増幅器ＯＰ
を有している。プラス入力側には基準電圧Ｕrefが接続されており、一方マイナ ス入力側には、入力コンデンサＣdを介してガイドされる入力電圧Ｕinが加えら れる。
【００２１】 演算増幅器ＯＰの出力側およびマイナス入力側は、２つの並列な経路において
接続されている。一方の経路には、２つの抵抗Ｒ１およびＲ２から成る直列回路
が配置されている。他方の経路には、ダイオードＤが配置されている。これは、
それぞれ演算増幅器ＯＰのマイナス入力側から出力側に向かって導通方向に接続
されているように極性付けられている。
【００２２】 演算増幅器ＯＰの出力側は一方においてコンパレータＫのプラス入力側に接続
されておりかつ他方においてピーク値検波器ＳＧの入力側に接続されている。ピ
ーク値検波器ＳＧの出力側は更に、抵抗Ｒ７を介してコンパレータＫのマイナス
入力側に接続されておりかつダウン方向コンパレータＡＢＫのプラス入力側並び
にアップ方向コンパレータＡＵＦＫのマイナス入力側に接続されている。
【００２３】 ダウン方向コンパレータＡＢＫおよびアップ方向コンパレータＡＵＦＫは、３
つの抵抗Ｗ１５ａ，Ｗ７０およびＷ１５ｂから成る直列回路に、ダウン方向コン
パレータＡＢＫのマイナス入力側が抵抗Ｗ１５ａおよびＷ７０の間に接続されて
おりかつアップ方向コンパレータＡＵＦＫのプラス入力側が抵抗Ｗ７０およびＷ
１５ｂの間に接続されているように結線されている。
【００２４】 ３つの抵抗Ｗ１５ａ，Ｗ７０およびＷ１５ｂから成る直列回路は一方の端部が
給電電圧ＶCCに接続されておりかつ別の端部が基準電圧Ｕrefに接続されている 。
【００２５】 コンパレータＫのマイナス入力側は抵抗Ｒ７の他に抵抗Ｒ６に接続されている
。抵抗Ｒ６には基準電圧Ｕrefが接続されている。コンパレータＫの出力側はパ ルス形成器ＩＦに接続されている。パルス形成器の出力側で、出力電圧Ｕoutを 取り出すことができる。
【００２６】 ダウン方向コンパレータＡＢＫおよびアップ方向コンパレータＡＵＦＫの出力
側はそれぞれ、アップ方向／ダウン方向カウンタＡＡＺの入力側に接続されてい
る。アップ方向／ダウン方向カウンタＡＡＺは４つの計数出力側Ｑ０，Ｑ１，Ｑ
２およびＱ３を有している。そのうち３つの上位出力側はそれぞれのスイッチＳ
１，Ｓ２およびＳ３にその制御のために接続されている。
【００２７】 抵抗Ｒ１とＲ２との間の点に接続されているスイッチＳ１，Ｓ２およびＳ３は
Ｒ１およびそれぞれの抵抗Ｒ３，Ｒ４およびＲ５を介して演算増幅器ＯＰの出力
電圧Ｕdiffを基準電圧Ｕrefに関連してそれぞれの値に相応して低減（分圧）す る。
【００２８】 演算増幅器ＯＰは出力電圧Ｕdiffを発生し、そのピーク値はピーク値検波器Ｓ
Ｇによって出力ピーク電圧ＵPKに変換される。
【００２９】 ファン電流ＩLは電流測定抵抗ＳＭＷによって検出される。ローパスフィルタ および増幅器ＴＦＶにおいてファンＬの電流供給線における高周波ノイズは、フ
ァンＬの電流変動を取り出すことなく、除去される。例えば、フィルタリングす
べき遮断周波数は１０ｋＨｚに固定しておくことができる。
【００３０】 ローパスフィルタおよび増幅器ＴＦＶの後で、ファン電流ＩLの負の電流急峻 度が入力コンデンサＣd，演算増幅器ＯＰおよび抵抗Ｒ１およびＲ２によって検 出される。個別抵抗Ｒ１およびＲ２の和Ｒ＝Ｒ１＋Ｒ２、並びに遮断されるスイ
ッチＳ１，Ｓ２およびＳ３によって、一般に次式に従って出力電圧Ｕdiffが生じ
る： Ｕdiff＝（−Ｒ・Ｃd＊ｄＵin／ｄｔ） それから出力電圧Ｕdiffのピーク値が、出力ピーク電圧ＵPKとして検出されか
つそのうちの固定的に調整設定された成分がコンパレータＫに比較値として供給
される。それから出力電圧Ｕdiffとの比較によって、最高の周期的に繰り返し現
れる電流急峻度から１つの出力パルスが形成されることになる。出力パルスの和
はクロック信号と、個々の出力パルスはクロックパルスととらえることができる
。
【００３１】 冒頭に説明したように、個々のファンの電流急峻度は相互に非常に異なってい
る。これらは極端な場合、係数１０００も変動する可能性がある。低い電流急峻
度を有するファンでは、出力ピーク電圧ＵPKは非常に低くなることがある。例え
ばこれは、給電電圧ＶCCと基準電圧Ｕrefとから成る差の１５％より低い可能性 もある。しかし出力ピーク電圧ＵPKは内部で固定的に調整設定された最小値を持
っている。これは、基準電圧Ｕrefに関連して出力電圧Ｕdiffにおける少なくと も正のノイズレベルだけ基準電圧Ｕrefより上方にある。
【００３２】 ところで、アップ方向／ダウン方向カウンタＡＡＺは１づつアップ方向にカウ
ントし、すなわちこれは計数出力側Ｑ０から計数出力側Ｑ１に切り替わる。スイ
ッチＳ１がスイッチオンされる。これにより、抵抗Ｒ１およびＲ３から約数が生
じる。出力電圧Ｕdiffの一部だけが更に抵抗Ｒ２に加えられる。これにより、演
算増幅器ＯＰの周囲で微分器として作用する回路部分の増幅度が全体で高められ
る。ｒａｔｉｏ（レシオ）＝演算増幅器ＯＰの入力側における抵抗Ｒ２およびＲ
３（並列）とＲ１とから成る分圧比によって、入力急峻度の次の増幅度が生じる
： Ｕdiff＝（−Ｒ２＊Ｃd＊ｄＵin／ｄｔ＊１／ｒａｔｉｏ） 今や増幅度の増加は、アップ方向／ダウン方向コンパレータＡＢＫ，ＡＵＦＫ
に対するスイッチングしきい値の比より小さく選択される。これにより、スイッ
チングが持続的に往復的に行われることが妨げられる。
【００３３】 実施例において、係数４を選択するとよい。同じ時点に、ピーク値検波器ＳＧ
の出力ピーク電圧ＵPKが同じ係数だけ高められて、直ちに再び安定状態が実現さ
れるようにする。
【００３４】 増幅度がまだ十分でないとき、前以て決められたビルドアップ時間の後、次の
スイッチＳ２が、かつ必要に応じてその後に付加的に更に別のスイッチＳ３がス
イッチオンされる。同時に再び出力ピーク電圧ＵPKが新たな増幅度状態に整合さ
れる。今や微分器として作用する回路部分は最適な動作領域において動作する。
【００３５】 例えばファンＬにおける作動電圧の上昇によって電流急峻度が増加しかつ出力
ピーク電圧ＵPKが非常に高くなる、例えば給電電圧ＶCCと基準電圧Ｕrefとの差 の８５％より大きくなるとき、ダウン方向コンパレータＡＢＫが働くようになる
（通し接続される）。アップ方向／ダウン方向コンパレータＡＢＫが１だけダウ
ン方向にカウントし、すなわち例えば計数出力側Ｑ３から計数出力側Ｑ２に切り
換えられる。これにより、全体の増幅度は低減されかつ出力電圧Ｕdiffは再び最
適な動作領域にある。同時に再び出力ピーク電圧ＵPKは新しい増幅度状態に整合
される。出力電圧Ｕdiffは全体として再びコンパレータＫによって正しい手法に
おいて検出することができる。
【００３６】 増幅度係数はそれぞれ均一に相互に段階付けられている。実施例においてアッ
プ方向／ダウン方向カウンタＡＡＺはアップ方向カウントの際には、遅くとも、
計数出力側Ｑ３が活性化されるときに停止する。それはダウン方向カウントの際
には、計数出力側Ｑ０が活性化されるときに停止する。
【００３７】 ダイオードＤは正の電流急峻度に対して非常に低い増幅度を調整設定する。
【００３８】 パルス形成器ＩＦは、例えばファンＬのはっきりしないコミュテーションパル
スにおける２重パルスを抑圧する。
【００３９】 ピーク値検波器ＳＧが出力ピーク電圧ＵPKをデジタルに計数状態の形で記憶し
かつ調整設定係数が正または負の、２の冪数、すなわち例えば４または１／４で
あるとき、出力ピーク電圧ＵPKの上げ下げは特別簡単である。この場合、内容を
新しい増幅度に整合するために、計数状態を１つまたは複数のビット桁だけ右ま
たは左にシフトしさえすればよい。
【００４０】 回転数検出の上述した方法は、電子的にコミュテートされるファンと類似した
モータ電流特性を有する電気モータにも使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の電子的にコミュテートされるファンの回転数検出装置の基本回路図で
ある。
【図２】 図１の回路装置を用いた回転数検出のために使用される、ファンによって電流
供給線に引き起こされる電流変動の波形図である。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電子的にコミュテートされるファン（Ｌ）の回転数検出のた
    めの方法であって、該ファンの回転数を単位時間当たり相応する数のクロックパ
    ルスを有するクロック信号によって指示する形式の方法において、 ファン（Ｌ）によってその電流供給線に回転数に依存して引き起こされる電流変
    動の最大電流急峻度を測定し、かつ 該測定の結果に依存して、増幅度領域と、クロック信号のクロックパルスを形成
    するパルス形成器（ＩＦ）に対して前置スイッチング段として用いられるコンパ
    レータ（Ｋ）のスイッチングしきい値との自動的な整合を実施する ことを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 ファン（Ｌ）によってその電流供給線に引き起こされる電流
    変動の電流急峻度の測定の際に負の電流急峻度を測定する 請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 増幅度領域およびコンパレータ（Ｋ）のスイッチングしきい
    値の整合に相応してその都度、ファン（Ｌ）によってその電流供給線に引き起こ
    される電流変動の測定された最大電流急峻度のその都度の相応の整合を実施する
    請求項１または２記載の方法。
  4. 【請求項４】 少なくとも、増幅度領域およびコンパレータ（Ｋ）のスイッ
    チングしきい値の自動的な整合を離散的なステップにおいて実施する 請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
  5. 【請求項５】 電子的にコミュテートされるファン（Ｌ）の回転数を検出す
    るための回路装置であって、ファン（Ｌ）の回転数に相応して単位時間当たり相
    応の数のクロックパルスを有するクロック信号を発生するための手段を備えてい
    る形式のものにおいて、 ファン（Ｌ）によってその電流供給線に引き起こされる電流変動の最大の電流急
    峻度を検出するための手段が設けられており、かつ 増幅度領域と、クロック信号のクロックパルスを形成するパルス形成器に対して
    前置スイッチング段として用いられるコンパレータ（Ｋ）のスイッチングしきい
    値とを自動的に整合するための手段が設けられている ことを特徴とする回路装置。
  6. 【請求項６】 電流急峻度を検出するための手段は専ら負の電流急峻度を検
    出するように構成されている 請求項５記載の回路装置。
  7. 【請求項７】 検出された最大の電流急峻度を増幅度領域およびコンパレー
    タ（Ｋ）のスイッチングしきい値の整合に相応して整合するための手段が設けら
    れている 請求項５または６記載の回路装置。
  8. 【請求項８】 増幅度領域およびコンパレータ（Ｋ）のスイッチングしきい
    値の整合のため並びに検出された最大の電流急峻度の相応の整合のための手段は
    、それぞれの整合がその都度少なくとも１つの離散的なステップにおいて行われ
    るように構成されている 請求項５から７までのいずれか１項記載の回路装置。
JP2000532910A 1998-02-20 1999-01-25 電子的にコミュテートされるファンの回転数検出のための方法および回路装置 Pending JP2002504799A (ja)

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