JP3124474U

JP3124474U - ブラシレス直流モータの制御装置

Info

Publication number: JP3124474U
Application number: JP2006004431U
Authority: JP
Inventors: 建榮陳; 益榮梁
Original assignee: 元山科技工業股▲分▼有限公司
Priority date: 2005-12-30
Filing date: 2006-06-08
Publication date: 2006-08-17
Anticipated expiration: 2016-06-08
Also published as: US7154239B1; TW200726066A; TWI288525B

Abstract

【課題】ブラシレス直流モータにおけるロータの回転数の変動が小になり、その平均値も最大値に近付くようにさせることができるブラシレス直流モータの制御装置を提供する。
【解決手段】ロータがその第１の磁極が検知コイルに検知される位置にある場合第１の制御状態に、ロータがその第２の磁極が検知コイルに検知される位置にある場合第２の制御状態に切替えられるように配置構成されている。第１の制御状態では、制御部が通電状態においてスイッチングトランジスタを作動させて電流を駆動コイルに持続的に流し、第２の制御状態では、制御部がスイッチングトランジスタを通電状態と断電状態とに交替させ、電流を駆動コイルに断続的に流す。
【選択図】図１

Description

本考案は、ブラシレス直流モータの制御装置に関し、特にホール素子なしにそのロータの位置を検出してブラシレス直流モータの電流制御をすることができるブラシレス直流モータの制御装置に関する。

従来のブラシレス直流モータは、コイルをステータに設け、ロータとしてＮ極及びＳ極を有する永久磁石を使う構成をし、コイル上の電流の方向を変え、電流の向きによる磁場にロータが反発・吸引され正・逆回転に駆動される。また、モータの駆動部においては、例えばホールＩＣなどの位置検出素子を用いてロータの磁極位置を検出し、ステータを流す電流の向きを変えて、ロータを回転しつづけることができる。

図５に示すのは従来のブラシレス直流モータが使用する制御装置の一例である。該制御装置としてはホールＩＣではなく検知コイルＬ_２を用いてロータ（図示せず）の位置を検出すると共に、トランジスタＱ_１、Ｑ_２の導通状態／遮断状態を制御する構成をする。

図６及び図７を図５と併せ参照する。検知コイルＬ_２によって例えばロータのＳ極を検出すると、図５における実線矢印で示す電流が検知コイルＬ_２に流れ、トランジスタＱ_２が導通し、トランジスタＱ１が遮断される。この時、その電流がステータの駆動コイルＬ_１に流れず、ロータを回転駆動する磁場が生成しないので、慣性だけにより回転されているが低速になる。一方、コイルＬ_２によってロータのＮ極を検出すると、トランジスタＱ_２を遮断し、トランジスタＱ_１が導通する。この時、電流がステータの駆動コイルＬ_１に流れて磁気反発力を発生し、ロータの回転は再び高速になる。

この制御回路は、コイルＬ_２によってロータの所定磁極（例えばＮ極）を検出し電流を駆動コイルＬ_１へ流してロータを回転させることができるが、その回転数が、図７に示すように、変動が大であるばかりでなく、平均値も最大値よりかなり小に偏る。

本考案は、上記問題点を考慮してなされたものであり、パルス幅変調技術をもってブラシレス直流モータにおけるロータの回転数の変動が小になり、その平均値も最大値に近付くようにさせることができるブラシレス直流モータの制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本考案は、ロータが設けてあるブラシレス直流モータに用いられる制御装置であって、直流電流を供給する電源部と、電源部に電気的に接続されており、且つ、駆動コイルと該駆動コイルに電気的に接続されているスイッチングトランジスタとからなっている上、スイッチングトランジスタの作動により、駆動コイルと電源部との間が電気的接続になって電源部から駆動コイルに電流を流しロータを回転駆動させる通電状態と、駆動コイルと電源部との間が電気的遮断になって電源部から駆動コイルへの電流供給を停止させる断電状態との間に切替えられるように配置構成されている駆動部と、電源部に電気的に接続されており、且つ、パルス幅変調素子と、ロータの磁極位置を検出する検知コイルと、制御トランジスタとから直列になっており、また、制御トランジスタによりスイッチングトランジスタと電気的に接続されている上、ロータがその第１の磁極が検知コイルに検知される位置にある場合第１の制御状態に、ロータがその第２の磁極が検知コイルに検知される位置にある場合第２の制御状態に切替えられるように配置構成されている制御部とからなっており、それに、第１の制御状態では、制御部が通電状態においてスイッチングトランジスタを作動させて電流を駆動コイルに持続的に流し、第２の制御状態では、制御部がスイッチングトランジスタを通電状態と断電状態とに交替させ、電流を駆動コイルに断続的に流すように配置構成されているブラシレス直流モータの制御装置を提供する。

上記構成のブラシレス直流モータ制御装置は、第２の制御状態では、制御部がスイッチングトランジスタを通電状態と断電状態とに交替させ、電流を駆動コイルに断続的に流すことができるので、第１の制御状態において一旦加速されてから段々と低速になるロータを間隙的に加速してその減速の傾向をなるべく解消し、回転数変動を小にさせ、平均値を最大値に近付かせることができる。

以下、本考案の一実施例について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本考案のブラシレス直流モータの制御回路の説明図である。

制御装置２は、図１に示すように、ロータ（図示せず）が設けてあるブラシレス直流モータに用いられるものであって、直流電流を供給する電源部２１と、ロータを回転駆動する駆動部２３と、駆動部２３を制御する制御部２２とからなる。

電源部２１は、ダイオード２１１及びキャパシタ２１２を備えており、該ダイオード２１１によって電流を整流して出力する。

駆動部２３は、電源部２１に電気的に接続されており、且つ、駆動コイル２３１と、駆動コイル２３１に電気的に接続されているスイッチングトランジスタ２３３と、駆動コイル２２１の両端子間に電気的に橋渡し接続されているダイオード２３２と、からなる。なお、図に示していないが、駆動コイル２３１はモータのステータに設けられている。

この例においては、スイッチングトランジスタ２３３は、複合トランジスタとして作動されるものである。駆動部２３は、スイッチングトランジスタ２３３の作動により、駆動コイル２３１と電源部２１との間が電気的接続になって電源部２１から駆動コイル２３１に電流を流しロータを回転駆動させる通電状態と、駆動コイル２３１と電源部２１との間が電気的遮断になって電源部２１から駆動コイル２３１への電流供給を停止させる断電状態との間に切替えられるように配置構成されている。また、この例においては、ダイオード２３２は、逆流した電流による駆動コイル２３１が断線されることを避ける役目をする。

制御部２２は、電源部２１に電気的に接続されており、且つ、パルス幅変調（ＰＷＭ）素子２２１と、ロータの磁極位置を検出する検知コイル２２２と、制御トランジスタ２２３とから直列になったものである。この例においては、制御トランジスタ２２３は、スイッチングトランジスタ２３３と電気的に接続されており、そのコレクタが電源部２１及びスイッチングトランジスタ２３３と、そのベースが検知コイル２２２に電気的に接続されており、そのエミッタが接地できるように備わっている。制御部２２は、制御トランジスタ２２３により、ロータがその第１の磁極（例えばＮ極）が検知コイル２２２に検知される位置にある場合第１の制御状態と、ロータがその第２の磁極（例えばＳ極）が検知コイル２２に検知される位置にある場合第２の制御状態とに切替えられるように配置構成されている。即ち、制御部２２は、第１の制御状態では、制御トランジスタ２２３が遮断状態にあってスイッチングトランジスタ２３３を作動して駆動部２３を通電状態にさせることができる。第２制御状態では、検知コイル２２２に電流が流れ、パルス幅変調素子２２１が検知コイル２２２を介して制御トランジスタ２２３を導通状態と遮断状態とに切替えることで、スイッチングトランジスタ２３３を作動して駆動部２３を通電状態と断電状態とに交替させることができる。第１の制御状態では通電状態においてスイッチングトランジスタ２３３を作動させて電流を駆動コイル２３１に持続的に流し、第２の制御状態では、制御部２２がスイッチングトランジスタ２３３を通電状態と断電状態とに交替させ、電流を駆動コイル２３１に断続的に流すことができる。

次に、構成の制御装置による動作を説明する。図２は、この例における駆動コイル２３１の電流とロータの磁極の関係を示す図、図３は、同検知コイル２２２の電流とロータの磁極の関係を示す図、図４は、同ロータの回転速度を磁極位置に応じる変化を示す図である。

制御部２２では、検知コイル２２２によりロータがＮ極である位置が検知され、第１の制御状態で作動されるとき、検知コイル２２２上に電流がなく、制御トランジスタ２２３を断電状態に切換える。したがって、制御部２２により、スイッチングトランジスタ２３３を通電状態に切換え、駆動コイル２３１と電源部２１との間が電気的接続になって、駆動コイル２３１に電流を流し、ロータを回転駆動させる状態となる。このように、ロータを回転させる磁気反発力が生成され、ロータの回転速度を上げることができる。

一方、制御部２２では、検知コイル２２２によりロータがＳ極位置が検知されると、電流が検知コイル２２２に流れ、ＰＷＭ素子２２１は、検知コイル２２２を介して制御トランジスタ２２３を断電状態と通電状態に交替させる。したがって、スイッチングトランジスタ２３３を制御して断電状態と通電状態に交替させる。通電状態では、駆動コイル２３１と電源部２１との間が電気的接続になり、駆動コイル２３１に電流が流れ、ロータを回転駆動させ、断電状態では、駆動コイル２３１と電源部２１との間が電気的遮断になり、駆動コイル２３１への電流供給を停止させることにより、駆動コイル２３１には電流が断続的に流れることができる。

つまり、図２、３に示すように、ロータがＳ極が検知コイル２２２に検知される位置にある時だけ検知コイル２２２に電流が断続的に流れて、ロータがＮ極が検知コイル２２２に検知される位置にあると、駆動コイル２３１に電流を持続的に流し、そしてロータがＳ極が検知コイル２２２に検知される位置にあると、駆動コイル２３１に電流を断続的に流すようになる。従って、図４に示すように、ロータがＳ極である位置が検知コイル２２２に検知されると、ロータの回転は急遽に落ちることがなく、その回転速度の変動も小で、その平均値も比較的に最大値に近づかせことができる。

また、制御部２２が第２制御状態で作動されるとき、パルス幅変調素子２２１の制御出力の周期及び周波数を調整して、制御トランジスタ２２３の導通状態及び遮断状態における期間及び回数を調整することになるので、ロータの回転速度の変動が小である上、その平均値を速度の最大値により近付かせることができる。

以上により、本考案の制御装置によれば、パルス幅変調技術をもってブラシレス直流モータにおけるロータの回転数の変動が小になり、その平均値も最大値に近付くようにさせることができるので、ロータをよりスムーズに安定に回転させることができる。

本考案のブラシレス直流モータの制御装置を示す回路説明図である。同装置の駆動コイルの電流とロータの磁極位置の関係を示すグラフである。同装置の検知コイルの電流とロータの磁極位置の関係を示すグラフである。ロータの回転速度とロータの磁極位置の関係を示すグラフである。従来のブラシレス直流モータの制御装置の回路図である。同装置の駆動コイルの電流とロータの磁極位置の関係を示すグラである。同ロータの回転速度とロータの磁極位置との関係を示すグラフである。

符号の説明

２制御装置
２１電源部
２１１ダイオード
２１２キャパシタ
２２制御部
２２１パルス幅変調（ＰＷＭ）素子
２２２検知コイル
２２３制御トランジスタ
２３駆動部
２３１駆動コイル
２３２ダイオード
２３３スイッチングトランジスタ

Claims

ロータが設けてあるブラシレス直流モータに用いられる制御装置（２）であって、
直流電流を供給する電源部（２１）と、
前記電源部（２１）に電気的に接続されており、且つ、駆動コイル（２３１）と該駆動コイル（２３１）に電気的に接続されているスイッチングトランジスタ（２３３）とからなっている上、前記スイッチングトランジスタ（２３３）の作動により、前記駆動コイル（２３１）と前記電源部（２１）との間が電気的接続になって前記電源部（２１）から前記駆動コイル（２３１）に電流を流し前記ロータを回転駆動させる通電状態と、前記駆動コイル（２３１）と前記電源部（２１）との間が電気的遮断になって前記電源部（２１）から前記駆動コイル（２３１）への電流供給を停止させる断電状態との間に切替えられるように配置構成されている駆動部（２３）と、
前記電源部（２１）に電気的に接続されており、且つ、パルス幅変調素子（２２１）と、前記ロータの磁極位置を検出する検知コイル（２２２）と、制御トランジスタ（２２３）とから直列になっており、また、前記制御トランジスタ（２２３）により前記スイッチングトランジスタ（２３３）と電気的に接続されている上、前記ロータがその第１の磁極が前記検知コイル（２２２）に検知される位置にある場合第１の制御状態に、前記ロータがその第２の磁極が前記検知コイル（２２２）に検知される位置にある場合第２の制御状態に切替えられるように配置構成されている制御部（２２）とからなっており、
それに、前記第１の制御状態では、前記制御部（２２）が前記通電状態において前記スイッチングトランジスタ（２３３）を作動させて電流を前記駆動コイル（２３１）に持続的に流し、
前記第２の制御状態では、前記制御部（２２）が前記スイッチングトランジスタ（２３３）を前記通電状態と前記断電状態とに交替させ、電流を前記駆動コイル（２３１）に断続的に流すように配置構成されているブラシレス直流モータの制御装置。
前記検知コイル（２２２）が前記ロータの第２の磁極を検知すると、前記検知コイル（２２２）に電流が流れ、
また、前記制御部（２２）が前記第２の制御状態にある場合、前記パルス幅変調素子（２２１）が前記検知コイル（２２２）を介して前記制御トランジスタ（２２３）を導通状態と遮断状態とに切替えて前記スイッチングトランジスタ（２３３）を前記通電状態と前記断電状態とに交替させるように配置構成されてい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の制御装置。
前記制御部（２２）が前記第１の制御状態にある場合、前記制御トランジスタ（２２３）が前記遮断状態にあって前記スイッチングトランジスタを前記通電状態にさせるように配置構成されてい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の制御装置。
前記電源部（２１）として、ダイオード（２１１）が備わっていて該ダイオード（２１１）によって電流を整流することができるものが使用されてい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の制御装置。
前記駆動部（２３）には、更に、ダイオード（２３２）が前記駆動コイル（２３１）の両端子間に電気的に橋渡し接続されてい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の制御装置。
前記制御トランジスタ（２２３）には、そのコレクタが前記電源部（２１）及び前記スイッチングトランジスタ（２３３）と、そのベースが前記検知コイル（２２２）に電気的に接続されており、そのエミッタが接地できるように備わっていることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。