CN101019302A - 无刷直流电动机及搭载其的电气设备 - Google Patents

Abstract

电流控制电路(22)控制直流电源(8)的输出电压，使得在发动机的速度变快时，逆变器电路(6)的电流增大。其结果，对电动机(1)的转速—转矩特性提供了当转速上升时转矩增大的斜率。根据这个转速—转矩特性的斜率，在装载了该无刷直流电动机(1)的换气装置中，可得到风量—静压特性，该特性为即使外部风压或管道长度等的压力损失变化风量也变化少。

Description

无刷直流电动机及搭载其的电气设备

技术领域

本发明涉及无刷直流电动机，尤其涉及用于驱动鼓风风扇的无刷直流电动机。

背景技术

图14是以往的无刷直流电动机的一个例子，在日本专利特开2003-284307号公报中公开。该无刷直流电动机包括：用于整流交流电源的电压VAC的整流器101、将被整流的直流电压VAC变换为低压的直流电压VM的直流—直流转换器110、平滑电容器109、111、电动机的定子线圈103、104、极化转子105、开关元件107、108、检测转子的极性的霍尔元件(未图示)、控制电路106。控制电路106以来自霍尔元件的信号接通或断开开关元件107、108来转动电动机，同时将电动机的特性控制为适合于用途。

发明内容

本发明提供一种被控制为适合鼓风风扇的驱动的无刷直流电动机。

本发明的无刷直流电动机包括：具有定子线圈的定子、与该定子相对配置的永磁铁转子、检测该永磁铁转子的磁场的转子磁场检测元件、对交流电源的交流电压进行全波整流的整流电路、将该整流电路的整流电压变换为低压直流电压的直流电源、将多个开关元件以全波桥式连接并且被施加上述直流电压的逆变器电路、控制所述开关元件以使将所述定子线圈通电的驱动逻辑电路、控制所述逆变器电路的电流的电流控制电路。该电流控制电路控制所述逆变器电路的电流，以使电动机的速度越快则该电流越大。

这样，在搭载本发明的无刷直流电动机的换气装置中可得到以下特性，即使外部风压或管道长度等的压力损失变化，风量的变化也还是少。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1的无刷直流电动机的结构的方框图。

图2是同一电动机的剖面图。

图3是说明同一电动机的电流控制的图。

图4是同一电动机的转速—转矩特性。

图5是搭载了同一电动机的换气装置。

图6是搭载了同一电动机的换气装置的风量—静压特性。

图7是表示本发明的实施方式2的无刷直流电动机的结构的方框图。

图8是说明同一电动机的电流控制的图。

图9是表示本发明的实施方式3的无刷直流电动机的结构的方框图。

图10是说明同一电动机的电流控制的图。

图11是同一电动机的转速—转矩特性。

图12是搭载了同一电动机的换气装置的风量—静压特性。

图13是表示本发明的实施方式4的无刷直流电动机的结构的方框图。

图14是以往的无刷直流电动机的电路图。

标号说明

1、30、38、43无刷电动机直流电动机

2定子线圈

3永磁铁转子

4霍尔元件(转子磁场检测元件)

5、34驱动逻辑电路

6逆变器电路

7、33电流波形控制电路

8直流电源

9整流电路

10定子

12转子磁场电路

15交流电源连接端子

17、40指示电流变更电路

19电流指示电路

20设定值变更电路

21电流检测电路

22电流控制电路

31占空比指示电路

32PWM控制电路

39电压范围判别电路

44低压直流电压导出端子

45电流设定输入端子

46电流设定电路

49减压电路

50交流电源

具体实施方式

以下，参照附图来详细说明本发明的实施方式。

实施方式1

图1是表示本发明的实施方式1的无刷直流电动机的结构的方框图，图2是同一电动机的剖面图。

本发明的无刷直流电动机(以下，称为电动机)1具有以下的结构。即，电动机1包括：具有定子线圈2的定子10、与该定子10相对配置的永磁铁转子3、作为检测该永磁铁转子3的磁场的转子磁场检测元件的霍尔元件4、对交流电源50的交流电压进行全波整流的整流电路9、将该整流电路9的整流电压变换为低压直流电压的直流电源8、将多个开关元件Q1到Q6以全波桥式连接且被施加上述低压直流电压的逆变器电路6、为使定子线圈2通电而控制开关元件Q1到Q6的驱动逻辑电路5、控制逆变器电路6的电流的电流控制电路22。其中，电流控制电路22控制逆变器电路6的电流以使电动机的速度越快则该电流越大。

对图1及图2所示的本实施方式的电动机，进行更详细的说明。电动机1包括：定子线圈2、永磁铁转子3以及作为转子磁场检测元件的霍尔元件4。定子10由热固化树脂27铸型。永磁铁转子3是在旋转轴24上将塑料的极各向异性磁铁3a一体成形而被形成。霍尔元件4配置在检测的波形与永磁铁转子3在定子线圈2中感应的电压波形大致相似的位置上。

转子磁场电路12输出已除去高谐波分量的转子磁场的波形。具体地说，转子磁场电路12构成为，合成霍尔元件(转子磁场检测元件)4检测出的波形中的2相的波形。

逆变器电路6将开关元件Q1到Q6以全波桥式连接地形成。驱动逻辑电路5控制开关元件Q1到Q6的接通或断开，使得定子线圈2以规定的方式通电。

电流波形控制电路7将开关元件Q1至Q6控制为非饱和状态，使得定子线圈2的电流波形与转子磁场的波形大致相似，其结果，可期望减少转矩的波动。

商用电源的交流电压通过外部开关23，一端连接到共通连接端子15c，另一端连接交流电源连接端子15的端子15a和端子15b的某一个，通过整流电路9被全波整流。小容量的聚合体电容器(polymer condenser)18作为平滑电容器而配置在整流电路9的输出。被整流的电压在内置斩波(chopper)电路的直流电源8中变换为低压直流，施加到逆变器电路6。直流电源8的输出电压可以由电压调整电路14控制。电流检测电路21检测逆变器电路6的电流。电流控制电路22控制直流电源8的输出电压，使得逆变器电路6的平均电流与电流指示电路19指示的电流相同。

如图3所示，指示电流变更电路17将电流指示电路19指示的电流对应直流电源8的输出电压而变更。当商用交流电源50连接到端子15a时使用电流值(a)，当商用交流电源50连接到端子15b时使用电流值(b)。

如图3的横轴所示，当直流电源8的输出电压增加时，如纵轴所示地电流指示电路19所指示的电流被增加一级。即，当施加到电动机的电压提高时，电动机的速度加快，指示电流也变大。即，电流控制电路22控制逆变器电路6的电流，使得电动机的速度加快时该电流变大。

其中，设定值变更电路20收到速度调节指示检测电路13基于商用交流电源50连接端子15a和端子15b的哪一个的而输出的信号，变更电流指示电路19指示的电流。此时，考虑逆变器电路6的耐压而对施加到逆变器电路6的电压设定上限，设定以恒压运行且无需对电流控制的区间。

这样，电流控制电路22控制直流电源8的输出电压，使得在电动机的速度加快时，逆变器电路6的电流增大；在电动机的速度减慢时，逆变器电路6的电流减小。其结果，如图4所示，在电动机转速—转矩特性中提供当转速上升时，转矩也增加的斜率。当商用交流电源50连接到端子15a的情况下得到转速—转矩特性(a)，当商用交流电源50连接到端子15b的情况下得到转速—转矩特性(b)。

根据电动机的转速—转矩特性的斜率，在搭载本发明的无刷直流电动机的换气装置中，如图6所示，可得到即使外部风压或管道长度等的压力损失变化，风量变化也少的特性。转速—转矩特性的斜率可对各个换气装置选择最合适的角度。

在图1中用点划线围住的电路除了平滑电容器18之外被构成在一个芯片IC16，由热固化树脂27与电动机一体铸型(参照图2)。

如上所述，搭载本发明的无刷直流电动机的电气设备，例如，换气装置具有，即使外部风压或管道长度等的压力损失变化，风量变化也少的特性。接着，本发明的无刷直流电动机适合搭载在换气装置、鼓风机、除湿机、加湿器、空调机、空气清洁机、供热水器、风扇过滤单元等中。图5表示搭载本发明的电动机1，内置鼓风机29的换气装置28的例子。

实施方式2

图7是表示本发明的实施方式2的无刷直流电动机30的结构的方框图。本实施方式除了是由PWM(脉宽调制)驱动逆变器电路6的开关元件之外与实施方式1相同。

驱动逻辑电路34具有：PWM控制电路32，对下级侧的开关元件Q2、Q4、Q6进行PWM控制；电流波形控制电路33，对PWM的占空比进行调整，使得定子线圈2的电流波形与转子磁场的波形大致相似。低压直流电源35输出恒电压。占空比指示电路31使用对低压直流电源35的电压进行减压后得到的电压来指示PWM的占空比。如图8所示，指示电流变更电路17将电流指示电路19所指示的电流与占空比指示电路31的占空比指示电压对应地进行变更。

如图8的横轴所示，当占空比指示电压(脉冲宽度)增加时，如纵轴所示地电流指示电路19所指示的电流被增加一级。即，施加到电动机的电压提高时，电动机的速度加快，指示电流也变大。即，电流控制电路22控制逆变器电路6的电流，使得电动机的速度越快则该电流越大。

即，电流控制电路22控制PWM的占空比，使得电动机的速度越快则逆变器电路6的电流越大，电动机的速度越慢则逆变器电路6的电流越小。其结果，与实施方式1相同，可得到在电动机的转速—转矩特性中提供了当转速上升时，转矩增大的斜率，即使压力损失变化，风量变化也少的换气装置。

实施方式3

图9是表示本发明的实施方式3的无刷直流电动机38的结构的方框图。指示电流变更电路40如图10所示，将电流指示电路19指示的电流对应于通过电压范围判别电路39而判别出的直流电源8的输出电压来阶段性地进行变更。

如图10的横轴所示地在直流电源8的输出电压阶段性地增加时，如纵轴所示地使电流指示电路19所指示的电流阶段性地增加一级。即，当施加到电动机的电压提高时，电动机的速度提高，指示电流也增大。即，电流控制电路22控制逆变器电路6的电流，使得电动机的速度越快则该电流越大。

其结果，如图11所示地，在电动机的转速—转矩特性中提供了当转速上升时，转矩阶段性地增加的斜率。

本实施方式除了这一点之外与实施方式1相同。这样，如图12所示地可得到即使压力损失变化，风量变化也少的换气装置。

实施方式4

图13是表示本实施方式4的无刷直流电动机43的结构的方框图。减压电路49将在直流电源8中生成的直流电压减压为5V。该减压电压5V通过低压直流电压导出端子44而导出到电动机43的外部。对配置在电动机43的外部的电流设定电路46提供该直流5V。电流设定电路46将被供给的直流5V进行减压，通过电流设定输入端子45，指示逆变器电路6的电流的基准值。指示电流变更电路17将被指示的基准值对应于直流电源8的输出电压来进行变更。本实施方式除了这一点之外与实施方式1相同。

产业上的可利用性

本发明的无刷直流电动机可适用于搭载在换气装置、鼓风机、除湿机、加湿器、空调机、空气清洁机、供热水器、风扇过滤单元。

Claims (13)

1.一种无刷直流电动机，具有：

定子，具有定子线圈；

永磁铁转子，与所述定子相对配置；

转子磁场检测元件，检测所述永磁铁转子的磁场；

整流电路，对交流电源的交流电压进行全波整流；

直流电源，将所述整流电路的整流电压变换为低压直流电压；

逆变器电路，将多个开关元件以全波桥式连接并且被施加上述直流电压；

驱动逻辑电路，控制所述开关元件，以使将所述定子线圈通电；

电流控制电路，控制所述逆变器电路的电流，

其中，所述电流控制电路控制所述逆变器电路的电流，以使电动机的速度越快则该电流越大。

2.如权利要求1所述的无刷直流电动机，其中，

所述逆变器电路由PWM控制来驱动。

3.如权利要求1所述的无刷直流电动机，其中，

所述转子磁场检测元件被配置在，检测的波形与所述永磁铁转子在所述定子线圈中感应的电压波形相似的位置上，

所述驱动逻辑电路还具有电流波形控制电路，

其中，所述电流波形控制电路将与所述转子磁场检测元件检测出的波形相似的波形的电流流入到所述定子线圈。

4.如权利要求3所述的无刷直流电动机，其中，

所述逆变器电路是由PWM控制来驱动。

5.如权利要求1所述的无刷直流电动机，其中，

所述电流控制电路阶段性变化所述逆变器电路的电流，使得在电动机的速度越快时该电流越大。

6.如权利要求5所述的无刷直流电动机，其中，

所述逆变器电路是由PWM控制来驱动。

7.如权利要求1所述的无刷直流电动机，其中，

所述转子磁场检测元件被配置在，检测的波形与所述永磁铁转子在所述定子线圈中感应的电压波形相似的位置上，

所述驱动逻辑电路还具有电流波形控制电路，

其中，所述电流波形控制电路将与所述转子磁场检测元件检测的波形相似的波形的电流流入到所述定子线圈，

所述电流控制电路阶段性变化所述逆变器电路的电流，使得在电动机的速度越快时该电流越大。

8.如权利要求7所述的无刷直流电动机，其中，

所述逆变器电路是由PWM控制来驱动。

9.如权利要求1所述的无刷直流电动机，其中，

所述永磁铁转子的永磁铁是极性各向异性磁石。

10.如权利要求1所述的无刷直流电动机，还具有：

转子磁场电路，所述转子磁场电路将所述转子磁场检测元件检测出的波形中的2相的波形合成。

11.如权利要求1所述的无刷直流电动机，还包括：

交流电源连接端子，具有连接所述交流电源的多个端子；以及

设定值变更电路；

其中，所述设定值变更电路对应所述交流电源连接在所述多个端子的哪一个端子，变更所述电流控制电路所控制的所述逆变器电路的电流。

12.如权利要求1所述的无刷直流电动机，还包括：

电流设定电路，配置在所述电动机的外部；

其中，所述电流设定电路对所述电流控制电路所控制的所述逆变器电路的电流进行设定。

13.一种电气设备，搭载了权利要求1所述的无刷直流电动机。

14.如权利要求13所述的电气设备，其中，

所述电气设备是换气装置、鼓风机、除湿机、加湿器、空调机、空气清洁机、供热水器、风扇过滤单元的其中之一。

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