JPH01136585A - 直流モータ用電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、直流モータの巻線を異常温度上昇から保護す
る機能を有した直流モータ用電源装置に関する。

（従来の技術） 例えば直流モータを駆動する場合において、従来では、
その直流モータの定格入力電圧（例えば、１２Ｖ、２４
Ｖ）毎に専用の電源装置を用意することが行なわれてい
る。そして、このような電源装置において、直流モータ
の巻線温度の異常上昇に対する保護機能を設けない場合
は、上記巻線温度に所定の安全率を見込むようにしてお
り、従って巻線として線径の太いものを使用することが
行なわれている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしなから、上記のように巻線温度に安全率を見込ん
だ場合には、巻線が占める容積が増えて直流モータの大
形化を招くばかりか、巻線ｍｍの増加により直流モータ
の軽量化が阻害れさる問題点があり、しかも巻線使用量
か増えて製造コストの上昇を招くという問題点もある。

このため従来より、上記のような問題点に対処するため
に、巻線温度が異常に上昇した場合には、その温度か予
め設定された上限温度に達したときに電源の供給を停止
させ、以て温度保護を行なうことも行なわれている。し
かしながら、この構成では、直流モータの運転稼働率が
無闇に低くなるという新たな問題点が惹起される。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目
的は、直流モータの巻線温度の異常上昇を、直流モータ
の稼働状態の中断を伴うことなく適確に防止でき、しか
も直流モータの小形化及び軽量化を実現できると共に、
その直流モータの製造コストの引下げも図り得る等の効
果を奏する直流モータ用電源装置を提供するにある。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明による直流モータ用電源装置は、４個の無接点ス
イッチング素子を単相整流ブリッジ回路として接続して
成り上記単相整流ブリッジ回路の直流出力端子に相当し
た一対の端子を直流電源及び直流モータ間の通電路に介
在させると共に同じく単相整流ブリッジ回路の交流入力
端子に相当した一対の端子間にコンデンサを接続するこ
とにより構成されたインピーダンス回路、及び一定の基
準電圧を発生する温度設定回路、並びに前記直流モータ
の巻線温度に応じた検出電圧を発生する温度検出回路を
夫々設けると共に、前記無接点スイッチング素子のスイ
ッチング周期を制御して前記コンデンサに所定周波数の
交流電圧を印加することにより前記インピーダンス回路
のインピーダンスを一定に保持し且つ前記検出電圧によ
り示される巻線温度が」二限温度を越えた場合にはその
検出電圧及び基準電圧の比較に基づいて前記インピーダ
ンス回路のインピーダンスが大きくなるように制御する
制御回路を設ける構成としたものである。

（作用） インピーダンス回路内の無接点スイ・ソチング素子のス
イッチング周期を変化させてコンデンサに印加される交
流電圧周波数を変化させた場合には、そのインピーダン
ス回路のインピーダンスが変化することになる。具体的
には、上記インピーダンスは、コンデンサに印加される
交流電圧周波数が高くなるのに伴い小さくなる。しかし
て、制御回路は、前記コンデンサに所定周波数の交流電
圧周波数を印加することによりインピーダンス回路のイ
ンピーダンスを一定に保持するものであり、従って直流
モータには、上記インピーダンス回路を通じて一定電圧
か印加されるようになる。このような通電状態で直流モ
ータの巻線温度か異常に上昇して、温度検出回路が発生
する検出電圧により示される巻線温度が上限温度を越え
るようになると、制御回路にあっては、」二記検出電圧
及び基準電圧の比較に基づいて、前記無接点スイ・ソチ
ング素子のスイッチング周期か長くなるように制御し、
以てインピーダンス回路のインピーダンスが大きくなる
ように調節する。この結果、インピーダンス回路の出力
電圧が低下するようになり、これに応じて直流モータに
流れる電流が減少して、前記巻線温度の上昇が抑制され
るようになる。

以上のような作用により巻線の異常温度上昇を防止でき
るものであり、このときには直流モータに対する電源供
給が停止されることがないから、その直流モータの運転
稼働率の低下を来たすことがない。また、インピーダン
ス回路内のコンデンサでは無効電力しか消費されないか
ら、大きな電力損失を伴うことがない。

（実施例） 以下、本発明の第１の実施例について第１図乃至第３図
を参照しながら説明する。

第１図において、１は直流モータたる例えば三相のブラ
シレスモータで、これは直流電源２の正極Ｐ及び負極Ｎ
に対応された一対の通電路２ａ及び２ｂから後述する制
御回路３の出力端子Ｑ３〜Ｑ５を通じて給電されるよう
に設けられている。

４はインピーダンス回路で、これは４個の無接点スイッ
チング素子たる例えばホトトランジスタ５ａ〜８ａを図
示のように単相整流ブリッジ回路として接続した上で、
その単相整流ブリッジ回路の直流入力端子に相当した一
対の端子Ｔ１及び１２間を前記通電路２ａに介在させる
と共に、単相整流ブリッジ回路の交流出力端子に相当し
た一対の端子Ｔ３及び１４間にコンデンサ９を接続する
ことにより構成されている。

」二記ホトトランジスタ イオード５ｂ〜８ｂと共に４対のホトカプラ５〜８を構
成するものである。これら発光ダイオード５ｂ〜８ｂの
うち、発光ダイオード５ｂ，６ｂは、直流電源２から抵
抗１０及び第１のトランジスタ１１を介して同時に通電
されるように接続され、また、発光タイオード７ｂ及び
８ｂは、直流電源２から上記抵抗１０及び第２のトラン
ジスタ１２を介して同時に通電されるように接続されて
いる。

従って、第１のトランジスタ１１がオンしたときには、
発光ダイオード５ｂ，６ｂか通電点灯されてホトトラン
ジスタ５ａ，６ａがオンされ、また、第２のトランジス
タ１２がオンしたときには、発光ダイオード７ｂ，８ｂ
が通電点灯されてホトトランジスタ７ａ，８ａがオンさ
れる。そして、この場合において、」二記第１及び第２
のトランジスタ１１及び１２は、前記制御回路３の出力
端子Ｑ１及びＱ２から夫々出力されるオン指令信号Ｓ１
及びＳ２によりオンされるようになっている。

１３は温度設定回路で、これは直流電源２の正極Ｐ及び
負極Ｎ間に抵抗１４及び図示極性の定電圧ダイオード１
５を直列に接続すると共に、上記定電圧ダイオード１５
と並列に可変抵抗１６を接続することにより構成されて
いる。従って、斯かる温度設定回路１３にあっては、そ
の可変抵抗１６の摺動端子から電圧レベルが安定した基
準電圧Ｖｓを出力するものであり、その基準電圧ＶＳは
制御回路３の入力端子Ｐ４に与えられる。また、１７は
温度検出回路で、これはブラシレスモータ１の固定子巻
線１ａ〜１ｃの温度を検出可能に配置された負特性サー
ミスタよりなる温度センサ１８を有し、この温度センサ
１８の一端を前記定電圧ダイオード１５のカソードに接
続すると共に、他端を抵抗１９を介して定電圧ダイオー
ド１５のアノード（通電路２ｂ）に接続することにより
構成されている。従って、斯かる温度検出回路１７にあ
っては、温度センサ１８及び抵抗１９の共通接続点から
前記ブラシレスモータ１の巻線温度Ｔｄに対応した検出
電圧Ｖｄを出力するものであり、その検出電圧Ｖｄは制
御回路３の入力端子Ｐ５に与えられる。尚、２０は通電
路２ａ及び２ｂ間に接続された平滑用コンデンサであり
、これの平滑作用によってインピーダンス回路４からの
出力電圧Ｖ　ｏｕｔの安定化が図られている。

前記制御回路３は、その制御用電源端子Ｐ３及び共通電
源端子２２間に、直流電源２の出力を補助通電路２ｃ及
び通電路２ｂを通じて受けるようになっており、これに
より自身の電源を１ηるように構成されている。また、
制御回路３は、負荷用電源端子Ｐ１及び共通電源端子２
２間に、直流電源２の出力を通電路２ａ（ひいてはイン
ピーダンス回路４）及び２ｂを通じて受けるようになっ
ており、これによりブラシレスモータ１駆動用の電源を
得るように構成されている。そして、」二記制御回路３
は例えばマイクロコンピュータを含んで構成されたもの
で、予め記憶した制御用プログラムに基づいて前記ブラ
シレスモータ１の回転制御を行なうようになっており、
斯かる制御時には、ブラシレスモータ１の三相固定子巻
線１ａ〜ＩＣに対し、負荷用電源端子Ｐ１及び共通電源
端子２２間に与えられる直流電圧を印加するようになっ
ている。

さて、制御回路３は、上述したようなブラシレスモータ
１の制御の他に、前記第１及び第２のトランジスタ１１
及び１２ひいてはインピーダンス回路４の制御を行なう
ものであり、以下その制御内容について全体の作用と共
に説明する。

まず、最初にインピーダンス回路４の機能について説明
する。即ち、ホトトランジスタ５ａ，６ａかオンされ且
つホトトランジスタ７ａ，ｇａがオフされた状態では、
直流電源２からの電流が、ホトトランジスタ５ａ、６ａ
及びコンデンサ９を通じて制御回路３に供給されるよう
になって、結果的に上記コンデンサ９には図中矢印Ａ方
向の電流が流れる。また、これとは逆に、ホトトランジ
スタ５ａ、６ａがオフされ且っホトトランジスタ７ａ、
８ａがオンされた状態では、直流電源２がらの電流が、
ホトトランジスタ７ａ、８ａ及びコンデンサ９を通じて
制御回路３に供給されるようになって、結果的に上記コ
ンデンサ９には図中矢印Ｂ方向の電流が流れる。この結
果、コンデンサ９には交流電圧が印加されるものであり
、従ってインピーダンス回路４の端子ＴＩ、Ｔ２間のイ
ンピーダンスＺは、」１記交流電圧の周波数によって変
化するようになる。また、」１記インピーダンスＺは、
ホトトランジスタ５ａ、６ａのグループ及びホトトラン
ジスタ７ａ、８ａのグループのスイッチング周期を変化
させることにより、所定範囲で大小変化させることがで
きる。

しかして、上記スイッチング周期は、第１及び第２のト
ランジスタ１１及び１２のオンオフ周期に対応するもの
であり、制御回路３は、定常時において上記トランジス
タ１１及び１２のオンオフ周期を一定に制御することに
より、インピーダンス回路４のインピーダンスＺを一定
に保持するように構成されている。具体的には、制御回
路３は、定常時においては例えば第２図（ａ）、（ｂ）
に示すように、出力端子Ｑ１から所定周期のオン指令信
号ｓ１を出力すると共に、出力端子Ｑ２から」１記オン
指令信号Ｓ１と逆位相のオン指令信号Ｓ２を出力する。

従って、この場合には、オン指令信号Ｓ１による第１の
トランジスタ１１のオンに応じてホトトランジスタ５ａ
、６ａがオンされた状態と、オン指令信号Ｓ２による第
２のトランジスタ１２のオンに応じてホトトランジスタ
７ａ。

８ａがオンされた状態とが交互に繰返されるものであり
、これによりインピーダンス回路４のインピーダンスＺ
が一定に保持される。そして、このような状態では、イ
ンピーダンス回路４からの出力電圧Ｖｏｕｔ　　（つま
り制御回路３を通じてブラシレスモータ１に与えられる
電圧）か、第２図中−１２＝ （Ｃ）に示すような一定レベルとなるものである。

ここで、上記のような通電状態で、ブラシレスモータ１
の巻線温度Ｔｄが上昇した場合には、これに応じて温度
検出回路１７が発生する検出電圧Ｖｄのレベルが上昇す
るようになる。そして、斯様な検出電圧Ｖｄにより示さ
れる巻線温度Ｔｄが所定の」１限温度Ｔ　ｍａＸを越え
るようになると、制御回路３にあっては、オン指令信号
ｓ１及びｓ２の出力周期が長くなるように制御し、これ
によりインピーダンス回路４のインピーダンスＺを大き
くする。この結果、オン指令信号ｓ１及びｓ２の出力周
期が第３図に一例を示すような状態となると共に、これ
に応じて出力電圧ｖ　ｏｕｔが同図に示すように低下す
るようになり、ブラシレスモータ１に流れる負荷電流が
減少して巻線温度Ｔｄの」１昇が抑制されると共に、温
度検出回路１７がらの検出電圧Ｖｄが低下するようにな
る。そして、制御回路３にあっては、斯様な検出電圧Ｖ
ｄの低下に応じてＶｄ＝Ｖｓとなったときには、オン指
令信号Ｓ１及びＳ２の出力周期のそれ以上の拡大を停止
する。また、この後に巻線温度Ｔｄか正常な範囲に戻っ
たときには、制御回路３は、第２図に示すような周期の
オン指令信号Ｓ工及びＳ２を出力した状態に復帰し、同
図（ｃ）に示すような一定レベルの電圧ｖ　ｏｕｔを出
力するようになる。

要するに本実施例によれば、上述したような作用により
ブラシレスモータ１の固定子巻線１ａ〜ＩＣを異常温度
上昇から保護する機能が得られるものである。そして、
このときにはブラシレスモータ１に対する電源供給か停
止されることがないため、そのブラシレスモータ１の運
転稼働率の低下を来たすことがない。また、巻線温度Ｔ
ｄに従来のような安全率を見込む必要がないから、固定
子巻線１ａ〜１ｃの線径を太くする必要がなく、結果的
にブラシレスモータ１の小形・軽量化を図り得ると共に
、巻線使用量の減少による製造コストの低下も図り得る
。しかも、このときには電圧可変要素であるコンデンサ
９では無効電力しか消費されないから、電圧可変要素と
してパワートランジスタを用いた従来構成に比べて電力
損失を大幅に軽減できる。さらに、出力電圧ｖ　ｏｕｔ
のレベルは、オン指令信号Ｓ１及びＳ２の出力周期を変
更することにより、所定範囲内で上下させることができ
るから、定格入力が異なるブラシレスモーフ１に対して
も十分対処することが可能となり、ハードウェア部分の
標準化を大きく促進できる。

尚、本発明は上記第１の実施例に限定されるものではな
く、例えば第２の実施例を示す第４図のように、インピ
ーダンス回路４及び制御回路３間の通電路２ａに平滑用
のりアクドル２１を介在させても良く、このような構成
とすればインピーダンス回路４の出力電圧Ｖ　ｏｕｔの
平滑作用をより一層向」ニさせることができる。

その他、本発明は上記し且つ図面に示した各実施例に限
定されるものではなく、例えば他の直流モータにも適用
できる等、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実
施することができる。

［発明の効果］ 本発明によれば以上の説明によって明らがなように、コ
ンデンサの性質を利用したインピーダンス変化により直
流電源の出力電圧を変化させるインピーダンス回路、及
び一定の基準電圧を発生する温度設定回路、並びに前記
直流モータの巻線温度に応じた検出電圧を発生する温度
検出回路を夫々設けると共に、前記無接点スイッチング
素子のスイッチング周期を制御して前記コンデンサに所
定周波数の交流電圧を印加することにより前記インピー
ダンス回路のインピーダンスを一定に保持し且つ前記検
出電圧により示される巻線温度が上限温度を越えた場合
には前記検出電圧及び基準電圧の比較に基づいて前記イ
ンピーダンス回路のインピーダンスか大きくなるように
制御する制御回路を設ける構成としたので、直流モータ
の巻線温度の異常」１昇を、その直流モータの稼働状態
の中断を伴うことなく防止でき、しかも直流モータの小
形・軽量化並びにその製造コストの引下げを実現できる
と共に、電力損失の低減並びに標準化の促進をも図り得
るという優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明の第１の実施例を示すもので
、第１図は回路図、第２図及び第３図は作用説明用のタ
イミングチャートである。また、第４図は本発明の第２
の実施例を示す第１図相当図である。 図中、１はブラシレスモーフ（直流モータ）、１ａ〜１
ｃは固定子巻線、２は直流電源、３は制御回路、４はイ
ンピーダンス回路、５〜８はホトカプラ、５ａ〜８ａは
ホトトランジスタ（無接点スイッチング素子）、５ｂ〜
８ｂは発光ダイオード、９はコンデンサ、１３は温度設
定回路、１７は温度検出回路、１８は温度センサ、２ｏ
は平滑用コンデンサ、２１はリアクトルを示す。 出願人　　株式会社　　東　　　芝

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、４個の無接点スイッチング素子を単相整流ブリッジ
   回路として接続して成り上記単相整流ブリッジ回路の直
   流出力端子に相当した一対の端子を直流電源及び直流モ
   ータ間の通電路に介在させると共に同じく単相整流ブリ
   ッジ回路の交流入力端子に相当した一対の端子間にコン
   デンサを接続することにより構成されたインピーダンス
   回路と、一定の基準電圧を発生する温度設定回路と、前
   記直流モータの巻線温度に応じた検出電圧を発生する温
   度検出回路と、前記無接点スイッチング素子のスイッチ
   ング周期を制御して前記コンデンサに所定周波数の交流
   電圧を印加することにより前記インピーダンス回路のイ
   ンピーダンスを一定に保持するように設けられ前記検出
   電圧により示される巻線温度が上限温度を越えた場合に
   はその検出電圧及び前記基準電圧の比較に基づいて前記
   インピーダンス回路のインピーダンスが大きくなるよう
   に制御する制御回路とを設けたことを特徴とする直流モ
   ータ用電源装置。