JP2005117815A - 交流電源直結型ブラシレスdcモータおよびそれを搭載した電気機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】商用交流電源を全波整流し、全波整流後のリップルを含む高圧電圧を45V以下の低圧直流電圧に変換し、供給電流値制御手段22は電流検出手段21にて検出するスイッチング素子6への平均電流値が電流値指示手段19にて指示された電流値と同等になるように、低圧直流電圧値変更手段14を制御して、低圧直流電圧変換手段8の出力電圧を可変しながらフィードバック制御する。電流値指示手段19は回転数に応じて、スイッチング素子6に供給する電流を基準設定値に対して非線形変化させて指示する構成により、トルク−回転数特性は回転数が上昇するにしたがって軸トルクが大きくなる特性が得られる。
【選択図】図1
Description
図1〜図6に示すように、1は交流電源直結型のブラシレスDCモータで、10は複数のスロットを有する固定子鉄心10aに絶縁材にて形成されたインシュレータ11を介して駆動コイル2を巻装した固定子で、固定子10は熱硬化性樹脂27にてモールド成形されて外被を形成しており、25はブラケットで軸受け26を保持している。3は磁石回転子であり、プラスチックマグネットを射出成形時に極配向させてシャフト24と一体成形して形成しており、主磁極部は極異方性磁石3aとなっている。4は極異方性磁石3aの磁束密度分布を検知する磁束密度分布検知手段となるホール素子で、このホール素子4の検知した波形が極異方性磁石3aによって駆動コイル2に誘起される誘起電圧波形と略相似となるようにホール素子4と極異方性磁石3aの空隙を設定して配置している。12は磁束密度分布波形合成手段で、駆動コイル2のu相に供給する電流波形の高調波成分を除去するために、ホール素子4のu相波形からv相波形を減算し、同様に駆動コイル2のv相にはホール素子4のv相波形からw相波形を減算し、駆動コイルのw相にはホール素子4のw相波形からu相波形を減算している。5は駆動ロジック制御手段で、駆動コイル2に所定の方向と順序で順次全波通電となるようスイッチング素子6のON・OFFを制御し、電流波形制御手段7は磁束密度分布波形合成手段12によって高調波成分を除去した波形に略相似形になるように、スイッチング素子6が飽和に近い非飽和状態になるようにフィードバックしながら出力バイアス電流を調整する。15は商用交流電源を接続する交流電源接続手段であり、15aは強出力接続端子、15bは弱出力接続端子、15cは共通接続端子である。9は交流電源を全波整流する整流手段で、8は整流手段9にて全波整流されたリップルを有する高圧の電圧を45V以下の低圧直流電圧に変換する低圧直流電圧変換手段で、この低圧直流電圧変換手段8にて変換された低圧直流電圧はスイッチング素子6を介して駆動コイル2に供給される。そして、低圧直流電圧変換手段8と整流手段9の間には、交流100V50Hzを全波整流した時に45V以下となる2.1ミリ秒の期間の電圧を補う小容量の平滑コンデンサ18としてポリマーコンデンサを配している。17は磁束密度分布検知手段4が検知した波形から、パルス状の波形を出力する回転信号出力手段で、21はスイッチング素子6に供給される電流を検知する電流検出手段で、22は供給電流値制御手段である。この供給電流値制御手段22は電流検出手段21にて検出するスイッチング素子6に供給される平均電流値が電流値指示手段19によって指示された電流値と同等になるように、低圧直流電圧値変更手段14を制御することにより、低圧直流電圧変換手段8から出力される電圧を可変しながらフィードバック制御する。そして、電流値指示手段19は回転信号出力手段17より出力されるパルス波形をF/V変換した後の電圧値の大きさに応じて、スイッチング素子6に供給する電流を基準設定値に対して非線形変化(高次式比例)させて指示する。この時、スイッチング素子6の耐圧とキックバック電圧を考慮した上でスイッチング素子6に印加する低圧直流電圧に上限を設け、回転数が上昇しても電流を制御することなく電圧一定で運転する区間を設けている。23は外部スイッチで、強出力接続端子15aまたは弱出力接続端子15bのどちらかに接続する構成であり、13は速度調節指示検知手段であって、外部スイッチ23が強出力接続端子15aまたは弱出力接続端子15bのどちらに接続されているのかを検知し、供給電流設定値変更手段20が速度調節指示検知手段13の出力信号を受けてスイッチング素子6に供給する電流の基準設定値を変更する構成である。そして、図1において一点鎖線にて囲まれた電子部品の内、平滑コンデンサ18と、低圧直流電圧変換手段8を構成する部品の一つとなるコイル、2次側平滑コンデンサ(図示せず)を除いて、アルミ製基板の上に実装、配線接続して形成したワンチップIC16の構成になっている。そして、28は交流電源直結型ブラシレスDCモータ1を搭載し、遠心型送風機29を内蔵した換気装置である。
図7および図8に示すように、34は遠心型送風機35と、この遠心型送風機35のシロッコファンを回転させる交流電源直結型ブラシレスDCモータ30を内蔵した換気装置であり、交流電源直結型ブラシレスDCモータ30には、整流手段9、小容量平滑コンデンサ18、低圧直流電圧変換手段8、磁束密度分布検知手段4、磁束密度分布波形合成手段12、回転信号出力手段17、駆動ロジック制御手段5、スイッチング素子6、電流波形制御手段7、低圧直流電圧値変更手段14、電流検出手段21、供給電流値制御手段22、電流値指示手段19,供給電流設定値変更手段20を同一のプリント基板上に実装した上でブラシレスDCモータ30内に内蔵している。31は低圧直流電圧変換手段8にて生成した低圧直流電圧をブラシレスDCモータ30外部に導出する低圧直流電圧導出端子で、この低圧直流電圧導出端子31より導出した低圧電源をブラシレスDCモータ30外部に近接した抵抗分圧回路などにて形成した減圧手段33にて減圧して、供給電流値指示電圧に変換し、この供給電流値指示電圧を供給電流設定値入力手段32よりブラシレスDCモータ30内部に導入し、この供給電流値指示電圧の大きさに応じて供給電流設定値変更手段20がスイッチング素子6に供給する電流の基準設定値を変更し、電流値指示手段19は回転信号出力手段17より出力されるパルス波形をF/V変換した後の電圧値の大きさに応じて、スイッチング素子6に供給する電流を基準設定値に対して非線形変化(高次式比例)させて指示する構成であり、その他の磁石回転子3、固定子10などの構成は実施の形態1と同じであり、同一部分には同一番号を付して詳細な説明は省略する。
図9〜図12に示すように、41は遠心型送風機42と、この遠心型送風機42のシロッコファンを回転させる交流電源直結型ブラシレスDCモータ36を内蔵した換気装置であり、交流電源直結型ブラシレスDCモータ36には、整流手段9、小容量平滑コンデンサ18、低圧直流電圧変換手段8、磁束密度分布検知手段4、磁束密度分布波形合成手段12、回転信号出力手段17、駆動ロジック制御手段5、スイッチング素子6、電流波形制御手段7、低圧直流電圧値変更手段14、速度調節指示検知手段13,電流検出手段21、供給電流値制御手段40、供給電流設定値変更手段39、回転数範囲判別手段37、電流値指示手段38を同一のプリント基板上に実装した上でブラシレスDCモータ36内に内蔵している。磁石回転子3の回転数域を分類判別する回転数範囲判別手段37は、回転信号出力手段17から出力されるパルス波形をF/V変換した後の電圧値の電圧範囲を判別する。電流値指示手段38は回転数範囲判別手段37によって判別された回転数域に応じて、スイッチング素子6に供給する電流を基準設定値に対して段階的に変化させて指示する。この時、スイッチング素子6の耐圧からキックバック電圧を考慮した上でスイッチング素子6に印加する低圧直流電圧に上限を設け、回転数が上昇しても電流を制御することなく電圧一定で運転する区間を設けている。15は商用交流電源を接続する交流電源接続手段で、15aは強出力接続端子、15bは弱出力接続端子、15cは共通接続端子である。23は外部スイッチで、強出力接続端子15aまたは弱出力接続端子15bのどちらかに接続する構成であり、速度調節指示検知手段13は外部スイッチ23が強出力接続端子15aまたは弱出力接続端子15bのどちらに接続されているのかを検知し、供給電流設定値変更手段39が速度調節指示検知手段13の出力信号を受けてスイッチング素子6に供給する電流の基準設定値を変更する構成である。そして、図9において一点鎖線にて囲まれた電子部品の内、平滑コンデンサ18と、低圧直流電圧変換手段8を構成する部品の一つとなるコイル、2次側平滑コンデンサ(図示せず)を除いて、アルミナ製基板の上に実装、配線接続して形成したワンチップIC43の構成になっている。その他の磁石回転子3、固定子10などの構成は実施の形態1と同じであり、同一部分には同一番号を付して詳細な説明は省略する。
2 駆動コイル
3 磁石回転子
4 磁束密度分布検知手段
5 駆動ロジック制御手段
6 スイッチング素子
7 電流波形制御手段
8 低圧直流電圧変換手段
9 整流手段
10 固定子
10a 固定子鉄心
11 インシュレータ
12 磁束密度分布波形合成手段
13 速度調節指示検知手段
14 低圧直流電圧変更手段
15 交流電源接続手段
15a 強出力接続端子
15b 弱出力接続端子
15c 共通接続接続端子
16 ワンチップIC
17 回転信号出力手段
18 平滑コンデンサ
19 電流指示手段
20 供給電流設定値変更手段
21 電流検知手段
22 供給電流値制御手段
23 スイッチ
24 シャフト
25 ブラケット
26 軸受け
27 熱硬化性樹脂
28 換気装置
29 遠心型送風機
30 ブラシレスDCモータ
31 低圧直流電圧導出端子
32 供給電流設定値入力手段
33 減圧手段
34 換気装置
35 遠心型送風機
36 ブラシレスDCモータ
37 回転数範囲判別手段
38 電流指示手段
39 供給電流設定値変更手段
40 供給電流値制御手段
41 換気装置
42 遠心型送風機
43 ワンチップIC
Claims (10)
- 交流電源に直結するブラシレスDCモータであって、固定子鉄心に絶縁体を介して駆動コイルを巻装した固定子と、永久磁石を備えた磁石回転子と、この磁石回転子の磁極位置を検知する磁極位置検出手段と、この磁極位置検出手段の信号を基に、前記駆動コイルに所定の方向と順序で順次全波通電するための駆動ロジック制御手段と、この駆動ロジック制御手段の出力に基づいて、前記駆動コイルへの通電を行う複数のスイッチング素子と、前記磁極位置検出手段の信号を基に前記磁石回転子の回転数信号を出力する回転信号出力手段と、前記交流電源を全波整流する整流手段と、この整流手段によって得た高圧電圧を低圧直流電圧に変換して前記駆動コイルに駆動電源として供給する低圧直流電圧変換手段と、前記スイッチング素子に供給する平均電流を略一定に制御する供給電流値制御手段と、この供給電流値制御手段によって略一定に制御する平均電流値を指示する電流値指示手段とを備え、前記回転信号出力手段の出力信号に応じて、前記電流値指示手段によって指示する平均電流値を線形あるいは非線形的に変化させたことを特徴とする交流電源直結型ブラシレスDCモータ。
- 交流電源に直結するブラシレスDCモータであって、固定子鉄心に絶縁体を介して駆動コイルを巻装した固定子と、永久磁石を備えた磁石回転子と、この磁石回転子の磁束密度分布を検知する磁束密度分布検知手段と、この磁束密度分布検知手段の信号を基に、前記駆動コイルに所定の方向と順序で順次全波通電するための駆動ロジック制御手段と、この駆動ロジック制御手段の出力に基づいて、前記駆動コイルへの通電を行う複数のスイッチング素子と、前記磁束密度分布検知手段の信号を基に前記磁石回転子の回転数信号を出力する回転信号出力手段と、前記交流電源を全波整流する整流手段と、この整流手段によって得た高圧電圧を低圧直流電圧に変換して前記駆動コイルに駆動電源として供給する低圧直流電圧変換手段と、前記スイッチング素子に供給する平均電流を略一定に制御する供給電流値制御手段と、この供給電流値制御手段によって略一定に制御する平均電流値を指示する電流値指示手段と、前記磁束密度分布検知手段によって検知される磁束密度分布波形が、前記磁石回転子が回転することによって前記駆動コイルに誘起される誘起電圧波形に略相似形となるよう前記磁束密度分布検知手段を配置するとともに、前記駆動ロジック制御手段は前記磁束密度分布検知手段が検出した波形に略相似形の電流を前記駆動コイルに流す電流波形制御手段とを備え、前記回転信号出力手段の出力信号に応じて、前記電流値指示手段によって指示する平均電流値を線形あるいは非線形的に変化させたことを特徴とする交流電源直結型ブラシレスDCモータ。
- 交流電源に直結するブラシレスDCモータであって、固定子鉄心に絶縁体を介して駆動コイルを巻装した固定子と、永久磁石を備えた磁石回転子と、この磁石回転子の磁極位置を検知する磁極位置検出手段と、この磁極位置検出手段の信号を基に、前記駆動コイルに所定の方向と順序で順次全波通電するための駆動ロジック制御手段と、この駆動ロジック制御手段の出力に基づいて、前記駆動コイルへの通電を行う複数のスイッチング素子と、前記磁極位置検出手段の信号を基に前記磁石回転子の回転数信号を出力する回転信号出力手段と、前記交流電源を全波整流する整流手段と、この整流手段によって得た高圧電圧を低圧直流電圧に変換して前記駆動コイルに駆動電源として供給する低圧直流電圧変換手段と、前記スイッチング素子に供給する平均電流を略一定に制御する供給電流値制御手段と、この供給電流値制御手段によって略一定に制御する平均電流値を指示する電流値指示手段とを備え、前記回転信号出力手段の出力信号を基に前記磁石回転子の回転数域を分類判別する回転数範囲判別手段とを配し、この回転数範囲判別手段によって検知された回転数範囲に応じて、前記電流値指示手段によって指示する平均電流値を変更することを特徴とする交流電源直結型ブラシレスDCモータ。
- 交流電源に直結するブラシレスDCモータであって、固定子鉄心に絶縁体を介して駆動コイルを巻装した固定子と、永久磁石を備えた磁石回転子と、この磁石回転子の磁束密度分布を検知する磁束密度分布検知手段と、この磁束密度分布検知手段の信号を基に、前記駆動コイルに所定の方向と順序で順次全波通電するための駆動ロジック制御手段と、この駆動ロジック制御手段の出力に基づいて、前記駆動コイルへの通電を行う複数のスイッチング素子と、前記磁束密度分布検知手段の信号を基に前記磁石回転子の回転数信号を出力する回転信号出力手段と、前記交流電源を全波整流する整流手段と、この整流手段によって得た高圧電圧を低圧直流電圧に変換して前記駆動コイルに駆動電源として供給する低圧直流電圧変換手段と、前記スイッチング素子に供給する平均電流を略一定に制御する供給電流値制御手段と、この供給電流値制御手段によって略一定に制御する平均電流値を指示する電流値指示手段と、前記磁束密度分布検知手段によって検知される磁束密度分布波形が、前記磁石回転子が回転することによって前記駆動コイルに誘起される誘起電圧波形に略相似形となるよう前記磁束密度分布検知手段を配置するとともに、前記駆動ロジック制御手段は前記磁束密度分布検知手段が検出した波形に略相似形の電流を前記駆動コイルに流す電流波形制御手段と、前記回転信号出力手段の出力信号を基に前記磁石回転子の回転数域を分類判別する回転数範囲判別手段とを配し、この回転数範囲判別手段によって検知された回転数範囲に応じて、前記電流値指示手段によって指示する平均電流値を変更することを特徴とする交流電源直結型ブラシレスDCモータ。
- 前記磁石回転子の永久磁石は極異方性磁石としたことを特徴とする請求項2または4に記載の交流電源直結型ブラシレスDCモータ。
- 請求項2、4、5のいずれかに記載の交流電源直結型ブラシレスDCモータにおいて、前記磁束密度分布検知手段が検出した波形のうち2相分の波形を合成する磁束密度分布波形合成手段を設け、駆動ロジック制御手段は前記磁束密度分布波形合成手段が合成した波形に略相似形の電流を前記駆動コイルに流す駆動ロジック制御手段に置き換えたことを特徴とする交流電源直結型ブラシレスDCモータ。
- 前記交流電源を接続する交流電源接続手段を複数設け、この交流電源接続手段への接続箇所に応じて、前記供給電流値制御手段によって略一定に制御する電流値を変更する供給電流設定値変更手段を設けたことを特徴とする請求項1〜6のいずかに記載の交流電源直結型ブラシレスDCモータ。
- 前記低圧直流電圧変換手段によって生成された低圧直流電圧をブラシレスDCモータ外部に導出する低圧直流電圧導出端子と、この低圧直流電圧導出端子より導出された低圧直流電圧を減圧した低圧直流電圧を前記供給電流値制御手段によって略一定に制御する電流値の制御信号として、ブラシレスDCモータ内部に導入する供給電流設定値入力手段を設け、この供給電流設定値入力手段より導入した低圧直流電圧の大きさにより、前記スイッチング素子に供給する平均電流値を制御することを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の交流電源直結型ブラシレスDCモータ。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の交流電源直結型ブラシレスDCモータを搭載した電気機器。
- 請求項9記載の電気機器は換気装置、送風機、除湿機、加湿機、空気調和機、給湯機、ファンフィルタユニットのいずれかであることを特徴とする電気機器。
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