JP2013233029A - 直流モーター制御装置、電動日射遮蔽装置及び直流モーター制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチング電源で直流モーター及びマイコンに直流電圧を供給する直流モーター制御装置において、消費電力を十分に低減し得る直流モーター制御装置を提供する。
【解決手段】スイッチング電源１は、モーター駆動回路８に直流電圧Ｖｄｃ２を供給する第一のスイッチング電源と、マイコン１４に直流電圧Ｖｄｃ４を供給する第二のスイッチング電源と、待機モード時に、マイコン１４から出力される制御信号ＣＴ１に基づいてスイッチング電源への交流電源Ｖａｃの供給を遮断するリレー装置４と備えた。
【選択図】図１

Description

この発明は、直流モーターの動作をマイコン制御する直流モーター制御装置に関するものであり、特に直流モーターで遮蔽材の動作を制御する電動日射遮蔽装置における直流モーター制御装置に関するものである。

電動カーテンの一種類として、マイコンで制御される直流モーターの駆動力でカーテン生地をカーテンレールに沿って移送可能としたものがある。
このような電動カーテンでは、電源回路から例えば２４Ｖの直流電圧をステッピングモーターに電源として供給し、５Ｖの直流電圧をマイコンに電源電圧として供給する必要がある。

異なる直流電源電圧を生成するための電源回路の一手法として、スイッチング電源に２種類の交流電圧を出力可能とした高周波トランスを備え、その高周波トランスから出力される２種類の交流電圧をそれぞれ直流電圧に整流する整流回路を備えたものがある。

このような電源回路では、２種類の交流電圧を出力する高周波トランスで電力消費が発生し、かつ各交流電圧を直流電圧に整流する整流回路で電力消費が発生するため、効率が悪い。

そこで、高周波トランスから１種類の交流電圧を出力し、その交流電圧に基づいて一つの整流回路でモーターに供給する直流電圧を生成し、その直流電圧からＤＣ／ＤＣコンバーターでマイコン用の直流電圧を生成する電源回路が提案されている。

特許文献１には、待機時にスイッチング電源の発振周波数及びデューティを制御して、消費電力を低減するようにしたスイッチング電源装置が開示されている。

特開平９−１４０１２８号公報

上記のようにＤＣ／ＤＣコンバーターでマイコン用の直流電圧を生成する電源回路では、ステッピングモーター用に生成された２４Ｖの直流電圧をＤＣ／ＤＣコンバーターで５Ｖに変換して供給するため、ＤＣ／ＤＣコンバーターによる電力損失が大きくなる。一般に、ＤＣ／ＤＣコンバーターでは入力電圧と出力電圧との差が大きくなるほど電力損失が大きくなるからである。

また、電動カーテンの操作時間すなわちステッピングモーターの動作時間は、ステッピングモーターの停止時間に比して僅かな時間であるにも関わらず、高周波トランスから出力される交流電圧が整流回路で常時直流電圧に整流されて出力される。従って、整流回路での電力損失も大きくなる。

特許文献１に開示されたスイッチング電源装置では、通常時には負荷に十分な電流を供給可能とした電流容量の大きい高周波トランスを使用するため、待機時にスイッチング電源の発振周波数及びデューティを制御しても、待機時の消費電力を十分に削減できていない。

この発明の目的は、スイッチング電源で直流モーター及びマイコンに直流電圧を供給する直流モーター制御装置において、消費電力を十分に低減し得る直流モーター制御装置を提供することにある。

請求項１では、交流電源の供給に基づいて直流電圧を生成するスイッチング電源と、前記スイッチング電源から出力される直流電圧の供給に基づいて直流モーターを駆動するモーター駆動回路と、前記スイッチング電源から出力される直流電圧の供給に基づいて前記モーター駆動回路を制御するマイコンとを備えた直流モーター制御装置において、前記スイッチング電源は、前記モーター駆動回路に直流電圧を供給する第一のスイッチング電源と、前記マイコンに直流電圧を供給する第二のスイッチング電源と、待機モード時に、前記マイコンから出力される制御信号に基づいて前記スイッチング電源への交流電源の供給を遮断するリレー装置を備えた。

請求項２では、前記第一のスイッチング電源は、前記交流電源を平滑した第一の直流電圧を生成する第一の整流平滑回路と、前記第一の直流電圧をスイッチング電圧に変換して第一の高周波トランスの一次側コイルに供給する第一のスイッチング部と、前記第一の高周波トランスの二次側コイルの出力電圧を平滑して前記モーター駆動回路に供給する第二の直流電圧を生成する第一の高周波整流回路とを備え、前記第二のスイッチング電源は、前記交流電源を平滑した第三の直流電圧を生成する第二の整流平滑回路と、前記第三の直流電圧をスイッチング電圧に変換して第二の高周波トランスの一次側コイルに供給する第二のスイッチング部と、前記第二の高周波トランスの二次側コイルの出力電圧を平滑して前記マイコンに供給する第四の直流電圧を生成する第二の高周波整流回路とを備えた。

請求項３では、前記リレー装置は、前記制御信号に基づいて開閉する半導体リレーとした。
請求項４では、交流電源の供給に基づいて直流電圧を生成するスイッチング電源と、前記スイッチング電源から出力される直流電圧の供給に基づいて直流モーターを駆動するモーター駆動回路と、前記スイッチング電源から出力される直流電圧の供給に基づいて前記モーター駆動回路を制御するマイコンとを備え、前記直流モーターで日射遮蔽材を駆動する電動日射遮蔽装置において、前記スイッチング電源は、前記モーター駆動回路に直流電圧を供給する第一のスイッチング電源と、前記マイコンに直流電圧を供給する第二のスイッチング電源と、待機モード時に前記マイコンから出力される制御信号に基づいて前記第一のスイッチング電源への交流電源の供給を遮断するリレー装置を備えた。

請求項５では、交流電源を第一のスイッチング電源で直流電圧に変換して直流モーターを駆動するモーター駆動回路に供給し、前記交流電源を第二のスイッチング電源で直流電圧に変換して前記モーター駆動回路を制御するマイコンに供給し、待機モード時に、前記マイコンから出力される制御信号に基づいて前記第一のスイッチング電源への交流電源の供給を遮断する。

本発明によれば、スイッチング電源で直流モーター及びマイコンに直流電圧を供給する直流モーター制御装置において、消費電力を十分に低減し得る直流モーター制御装置を提供することができる。

一実施形態の直流モーター制御装置を示すブロック図である。 スイッチング電源及びモーター駆動回路を示す回路図である。 マイコンの動作を示すフローチャートである。

以下、この発明を具体化した直流モーター制御装置の一実施形態を図面に従って説明する。図１は、電動カーテンのカーテン生地（日射遮蔽材）を移送するための直流モーターの動作を制御する直流モーター制御装置を示す。

スイッチング電源１の第一の整流平滑回路２には、半導体リレー４を介して交流１００Ｖの商用交流電源が交流電圧Ｖａｃとして供給されるとともに、第二の整流平滑回路３には交流電圧Ｖａｃが直接供給されている。半導体リレー４は、後記マイコン１４から出力される制御信号ＣＴ１に基づいて導通して、第一の整流平滑回路２に交流電圧Ｖａｃを供給するとともに、制御信号ＣＴ１が入力されない場合には交流電圧Ｖａｃの供給を遮断する。

前記第一の整流平滑回路２は、入力された交流電圧Ｖａｃを直流電圧Ｖｄｃ１に平滑して第一のスイッチング部５に出力する。第一のスイッチング部５は、直流電圧Ｖｄｃ１の供給に基づいて、あらかじめ設定された周波数及びデューティのスイッチング電圧を生成し、そのスイッチング電圧を第一の高周波トランス６の一次側コイルＬ１に供給する。

前記第一の高周波トランス６の二次側コイルＬ２には、一次側コイルＬ１との巻数比に応じた交流電圧が誘起され、その交流電圧は第一の高周波整流回路７で直流電圧Ｖｄｃ２に整流されて出力される。

前記第一の高周波整流回路７から出力される直流電圧Ｖｄｃ２は、モーター駆動回路８を介して直流モーター９に供給される。直流モーター９は、モーター駆動回路８の動作に基づいて正転方向あるいは逆転方向に回転される。そして、直流モーター９の動作に基づいて、カーテン生地が引き出し方向あるいは畳み込み方向に移送される。

前記第二の整流平滑回路３は、入力された交流電圧Ｖａｃを直流電圧Ｖｄｃ３に平滑して第二のスイッチング部１０に出力する。第二のスイッチング部１０は、直流電圧Ｖｄｃ３の供給に基づいて、あらかじめ設定された周波数及びデューティのスイッチング電圧を生成し、そのスイッチング電圧を第二の高周波トランス１１の一次側コイルＬ３に供給する。

前記第二の高周波トランス１１の二次側コイルＬ４には、一次側コイルＬ３との巻数比に応じた交流電圧が誘起され、その交流電圧は第二の高周波整流回路１２で直流電圧Ｖｄｃ４に整流されて出力される。

第二の高周波整流回路１２から出力される直流電圧Ｖｄｃ４はＤＣ／ＤＣコンバーター１３を介してマイコン１４に電源として供給される。ＤＣ／ＤＣコンバーター１３は、直流電圧Ｖｄｃ４をマイコン１４の電源電圧として最適な電圧に変換する。

前記第一の高周波トランス６及び第一の高周波整流回路７の電流容量は、直流モーター９に駆動電流を供給する必要があるため、前記第二の高周波トランス１１及び第二の高周波整流回路１２より十分に大きな電流容量が確保されている。

前記マイコン１４には、前記直流モーター９の回転量及び回転方向を検出するエンコーダー１５の出力信号が入力される。そして、エンコーダー１５の出力信号に基づいて直流モーター９が停止状態であることを検出すると、前記半導体リレー４を不導通とする制御信号ＣＴ１を出力して、第一の整流平滑回路２への交流電圧Ｖａｃの供給を遮断するようになっている。

前記マイコン１４には、操作スイッチ１６からカーテン生地を移送操作するための操作信号が入力され、マイコン１４はその操作信号に基づいて前記直流モーター９の動作を制御する。

図２は、図１に示す直流モーター制御装置の具体的構成を示す。前記第一の整流平滑回路２は、ブリッジ回路１７とコンデンサＣ１により交流電圧Ｖａｃを平滑して直流電圧Ｖｄｃ１を生成する。前記第二の整流平滑回路３は、ブリッジ回路１８とコンデンサＣ２により交流電圧Ｖａｃを平滑して直流電圧Ｖｄｃ３を生成する。

前記第一のスイッチング部５の出力端子は、ダイオードＤ１のアノードに接続され、そのダイオードＤ１のカソードが抵抗Ｒ１とコンデンサＣ３の並列回路を介して第一の高周波トランス６の一次側コイルＬ１の一端に接続される。また、一次側コイルＬ１の他端がダイオードＤ１のアノードに接続される。

そして、第一のスイッチング部５からスイッチング信号が出力されると、一次側コイルＬ１にスイッチング電圧が供給される。
前記第一の高周波整流回路７の出力端子には、比較検出回路１９が接続されている。この比較検出回路１９は、第一の高周波整流回路７から出力される直流電圧Ｖｄｃ２を検出し、その直流電圧Ｖｄｃ２があらかじめ設定された電圧より低くなると、第一のスイッチング部５に制御信号ＣＴ２を出力する。

第一のスイッチング部５では、制御信号ＣＴ２に基づいてダイオードＤ１に出力するスイッチング信号のデューティを制御する。このような動作により、第一の高周波整流回路７から出力される直流電圧Ｖｄｃ２が直流モーター９の電源として最適な電圧、例えば２４Ｖとなるように制御される。

前記モーター駆動回路８は、マイコン１４から出力される制御信号ＣＴ３に基づいて動作するＭＯＳトランジスタＴと、マイコン１４から出力される制御信号ＣＴ４に基づいて動作するリレー２０とで構成される。

そして、通常動作時には制御信号ＣＴ３によりＭＯＳトランジスタＴがオンされ、直流モーター９に直流電圧Ｖｄｃ２が供給される。また、制御信号ＣＴ４によりリレー２０が切り替えられて、直流モーター９に供給される駆動電流の方向が切り替えられ、直流モーター９の回転方向が制御される。

また、待機時には制御信号ＣＴ３によりＭＯＳトランジスタＴがオフされ、直流モーター９への駆動電流の供給が停止され、直流モーター９の動作が停止される。
前記第二のスイッチング部１０の出力端子は、第一のスイッチング部５と同様な構成のダイオードＤ２、抵抗Ｒ２、コンデンサＣ４を介して第二の高周波トランス１１の一次側コイルＬ３の一端に接続される。また、一次側コイルＬ３の他端がダイオードＤ２のアノードに接続される。

そして、第二のスイッチング部１０からスイッチング信号が出力されると、一次側コイルＬ３にスイッチング電圧が供給される。
前記第二の高周波トランス１１に設けられた二次側コイルＬ５には、第二の高周波整流回路１２から出力される直流電圧Ｖｄｃ４をモニターするためのモニター回路２１が接続されている。モニター回路２１から出力されるモニター電圧Ｖｍは、第二のスイッチング部１０に入力される。そして、第二のスイッチング部１０は入力されるモニター電圧Ｖｍが所定の電圧となるように、第二の高周波トランス１１の一次側コイルＬ３に出力するスイッチング信号のデューティを制御する。

前記マイコン１４は、前記エンコーダー１５から出力される検出信号と、前記操作スイッチ１６から出力される操作信号と、あらかじめ格納されているプログラムとに基づいて前記制御信号ＣＴ１，ＣＴ３，ＣＴ４を出力する。

次に、上記のように構成された直流モーター制御装置の作用を図３に従って説明する。
スイッチング電源１にＡＣ１００Ｖが供給されると、スイッチング電源１から直流電圧Ｖｄｃ２，Ｖｄｃ４が出力され、マイコン１４に電源が供給された状態となる。

マイコン１４は、電源の供給に基づいて電動カーテンのカーテン生地の移送位置情報等の初期化を行い（Ｓ１）、待機モードに移行する（Ｓ２）。待機モードでは、マイコン１４から半導体リレー４に制御信号ＣＴ１が出力されず、半導体リレー４が不導通状態となって第一の整流平滑回路２への交流電圧Ｖａｃの供給が遮断される。

また、マイコン１４からモーター駆動回路８に制御信号ＣＴ３，ＣＴ４が出力されず、ＭＯＳトランジスタＴがオフされてリレー２０が不導通状態となる。
待機モードに移行後は、マイコン１４は操作スイッチ１６からの操作信号の入力を待つ状態となる（Ｓ３）。

この状態で、操作スイッチ１６が操作されると、マイコン１４は操作信号の入力に基づいて通常の動作モードに移行して（Ｓ４）、制御信号ＣＴ１，ＣＴ３，ＣＴ４を出力する。すると、半導体リレー４が導通状態となって第一の整流平滑回路２に交流電圧Ｖａｃが供給され、第一の高周波トランス６及び第一の高周波整流回路７を介して直流電圧Ｖｄｃ２がモーター駆動回路８に供給される。

モーター駆動回路８では、制御信号ＣＴ３によりＭＯＳトランジスタＴがオンされて、直流モーター９に直流電圧Ｖｄｃ２が供給される状態となる。
そして、マイコン１４に入力された操作信号に基づいて、直流モーター９が作動してカーテン生地が移送される（Ｓ５）。操作信号に基づく動作が終了して、エンコーダー１５の出力信号に基づいて直流モーター９の停止を検出すると（Ｓ６）、Ｓ２に移行して上記のような待機モードの処理に移行する。

上記のように構成された直流モーター制御装置では、次に示す効果を得ることができる。
（１）第一及び第二の高周波トランス６，１１を使用したスイッチング電源１で直流モーター９及びマイコン１４に供給する直流電圧Ｖｄｃ２，Ｖｄｃ４を生成することができる。従って、商用電源をトランスで降圧して平滑する電源回路に比して、電力効率を向上させることができる。
（２）動作モードでは、電流容量の大きい第一の高周波トランス６及び第一の高周波整流回路７から直流モーター９用の直流電圧Ｖｄｃ２をモーター駆動回路８に供給し、電流容量の小さい第二の高周波トランス１１及び第二の高周波整流回路１２からマイコン１４用の直流電圧Ｖｄｃ４を供給することができる。待機モードでは第一の整流平滑回路２への交流電圧Ｖａｃの供給を遮断することができる。従って、待機モードにおいて電流容量の大きい第一の整流平滑回路２への交流電圧Ｖａｃの供給を遮断して、第一の整流平滑回路２、第一のスイッチング部５、第一の高周波トランス６及び第一の高周波整流回路７での電力損失を無くすことができる。
（３）待機モードでは第一の整流平滑回路２への交流電圧Ｖａｃの供給を遮断することができる。従って、モーター駆動回路８のリレー２０やＭＯＳトランジスタＴに動作不良が発生しても、待機モード時には直流モーター９に電源が供給されないので、待機モードでの直流モーター９の誤動作を確実に防止することができる。
（４）通常モード及び待機モードにおいて、小容量の第二の整流平滑回路３及び第二の高周波トランス１１及び第二の高周波整流回路１２でマイコン１４用の直流電圧Ｖｄｃ４を効率よく生成することができる。
（５）第一の整流平滑回路２の前段に位置する半導体リレー４で交流電圧Ｖａｃの供給を遮断することにより、直流モーター９への電源供給を遮断するので、半導体リレー４の接点容量を小さくすることができる。従って、半導体リレー４の使用が容易となる。また、制御信号ＣＴ１により、半導体リレー４を交流電圧Ｖａｃのゼロクロスポイントで開閉することにより、開閉動作時の電力損失を低減することができる。
（６）待機モードとなる時間が動作モードとなる時間に比して充分に長い電動カーテンでは、待機モード時の消費電力を低減することにより、総消費電力を大きく低減することができる。

上記実施形態は、以下の態様で実施してもよい。
・電動カーテン以外に、直流モーターを使用した横型ブラインド、ロールブラインド、オーニング、シャッター、縦型ブラインド等の直流モーター制御装置として実施することもできる。

１…スイッチング電源、２…第一の整流平滑回路、３…第二の整流平滑回路、４…リレー装置（半導体リレー）、５…第一のスイッチング部、６…第一の高周波トランス、７…第一の高周波整流回路、８…モーター駆動回路、９…直流モーター、１０…第二のスイッチング部、１１…第二の高周波トランス、１４…マイコン、ＣＴ１…制御信号、Ｖａｃ…交流電圧、Ｖｄｃ１〜Ｖｄｃ４…直流電圧。

Claims (5)

1. 交流電源の供給に基づいて直流電圧を生成するスイッチング電源と、
   前記スイッチング電源から出力される直流電圧の供給に基づいて直流モーターを駆動するモーター駆動回路と、
   前記スイッチング電源から出力される直流電圧の供給に基づいて前記モーター駆動回路を制御するマイコンと
   を備えた直流モーター制御装置において、
   前記スイッチング電源は、
   前記モーター駆動回路に直流電圧を供給する第一のスイッチング電源と、
   前記マイコンに直流電圧を供給する第二のスイッチング電源と、
   待機モード時に、前記マイコンから出力される制御信号に基づいて前記スイッチング電源への交流電源の供給を遮断するリレー装置と
   を備えたことを特徴とする直流モーター制御装置。
2. 前記第一のスイッチング電源は、
   前記交流電源を平滑した第一の直流電圧を生成する第一の整流平滑回路と、
   前記第一の直流電圧をスイッチング電圧に変換して第一の高周波トランスの一次側コイルに供給する第一のスイッチング部と、
   前記第一の高周波トランスの二次側コイルの出力電圧を平滑して前記モーター駆動回路に供給する第二の直流電圧を生成する第一の高周波整流回路と
   を備え、
   前記第二のスイッチング電源は、
   前記電源を平滑した第三の直流電圧を生成する第二の整流平滑回路と、
   前記第三の直流電圧をスイッチング電圧に変換して第二の高周波トランスの一次側コイルに供給する第二のスイッチング部と、
   前記第二の高周波トランスの二次側コイルの出力電圧を平滑して前記マイコンに供給する第四の直流電圧を生成する第二の高周波整流回路と
   を備えたことを特徴とする請求項１記載の直流モーター制御装置。
3. 前記リレー装置は、前記制御信号に基づいて開閉する半導体リレーとしたことを特徴とする請求項１又は２記載の直流モーター制御装置。
4. 交流電源の供給に基づいて直流電圧を生成するスイッチング電源と、
   前記スイッチング電源から出力される直流電圧の供給に基づいて直流モーターを駆動するモーター駆動回路と、
   前記スイッチング電源から出力される直流電圧の供給に基づいて前記モーター駆動回路を制御するマイコンと
   を備え、
   前記直流モーターで日射遮蔽材を駆動する電動日射遮蔽装置において、
   前記スイッチング電源は、
   前記モーター駆動回路に直流電圧を供給する第一のスイッチング電源と、
   前記マイコンに直流電圧を供給する第二のスイッチング電源と、
   待機モード時に、前記マイコンから出力される制御信号に基づいて前記第一のスイッチング電源への交流電源の供給を遮断するリレー装置と
   を備えたことを特徴とする電動日射遮蔽装置。
5. 交流電源を第一のスイッチング電源で直流電圧に変換して直流モーターを駆動するモーター駆動回路に供給し、前記交流電源を第二のスイッチング電源で直流電圧に変換して前記モーター駆動回路を制御するマイコンに供給し、待機モード時に、前記マイコンから出力される制御信号に基づいて前記第一のスイッチング電源への交流電源の供給を遮断することを特徴とする直流モーター制御方法。