JP2016086607A - ブラシレス直流モーターの回転速度制御システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ブラシレス直流モーターの回転速度制御システムはブラシレス直流モーター20、少なくとも1個のホールセンサー部品11、インバーター回路12、ゲート駆動回路13、マイクロコントローラー14を備える。2個の固定子21のコイル回路を交互に駆動する方式を通して、低速運転時に高トルクを出力し、及び任意の固定子21のコイル回路を駆動する方式を通して、高速運転時に低トルクを出力できる回転速度制御効果を達成する。
【選択図】図1
Description
それは、自動コントロールと電動機器分野に広く運用されている他、日常生活では多くの家電製品に、モーターが運用されている。
そのため、モーターの種類と運用もますます多様化している。
その基本構造は、固定子(Stator)とローター(Rotor)により構成される。
交流モーターは実際の運転時に、その回転速度は、供給される電流の周波数と正比例するため、原則的には、周波数が高くなればなるほど回転速度も速くなる。
インバーターが交流モーターの変速コントロールに応用されるようになり、工業的には既にかなりの期間となることと、近年の大型IC回路の急速な発展によるパワー電子部品の進歩により、複雑なコントロールが、マイクロプロセッサーを基礎とするソフトウエアにより実現されるようになっている。
永久磁石は磁場を構成し、コイルを巻いた電磁磁石はローターを構成する。
電流の方向を適時に改変することで、ローターは同一方向に持続的に回転する。
その動作原理の、ブラシ式直流モーターとの最大の差異は、ブラシレス直流モーターは電子式の整流に改変し、ローターと固定子磁場を所定位相差に保持する目的を達成することである。
しかし、モーターに大きな負荷がかかっている時には、深刻なトルク不足の問題が起きる。
そのため、電力が大きい電源を選択しなければ、モーターを靜止状態から起動して運転させることはできない。
これでは、ブラシレス直流モーターに使用する電源は制限されるばかりか、ブラシレス直流モーターのフルタイム運転過程においてもより多くの電力を消費してしまう。
これでは、ブラシレス直流モーターに使用する電源は制限されるばかりか、ブラシレス直流モーターのフルタイム運転過程においてもより多くの電力を消費してしまう。
ブラシレス直流モーターには、2個の固定子、1個のローターを設置する。
2個の固定子は、相同の軸心に沿って配列し設置される。
各固定子は、円環状を備える本体を備える。
本体上には、本体中心へと延伸する固定子歯を設置する。
各固定子歯末端には、チップを設置する。
各固定子歯上には、所定のゲート数のコイルを巻いて設置する。
しかも、2個の固定子のチップは、相互に交差し取り囲んで、円孔状構造形態を呈する。
ローターは、2個の固定子の円孔状構造形態内に相対して設置される。
ローターは、シャフト上に、複数の永久磁石を取り囲んで設置する。
しかも、全ての永久磁石は、シャフトの外周において、N極/S極が交差して配置する方式で配列して設置される。
ゲート駆動回路は、マイクロコントローラーとインバーター回路との電気的連接を構成する。
マイクロコントローラーにより、外部の回転速度制御信号に連接する。
しかも、マイクロコントローラー及びゲート駆動回路の統合作動に対応し、受信した回転速度制御信号、及びホールセンサー部品が伝送する信号に基づき、2個の固定子のコイル回路を交互に駆動し、或いは任意の固定子のコイル回路を駆動し、通電した固定子とローターに、相互作用電磁場を形成させる。
こうして、ローターは同一方向に持続的に回転する。
これにより、2個の固定子のコイル回路を交互に駆動する方式を通して、低速運転時に高トルクを出力し、及び任意の固定子のコイル回路を駆動する方式を通して、高速運転時に低トルクを出力できる回転速度制御効果を達成する。
上述の技術的特徴に基づき、ブラシレス直流モーターの回転速度制御システムは、ブラシレス直流モーターのローター周辺に、少なくとも1個のホールセンサー部品を設置し、ローターの永久磁石位置の変化に応じて、対応する電流信号を発生する。
上述の技術的特徴に基づき、インバーター回路は、直列または並列接続方式を採用し、電気的に連接する。
上述の技術的特徴に基づき、隣接するチップとの間隙の範囲は、2mm〜5mmである。
上述の技術的特徴に基づき、各固定子歯の隣接するコイルとの間隔(180度/m)の電気角を有する。mは固定子の個数である。
上述の技術的特徴に基づき、ブラシレス直流モーターのローター周辺には、少なくとも1個のホールセンサー部品を設置し、マイクロコントローラーと電気的に連接し、ホールセンサー部品により、ローターの回転速度を探知する。
上述の技術的特徴に基づき、ブラシレス直流モーターのローター周辺には、少なくとも2個のホールセンサー部品を設置し、マイクロコントローラーと電気的に連接し、内1個のホールセンサー部品により、ローターの回転速度を探知し、別の1個のホールセンサー部品により、電流交換のタイミングを探知する。
上述の技術的特徴に基づき、ブラシレス直流モーターのローター周辺には、少なくとも3個のホールセンサー部品を設置し、マイクロコントローラーと電気的に連接し、内1個のホールセンサー部品により、ローターの回転速度を探知し、別の1個のホールセンサー部品により、電流交換のタイミングを探知し、別の1個のホールセンサー部品により、ローターの回転方向を探知して判断する。
上述の技術的特徴に基づき、マイクロコントローラーにより、外部回転速度制御信号及び少なくとも1個のホールセンサー部品の電流信号に連接し、しかも受信した回転速度制御信号、及びホールセンサー部品が伝送する信号に基づき、ゲート極を制御して、回路を駆動し、2個の固定子のコイル回路を交互に駆動する。
各固定子には、8個の固定子歯をそれぞれ設置し、ローターには、8個の永久磁石を設置する。
各固定子には、偶数個の固定子歯をそれぞれ設置し、ローターには、偶数個の永久磁石を設置する。
各固定子には、偶数個の固定子歯をそれぞれ設置し、ローターには、固定子に対応する偶数個の永久磁石を設置する。
各固定子は、複数の相同構造形態のシリコンスチール片を重ねて構成する。
各永久磁石の軸方向の長さは、2個の固定子のチップの設置範囲を含む。
本発明の一実施形態によるブラシレス直流モーターの回転速度制御システムは、低速運転時に高トルクを出力でき、及び高速運転時に低トルクを出力できるブラシレス直流モーターの回転速度制御システムであって、低速運転時に高トルクを出力し、高速運転時に低トルクを出力する回転速度制御効果を達成でき、非常に広い範囲の回転速度の変化に対応可能である。
本発明のブラシレス直流モーターの回転速度制御システムの構成模式図である図1に示すように、本発明のブラシレス直流モーターの回転速度制御システムは、一ブラシレス直流モーター20、少なくとも1個のホールセンサー部品11、インバーター回路12、ゲート駆動回路13、マイクロコントローラー14を備える。
2個の固定子21は、相同の軸心に沿って配列し設置される。
各固定子21は、円環状を備える本体211を備える。
本体211上には、本体211中心へと延伸する固定子歯212を設置する。
各固定子歯212末端には、チップ213を設置する。
各固定子歯213上には、所定のゲート数のコイル214を巻いて設置する。
しかも、2個の固定子21のチップ213は、相互に交差して取り囲み、円孔状の構造形態を呈する。
ローター22は、シャフト221上に、複数の永久磁石222を取り囲んで設置する。
しかも、全ての永久磁石222は、シャフト221の外周において、N極/S極が交差して配置する方式で配列して設置される。
ここで、機械角と電気角の関係は、固定子の個数により決まることは疑いの余地を挟まない。
各固定子歯212の隣接するコイルとの相互間の間隔(180度/m)の電気角を有する。mは、固定子の個数である。
よって、電気角の1個の周期は、機械角の1個の周期と対応しない。
本発明の実施形態では、2個の固定子21を例とし、各固定子21の固定子歯212は8個で、その電気角の1個の周期は、ローター22の回転角の1/4に相当する。
この時、電気角が一定角度中の感知電圧であろうとも、機械角の異なる位置で検出された感知電圧に変わる。
もし、機械角が異なるなら、固定子21の個数の機械式構造に基づき、感知電圧中で変化の状況が生じる。
これにより、ローター22の永久磁石222の位置の変化に応じて、対応する電流信号を発生する。
本実施形態中では、ブラシレス直流モーター20のローター22周辺には、マイクロコントローラー14と電気的に連接する3個のホールセンサー部品11を設置する。
1個のホールセンサー部品は、ローターの回転速度を感知し、1個のホールセンサー部品は、電流交換のタイミングを感知し、1個のホールセンサー部品は、ローターの回転方向を感知して判断する。
インバーター回路12は、少なくとも4個の電子部品により構成される。
各電子部品は、電気的に連接し、インバーター回路12を構成する。
本発明実施形態では、電子部品は8個である。
インバーター回路12は、直列または並列接続方式を採用し、電気的に連接する。
マイクロコントローラー14により、外部回転速度制御信号及び少なくとも1個のホールセンサー部品11の電流信号に連接する。
電子部品は、トランジスターである。
トランジスターQ1〜Q4は、1個の固定子のコイル回路に連接する。
トランジスターQ5〜Q8は、別の1個の固定子のコイル回路に連接する。
ゲート駆動回路13は、トランジスターQ1〜Q8にそれぞれ連接する。
これにより、トランジスターQ1〜Q8のオープン或いは遮断をコントロールする。
インバーター回路12は、複数の電子部品を同時に起動し、対応する電子部品の電磁場を切換え、N極/S極交差を形成する。
これにより、2個の固定子21のコイル回路を同時に起動して交互に駆動し、ゲート駆動回路13は、トランジスターQ1〜Q8のオープン或いは遮断をコントロールする。
これにより、2個の固定子21のコイル回路に交互に通電する。
インバーター回路12は、いくつかの電子部品だけを駆動し、任意の固定子に影響を及ぼす電子部品に切り換える。
こうして、任意の固定子21のコイル回路を駆動し、通電した固定子21と対応するローター22とは、相互作用電磁場を形成し、ゲート駆動回路13は、トランジスターQ1〜Q8のオープン或いは遮断をコントロールする。
これにより、任意の固定子21のコイル回路は単相通電する。
しかも、マイクロコントローラー14及びゲート駆動回路13の統合作動に対応し、受信した回転速度制御信号、及びホールセンサー部品11が伝送する信号に基づき、2個の固定子21のコイル回路(図5参照)を交互に駆動し、或いは任意の固定子21のコイル回路(図6参照)を駆動する方式で、通電した固定子21とローター22に、相互作用電磁場を形成させる。
こうして、ローター22は同一方向に持続的に回転する。
しかも、設定した回転速度まで運転後、任意の固定子のコイル回路を駆動する方式での運転に切り換えられる。
これにより、ブラシレス直流モーター使用電源の制限を低下させられるばかりか、ブラシレス直流モーターのフルタイム運転過程において節電効果を備える。
本実施形態中では、各固定子21には、8個の固定子歯212をそれぞれ設置し、ローター22には、8個の永久磁石222を設置する。
しかも、各永久磁石222の軸方向の長さは好ましくは、2個の固定子21のチップ213の設置範囲を含む。
例えば、8個の固定子歯212は、4個の永久磁石222に対応し、或いは各固定子21には、偶数個の固定子歯212をそれぞれ設置し、ローター22には、固定子21に対応する偶数個の永久磁石222を設置する。
しかも、適当な駆動回路の対応作動により、各固定子のコイル整流タイミングを効果的にコントロールでき、ブラシレス直流モーター全体の運転効率を簡単に向上させられ、或いは回転速度の変化範囲を拡大することができる。
その回転速度制御の方法は、高出力の電源を使用しなくとも、モーターの運転を起動することができる。
こうして、ブラシレスモーター制御システムは、低速運転時に高トルクを出力し、高速運転時に低トルクを出力する回転速度制御効果を達成でき、非常に広い範囲の回転速度の変化に対応可能である。
11 ホールセンサー部品
12 インバーター回路
13 ゲート駆動回路
14 マイクロコントローラー
20 ブラシレス直流モーター
21 固定子
211 本体
212 固定子歯
213 チップ
214 コイル
22 ローター
221 シャフト
222 永久磁石
しかも、2個の固定子21のチップ213は、ローター22を取り囲む周方向に交互に配置されることにより、それぞれ円孔状の構造形態を呈する。
ローター22は、シャフト221上に、複数の永久磁石222を取り囲んで設置する。
しかも、全ての永久磁石222は、シャフト221の外周において、N極/S極が交互に配置する方式で配列して設置される。
ここで、機械角と電気角の関係は、固定子の個数により決まることは疑いの余地を挟まない。
各固定子歯212の隣接するコイルの相互間の間隔は、180度/mの電気角を有する。mは、固定子の個数である。
よって、電気角の1個の周期は、機械角の1個の周期と対応しない。
本発明の実施形態では、2個の固定子21を例とし、各固定子21の固定子歯212は8個で、その電気角の1個の周期は、ローター22の回転角の1/4に相当する。
この時、電気角が一定角度中の感知電圧であろうとも、機械角の異なる位置で検出された感知電圧に変わる。
もし、機械角が異なるなら、固定子21の個数の機械式構造に基づき、感知電圧中で変化の状況が生じる。
Claims (17)
- ブラシレス直流モーターの回転速度制御システムは、少なくともブラシレス直流モーター、インバーター回路、ゲート駆動回路、マイクロコントローラーを備え、
前記ブラシレス直流モーターには、2個の固定子、1個のローターを設置し、前記2個の固定子は、相同の軸心に沿って配列し設置され、前記各固定子は、円環状を備える本体を備え、前記本体上には、本体中心へと延伸する固定子歯を設置し、前記各固定子歯末端には、チップを設置し、前記各固定子歯上には、所定のゲート数のコイルを巻いて設置し、しかも前記2個の固定子のチップは、相互に交差し取り囲んで、円孔状構造形態を呈し、前記ローターは、2個の固定子の円孔状構造形態内に相対して設置され、前記ローターは、シャフト上に、複数の永久磁石を取り囲んで設置し、しかも全ての永久磁石は、シャフトの外周において、N極/S極が交差して配置する方式で配列して設置され、
前記インバーター回路は、ブラシレス直流モーターの2個の固定子と直流電源との間に電気的に連接し、
前記ゲート駆動回路は、前記マイクロコントローラーと前記インバーター回路との電気的連接を構成し、前記マイクロコントローラーにより、外部の回転速度制御信号に連接することを特徴とするブラシレス直流モーターの回転速度制御システム。 - 前記ブラシレス直流モーターの回転速度制御システムは、ブラシレス直流モーターのローター周辺に、少なくとも1個のホールセンサー部品を設置し、
前記ローターの永久磁石位置の変化に応じて、対応する電流信号を発生することを特徴とする請求項1に記載のブラシレス直流モーターの回転速度制御システム。 - 前記インバーター回路は、直列または並列接続方式を採用し、電気的に連接することを特徴とする請求項1に記載のブラシレス直流モーターの回転速度制御システム。
- 前記隣接するチップとの間隙の範囲は、2mm〜5mmであることを特徴とする請求項1に記載のブラシレス直流モーターの回転速度制御システム。
- 前記各固定子歯の隣接するコイルとの間隔(180度/m)の電気角を有する。mは固定子の個数であることを特徴とする請求項1に記載のブラシレス直流モーターの回転速度制御システム。
- 前記ブラシレス直流モーターの回転速度制御システムにおいて、前記ブラシレス直流モーターのローター周辺には、少なくとも1個のホールセンサー部品を設置し、前記マイクロコントローラーと電気的に連接し、
前記ホールセンサー部品により、前記ローターの回転速度を探知することを特徴とする請求項2に記載のブラシレス直流モーターの回転速度制御システム。 - 前記ブラシレス直流モーターの回転速度制御システムにおいて、前記ブラシレス直流モーターのローター周辺には、少なくとも2個のホールセンサー部品を設置し、前記マイクロコントローラーと電気的に連接し、
内1個のホールセンサー部品により、前記ローターの回転速度を探知し、別の1個のホールセンサー部品により、電流交換のタイミングを探知することを特徴とする請求項2に記載のブラシレス直流モーターの回転速度制御システム。 - 前記ブラシレス直流モーターの回転速度制御システムにおいて、前記ブラシレス直流モーターのローター周辺には、少なくとも3個のホールセンサー部品を設置し、前記マイクロコントローラーと電気的に連接し、
内1個のホールセンサー部品により、前記ローターの回転速度を探知し、別の1個のホールセンサー部品により、電流交換のタイミングを探知し、さらに別の1個のホールセンサー部品により、前記ローターの回転方向を探知して判断することを特徴とする請求項2に記載のブラシレス直流モーターの回転速度制御システム。 - 前記マイクロコントローラーにより、外部回転速度制御信号、及び前記少なくとも1個のホールセンサー部品の電流信号に連接し、しかも受信した回転速度制御信号、及び前記ホールセンサー部品が伝送する信号に基づき、前記ゲート極を制御して、回路を駆動し、2個の固定子のコイル回路を交互に駆動することを特徴とする請求項2に記載のブラシレス直流モーターの回転速度制御システム。
- 前記マイクロコントローラー14により、外部回転速度制御信号、及び前記少なくとも1個のホールセンサー部品の電流信号に連接し、しかも受信した回転速度制御信号、及び前記ホールセンサー部品が伝送する信号に基づき、任意の固定子のコイル回路を駆動し、これにより通電した固定子と対応するローターとは、相互作用電磁場を形成することを特徴とする請求項2に記載のブラシレス直流モーターの回転速度制御システム。
- 前記各固定子には、8個の固定子歯をそれぞれ設置し、前記ローターには、8個の永久磁石を設置することを特徴とする請求項1〜10の任意の1項に記載のブラシレス直流モーターの回転速度制御システム。
- 前記各固定子には、偶数個の固定子歯をそれぞれ設置し、
前記ローターには、偶数個の永久磁石を設置することを特徴とする請求項1〜10の任意の1項に記載のブラシレス直流モーターの回転速度制御システム。 - 前記各固定子には、偶数個の固定子歯をそれぞれ設置し、
前記ローターには、前記固定子に対応する偶数個の永久磁石を設置することを特徴とする請求項1〜10の任意の1項に記載のブラシレス直流モーターの回転速度制御システム。 - 前記各固定子は、相同の構造形態の複数のシリコンスチール片をそれぞれ重ねて構成することを特徴とする請求項1〜10の任意の1項に記載のブラシレス直流モーターの回転速度制御システム。
- 前記各永久磁石の軸方向の長さは、前記2個の固定子のチップの設置範囲を含むことを特徴とする請求項1〜10の任意の1項に記載のブラシレス直流モーターの回転速度制御システム。
- 前記インバーター回路は、8個の電子部品を含み、
前記各電子部品の内の4個の電子部品は、1個の固定子のコイル回路に連接し、
別の前記各電子部品は、別の1個の固定子のコイル回路に連接し、
前記ゲート駆動回路は、前記各電子部品にそれぞれ連接することを特徴とする請求項1〜10の任意の1項に記載のブラシレス直流モーターの回転速度制御システム。 - 前記インバーター回路は、8個のトランジスターを備え、
前記各トランジスターの内の4個のトランジスターは、1個の固定子のコイル回路に連接し、
別の前記各トランジスターは、別の1個の固定子のコイル回路に連接し、
前記ゲート駆動回路は、前記各トランジスターにそれぞれ連接することを特徴とする請求項1〜10の任意の1項に記載のブラシレス直流モーターの回転速度制御システム。
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