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JP2011211899A - 制御回路及びモータ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】電源のための過電圧保護を与える制御回路を提供する。
【解決手段】制御回路は、入力電圧を受け取るための入力端子と、入力端子からの電気エネルギーを蓄積しそして電気的負荷へ電力を供給するためのエネルギー蓄積器と、そのエネルギー蓄積器の出力端子の電圧が所定のスレッシュホールド値を越えるときに入力端子の電圧を下げるための過電圧保護ユニットとを有する。モータ装置は、この制御回路を負荷としての電気モータに結合させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電源に係り、より詳細には、過電圧保護機能を有する電源に係る。
ＡＣ主電圧で付勢されそしてＤＣモータによって駆動されるファンのための既知の制御回路は、ＡＣ主電圧を減少するためのキャパシタと、その減少されたＡＣ電圧をＤＣ電圧へと整流するための整流器とを使用している。負荷が小さいか又はキャパシタのキャパシタンスが大きいときには、整流器の出力電圧が増加し、おそらく、整流器により付勢される電子部品にダメージを及ぼすことがある。
そこで、電源のための過電圧保護を与える制御回路が望まれる。
従って、本発明は、その１つの態様において、入力電圧を受け取るための入力端子と、入力端子からの電気エネルギーを蓄積しそして電気的負荷へ電力を供給するためのエネルギー蓄積器と、そのエネルギー蓄積器の出力端子の電圧が所定のスレッシュホールド値を越えるときに入力端子の電圧を下げるための過電圧保護ユニットと、を備えた制御回路を提供する。
好ましくは、入力端子とエネルギー蓄積器との間に第１のスイッチングユニットが配置され、このユニットは、エネルギー蓄積器の出力端子の電圧がスレッシュホールド値より低いときには導通して入力端子をエネルギー蓄積器へ電気的に接続し、又、エネルギー蓄積器の出力端子の電圧がスレッシュホールド値を越えるときには非導通となって入力端子をエネルギー蓄積器から電気的に切断するように構成される。
好ましくは、第１のスイッチングユニットは、ダイオードであって、そのアノードは、入力端子に電気的に接続される。
好ましくは、過電圧保護ユニットは、エネルギー蓄積器の出力端子の電圧を検出しそしてその検出された電圧がスレッシュホールド値を越えるかどうか指示する検出信号を発生するように構成された検出ユニットと、入力端子とスレッシュホールド値未満の電圧との間に電気的に接続されて、前記検出された電圧がスレッシュホールド値を越えることを検出信号が指示するときには導通し、且つ前記検出された電圧がスレッシュホールド値未満であることを検出信号が指示するときには非導通となるように構成された第２のスイッチングユニットとを備えている。
好ましくは、第２のスイッチングユニットは、入力端子と接地電圧との間に電気的に接続される。
好ましくは、所定のスレッシュホールド値は、入力端子の公称電圧に本質的に等しい。
好ましくは、制御回路は、ＡＣ電圧を、入力端子へ供給されるＤＣ電圧へ変換するためのコンバータを含む。
好ましくは、高いＡＣ電圧を、コンバータにより変換される低いＡＣ電圧へ減少するための電圧減少ユニットが設けられる。
好ましくは、電圧減少ユニットは、調整可能なキャパシタンスをもつ調整可能なキャパシタユニットを含む。
好ましくは、エネルギー蓄積器は、キャパシタを含む。
本発明は、第２の態様によれば、モータを備えると共に、モータへ電力を供給するための制御回路を合体したモータ装置を提供する。
好ましくは、モータは、ブラシレス直流モータである。
本発明の実施形態の効果は、回路の信頼性が高く、回路のコストが低いことである。更に、モータの速度を容易に調整することができる。
以下、添付図面を参照し、本発明の好ましい実施形態を一例として説明する。２つ以上の図に現れる同じ構造物、要素又は部品は、一般的に、それらが現れる全ての図において同じ参照番号で示す。図示されたコンポーネント及び特徴部の寸法は、一般的に、表現の便宜上及び明瞭化のために選択されたものであって、必ずしも一定の縮尺率で描かれていない。
本発明の好ましい実施形態による制御回路のブロック図である。 図１の制御回路の電圧減少ユニットを示す。
本発明の好ましい実施形態による制御回路２０４は、永久磁石回転子と、固定子巻線２０８をもつ固定子とを有する単相ブラシレスＤＣモータを制御するのに使用される。固定子巻線は、電気負荷を表す。制御回路２０４は、ＡＣ電源２０６によって付勢され、電圧減少ユニット２２０、Ａ／Ｄコンバータ２４０、エネルギー蓄積器２１０、駆動ユニット２６０、低電圧発生ユニット２８０、過電圧保護ユニット２３０、及び第１のスイッチングユニット２５０を備えている。
電圧減少ユニット２２０は、ＡＣ電源２０６からのＡＣ電圧出力を減少するために調整可能なキャパシタンスをもつ調整可能なキャパシタユニット２２２（図２）を備えている。調整可能なキャパシタユニット２２２は、ＡＣ電源２０６とＡ／Ｄコンバータ２４０との間に電気的に接続される。調整可能なキャパシタユニットは、固定キャパシタンスの少なくとも２つの固定キャパシタ２２８と、この少なくとも２つの固定キャパシタ２２８をＡＣ電源２０６とＡ／Ｄコンバータとの間に各々選択的に電気的に接続するための制御ユニット２２６とを備えている。制御ユニット２２６は、少なくとも２つの固定キャパシタ２２８と各々電気的に直列に接続された少なくとも２つのスイッチ２２１を備えている。各スイッチ２２１及びそれに対応するキャパシタ２２８は、スイッチングキャパシタを形成し、少なくとも２つのスイッチングキャパシタが互いに電気的に並列に接続される。スイッチ２２１が閉じ又は導通すると、それに対応するキャパシタ２２８がＡＣ電源とＡ／Ｄコンバータとの間に電気的に接続される。スイッチ２２１が開き又は非導通であると、それに対応するキャパシタ２２８がＡＣ電源２０６との回路から電気的に切断される。それ故、各スイッチ２２１を選択的に制御することにより、固定キャパシタ２２８は、ＡＣ電源２０６とＡ／Ｄコンバータ２４０との間に電気的に接続され又は切断されて、調整可能なキャパシタユニット２２２のキャパシタンスを調整し、これにより、電圧減少ユニットの出力電圧を調整する。電圧減少ユニットからの出力電圧は、調整可能なキャパシタユニットのキャパシタンスを調整することにより調整され、従って、簡単な低コストの回路によりモータの速度を容易に調整することができる。
Ａ／Ｄコンバータ２４０は、電圧減少ユニット２２０の減少されたＡＣ電圧出力をＤＣ電圧へと変換するように構成される。好ましくは、Ａ／Ｄコンバータ２４０は、ブリッジ整流回路で構成される。
エネルギー蓄積器２１０は、Ａ／Ｄコンバータ２４０の出力により充電されて、電気的負荷、即ち固定子巻線２０８へ電力を直接的又は間接的に供給するように構成されたキャパシタで構成される。
低電圧発生ユニット２８０は、エネルギー蓄積器２１０の出力ＤＣ電圧から低いＤＣ電圧を発生するように構成される。低電圧発生ユニット２８０は、抵抗器及びツェナーダイオードを含む。抵抗器の一端は、キャパシタ２１０の正の端子に電気的に接続され、その他端は、ツェナーダイオードのカソードに電気的に接続され、そしてツェナーダイオードのアノード及びキャパシタ２１０の負の端子は、電気的に接地される。更に、ツェナーダイオードに電気的に並列に接続されたフィルタリングキャパシタは、ツェナーダイオードの出力における低電圧発生ユニット２８０の出力を平滑化又は安定化するように構成される。
駆動ユニット２６０は、位置検出ユニット２６２、コントローラ２６４及びインバータ２６６を含む。位置検出ユニット２６２は、低いＤＣ電圧により付勢されて、ＢＬＤＣモータの回転子の位置を検出し、それに対応する位置信号を出力するように構成されたホールセンサでよい。コントローラ２６４も、低いＤＣ電圧により付勢され、位置信号に応答して、それに対応する転換信号を出力するように構成される。コントローラ２６４は、マイクロコントローラによって実現することもできるし、又は抵抗器及びスイッチのような電子コンポーネントにより構成されたスイッチング回路によって実現することもできる。インバータ２６６は、エネルギー蓄積器２１０からのＤＣ電圧出力により付勢され、転換信号に応答して、モータへの電力を制御するように構成される。
過電圧保護ユニット２３０は、エネルギー蓄積器２１０からのＤＣ電圧出力に対して過電圧保護を行って、ＤＣ電圧で付勢される電子部品がダメージを受けるのを防止する。過電圧保護ユニット２３０は、検出ユニット２３２及び第２のスイッチングユニット２３４を含む。検出ユニット２３２は、エネルギー蓄積器２１０の出力端子におけるＤＣ電圧を検出し、そしてその検出されたＤＣ電圧が所定のスレッシュホールド値を越えるかどうか指示する検出信号を発生するように構成される。
第２のスイッチングユニット２３４は、検出されたＤＣ電圧がスレッシュホールド値を越えることを検出信号が指示するときには、導通となって（閉じて）、Ａ／Ｄコンバータ２４０の出力端子のＤＣ電圧を、スレッシュホールド電圧未満の電圧へ下げ、そして検出されたＤＣ電圧がスレッシュホールド値未満であることを検出信号が指示するときには、非導通となって（開いて）、Ａ／Ｄコンバータが通常に機能し、エネルギー蓄積器２１０のＤＣ電圧を出力できるようにする。好ましくは、低い電圧は、接地電圧である。これは、第２のスイッチングユニット２３４をＡ／Ｄコンバータ２４０の出力端子と接地との間に電気的に接続することで容易に達成できる。
第１のスイッチングユニット２５０は、Ａ／Ｄコンバータ２４０の出力端子とエネルギー蓄積器２１０との間に電気的に接続される。第１のスイッチングユニット２５０は、エネルギー蓄積器２１０の出力端子のＤＣ電圧がスレッシュホールド値未満であるときには、導通して、Ａ／Ｄコンバータ２４０の出力をエネルギー蓄積器２１０の入力に電気的に接続し、そしてエネルギー蓄積器２１０の出力端子のＤＣ電圧がスレッシュホールド値より高いときには、非導通となって（開いて）、エネルギー蓄積器２１０をＡ／Ｄコンバータ２４０から電気的に切断するように構成される。好ましくは、第１のスイッチングユニット２５０は、ダイオードであり、そのアノードは、Ａ／Ｄコンバータ２４０の出力端子に電気的に接続され、そしてそのカソードは、エネルギー蓄積器２１０の正の端子に電気的に接続される。
検出ユニット２３２は、エネルギー蓄積器２１０の出力電圧を検出する。エネルギー蓄積器２１０の出力電圧が所定のスレッシュホールド値を越える場合には、第２のスイッチングユニット２３４が導通され、Ａ／Ｄコンバータ２４０の出力電圧が、好ましくは、０ボルトに減少される。その結果、エネルギー蓄積器２１０の出力電圧は、Ａ／Ｄコンバータ２４０の出力電圧より高く、第１のスイッチングユニット２５０は、Ａ／Ｄコンバータ２４０をエネルギー蓄積器２１０から電気的に切断し、そしてエネルギー蓄積器２１０は、蓄積されたエネルギーからモータへ電力を供給する。エネルギー蓄積器２１０の蓄積されたエネルギーが消費される状態では、エネルギー蓄積器２１０の出力電圧が低下する。エネルギー蓄積器２１０の出力電圧がスレッシュホールド値未満であることを検出ユニット２３２が検出すると、第２のスイッチングユニット２３４が開となる。その結果、Ａ／Ｄコンバータ２４０の出力電圧は、エネルギー蓄積器２１０の出力電圧より高く、第１のスイッチングユニット２５０は、Ａ／Ｄコンバータ２４０をエネルギー蓄積器２１０へ電気的に接続し、そしてエネルギー蓄積器２１０は、Ａ／Ｄコンバータ２４０の出力により充電され、モータへ電力を供給する。従って、エネルギー蓄積器２１０の出力電圧は、スレッシュホールド値に対して基本的に安定に保持することができ、過電圧保護を実現することができ、そして回路の信頼性を改善することができる。更に、電圧減少ユニットからのＡＣ電圧出力により付勢される回路には比較的低い耐電圧グレードの電子部品を使用できるので、回路のコストを下げることができる。
本発明の実施形態では、Ａ／Ｄコンバータ２４０、エネルギー蓄積器２１０、駆動ユニット２６０、過電圧保護ユニット２３０、及び低電圧発生ユニット２８０をプリント回路板に配置することができ、そして調整可能なキャパシタユニット２２２をプリント回路板とは機械的に独立させ、しかし、プリント回路板に電気的に接続することができる。
又、スレッシュホールド電圧は、希望の値でよいが、スレッシュホールド電圧は、入力端子の公称電圧に実質的に等しいのが好ましい。その公称電圧は、希望の公称動作電圧であり、即ちＡ／Ｄコンバータの出力電圧の設計値である。
本発明の説明及び特許請求の範囲において、動詞「備える(comprise)」、「含む(include)」、「収容する(contain)」及び「有する(have)」並びにその変化は、各々、ここに述べたアイテムの存在を特定するために包括的な意味で使用され、付加的なアイテムの存在を除外するものではない。
本発明は、１つ以上の好ましい実施形態を参照して説明したが、当業者であれば、種々の変更がなされ得ることが明らかであろう。それ故、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって決定されるものとする。
２０４：制御回路
２０６：ＡＣ電源
２０８：固定子巻線
２１０：エネルギー蓄積器
２２０：電圧減少ユニット
２２１：スイッチ
２２２：調整可能なキャパシタユニット
２２６：制御ユニット
２２８：固定キャパシタ
２３０：過電圧保護ユニット
２３２：検出ユニット
２３４：第２のスイッチングユニット
２４０：Ａ／Ｄコンバータ
２５０：第１のスイッチングユニット
２６０：駆動ユニット
２６２：位置検出ユニット
２６４：コントローラ
２６６：インバータ
２８０：低電圧発生ユニット

Claims (12)

  1. 入力電圧を受け取るための入力端子と、
    入力端子からの電気エネルギーを蓄積しそして電気的負荷へ電力を供給するためのエネルギー蓄積器と、
    前記エネルギー蓄積器の出力端子の電圧が所定のスレッシュホールド値を越えるときに前記入力端子の電圧を下げるための過電圧保護ユニットと、
    を備えた制御回路。
  2. 前記入力端子とエネルギー蓄積器との間に第１のスイッチングユニットが配置され、該ユニットは、前記エネルギー蓄積器の出力端子の電圧がスレッシュホールド値より低いときには導通して前記入力端子を前記エネルギー蓄積器へ電気的に接続し、且つ前記エネルギー蓄積器の出力端子の電圧がスレッシュホールド値を越えるときには非導通となって前記入力端子を前記エネルギー蓄積器から電気的に切断するように構成される、請求項１に記載の制御回路。
  3. 前記第１のスイッチングユニットは、ダイオードであって、そのアノードは、前記入力端子に電気的に接続される、請求項２に記載の制御回路。
  4. 前記過電圧保護ユニットは、
    前記エネルギー蓄積器の出力端子の電圧を検出し、その検出された電圧がスレッシュホールド値を越えるかどうか指示する検出信号を発生するよう構成された検出ユニットと、
    前記入力端子とスレッシュホールド値未満の電圧との間に電気的に接続され、前記検出された電圧がスレッシュホールド値を越えることを検出信号が指示するときには導通し、且つ前記検出された電圧がスレッシュホールド値未満であることを検出信号が指示するときには非導通となるように構成された第２のスイッチングユニットと、
    を備えた請求項１、２又は３に記載の制御回路。
  5. 前記第２のスイッチングユニットは、前記入力端子と接地電圧との間に電気的に接続される、請求項４に記載の制御回路。
  6. 前記所定のスレッシュホールド値は、前記入力端子の公称電圧に本質的に等しい、請求項１から５のいずれかに記載の制御回路。
  7. ＡＣ電圧を、前記入力端子へ供給されるＤＣ電圧へ変換するためのコンバータを更に備えた、請求項１から５のいずれかに記載の制御回路。
  8. 高いＡＣ電圧を、前記コンバータにより変換される低いＡＣ電圧へ減少するための電圧減少ユニットを更に備えた、請求項１から６のいずれかに記載の制御回路。
  9. 前記電圧減少ユニットは、調整可能なキャパシタンスをもつ調整可能なキャパシタユニットを含む、請求項８に記載の制御回路。
  10. 前記エネルギー蓄積器は、キャパシタを含む、請求項１から９のいずれかに記載の制御回路。
  11. モータを備えると共に、モータへ電力を供給するための請求項１から１０のいずれかに記載の制御回路を合体したモータ装置。
  12. 前記モータは、ブラシレス直流モータである、請求項１１に記載のモータ装置。
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