JP2008054456A - Ac power source direct-coupling brushless dc motor and electric apparatus equipped therewith - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主にパイプファンや天井埋め込み型等の排気用および給気用の換気装置や、送風機、加湿機、除湿機、冷凍機器、空気調和機、給湯機などのファン駆動用のブラシレスDCモータおよびそのブラシレスDCモータを搭載した電気機器に関するものである。 The present invention mainly relates to a brushless DC for driving a fan such as a pipe fan, a ceiling-embedded ventilator for exhaust and air supply, a fan, a humidifier, a dehumidifier, a refrigeration apparatus, an air conditioner, a water heater, etc. The present invention relates to a motor and an electric device equipped with the brushless DC motor.
近年、換気装置等の電気機器に搭載するファン駆動用の電動機においては、低価格化、高効率化、静音化、標準化が強く求められており、誘導電動機では大幅な高効率化は困難であることから、永久磁石を使用したブラシレスDCモータが増えてきている。また、ブラシレスDCモータを搭載することから、換気装置等の風量を所定の風量で一定に制御するものも増えてきている。一方では、交流電源に接続するだけで簡単に回転するというような、使い勝手の良い電動機も求められている。 In recent years, there has been a strong demand for low-price, high-efficiency, low-noise, and standardization in motors for driving fans mounted on electrical equipment such as ventilation devices, and it is difficult to achieve significant increases in efficiency with induction motors. For this reason, brushless DC motors using permanent magnets are increasing. In addition, since a brushless DC motor is mounted, there is an increasing number of devices that control the air volume of a ventilator or the like with a predetermined air volume. On the other hand, there is also a demand for an electric motor that is easy to use, such as simply rotating by connecting to an AC power source.
従来、この種の電動機は、特許文献1に開示された構成のものが知られている。
Conventionally, the thing of the structure disclosed by
以下、その電動機について図13〜図15を参照しながら説明する。 Hereinafter, the electric motor will be described with reference to FIGS.
図に示すように、101はスイッチング素子102に供給される電流を検知する電流検出手段で、106は凹部107に露出して配置された電流設定手段で、低圧直流電圧変換手段105にて生成した低圧直流電圧を抵抗分圧回路などにて減圧して供給電流値指示電圧に変換する。103は供給電流値制御手段で、電流検出手段101にて検出するスイッチング素子102に供給される平均電流値が電流設定手段106にて設定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104を制御することにより、低圧直流電圧変換手段105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交流電源直結型のブラシレスDCモータの構成としている。
このような従来の電動機によれば、スイッチング素子102に供給する電流を、凹部107に露出して配置された電流設定手段106にて設定する電流値になるようフィードバック制御するため、ブラシレスDCモータの出力トルクは略一定となることから、この特性のブラシレスDCモータをダクト式換気装置のようなシロッコファンなど遠心型の送風機を内蔵した機器に搭載した場合、機器の風量は圧力損失が大きくなると減少してしまうという課題があり、圧力損失など静圧が変化しても風量の変化量がほとんど無い風量一定制御を、マイコンを使用することなく実現できるファンモータが要求されており、そのためには、回転数が上昇するにしたがって、軸トルクが大きくなる回転数−トルク特性が任意に得られることが要求されている。
According to such a conventional electric motor, feedback control is performed so that the current supplied to the switching element 102 becomes a current value set by the current setting means 106 exposed in the
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、マイコンを使用することなく圧力損失など静圧が変化しても風量の変化量が極めて少ない風量−静圧特性を得ることができる交流電源直結型のブラシレスDCモータを提供することを目的としている。 The present invention solves such a conventional problem, and it is possible to obtain an air flow-static pressure characteristic with a very small air flow change amount even if the static pressure changes such as pressure loss without using a microcomputer. An object of the present invention is to provide a brushless DC motor directly connected to an AC power source.
本発明の交流電源直結型ブラシレスDCモータは上記目的を達成するために、低圧直流電圧に変換して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し、前記相関関係指示手段に接続する抵抗と、前記供給電流規準設定値指示手段に接続する抵抗のどちらか一方あるいは両方を可変型とし、この可変型とした抵抗のどちらか一方あるいは両方を露出して設けたことを特徴とする交流電源直結型ブラシレスDCモータの構成としたものである。 In order to achieve the above object, the AC power source direct-coupled brushless DC motor of the present invention converts the low-voltage DC voltage into a low-voltage DC voltage and applies it to the inverter circuit, and supplies it to the inverter circuit. The supply current value control means for controlling the average current to be substantially constant, the current value instruction means for instructing the average current value to be controlled substantially constant by the supply current value control means, and the low-voltage DC voltage conversion means Correlation indicating means for indicating the correlation between the voltage value of the low-voltage DC voltage and the average current value indicated by the current value indicating means according to the resistance value to be connected, and the reference current setting indicated by the current value indicating means Supply current reference set value indicating means for determining a value according to a resistance value to be connected, the current value indicating means determined by the supply current reference set value indicating means The instruction current is increased or decreased so that the quasi-current set value becomes the correlation indicated by the correlation instruction means, and the resistance connected to the correlation instruction means and the resistance connected to the supply current reference set value indication means Either or both of them are variable, and either or both of these variable resistors are exposed to provide a configuration of an AC power supply direct-coupled brushless DC motor.
この手段により供給電流規準設定値指示手段に接続する抵抗と、相関関係指示手段に接続する抵抗の抵抗値の変更調整により、仕様調整ができることから、仕様調整に要する工数の大幅な削減ができるとともに、回転数が上昇するにしたがって、軸トルクが一段と大きくなる回転数−トルク特性が任意に得られるため、ファンモータとした時には圧力損失など静圧が変化しても風量がほとんど変化しない風量−静圧特性を実現でき、相関関係指示手段に接続する抵抗を露出した場合は、機器の機内圧損の状態が初期に対して変化しても風量の傾斜変更の対応ができ、供給電流規準設定値指示手段に接続する抵抗を露出した場合は、一定制御する風量の変更が任意に調整できる交流電源直結型のブラシレスDCモータおよび電気機器が得られる。 Specification adjustment can be made by changing and adjusting the resistance value of the resistor connected to the supply current reference set value indicating means and the resistance value connected to the correlation indicating means by this means, and the man-hour required for the specification adjustment can be greatly reduced. Since the rotation speed-torque characteristics that increase the shaft torque further as the rotation speed increases can be obtained arbitrarily, the fan volume does not change even if the static pressure changes, such as pressure loss. If the pressure characteristics can be realized and the resistance connected to the correlation indication means is exposed, the airflow slope can be changed even if the in-flight pressure loss state of the device changes from the initial state, and the supply current standard set value indication When the resistance connected to the means is exposed, a brushless DC motor and an electric device directly connected to an AC power source that can arbitrarily adjust the change in the air volume to be controlled are obtained.
また、本発明の交流電源直結型ブラシレスDCモータは上記目的を達成するために、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し、前記相関関係指示手段に接続する抵抗と、前記供給電流規準設定値指示手段に接続する抵抗のどちらか一方あるいは両方を可変型とし、この可変型とした抵抗のどちらか一方あるいは両方を露出して設けたことを特徴とする交流電源直結型ブラシレスDCモータの構成としたものである。 Further, in order to achieve the above object, the AC power source directly connected brushless DC motor of the present invention is formed by a chopper circuit that converts the high voltage obtained by the rectifying means into a substantially constant low voltage DC voltage and applies it to the inverter circuit. Low-voltage DC voltage conversion means, duty instruction voltage generation means for reducing the low-voltage DC voltage generated by the low-voltage DC voltage conversion means and indicating the ON / OFF duty when the switching element is PWM-controlled, Supply current value control means for controlling the average current supplied to the inverter circuit substantially constant, current value instruction means for indicating the average current value controlled substantially constant by the supply current value control means, and the duty instruction voltage generation Depending on the resistance value connecting the correlation between the voltage value generated by the means and the average current value indicated by the current value indicating means Correlation indicating means for indicating, and supply current reference setting value indicating means for determining a reference current setting value specified by the current value indicating means according to a resistance value to be connected, wherein the current value indicating means is the supply The reference current set value determined by the current reference set value indicating means is increased or decreased so that the correlation indicated by the correlation indicating means is reached, the resistance connected to the correlation indicating means, and the supply current One or both of the resistors connected to the reference set value indicating means are variable, and either or both of the variable resistors are exposed so as to be provided. The configuration is as follows.
この手段により供給電流規準設定値指示手段に接続する抵抗と、相関関係指示手段に接続する抵抗の抵抗値の変更調整により、仕様調整ができることから、仕様調整に要する工数の大幅な削減ができるとともに、回転数が上昇するにしたがって、軸トルクが一段と大きくなる回転数−トルク特性が任意に得られるため、ファンモータとした時には圧力損失など静圧が変化しても風量がほとんど変化しない風量−静圧特性を実現でき、相関関係指示手段に接続する抵抗を露出した場合は、機器の機内圧損の状態が初期に対して変化しても風量の傾斜変更の対応ができ、供給電流規準設定値指示手段に接続する抵抗を露出した場合は、一定制御する風量の変更が任意に調整できる交流電源直結型のブラシレスDCモータおよび電気機器が得られる。 Specification adjustment can be made by changing and adjusting the resistance value of the resistor connected to the supply current reference set value indicating means and the resistance value connected to the correlation indicating means by this means, and the man-hour required for the specification adjustment can be greatly reduced. Since the rotation speed-torque characteristics that increase the shaft torque further as the rotation speed increases can be obtained arbitrarily, the fan volume does not change even if the static pressure changes, such as pressure loss. If the pressure characteristics can be realized and the resistance connected to the correlation indication means is exposed, the airflow slope can be changed even if the in-flight pressure loss state of the device changes from the initial state, and the supply current standard set value indication When the resistance connected to the means is exposed, a brushless DC motor and an electric device directly connected to an AC power source that can arbitrarily adjust the change in the air volume to be controlled are obtained.
また、本発明の交流電源直結型ブラシレスDCモータは上記目的を達成するために、低圧直流電圧に変換して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、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、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し、前記相関関係指示手段に接続する抵抗と、前記供給電流規準設定値指示手段に接続する抵抗のどちらか一方あるいは両方を可変型とし、この可変型とした抵抗のどちらか一方あるいは両方を露出して設けたことを特徴とする交流電源直結型ブラシレスDCモータの構成としたものである。 Further, in order to achieve the above object, the AC power source direct-coupled brushless DC motor of the present invention has a low voltage DC voltage conversion means formed by a chopper circuit that converts the voltage into a low voltage DC voltage and applies it to the inverter circuit, and a magnetic flux density distribution. Drive logic control means for sequentially energizing the drive coil in a predetermined direction and order through the inverter circuit with the low-voltage DC voltage generated by the low-voltage DC voltage conversion means based on the signal of the detection means; The magnetic flux density distribution detecting means is arranged so that the magnetic flux density distribution waveform detected by the magnetic flux density distribution detecting means is substantially similar to the induced voltage waveform induced in the drive coil by rotation of the magnet rotor. Current waveform control means for passing a current substantially similar to the waveform detected by the magnetic flux density distribution detection means to the drive coil and the inverter circuit. The supply current value control means for controlling the average current to be substantially constant, the current value instruction means for instructing the average current value to be controlled substantially constant by the supply current value control means, and the low-voltage DC voltage conversion means Correlation indicating means for indicating the correlation between the voltage value of the low-voltage DC voltage and the average current value indicated by the current value indicating means according to the resistance value to be connected, and the reference current setting indicated by the current value indicating means Supply current reference set value indicating means for determining a value according to a resistance value to which the value is connected, wherein the current value indicating means determines the reference current set value determined by the supply current reference set value indicating means as the correlation indicating means. The indicated current is increased or decreased so that the correlation indicated in (1) is established, and either the resistance connected to the correlation indicating means or the resistance connected to the supply current reference set value indicating means Both the variable is obtained by this variable and the AC power source directly connected brushless DC motor to either or both of the resistors characterized by providing the exposed configuration.
この手段により供給電流規準設定値指示手段に接続する抵抗と、相関関係指示手段に接続する抵抗の抵抗値の変更調整により、仕様調整ができることから、仕様調整に要する工数の大幅な削減ができるとともに、回転数が上昇するにしたがって、軸トルクが一段と大きくなる回転数−トルク特性が任意に得られるため、ファンモータとした時には圧力損失など静圧が変化しても風量がほとんど変化しない風量−静圧特性を実現でき、相関関係指示手段に接続する抵抗を露出した場合は、機器の機内圧損の状態が初期に対して変化しても風量の傾斜変更の対応ができ、供給電流規準設定値指示手段に接続する抵抗を露出した場合は、一定制御する風量の変更が任意に調整できる交流電源直結型のブラシレスDCモータおよび電気機器が得られる。 Specification adjustment can be made by changing and adjusting the resistance value of the resistor connected to the supply current reference set value indicating means and the resistance value connected to the correlation indicating means by this means, and the man-hour required for the specification adjustment can be greatly reduced. Since the rotation speed-torque characteristics that increase the shaft torque further as the rotation speed increases can be obtained arbitrarily, the fan volume does not change even if the static pressure changes, such as pressure loss. If the pressure characteristics can be realized and the resistance connected to the correlation indication means is exposed, the airflow slope can be changed even if the in-flight pressure loss state of the device changes from the initial state, and the supply current standard set value indication When the resistance connected to the means is exposed, a brushless DC motor and an electric device directly connected to an AC power source that can arbitrarily adjust the change in the air volume to be controlled are obtained.
また、本発明の交流電源直結型ブラシレスDCモータは上記目的を達成するために、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、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、磁石回転子が回転することによって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し、前記相関関係指示手段に接続する抵抗と、前記供給電流規準設定値指示手段に接続する抵抗のどちらか一方あるいは両方を可変型とし、この可変型とした抵抗のどちらか一方あるいは両方を露出して設けたことを特徴とする交流電源直結型ブラシレスDCモータの構成としたものである。 Further, in order to achieve the above object, the AC power source directly connected brushless DC motor of the present invention is formed by a chopper circuit that converts the high voltage obtained by the rectifying means into a substantially constant low voltage DC voltage and applies it to the inverter circuit. Low-voltage DC voltage conversion means, duty instruction voltage generation means for reducing the low-voltage DC voltage generated by the low-voltage DC voltage conversion means and indicating the ON / OFF duty when the switching element is PWM-controlled, The magnetic flux density distribution detecting means is arranged such that the magnetic flux density distribution waveform detected by the magnetic flux density distribution detecting means is substantially similar to the induced voltage waveform induced in the drive coil by rotation of the magnet rotor, Current waveform control means for causing a current substantially similar to the waveform detected by the magnetic flux density distribution detection means to flow through the drive coil; Supply current value control means for controlling the average current supplied to the circuit substantially constant, current value instruction means for indicating the average current value controlled substantially constant by the supply current value control means, and duty instruction voltage generation means Correlation indicating means for instructing the correlation between the voltage value generated by the current value indicating means and the average current value specified by the current value indicating means according to the resistance value to be connected, and the reference current setting value specified by the current value indicating means Supply current reference set value indicating means determined according to a resistance value for connecting the reference current set value determined by the supply current reference set value indicating means to the correlation indicating means. The indicated current is increased / decreased so as to obtain the indicated correlation, and there is either a resistor connected to the correlation indicating means or a resistor connected to the supply current reference set value indicating means Is both a variable, is obtained by this variable and the AC power source directly connected brushless DC motor to either or both of the resistors characterized by providing the exposed configuration.
この手段により供給電流規準設定値指示手段に接続する抵抗と、相関関係指示手段に接続する抵抗の抵抗値の変更調整により、仕様調整ができることから、仕様調整に要する工数の大幅な削減ができるとともに、回転数が上昇するにしたがって、軸トルクが一段と大きくなる回転数−トルク特性が任意に得られるため、ファンモータとした時には圧力損失など静圧が変化しても風量がほとんど変化しない風量−静圧特性を実現でき、相関関係指示手段に接続する抵抗を露出した場合は、機器の機内圧損の状態が初期に対して変化しても風量の傾斜変更の対応ができ、供給電流規準設定値指示手段に接続する抵抗を露出した場合は、一定制御する風量の変更が任意に調整できる交流電源直結型のブラシレスDCモータおよび電気機器が得られる。 Specification adjustment can be made by changing and adjusting the resistance value of the resistor connected to the supply current reference set value indicating means and the resistance value connected to the correlation indicating means by this means, and the man-hour required for the specification adjustment can be greatly reduced. Since the rotation speed-torque characteristics that increase the shaft torque further as the rotation speed increases can be obtained arbitrarily, the fan volume does not change even if the static pressure changes, such as pressure loss. If the pressure characteristics can be realized and the resistance connected to the correlation indication means is exposed, the airflow slope can be changed even if the in-flight pressure loss state of the device changes from the initial state, and the supply current standard set value indication When the resistance connected to the means is exposed, a brushless DC motor and an electric device directly connected to an AC power source that can arbitrarily adjust the change in the air volume to be controlled are obtained.
本発明によれば、供給電流規準設定値指示手段に接続する抵抗と、相関関係指示手段に接続する抵抗の抵抗値の変更調整により、仕様調整ができることから、仕様調整に要する工数の大幅な削減とモータの標準化ができるとともに、回転数が上昇するにしたがって、軸トルクが一段と大きくなる回転数−トルク特性が任意に得られるため、ファンモータとした時には圧力損失など静圧が変化しても風量がほとんど変化しない風量−静圧特性がマイコンを使用することなく実現でき、相関関係指示手段に接続する抵抗を露出した場合は、機器の機内圧損の状態が初期に対して変化しても風量の傾斜変更の対応ができ、供給電流規準設定値指示手段に接続する抵抗を露出した場合は、一定制御する風量の変更が任意に調整できる交流電源直結型のブラシレスDCモータおよび電気機器を提供できる。 According to the present invention, the specification can be adjusted by changing and adjusting the resistance connected to the supply current reference set value indicating means and the resistance connected to the correlation indicating means, so that the man-hours required for the specification adjustment can be greatly reduced. Since the motor can be standardized and the rotational speed-torque characteristics can be obtained as the shaft torque increases further as the rotational speed increases, the fan volume can be obtained even if the static pressure such as pressure loss changes. If the resistance connected to the correlation indicating means is exposed, the airflow-static pressure characteristics with almost no change can be realized without using a microcomputer. The AC power supply direct-coupled type can be adjusted to change the air volume to be controlled at will when the inclination can be changed and the resistance connected to the supply current reference set value indicating means is exposed. It can provide Rashiresu DC motors and electrical equipment.
また、本発明によれば、供給電流規準設定値指示手段に接続する抵抗と、相関関係指示手段に接続する抵抗の抵抗値の変更調整により、仕様調整ができることから、仕様調整に要する工数の大幅な削減とモータの標準化ができるとともに、回転数が上昇するにしたがって、軸トルクが一段と大きくなる回転数−トルク特性が任意に得られるため、ファンモータとした時には圧力損失など静圧が変化しても風量がほとんど変化しない風量−静圧特性がマイコンを使用することなく実現でき、相関関係指示手段に接続する抵抗を露出した場合は、機器の機内圧損の状態が初期に対して変化しても風量の傾斜変更の対応ができ、供給電流規準設定値指示手段に接続する抵抗を露出した場合は、一定制御する風量の変更が任意に調整できる交流電源直結型のブラシレスDCモータおよび電気機器を提供できる。 Further, according to the present invention, the specification can be adjusted by changing and adjusting the resistance value of the resistor connected to the supply current reference setting value indicating means and the resistance value connected to the correlation indicating means. The motor can be reduced and the motor can be standardized, and as the rotational speed increases, the rotational speed-torque characteristics that increase the shaft torque can be obtained arbitrarily. However, if the airflow-static pressure characteristics with almost no change in airflow can be realized without using a microcomputer, and the resistance connected to the correlation instruction means is exposed, the in-machine pressure loss state of the device may change from the initial state. If it is possible to respond to changes in the airflow inclination and the resistance connected to the supply current reference set value indicating means is exposed, the AC power supply can be directly adjusted to change the airflow for constant control. It provides type brushless DC motors and electrical equipment.
また、本発明によれば、供給電流規準設定値指示手段に接続する抵抗と、相関関係指示手段に接続する抵抗の抵抗値の変更調整により、仕様調整ができることから、仕様調整に要する工数の大幅な削減とモータの標準化ができるとともに、回転数が上昇するにしたがって、軸トルクが一段と大きくなる回転数−トルク特性が任意に得られるため、ファンモータとした時には圧力損失など静圧が変化しても風量がほとんど変化しない風量−静圧特性がマイコンを使用することなく実現でき、相関関係指示手段に接続する抵抗を露出した場合は、機器の機内圧損の状態が初期に対して変化しても風量の傾斜変更の対応ができ、供給電流規準設定値指示手段に接続する抵抗を露出した場合は、一定制御する風量の変更が任意に調整でき、さらには、誘起電圧波形と電流波形が略相似形となることから、スイッチング素子に供給する電流の電流リプルは小さくできるので、相関関係の設定範囲が広くできる交流電源直結型のブラシレスDCモータおよび電気機器を提供できる。 Further, according to the present invention, the specification can be adjusted by changing and adjusting the resistance value of the resistor connected to the supply current reference setting value indicating means and the resistance value connected to the correlation indicating means. The motor can be reduced and the motor can be standardized, and as the rotational speed increases, the rotational speed-torque characteristics that increase the shaft torque can be obtained arbitrarily. However, if the airflow-static pressure characteristics with almost no change in airflow can be realized without using a microcomputer, and the resistance connected to the correlation instruction means is exposed, the in-machine pressure loss state of the device may change from the initial state. If the airflow slope change can be accommodated and the resistor connected to the supply current reference set value indicating means is exposed, the change in the airflow to be controlled at will can be arbitrarily adjusted. Since the voltage waveform of the electromotive force and the current waveform are substantially similar, the current ripple of the current supplied to the switching element can be reduced, so that a brushless DC motor and an electric device directly connected to an AC power source that can widen the setting range of the correlation are provided. it can.
また、本発明によれば、供給電流規準設定値指示手段に接続する抵抗と、相関関係指示手段に接続する抵抗の抵抗値の変更調整により、仕様調整ができることから、仕様調整に要する工数の大幅な削減とモータの標準化ができるとともに、回転数が上昇するにしたがって、軸トルクが一段と大きくなる回転数−トルク特性が任意に得られるため、ファンモータとした時には圧力損失など静圧が変化しても風量がほとんど変化しない風量−静圧特性がマイコンを使用をすることなく実現でき、相関関係指示手段に接続する抵抗を露出した場合は、機器の機内圧損の状態が初期に対して変化しても風量の傾斜変更の対応ができ、供給電流規準設定値指示手段に接続する抵抗を露出した場合は、一定制御する風量の変更が任意に調整でき、さらには、誘起電圧波形と電流波形が略相似形となることから、スイッチング素子に供給する電流の電流リプルは小さくできるので、相関関係の設定範囲が広くできる交流電源直結型のブラシレスDCモータおよび電気機器を提供できる。 Further, according to the present invention, the specification can be adjusted by changing and adjusting the resistance value of the resistor connected to the supply current reference setting value indicating means and the resistance value connected to the correlation indicating means. The motor can be reduced and the motor can be standardized, and as the rotational speed increases, the rotational speed-torque characteristics that increase the shaft torque can be obtained arbitrarily. However, if the resistance connected to the correlation indicator is exposed, the in-flight pressure loss state of the device will change with respect to the initial value. If the resistance connected to the supply current reference set value indicating means is exposed, the change in the air volume to be controlled can be arbitrarily adjusted, Since the induced voltage waveform and the current waveform are substantially similar, the current ripple of the current supplied to the switching element can be reduced, so that a brushless DC motor and an electric device directly connected to an AC power source capable of widening the correlation setting range are provided. it can.
本発明の請求項1記載の発明は、低圧直流電圧に変換して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し、前記相関関係指示手段に接続する抵抗と、前記供給電流規準設定値指示手段に接続する抵抗のどちらか一方あるいは両方を可変型とし、この可変型とした抵抗のどちらか一方あるいは両方を露出して設けたことを特徴とする交流電源直結型ブラシレスDCモータの構成としたものであり、回転数が上昇するにしたがって、軸トルクが一段と大きくなる回転数−トルク特性が任意に得られるという作用を有する。 According to the first aspect of the present invention, low voltage DC voltage conversion means formed by a chopper circuit that converts a low voltage DC voltage and applies it to an inverter circuit, and an average current supplied to the inverter circuit are controlled to be substantially constant. Supply current value control means, current value indicating means for indicating an average current value controlled substantially constant by the supply current value control means, voltage value of the low-voltage DC voltage generated by the low-voltage DC voltage conversion means, Correlation indicating means for indicating the correlation with the average current value indicated by the current value indicating means according to the connected resistance value, and according to the resistance value for connecting the reference current set value indicated by the current value indicating means Supply current reference set value indicating means for determining the reference current set value determined by the supply current reference set value indicating means at the correlation indicating means. The indicated current is increased or decreased so that the indicated correlation is obtained, and either or both of the resistor connected to the correlation indicating means and the resistor connected to the supply current reference set value indicating means are made variable, and this variable This is a configuration of a brushless DC motor with direct connection to an AC power supply characterized in that either one or both of the resistors formed are exposed, and the shaft torque increases further as the rotational speed increases. It has the effect that the rotational speed-torque characteristic can be obtained arbitrarily.
請求項2に記載の発明は、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し、前記相関関係指示手段に接続する抵抗と、前記供給電流規準設定値指示手段に接続する抵抗のどちらか一方あるいは両方を可変型とし、この可変型とした抵抗のどちらか一方あるいは両方を露出して設けたことを特徴とする交流電源直結型ブラシレスDCモータの構成としたものであり、回転数が上昇するにしたがって、軸トルクが一段と大きくなる回転数−トルク特性が任意に得られるという作用を有する。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a low-voltage DC voltage converting means formed by a chopper circuit for converting a high-voltage voltage obtained by the rectifying means into a substantially constant low-voltage DC voltage and applying it to the inverter circuit, and the low-voltage DC voltage. Duty indication voltage generation means for indicating ON / OFF duty when PWM control of the switching element is performed by reducing the low-voltage DC voltage generated by the conversion means, and the average current supplied to the inverter circuit is substantially constant Supply current value control means for controlling, current value instruction means for instructing an average current value controlled substantially constant by the supply current value control means, voltage value generated by the duty instruction voltage generation means, and current value indication Correlation indicating means for indicating the correlation with the average current value indicated by the means according to the connected resistance value, and the current value indicating means Supply current reference set value indicating means for determining a reference current set value to be indicated according to a resistance value to be connected, wherein the current value indicating means determines the reference current set value determined by the supply current reference set value indicating means. The instruction current is increased or decreased so as to achieve the correlation instructed by the correlation instruction means, and either or both of the resistance connected to the correlation instruction means and the resistance connected to the supply current reference set value instruction means Is a variable type, and either one or both of the variable type resistors are exposed to provide a configuration of an AC power supply direct-coupled brushless DC motor. As the rotational speed increases, The rotation speed-torque characteristic that increases the shaft torque can be obtained arbitrarily.
請求項3に記載の発明は、低圧直流電圧に変換して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、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、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し、前記相関関係指示手段に接続する抵抗と、前記供給電流規準設定値指示手段に接続する抵抗のどちらか一方あるいは両方を可変型とし、この可変型とした抵抗のどちらか一方あるいは両方を露出して設けたことを特徴とする交流電源直結型ブラシレスDCモータの構成としたものであり、誘起電圧波形と電流波形が略相似形となることから、スイッチング素子に供給する電流の電流リプルが抑制されるとともに、回転数が上昇するにしたがって、軸トルクが一段と大きくなる回転数−トルク特性が任意に得られるという作用を有する。 According to a third aspect of the present invention, the low-voltage direct current voltage is converted into a low-voltage direct-current voltage and applied to the inverter circuit. Drive logic control means for sequentially energizing the drive coil in a predetermined direction and order through the inverter circuit with the low-voltage DC voltage generated by the conversion means, and magnetic flux detected by the magnetic flux density distribution detection means The magnetic flux density distribution detecting means is arranged so that the density distribution waveform is substantially similar to the induced voltage waveform induced in the drive coil by the rotation of the magnet rotor, and the waveform detected by the magnetic flux density distribution detecting means. Current waveform control means for supplying a current substantially similar to the drive coil, and supply current value control means for controlling the average current supplied to the inverter circuit substantially constant A current value indicating means for indicating an average current value controlled substantially constant by the supply current value control means; a voltage value of the low voltage DC voltage generated by the low voltage DC voltage converting means; and an average indicated by the current value indicating means Correlation indicating means for indicating the correlation with the current value according to the connected resistance value, and the supply current reference setting value for determining the reference current set value indicated by the current value indicating means according to the connected resistance value An instruction means, wherein the current value instruction means increases or decreases the instruction current so that the reference current set value determined by the supply current reference set value instruction means becomes the correlation indicated by the correlation instruction means, Either one or both of the resistor connected to the correlation indicating means and the resistor connected to the supply current reference set value indicating means is variable, and one of the variable resistors is selected. Alternatively, the AC power supply direct-coupled brushless DC motor is characterized in that both are exposed, and the induced voltage waveform and the current waveform are substantially similar, so that the current supplied to the switching element While the current ripple is suppressed, the rotational speed-torque characteristic in which the shaft torque further increases as the rotational speed increases can be obtained arbitrarily.
請求項4に記載の発明は、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、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、磁石回転子が回転することによって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し、前記相関関係指示手段に接続する抵抗と、前記供給電流規準設定値指示手段に接続する抵抗のどちらか一方あるいは両方を可変型とし、この可変型とした抵抗のどちらか一方あるいは両方を露出して設けたことを特徴とする交流電源直結型ブラシレスDCモータの構成としたものであり、誘起電圧波形と電流波形が略相似形となることから、スイッチング素子に供給する電流の電流リプルが抑制されるとともに、回転数が上昇するにしたがって、軸トルクが一段と大きくなる回転数−トルク特性が任意に得られるという作用を有する。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a low-voltage DC voltage converting means formed by a chopper circuit for converting a high-voltage voltage obtained by the rectifying means into a substantially constant low-voltage DC voltage and applying it to the inverter circuit, and the low-voltage DC voltage. Duty indication voltage generation means for indicating ON / OFF duty when PWM control of the switching element is performed by reducing the low-voltage DC voltage generated by the conversion means, and magnetic flux density distribution detected by the magnetic flux density distribution detection means The magnetic flux density distribution detecting means is arranged so that the waveform is substantially similar to the induced voltage waveform induced in the drive coil by the rotation of the magnet rotor, and substantially similar to the waveform detected by the magnetic flux density distribution detecting means. Current waveform control means for supplying a current of a shape to the drive coil, and a supply current value for controlling the average current supplied to the inverter circuit to be substantially constant Control means, current value instruction means for instructing an average current value controlled substantially constant by the supply current value control means, voltage value generated by the duty instruction voltage generation means, and average indicated by the current value instruction means Correlation indicating means for indicating the correlation with the current value according to the connected resistance value, and the supply current reference setting value for determining the reference current set value indicated by the current value indicating means according to the connected resistance value An instruction means, wherein the current value instruction means increases or decreases the instruction current so that the reference current set value determined by the supply current reference set value instruction means becomes the correlation indicated by the correlation instruction means, Either one or both of the resistor connected to the correlation indicating means and the resistor connected to the supply current reference set value indicating means is variable, and either of these variable resistors The AC power supply direct connection type brushless DC motor is characterized in that one or both of them are exposed. Since the induced voltage waveform and the current waveform are substantially similar, the current supplied to the switching element Current ripple is suppressed, and the rotational speed-torque characteristic in which the shaft torque is further increased as the rotational speed increases can be obtained arbitrarily.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施の形態1)
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は水酸化アルミニウムや炭酸カルシウムなどの充填材を含有した熱硬化性樹脂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。4a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2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、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4a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、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、凹部12aに露出している可変型抵抗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、凹部12bに露出し、相関関係指示手段13に接続する可変型抵抗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。
(Embodiment 1)
As shown in FIGS. 1 to 7,
このような本発明の交流電源直結型のブラシレスDCモータ1によれば、相関関係指示手段13が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指示するので、回転数が高くなれば供給電流も大きくなり、逆に回転数が低くなれば供給電流も小さくなるため、図4に示すように、モータの回転数−トルク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こととなり、この特性によって、遠心型送風機23を搭載する換気装置28では、図6に示すように、外風圧やダクト長さなどの圧力損失が変化しても風量が大きく変化しない風量−静圧特性が得られる。ここで、加減算する変化量はファン負荷などの負荷量から、回転数−トルク特性の特性カーブの最適な傾きとなるように適宜設定すれば良い。
According to the
また、供給電流基準設定値指示手段20に接続する露出設置した可変型抵抗17aの抵抗値をRaからRbへの変更により、図4に示すように、モータの回転数−トルク特性におけるトルクを任意に調整できるため、遠心型送風機23を搭載する換気装置28では、図6に示すように、設定風量の調整が容易にできる交流電源直結型のブラシレスDCモータおよびそれを搭載した換気装置などの電気機器が得られる。
Further, by changing the resistance value of the exposed
また、ブラシレスDCモータ1において、相関関係指示手段13に接続する露出設置した可変型抵抗17bの抵抗値を任意に設定できることから、モータの回転数−トルク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における傾斜を任意に調整できるため、遠心型送風機23を搭載する換気装置28では、機内圧損が大きく変更になっても、図6に示すように、外風圧やダクト長さなどの圧力損失が変化しても風量が大きく変化しない風量−静圧特性が容易に得られる。また、図7に示すような、圧力損失が大きくなるにしたがって、風量が微増する風量−静圧特性も可能となる。ここで、ブラシレスDCモータ1の露出部にて相関関係を決定するため、ブラシレスDCモータ1は巻線仕様や磁石仕様を含め全て同一にでき、標準化できることとなる。
Further, in the
また、ブラシレスDCモータ1において、供給電流基準設定値指示手段20に接続する可変型抵抗17aの抵抗値を任意に設定できることから、モータの回転数−トルク特性におけるトルクを任意に調整できるため、遠心型送風機23を搭載する換気装置28では、設定風量の調整が容易にできる交流電源直結型のブラシレスDCモータおよびそれを搭載した換気装置などの電気機器が得られる。ここで、ブラシレスDCモータ1の露出部にて供給電流の基準設定値を決定するため、ブラシレスDCモータ1は巻線仕様や磁石仕様を含め全て同一にでき、標準化できることとなる。
Further, in the
また、全波整流する整流手段9によって整流されたリプルを有する高圧電圧を、低圧直流電圧変換手段8が45V以下の低圧直流電圧に変換し、駆動電源として駆動コイル2に供給することにより、全波整流後の平滑コンデンサ18は電圧不足となる非常に短い期間を補うだけの容量に低く抑えることができるので、コンデンサの小型化、省スペース化ができるとともに、電解液を含浸する電解コンデンサを使用しなくても、ポリマーコンデンサやセラミックコンデンサやフィルムコンデンサなどの固体コンデンサを使用できるため、大幅な小型化、温度特性の変化がないなどの高品質化、長寿命化ができる交流電源直結型のブラシレスDCモータが得られる。
Further, the high voltage having ripples rectified by the rectifying means 9 for full-wave rectification is converted into a low voltage DC voltage of 45 V or less by the low voltage DC
また、平滑コンデンサ18の容量が少なくても、供給電流値制御手段16がインバータ回路6に供給する電流を略一定に制御するので、トルクリップルや回転むらを抑えた交流電源直結型のブラシレスDCモータが得られる。そして、ファン駆動用に使用しても送風量の安定化が実現できる。ここで、低圧直流電圧変換手段8に使用する2次側平滑コンデンサの容量が少なくても同様の作用効果がある。
Further, even if the capacity of the smoothing
また、磁束密度分布検知手段4の検知する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と磁石の空隙を設定して配置し、電流波形制御手段7は磁束密度分布検知手段4が検知した磁束密度分布波形に略相似形の電流を駆動コイル2に流すことにより、誘起電圧波形と電流波形が略相似となるので、トルクリップルおよびトルク変化率を一層低く抑えることができるとともに、モータ効率が大幅に向上するため、低騒音化、高効率化の実現と、インバータ回路6に供給する電流の電流リプルが小さくできるので、相関関係の設定範囲の拡大ができる交流電源直結型のブラシレスDCモータが得られる。
Further, the gap between the magnetic flux density
また、磁石回転子3の主磁極部を極異方性磁石3aとすることにより、誘起電圧波形も電流波形もともに正弦波となることから、トルクリップルおよびトルク変化率をより一層低く抑えることができるとともに、モータ効率も大幅に向上するので、静音化、高効率化と、電流リプルの一層の抑制による相関関係設定範囲の一層の拡大を実現した交流電源直結型のブラシレスDCモータが得られる。
Further, by making the main magnetic pole portion of the
また、磁束密度分布波形合成手段4aが、磁束密度分布検知手段4が検知したu相、v相、w相の波形を合成することにより、各相の磁束密度分布検知手段4のばらつきの影響が小さくなるとともに、u相、v相、w相各相の磁束密度分布波形は、基本的には位相が単にずれただけの波形であることから、2相を減算合成することにより、検知した磁束密度分布波形に含まれた高調波成分が除去されるので、回転むらの発生が抑制できるとともに、トルクリップルおよびトルク変化率をさらに低く抑えることができるため、高品質化を実現した交流電源直結型のブラシレスDCモータが得られる。
Further, the magnetic flux density distribution waveform synthesizing unit 4a synthesizes the u-phase, v-phase, and w-phase waveforms detected by the magnetic flux density
また、熱硬化性樹脂27にて一体的にモールドするので、平滑コンデンサ18においては吸湿劣化等の構造上の対策が簡素化できるうえ、低圧直流電圧変換手段8を構成するスイッチング素子、ダイオード、コイル等の発熱部品の温度上昇を抑制できることから、一層の小型化、低コスト化が実現できることとなる。
Further, since the molding is integrally performed with the
なお、本実施の形態1では駆動コイル2に供給される電流波形を、誘起電圧波形に略相似形となるように構成したが、用途、商品の要求される騒音レベルに応じて、120度矩形波通電や、140度、150度通電のように広角通電方式としても良く、モータの回転数−トルク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とともに、全波整流後の平滑コンデンサの容量を低く抑え、回転むらを抑制し、高出力領域での銅損の削減による、大幅な小型化、高品質化、長寿命化、使用可能な負荷トルクの範囲が広く、高出力領域であっても低消費電力を実現できる交流電源直結型のブラシレスDCモータが得られることに差異は生じない。
In the first embodiment, the current waveform supplied to the
また、本実施の形態1では磁束密度分布検知手段4を用いた構成としたが、非通電相に誘起される誘起電圧や、電流を検知して磁石回転子に対する通電位相を決める方式や、ホールICなどの磁石のN極、S極を判断する磁極検出手段を用いる方式としても良く、その作用効果に差異を生じない。
In the first embodiment, the magnetic flux density
また、本実施の形態1では上段側スイッチング素子Q1、Q3、Q5、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したが、上段側スイッチング素子Q1、Q3、Q5、下段側スイッチング素子Q2、Q4、Q6をPWM制御して電流波形を制御しても良く、その場合には上段側スイッチング素子Q1、Q3、Q5、下段側スイッチング素子Q2、Q4、Q6の損失が低減できるので、上段側スイッチング素子Q1、Q3、Q5、下段側スイッチング素子Q2、Q4、Q6の発熱が抑制され、使用可能な負荷トルクの範囲がさらに広くできる交流電源直結型のブラシレスDCモータが得られることとなる。 Further, in the first embodiment, the output bias current is adjusted while feedbacking so that the upper switching elements Q1, Q3, Q5 and the lower switching elements Q2, Q4, Q6 are close to saturation. The current waveforms may be controlled by PWM control of the side switching elements Q1, Q3, Q5 and the lower stage switching elements Q2, Q4, Q6. In that case, the upper stage switching elements Q1, Q3, Q5, the lower stage switching elements Since the loss of Q2, Q4, Q6 can be reduced, the AC power supply that can suppress the heat generation of the upper switching elements Q1, Q3, Q5, the lower switching elements Q2, Q4, Q6 and further expand the range of usable load torque A directly connected brushless DC motor will be obtained.
また、本実施の形態1では相関関係指示手段13と供給電流基準設定値指示手段20に接続する抵抗を両方とも可変型抵抗17a、17bとし、両方とも露出する構成としたが、どちらか一方のみを可変型とする構成や、どちらか一方のみを露出する構成としても良く、モータにおける回転数−トルク特性の設定の自由度と標準化を考慮して適宜選択すれば良い。
In the first embodiment, the resistors connected to the
また、本実施の形態1では可変型抵抗17a、17bを露出する構成としたが、ディップスイッチ等の抵抗を切り換えるためのスイッチを露出して、内部で抵抗値を変更する構成としても良く、モータにおける回転数−トルク特性の設定が段階的になるだけで、その他の作用効果に差異は生じない。
In the first embodiment, the
また、本実施の形態1では集積回路22を構成する基板はアルミナ製としたが、アルミ製や銅製としても良く、その作用効果に差異を生じない。
In the first embodiment, the substrate constituting the
(実施の形態2)
図8〜図12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。外被を水酸化アルミニウムや炭酸カルシウムを含有した熱硬化性樹脂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4a、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、供給電流設定値変更手段20、相関関係指示手段29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。そして、供給電流基準設定値指示手段20は実施の形態1と同様に凹部12aに露出している可変型抵抗17aと内部抵抗との合成抵抗値に応じて基準設定値を決定し、相関関係指示手段29も実施の形態1と同様に凹部12bに露出した可変型抵抗17bの抵抗値に応じて基準設定値に対する加減算割合が決定される。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4a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29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。
(Embodiment 2)
As shown in FIGS. 8 to 12,
このような本発明の交流電源直結型のブラシレスDCモータ30によれば、電流値指示手段19が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、デューティ指示電圧生成手段31を制御してPWM制御手段32のON/OFFデューティを可変しながら、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ので、回転数が高くなれば供給電流も大きくなり、逆に回転数が低くなれば供給電流も小さくなるため、実施の形態1と同様にモータの回転数−トルク特性は回転数が上昇するにしたがって軸トルクが一段と大きくなる特性が得られ、遠心型送風機37を搭載する換気装置36の風量−静圧特性は、外風圧やダクト長さなどの圧力損失が変化しても風量が大きく変化しない特性が得られる。ここで、加減算する変化量はファン負荷などの負荷量から、回転数−トルク特性の特性カーブの最適な傾きとなるように適宜設定すれば良い。
According to the
また、低圧直流電圧変換手段35にて生成した低圧直流電圧をデューティ指示電圧生成手段31にて減圧してPWM制御手段32のON/OFFデューティとすることによって、特性調整が可能となるので、巻線仕様の変更等の大幅な仕様調整が必要なくなるため、交流電源直結型のブラシレスDCモータ30の特性調整が簡素化できる。
Further, since the low voltage direct current voltage generated by the low voltage direct current voltage conversion means 35 is reduced in pressure by the duty instruction voltage generation means 31 and set to the ON / OFF duty of the PWM control means 32, the characteristics can be adjusted. Since significant specification adjustments such as changes in wire specifications are not required, the characteristic adjustment of the
また、供給電流基準設定値指示手段20に接続する露出設置した可変型抵抗17aの抵抗値をRaからRbへの変更により、図10に示すように、モータの回転数−トルク特性におけるトルクを任意に調整できるため、遠心型送風機37を搭載する換気装置36では、図11に示すように、設定風量の調整が容易にできる交流電源直結型のブラシレスDCモータおよびそれを搭載した換気装置などの電気機器が得られる。
Further, by changing the resistance value of the exposed
また、ブラシレスDCモータ30において、相関関係指示手段29に接続する露出設置した可変型抵抗17bの抵抗値を任意に設定できることから、モータの回転数−トルク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における傾斜を任意に調整できるため、遠心型送風機23を搭載する換気装置28では、機内圧損が大きく変更になっても、図12に示すように、外風圧やダクト長さなどの圧力損失が変化しても風量が大きく変化しない風量−静圧特性が容易に得られる。ここで、ブラシレスDCモータ30の露出部にて相関関係を決定するため、ブラシレスDCモータ30は巻線仕様や磁石仕様を含め全て同一にでき、標準化できることとなる。
Further, in the
また、ブラシレスDCモータ30において、供給電流基準設定値指示手段20に接続する可変型抵抗17aの抵抗値を任意に設定できることから、モータの回転数−トルク特性におけるトルクを任意に調整できるため、遠心型送風機37を搭載する換気装置36では、設定風量の調整が容易にできる交流電源直結型のブラシレスDCモータおよびそれを搭載した換気装置などの電気機器が得られる。ここで、ブラシレスDCモータ30の露出部にて供給電流の基準設定値を決定するため、ブラシレスDCモータ30は巻線仕様や磁石仕様を含め全て同一にでき、標準化できることとなる。
Further, in the
なお、本実施の形態2では電流値検出手段21をGND側に設けたが、電源側に設けても良く、その作用効果に差異を生じない。 Although the current value detection means 21 is provided on the GND side in the second embodiment, it may be provided on the power supply side, and there is no difference in the operational effect.
また、実施の形態1に示した構成と同様の構成における作用効果に差異は生じない。 In addition, there is no difference in the operational effect in the configuration similar to the configuration shown in the first embodiment.
また、本実施の形態2では相関関係指示手段29と供給電流基準設定値指示手段20に接続する抵抗を両方とも可変型抵抗17a、17bとし、両方とも露出する構成としたが、どちらか一方のみを可変型とする構成や、どちらか一方のみを露出する構成としても良く、モータにおける回転数−トルク特性の設定の自由度と標準化を考慮して適宜選択すれば良い。
In the second embodiment, the resistors connected to the
また、本実施の形態2では可変型抵抗17a、17bを露出する構成としたが、ディップスイッチ等の抵抗を切り換えるためのスイッチを露出して、内部で抵抗値を変更する構成としても良く、モータにおける回転数−トルク特性の設定が段階的になるだけで、その他の作用効果に差異は生じない。
In the second embodiment, the
以上のように、本発明にかかる交流電源直結型ブラシレスDCモータは、回転数−トルク特性において、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ことから、遠心型送風機を内蔵し、静圧の変化があっても、大きな風量変化が無いことが要求される電気機器である換気装置、給湯機、エアコンなどの空気調和機、空気清浄機、除湿機、乾燥機、ファンフィルタユニットなどへの搭載が有用である。 As described above, the AC power supply direct-coupled brushless DC motor according to the present invention has a characteristic that the shaft torque increases as the rotational speed increases in the rotational speed-torque characteristics. Air conditioners such as ventilators, water heaters, air conditioners, air purifiers, dehumidifiers, dryers, fan filter units that are required to have no significant air flow changes even when there is a change in static pressure It is useful to install on.
1 ブラシレスDCモータ
2 駆動コイル
3 磁石回転子
4 磁束密度分布検知手段
4a 磁束密度分布波形合成手段
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
12a 凹部
12b 凹部
13 相関関係指示手段
14 低圧直流電圧変更手段
15 交流電源接続手段
16 供給電流値制御手段
17a 可変型抵抗
17b 可変型抵抗
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 相関関係指示手段
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
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