JP2008011634A - 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】交流電源を全波整流した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16は相関関係指示手段13に基づいて電流検出手段21にて検出するインバータ回路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は低圧直流電圧変換手段8の出力電圧に応じて、インバータ回路6に供給する電流を基準設定値に対して加減算させて指示する構成により、回転数−トルク特性は回転数が上昇するに従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7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、この磁束密度分布検知手段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磁束密度分布検知手段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、磁束密度分布検知手段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相には磁束密度分布検知手段4のv相波形からw相波形を減算し、駆動コイルのw相には磁束密度分布検知手段4のw相波形からu相波形を減算している。Q1、Q3、Q5は上段側スイッチング素子で、Q2、Q4、Q6は下段側スイッチング素子であり、ブリッジ接続してインバータ回路6を形成している。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上段側スイッチング素子Q1、Q3、Q5および下段側スイッチング素子Q2、Q4、Q6のON/OFFを制御し、電流波形制御手段7は駆動コイル2の各相電流波形が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、上段側スイッチング素子Q1、Q3、Q5および下段側スイッチング素子Q2、Q4、Q6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、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チョッパ回路にて構成された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インバータ回路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。21はインバータ回路6に供給される電流を検知する電流値検出手段で、16は供給電流値制御手段である。この供給電流値制御手段16は電流値検出手段21にて検出するインバータ回路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。20は供給電流基準設定値指示手段であり、電流値指示手段19によって指示する電流値の基準設定値を指示し、ブラシレスDCモータ1の外部にて接続する抵抗17aと、供給電流基準設定値指示手段20の内部抵抗との合成抵抗値に応じて基準設定値が決定される。13は相関関係指示手段であり、低圧直流電圧変換手段8の出力電圧−電流特性が図3に示すような特性になるように、出力電圧の変化をフィードバックして、低圧直流電圧変換手段8の出力する電圧値の大きさに応じて、インバータ回路6に供給する電流を基準設定値に対して加減算させて電流値指示手段19に指示する。この時、基準設定値に対する加減算割合は、相関関係指示手段13にブラシレスDCモータ1外部にて接続する抵抗17bの抵抗値に応じて決定される。また、インバータ回路6の耐圧とキックバック電圧を考慮した上でインバータ回路6に印加する低圧直流電圧に上限を設け、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。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、アルミナ製基板の上に実装、配線接続して形成した集積回路22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23を内蔵した換気装置である。
図9〜図11に示すように、36は遠心型送風機37と、この遠心型送風機37のシロッコファンを回転させる交流電源直結型のブラシレスDCモータ30を内蔵した換気装置であり、実施の形態1と同一部分には同一番号を付して詳細な説明は省略する。外被を熱硬化性樹脂27にてモールドして形成した交流電源直結型のブラシレス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35、磁束密度分布検知手段4、磁束密度分布波形合成手段12、駆動ロジック制御手段34、インバータ回路6、電流値検出手段21、供給電流値制御手段16、電流値指示手段19、供給電流基準設定値指示手段20、相関関係指示手段13を同一のプリント基板上に実装した上で交流電源直結型のブラシレスDCモータ30内に内蔵している。駆動ロジック制御手段34には下段側スイッチング素子Q2、Q4、Q6をPWM制御するPWM制御手段32と、駆動コイル2の各相電流波形が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、フィードバック制御しながら下段側スイッチング素子Q2、Q4、Q6のON/OFFデューティを調整する電流波形制御手段33を搭載し、低圧直流電圧変換手段35はチョッパ回路にて構成された定電圧出力であり、31は低圧直流電圧変換手段35にて変換された低圧直流電圧を減圧してPWM制御手段32のON/OFFデューティを指示するデューティ指示電圧生成手段で、相関関係指示手段13はデューティ指示電圧生成手段31の生成電圧と、低圧直流電圧変換手段35の電流の関係が図9に示すような特性になるように、デューティ指示電圧生成手段31を制御することにより、PWM制御手段32のON/OFFデューティを可変しながらフィードバック制御して、デューティ指示電圧生成手段31の生成電圧の大きさに応じて、インバータ回路6に供給する電流を基準設定値に対して加減算させて指示する。この時、インバータ回路6の許容消費電力を考慮した上でインバータ回路6に供給する電流に上限を設け、上限電流を超えて電流を制御することがないよう、そのポイントにてPWM制御におけるONデューティが100%になるよう設定するとともに、ONデューティ100%で一定運転する区間を設けている。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 インバータ回路
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 相関関係指示手段
14 低圧直流電圧値変更手段
15 交流電源接続手段
16 供給電流値制御手段
17a 抵抗
17b 抵抗
18 平滑コンデンサ
19 電流値指示手段
20 供給電流基準設定値指示手段
21 電流値検出手段
22 集積回路
23 遠心型送風機
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 外部スイッチ
30 ブラシレスDCモータ
31 デューティ指示電圧生成手段
32 PWM制御手段
33 電流波形制御手段
34 駆動ロジック制御手段
35 低圧直流電圧変換手段
36 換気装置
37 遠心型送風機
Q1 上段側スイッチング素子
Q2 下段側スイッチング素子
Q3 上段側スイッチング素子
Q4 下段側スイッチング素子
Q5 上段側スイッチング素子
Q6 下段側スイッチング素子
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、この固定子に対向して回転自在に配置した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、前記交流電源を全波整流する整流手段と、上段と下段からなり、それぞれ複数のスイッチング素子でブリッジ接続されたインバータ回路と、前記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インバータ回路に印加するチョッパ回路にて形成された低圧直流電圧変換手段と、前記磁極位置検出手段の信号を基に、前記低圧直流電圧変換手段にて生成した低圧直流電圧を、前記インバータ回路を介して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、前記インバータ回路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、前記低圧直流電圧変換手段にて生成した低圧直流電圧の電圧値と前記電流値指示手段によって指示する平均電流値との相関関係を接続する抵抗値に応じて指示する相関関係指示手段と、前記電流値指示手段にて指示する基準電流設定値を接続する抵抗値に応じて決定する供給電流規準設定値指示手段とを備え、前記電流値指示手段は前記供給電流基準設定値指示手段にて決定した基準電流設定値を前記相関関係指示手段にて指示された相関関係となるよう指示電流を増減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、この固定子に対向して回転自在に配置した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、上段と下段からなり、それぞれ複数のスイッチング素子でブリッジ接続されたインバータ回路と、前記スイッチング素子の上段または下段をPWM制御するとともに、前記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、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略一定の低圧直流電圧に変換して前記インバータ回路に印加するチョッパ回路にて形成された低圧直流電圧変換手段と、この低圧直流電圧変換手段で生成した低圧直流電圧を減圧して前記スイッチング素子をPWM制御する時のON/OFFデューティを指示する指示電圧とするデューティ指示電圧生成手段と、前記インバータ回路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、前記デューティ指示電圧生成手段にて生成した電圧値と前記電流値指示手段によって指示する平均電流値との相関関係を接続する抵抗値に応じて指示する相関関係指示手段と、前記電流値指示手段にて指示する基準電流設定値を接続する抵抗値に応じて決定する供給電流規準設定値指示手段とを備え、前記電流値指示手段は前記供給電流基準設定値指示手段にて決定した基準電流設定値を前記相関関係指示手段にて指示された相関関係となるよう指示電流を増減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、この固定子に対向して回転自在に配置した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、前記交流電源を全波整流する整流手段と、上段と下段からなり、それぞれ複数のスイッチング素子でブリッジ接続されたインバータ回路と、前記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インバータ回路に印加するチョッパ回路にて形成された低圧直流電圧変換手段と、前記磁束密度分布検知手段の信号を基に、前記低圧直流電圧変換手段にて生成した低圧直流電圧を、前記インバータ回路を介して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、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させ、前記駆動ロジック制御手段に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、前記インバータ回路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、前記低圧直流電圧変換手段にて生成した低圧直流電圧の電圧値と前記電流値指示手段によって指示する平均電流値との相関関係を接続する抵抗値に応じて指示する相関関係指示手段と、前記電流値指示手段にて指示する基準電流設定値を接続する抵抗値に応じて決定する供給電流規準設定値指示手段とを備え、前記電流値指示手段は前記供給電流基準設定値指示手段にて決定した基準電流設定値を前記相関関係指示手段にて指示された相関関係となるよう指示電流を増減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、この固定子に対向して回転自在に配置した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、上段と下段からなり、それぞれ複数のスイッチング素子でブリッジ接続されたインバータ回路と、前記スイッチング素子の上段または下段をPWM制御するとともに、前記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、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略一定の低圧直流電圧に変換して前記インバータ回路に印加するチョッパ回路にて形成された低圧直流電圧変換手段と、この低圧直流電圧変換手段で生成した低圧直流電圧を減圧して前記スイッチング素子をPWM制御する時のON/OFFデューティを指示する指示電圧とするデューティ指示電圧生成手段と、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させ、前記駆動ロジック制御手段に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、前記インバータ回路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、前記デューティ指示電圧生成手段にて生成した電圧値と前記電流値指示手段によって指示する平均電流値との相関関係を接続する抵抗値に応じて指示する相関関係指示手段と、前記電流値指示手段にて指示する基準電流設定値を接続する抵抗値に応じて決定する供給電流規準設定値指示手段とを備え、前記電流値指示手段は前記供給電流基準設定値指示手段にて決定した基準電流設定値を前記相関関係指示手段にて指示された相関関係となるよう指示電流を増減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。
- 請求項2または4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、電流波形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電流波形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1〜5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。
- 前記相関関係指示手段に接続する抵抗は交流電源直結型ブラシレスDCモータの外部にて接続することを特徴とする請求項1〜6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。
- 前記供給電流規準設定値指示手段に接続する抵抗は交流電源直結型ブラシレスDCモータの外部にて接続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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