JP5094674B2 - モーター制御装置及びその方法 - Google Patents
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Description
図1に示したように、従来のモーター制御装置1Aは、制御回路10及びコイル切換回路12を備えることで開ループ制御回路を形成する。
制御回路10は駆動モーター22によって回転されて、パルス幅変調信号T(デューティーサイクル)に基づいてコイル切換回路12のONまたはOFFをコントロールして、モーター2のコイル21が2個の隣り合う位相の間で電流の方向が切り替わることにより、モーター2の回転速度が調整及びコントロールされる。
また、図2に示したように、他の従来のモーター制御装置1Bは駆動回路10、コイル切換回路12及び回転速度測定回路14を備えて、閉ループ制御回路を形成する。
回転速度測定回路14が追加されることで、モーター2はフル回転速度時においてもデューティーサイクル(TS)が切り換わる。
そして、デューティーサイクル(TS)と回転速度測定回路14とは対応する関数を有する。
すなわち、このデューティーサイクル(TS)は、回転速度測定回路14に伴って変化するのである。
回転速度が速くなったことを測定すると、デューティーサイクル(TS)もそれに伴って大きくなり、100%にまで達する。
回転速度測定回路14が追加されたことにより、モーター2が背圧エリアに進入した時、その回転速度を高めることにより、風圧及び風量を増加させることが可能である。
また、上述の図2の閉ループ制御回路は、ファンが低デューティーサイクル(低回転速度)の時、そのモーター2の回転速度が回転速度測定回路14の影響を受けてその回転速度を調整するため、ファンは精確な回転速度を得ることができない。
本発明のモーター制御装置及びその方法は、例えば、ファンが低デューティーサイクル(低回転速度)時には、第一回路を使用してコントロールすることで、ファンを精確な回転速度で回転させ、ファンが高デューティーサイクル(高回転速度)時には、第二回路を使用してコントロールし、ファンが背圧エリアに進入した時に回転速度が固定されることでその回転速度が制限されるのを回避する。
さらに、風圧及び風量を効果的に高める効果がある。
したがって、本発明のモーター制御装置及びその方法は、モーター回転時に背圧エリアに位置するかどうかにかかわらず、常に高い効率が得られる。
このうち、位相切換ユニットはモーターに電気的に接続されて、モーターのコイルをコントロールして励磁させて、モーターに接続するローターを回転させる。
センサーユニットはモーターのコイルをセンシングして回転速度センサー信号を得て、さらに、回転速度センサー信号を出力する。
判断ユニットはセンサーユニットに電気的に接続され、デューティーサイクル初期設定値を有する。
判断ユニットはそれぞれ第一回転速度コントロール信号及び回転速度センサー信号を受信して、第一回転速度コントロール信号とデューティーサイクル初期設定値とを比較することにより、第一回路または第二回路のどちらを起動させるかを決定する。
回転速度付加ユニットは判断ユニットに電気的に接続されて、第二回路が起動された時、判断ユニットから第一回転速度コントロール信号及び回転速度センサー信号を取得して、演算を経演算を経て、高デューティーサイクル且つ高回転速度である背圧エリアに進入した後、前記第一回転速度コントロール信号よりも前記ローターの回転速度を速くさせる第二回転速度コントロール信号を発生させる。
回転速度コントロールユニットは、判断ユニット、センサーユニット、回転速度付加ユニット及び位相切換ユニットに電気的に接続されて、第一回路が起動された時、判断ユニットから第一回転速度コントロール信号を取得して、第一回転速度コントロール信号に基づいて、位相切換ユニットをコントロールしてモーターのコイルを励磁させて、ローターを回転させる。
第二回路が起動すると、回転速度付加ユニットから第二回転速度コントロール信号を取得し、第二回転速度コントロール信号に基づいて、位相切換ユニットをコントロールしてモーターのコイルを励磁してローターを回転させる。
第二回路は上述の判断ユニット、回転速度付加ユニット、回転速度コントロールユニット、位相切換ユニット及びセンサーユニットを備える。
このうち、位相切換ユニットはモーターに電気的に接続されて、モーターのコイルをコントロールして励磁させて、モーターに接続されたローターを回転させる。
センサーユニットは、モーターのコイルをセンシングして、回転速度センサー信号を得て、回転速度センサー信号を出力する。
コントロールユニットは、センサーユニット及び位相切換ユニットに電気的に接続されて、デューティーサイクル初期設定値を有する。
前記コントロールユニットはそれぞれ第一回転速度コントロール信号及び回転速度センサー信号を受信する。
そして、第一回転速度コントロール信号とデューティーサイクル初期設定値とを比較する。
このうち、第一回転速度コントロール信号がデューティーサイクル初期設定値以下の時には、第一回転速度コントロール信号を位相切換ユニット中に入力することで、モーターをコントロールして回転させる。
そして、第一回転速度コントロール信号がディーティーサイクル初期設定値以上の時には、受信した第一回転速度コントロール信号及び回転速度センサー信号を演算した後、高デューティーサイクル且つ高回転速度である背圧エリアに進入した後、前記第一回転速度コントロール信号よりも前記ローターの回転速度を速くさせる第二回転速度コントロール信号を発生させて、さらに、位相切換ユニット中に出力することによりモーターの回転をコントロールする。
まず、センサーユニットを利用してモーターのローター回転時に、上記モーターの位相切換ユニットが発生させた信号を測定して、回転速度センサー信号を取得すると同時に、外部から第一回転速度コントロール信号を受信する。
判断ユニットまたはコントロールユニットを利用して、デューティーサイクル初期設定値と第一回転速度コントロール信号とを比較する。
第一回転速度コントロール信号がデューティーサイクル初期設定値以上の時には、回転速度付加ユニットまたはコントロールユニットを利用して、第一回転速度コントロール信号及び回転速度センサー信号を演算して、高デューティーサイクル且つ高回転速度である背圧エリアに進入した後、前記第一回転速度コントロール信号よりもローターの回転速度を速くさせる第二回転速度コントロール信号を出力することで、モーターのコイルをコントロールして励磁させることにより、上記モーターに接続するローターを回転させる。
第一回転速度コントロール信号がデューティーサイクル初期設定値以下の時には、第一回転速度コントロール信号を出力することで、モーターのコイルをコントロールして励磁させてローターを回転させる。
さらに、風圧及び風量を効果的に高める効果がある。
したがって、本発明のモーター制御装置及びその方法は、モーター回転時に背圧エリアに位置するかどうかにかかわらず、常に高い効率が得られる。
このうち、モーター制御装置3は、判断ユニット31、回転速度付加ユニット32、回転速度コントロールユニット33、位相切換ユニット34及びセンサーユニット35を備える。
このうち、判断ユニット31、回転速度コントロールユニット33及び位相切換ユニット34は第一回路(開回路)を構成する。
そして、上述の判断ユニット31、回転速度付加ユニット32、回転速度コントロールユニット33、位相切換ユニット34及びセンサーユニット35は第二回路(閉回路)を構成する。
また、モーター制御装置3は、外部から第一回転速度コントロール信号T1を受信することも可能であり、第一回転速度コントロール信号T1(PWM信号に属する)はデューティーサイクル(DUTY CYCLE)信号である。
さらに、前記デューティーサイクル初期設定値(TX)は、ファンが背圧エリアに進入した時のデューティーサイクル臨界値である。
まず、判断ユニット31が外部から第一回転速度コントロール信号T1を受信した後、第一回転速度コントロール信号T1とデューティーサイクル初期設定値(TX)を比較する。
第一回転速度コントロール信号T1がデューティーサイクル初期設定値(TX)以下の時には、第一回路によってモーター5を駆動して回転させる。
すなわち、第一回転速度コントロール信号T1を回転速度コントロールユニット33内に入力して、回転速度コントロールユニット33は、第一回転速度コントロール信号T1によって電気的に接続される位相切換ユニット34がモーター5のコイル51に対して切換を行なうことにより、モーター5をコントロールして回転させる。
第一回転速度コントロール信号T1がデューティーサイクル初期設定値(TX)以上の時には、第二回路によってモーター5を駆動して回転させる。
上述の回転速度コントロールユニットは駆動ICである。
前記回転速度付加ユニット32は判断ユニット31から第一回転速度コントロール信号T1及び回転速度センサー信号S1を取得した後演算し、第二回転速度コントロール信号T2を発生させることで、さらに、回転速度コントロールユニット33に出力する。
そして、回転速度コントロールユニット33は、第二回転速度コントロール信号T2によって位相切換ユニット34をコントロールして、モーター5のコイル51に対して位相の切換を行なうことにより、モーター5をコントロールし回転させる。
上述の第二回転速度コントロール信号T2はデューティーサイクル信号であり、第二回転速度コントロール信号T2の重み関数(Weighting function)の関係式は以下の通りである。
S=(S1/SFull)×k; T2=T1+S;
このうち、SFullは前記モーターのフル回転速度であり、
S1は前記回転速度センサー信号、
Sは付加した回転速度値、
T1は前記第一回転速度コントロール信号、
T2は前記第二回転速度コントロール信号、そして、
kは常数である。
さらに、上述の重み関数の関係式からわかるように、ファンが背圧エリアに進入した後の回転速度はさらに速くなる。
図4に示したように、本発明のモーター5は回転速度が4000回転から6000回転(高デューティーサイクルまたは高回転速度)の間で、その応用されるファンは従来の技術に比べると、効果的な風圧及び風量(P2のPQ値はP1のPQ値より大きい)を測定する。
さらに、本発明のモーター5は低速度運転時(背圧エリアにない時)においては、固定した第一回転速度コントロール信号T1によってモーター5の回転速度をコントロールする。
このため、モーター5もまた精確な回転速度を得ることができる。
本実施例において、第一実施例中の回転速度コントロールユニット363、回転速度付加ユニット362及び判断ユニット361がコントロールユニット36に統合されており、例えば、マイクロコントロールユニット(MCU)である。
そして、前記第二実施例における位相切換ユニット34及びセンサーユニット35は、第一実施例における位相切換ユニット34及びセンサーユニット35と同様であるためここでは詳述しない。
まず、コントロールユニット36が外部から第一回転速度コントロール信号T1を受信した後、第一回転速度コントロール信号T1とデューティーサイクル初期設定値TXを比較して、第一回転速度コントロール信号T1がデューティーサイクル初期設定値TX以下である場合は、第一回転速度コントロール信号T1を位相切換ユニット34中に入力することにより、モーター5のコイル51に対して位相の切換を行なって、モーター5をコントロールして回転させる。
そして、第一回転速度コントロール信号T1がデューティーサイクル初期設定値TX以上である場合は、受信した第一回転速度コントロール信号T1及び回転速度センサー信号S1を演算し、第二回転速度コントロール信号T2を発生させることで、さらに、位相切換ユニット34中に出力して、モーター5のコイル51に対して位相の切換を行なうことで、モーター5をコントロールして回転させる。
そして、モーター5が背圧エリアに位置する時(高デューティーサイクル、高回転速度)は、第二回路を使用して、前記モーター5のファンが背圧エリアに進入した時に、回転速度が固定された状態でコントロールされることによりその回転速度が制限されることがなく、同時に、良好な風圧及び風量効果が期待できる。
したがって、本発明のモーター制御装置及びその方法は、モーター5が回転する時、背圧エリアにあるかどうかにかかわらず好適な使用効果を達成させることができる。
10 駆動回路
12 コイル切換回路
14 回転速度測定回路
2 モーター
21 コイル
3 モーター制御装置
31 判断ユニット
32 回転速度付加ユニット
33 回転速度コントロールユニット
34 位相切換ユニット
35 センサーユニット
36 コントロールユニット
361 判断ユニット
362 回転速度付加ユニット
363 回転速度コントロールユニット
5 モーター
51 コイル
T パルス幅変調信号
T1 第一回転速度コントロール信号
T2 第二回転速度コントロール信号
S1 回転速度センサー信号
P1 従来のPQ曲線
P2 本発明のPQ曲線
Claims (17)
- モーターに電気的に接続されて、第一回転速度コントロール信号を受信し、
モーターに電気的に接続されることで、前記モーターのコイルをコントロールして励磁させ、前記モーターに接続するローターを回転させる位相切換ユニットと、
前記モーターの前記コイルをセンシングして、回転速度センサー信号を取得し、さらに、前記回転速度センサー信号を出力するセンサーユニットと、
前記センサーユニットに電気的に接続されて、デューティーサイクル初期設定値を有し、それぞれ前記第一回転速度コントロール信号及び前記回転速度センサー信号を受信して、さらに、前記第一回転速度コントロール信号と前記デューティーサイクル初期設定値とを比較することで、第一回路または第二回路を起動させるかを決定する判断ユニットと、
前記判断ユニットに電気的に接続されて、第二回路が起動された時に運転されて、前記判断ユニットから前記第一回転速度コントロール信号及び回転速度センサー信号を取得し、演算を経て、高デューティーサイクル且つ高回転速度である背圧エリアに進入した後、前記第一回転速度コントロール信号よりも前記ローターの回転速度を速くさせる第二回転速度コントロール信号を発生させる回転速度付加ユニットと、
前記判断ユニット、前記センサーユニット、前記回転速度付加ユニット及び前記位相切換ユニットに電気的に接続されて、前記第一回路が起動された時、前記判断ユニットから前記第一回転速度コントロール信号を取得して、前記第一回転速度コントロール信号に基づいて、前記位相切換ユニットをコントロールして、前記モーターのコイルをコントロールして励磁させることで前記ローターを回転させ、第二回路が起動された時、前記回転速度付加ユニットから前記第二回転速度コントロール信号を取得して、前記第二回転速度コントロール信号に基づいて前記位相切換ユニットをコントロールすることで、前記モーターのコイルをコントロールして励磁させて、前記ローターを回転させる回転速度コントロールユニットとを備え、
このうち、前記第一回路は、上述の前記判断ユニット、前記回転速度コントロールユニット及び前記位相切換ユニットを備え、前記第二回路は、上述の前記判断ユニット、前記回転速度付加ユニット、前記回転速度コントロールユニット、前記位相切換ユニット及び前記センサーユニットを備えることを特徴とする
モーター制御装置。 - 前記第一回転速度コントロール信号がデューティーサイクル初期設定値以下の時、前記第一回路を起動させ、
第一回転速度コントロール信号がデューティーサイクル初期設定値以上の時、前記第二回路を起動させることを特徴とする
請求項1に記載のモーター制御装置。 - 前記回転速度コントロールユニット、前記回転速度付加ユニット及び前記判断ユニットでコントロールユニットを構成し、
前記コントロールユニットはマイクロコントローラーであることを特徴とする
請求項1に記載のモーター制御装置。 - 前記位相切換ユニットは、フルブリッジ回路またはハーフブリッジ回路であり、
前記判断ユニットはコンパレーターであり、
前記回転速度コントロールユニットは駆動ICであることを特徴とする
請求項1に記載のモーター制御装置。 - 前記回転速度付加ユニットが前記第二回転速度コントロール信号を発生させる場合の演算式は以下の
S=(S1/SFull)×k; T2=T1+S;
であり、このうち、SFullは前記モーターのフル回転速度であり、
S1は前記回転速度センサー信号、
Sは付加した回転速度値、
T1は前記第一回転速度コントロール信号、
T2は前記第二回転速度コントロール信号、そして、
kは常数であることを特徴とする
請求項1に記載のモーター制御装置。 - モーターに電気的に接続されて、第一回転速度コントロール信号を受信し、
モーターに電気的に接続されることで、前記モーターのコイルを励磁させて、前記モーターに接続するローターを回転させる位相切換ユニットと、
前記モーターの前記コイルをセンシングして、回転速度センサー信号を取得し、さらに、前記回転速度センサー信号を出力するセンサーユニットと、
前記センサーユニット及び前記位相切換ユニットに電気的に接続されて、デューティーサイクル初期設定値を有し、それぞれ前記第一回転速度コントロール信号及び前記回転速度センサー信号を受信して、さらに、前記第一回転速度コントロール信号と前記デューティーサイクル初期設定値とを比較し、第一回転速度コントロール信号がデューティーサイクル初期設定値以下の時、第一回転速度コントロール信号を位相切換ユニット中に入力することで、モーターの回転をコントロールし、第一回転速度コントロール信号がデューティーサイクル初期設定値以上の時、受信した第一回転速度コントロール信号及び回転速度センサー信号を演算することで、高デューティーサイクル且つ高回転速度である背圧エリアに進入した後、前記第一回転速度コントロール信号よりも前記ローターの回転速度を速くさせる第二回転速度コントロール信号を発生させて、さらに、位相切換ユニット中に出力することでモーターの回転をコントロールするコントロールユニットとを備えることを特徴とする
モーター制御装置。 - 前記コントロールユニットはマイクロコントローラーであり、
前記位相切換ユニットは、フルブリッジ回路またはハーフブリッジ回路であることを特徴とする
請求項6に記載のモーター制御装置。 - 前記デューティーサイクル初期設定値は、ファンが前記背圧エリアに進入した時のデューティーサイクルの臨界値であることを特徴とする
請求項1または請求項6に記載のモーター制御装置。 - 前記第一回転速度コントロール信号及び第二回転速度コントロール信号は、デューティーサイクル信号であることを特徴とする
請求項1または請求項6に記載のモーター制御装置。 - 前記第一回転速度コントロール信号は、前記モーター制御装置外から入力されることを特徴とする
請求項1または請求項6に記載のモーター制御装置。 - 前記コントロールユニットが前記第二回転速度コントロール信号を発生させる場合の演算式は以下の
S=(S1/SFull)×k; T2=T1+S;
であり、このうち、SFullは前記モーターのフル回転速度であり、
S1は前記回転速度センサー信号、
Sは付加した回転速度値、
T1は前記第一回転速度コントロール信号、
T2は前記第二回転速度コントロール信号、そして、
kは常数であることを特徴とする
請求項6に記載のモーター制御装置。 - 回転速度センサー信号を取得するステップと、
第一回転速度コントロール信号を取得するステップと、
前記第一回転速度コントロール信号とデューティーサイクル初期設定値を比較して、前記第一回転速度コントロール信号がデューティーサイクル初期設定値以上の時、前記第一回転速度コントロール信号及び前記回転速度センサー信号を演算して、高デューティーサイクル且つ高回転速度である背圧エリアに進入した後、前記第一回転速度コントロール信号よりもローターの回転速度を速くさせる第二回転速度コントロール信号を出力させることで、モーターのコイルをコントロールして励磁させて、前記モーターに接続するローターを回転させるステップとを備えることを特徴とする
モーター制御方法。 - 前記第一回転速度コントロール信号がデューティーサイクル初期設定値以下の時、前記第一回転速度コントロール信号を出力することで、前記モーターのコイルをコントロールして励磁させて、前記ローターを回転させるステップを備えることを特徴とする
請求項12に記載のモーター制御方法。 - 前記デューティーサイクル初期設定値は、ファンが前記背圧エリアに進入した時のデューティーサイクルの臨界値であることを特徴とする
請求項12に記載のモーター制御方法。 - 前記第一回転速度コントロール信号及び第二回転速度コントロール信号はデューティーサイクル信号であることを特徴とする
請求項12に記載のモーター制御方法。 - 前記回転速度センサー信号を取得するステップは、センサーユニットが前記モーターのローター運転時に前記モーターの位相切換ユニットが発生する信号を測定することを利用することを特徴とする
請求項12に記載のモーター制御方法。 - 前記背圧エリアに進入した後、前記第一回転速度コントロール信号よりも前記ローターの回転速度を速くさせる前記第二回転速度コントロール信号を発生させる場合の演算式は以下の
S=(S1/SFull)×k; T2=T1+S;
であり、このうち、SFullは前記モーターのフル回転速度であり、
S1は前記回転速度センサー信号、
Sは付加した回転速度値、
T1は前記第一回転速度コントロール信号、
T2は前記第二回転速度コントロール信号、そして、
kは常数であることを特徴とする
請求項12に記載のモーター制御方法。
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