JP3105727U - プログラマブル快速モータートルクコントローラ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 主とし通常スイッチング・パワーサプライに使用される電流型モデュレーション・コントローラを利用してモーターの運転電流に対して即時にハードウェア制御を行い、マイクロ・コントロールユニットを制御のインターフェースとし、比較器及び関連アナログ電気回路の使用を経由して、モーターの即時電流とマイクロ・コントロールユニット命令の差異を、電流制限型コントローラの転換スイッチの出力信号によって、更にモスフェット・スイッチの部品を制御し、モーターの実際運行電流をコントロールして、デジタル信号処理機の10分の1に近い代価で、デジタル信号処理機に近似した機能を持たせる。
【選択図】 図2
Description
しかしこのようなモデュレーション・チップは、設計段階で既にサポート可能な機能が定義され、特殊なニーズに対応して適当な機能を修正して定義することはできない。
例えば、電気自転車に使用する場合において、モーターが動力を出力しない時、モーターの電流回路を切断するような電子スイッチを定義しようとする場合、現行のモデュレーション・チップではこのような簡単な機能ですら達成できない。
更に、ゲートの高圧ドライバ及び参考電圧入力の制御機能を内蔵したモデュレーション・チップは、価格面でも無理なことが多い。
更に、制御状態に対して快速な調変を提供するためには、デジタル信号処理機はきわめて高い運転速度において作動しなければならず、低電力消費の設計には不適である。
しかしこのことは前記フリーホイール・ダイオード10がモーター11において反転する時、順方向導通状態となり、強力なブレーキ効果を形成する、この現象が電気自転車又はバイクにおいてバック運転を困難にするという問題がある。
本考案者は、上記従来のモーター・トルクコントローラに派生する各項の欠点に鑑みて新規改良を試み、長年の苦心研鑚の末、ついに本案のプログラマブル快速モーター・トルクコントローラの研究開発に成功した。
本考案のもう一つの目的は、内蔵電源回路のスイッチを通じてモーター運転の抵抗を下げる効果を達成できるプログラマブル快速モーター・トルクコントローラを提供することにある。
前記マイクロ・コントロールユニットは直接電子ゲートのスイッチ(N型金属・酸化膜・半導体電界効果トランジスタ、N−MOSFET)を直接制御するのではなく、プログラムの運営によって、内蔵のパルスワイズ・モデュレーション・ジェネレータ(PWM Generator)が電流制御に必要なパルス幅を送り出し、且つ快速電流比較器の中においてモーター運転中の即時電流と比較し、電流制限型モデュレーション・チップ(PWM IC)の過電流保護回路(Over Current Protection)によって、モデュレーション・チップがモーターに対して引き続き電力を出力するかどうかを制御する。
且つ動力出力の要求がない場合モーターの逆転を切断する一組の電源回路スイッチを内蔵させ、大幅にモーター逆転トルクを下げることが出来る。
(1)本考案は、モデュレーション・コントロール・チップの快速・安全性及びマイクロ・コントロールユニットの省電力でプログラマブル二重の長所を結合したものである。
(2)本考案は、内蔵された電源回路のスイッチによって、モーター運転抵抗抑制の機能と効果を達成したものである。
図2に示すように、本考案の提供するプログラマブル快速モーター・トルクコントローラは、主として、
一組の電流監視回路を内蔵し、電流がマイクロ・レジスタR1によって形成された降圧を通じて、即時電流が電流制限点(監視電圧)を超過したかどうかを判断し、もし電流が制限点を超過したことを検出した場合、第一電子ゲート80の出力を切断する。この監視電圧より確実に高い電圧信号を全閉信号(logic“0”)又はゼロ電圧を全開信号(logic“1”)とした場合、この電流制限信号の入力ゲートを電流制限型コントローラ2のスイッチング動作に利用することができる。且つ全開したモーター3の加速又はトルク漸増モードの下で、第一電子ゲートスイッチ80が開通する度に最高効率を達成できる。電流制限型コントローラ2のここでの機能が単純であるため、低コスト・省電力で快速なモデュレーション・チップによってこの目的を容易に実現することが出来る電流制限型コントローラ2(PWM IC)と、
デジタル又はアナログ信号の入力によって、マイクロ・コントロールユニット4に外部信号の制御を受けさせ、マイクロ・コントロールユニット4の内部書き込み制御プログラムに基づいて、対応する電流命令41を生じ、マイクロ・コントロールユニット4に内蔵された中低速パルス・ジェネレータによって、一級下の電流比較器5に対して正確な電流命令41を出力する。マイクロ・コントロールユニット4の主な機能は、外部指令のニーズを演算し、且つ即時のパルス幅に反応することにあるので、一般の省電力で安価なマイクロ・コントロールユニットを使用できるようなマイクロ・コントロールユニット4と、
モーター3の即時電流31及び電流命令41の差異を快速に比較し、毎回のスイッチング周期中に、モーター電流の即時修正を行い、大幅にトルク制御の精度及び効率を高めることの出来る電流比較器5と、
モーター3の電流回路のスイッチとして、モーター3の逆転トルクを釈放する問題を解決するのみならず、モデュレーション・コントローラ2の次のシーケンスの第一電子ゲート80(N−MOSFET)が故障した場合、モーター3に対しても一歩進んだ保護を提供する、前記第二電子ゲート81には機械式のような電流スイッチ又はリレーにおいて発生し得るスパーキングの問題がなく、一層快速に保護域を超過した電流を切断し、電子製品の信頼性を高めることが出来る。N−MOSFETの長寿特性は尚更現行の機械式電流スイッチ又はリレーでは達成できないものである。尚、前記第二電子ゲート81はマイクロ・コントロールユニット4によって制御される電源スイッチとよりなる。
若しマイクロ・コントロールユニット4のプログラムの中に、ソフト・スタート(Soft Start)の機能を付け加えると、急激に上昇するモーター電流命令を受け取った場合、前記電流は段階式に上方へ調整されるはずであり、図5に見られるように、モーターの電流変化曲線は、予想された通り、段階式に漸増している。これによってわかるように、この電気回路の構成は確かにモーターのドライブシステムの効率及び性能を改善でき、且つ簡単な方式及びより低いコストで達成することが出来る。
上記の詳細な説明は、本考案の実行可能な一実施例の具体的説明である、ただし前記実施例は本考案の特許請求範囲を制限するものではなく、凡そ本考案の技術精神を逸脱しない同等の効果の実施又は変更は、すべて本考案の請求の範囲内にあるものとする。
11 モーター
2 電流制限型コントローラ
3 モーター
31 電流信号
4 マイクロ・コントロールユニット
41 電流命令
5 電流比較器
6 フォト・カプラ
7 三相モーター
80 第一電子ゲート
81 第二電子ゲートのスイッチ
82 電子ゲート
821 電子ゲート
Claims (8)
- 電流がマイクロレジスタを通過して形成された降圧によって、即時電流が電流制限点を超過したかどうかを判断し、スイッチング・コントローラの第一電子ゲートのスイッチがオンの時、モーター電流が下方のマイクロレジスタを通過し、瞬間電流に対応する電圧信号を発生させ、この処理された瞬間電圧信号を電流比較器の中に入力することを特徴とする電流制限型コントローラと、
外部信号により制御され且つマイクロ・コントロールユニット内部に書き込まれた制御プログラムに基づいて、対応する電流命令を生じさせ、前記マイクロ・コントロールユニットがユーザーのインターフェースから送られて来た電流・トルク命令を受け取ると、内部プログラムによってパルスワイズ・モデュレーション・コントローラの周波数及びパルス幅を決定し、外部電気回路を通じて電圧型の電流命令に変換して電流比較器の中に入力することを特徴とするマイクロ・コントロールユニットと、
モーターの即時電流信号とマイクロ・コントロールユニットの電流命令の差異を快速に比較し、スイッチング周期の期間毎に、モーター電流の即時修正を行い、大幅にトルクコントロールの精度及び効率を向上させることを特徴とする電流比較器と、
マイクロ・コントロールユニットの制御を受ける電源スイッチを主としてモーター電流回路のスイッチとしたことを特徴とする第二電子ゲートのスイッチと、を含むことを特徴とする、
プログラマブル快速モーター・トルクコントローラ。 - 前記電流制限型コントローラには電流制御回路を内蔵したことを特徴とする、請求項1に記載のプログラマブル快速モーター・トルクコントローラ。
- 前記電流制限型コントローラの電流制御回路が電流の制限点を超過したことを検出した場合、直ちに第一電子ゲートスイッチの出力を切断し、この監視電圧信号より確実に高い信号をスイッチングの全閉信号(logic“0”)又はゼロ電圧を全開信号(logic“1”)とした場合、この電流制限入力ゲートを電流制限型コントローラのスイッチング動作に利用し、且つモーター加速又はトルク漸増のモードにおいて、第一電子ゲートをスイッチオンする度に最高の効率を達成可能に構成したことを特徴とする、請求項2に記載のプログラマブル快速モーター・トルクコントローラ。
- 前記マイクロ・コントロールユニットは、電流命令があるかどうかによって前記第二電子ゲートスイッチをオンするかどうかを決定すると共に、モーターの使用保護及びモーターの逆転トルクを釈放できることを特徴とする、請求項1に記載のプログラマブル快速モーター・トルクコントローラ。
- 前記第一・第二電子ゲートスイッチはN-MOSFETであってよいことを特徴とする、請求項1に記載のプログラマブル快速モーター・トルクコントローラ。
- 前記第二電子ゲートスイッチは、モーターの逆転トルクを釈放する問題を解決できると共に、スイッチング制御器の次のシーケンスの第一電子ゲートが故障した場合も、モーターの使用に対してさらに一歩進んだ保護を提供することができることを特徴とする、請求項1に記載のプログラマブル快速モーター・トルクコントローラ。
- 前記電流比較器は、ロジック”0”と”1”の信号によって、モーターの瞬間電流が電流命令を満足させているかどうかを快速且つ正確に表示することを特徴とする、請求項1に記載のプログラマブル快速モーター・トルクコントローラ。
- 前記モーターが三相ブラシレス直流モーターである場合、三相電流が供給する位相転換を考慮に入れ、プログラム化されたロジック演算によって、3組の電子ゲート開閉時間を決定しなければならないが、上端電子ゲートのスイッチング時間は、やはり電流検出回路が電流制限コントローラにフィードバックする指令に従うことによって、三相ブラシレスモーターの電流制御を順次完成することができることを特徴とする、請求項1に記載のプログラマブル快速モーター・トルクコントローラ。
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