JP2007159397A

JP2007159397A - モーターの制御システム

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Publication number: JP2007159397A
Application number: JP2006329659A
Authority: JP
Inventors: Shinhatsu Kyu; 進發邱; Chun-Lung Chiu; 俊隆邱; Min-Shi Tsai; 明熹蔡; Wen-Hsi Huang; 文喜黄
Original assignee: Taida Electronic Industry Co Ltd
Current assignee: Taida Electronic Industry Co Ltd
Priority date: 2005-12-08
Filing date: 2006-12-06
Publication date: 2007-06-21
Anticipated expiration: 2026-12-06
Also published as: TW200723668A; JP4490959B2; US20070132412A1; TWI358890B; US7495401B2

Abstract

【課題】フィルタキャパシタの充放電の遷移により突入電流が発生する欠点を考慮する必要がなく、スイッチ素子と全制御システムのコストを削減できるモーターの制御システムを提供する。
【解決手段】モーターの制御システムであって、前記制御システムは、モーターに電気的に接続され、且つ、前記制御システムと前記モーターは、外部電源の電力を受け、前記モーターに電気的に接続されたドライバと、前記外部電源と前記ドライバの間に電気的に接続され、且つ、外部の制御信号を受けてオンまたはオフになり、それがオンにされた時、前記ドライバが前記外部電源に基づいて前記モーターの運転を起動する前記スイッチ装置と、を含んでいる。
【選択図】図２

Description

本発明は、制御システムとそのスイッチ装置に関し、特に、モーターの制御システムとそのスイッチ装置に関するものである。

図１を参照すると、従来の制御システム２は、モーター１に電気的に接続され、外部電源Ｖ_ＩＮからの電力を受けてそれに基づいてモーター１の運転を制御することができる。制御システム２は、主に、ドライバ１０と、スイッチ素子Ｓと、フィルタキャパシタＣ_Ｓと、第１ダイオードＤ_１と、第２ダイオードＤ_２と、によって構成される。スイッチ素子Ｓは、外部電源Ｖ_ＩＮに電気的に接続され、第１ダイオードＤ_１は、スイッチ素子Ｓとモーター１との間に電気的に接続され、第２ダイオードＤ_２は、スイッチ素子Ｓに電気的に接続される。ドライバ１０は、第２ダイオードＤ_２とモーター１との間に電気的に接続される。フィルタキャパシタＣ_Ｓの一端は、第１ダイオードＤ_１とモーター１との間に電気的に接続され、もう一端である他端は、接地端子に接続される。スイッチ素子Ｓがオンにされた時、外部電源Ｖ_ＩＮは、第１ダイオードＤ_１と第２ダイオードＤ_２を通して、フィルタキャパシタＣ_Ｓとドライバ１０に電力をそれぞれ伝送することができる。フィルタキャパシタＣ_Ｓが充電されている時、起動電流をモーター１に提供することができる。ドライバ１０は、外部電源Ｖ_ＩＮの起動によって駆動信号をモーター１に発生し、モーター１の運転を起動する。この駆動信号は、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号とすることができる。

制御システム２がモーター１を制御して運転を始めた時、以下の現象が頻繁に発生する。スイッチ素子Ｓが仮に、オフ状態からオン状態にされた時、フィルタキャパシタＣ_Ｓが通電した瞬間に発生する可能性がある突入電流により、モーター１とフィルタキャパシタＣ_Ｓに破損が及ぶため、これを防ぐ必要がある。また、スイッチ素子Ｓが比較的大きな電流の流れを受けられなければならないことから、コスト高となる。

上述の課題に鑑みて、本発明の目的は、フィルタキャパシタが充放電する間の遷移（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）により突入電流が発生する欠点を考慮する必要がなく、スイッチ素子と全制御システムのコストを削減できるモーターの制御システムを提供することにある。

上述の目的を達成するために、本発明は、モーターの制御システムを提供する。前記制御システムは、モーターに電気的に接続され、前記制御システムと前記モーターは、外部電源の電力を受ける。前記制御システムは、ドライバとスイッチ装置によって構成される。前記ドライバは、前記モーターに電気的に接続され、前記スイッチ装置は、前記外部電源と前記ドライバの間に直列に電気的に接続される。前記スイッチ装置は、外部の制御信号を受けてオンまたはオフすることができる。前記スイッチ装置がオンにされた時、前記ドライバは、前記外部電源に基づいて前記モーターの運転を起動することができる。

上述の目的を達成するために、本発明は、モーターを駆動するドライバに電気的に接続されたスイッチ装置を提供する。前記スイッチ装置と前記モーターは、外部電源の電力を受ける。前記スイッチ装置は、第１スイッチ回路と第２スイッチ回路により構成され、前記第１スイッチ回路は、前記外部電源と前記ドライバとの間に電気的に接続され、前記第２スイッチ回路は、前記第１スイッチ回路に電気的に接続される。前記第２スイッチ回路は、外部の制御信号を受け、前記第１スイッチ回路のオンまたはオフを制御する。前記第１スイッチ回路がオンにされた時、前記ドライバは、前記モーターの駆動を制御する。

本発明のモーターの制御システムとそのスイッチ装置に基づくと、スイッチ装置によってドライバのオンまたはオフを制御することで、モーターの運転を制御することができる。モーターが外部電源の電力を受け続けている状態のため、フィルタキャパシタが充放電する間の遷移（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）により生じる欠点を考慮する必要がない。また、大きな電流の流れを受けなければならないスイッチ素子を省いたことにより、大量生産においてより効果的にコストの削減をすることができる。

本発明に係わる目的、特徴、長所が一層明確に理解されるよう、以下に実施形態を例示し、これらについて添付の図面を参照にしながら、詳細に説明する。

図２と図３を参照すると、ここでは本発明におけるモーターの制御システムの構成概略図を表している。制御システム３は、モーター１に電気的に接続され、且つ、制御システム３とモーター１の両方は、外部電源Ｖ_ＩＮの電力を受ける。本実施例では、モーター１は、ＤＣ（直流）ブラシレスモータとすることができ、外部電源Ｖ_ＩＮは、電源供給器とすることができる。

図２に示すように、制御システム３は、主に、ドライバ１０とスイッチ装置２０によって構成される。ドライバ１０は、モーター１に電気的に接続され、スイッチ装置２０は、外部電源Ｖ_ＩＮとドライバ１０との間に直列に電気的に接続される。

本実施例では、ドライバ１０は、単一チップ素子、または集積回路素子とすることができる。ドライバ１０は、駆動信号を出力し、モーター１の運転を駆動することができる。駆動信号は、高／低レベル信号（方形波）とすることができ、特に本実施例では、ＰＷＭ信号とすることができる。また、こうした高／低レベル信号やＰＷＭ信号、または制御信号によって、ドライバ１０がモーター１の回転速度を制御するようにしてもよい。

本実施例では、スイッチ装置２０が外部の制御信号を受けて、オンまたはオフすることができる。制御信号は、高／低レベル信号で実施することができ、特に本実施例では、ＰＷＭ信号で実施することができる。制御信号がスイッチ装置２０をオンにした時、ドライバ１０は、外部電源Ｖ_ＩＮの電力に基づいてモーター１の運転を起動することができる。逆に、制御信号がスイッチ装置２０をオフにした時、ドライバ１０は、外部電源Ｖ_ＩＮの入力がないことから、駆動信号を発生してモーター１の運転を駆動することができなくなる。

ここで注意するのは、図２に示す第１ダイオードＤ_１と、フィルタキャパシタＣ_Ｓと、モーター１と、外部電源Ｖ_ＩＮとの間の接続関係は、図１と同じであるため、ここでは省略されるが、第２ダイオードＤ_２は、一端が外部電源Ｖ_ＩＮと第１ダイオードＤ_１の間に電気的に接続され、もう一端である他端がスイッチ装置２０に接続される。

図３を参照すると、スイッチ装置２０は、第１スイッチ回路２１と第２スイッチ回路２２により構成され、第１スイッチ回路２１は、第２ダイオードＤ_２とドライバ１０との間に直列に電気的に接続される。第２スイッチ回路２２は、第１スイッチ回路２１と接地端子との間に電気的に接続される。第２スイッチ回路２２は、制御信号を受け、第２スイッチ回路２２がオンにされた時、第１スイッチ回路２１もオンにされ、それによって外部電源Ｖ_ＩＮの電力をドライバ１０に入力させる。逆に、第２スイッチ回路２２がオフにされた時、第１スイッチ回路２１もオフにされ、それによってドライバ１０は外部電源Ｖ_ＩＮの電力を受けることができなくなる。

図４を参照すると、本発明におけるモーターの制御システムの回路図が示されている。図に示す第１スイッチ回路２１は、主に、第１スイッチ素子Ｑ_１と分圧器２１１とによって構成され、第２スイッチ回路２２は、主に、第２スイッチ素子Ｑ_２と調節器２２１とによって構成される。

第１スイッチ素子Ｑ_１は、第２ダイオードＤ_２とドライバ１０との間に電気的に接続され、分圧器２１１は、制御信号を受け、第１スイッチ素子Ｑ_１のオンまたはオフを制御する。

本実施例では、第１スイッチ素子Ｑ_１は、ＰＮＰトランジスタであり、分圧器２１１は、直列接続された第１レジスタ（抵抗）Ｒ_１と第２レジスタＲ_２とにより構成される。第１スイッチ素子Ｑ_１のコレクタＣは、ドライバ１０に電気的に接続され、第１スイッチ素子Ｑ_１のエミッタＥと第１レジスタＲ_１は、第２ダイオードＤ_２に同時に電気的に接続され、第１スイッチ素子Ｑ_１のベースＢは、第１レジスタＲ_１と第２レジスタＲ_２との間に電気的に接続され、外部電源Ｖ_ＩＮの電力を受ける分圧器２１１が分圧した電圧によって、第１スイッチ素子Ｑ_１のベースＢを機能させ、第１スイッチ素子Ｑ_１をオンにすることができる。

第２スイッチ素子Ｑ_２は、第２レジスタＲ_２と調節器２２１との間に電気的に接続され、調節器２２１は、制御信号を受け、第２スイッチ素子Ｑ_２のオンまたはオフを制御する。

本実施例では、第２スイッチ素子Ｑ_２は、ＮＭＯＳトランジスタであり、調節器２２１は、並列接続した第３レジスタＲ_３と第１コンデンサＣ_１とにより構成される。第２スイッチ素子Ｑ_２のドレインＤは、第２レジスタＲ_２に電気的に接続され、第２スイッチ素子Ｑ_２のソースＳは、前記接地端子に電気的に接続される。第３レジスタＲ_３と第１コンデンサＣ_１の一端（第１端）は、共に第２スイッチ素子Ｑ_２のゲートＧに電気的に接続され、もう一端である他端（第２端）は、共に第２スイッチ素子Ｑ_２のソースＳに電気的に接続される。

ここで注意するのは、第３レジスタＲ_３の抵抗値と第１コンデンサＣ_１の容量値を調整することで、正常値（規定値）を決定することができる、ということである。制御信号が規定値まで上昇または下降した時、第２スイッチ素子Ｑ_２はオフにされ、それに伴って第１スイッチ素子Ｑ_１もオフにされ、ドライバ１０は、外部電源Ｖ_ＩＮからの電力を受けることができず、モーター１の運転を停止する。例えば、制御信号がＰＷＭ信号であるならば、使用者は、正常値を２０％のデューティーサイクル（逆入力では、８０％である）に設定することができる。制御信号のデューティーサイクルが２０％より大きい時（逆入力では、８０％より小さい時）、第２スイッチ素子Ｑ_２は、オンにされる。制御信号のデューティーサイクルが２０％より小さい時（逆入力では、８０％より大きい時）、第２スイッチ素子Ｑ_２は、オフにされる。

図４を参照すると、ここでの第２スイッチ回路２２は、第３ダイオードＤ_３と、第４ダイオードＤ_４と、第４レジスタＲ_４と、を更に含む。第３ダイオードＤ_３の一端は、第２スイッチ素子Ｑ_２のゲートＧに電気的に接続され、もう一端である他端は、第２スイッチ素子Ｑ_２のソースＳに電気的に接続される。第４ダイオードＤ_４は、制御信号を受ける。第４レジスタＲ_４は、調節器２２１と第４ダイオードＤ_４との間に電気的に接続され、第４ダイオードＤ_４は、逆流を防ぐことができ、第４レジスタＲ_４は、電流制限器として用いることができる。

本発明のモーターの制御システムとそのスイッチ装置に基づくと、スイッチ装置は、制御信号に基づいて外部電源からの電力をドライバに伝送するかどうかを決めることができる。制御信号がスイッチ装置をオンにした時、外部電源の電力がドライバに提供され、モーターの運転を駆動することができる。制御信号がスイッチ装置をオフにした時、外部電源の電力は、ドライバに提供されず、モーターの運転を駆動することができない。ここで注意するのは、モーターとフィルタキャパシタが常に外部電源と接続されていることから、従来技術のような突入電流が発生しない。また、本発明は、大きな電流の流れを受けなければならないスイッチ素子を必要としないことから、より効果的にコストの支出を削減することができ、製造上、より効率を増すことができる。

以上、本発明の好適な実施例を例示したが、これは本発明を限定するものではなく、本発明の精神及び範囲を逸脱しない限りにおいては、当業者であれば行い得る少々の変更や改良を包含するものである。従って、本発明が保護を請求する範囲は、添付の特許請求の範囲を基準とする。

従来におけるモーターの制御システムの構成概略図である。本発明におけるモーターの制御システムの構成概略図（１）である。本発明におけるモーターの制御システムの構成概略図（２）である。本発明におけるモーターの制御システムの回路図である。

符号の説明

１モーター
２，３制御システム
１０ドライバ
２０スイッチ装置
２１第１スイッチ回路
２２第２スイッチ回路
２１１分圧器
２２１調節器
Ｖ_ＩＮ外部電源
Ｓスイッチ
Ｃ_ｓフィルタキャパシタ
Ｃ_１第１コンデンサ
Ｄ_１第１ダイオード
Ｄ_２第２ダイオード
Ｄ_３第３ダイオード
Ｄ_４第４ダイオード
Ｒ_１第１レジスタ
Ｒ_２第２レジスタ
Ｒ_３第３レジスタ
Ｒ_４第４レジスタ
Ｑ_１第１スイッチ素子
Ｑ_２第２スイッチ素子
Ｂベース
Ｃコレクタ
Ｅエミッタ
Ｇゲート
Ｓソース
Ｄドレイン

Claims

モーターの制御システムであって、前記制御システムは、モーターに電気的に接続され、且つ、前記制御システムと前記モーターは、外部電源の電力を受け、
前記モーターに電気的に接続されたドライバと、
前記外部電源と前記ドライバとの間に電気的に接続され、且つ、外部の制御信号を受けてオンまたはオフになり、それがオンにされた時、前記ドライバが前記外部電源に基づいて前記モーターの運転を起動するスイッチ装置と、を含むモーターの制御システム。
前記ドライバは、単一チップ素子、または集積回路素子である請求項１に記載のモーターの制御システム。
前記ドライバは、高／低レベル信号、パルス幅変調信号、または前記制御信号によって前記モーターの回転速度を制御する請求項１に記載のモーターの制御システム。
前記スイッチ装置は、前記制御信号が規定値まで上昇または下降した時、前記モーターの運転を停止する調節器を更に含む請求項１に記載のモーターの制御システム。
前記外部電源と前記モーターとの間は、第１ダイオードが設置され、前記外部電源と前記ドライバとの間は、第２ダイオードが設置される請求項１に記載のモーターの制御システム。
前記スイッチ装置は、第１スイッチ回路と第２スイッチ回路により構成され、前記第１スイッチ回路は、前記外部電源と前記ドライバとの間に電気的に接続され、前記第２スイッチ回路は、前記第１スイッチ回路に電気的に接続され、且つ、前記第２スイッチ回路は、前記制御信号を受け、前記第１スイッチ回路のオンまたはオフを制御する請求項１に記載のモーターの制御システム。
前記第１スイッチ回路は、第１スイッチ素子と分圧器によって構成され、前記第１スイッチ素子は、前記外部電源と前記ドライバとの間に設置され、前記分圧器は、前記外部電源の電力を受け、前記第１スイッチ素子のオンまたはオフを制御する請求項６に記載のモーターの制御システム。
前記第１スイッチ素子は、ＰＮＰトランジスタである請求項７に記載のモーターの制御システム。
前記分圧器は、第１レジスタと第２レジスタとにより構成され、且つ、第１スイッチ素子のベースは、前記第１レジスタと前記第２レジスタとの間に電気的に接続され、前記第１スイッチ素子のエミッタは、前記外部電源に電気的に接続され、前記第１スイッチ素子のコレクタは、前記ドライバに電気的に接続される請求項８に記載のモーターの制御システム。
前記第２スイッチ回路は、第２スイッチ素子と調節器によって構成され、前記第２スイッチ素子は、前記第１スイッチ回路に電気的に接続され、前記調節器は、前記第２スイッチ素子に電気的に接続されると共に、前記制御信号を受け、前記第２スイッチ素子のオンまたはオフを制御する請求項６に記載のモーターの制御システム。
前記第２スイッチ素子は、ＮＭＯＳトランジスタである請求項１０に記載のモーターの制御システム。
前記第２スイッチ素子のドレインは、前記第１スイッチ回路に電気的に接続され、前記第２スイッチ素子のゲートは、前記調節器の一端に電気的に接続され、前記第２スイッチ素子のソースは、前記調節器の他端と、接地端子に電気的に接続される請求項１１に記載のモーターの制御システム。
前記第２スイッチ回路は、その第１端が前記第２スイッチ素子の前記ゲートに電気的に接続され、その第２端が前記第２スイッチ素子の前記ソースに電気的に接続される第３ダイオードを更に含む請求項１２に記載のモーターの制御システム。
前記第２スイッチ回路は、第４ダイオードと、第４レジスタを更に含み、前記第４ダイオードは、前記制御信号を受け、前記第４レジスタは、前記調節器と前記第４ダイオードとの間に電気的に接続される請求項１０に記載のモーターの制御システム。
前記調節器は、前記制御信号が規定値まで上昇または下降した時、前記モーターの運転を停止する請求項１０に記載のモーターの制御システム。
前記調節器は、第３レジスタと第１コンデンサの並列接続により構成される請求項１５に記載のモーターの制御システム。
前記制御信号は、高／低レベル信号、またはパルス幅変調信号である請求項１，３，４または１５に記載のモーターの制御システム。