JP5405003B2 - モータ駆動時の初期電流値制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、モータの運転開始時において、駆動電圧又は電流を制御し効率低下を防止するモータ駆動時の初期電流値制御方法に関する。

従来技術では、パルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）を利用して放熱ファンのモータ内のコイルの導通時間を制御することにより、ファンモータの回転を制御していた。この制御によって、ＰＷＭ信号の異なる作動期間（ＤＵＴＹ ＣＹＣＬＥ）により、異なる回転速度を制御するという目的を達することができた。前記ＰＷＭパルス幅、周波数および作動期間などの変数は、全てファンモータの回転速度に影響を与える。

図１は第１の従来の回路を示すブロック図である。図１に示すように、第１の回路は、逆接続保護ダイオード１０１、ホール素子１０２、駆動ユニット１０３、第１のトランジスタ１０４、第２のトランジスタ１０５、第１の抵抗１０６、第２の抵抗１０７、第３の抵抗１０８、第１のコイル１０９、第２のコイル１２０、第４の抵抗１２１、第５の抵抗１２２、第３のトランジスタ１２３、第４のトランジスタ１２４、ホール素子１０２、駆動ユニット１０３、第１のトランジスタ１０４、第２のトランジスタ１０５、第１の抵抗１０６、第２の抵抗１０７、第３の抵抗１０８、第１のコイル１０９、第２のコイル１２０から駆動回路１０を構成している。

電源が導通した後、前記逆接続保護ダイオード１０１から回路に出力され、駆動回路１０のホール素子１０２が回転子の磁極変化により発生した正電圧Ｈ＋及び負電圧Ｈ−が駆動ユニット１０３に出力される。この駆動ユニット１０３は、電圧を制御信号電圧に変換し、第１の出力端子ＯＵＴ１及び第２の出力端子ＯＵＴ２からそれぞれ第１のトランジスタ１０４及び第２のトランジスタ１０５に出力する。パルス幅変調信号入力端子ＰＷＭは、第４の抵抗１２１、第５の抵抗１２２、第３のトランジスタ１２３及び第４のトランジスタ１２４のコレクタを介して、駆動ユニット１０３の第１の出力端子ＯＵＴ１及び第２の出力端子ＯＵＴ２の制御信号電圧を断続して、第１のトランジスタ１０４及び第２のトランジスタ１０５のコレクタに接続される第１のコイル１０９及び第２のコイル１２０への電圧又は電流を制御することにより、ファンモータ回転速度の変化を制御する。

図２は第２の従来の回路を示すブロック図である。図２に示すように、第２の回路は、逆接続保護ダイオード２０１、ホール素子２０２、駆動ユニット２０３、第１のトランジスタ２０４、第２のトランジスタ２０５、第１の抵抗２０６、第２の抵抗２０７、第３の抵抗２０８、第１のコイル２０９、第２のコイル２２０、第４の抵抗２２１、第３のトランジスタ２２２を含む。その内、ホール素子２０２、駆動ユニット２０３、第１のトランジスタ２０４、第２のトランジスタ２０５、第１の抵抗２０６、第２の抵抗２０７、第３の抵抗２０８、第１のコイル２０９、第２のコイル２２０から駆動回路２０が構成される。

パルス幅変調信号入力端子ＰＷＭは、第４の抵抗２２１及び第３のトランジスタ２２２を介して駆動ユニット２０３の制御入力端子ＳＴに接続し、パルス幅変調信号の周期的変化によりパルス信号の作動期間を変えて、駆動回路２０が発生させる電源作動時間を制御し、第１のコイル２０９及び第２のコイル２２０の電源効率を制御することにより、ファンモータ回転速度の変化を制御する。

図３は第３の従来の回路を示すブロック図である。第３の回路は、逆接続保護ダイオード３０１、ホール素子３０２、駆動ユニット３０３、第１のトランジスタ３０４、第２のトランジスタ３０５、第１の抵抗３０６、第２の抵抗３０７、第３の抵抗３０８及び第１のコイル３０９、第２のコイル３２０から駆動回路３０が構成される。

パルス幅変調信号入力端子ＰＷＭは、第４の抵抗３２１及び第３のトランジスタ３２２を介して入力電源のオン及びオフを制御し、第１のトランジスタ３０４及び第２のトランジスタ３０５のコレクタに接続する第１のコイル３０９および第２のコイル３２０を駆動させ、ファンモータの回転速度を制御する。

上記した従来技術のモータは、駆動時の電流値が非常に大きい。一般には、モータ通常運転時に必要な電流の２倍から３倍である。図４は図１〜３のモータ内におけるコイルの電流曲線を示す図である。図４に示すように、モータを駆動させる電流が大き過ぎて、効率が悪くなり、場合によっては駆動ユニットの損傷を招く恐れもある。

図５は、図１〜３に示す駆動回路のモータ内におけるコイルの電流曲線を示す図である。図５に示すように、駆動電流が駆動ユニットの損傷を招くことを防止するため、駆動電流を普通の0.8倍にするなど従来技術においても改善を意図したものがあった。しかしながら、この従来の方法では効率の悪さを解決することができなかった。また、モータシステムの使用寿命を短縮してしまうという欠点もあった。以上のように、従来技術の欠点を解決する新しい技術が待望されていた。

本発明の第１の目的は、検出ユニットがモータの駆動を検出し、駆動ユニットが出力する電圧又は電流を制御することにより、過大な駆動電流がコイルに流れて大幅に効率を低下させることを防止するモータ駆動時の初期電流値制御方法を提供することにある。

本発明の第２の目的は、駆動ユニットが出力する電圧又は電流を制御することにより、過大な駆動電流がコイルに流れて駆動ユニットを破損させるのを防止するモータ駆動時の初期電流値制御方法を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明の一態様によるモータ駆動時の初期電流値制御方法は、第１の工程、第２の工程、第３の工程および第４の工程を備え、前記第１の工程は駆動ユニットが接続するコイルに電圧又は電流を出力する方法を用いて、コイルが構成するモータを駆動させる。前記第２の工程は、検出ユニットがモータの運転時に発生する磁極変化を検出して検出信号を発生し出力する。第３の工程は、制御ユニットが接続する検出ユニットが検出信号を発生しているかどうかにより、モータが運転状態であるかどうかを判断する。第４の工程は制御ユニットが、前記検出ユニットからの信号を受信して、駆動ユニットがコイルに電圧又は電流を出力するのを制御する。

従来技術では、駆動ユニットがＰＷＭ信号の作動期間にコイルの電流を上昇させたり、通常運転時の電流を大幅に上回ったりして、効率を低下させるという課題を、本発明は、検出ユニットがモータの駆動を検出して、駆動ユニットが出力する電圧又は電流を制御することにより解決し、同時に、過大な駆動電流がコイルに流れて駆動ユニットを破損させるのを防止することも可能にした。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図６は本発明の一実施形態によるモータ駆動初期の電流値を制御する方法を示す図である。

図６に示すように、本実施形態のモータ駆動時の初期電流値を制御する方法は、コイル１０、駆動ユニット２０、制御ユニット３０及び検出ユニット４０を含む回路構成を用いて行われ、前記駆動ユニット２０はコイル１０に接続されている。前記駆動ユニット２０が電圧又は電流を出力して前記コイル１０が構成するモータ（図示せず）を駆動させる。前記制御ユニット３０は、前記駆動ユニット２０に接続され、該駆動ユニット２０が電圧又は電流の出力を制御する。場合によっては、前記制御ユニット３０は、パルス幅変調信号入力端子（以下ＰＷＭ端子と称す）３１をさらに有することができ、パルス信号（以下ＰＷＭ信号と称す）を入力するのに用いられる。しかし、これに限定されるものではない。制御ユニット３０が自らＰＷＭ信号を発生させるのも１つの方法である。制御ユニット３０がＰＷＭ信号の作動期間（ＤＵＴＹ ＣＹＣＬＥ）において、駆動ユニット２０が電圧又は電流の出力を制御し、モータを駆動させる。

検出ユニット４０は、モータの近くに配置され、制御ユニット３０に接続される。検出ユニット４０はホール素子などで良いが、これに限定されるものではない。検出ユニット４０はモータの磁極変化を検出し、信号を発生して制御ユニット３０に出力する。制御ユニット３０は、駆動ユニット２０が電圧又は電流を出力するのを制御することにより、コイル１０の電流値を制御することができる。

図７は図５の可能な実施形態を示すフローチャートである。図７に示すように、本実施形態のモータ駆動時の初期電流値を制御する方法は、第１の工程Ｓ１、第２の工程Ｓ２、第３の工程Ｓ３及び第４の工程Ｓ４を含む。前記第１の工程Ｓ１において、駆動ユニット２０が接続するコイル１０に電圧又は電流を出力する方法を用いて、コイル１０が構成するモータを駆動させる。図８は図５のモータ内のコイルの電流曲線を示す図である。ＰＷＭ信号の作動期間が始動段階、上昇段階および安定段階に分かれているとして、図８は駆動ユニット２０の出力する電圧又は電流に対応するＰＷＭ信号の作動期間の各段階の電流を示す図である。図８に示すように、本実施の形態は、駆動ユニット２０が出力する電圧又は電流はＰＷＭ信号の作動期間の始動段階において、従来技術よりはるかに小さい。例えば、コイル１０の起動電流は通常運転時の僅か２０％である（これに限定されるものではない）。ＰＷＭ信号の作動期間の始動段階において、駆動ユニット２０の出力する電圧又は電流が非常に小さいため、モータ駆動電流が大きくなり駆動ユニットやモータシステムを破損させてしまう恐れはない。

第２の工程Ｓ２において、検出ユニット４０はモータの運転時（回転子など、図示せず）において発生する磁極変化を検出し、信号を発生して出力する。第３の工程Ｓ３において、制御ユニット３０は制御ユニット３０が接続する検出ユニット４０が信号を発生しているかどうかにより、モータが運転状態であるかどうか判断する。制御ユニット３０は駆動ユニット２０を制御するかどうかを決定して、コイル１０に電圧又は電流を出力する。つまり、制御ユニット３０は検出ユニット４０の信号を受信しなければ、継続して駆動ユニット２０に電圧又は電流をコイル１０に出力させる。制御ユニット３０は検出ユニット４０の信号を受信するまで、コイル１０の電流を増加させる。コイル１０が構成するモータが起動する時、コイル１０に流れる電流が初期電流値である。

第４の工程Ｓ４において、制御ユニット３０は駆動ユニット２０がＰＷＭ信号の作動期間の始動段階において、コイル１０に初期電流値を保持する信号を出力する。これにより、従来技術において、駆動ユニット２０がＰＷＭ信号の作動期間においてコイル１０の電流を上昇させたり、通常運転時の電流を大幅に上回ったりして、効率を低下させるという課題を解決した。

好適な実施形態を前述の通りに開示したが、これらは決して本発明を限定するものではなく、当該技術を熟知する者は誰でも、本発明の精神と領域を脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って、本発明の保護の範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。

第１の従来の回路を示すブロック図である。 第2の従来の回路を示すブロック図である。 第3の従来の回路を示すブロック図である。 図１〜３のモータ内におけるコイルの電流曲線を示す図である。 図１〜３のモータ内におけるコイルの電流曲線を示す図である。 本発明の一実施形態によるモータ駆動時の初期電流値を制御する方法を示す図である。 図５の可能な実施形態を示すフローチャートである。 図５のモータ内のコイルの電流曲線を示す図である。

符号の説明

１０ コイル
２０ 駆動ユニット
３０ 制御ユニット
３１ パルス幅変調信号入力端子（ＰＷＭ端子）
４０ 検出ユニット
Ｓ１ 第１の工程
Ｓ２ 第２の工程
Ｓ３ 第３の工程
Ｓ４ 第４の工程

Claims (1)

1. 第１の工程、第２の工程、第３の工程及び第４の工程を備えるモータ駆動時の当該モータの始動段階における初期電流値制御方法であって、
   前記第１の工程は、駆動ユニットが接続するコイルに電圧又は電流を出力して前記コイルが構成する前記モータを駆動させ、
   前記第２の工程は、検出ユニットが前記モータの運転時に発生する磁極変化を検出して、検出信号を発生して出力し、
   前記第３の工程は、前記検出ユニットが検出信号を発生しているかどうかによって、前記モータが運転状態であるかどうかを制御ユニットが判断し、
   前記第４の工程は、前記制御ユニットが、前記第３の工程において前記モータが運転状態であると判断した場合に前記駆動ユニットに対し前記コイルへの電圧又は電流の出力を抑制させ、前記第３の工程において前記モータが運転状態でないと判断した場合に前記駆動ユニットに対し前記コイルへの電圧又は電流の出力を継続させて、前記モータの前記始動段階において前記コイルに出力される電圧又は電流が通常運転レベル以下であり且つ時間とともに増加するように、前記駆動ユニットを制御し、
   前記制御ユニットは、更に、
   パルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）が入力されるパルス幅変調信号入力端子を有し、
   前記第３の工程及び前記第４の工程において、前記パルス幅変調信号入力端子から入力されたＰＷＭ信号の作動期間（DUTY TIME）では、前記駆動ユニットに対し前記コイルへの電圧又は電流の出力を抑制させる
   ことを特徴とするモータ駆動時の初期電流値制御方法。

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