(57)【要約】【課題】  現在実用されているファン・ブロアにおいては、電源が投入されるとホール素子には上述の５〜６ｍＡの電流が常時流れているので、高電圧化する際には制御回路用の電源レギュレータ回路部の温度上昇が問題となる。【解決手段】  マイコン搭載品の場合、ホール素子には常時電流を流す必要はなく、ホール素子が相切替信号を発生させるときだけ通電すればよく、他の時間は通電しなくてもよいので、通電に必要なタイミングをマイコンにより計算し、ホール素子への電源供給時間を制御する。【選択図】        図１
2007068287.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻き線を備える固定子と、該固定子と空隙を介して対向し、永久磁石を備え回転自在に支承される回転子と、前記永久磁石の磁極位置を検出するためのホール素子と、を有するＤＣブラシレスモータの駆動回路で、前記ホール素子の出力を相切替信号に変換するホール信号処理部と、マイコンを備えた制御回路部と、駆動回路部とを有し、電源端子と、ホール信号処理部及び制御回路部の電源側との間に電圧レギュレータ回路部を備えたものにおいて、前記電圧レギュレータ回路部の出力とホール信号処理部の電源側入力との間にＰＮＰトランジスタを設けることで、前記ホール信号処理部の出力により前記マイコンを制御して相切替信号を駆動回路部に送ると共に、前記ＰＮＰトランジスタを制御して前記ホール信号処理部への電源供給時間を制御するように構成されていること、を特徴とするＤＣブラシレスモータの駆動回路。
【請求項２】
前記ホール信号処理部出力より１パルス前の周期Ｔ1と今回の周期Ｔを検出してマイコンに記憶させ、Ｔ１とＴとの差が、設定された余裕時間ｔの１／２以上になったとき前記ＰＮＰトランジスタをＯＮとして、ホール信号処理部用電源の供給を常にＯＮにし、前記Ｔ１とＴとの差が余裕時間ｔの１／２以下となったとき、前記ＰＮＰトランジスタを制御して前記ホール信号処理部の電源供給時間を制御するように構成されていること、を特徴とする請求項１に記載のＤＣブラシレスモータの駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＣブラシレスモータの駆動回路、特に供給電圧の変動幅の大きい用途での制御回路における、電源レギュレータの負担軽減に係る。
【背景技術】
【０００２】
従来から実施されているファン・ブロア駆動用のＤＣブラシレスモータにおいては、その定格電圧がＤＣ４８Ｖのものについて、使用電圧範囲を最大ＤＣ６０Ｖで使用可能となるように要求されることがある。
この高電圧化に対応する際に問題となるのが制御回路用電源レギュレータ回路部の温度上昇である。特にマイコン搭載品の場合、マイコンの電源電圧が低い（ＤＣ３．３〜５．０Ｖ）ため、レギュレータ回路部への負担が大きくなる。
このため、制御回路の電流を如何に低減させるかが課題となっている。制御回路の電流は概ね１５〜２０ｍＡ位であるが、この中でホール素子の消費する電流が５〜６ｍＡと大きな割合を占めている。
【０００３】
図３は従来から実施されている、フアン・ブロアを駆動するＤＣブラシレスモータの駆動回路の一例で、１はモータ部で、巻線を備えた固定子と、該固定子と空隙を介して対向し、永久磁石を備え回転自在に支承される回転子と、該回転子に備えた永久磁石の磁極位置を検出するためのホール素子とを備え、２は駆動回路部でモータ部の固定子巻線に適宜通電するための制御素子を備え、３はマイコン１１を備えた制御回路部で、前段のホール信号処理フ゛４に前記ホール素子で検出した相切替検出信号を入力し、相切替信号に変換して駆動回路部２に送るように動作する。
５のレギュレータ回路部は電源端子ＶccとGND間に変動する電圧が供給された場合に、電源電圧を制御して、ホール信号処理部と制御回路部と、に適する安定した電圧を供給する機能を有している。そして、制御回路用の電流は概ね１５〜２０ｍＡ位であるが、この中でホール素子が消費する電流が５〜６ｍＡと大きな割合を占めている。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−０７０１９０  ホールバイアス回路
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述従来技術に成るＤＣブラシレスモータの駆動回路においては、電源が投入されるとホール素子には上述の５〜６ｍＡの電流が常時流れているので、高電圧化する際には制御回路用の電源レギュレータ回路部の温度上昇が問題となる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで、ホール素子に通電する必要がある区間を検討した結果、マイコン搭載品の場合、図４に示すように相切替信号を発生させるときの短区間ａｂ、ｃｄ、ｅｆの間で、検知したホール信号の状態を記憶しておくことにより、他の相切替信号を発生させる必要の無い区間ｂｃ、ｄｅの間は通電を停止しても支障の無いことが判ったので、電圧レギュレータ回路部の出力とホール信号処理部の電源側入力との間にＰＮＰトランジスタを設け、前記ホール信号処理部の出力により前記マイコンを制御して相切替信号を駆動回路部に送ると共に、前記ＰＮＰトランジスタを制御して前記ホール信号処理部への電源供給時間を制御するように構成することで、相切替え信号より通電の必要なタイミングをマイコンで計算し、ホール素子への電源供給時間を制御して制御用電流の低減を実現するようにした第１の手段により解決する。
【０００７】
また、起動時等速度変化が大きいときは、前記ホール信号処理部出力より１パルス前の周期Ｔ1と今回の周期Ｔを検出してマイコンに記憶させ、Ｔ１とＴとの差が、設定された余裕時間ｔの１／２以上になったとき前記ＰＮＰトランジスタをＯＮとして、ホール信号処理部用電源の供給を常にＯＮにし、前記Ｔ１とＴとの差が余裕時間ｔの１／２以下となったとき、前記ＰＮＰトランジスタを制御して前記ホール信号処理部の電源供給時間を制御するように構成した第２の手段により解決する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の実施により、図２に示すように、ホール信号部４に供給される電圧ＶＨは、ＰＮＰトランジスタ（ＴＲ1１０がＯＮのときだけ供給され、ａｂ、ｃｄ、ｅｆの時間だけ通電し、ｂｃ、ｄｅの時間は通電しないから、従来のように常時通電する方式に比較して通電している時間が減少するので電圧レギュレー回路部５の負担が減少温度上昇を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に本発明を実施するための最良の形態を示す。
【実施例１】
【００１０】
図１は本発明になるファン・ブロアを駆動するＤＣブラシレスモータの駆動回路の一例での制御回路用電圧レギュレータの負担軽減を実現するためのブロック図で、図において、１はモータ部、２は駆動回路部、３は制御回路部、４はホール信号処理部、５はレギュレータ回路部、１０はＰＮＰトランジスタ（ＴＲ１、１１はマイコンである。
図において１〜５、１１の構成は図３に示す従来の構成と同じであり、新規にＰＮＰトランジスタ（ＴＲ1）１０を設け、該ＰＮＰトランジスタ（ＴＲ1）１０のエミッタをレギュレータ回路部５の出力に、コレクタをホール信号部４の電源側に、ホール信号部４の出力をマイコン１１の入力に、マイコン１１の出力とＰＮＰトランジスタ（ＴＲ１）１０のベースに、それぞれ接続してあるところが新規に追加してある部分である。
【００１１】
図１に示した本発明に成るＤＣブラシレスモータの駆動回路動作について説明する。図２は、図１に示した本発明になるＤＣブラシレスモータの駆動回路の定常状態における動作を説明するための要部の信号を示すタイムチャートである。図２においてＶＨはホール信号部４に供給されるＰＮＰトランジスタ（ＴＲ1）１０により制御されたホール信号処理部の電源電圧を示し、Ｈｏｕｔはホール信号処理部４の出力信号を、また従来のＨｏｕｔは図３に示した従来回路のホール信号部処理４の出力信号をそれぞれ示し、ホール信号処理部４に電源電圧が常時供給されている状態で、矩形波の立上がり、立下りの位置が相切替信号の発生位置を示し、この矩形波の周期が１パルスの周期を示している。
【００１２】
図２においてホール信号処理部４の出力Ｈｏｕｔを観察すると、
１．相切替信号がＨｏｕｔより出力されマイコンに入力する。
２．マイコンで相の切替わりを確認し駆動回路２の信号を切替える。
３．マイコン１１の指令でＰＮＰトランジスタ（ＴＲ1）１０をＯＦＦとすることによりＶＨが遮断されホール信号処理部４の電流がゼロとなる。
４．マイコンで１パルス前の周期時間Ｔを読み出し、次にホール信号処理部の電源ＶＨの供給タイミングＴ０を算出する。
５．算出した時間Ｔ０が経過したらマイコンからＰＮＰトランジスタ（ＴＲ１）１０をＯＮにする信号が出力してホール信号処理部４に電源ＶＨを供給して相切替監視を開始する。以下１．に戻り同様の動作を繰り返す。
【００１３】
図６は上述のマイコンの動作を信号の流れで表すフローチャートである。ホール信号処理部４の出力パルスＨｏｕｔが入力し、１パルス毎に相切替信号を確認して制御回路部３に送ると共に、ＴＲ１をＯＦＦしてホール信号処理部４の電源をＯＦＦし、一方カウンタでクロック信号を計数し、１パルス前の周期Ｔを読出し、この周期Ｔから余裕時間ｔを減算した値が電源供給を再開する時間Ｔ０で、このときになったらＴＲ１をＯＮにして相切替監視を再開する。
【００１４】
３の制御回路部には１１のマイコンから相切替信号が入力され、その信号を２の駆動回路部へ出力しそれを受けた２の駆動回路部によって１のモータ部へ電流を供給している。
【００１５】
図５は図１に示す本発明の回路構成での定常運転における各部の出力波形（実験値）である。
図において、１はＶＨ電圧波形、２はＨｏｕｔ波形、３はモータの電流波形である。
【００１６】
図５において、相切替りが行われた後に、マイコンによりホール信号部への電源供給をＯＦＦにすることによりＶＨ電圧波形がＬＯになる。
これによりＶＨ電圧波形がＬＯのときはＨｏｕｔの出力波形もＬＯになるが、相切替が行われる前にマイコンによりホール信号部への電源供給を再開することで、正常に相切替処理が行われ、モータは正常に回転することができる。
【００１７】
図３に示す従来技術ではＶＨは常にＨＩの状態で、ホール信号部に常に電圧を供給しているが、本発明により、図５に示す１のＶＨ電圧波形のように、相切替に必要な区間のみホール信号部に電圧を供給することにより、ホール信号部での消費電力が低減できる。
【００１８】
また、図５に示す実験値においては、ホール信号部での消費電力低減率は、ＯＦＦ時間が２.８７ｍｓ、ＯＮ時間が１.６７ｍｓであるため、約６３％の電力低減効果が得られていることが示されている。
【実施例２】
【００１９】
上述の実施例１の説明は、モータがほぼ定常回転しているときの動作の説明であるが、起動時や回転速度が急変したような場合は対応できない。
上述実施例１の説明では１パルス前の周期Ｔから余裕時間ｔを引いた値を電源供給開始タイミングとしているが、起動時や、可変速品で最低回転数から最大回転数に一気に切替えた場合、図７に示すように電源供給タイミングに遅れが生じてしまう場合があり、正確な相切替タイミングが得られないので回転が不安定となることがある。
【００２０】
このような場合の対策として、１パルス前の周期Ｔ1と今回の周期Ｔをマイコンに記憶させておき、Ｔ1からＴを引いた差の値が、余裕時間ｔの１／２以上になったら、ホール信号用電源の供給を常にＯＮにして、相切替の操作を確実に行うようにすることで起動時や回転速度が急変する、周期時間の急激な変化に対応できるようにすることができる。
【００２１】
次に、回転数の変化が減少し上記の周期Ｔ１とＴの差の値が減少し余裕時間ｔの１／２と同じか以下となると、ＰＮＰトランジスタ（ＴＲ1）１０が余裕時間ｔの１／２だけ早くＯＮとなりホール信号処理部の電源を制御の状態に復帰する。
このようにすることにより、ホール信号処理部の電源制御の開始タイミングが自動的に切替わるので、羽根負荷等による機械的時定数の影響を受けることがない。
【００２２】
この第２の実施例によれば、起動時から高速領域まで速度変化が大きいときは、ホール信号処理部の電源電圧ＶＨの供給をフルタイムで行い、回転数の変化が減少し上記の周期Ｔ１とＴの差の値が減少し余裕時間ｔの１／２と同じか以下となると、自動的にホール信号処理部の電源を制御の状態に切替えるようになっているので電源レギュレータ回路部の負担を減少し温度上昇を低く抑えることができる効果がある。
ここで切替判定を余裕時間ｔの１／２にしたのは、安全率を高めるため余裕時間より短い周期差で判定するようにした。
【００２３】
実施例２におけるマイコンの動作は、図８に示すフローチヤートのような信号の流れとなる。
Ｈｏｕｔパルス入力の一方は相切替信号を確認し制御回路に送るとともにＴＲ１をＯＦＦし、一方パルス信号をカウンタで１パルス前の周期Ｔ１と、今回周期Ｔを検出してメモリーに記憶させ、次期通電開始のタイミングを計算するため、メモリーからＴ１とＴを読み出し、Ｔ１−Ｔを計算し、余裕時間ｔの１／２と比較して、（Ｔ１−Ｔ）が余裕時間ｔの１／２より大きい場合はＴＲ１をＯＮにしてホール信号部の通電制御をＯＦＦし、（Ｔ１−Ｔ）が余裕時間ｔの１／２より小さい場合はＴＲ１をＯＦＦにして、最初のＨoutパルス入力のところへ戻すことにより、ホール信号用電源制御の状態に復帰する。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明になるＤＣブラシレスモータの駆動回路は、フアン・ブロアの駆動用のほか、電源電圧の変動幅が大きく制御回路の電源用レギュレータ回路の負担軽減のためホール素子電流の低減を必要とする用途に広く使用可能で、産業上有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に成るＤＣブラシレスモータの駆動回路のブロック図の１例である。
【図２】本発明に成るＤＣブラシレスモータの要部の信号を示すタイムチャートである。
【図３】従来技術に成るＤＣブラシレスモータの駆動回路のブロック図の１例である。
【図４】ホール素子の通電区間の検討図である。
【図５】本発明に成るＤＣブラシレスモータの運転時の要部の信号の実験値である。
【図６】定常回転時のマイコンの動作を示すフローチャートである。
【図７】起動時等の場合の電源供給タイミングのずれを示すタイミングチャートである。
【図８】起動時等の場合のマイコンの動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００２６】
１：モータ部
２：駆動回路部
３：制御回路部
４：ホール信号処理部
５：電源レギュレータ回路部
１０：ＰＮＰトランジスタ（ＴＲ1）
１１：マイコン
【図１】
2007068287.tif 000003
【図２】
2007068287.tif 000004
【図３】
2007068287.tif 000005
【図４】
2007068287.tif 000006
【図５】
2007068287.tif 000007
【図６】
2007068287.tif 000008
【図７】
2007068287.tif 000009
【図８】
2007068287.tif 000010