(57)【要約】【課題】電力ロスやトルク変動、回転むらを起こさず、簡便且つ低消費電力・定トルクにてＤＣモータを回転制御する。【解決手段】ＤＣモータ１と、このＤＣモータの磁極で発生する界磁電圧を検出する検出手段（例えば、コンデンサ６ｂと抵抗５ｂの組合わせ）と、この検出手段の検出信号と所定しきい値を比較する比較手段４と、この比較手段の信号１４に基づいて上記ＤＣモータへの界磁電流を制御するスイッチング手段２を設けてなるＤＣモータの制御装置。【選択図】図１
2005086888.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＤＣモータと、このモータの磁極で発生する界磁電圧を検出する検出手段と、この検出手段の検出信号と所定しきい値を比較する比較手段と、この比較手段の信号に基づいて上記ＤＣモータへの界磁電流を制御するスイッチング手段を設けたことを特徴とするＤＣモータの制御装置。
【請求項２】
比較手段のしきい値が可変である請求項１に記載のＤＣモータの制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載のＤＣモータの制御装置を備えた風量調節装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＤＣモータの制御装置に関し、詳しくは、ＤＣモータを使用したファン、送風機、換気扇、扇風機等の定トルク回転数速度制御等に用いるＤＣモータの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＣモータの回転速度を変えるため、端子電圧、電気子回路抵抗、磁束のいずれかを、又はそれらを組み合わせて変化させる方法が知られている。界磁を一定にして電圧を変化させる方法を電圧制御法、抵抗を変化させる方法を抵抗制御法、磁束を変化させる方法を界磁制御法という。
【０００３】
界磁制御法としては、他励巻線に直列に速度調整抵抗器を入れて行う方法や専用の可変励磁電源により界磁電圧又は界磁電流を制御する方法が広く用いられている。これらの方法は、小容量の抵抗器や励磁電源の調整によって、広範囲に且つ容易に速度制御を行うことができる特徴を有する。
【０００４】
電圧制御法は、端子電圧を変える可変電圧電源を必要とするが、零から徐々に電圧を上げて、円滑な始動が容易であり、また、電圧を正逆にして正転・反転も容易に行うことができるので、運転効率が高く、回生制動も可能である。
【０００５】
また、ＰＷＭ（パルス幅変調）法も知られている（例えば、特許文献１参照）。このＰＷＭ法は、ＤＣモータの駆動状態を検出する駆動状態センサからＤＣモータの駆動状態を示す駆動状態信号を出力させ、この駆動状態信号を駆動状態信号処理手段にて入力指令信号に対応するように処理して、フィードバック信号とし、このフィードバック信号と入力指令信号との残差により、モータに対するパルス電圧の時間幅を決定するものである。
【特許文献１】特開２００３−３３０８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような従来の方式のうち、抵抗制御法では分圧された抵抗が発熱で消費しており、電力のロスが大きい問題があり、電圧制御法では、印加されない電圧を素子が発熱で消費しており、これも電力のロスが大きいと共に、低電圧ではトルク変動が大きくなるという問題がある。
【０００７】
また、ＰＷＭ法では、回転むらやトルク変動が発生する等、無駄な電力の消費やトルク変動等の問題がある。特に、コアレスモータを使用する場合等においては、モータ内のコイルのインダクタンスが低いため、多くの無駄な電流が発生する。
【０００８】
そこで、本発明は、上述したような発熱で電力ロスを起こしたり、トルク変動をなくしたＤＣモータの制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、ＤＣモータと、このモータの磁極で発生する界磁電圧を検出する検出手段と、この検出手段の検出信号と所定しきい値を比較する比較手段と、この比較手段の信号に基づいて上記ＤＣモータへの界磁電流を制御するスイッチング手段を設けたことを特徴とするＤＣモータの制御装置が提供される。
【００１０】
即ち、本発明によれば、モータ界磁磁極で発生する界磁電圧を検出し、信号増幅後、コンパレータでパルス信号に変え、スイッチング素子でモータ回転制御を行うため、発熱現象を起こさず、低消費電力での制御が可能となり、トルクも回転速度に関係なく、定トルク駆動を実現したものである。
【００１１】
ここで、検出手段は、界磁電圧を検出できれば、特に限定されず、例えば、コンデンサと抵抗の組み合わせで検出できる。また、スイッチング手段としては、ＭＯＳＦＥＴ、トランジスタ、サイリスタ等を用いることができるが、これらに限定されない。
【００１２】
比較手段に設定されるしきい値は、可変にすることが好ましい。可変手段としては、例えば、可変抵抗を比較手段に接続し、モータの回転数に応じて手動、自動で可変にする。また、ＮＴＣ型サーミスタ、ＰＴＣ型サーミスタを使用すると、温度変化によって自動的に回転数を制御することが可能となる。
【００１３】
本発明のＤＣモータの制御装置は、例えば、ファン、送風機、換気扇、扇風機等等の風量調節装置として使用できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のＤＣモータの制御装置によれば、従来のように、電力ロスやトルク変動、回転むらを起こさず、簡便に、しかも、低消費電力、定トルクにてＤＣモータの回転制御を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１に回路構成図を示す。図１において、参照番号１はＤＣモータを示す。このＤＣモータ１の回転制御を行うためのスイッチング素子２がこれに直列に接続されている。３は増幅器、４はコンパレータであり、コンパレータ４で所定のしきい値１３と検出した界磁電圧信号とが比較される。界磁電圧は、コンデンサ６ｂ、抵抗５ｂで検出される。しきい値１３は可変抵抗８で設定される。また、コンパレータ４はＯＲ回路７に接続しており、ＯＲ回路７には、抵抗５ａ、コンデンサ６ａで作成されたパルスも入力する。
【００１６】
また、図１において、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆは抵抗、９はダイオード、１０は電源供給時の時定数パルス、１１は検出された界磁電圧信号、１２は検出された界磁電圧信号を増幅した信号、１４はコンパレータされたパルス信号、１５はスイッチング素子駆動パルス信号をそれぞれ示す。
【００１７】
本発明によるＤＣモータの制御装置は、このような回路構成を有し、その作用を図２と図３に示すタイミングチャートに基づいて説明する。図２は上記図１の回路構成図における信号のタイムチャートを示し、図３はＤＣモータの低速回転時と高速回転時のパルス発生状況のタイムチャートを示す。図２の１０、１１、１２、１４、１５は、それぞれ図１に示した回路構成図の信号に対応する。
【００１８】
最初に回路に電源が供給されると、先ず、抵抗５ａ、コンデンサ６ａで作成された時定数のパルス１０に出力され、ＯＲ回路７を経てスイッチング素子２を時定数だけオンし、ＤＣモータ１を回転させる。スイッチング素子２は、ＯＲ回路７から出力されたパルス１５が「Ｈ」時にスイッチング素子２がオン状態になる。
【００１９】
回転を始めたＤＣモータ１は界磁磁極を通過するとき、界磁電圧（ＡＣ成分）を発生し、その界磁電圧をコンデンサ６ｂと抵抗５ｂで検出する。検出した信号１１（ＡＣ成分）は増幅器３で、｛（抵抗５ｃ／抵抗５ｄ）＋１）の式で増幅されて信号１２が出力される。この信号１２と抵抗５ｅ、可変抵抗８で設定されたしきい値１３とをコンパレータ４で比較し、しきい値を超えた信号１２の分だけパルス信号１４が出力される。このパルス信号１４はＯＲ回路７を経てスイッチング素子２をオンしてＤＣモータ１を回転させる。この動作を繰り返すことで連続動作が可能となり、低消費電力で定トルク駆動が実現できる。
【００２０】
高速回転をさせたいときは、コンパレータ４のしきい値１３を下げ、他方、低速回転させたいときは、しきい値１３を上げるように、可変抵抗８を調整することによって、ＤＣモータ１の回転数を決定することができる。図２において、（ａ）のしきい値１３−１では低速回転状態、（ｂ）のしきい値１３−２では中速回転状態、（ｃ）のしきい値１３−３では高速回転状態を示す。
【００２１】
また、図３（ａ）に示すように、ＤＣモータ１が低速回転時にはパルス幅が広くなるが、図３（ｂ）に示すように、回転数が上昇するとパルス幅が狭くなる。しかし、単位時間１６当たりの消費エネルギー量は、パルス幅（時間）×電圧（Ｖ）に比例するので、回転数に関係なく常に一定の消費電力、モータの磁極数に応じたパルス駆動を行い、かくして、定トルク駆動を実現することができる。
【００２２】
以上の説明においては、コンパレータのしきい値の設定には可変抵抗を使用したが、ＮＴＣ型サーミスタ、ＰＴＣ型サーミスタを使用すると温度変化によって自動的に回転数を制御することが可能となる。これらセンサを利用することにより、例えば、エアコンや送風機等において環境温度変化による自動風量調整ができるので、電力ロスが無い無段階の自動送風制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の回路構成図である。
【図２】回路構成図における信号のタイムチャートである。
【図３】ＤＣモータの低速回転時と高速回転時のパルス発生状況のタイムチャートである。
【符号の説明】
【００２４】
１…ＤＣモータ
２…スイッチング素子
３…増幅器
４…コンパレータ
５ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ…抵抗
６ａ、ｂ…コンデンサ
７…ＯＲ回路
８…可変抵抗
９…ダイオード
１０…電源供給時の時定数パルス
１１…検出された界磁電圧信号
１２…検出された界磁電圧信号を増幅した信号
１３…コンパレータのしきい値
１４…コンパレータされたパルス信号
１５…スイッチング素子駆動パルス信号
１６…単位信号
【図１】
2005086888.tif 000003
【図２】
2005086888.tif 000004
【図３】
2005086888.tif 000005