JPH0539198U - 電動機制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】高回転時の過負荷保護動作トルクと低回転時の
過負荷保護動作トルクとの差を少なくして電動機の保護
を適確に図る。 【構成】電源３から電動機駆動回路２を通して流れる電
流の通路に電流検出用抵抗Ｒ1 を挿入し、この電流検出
用抵抗の両端に得られる駆動電流検出信号Ｖi を第１の
比較回路ＣＰ1 に与えて基準値Ｖr と比較する。駆動電
流検出信号Ｖi が基準値Ｖr を超えている期間第１の比
較回路ＣＰ1 から一定レベルの信号を発生させる。この
第１の比較回路の出力信号を平滑回路７により平滑して
負荷検出信号ＶL に変換する。負荷検出信号ＶL を第２
の比較回路ＣＰ2 に与えて設定値Ｖf と比較し、負荷検
出信号ＶL が設定値Ｖf を超えたときに過負荷検出信号
Ｖoを発生させて電動機への通電を停止させる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、ブラシレス直流電動機等の電動機の回転を制御する電動機制御装置 に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

電動機の回転を制御する電動機制御装置として、電源からスイッチ素子を通し て電動機に駆動電流を流す電動機駆動回路と、電動機の駆動電流をパルス幅制御 （ＰＷＭ制御）するように駆動回路のスイッチ素子の導通を制御する回転制御回 路とを備えたものが広く用いられている。この種の制御装置では、電動機の出力 トルクが所定の過負荷保護動作トルクτp 以上になったとき（負荷が過大になっ たとき）に電動機を停止させる保護機能をもたせている。

【０００３】 図５は従来のブラシレス直流電動機の制御装置の一例を示したもので、同図に おいて、１は３相の電機子巻線１ｕ〜１ｗを有する電動機、２は直流電源３から 電動機１に駆動電流ｉを流す電動機駆動回路である。電動機駆動回路２は、ＰＮ Ｐトランジスタからなる半導体スイッチＱ1 〜Ｑ3 とＮＰＮトランジスタからな る半導体スイッチ素子Ｑ4 〜Ｑ6 とを３相ブリッジ接続したスイッチ回路と、該 スイッチ回路の３相の出力端子と接地間にそれぞれ接続したダイオードＤ01〜Ｄ 03とからなっている。

【０００４】 ４は回転制御回路で、この回転制御回路は、電動機駆動回路の半導体スイッチ 素子Ｑ4 〜Ｑ6 に所定の期間矩形波状のトリガ信号を与えるとともに、スイッチ 素子Ｑ1 〜Ｑ3 に所定のデューティ比のパルス状のトリガ信号を供給して、これ らのスイッチ素子Ｑ1 〜Ｑ3 の導通期間を制御することにより電動機１の駆動電 流をＰＷＭ制御して、回転数を設定値に保つように制御する。

【０００５】 ５はスイッチ素子Ｑ4 〜Ｑ6 の共通接続点と接地間に接続された電流検出用抵 抗Ｒ1 と平滑用コンデンサＣ1 とからなる電流検出回路で、コンデンサＣ1 の両 端に駆動電流検出信号Ｖi を発生する。

【０００６】 ６は過負荷検出回路で、この検出回路は図示しない直流定電圧電源の出力電圧 Ｖccを分圧する抵抗Ｒ2 及びＲ3 と、駆動電流検出信号Ｖi を抵抗Ｒ3 の両端に 得られる設定電圧Ｖf と比較する比較器ＣＰとからなっている。比較器ＣＰは、 駆動電流検出信号Ｖi が設定電圧Ｖf よりも大きくなったときに、回転制御回路 ４に高レベルの過負荷検出信号Ｖo を与える。回転制御回路４はこの過負荷検出 信号Ｖo が与えられたときに駆動回路２のスイッチ素子を遮断状態にして電動機 を停止させる。

【０００７】 図５に示した例では、電動機駆動回路２のダイオードＤo1〜Ｄo3がスイッチ素 子Ｑ4 〜Ｑ6 をそれぞれ構成するトランジスタのコレクタと接地間に接続されて いるが、図６に示したようにスイッチ素子Ｑ1 〜Ｑ6 の両端にそれぞれダイオー ドＤ1 〜Ｄ6 を接続した電動機駆動回路が用いられることもある。

【０００８】 更に図７に示したように、ＭＯＳＦＥＴ（電界効果トランジスタ）により半導 体スイッチ素子Ｑ1 〜Ｑ6 を構成する場合もある。図７においてＤ1 ´〜Ｄ6 ´ はスイッチ素子Ｑ1 〜Ｑ6 をそれぞれ構成するＭＯＳＦＥＴのドレインソース間 に形成された寄生ダイオードである。

【０００９】

【考案が解決しようとする課題】

図５に示した電動機制御装置では、電動機の駆動電流の全てが電流検出用抵抗 Ｒ1 を流れるため、該抵抗の両端の電圧をコンデンサＣ1 で平滑して得た駆動電 流検出信号Ｖi は、電動機の出力トルクに比例している。また電動機の出力トル クが一定であれば、電動機の回転数が変っても駆動電流検出信号Ｖi は一定であ る。したがって図５に示した制御装置によれば、回転数にかかわりなく、負荷が 設定値を超えたときに電動機を停止させて保護することができる。

【００１０】 これに対し、電動機駆動回路２として図６または図７に示した回路が用いられ る場合には、駆動回路２においてＰＷＭ制御されるスイッチ素子Ｑ1 〜Ｑ3 のい ずれかが導通している期間は駆動電流が電流検出用抵抗Ｒ1 を通して流れるが、 これらのスイッチ素子が遮断する期間に、スイッチ素子Ｑ4 〜Ｑ6 のいずれかに 並列に接続されているダイオードを通して駆動回路２内を流れる循環電流は抵抗 Ｒ1 を流れないため、電流検出用抵抗Ｒ1 の両端の電圧を平滑して得た駆動電流 検出信号Ｖi は電動機の出力トルクに比例しない。

【００１１】 また図６または図７の回路が用いられる場合には、電動機の負荷が同一であっ ても、スイッチ素子Ｑ1 〜Ｑ6 のオンオフのデューティ比が回転数により大幅に 変化する。即ち、高回転時にはスイッチ素子の導通期間が長くなって電動機１に 図３（Ａ）に示すようなパルス幅が広い駆動電流が流れ、低回転時にはスイッチ 素子の導通期間が短くなって図４（Ａ）に示すようにパルス幅が狭い駆動電流が 流れる。また負荷が大きくなるほど駆動電流の波高値が高くなり、スイッチ素子 の導通期間が長くなるため、重負荷時には低回転時の駆動電流検出信号と高回転 時の駆動電流検出信号との差が非常に大きくなる。

【００１２】 このように、図６または図７に示した駆動回路２が用いられる場合には、負荷 が同一であっても回転数によって、電流検出用抵抗Ｒ1 の両端の電圧を平滑して 得た検出信号Ｖi の大きさが大幅に異なり、電動機を停止させるために必要な負 荷の設定値が回転数により大幅に異なることになる。そのため、低回転時と高回 転時とでは、過負荷保護動作トルクが大幅に異なることになり、電動機の保護を 適確に図ることができない。特に過負荷検出回路の設定電圧を重負荷側に設定し た場合（設定電圧を高く設定した場合）に、低回転時及び高回転時の過負荷保護 動作トルクの差が非常に大きくなる。

【００１３】 本考案の目的は、電動機駆動回路を構成する各スイッチ素子に並列にダイオー ド（寄生ダイオードを含む）が設けられている場合でも、回転数の如何に拘らず 過負荷保護動作トルクをほぼ一定にすることができるようにした電動機制御装置 を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】

本考案は、ブリッジ接続された複数のスイッチ素子からなるスイッチ回路と各 スイッチ素子に対して並列に設けられたダイオードとを備えて電源から所定のス イッチ素子を通して電動機に駆動電流を流す電動機駆動回路と、電動機の負荷が 設定値以上になったことを検出して過負荷検出信号を出力する過負荷検出回路と 、電動機の回転を制御すべく駆動回路のスイッチ素子を制御し、過負荷検出信号 が発生したときに電動機への通電を停止する回転制御回路とを備えた電動機制御 装置に係わるものである。

【００１５】 本考案においては、上記過負荷検出回路が、電源から電動機駆動回路を通して 流れる電流の通路に挿入された電流検出用抵抗と、電流検出用抵抗の両端に得ら れる駆動電流検出信号を基準値と比較して駆動電流検出信号が基準値を超えてい る期間一定レベルの信号を出力する第１の比較回路と、第１の比較回路から得ら れ信号を平滑して負荷検出信号に変換する平滑回路と、該平滑回路から得られる 負荷検出信号を設定値と比較して負荷検出信号が設定値を超えたときに過負荷検 出信号を出力する第２の比較回路とを備えている。

【００１６】

【作用】

上記のように、電流検出用抵抗の両端に得られる駆動電流検出信号を所定の基 準信号と比較して、駆動電流検出信号が基準レベルを超えている期間のみ一定の レベルの信号を得るようにすると、この一定のレベルの信号は駆動電流のピーク 付近のみを検出した信号となり、この信号を平滑して得た平均値（負荷検出信号 ）は電動機の出力トルクに比例している。例えば負荷を同一として回転数を変化 させた場合に、高回転時に電流検出用抵抗の両端に得られる駆動電流検出信号の 波形が図３（Ａ）の通りであり、低回転時に得られる駆動電流検出信号の波形が 図４（Ａ）の通りであったとすると、これらの駆動電流検出信号を基準値Ｖr と を比較することにより得られる一定レベルの信号はそれぞれ図３（Ｂ）及び図４ （Ｂ）のようになる。図３（Ｂ）及び図４（Ｂ）の信号をそれぞれ平滑して得た 負荷検出信号の大きさの差は僅かとなり、低回転時の負荷検出信号と高回転時の 負荷検出信号との差は非常に小さくなる。

【００１７】 したがって、上記のようにして得た負荷検出信号を設定値と比較して、負荷検 出信号が設定値を超えたときに過負荷検出信号を発生させるようにすると、低回 転時と高回転時の過負荷保護動作トルクの差を少なくすることができ、電動機の 保護を適確に図ることができる。

【００１８】

【実施例】

以下、添付図面を参照して本考案の実施例を説明する。

【００１９】 図１は、ブラシレス直流電動機を制御する場合に本考案を適用した一実施例を 示した回路図で、同図において１は３相巻線１ｕ〜１ｗを備えたブラシレス直流 電動機（以下電動機という）、２はＰＮＰトランジスタからなるスイッチ素子Ｑ 1 〜Ｑ3 と、ＮＰＮトランジスタからなるスイッチ素子Ｑ4 〜Ｑ6 とをブリッジ 接続してなるスイッチ回路と、スイッチ素子Ｑ1 〜Ｑ6 にそれぞれ並列接続され た逆方向のダイオードＤ1 〜Ｄ6 とにより構成された電動機駆動回路で、直流電 源３からこれらのスイッチ素子を通して電動機１に所定の駆動電流ｉを流すよう にしている。

【００２０】 また、４は駆動回路２のスイッチ素子Ｑ1 〜Ｑ6 のオンオフを制御して電動機 １の回転を制御する回転制御回路、６は電動機の負荷が設定値を超えたときに過 負荷検出信号を出力する過負荷検出回路である。

【００２１】 過負荷検出回路６は、電動機駆動回路２のスイッチＱ4 〜Ｑ6 の共通接続点と 接地間に接続された電流検出用抵抗Ｒ1 と、電流検出用抵抗Ｒ1 の両端に得られ る駆動電流検出信号Ｖi を基準値Ｖr と比較する第１の比較回路ＣＰ1 と、第１ の比較回路の出力端子間に得られる信号を平滑用コンデンサＣ1 により平滑して 負荷検出信号ＶL に変換する平滑回路７と、負荷検出信号ＶL を設定値Ｖf と比 較して負荷検出信号が設定値を超えたときに過負荷検出信号Ｖo を出力する第２ の比較回路ＣＰ2 とからなっている。

【００２２】 図５の実施例において、電動機の高回転時及び低回転時に電流検出用抵抗Ｒ1 の両端にそれぞれ図３（Ａ）及び図４（Ａ）のような波形の駆動電流検出信号Ｖ i が得られる。第１の比較回路ＣＰ1 の出力は、駆動電流検出信号を基準値Ｖr と比較して、駆動電流検出信号が基準値を超えている期間一定レベルの信号を出 力する。駆動電流検出信号Ｖi が図３（Ａ）及び図４（Ａ）のときに比較回路Ｃ Ｐ1 から得られる信号はそれぞれ図３（Ｂ）及び図４（Ｂ）に示すように低レベ ルＬと高レベルＨとの間を変化するパルス状の信号となる。高回転時には駆動電 流の各パルスの波高値が高く、通電時間も長いため、第１の比較回路ＣＰ1 の出 力信号を平滑して得た負荷検出信号ＶL は高くなる。また低回転時には駆動電流 の各パルスの波高値が低く、通電時間も短いため、第１の比較回路ＣＰ1 の出力 信号を平滑して得た負荷検出信号ＶL は低くなる。高回転時の負荷検出信号ＶL と負荷ｘとの関係を示すと図２の曲線ａのようになり、低回転時の負荷検出信号 ＶL と負荷との関係は同図の曲線ｂのようになる。

【００２３】 負荷検出信号ＶL は第２の比較回路ＣＰ2 により設定値Ｖf と比較され、負荷 検出信号ＶL が設定値Ｖf を超えたときに回転制御回路４に過負荷検出信号Ｖo が与えられる。図２に示した例では、高回転時には負荷がｘ1 （高回転時の過負 荷保護動作トルク）に達したときに過負荷検出信号Ｖo が回転制御回路４に与え られて、スイッチ素子Ｑ1 〜Ｑ6 へのトリガ信号の供給が停止され、電動機が停 止させられる。また低回転時には、負荷がｘ2 （低回転時の過負荷保護動作トル ク）に達したときに過負荷検出信号Ｖo が回転制御回路４に与えられて電動機が 停止させられる。このように、本考案の制御装置においても、高回転時と低回転 時とで、過負荷保護動作トルクに僅かな差が生じるが、この過負荷保護動作トル クの差は、図１において第１の比較回路ＣＰ1 と抵抗Ｒ4 及びＲ5 とを省略して 抵抗Ｒ1 の両端の電圧を直接コンデンサＣ1 に印加するようにしたものに相当す る従来の制御装置で生じる差に比べてはるかに小さくなる。

【００２４】 以上の説明ではブラシレス直流電動機を制御する場合を例にとったが、他の電 動機を制御する場合も同様である。また、上記の実施例ではスイッチ素子として トランジスタを用いていたが、ＦＥＴやサイリスタなど他のスイッチ素子を用い ることも可能である。

【００２５】

【考案の効果】

以上のように、本考案によれば、電流検出用抵抗の両端に得られる駆動電流検 出信号が基準レベルを超えている期間のみ発生する一定のレベルの信号を平滑す ることにより、同一負荷に対して、低回転時の値と高回転時の値との間の差が少 ない負荷検出信号を得るようにしたので、低回転時の過負荷保護動作トルクと高 回転時の過負荷保護動作トルクとの差を少なくすることができ、電動機の保護を 適確に図ることができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示す回路図である。

【図２】図１の実施例により得られる負荷検出信号と負
荷との関係を、低回転時と高回転時とについて示した線
図である。

【図３】（Ａ）は図１の実施例において高回転時に電流
検出用抵抗の両端に得られる駆動電流検出信号の波形を
示した波形図である。（Ｂ）は（Ａ）の信号を基準値と
比較して得た信号の波形図である。

【図４】（Ａ）は図１の実施例において低回転時に電流
検出用抵抗の両端に得られる駆動電流検出信号の波形を
示した波形図である。（Ｂ）は（Ａ）の信号を基準値と
比較して得た信号の波形図である。

【図５】従来の電動機制御装置の構成を示した回路図で
ある。

【図６】従来の他の電動機制御装置の構成を示した回路
図である。

【図７】従来の更に他の電動機制御装置の構成を示した
回路図である。

【符号の説明】

１…電動機、２…電動機駆動回路、３…直流電源、４…
回転制御回路、６…過負荷検出回路、７…平滑回路、Ｒ
1 …電流検出用抵抗、Ｒ2 〜Ｒ5…抵抗、ＣＰ1 …第１
の比較回路、ＣＰ2 …第２の比較回路、Ｃ1 …平滑用コ
ンデンサ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ブリッジ接続された複数のスイッチ素子か
   らなるスイッチ回路と各スイッチ素子に対して並列に設
   けられたダイオードとを備えて電源から所定のスイッチ
   素子を通して電動機に駆動電流を流す電動機駆動回路
   と、前記電動機の駆動電流をパルス幅制御すべく前記駆
   動回路のスイッチ素子の導通を制御する回転制御回路
   と、前記電動機の負荷が設定値以上になったことを検出
   して過負荷検出信号を出力する過負荷検出回路とを備
   え、前記回転制御回路は、前記過負荷検出信号が発生し
   たときに前記電動機への通電を停止する回路を有してい
   る電動機制御装置において、 前記過負荷検出回路は、前記電源から電動機駆動回路を
   通して流れる電流の通路に挿入された電流検出用抵抗
   と、前記電流検出用抵抗の両端に得られる駆動電流検出
   信号を基準値と比較して駆動電流検出信号が基準値を超
   えている期間一定レベルの信号を出力する第１の比較回
   路と、前記第１の比較回路の出力信号を平滑して負荷検
   出信号に変換する平滑回路と、前記負荷検出信号を設定
   値と比較して負荷検出信号が設定値を超えたときに前記
   過負荷検出信号を出力する第２の比較回路とを備えてい
   ることを特徴とする電動機制御装置。