JP4444511B2

JP4444511B2 - 電子コミュテーション式モータ

Info

Publication number: JP4444511B2
Application number: JP2000587428A
Authority: JP
Inventors: ルケニッヒ、シュテファン; フリッツシュミダー
Original assignee: エーベーエム−パプストザンクトゲオルゲンゲーエムベーハーウントコー．カーゲー
Priority date: 1998-12-08
Filing date: 1999-11-26
Publication date: 2010-03-31
Anticipated expiration: 2019-11-26
Also published as: WO2000035074A1; EP1142100A1; US6448726B1; JP2003525001A; ATE381806T1; EP1142100B1; DE59914585D1; DE29920806U1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子コミュテーション式モータに関する。この種のモータは多数公知である。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
この種のモータでは、これが低ノイズレベルで動作することが所望される。
【０００３】
従って本発明の課題は、新たな電子コミュテーション式モータを提供することである。
【０００４】
【課題の解決手段】
本発明によればこの課題は、請求項１記載のモータによって解決される。即ち、上記の課題は、本発明の一視点により、所定の閾値を超える前記モータ電流の値を検出し、該所定の閾値を超えると第１信号を形成する第１装置；所定の回転数を超えるモータの回転数値を検出し、該所定の回転数を超えると第２信号を形成する第２装置；及び前記モータ電流を制御する半導体制御素子に直接（実質的に時間遅延なしに）作用し、その作用の間、前記モータ電流をゼロよりも大きな値に低減する結合信号を形成するために前記第１及び第２信号を結合する第３装置を含むことを特徴とする電子コミュテーション式モータによって解決される（形態１・基本構成）。このようなモータにより、一方では高速の起動が可能であり、他方ではその動作回転数において静粛な回転が達成される。なぜなら効果的な電流制限によって電流ピークを効果的に抑圧することができるからであり、このことはこのようなモータのノイズレベルを非常に効果的に低減する。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明のさらなる詳細および有利な展開形態は以下の説明および図面に示された、本発明の制限として理解すべきではない実施例、並びに従属請求項から明らかとなる。即ち、本発明の好ましい実施の形態は、以下に示すとおりである：
（形態１）上掲。
（形態２）上記形態１のモータにおいて、モータ（ないしステータ）の少なくとも１つの相巻線への電流はトランジスタを介して制御可能であり、前記結合信号は、これが発生するとき前記トランジスタのベース電流を低下させるために用いることが好ましい。
（形態３）上記形態２のモータにおいて、前記トランジスタにはミラーコンデンサが配属されており、これによりコミュテーション時における当該トランジスタにおいての電流変化の速度が低減されることが好ましい。
図１に、本発明のモータの有利な実施例の回路図を示す。
図２に、図１のモータ（動作）を説明するための概略図を示す。
【０００６】
図１は概略的に右側に、２つの固定子相巻線１２と１４、および永久磁石ロータ１６を有するいわゆる２パルスモータ１０を示す。ロータの磁界は、ホールＩＣの形態のロータ位置センサ１８を制御する。このロータ位置センサは図１の左側にも示されており、プラス線路２０およびマイナス線路２２と接続されていて、それらの間には適切な直流電圧、例えば１２，１４，または６０Ｖが印加される。ホールＩＣ１８の出力端子２４には動作時に、ロータ１６の回転数に比例する周波数の矩形パルス２６が出力される。出力端子（ノード点）２４はいわゆるプルアップ抵抗２８を介してプラス線路２０と接続されている。
【０００７】
パルス２６は抵抗３０を介してｎｐｎトランジスタ３２のベースに直接供給され、このトランジスタは電流ｉ12を相巻線１２で制御する。この相巻線の一方の端子はトランジスタ３２のコレクタに、他方の端子はプラス線路２０と接続されている。トランジスタ３２のエミッタは線路部分３４と接続されており、この線路部分３４は低抵抗の測定抵抗３６を介してマイナス線路２２と接続されている。測定抵抗３６はモータ電流Ｉに対するセンサ素子として用いられる。
【０００８】
他方の相巻線１４はｎｐｎトランジスタ４０により制御される。このためにこの相巻線の一方の端子はトランジスタ４０のコレクタと、他方の端子はプラス線路２０と接続されている。トランジスタ４０のエミッタは線路部分３４と接続されている。
【０００９】
トランジスタ３２のコレクタとベースとの間にはミラーコンデンサ４２が配置されており、トランジスタ４０のコレクタとベースとの間にはミラーコンデンサ４４が配置されている。例えばトランジスタ３２がスイッチオンされるとき、ミラーコンデンサ４２は電流上昇を緩慢化し、このトランジスタがスイッチオフされるとき、ミラーコンデンサ４２は電流降下を緩慢化する。同じことがトランジスタ４０に対しても当てはまる。このことによりモータノイズがコミュテーションの際に相応に減少する。
【００１０】
トランジスタ４０を制御するためにｎｐｎ位相反転トランジスタ４６が用いられる。このトランジスタのエミッタはマイナス線路２２と接続されており、そのベースは抵抗４８を介してノード点２４と接続されており、そのコレクタは抵抗５０を介してプラス線路２０と接続されており、かつ抵抗５２を介してトランジスタ４０のベースと接続されている。
【００１１】
従ってノード点２４の電位が高いと、抵抗３０を介してトランジスタ３２がスイッチオンし、相巻線１２は電流を受け取る。このとき相巻線１４は無電流状態である。なぜならこのときトランジスタ４６が導通しており、これによりトランジスタ４０が阻止されているからである。
【００１２】
反対にノード点２４の電位が低ければ、トランジスタ３２と４６が阻止される。抵抗５０と５２を介してトランジスタ４０のベースはこのトランジスタ４０をスイッチオンさせる電流を受け取り、これにより相巻線１４が電流を受け取る。
【００１３】
従って相巻線１２と１４は、ロータ１６の位置に相応して交番性の電流パルスを受け取る。このことは当業者には周知である。これを２パルスモータと称する。
【００１４】
所定の回転数に達すると、ロータ１６が過度に高速に回転しないようにするため相巻線１２，１４の電流を低減すべきである。
【００１５】
このために矩形パルス２６が、微分素子として作用するコンデンサ５８，ノード点５９および第１のダイオード６０を介して積分素子６２に供給される。この積分素子は抵抗６４とコンデンサ６６を有する。図１参照。第２のダイオード６８はマイナス線路２２とノード点５９との間に配置されており、そのカソードはノード点５９に接続されている。
【００１６】
回転数が上昇すると、コンデンサ６６がますます充電される。すなわちこのコンデンサの電圧ｕcはロータ１６の回転数に対する尺度である。
【００１７】
電圧ｕcは抵抗７０を介してｎｐｎトランジスタ７２のベースに供給され、抵抗７４を介してｎｐｎトランジスタ７６のベースに供給される。２つのトランジスタのエミッタはノード点７８と接続されており、このノード点にはｎｐｎトランジスタ８０のコレクタが接続されており、そのエミッタはマイナス線路２２と接続されている。
【００１８】
トランジスタ７６のコレクタはトランジスタ３２のベースと接続されており、トランジスタ７２のコレクタはトランジスタ４０のベースと接続されている。
【００１９】
従って２つのトランジスタ７６と８０が導通すれば、トランジスタ３２のベース電流が低減され、これによりトランジスタ３２の導通程度が弱まる。
【００２０】
トランジスタ７２と８０が導通すると、トランジスタ４０のベース電流が低減され、これによりこのトランジスタの導通程度が弱まる。
【００２１】
トランジスタ８０のベースはノード点８４に接続されており、このノード点では３つの抵抗８６（プラス線路２０に接続されている）および８８と９０（線路区間３４に接続されている）からなる分圧器を介して所定の電位が設定される。このために抵抗８８と９０に並列にダイオード９２が接続されており、これによりこれら２つの抵抗における電圧が一定に保持される。ダイオード９２は抵抗９０と同じように線路区間３４にも接続されている。
【００２２】
すでに説明したように、線路区間３４とマイナス線路２２との間には抵抗３６が接続されており、この抵抗にはモータ電流Ｉが流れる。抵抗９０の電圧は、これが単独ではトランジスタ８０を導通させるのに十分でないよう選択されている。しかし電流Ｉが所定の値を超えて上昇すると、抵抗３６に電圧降下が発生し、この電圧降下（電位差）は抵抗９０の電圧（降下）と併せて、トランジスタ８０を導通させるのに十分な値となる。即ち、これは電流制限にとって必要な値に十分な値となる。
【００２３】
しかし分かり難いかもしれないが、電流制限を行うことができるようにするには、付加的にトランジスタ７２，７６も導通しなければならない。このトランジスタ７２，７６は、回転数およびひいては電圧ｕcが十分に高い場合だけ導通する。
【００２４】
電流制限は従って、モータが所定の回転数、ひいては所定の電圧ｕcに達してから初めて作用する。
【００２５】
動作回転数に達するとき電流Ｉが所定の閾値ｉtを超えると、電流Ｉは値ｉtに制限される。このとき閾値は、例えば電流Ｉに相当することのできる、モータの選択された動作点である。このことにより、そうでなければコミュテーションの直前に発生することとなる電流ピークが抑圧され、図２に示すようにモータ電流Ｉの経過が非常に一定になる。
【００２６】
図２ではコミュテーションがロータ位置０゜ｅｌ、１８０゜ｅｌ、３６０゜ｅｌ等で行われ、そこでは電流が非常に僅かだけ上昇する。なぜなら電流がトランジスタ８０の導通によって非常に高速かつ効率的に制限されるからである。このことによりモータノイズが強力に低減され、このことは小型ファンにおいては特に有利である。
【００２７】
従って基本的にこの回路は動作回転数に達するとき定電流素子のように動作する。すなわちモータの定電流特性はさらに顕著となる。
【００２８】
作用動作
モータ１０が起動するとコンデンサ６６が放電され、従ってトランジスタ７２と７６は阻止される。矩形信号２６によってトランジスタ３２，４０は交互に導通制御され、従って約０゜から１８０゜ｅｌで電流ｉ12が流れ、約１８０゜から３６０゜ｅｌで電流ｉ14が流れる。このとき電流ピーク１００，１０２も発生し、そのため始動時には短時間、モータの騒音ががやや大きくなる。
【００２９】
動作回転数に達するとき、電圧ｕcはトランジスタ７２と７６が導通するほど高くなる。
【００３０】
モータ電流Ｉが例えばコミュテーションの領域で閾値itを上回ると、トランジスタ８０が短時間、導通する。例えばトランジスタ３２が制御電流を受け取ると、電流ｉ12が流れ、従ってこの制御電流の一部がトランジスタ７６と８０を介してマイナス線路２２に流れる。その結果、電流ｉ12は相応に低減される。同様にことがトランジスタ４０と電流ｉ14に対しても当てはまる。
【００３１】
回転数が過度に高いと、閾値ｉtが低下する。すなわち電流Ｉは比較的に低い値に制限される。
【００３２】
このようにしてモータ１０の起動時には電流Ｉが制限されず、これにより迅速な起動が得られる。しかし所望の回転数に達すると電流ピークが抑圧され、これによりモータノイズが相応に低減される。この抑圧は同時に回転数制限にも用いられる。
【００３３】
このようにして小型ファン用のモータにおいてモータノイズを非常に強力に低減できることが示された。従ってこれは有利な適用である。このようなモータは例えば０．５Ｗの電力を消費する。
【００３４】
実施例では以下の有利な値が得られた（ｋ＝ｋΩ）。
【００３５】
動作電圧１３Ｖ（９...１３Ｖ）
ホールＩＣ１８ Allegro UUA 1027BF
抵抗２８，３０，４８，５０，８６１０ｋ
抵抗６４，７０，７４２００ｋ
抵抗８８１ｋ
抵抗９０２．２ｋ
抵抗３６１０Ω
ダイオード６０，６８ＢＡＳ２１６
コンデンサ５８１０ｎＦ
コンデンサ６６１００ｎＦ
コンデンサ４２，４４４７ｎＦ
トランジスタ７２，７６，８０，９２ＢＣ８４７Ｃ
（トランジスタ９２はダイオードとして接続される）
トランジスタ３２，４０ＢＣ８１７−４０
もちろん本発明の枠内で多種多様の変形および変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明のモータの有利な実施例の回路図である。
【図２】図２は、図１のモータを説明するための概略図である。

Claims

電子コミュテーション式モータであって、
所定の閾値（ｉt）を超えるモータ電流（Ｉ）の値を検出し、該所定の閾値（ｉt）を超えると第１信号を形成する第１装置（３６，８０，９０）；
所定の回転数を超えるモータの回転数値を検出し、該所定の回転数を超えると第２信号を形成する第２装置（５８〜７６）；及び
前記モータ電流（Ｉ）を制御する半導体制御素子（３２，４０）に直接作用し、その作用の間、前記モータ電流をゼロよりも大きな値に低減する結合信号を形成するために前記第１及び第２信号を結合する第３装置（７６，７２，８０）
を含むことを特徴とするモータ。
モータの少なくとも１つの相巻線（１２，１４）への電流はトランジスタ（３２，４０）を介して制御可能であり、
前記結合信号は、これが発生するとき前記トランジスタ（３２，４０）のベース電流を低下させるために用いる、請求項１記載のモータ。
前記トランジスタ（３２，４０）にはミラーコンデンサ（４２，４４）が配属されており、これによりコミュテーション時における当該トランジスタにおいての電流変化の速度が低減される、請求項２記載のモータ。