JP4719006B2 - ブラシレスdcモータ駆動装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ホールセンサーレスのブラシレスDCモータ駆動装置に関し、特に、自動電源遮断と再起動の機能を有するホールセンサーレスのブラシレスDCモータ駆動装置に関するものである。
多くの電子製品では、システムが過度の温度により、焼損するのを防ぐため、通常、システム内に、保護するための冷却ファンを加え、システムの温度が高過ぎた時にファンが駆動し、システム全体の温度を下げる熱放散の目的を達成している。
ファンは主にモータを用いて回転される。一般的に、ブラシレスDCモータ(以下、BLDCという)は、メンテナンスのし易さ、制御性の良さ、性能と効率の利点により、既に広く用いられている。例えば、ハードドライブとCDドライブ内部のモータなどの低電力アプリケーション、電気自動車のモータ装置などの高電力アプリケーションは、全て、BLDCを用いて、高効率、安定した回転、高ねじれ、耐久性、メンテナンスのし易さの特性を得ることができる。
図1は、従来のホールセンサーレスのBLDC駆動回路の回路図を示す。従来のホールセンサーを用いないBLDC駆動回路100は、第一巻線L1、第二巻線L2、コンデンサC1、トランジスタQ1、Q2、Q3、ツェナーダイオードZD1、ZD2、ZD3と、レジスタR1、R2、R3を含む。第一巻線L1は、例えば、補助巻線であり、第二巻線L2は、出力巻線であり、両方は、駆動回路が生じたスイッチ動作と、交替された電流方向を受け、励磁し、モータの回転子を駆動して回転させることができる。
第一状態
定電圧源から電流を出力した時、第一巻線L1の両端にある、接点aは、高電位にあり、接点bは、相対的に低電位にある。よって、トランジスタQ2のベースは、低電位にあり、トランジスタQ2は、遮断され、第一巻線L1は、電流が流れない。
トランジスタQ3のベースが高電位にあり、トランジスタQ3が伝導する。トランジスタQ3が伝導している時、電流は、第二巻線L2からトランジスタQ3に流れた後、接地する。よって、第二巻線L2は、作用し、固定子が誘起磁場を発生するのを制御し、固定子を駆動し、特定角度で回転させる。例えば、反時計方向で90度、回転させる。
第二状態
回転子が特定角度で回転した後、第一巻線L1は、発電状態を感知し、逆誘導シグナル(reverse inductive signal)を発生し、(例えば逆電圧)、接点aを低電位にし、接点bを相対的に高電位にする。正電圧は、トランジスタQ2のベースを高電位にし、トランジスタQ2を伝導させる。トランジスタQ2が伝導している時、電流は、レジスタR2とトランジスタQ2に流れた後、接地する。よって、トランジスタQ3のベースは低電位になり、トランジスタQ3は、遮断され、第二巻線L2は、電流が流れない。この時、固定子の誘起磁場は消失し、回転子は、継続して同一方向に回転する。続いて、第一状態に戻り、その後に、第一状態と第二状態間で持続して回転する。
しかしながら、一旦、ファンが例えば、小石または棒状の物などの異物の侵入に遭うと、回転子は異物に閉塞され、瞬時に回転の状態から回転しない状態になる。磁場が遮断していない状態では、第一巻線L1は作用しなくなり、トランジスタQ2は遮断され、第一巻線L1は電流が流れない。しかし、従来のホールセンサーレスのBLDCが電源遮断の動作を対応して行うことができないことから、電源が連続的に供給される状態では、トランジスタQ3は伝導したままであり、持続して電流を第二巻線L2からトランジスタQ3に流した後、接地させ、第二巻線L2に持続的に熱を発させ、ひいては引火の危険を招く。
更に、一旦異物を取り除いた後、従来の回路はまた、自動的に回転子に回転を再スタートさせることができず、電源を完全に遮断した後、BLDCを電源に接続しなければ、正常な運転が始められなく、使用者に多大な不便を与える。
よって、従来の問題を解決するために、本発明は、自動電源遮断と再起動の機能を有するホールセンサーレスのBLDC駆動装置を提供する。
本発明の目的に基づいて、駆動回路、電源遮断と自動再起動回路と、DC電圧比較回路を含むホールセンサーレスのBLDC駆動装置を提供する。駆動回路は、回転子の回転を駆動し、回転子が閉塞され、回転していないとき、電源遮断と自動再起動回路は、DC電圧比較回路を通して検知し、それに対応して駆動回路への電源を遮断し、駆動回路は、補助巻線と、出力巻線と、補助巻線と接続された第二トランジスタとを含み、DC電圧比較回路は、2つのレジスタを含み、電源と、補助巻線と出力巻線との一端がそれぞれ接続され、補助巻線の他端と第二トランジスタのベースとが接続され、電源遮断と自動再起動回路は、電源の電圧を前記2つのレジスタで分圧した電圧値と前記第二トランジスタのコレクタ電圧値とを比較することによって前記駆動回路への電源を遮断する信号を出力するか否か決める。
駆動回路は、第一巻線、第二巻線、第一トランジスタ、第二トランジスタを含み、第一巻線は、補助巻線であり、第二巻線は、出力巻線である。駆動回路が伝導し、第二トランジスタが遮断している時、第一巻線は、電流が流れない。第一トランジスタは、伝導し、電流は、第二巻線から第一トランジスタに流れた後、接地する。よって、誘起磁場を発生し、回転子を駆動して特定角度で回転させる。回転子が回転した後、第一巻線は、検知し、第二トランジスタを伝導させ、第一トランジスタは、遮断され、第二巻線は、電流が流れない。第一巻線と第二巻線は、駆動回路のスイッチ動作と交替された電流方向を受けて、励磁し、回転子を駆動して回転する。
電源遮断と自動再起動回路は、駆動集積回路を含み、電源遮断と自動再起動回路とDC電圧比較回路は、電気的接続される。DC電圧比較回路から出力された電圧は、駆動集積回路の中で比較された後、駆動集積回路から信号を出力し、電源遮断と自動再起動回路を作用するか否かを決める。回転子が正常に回転する時、電源遮断と自動再起動回路は、作用しない。回転子が閉塞され、回転しない時、電源遮断と自動再起動回路は、DC電圧比較回路を通して検知し、それに対応して駆動回路への電源を遮断する。
電源遮断と自動再起動回路は、第三トランジスタを更に含み、第三トランジスタが遮断している時、電源遮断と自動再起動回路は、作用せず、駆動回路は、正常に駆動され、回転子を回転する。第三トランジスタが伝導している時、第一トランジスタは遮断され、第二巻線に電流を流さず、電源遮断と自動再起動回路は、駆動回路への電源を遮断する。
電源遮断と自動再起動回路は、コンデンサを更に含み、駆動回路が電流を遮断した後、コンデンサは、第四トランジスタに伝導する電圧を提供して、第三トランジスタを遮断し、駆動回路が正常に駆動できるようにして回転子を回転させる。
本発明のもう一つの目的に基づいて、駆動装置、電源遮断と自動再起動回路と、DC電圧比較回路を含むホールセンサーレスのBLDC駆動装置を提供する。駆動装置は、回転子の回転を駆動し、回転子が閉塞され、回転しない時、電源遮断と自動再起動回路は、DC電圧比較回路を通して検知し、それに対応して駆動装置への電源を遮断する。
本発明のブラシレスDCモータ駆動装置によれば、一旦ファンが異物に侵入され、閉塞された時、自動的に電源が切られ、ファンを保護でき、引火を防ぎ、且つ、異物が取り除かれた後、電源を完全に切って再スタートする必要なく、自動的に触発でき、モータを再度正常に運転することができる。
本発明についての目的、特徴、長所が一層明確に理解されるよう、以下に実施形態を例示し、図面を参照にしながら、詳細に説明する。
図2Aを参照する。本発明の実施例に基づいたホールセンサーBLDC駆動装置の構造ブロック図を図示している。図2Aに示すように、BLDC駆動装置200は、電源遮断と自動再起動回路210と、DC電圧比較回路220を含む。電源遮断と自動再起動回路210とBLDC駆動回路110(120)は、電気的接続される。正常な状態では、BLDC駆動回路110(120)は、励磁し、モータの回転子を駆動して回転させる。回転子が一旦、異物の侵入に遭い、回転子が異物に閉塞された時、電源遮断と自動再起動回路210は、DC電圧比較回路220を通して異常な状況を検知し、それに対応してBLDC駆動回路110(120)に信号を出力し、電源遮断する。よって、BLDC駆動回路110(120)の能動部品と巻線は、異常な電流による過熱と焼損の現象から免れることができる。閉塞が取り除かれた後、電源遮断と自動再起動回路210は、BLDC駆動回路110(120)を触発することができ、モータの回転子を正常な運転に戻す。
図2Bと2Cを参照する。本発明の実施例に基づいたホールセンサーレスのBLDC駆動装置の二つの概略図を図示している。図2Bに示すように、本発明のBLDC駆動装置200は、主に、駆動回路110、電源遮断と自動再起動回路210と、DC電圧比較回路220を含む。駆動回路110は、例えば従来の駆動回路であることができ、2組の巻線によりスイッチングの動作をさせ、励磁によってモータの回転子を駆動して回転させる。駆動回路110以外に電源遮断と自動再起動回路210と、DC電圧比較回路220を更に加え、自動電源遮断と再起動の機能を備えるホールセンサーレスのBLDC駆動装置200を共同で構成する。電源遮断と自動再起動回路210は、接点Cを用いて駆動回路110と電気的接続し、BLDC駆動装置200全体の電源の接続と遮断状態を制御する。
しかし、本実施例のホールセンサーレスのBLDC駆動装置200は、従来の駆動回路110を用いることを限定するものではない。例えば、図2Cに示す駆動回路120のように、駆動回路110のトランジスタQ1とツェナーダイオードZD1、ZD2は、単一のダイオードD1を用いて置き換え、固定バイアス電圧の作用の維持を得ることができる。また、回路設計者の必要な分圧に適い、過電流の状態が発生するのを防ぐために、駆動回路110、120の中に、レジスタR1、R2、R3を増設し、分圧の効果を得ることができる。また、コンデンサC1の数も複数のコンデンサによって直列につながれて達成することができ、特定容量値を有する単一のコンデンサを用いるより、使用者の必要な容量値に調整し易く、設計の柔軟性を増す。
以下、図2Aで挙げた本発明の精神に基づいて、本発明のホールセンサーレスのBLDC駆動装置の詳細を述べる。図3を参照ください。本発明の実施例に基づいたホールセンサーレスのBLDC駆動装置の回路図を図示している。ホールセンサーレスのBLDC駆動装置200は、駆動回路230、電源遮断と自動再起動回路210と、DC電圧比較回路220を含む。駆動回路230は、第一巻線L1、第二巻線L2、コンデンサC1、C3、トランジスタQ1、Q2、ツェナーダイオードZD1と、レジスタR1、R2を含む。正常な動作では、第一巻線L1は、例えば補助巻線であり、第二巻線L2は、出力巻線であり、両方は、駆動回路が作る開閉操作と、交替された電流方向を受け、励磁し、モータの回転子を駆動して回転させることができる。
電源遮断と自動再起動回路210は、主に駆動集積回路211、ダイオードD2、D3、トランジスタQ3、Q4と、コンデンサC2を含む。DC電圧比較回路220は主に、レジスタR1、R2、R3、R4を含み、R3、R4の間に位置された接点dは、固定電圧値であり、R1、R2の間に位置された接点eは、駆動装置200が生じたスイッチ動作と交替された電流方向で電圧値を変化させる。
電源遮断と自動再起動回路210は、主に接点cを用いて駆動回路230全体と電気的接続をし、且つ、駆動集積回路211の第二ピンと第四ピンを用いて、接点dと接点eの電圧値をそれぞれ駆動集積回路211に加え、比較をする。接点eの電圧値が接点dの固定線厚地より大きいか小さいかに基づいて、第八ピン、または第七ピンよりダイオードD2、D3にそれぞれ対応して方形信号を出力する。
ここで、特に注意しなければならないのは、駆動集積回路211とトランジスタQ4の間に接続されているダイオードD2、D3とレジスタ8は、省いてもよい、または、その他の部材で置き換えることもでき、用いている駆動集積回路のモデルと使用者の必要に対応して増減、または調整することができる。
回転子が正常に回転している時、接点dと接点e間は、電圧差が存在し、第八ピン、または第七ピンに交互に方形波信号を出力させる。第八ピン、または第七ピンより出力された切換信号が互いを補うことから、トランジスタQ4のベースを高電位状態に持続し、トランジスタQ4を伝導させる。トランジスタQ4が伝導している時、電流は、レジスタR7とトランジスタQ4に流れた後、接地する。よって、トランジスタQ3のベースは低電位になり、トランジスタQ3は、遮断され、電源遮断と自動再起動回路210は、動作しない。第一巻線L1と第二巻線L2は、駆動装置が生じたスイッチ動作と交替された電流方向を受けて、持続して励磁し、モータの回転子を駆動して回転する。
第一状態
定電圧源から電流を出力した時、第一巻線L1の両端で、接点aは、高電位にあり、接点bは、相対的に低電位にある。よって、トランジスタQ2のベースは、低電位にあり、トランジスタQ2は、遮断され、第一巻線L1は、電流が流れない。
トランジスタQ1のベースが高電位にあり、トランジスタQ1が伝導する。トランジスタQ1が伝導している時、電流は、第二巻線L2からトランジスタQ1に流れた後、接地する。よって、第二巻線L2は、作用し、誘起磁場を発生する固定子を制御し、回転子を例えば、反時計方向で90度回転する特定角度で回転させる。
第二状態
回転子が特定角度で回転した後、第一巻線L1は、発電状態を検知し、逆誘導信号(例えば逆電圧)を発生し、接点aを低電位にし、接点bを相対的に高電位にする。正電圧は、トランジスタQ2のベースを高電位にし、トランジスタQ2を伝導させる。トランジスタQ2が伝導している時、電流は、レジスタR2とトランジスタQ2に流れた後、接地する。よって、トランジスタQ1のベースは低電位になり、トランジスタQ1は、遮断され、第二巻線L2は、電流が流れない。この時、固定子の誘起磁場は消失し、回転子は、継続して同一方向に回転する。続いて、第一状態に戻り、その後に、第一状態と第二状態間で持続して回転する。
一旦、ファンが例えば、小石または棒状の物などの異物の侵入に遭うと、回転子は異物に閉塞され、瞬時に回転の状態から回転しない状態になる。磁場が遮断していない状態では、R1、R2の間に位置された接点eは、電流方向の交替がない。よって、駆動集積回路211の第八ピン、または第七ピンは、ダイオードD2、D3に方形波信号を出力しない。この時、トランジスタQ4のベースは、低電位状態を持続し、トランジスタQ4は、遮断され、トランジスタQ3のベースは、高電位になり、トランジスタQ3は、伝導する。電流は、レジスタR7、R9とトランジスタQ3に流れた後、接地する。この時、トランジスタQ1のベースは、低電位にあり、トランジスタQ1は、遮断され、第二巻線L2は、電流が流れない。第二巻線L2は、発電しない。つまり、回転子が異物に閉塞された時、電源遮断と自動再起動回路210は、DC電圧比較回路220を通して異常な状況を検知し、それに対応して駆動回路230の電源を遮断する。よって、第二巻線L2は、電流が持続して供給される時に、持続して熱を発することがなく、引火を防ぐことを確保できる。
駆動集積回路211は、コンデンサC2を用いて自動充放電し、一定期間ごとに第八ピン、または第七ピンに高電圧を発生させ、トランジスタQ4の伝導を試みる。この時、仮に異物が既に取り除かれている場合、一定期間ごとに触発動作を行う。よって、電源遮断と自動再起動回路210は、回転子が異物に侵入され閉塞した時に自動電源遮断をし、駆動装置の能動部品と巻線を保護できる以外に、引火を防ぎ、異物が取り除かれた後、自動触発して駆動モータに再度正常に回転させる。従来に比べ、本発明の実施例で挙げたBLDC駆動装置200は、電源を完全に切ってから再起動する必要がなく、使用者にとって便利である。
上述に挙げたホールセンサーレスのBLDC駆動装置は、自動電源遮断と再起動の機能を有するが、本発明は、これを限定するものではなく、例えば、上述のトランジスタQ1、Q2、Q3、Q4をスイッチ動作として用いる以外に、相補型金属酸化物半導体(CMOS)を用いることができる。従って、本発明の特許請求の範囲、明細書の記載において、トランジスタはCMOSも含むものである。また、用いているレジスタとコンデンサの数も限定しておらず、使用者の必要に対応して増設と減少をすることができる。また、使用者がホールセンサーレスのBLDC駆動装置全体の動作状態をすぐに検知し易いように、出力接点を加えることができる。例えば、駆動集積回路211の第三ピンに電気的接続をした後、この出力接点によって、ディスプレイモニターに接続し、直接、動作状態をモニターに表示する。また、駆動集積回路の使用も任意の特定のモデルを限定するものではなく、且つ、接点も上述の第八ピン、または第七ピンによって交互に方形波信号を出力しなければならないと限定しておらず、本発明の述べた機能に達することができれば、どのモデルの集積回路も本発明に適用する。
以上、本発明の好適な実施例を例示したが、これは本発明を限定するものではなく、本発明の精神及び範囲を逸脱しない限りにおいては、当業者であれば行い得る少々の変更や修飾を付加することは可能である。従って、本発明が保護を請求する範囲は、特許請求の範囲を基準とする。
従来のホールセンサーレスのBLDC駆動回路の回路図を図示している。 本発明の実施例に基づいたホールセンサーレスのBLDC駆動装置の構造ブロック図を図示している。 本発明の実施例に基づいたホールセンサーレスのBLDC駆動装置の二つの概略図を図示している。 本発明の実施例に基づいたホールセンサーレスのBLDC駆動装置の二つの概略図を図示している。 本発明の実施例に基づいたホールセンサーレスのBLDC駆動装置の回路図を図示している。
符号の説明
100、110、120 BLDC駆動回路
200 BLDC駆動装置
210 電源遮断と自動再起動回路
211 駆動集積回路
220 DC電圧比較回路
230 駆動回路

Claims (12)

  1. 回転子の回転を駆動するブラシレスDCモータ駆動装置であって、
    前記ブラシレスDCモータ駆動装置は、前記回転子の回転を駆動する駆動回路、電源遮断と自動再起動回路、及びDC電圧比較回路を含み、
    前記回転子が閉塞され、回転していないとき、前記電源遮断と自動再起動回路は、前記DC電圧比較回路を通して検知し、それに対応して駆動回路への電源を遮断し、
    前記駆動回路は、補助巻線と、出力巻線と、前記補助巻線と接続された第二トランジスタとを含み、前記DC電圧比較回路は、2つのレジスタを含み、
    前記電源と、前記補助巻線と前記出力巻線との一端がそれぞれ接続され、前記補助巻線の他端と前記第二トランジスタのベースとが接続され、
    前記電源遮断と自動再起動回路は、前記電源の電圧を前記2つのレジスタで分圧した電圧値と前記第二トランジスタのコレクタ電圧値とを比較することによって前記駆動回路への電源を遮断する信号を出力するか否か決めるブラシレスDCモータ駆動装置。
  2. 前記回転子が正常に回転するとき、前記電源遮断と自動再起動回路は、作用せず、前記回転子が閉塞され、回転していないとき、前記電源遮断と自動再起動回路は、前記DC電圧比較回路を通して検知し、それに対応して駆動回路への電源を遮断する請求項1に記載のブラシレスDCモータ駆動装置。
  3. 前記駆動回路は、前記補助巻線である第一巻線、前記出力巻線である第二巻線、第一トランジスタ、前記第二トランジスタを含み、前記駆動回路が伝導し、前記第二トランジスタが遮断しているとき、前記第一巻線は、電流が流れず、前記第一トランジスタは、伝導し、電流は、前記第二巻線から前記第一トランジスタに流れた後、接地し、よって、誘起磁場を発生し、前記回転子を駆動して特定角度で回転させ、前記回転子が回転した後、前記第一巻線は、検知し、前記第二トランジスタを伝導させ、前記第一トランジスタは、遮断され、前記第二巻線は、電流が流れず、前記第一巻線と前記第二巻線は、前記駆動回路のスイッチ動作と交替された電流方向を受けて、励磁し、前記回転子を駆動して回転させる請求項1に記載のブラシレスDCモータ駆動装置。
  4. 前記第一巻線と前記第二巻線は、前記回転子に巻かれ、励磁し、前記回転子を駆動して回転させる請求項3に記載のブラシレスDCモータ駆動装置。
  5. 前記電源遮断と自動再起動回路は、第三トランジスタを含み、
    前記第三トランジスタが遮断しているとき、前記電源遮断と自動再起動回路は、作用せず、前記駆動回路は、正常に駆動され、前記回転子を回転し、
    前記第三トランジスタが伝導しているとき、前記第一トランジスタは遮断され、前記第二巻線に電流を流さず、前記駆動回路への電源を遮断する請求項3に記載のブラシレスDCモータ駆動装置。
  6. 前記電源遮断と自動再起動回路は、第四トランジスタを更に含み、駆動集積回路を用いて信号を出力し、前記第四トランジスタを伝導するか否かを決め、前記第四トランジスタが遮断されたとき、前記第三トランジスタは、伝導され、前記電源遮断と自動再起動回路は、前記駆動回路への電源を遮断し、前記第四トランジスタが伝導されたとき、第三トランジスタは、遮断され、前記電源遮断と自動再起動回路は、作用しない請求項に記載のブラシレスDCモータ駆動装置。
  7. 前記電源遮断と自動再起動回路は、コンデンサを更に含み、前記駆動回路が電流を遮断した後、前記コンデンサは、前記第四トランジスタに伝導する電圧を提供して、前記第三トランジスタを遮断し、前記駆動回路に再度、前記回転子を回転させる請求項に記載のブラシレスDCモータ駆動装置。
  8. 前記電源遮断と自動再起動回路は、前記駆動集積回路と前記第四トランジスタの間に電気的接続された少なくとも一つのダイオードを更に含み、前記駆動集積回路の出力した信号を調整する請求項に記載のブラシレスDCモータ駆動装置。
  9. 前記電源遮断と自動再起動回路は、駆動集積回路を更に含み、前記電源遮断と自動再起動回路と前記DC電圧比較回路は、電気的接続され、前記DC電圧比較回路から得られる二つの電圧値が、前記駆動集積回路の中で比較された後、前記駆動集積回路から信号を出力し、前記電源遮断と自動再起動回路を作用するか否かを決める請求項1に記載のブラシレスDCモータ駆動装置。
  10. 出力接点を更に含み、前記駆動集積回路に電気的接続され、前記出力接点によって、ディスプレイモニターに外部接続することができ、前記ブラシレスDCモータ駆動装置の動作状態を直接、前記モニターに表示する請求項に記載のブラシレスDCモータ駆動装置。
  11. 前記DC電圧比較回路は、第一レジスタ、第二レジスタ、第三レジスタと、第四レジスタを含み、前記二つの電圧値は、それぞれ前記第一レジスタと前記第二レジスタ間、前記第三レジスタと前記第四レジスタ間から得られる請求項に記載のブラシレスDCモータ駆動装置。
  12. 前記第一レジスタと前記第二レジスタ間の前記電圧値は、前記第一巻線の影響を受け変わり、前記第三レジスタと前記第四レジスタ間の前記電圧値は、相対的に固定値である請求項11に記載のブラシレスDCモータ駆動装置。
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