JP2004274807A - ブラシレスモータ - Google Patents

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JP2004274807A JP2003058163A JP2003058163A JP2004274807A JP 2004274807 A JP2004274807 A JP 2004274807A JP 2003058163 A JP2003058163 A JP 2003058163A JP 2003058163 A JP2003058163 A JP 2003058163A JP 2004274807 A JP2004274807 A JP 2004274807A
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Hisataka Kato
久孝 加藤
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

【課題】駆動回路に適したロータの極数とステータのスロット数の比を最適比にすることにより、低騒音・低振動のブラシレスモータ、およびこのブラシレスモータを搭載した静粛性を高めた電気機器および自動車を提供することを目的とする。
【解決手段】14極のロータ1と、12ヶのスロット2を有し前記スロット2に3相結線されたステータ3と、前記ステータ3に三相全波通電を行う駆動回路5よりなり、かつ、前記駆動回路の通電幅を電気角にて135〜180°としたブラシレスモータである。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の極数を有するロータと、複数のスロットを有し前記スロットに3相結線されたステータと、前記ステータに三相全波通電を行う駆動回路よりなるブラシレスモータ、およびそれを搭載したエアコン、空気清浄機、あるいは給湯機等の電気機器、または自動車に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、ブラシレスモータの低騒音・低振動の要求が年々高まっている。従来、ブラシレスモータは図8に示すように、8極のロータ1と、12ヶのスロット2を有し前記スロット2に3相結線されたステータ3と、前記ステータ3に120°三相全波通電を行う駆動回路5よりなるブラシレスモータである。このように、前記ロータ1の極数と前記ステータ3のスロット数の比を2:3としていた(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開平7−222485号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
一般にトルク脈動を抑えるため巻線に流れる電流を正弦波に近づけるほど、低騒音・低振動に効果があるといわれている。このため、線間誘起電圧と電源電圧の差により、巻線に印加される電圧が決まることから、線間誘起電圧が正弦波に近いほど、低騒音・低振動に効果がある。しかしながら、従来のブラシレスモータにおいては、線間誘起電圧の歪み率が悪く、騒音・振動での問題があった。
【0005】
図7において1ティースの片側の導体群12aに誘起される電圧f(θ)はフーリエ級数展開により以下のように表すことができる。
【0006】
【数1】
Figure 2004274807
上記式において、θは電気角(°)を表している。
【0007】
線間誘起電圧f(θ)は導体群12a〜12p誘起される電圧の和となり、上記(式1)の位相違い16ヶを足し合わすことで、以下のようになる。
【0008】
Figure 2004274807
上記(式2)を高調波成分毎にまとめると、以下のようになる。
【0009】
(θ)=12asin(θ+60°)+12asin(5θ+300°)+12asin(7θ+60°)+‥‥ (式3)
このためロータの極数とステータのスロット数の比が2:3では線間誘起電圧の3次の成分を抑えることができても、5次、7次の成分を抑えることができない。図8は1000r/min時の線間誘起電圧波形であるが、歪み率が2〜5%の正弦波にしかならないために、トルク脈動が生じ、低騒音・低振動の問題があった。120°三相全波通電方式を採用していたために、2相通電の相切り替わり時のコイルに流れる電流の変化が大きく、トルク脈動が生じ、低騒音・低振動には不利であった。
【0010】
本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、駆動回路に適したロータの極数とステータのスロット数の比を最適比にすることにより、低騒音・低振動のブラシレスモータ、およびこのブラシレスモータを搭載した静粛性を高めた電気機器および自動車を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、複数の極数を有するロータと、複数のスロットを有し前記スロットに3相結線されたステータと、前記ステータに三相全波通電を行う駆動回路よりなるブラシレスモータにおいて、前記ロータの極数と前記ステータの前記スロット数の比を14:12とし、前記駆動回路の通電幅を電気角にて135〜180°としたことを特徴とするものである。
【0012】
【発明の実施の形態】
本願請求項1に記載の発明は、複数の極数を有するロータと、複数のスロットを有し前記スロットに3相結線されたステータと、前記ステータに三相全波通電を行う駆動回路よりなるブラシレスモータにおいて、前記ロータの前記極数と前記ステータの前記スロット数の比を14:12とし、かつ、前記駆動回路の通電幅を電気角にて135〜180°としたことを特徴とするものである。このことにより、線間誘起電圧の3次の成分を抑えることができるだけでなく、5次、7次の成分も抑え、線間誘起電圧を正弦波に近づけることができ、低騒音・低振動の作用がある。また、駆動回路の通電幅を電気角にて135〜180°にすることにより、相切り替わり時に3相通電期間があるためにコイルに流れる電流の変化を小さくし、トルク脈動を抑え、低騒音・低振動の作用がある。
【0013】
請求項2に記載の発明は、複数の極数を有するロータと、複数のスロットを有し前記スロットに3相結線されたステータと、前記ステータに三相全波通電を行う駆動回路よりなるブラシレスモータにおいて、前記ロータの前記極数と前記ステータの前記スロット数の比を14:12とし、かつ、前記駆動回路を正弦波駆動回路としたことを特徴とする。正弦波駆動回路においては、線間誘起電圧と電源電圧の差により、巻線に印加される電圧をPWM制御し、巻線に流れる電流を正弦波に近づける駆動回路方式であり、コイルに流れる電流を正弦波に近づけることができる。さらに、ロータ極数とステータスロット数の比を14:12にしたことにより、線間誘起電圧を正弦波に近づけることができ、トルク脈動を抑え低騒音・低振動の作用がある。
【0014】
請求項3に記載の発明は、複数の極数を有するロータと、複数のスロットを有し前記スロットに3相結線されたステータと、前記ステータに三相全波通電を行う駆動回路よりなるブラシレスモータにおいて、前記ロータの前記極数と前記ステータの前記スロット数の比を14:12とし、かつ、前記駆動回路の通電幅を電気角にて150°としたことを特徴とするものである。このことにより、線間誘起電圧を正弦波に近づけ、巻線に流れる電流を正弦波に近づけることができ、低騒音・低振動の作用がある。
【0015】
請求項4に記載の発明は、駆動回路の通電幅を電気角にて150°とし、各相コイルのうち合隣る相コイルが同じ通電状態になる重なり期間前記相コイルへの通電の大きさを第1の値とし、前記重なり期間以外のあいだ、前記通電の大きさを第2の値とするようにしたことを特徴とする請求項3記載のブラシレスモータである。このことにより、本願請求項3に記載の発明よりも巻線に流れる電流を正弦波に近づけることができ、低騒音・低振動の作用がある。
【0016】
請求項5に記載の発明は、第1の値と第2の値との比率をsin(π/3):1(概略0.866:1)とするようにしたことを特徴とする請求項4記載のブラシレスモータであり、150°通電において最も低騒音・低振動の作用が大きくなる。
【0017】
請求項6に記載の発明は、複数の極数を有するロータと、複数のスロットを有し前記スロットに3相結線されたステータと、前記ステータに三相全波通電を行う駆動回路よりなるブラシレスモータにおいて、前記ロータの極数と前記ステータの前記スロット数の比を14:12とし、かつ、前記駆動回路の通電幅を電気角にて135〜180°とし、かつ、前記駆動回路を内蔵したことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のブラシレスモータであり、低騒音・低振動および小型化の作用を有する。
【0018】
請求項7に記載の発明は、ロータ構造をIPM構造としたことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のブラシレスモータである。このことにより磁石の磁束量を増やしながらも、ロータ極数とステータスロット数の比を14:12にしたことにより線間誘起電圧を正弦波に近づけ、巻線に流れる電流を正弦波に近づけることができ、低騒音・低振動に加え、高効率の作用がある。
【0019】
請求項8に記載の発明は、請求項1から請求項7のいずれか1項に記載のブラシレスモータを搭載した電気機器であり、ブラシレスモータ運転時の電気機器本体との共振を抑制することができるという作用を有する。
【0020】
請求項9に記載の発明は、請求項1から請求項7のいずれか1項に記載のブラシレスモータを搭載した自動車であり、ブラシレスモータ運転時の自動車本体との共振を抑制することができるという作用を有する。運転時の低騒音・低振動の作用を有する。
【0021】
【実施例】
以下本発明の実施例について図面を参照し説明する。
【0022】
(実施例1)
図1において、14極のロータ1と、12ヶのスロット2を有し前記スロット2に3相結線されたステータ3と、前記ステータ3に三相全波通電を行う駆動回路5よりなるブラシレスモータである。
【0023】
1ティースの片側の導体群12aに誘起される電圧f14(θ)はフーリエ級数展開により以下のように表すことができる。
【0024】
【数2】
Figure 2004274807
上記式において、θは電気角(°)を表している。
【0025】
線間誘起電圧f14(θ)は、導体群12a〜12p誘起される電圧の和となり、上記(式1)の位相違い16ヶを足し合わすことで、以下のようになる。
【0026】
14(θ)=2f14(θ)+4f14(θ−30°)+4f14(θ−60°)+4f14(θ−90°)+2f14(θ−120°) (式5)
上記(式5)を高調波成分毎にまとめると、以下のようになる。
【0027】
14(θ)=12.93bsin(θ−60°)+0.93bsin(5θ−120°)+0.93bsin(7θ−240°)+‥‥‥ (式6)
このように、ロータの極数とステータのスロット数の比を14:12としたブラシレスモータにおいては、線間誘起電圧の3次の成分を抑えることができるだけでなく、5次、7次の成分も抑え、線間誘起電圧を正弦波に近づけることができる。磁界解析シミュレーション結果では1000r/min時の線間誘起電圧波形の歪み率を0.7%まで抑えた正弦波にすることができ、トルク脈動を抑え低騒音・低振動の作用がある。また、駆動回路の通電幅を電気角にて135〜180°にすることにより、相切り替わり時に3相通電期間があるためにコイルに流れる電流の変化を小さくし、トルク脈動を抑え、低騒音・低振動の作用がある。さらに、この駆動回路を正弦波駆動回路にすることにより、コイルに流れる電流を正弦波に近づけることにより、より一層の低騒音・低振動の作用がある。
【0028】
(実施例2)
図2においては本発明の実施例における正弦波駆動ブラシレスモータの構造断面図を示し、正弦波駆動回路5をモータ内部に内蔵した構造となっており、モータと回路を一体化することにより、小型化を図ることができる。
【0029】
(実施例3)
図3において、磁石50をロータコア11に内蔵したIPMロータ構造をした14極のロータ1と、12ヶのスロット2を有し前記スロット2に3相結線されたステータ3と、前記ステータ3に三相全波通電を行う正弦波駆動回路5よりなるブラシレスモータである。このようにロータ構造をIPM構造とすることにより、磁石の磁束量を増やしながらも、ロータ極数とステータスロット数の比を14:12にしたことにより線間誘起電圧を正弦波に近づけ、巻線に流れる電流を正弦波に近づけることができ、低騒音・低振動に加え、高効率の作用がある。
【0030】
(実施例4)
図4に示すルームエアコン室内機13・室外機14は請求項4記載のモータを搭載している。前記ルームエアコン室内機13には室内機用のモータ26にクロスフローファン17が取り付けられ、前記ルームエアコン室外機14には熱交換器B16への室外用モータ27にプロペラファン18が取り付けられている。ルームエアコンの運転時にこれらのファンモータも運転している。
【0031】
このようにルームエアコンのファンモータに使用することにより、ルームエアコン運転時のファンや機器本体の共振を抑えることができ、低騒音・低振動の作用がある。
【0032】
(実施例5)
図5に示す給湯器には燃焼に必要な空気を供給するための給湯用ファンモータ38として請求項4記載のモータを搭載している。前記給湯用ファンモータ38にはシロッコファン40が取り付けられている。これについても、給湯器運転時のファンや機器本体の共振を抑え、低騒音・低振動の作用がある。
【0033】
(実施例6)
また、図6に示す空気清浄機には空気清浄機用モータ49として請求項4記載のモータを搭載している。前記空気清浄機用モータ49にはシロッコファン40が取り付けられている。
【0034】
これについても、空気清浄機運転時のファンや機器本体の共振を抑え、低騒音・低振動の作用がある。
【0035】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、その他の用途としては、例えば室内空間の静粛性が要求される自動車用エアコンのファンモータ、あるいはラジエター冷却用のファンモータ、電気自転車の駆動用モータとして搭載することもできる。
【0036】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように請求項1記載の発明によれば、ロータの極数とステータのスロット数の比を2:3としたブラシレスモータよりも線間誘起電圧が正弦波に近づけることができ、また駆動回路の通電幅を電気角にて135〜180°にすることにより、相切り替わり時に3相通電期間があるためにコイルに流れる電流の変化を小さくし、トルク脈動を抑え、低騒音・低振動の効果がある。
【0037】
また、請求項2に記載の発明によれば、駆動回路を正弦波駆動回路としたので、線間誘起電圧と電源電圧の差により、巻線に印加される電圧をPWM制御し、巻線に流れる電流を正弦波に近づける駆動回路方式であり、コイルに流れる電流を正弦波に近づけることができ、さらに、ロータ極数とステータスロット数の比を14:12にしたことにより、線間誘起電圧を正弦波に近づけることができ、トルク脈動を抑え低騒音・低振動とすることができる。
【0038】
また、請求項3に記載の発明によれば、駆動回路の通電幅を、特に電気角にて150°とすることで、線間誘起電圧を正弦波に近づけ、巻線に流れる電流を正弦波に近づけることができ、低騒音・低振動とすることができる。
【0039】
また、請求項4に記載の発明によれば、駆動回路の通電幅を電気角にて150°とし、前記各相コイルのうち合隣る相コイルが同じ通電状態になる重なり期間前記相コイルへの通電の大きさを第1の値とし、前記重なり期間以外のあいだ、前記通電の大きさを第2の値とすることで、さらに巻線に流れる電流を正弦波に近づけることができ、より低騒音・低振動のブラシレスモータを得ることができる。
【0040】
また、請求項5に記載の発明によれば第1の値と第2の値との比率をsin(π/3):1(概略0.866:1)とすることで、150°通電において最も低騒音・低振動のブラシレスモータを得ることができる。
【0041】
また、請求項6に記載の発明によれば、ロータの極数とステータのスロット数の比を14:12とし、かつ、駆動回路の通電幅を電気角にて135〜180°とし、かつ、前記駆動回路を内蔵することで、線間誘起電圧を正弦波に近づけ、また駆動回路によりコイルに流れる電流の変化を小さくすることができ、トルク脈動を抑え、低騒音・低振動および小型化のブラシレスモータを得ることができる。
【0042】
また、請求項7記載の発明によれば、ロータをIPM構造にしたことにより磁石の磁束量を増やしながらも、ロータ極数とステータスロット数の比を14:12にしたことにより線間誘起電圧を正弦波に近づけ、巻線に流れる電流を正弦波に近づけることができ、また、駆動回路の通電幅を電気角にて135〜180°にすることによりコイルに流れる電流の変化を小さくし、低騒音・低振動に加え、高効率の作用がある。
【0043】
一般にロータ構造をIPM構造とした場合ロータ・ステータ間のギャップ磁束分布において極間近くの磁束が表面磁石構造タイプのロータよりも大きくなるために線間誘起電圧の歪み率が悪くなるという問題があった。このため、従来のロータの極数とステータのスロット数の比を2:3としたブラシレスモータにおいては線間誘起電圧の歪み率が悪く、表面磁石構造タイプのロータよりも効率は良いが騒音・振動の面では悪くなっていた。しかしながら、ロータ極数とステータスロット数の比を14:12にすることにより、線間誘起電圧の3次だけでなく、5次、7次の成分も抑え線間誘起電圧を正弦波に近づけることができ、低騒音・低振動の作用がある。
【0044】
さらに、請求項8および請求項9に記載の発明によれば、電気機器本体または自動車本体の共振を抑制することができ、低騒音・低振動の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例における正弦波駆動ブラシレスモータを示す模式図
【図2】本発明の実施例における正弦波駆動ブラシレスモータの構造断面図
【図3】本発明の実施例におけるIPMロータを用いたブラシレスモータを示す模式図
【図4】本発明の実施例によるルームエアコン室内機・室外機の構成図
【図5】(a)本発明の実施例による空気清浄機の構成図
(b)本発明の実施例による空気清浄機のケーシング部分の斜視図
【図6】(a)本発明の実施例による給湯器の構成図
(b)本発明の実施例による給湯器の断面構成図
【図7】従来の正弦波駆動ブラシレスモータを示す模式図
【図8】従来の正弦波駆動ブラシレスモータの線間誘起電圧波形図
【符号の説明】
1 ロータ
2 スロット
3 ステータ
4 巻線
5 正弦波駆動回路
6 軸受
7 防振ゴム
8 モールド樹脂
9 軸
10 ブラケット
11 ロータコア
12a〜12p 導体群
13 ルームエアコン室内機
14 ルームエアコン室外機
15 熱交換器A
16 熱交換器B
17 クロスフローファン
18 プロペラファン
19 制御機A
20 制御機B
21 コンプレッサ
22 電源線
23 信号線
24 冷媒管
25 AC電源入力線
26 室内機用モータ
27 室外機用モータ
28 給湯器
29 燃焼釜
30 温水管
31 水道管
32 バーナー部
33 制御機
34 燃料ポンプ
35 気化器
36 燃料管
37 燃料タンク
38 給湯用ファンモータ
39 ケーシング
40 シロッコファン
41 排気口
42 空気清浄機
43 制御板
44 エアフィルタ
45 排気口
46 吸気口
47 操作板
48 吹き出し口
49 空気清浄機用モータ
50 磁石

Claims (9)

  1. 複数の極数を有するロータと、複数のスロットを有し前記スロットに3相結線されたステータと、前記ステータに三相全波通電を行う駆動回路よりなるブラシレスモータにおいて、前記ロータの極数と前記ステータの前記スロット数の比を14:12とし、かつ、前記駆動回路の通電幅を電気角にて135〜180°としたことを特徴とするブラシレスモータ。
  2. 複数の極数を有するロータと、複数のスロットを有し前記スロットに3相結線されたステータと、前記ステータに三相全波通電を行う駆動回路よりなるブラシレスモータにおいて、前記ロータの極数と前記ステータの前記スロット数の比を14:12とし、かつ、前記駆動回路を正弦波駆動回路としたことを特徴とする請求項1記載のブラシレスモータ。
  3. 複数の極数を有するロータと、複数のスロットを有し前記スロットに3相結線されたステータと、前記ステータに三相全波通電を行う駆動回路よりなるブラシレスモータにおいて、前記ロータの極数と前記ステータの前記スロット数の比を14:12とし、かつ、前記駆動回路の通電幅を電気角にて150°としたことを特徴とする請求項1記載のブラシレスモータ。
  4. 駆動回路は、通電幅を電気角にて150°とし、各相コイルのうち合隣る相コイルが同じ通電状態になる重なり期間前記相コイルへの通電の大きさを第1の値とし、前記重なり期間以外のあいだ、前記通電の大きさを第2の値とするようにしたことを特徴とする請求項3記載のブラシレスモータ。
  5. 第1の値と第2の値との比率をsin(π/3):1(概略0.866:1)とするようにしたことを特徴とする請求項4記載のブラシレスモータ。
  6. 複数の極数を有するロータと、複数のスロットを有し前記スロットに3相結線されたステータと、前記ステータに三相全波通電を行う駆動回路よりなるブラシレスモータにおいて、前記ロータの極数と前記ステータの前記スロット数の比を14:12とし、かつ、前記駆動回路の通電幅を電気角にて135〜180°とし、かつ、前記駆動回路を内蔵したことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のブラシレスモータ。
  7. 前記ロータの構造をIPM構造としたことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のブラシレスモータ。
  8. 請求項1から請求項7のいずれか1項に記載のブラシレスモータを搭載した電気機器。
  9. 請求項1から請求項7のいずれか1項に記載のブラシレスモータを搭載した自動車。
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