JP2009060772A

JP2009060772A - 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

Info

Publication number: JP2009060772A
Application number: JP2007228534A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Takada; 昌亨高田
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2007-09-04
Filing date: 2007-09-04
Publication date: 2009-03-19
Anticipated expiration: 2027-09-04
Also published as: JP5200457B2

Abstract

【課題】低消費電力化、小型化、高品質化、長寿命化、回転むらの発生を抑制した上で、静圧変化による風量変化が少なく、雰囲気温度に応じて風量−静圧特性を制御できる交流電源直結型ブラシレスＤＣモータを提供することを目的としている。
【解決手段】供給電流値制御手段２２は電流値検出手段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、直流電圧値変更手段１４を制御して、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電流値に対して線形変化させて指示し、温度補正手段３２は雰囲気温度検知手段３１が検知した温度に応じて基準電流値を補正する構成により、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

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。

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。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。

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。

以下、その電動機について図１２を参照しながら説明する。

図に示すように、直流電圧変換手段１０８は商用交流電源を全波整流された後のリップルを含む高圧電圧を４５Ｖ以下の直流電圧に変換する降圧型のチョッパ回路で、供給電流値制御手段１２２は電流検出手段１２１にて検出するインバータ回路１０６への平均電流値が電流値指示手段１１９にて指示された電流値と同等になるように、直流電圧値変更手段１１４を制御して、直流電圧変換手段１０８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１１９は直流電圧変換手段１０８の出力電圧に応じて、インバータ回路１０６に供給する電流を基準設定値に対して線形変化させて指示する交流電源直結型のブラシレスＤＣモータ１０１の構成としている。
特開２００６−１４９０４８号公報

このような従来の電動機によれば、コールドドラフト等の観点から、夏季に対して冬季は送風量を減らすことが要望される換気装置に搭載するファン駆動用に使用した場合、夏季の送風量と、冬季の送風量を変更できないという課題があり、必要とする回路スペースを大きくすることなく、雰囲気温度の変化に応じて送風量を制御できることが要求されている。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、回路の小型化、高品質化、長寿命化、高効率化、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−静圧特性を実現した上で、雰囲気温度の変化に応じて、雰囲気温度が高い場合は送風量を多くし、逆に、雰囲気温度が低い場合は送風量を少なく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。

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、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、前記直流電圧変換手段にて生成した直流電圧を、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、雰囲気温度を検知する雰囲気温度検知手段と、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、前記直流電圧変換手段にて生成した直流電圧の所定電圧時に、前記電流値指示手段が指示する基準電流値を指示する基準電流値指示手段と、前記直流電圧変換手段にて生成した直流電圧の電圧値に応じて、前記電流値指示手段によって指示する平均電流値を前記基準電流値指示手段にて指示された基準電流値に対して線形あるいは非線形的に変化させる指示電流値変更手段とを配し、前記雰囲気温度検知手段が検知した雰囲気温度が基準温度よりも高い場合は、前記基準電流値指示手段にて指示する基準電流値を高くし、検知した雰囲気温度が基準温度よりも低い場合は、前記基準電流値指示手段にて指示する基準電流値を低くする温度補正手段を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。

この手段により、基準電流値指示手段が直流電圧変換手段にて生成した直流電圧の所定電圧時に、電流値指示手段が指示する基準電流値を指示し、温度補正手段が、雰囲気温度検知手段が検知した雰囲気温度が基準温度よりも高い場合は、基準電流値指示手段にて指示する基準電流値を高くし、検知した雰囲気温度が基準温度よりも低い場合は、基準電流値指示手段にて指示する基準電流値を低くするので、回路スペース拡大の抑制、高品質化、長寿命化、高効率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−トルク特性において、雰囲気温度が高くなると軸トルクが大きくなり、雰囲気温度が低くなると軸トルクが小さくなるため、ファンモータとした時には雰囲気温度が高くなれば送風量が多くなり、雰囲気温度が低くなれば送風量が少なくなるとともに、圧力損失など静圧が変化しても風量が大きく変化しない風量−静圧特性を実現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。

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、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直流電圧変換手段と、この直流電圧変換手段で生成した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、雰囲気温度を検知する雰囲気温度検知手段と、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直流電圧の所定電圧時に、前記電流値指示手段が指示する基準電流値を指示する基準電流値指示手段と、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前記基準電流値指示手段にて指示された基準電流値に対して線形あるいは非線形的に変化させる指示電流値変更手段とを配し、前記雰囲気温度検知手段が検知した雰囲気温度が基準温度よりも高い場合は、前記基準電流値指示手段にて指示する基準電流値を高くし、検知した雰囲気温度が基準温度よりも低い場合は、前記基準電流値指示手段にて指示する基準電流値を低くする温度補正手段を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。

この手段により、基準電流値指示手段がデューティ指示電圧生成手段にて生成した直流電圧の所定電圧時に、電流値指示手段が指示する基準電流値を指示し、温度補正手段が、雰囲気温度検知手段が検知した雰囲気温度が基準温度よりも高い場合は、基準電流値指示手段にて指示する基準電流値を高くし、検知した雰囲気温度が基準温度よりも低い場合は、基準電流値指示手段にて指示する基準電流値を低くするので、回路スペース拡大の抑制、高品質化、長寿命化、高効率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−トルク特性において、雰囲気温度が高くなると軸トルクが大きくなり、雰囲気温度が低くなると軸トルクが小さくなるため、ファンモータとした時には雰囲気温度が高くなれば送風量が多くなり、雰囲気温度が低くなれば送風量が少なくなるとともに、圧力損失など静圧が変化しても風量が大きく変化しない風量−静圧特性を実現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。

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、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、前記直流電圧変換手段にて生成した直流電圧を、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、雰囲気温度を検知する雰囲気温度検知手段と、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、前記直流電圧変換手段にて生成した直流電圧の所定電圧時に、前記電流値指示手段が指示する基準電流値を指示する基準電流値指示手段と、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を設け、前記直流電圧変換手段にて生成した直流電圧の電圧値に応じて、前記電流値指示手段によって指示する平均電流値を前記基準電流値指示手段にて指示された基準電流値に対して線形あるいは非線形的に変化させる指示電流値変更手段とを配し、前記雰囲気温度検知手段が検知した雰囲気温度が基準温度よりも高い場合は、前記基準電流値指示手段にて指示する基準電流値を高くし、検知した雰囲気温度が基準温度よりも低い場合は、前記基準電流値指示手段にて指示する基準電流値を低くする温度補正手段を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。

この手段により、基準電流値指示手段が直流電圧変換手段にて生成した直流電圧の所定電圧時に、電流値指示手段が指示する基準電流値を指示し、温度補正手段が、雰囲気温度検知手段が検知した雰囲気温度が基準温度よりも高い場合は、基準電流値指示手段にて指示する基準電流値を高くし、検知した雰囲気温度が基準温度よりも低い場合は、基準電流値指示手段にて指示する基準電流値を低くするので、回路スペース拡大の抑制、高品質化、長寿命化、低騒音化、低振動化、高効率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−トルク特性において、雰囲気温度が高くなると軸トルクが大きくなり、雰囲気温度が低くなると軸トルクが小さくなるため、ファンモータとした時には雰囲気温度が高くなれば送風量が多くなり、雰囲気温度が低くなれば送風量が少なくなるとともに、圧力損失など静圧が変化しても風量が大きく変化しない風量−静圧特性を実現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。

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、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直流電圧変換手段と、この直流電圧変換手段で生成した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、雰囲気温度を検知する雰囲気温度検知手段と、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直流電圧の所定電圧時に、前記電流値指示手段が指示する基準電流値を指示する基準電流値指示手段と、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を設け、前記デューティ指示電圧生成手段にて生成した電圧値に応じて、前記電流値指示手段によって指示する平均電流値を前記基準電流値指示手段にて指示された基準電流値に対して線形あるいは非線形的に変化させる指示電流値変更手段とを配し、前記雰囲気温度検知手段が検知した雰囲気温度が基準温度よりも高い場合は、前記基準電流値指示手段にて指示する基準電流値を高くし、検知した雰囲気温度が基準温度よりも低い場合は、前記基準電流値指示手段にて指示する基準電流値を低くする温度補正手段を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。

この手段により、基準電流値指示手段がデューティ指示電圧生成手段にて生成した直流電圧の所定電圧時に、電流値指示手段が指示する基準電流値を指示し、温度補正手段が、雰囲気温度検知手段が検知した雰囲気温度が基準温度よりも高い場合は、基準電流値指示手段にて指示する基準電流値を高くし、検知した雰囲気温度が基準温度よりも低い場合は、基準電流値指示手段にて指示する基準電流値を低くするので、回路スペース拡大の抑制、高品質化、長寿命化、低騒音化、低振動化、高効率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−トルク特性において、雰囲気温度が高くなると軸トルクが大きくなり、雰囲気温度が低くなると軸トルクが小さくなるため、ファンモータとした時には雰囲気温度が高くなれば送風量が多くなり、雰囲気温度が低くなれば送風量が少なくなるとともに、圧力損失など静圧が変化しても風量が大きく変化しない風量−静圧特性を実現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。

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、磁石回転子の永久磁石を極異方性磁石とし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。

この手段により誘起電圧波形が略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小さくし、騒音・振動の発生をさらに抑制した低騒音化・低振動化が可能な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。

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、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。

この手段により電流波形における３次調波や５次調波などの高調波成分が除去できることから、瞬時トルクに高調波成分の含有を抑制した低騒音化・低振動化が可能な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。

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、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、前記基準電流値指示手段にて指示する基準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。

この手段によりブラシレスＤＣモータ外部に設けたスイッチなどの切り替えによって、雰囲気温度に応じて変化するとともに、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−トルク特性が交流電源接続手段の数だけ得られるため、シロッコファンなど遠心型の送風機に搭載した時に、圧力損失など静圧が変化しても風量が大きく変化しない風量−静圧特性を交流電源接続手段の数だけ実現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。

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、直流電圧変換手段によって生成し、さらに減圧して得た直流電圧をブラシレスＤＣモータ外部に導出する直流電圧導出端子と、この直流電圧導出端子より導出された直流電圧を減圧した直流電圧を前記供給電流値制御手段によって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直流電圧の大きさにより、前記基準電流値指示手段にて指示する基準電流値を制御することを特徴とする交流電源直結型ブラシレスＤＣモータの構成としたものである。

この手段によりブラシレスＤＣモータの外部に減圧回路を近接することによって、インバータ回路に供給する電流値の基準設定値を設定できることから、雰囲気温度に応じて変化するとともに、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無段階で変更できることから、シロッコファンなど遠心型の送風機に搭載した時に、圧力損失など静圧が変化しても風量が大きく変化しない風量−静圧特性を任意の数だけ実現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。

本発明によれば、基準電流値指示手段が直流電圧変換手段にて生成した直流電圧の所定電圧時に、電流値指示手段が指示する基準電流値を指示し、温度補正手段が、雰囲気温度検知手段が検知した雰囲気温度が基準温度よりも高い場合は、基準電流値指示手段にて指示する基準電流値を高くし、検知した雰囲気温度が基準温度よりも低い場合は、基準電流値指示手段にて指示する基準電流値を低くするので、回路スペース拡大の抑制、高品質化、長寿命化、高効率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−トルク特性において、雰囲気温度が高くなると軸トルクが大きくなり、雰囲気温度が低くなると軸トルクが小さくなるため、ファンモータとした時には雰囲気温度が高くなれば送風量が多くなり、雰囲気温度が低くなれば送風量が少なくなるとともに、圧力損失など静圧が変化しても風量が大きく変化しない風量−静圧特性を実現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。

また、本発明によれば、基準電流値指示手段がデューティ指示電圧生成手段にて生成した直流電圧の所定電圧時に、電流値指示手段が指示する基準電流値を指示し、温度補正手段が、雰囲気温度検知手段が検知した雰囲気温度が基準温度よりも高い場合は、基準電流値指示手段にて指示する基準電流値を高くし、検知した雰囲気温度が基準温度よりも低い場合は、基準電流値指示手段にて指示する基準電流値を低くするので、回路スペース拡大の抑制、高品質化、長寿命化、高効率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−トルク特性において、雰囲気温度が高くなると軸トルクが大きくなり、雰囲気温度が低くなると軸トルクが小さくなるため、ファンモータとした時には雰囲気温度が高くなれば送風量が多くなり、雰囲気温度が低くなれば送風量が少なくなるとともに、圧力損失など静圧が変化しても風量が大きく変化しない風量−静圧特性を実現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。

また、本発明によれば、基準電流値指示手段が直流電圧変換手段にて生成した直流電圧の所定電圧時に、電流値指示手段が指示する基準電流値を指示し、温度補正手段が、雰囲気温度検知手段が検知した雰囲気温度が基準温度よりも高い場合は、基準電流値指示手段にて指示する基準電流値を高くし、検知した雰囲気温度が基準温度よりも低い場合は、基準電流値指示手段にて指示する基準電流値を低くするので、回路スペース拡大の抑制、高品質化、長寿命化、低騒音化、低振動化、高効率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−トルク特性において、雰囲気温度が高くなると軸トルクが大きくなり、雰囲気温度が低くなると軸トルクが小さくなるため、ファンモータとした時には雰囲気温度が高くなれば送風量が多くなり、雰囲気温度が低くなれば送風量が少なくなるとともに、圧力損失など静圧が変化しても風量が大きく変化しない風量−静圧特性を実現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。

また、本発明によれば、基準電流値指示手段がデューティ指示電圧生成手段にて生成した直流電圧の所定電圧時に、電流値指示手段が指示する基準電流値を指示し、温度補正手段が、雰囲気温度検知手段が検知した雰囲気温度が基準温度よりも高い場合は、基準電流値指示手段にて指示する基準電流値を高くし、検知した雰囲気温度が基準温度よりも低い場合は、基準電流値指示手段にて指示する基準電流値を低くするので、回路スペース拡大の抑制、高品質化、長寿命化、低騒音化、低振動化、高効率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−トルク特性において、雰囲気温度が高くなると軸トルクが大きくなり、雰囲気温度が低くなると軸トルクが小さくなるため、ファンモータとした時には雰囲気温度が高くなれば送風量が多くなり、雰囲気温度が低くなれば送風量が少なくなるとともに、圧力損失など静圧が変化しても風量が大きく変化しない風量−静圧特性を実現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。

また、本発明によれば、誘起電圧波形が略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小さくし、騒音・振動の発生をさらに抑制した低騒音化・低振動化が可能な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。

また、本発明によれば、電流波形における３次調波や５次調波などの高調波成分が除去できることから、瞬時トルクに高調波成分の含有を抑制した低騒音化・低振動化が可能な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。

また、本発明によれば、ブラシレスＤＣモータ外部に設けたスイッチなどの切り替えによって、雰囲気温度に応じて変化するとともに、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−トルク特性が交流電源接続手段の数だけ得られるため、シロッコファンなど遠心型の送風機に搭載した時に、圧力損失など静圧が変化しても風量が大きく変化しない風量−静圧特性を交流電源接続手段の数だけ実現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。

また、本発明によれば、ブラシレスＤＣモータの外部に減圧回路を近接することによって、インバータ回路に供給する電流値の基準設定値を設定できることから、雰囲気温度に応じて変化するとともに、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無段階で変更できることから、シロッコファンなど遠心型の送風機に搭載した時に、圧力損失など静圧が変化しても風量が大きく変化しない風量−静圧特性を任意の数だけ実現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。

本発明の請求項１記載の発明は、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、前記直流電圧変換手段にて生成した直流電圧を、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、雰囲気温度を検知する雰囲気温度検知手段と、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、前記直流電圧変換手段にて生成した直流電圧の所定電圧時に、前記電流値指示手段が指示する基準電流値を指示する基準電流値指示手段と、前記直流電圧変換手段にて生成した直流電圧の電圧値に応じて、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る指示電流値変更手段とを配し、前記雰囲気温度検知手段が検知した雰囲気温度が基準温度よりも高い場合は、前記基準電流値指示手段にて指示する基準電流値を高くし、検知した雰囲気温度が基準温度よりも低い場合は、前記基準電流値指示手段にて指示する基準電流値を低くする温度補正手段を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−トルク特性において、雰囲気温度が高くなると軸トルクが大きくなり、雰囲気温度が低くなると軸トルクが小さくなるという作用を有する。

請求項２に記載の発明は、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直流電圧変換手段と、この直流電圧変換手段で生成した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、雰囲気温度を検知する雰囲気温度検知手段と、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直流電圧の所定電圧時に、前記電流値指示手段が指示する基準電流値を指示する基準電流値指示手段と、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る指示電流値変更手段とを配し、前記雰囲気温度検知手段が検知した雰囲気温度が基準温度よりも高い場合は、前記基準電流値指示手段にて指示する基準電流値を高くし、検知した雰囲気温度が基準温度よりも低い場合は、前記基準電流値指示手段にて指示する基準電流値を低くする温度補正手段を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−トルク特性において、雰囲気温度が高くなると軸トルクが大きくなり、雰囲気温度が低くなると軸トルクが小さくなるという作用を有する。

請求項３に記載の発明は、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、前記直流電圧変換手段にて生成した直流電圧を、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、雰囲気温度を検知する雰囲気温度検知手段と、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、前記直流電圧変換手段にて生成した直流電圧の所定電圧時に、前記電流値指示手段が指示する基準電流値を指示する基準電流値指示手段と、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を設け、前記直流電圧変換手段にて生成した直流電圧の電圧値に応じて、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る指示電流値変更手段とを配し、前記雰囲気温度検知手段が検知した雰囲気温度が基準温度よりも高い場合は、前記基準電流値指示手段にて指示する基準電流値を高くし、検知した雰囲気温度が基準温度よりも低い場合は、前記基準電流値指示手段にて指示する基準電流値を低くする温度補正手段を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、トルクリップルおよびトルク変化率を小さくし、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−トルク特性において、雰囲気温度が高くなると軸トルクが大きくなり、雰囲気温度が低くなると軸トルクが小さくなるという作用を有する。

請求項４に記載の発明は、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直流電圧変換手段と、この直流電圧変換手段で生成した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、雰囲気温度を検知する雰囲気温度検知手段と、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直流電圧の所定電圧時に、前記電流値指示手段が指示する基準電流値を指示する基準電流値指示手段と、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を設け、前記デューティ指示電圧生成手段にて生成した電圧値に応じて、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る指示電流値変更手段とを配し、前記雰囲気温度検知手段が検知した雰囲気温度が基準温度よりも高い場合は、前記基準電流値指示手段にて指示する基準電流値を高くし、検知した雰囲気温度が基準温度よりも低い場合は、前記基準電流値指示手段にて指示する基準電流値を低くする温度補正手段を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、トルクリップルおよびトルク変化率を小さくし、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−トルク特性において、雰囲気温度が高くなると軸トルクが大きくなり、雰囲気温度が低くなると軸トルクが小さくなるという作用を有する。

請求項５に記載の発明は、磁石回転子の永久磁石を極異方性磁石とし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、誘起電圧波形が略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小さくできるという作用を有する。

請求項６に記載の発明は、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、電流波形における３次調波や５次調波などの高調波成分が除去できるという作用を有する。

請求項７に記載の発明は、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、前記基準電流値指示手段にて指示する基準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、ブラシレスＤＣモータ外部に設けたスイッチなどの切り替えによって、雰囲気温度に応じて変化するとともに、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−トルク特性が交流電源接続手段の数だけ得られるという作用を有する。

請求項８に記載の発明は、直流電圧変換手段によって生成し、さらに減圧して得た直流電圧をブラシレスＤＣモータ外部に導出する直流電圧導出端子と、この直流電圧導出端子より導出された直流電圧を減圧した直流電圧を前記供給電流値制御手段によって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直流電圧の大きさにより、前記基準電流値指示手段にて指示する基準電流値を制御することを特徴とする交流電源直結型ブラシレスＤＣモータの構成としたものであり、ブラシレスＤＣモータの外部に減圧回路を近接することによって、インバータ回路に供給する電流値の基準設定値を設定できることから、雰囲気温度に応じて変化するとともに、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無段階で変更できるという作用を有する。

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。

（実施の形態１）
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する熱硬化性樹脂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４となるホール素子である。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ホール素子４と極異方性磁石３ａの外径部と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スイッチング素子Ｑ１〜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と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、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リップルの少ない直流電圧に変換する昇降圧型のチョッパ回路にて構成された直流電圧変換手段で、この直流電圧変換手段８にて変換された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、直流電圧変換手段８と整流手段９の間には、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、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、直流電圧値変更手段１４を制御することにより、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。３０は基準電流値指示手段で、直流電圧変換手段８にて生成した直流電圧の所定電圧時に電流値指示手段１９が指示する基準電流値を設定する。３１は雰囲気温度検知手段であり、ブラシレスＤＣモータ１の設置されている空間の雰囲気温度を検知する。そして、指示電流値変更手段１７は直流電圧変換手段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、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電流値に対して線形変化（比例）させて指示する。この時、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。３２は温度補正手段であり、図３に示すように、雰囲気温度検知手段３１が検知した雰囲気温度が基準の温度よりも高い場合は、基準電流値指示手段３０にて指示する基準電流値を高く変更し、逆に、雰囲気温度検知手段３１が検知した雰囲気温度が基準の温度よりも低い場合は、基準電流値指示手段３０にて指示する基準電流値を低く変更する。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インバータ回路６に供給する電流の基準電流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、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ＩＣ１６の構成になっている。そして、２８は交流電源直結型のブラシレス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。

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、指示電流値変更手段１７が直流電圧変換手段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線形変化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２９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、さらに、温度補正手段３２が雰囲気温度検知手段３１にて検知した温度に応じて、基準電流値を変更することにより、検知した温度が基準温度よりも高い場合は、軸トルクが高くなり、検知した温度が基準温度よりも低い場合は、軸トルクが低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２９を搭載する換気装置２８では、図６に示すように、夏季など雰囲気温度が高い時は換気風量が増加し、冬季など雰囲気温度が低い時は換気風量が減少する風量−静圧特性が得られる。ここで、線形変化におけ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し、温度変化により風量を変化させる変化量は換気装置２８など、電気機器が要求される仕様に応じて適宜設定すれば良い。

また、交流電源接続手段１５において、強出力接続端子１５ａと弱出力接続端子１５ｂのように２箇所設け、速度調節指示検知手段１３が強出力接続端子１５ａに接続されているのか、弱出力接続端子１５ｂに接続されているのかを検知し、その結果に基づいて供給電流設定値変更手段２０がインバータ回路６に供給する電流の基準設定値を変更することにより、２段階の回転数−トルク特性が得られるので、交流電源ラインの接続切り替えによる速度調節が可能な交流電源直結型のブラシレスＤＣモータが得られる。ここで、交流電源接続手段１５において、その接続端子の数量に応じて、供給電流設定値変更手段２０が基準設定値を変更すれば、接続端子の数だけ雰囲気温度の変化に対応制御可能な速度調節ができることとなる。

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。

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。

また、磁束密度分布波形合成手段１２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。

なお、本実施の形態１では電流値指示手段１９が直流電圧変換手段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線形変化させて指示する構成としたが、非線形変化（高次式比例）させる構成でも良く、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ることによって同様の作用効果を得ることができる。

また、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や、二相変調による正弦波駆動方式としても良く、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。

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極を判断して磁石回転子の磁極位置を検知する磁極位置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。

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と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と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と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と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。

また、本実施の形態１では昇降圧型のチョッパ回路にて直流電圧変換手段を構成したが、降圧型のチョッパ回路にて構成しても良く、その作用効果に差異を生じない。

また、本実施の形態１ではワンチップＩＣ１６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。

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、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。

（実施の形態２）
図７〜図９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３３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３３には、速度調節指示検知手段１３、整流手段９、小容量の平滑コンデンサ１８、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２２、電流値指示手段１９、供給電流設定値変更手段２０、指示電流値変更手段１７、基準電流値指示手段４１、雰囲気温度検知手段３１および温度補正手段４２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３３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３８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４０を搭載し、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、３９は直流電圧変換手段３５にて変換された直流電圧を減圧してＰＷＭ制御手段３８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、４１は基準電流値指示手段で、デューティ指示電圧生成手段３９にて生成した直流電圧の所定電圧時に電流値指示手段１９が指示する基準電流値を設定する。指示電流値変更手段１７はデューティ指示電圧生成手段３９の生成電圧と、直流電圧変換手段３５の出力電流の関係が図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３９を制御することにより、ＰＷＭ制御手段３８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３９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電流値に対して線形変化（比例）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。温度補正手段４２は、雰囲気温度検知手段３１が検知した雰囲気温度が基準の温度よりも高い場合は、基準電流値指示手段４１にて指示する基準電流値を高く変更し、逆に、雰囲気温度検知手段３１が検知した雰囲気温度が基準の温度よりも低い場合は、基準電流値指示手段４１にて指示する基準電流値を低く変更する。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２０が速度調節指示検知手段１３の出力信号を受けてインバータ回路６に供給する電流の基準電流値を変更する構成であり、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と同じである。

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３３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３９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３９を制御してＰＷＭ制御手段３８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電流値に対して線形変化させて指示するので、実施の形態１と同様に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、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、さらに、温度補正手段４２が雰囲気温度検知手段３１にて検知した温度に応じて、基準電流値を変更することにより、検知した温度が基準温度よりも高い場合は、軸トルクが高くなり、検知した温度が基準温度よりも低い場合は、軸トルクが低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３７を搭載する換気装置３６では、実施の形態１と同様に、夏季など雰囲気温度が高い時は換気風量が増加し、冬季など雰囲気温度が低い時は換気風量が減少する風量−静圧特性が得られる。ここで、線形変化におけ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し、温度変化により風量を変化させる変化量は換気装置３６など、電気機器が要求される仕様に応じて適宜設定すれば良い。

また、直流電圧変換手段３５にて生成した直流電圧をデューティ指示電圧生成手段３９にて減圧してＰＷＭ制御手段３８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３３の特性調整が簡素化できる。

なお、本実施の形態２では電流値指示手段１９がデューティ指示電圧生成手段３９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線形変化させて指示する構成としたが、非線形変化（高次式比例）させる構成でも良く、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ることによって同様の作用効果を得ることができる。

また、本実施の形態２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、二相変調による正弦波駆動方式としても良く、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。

また、本実施の形態２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極を判断して磁石回転子の磁極位置を検知する磁極位置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。

また、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。

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。

（実施の形態３）
図１０および図１１に示すように、４７は遠心型送風機４８と、この遠心型送風機４８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４３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４３には、整流手段９、小容量の平滑コンデンサ１８、直流電圧変換手段８、直流電圧値変更手段１４、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５、電流波形制御手段７、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２２、電流値指示手段１９、指示電流値変更手段１７、雰囲気温度検知手段３１および温度補正手段３２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４３内に内蔵している。４４は直流電圧変換手段８にて生成した直流電圧を減圧回路４９にて５Ｖに減圧した低圧直流電圧を交流電源直結型のブラシレスＤＣモータ４３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４４より導出した低圧電源を交流電源直結型のブラシレスＤＣモータ４３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４６にて減圧して、供給電流基準値指示電圧に変換し、この供給電流基準値指示電圧を供給電流設定値入力手段４５より交流電源直結型のブラシレスＤＣモータ４３内部に導入し、この供給電流基準値指示電圧は直流電圧変換手段８にて生成した直流電圧の所定電圧時に電流値指示手段１９が指示する基準電流値となり、指示電流値変更手段１７は直流電圧変換手段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、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電流値に対して線形変化（比例）させて指示する。ここで、温度補正手段３２は雰囲気温度検知手段３１が検知した雰囲気温度が基準の温度よりも高い場合は、基準電流値が高くなる方へシフトし、逆に雰囲気温度が基準の温度よりも低い場合は基準電流値が低くなる方へシフトする構成であり、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と同じである。

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４３によれば、直流電圧変換手段８によって生成された直流電圧を減圧してから、交流電源直結型のブラシレスＤＣモータ４３外部に導出する低圧直流電圧導出端子４４と、この低圧直流電圧導出端子４４より導出された直流電圧をブラシレスＤＣモータ４３の外部にて減圧した直流電圧を供給電流基準値指示電圧として交流電源直結型のブラシレスＤＣモータ４３内部に導入する供給電流設定値入力手段４５を設け、この供給電流設定値入力手段４５より導入した供給電流基準値指示電圧の大きさに応じてインバータ回路６に供給する電流の基準電流値が変更される構成とすることにより、交流電源直結型のブラシレスＤＣモータ４３外部に簡単な減圧手段４６を近設することにより、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無段階で任意に得られることとなり、この特性によって、遠心型送風機４８を搭載する換気装置４７では、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風量−静圧特性が無段階で任意に得られ、さらに、温度補正手段３２が雰囲気温度検知手段３１にて検知した温度に応じて基準電流値を変更することにより、検知した温度が基準温度よりも高い場合は、軸トルクが高くなり、検知した温度が基準温度よりも低い場合は、軸トルクが低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４８を搭載する換気装置４７では、夏季など雰囲気温度が高い時は換気風量が増加し、冬季など雰囲気温度が低い時は換気風量が減少する風量−静圧特性が得られる。ここで、線形変化におけ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し、温度変化により風量変化させる変化量は換気装置など電気機器が要求される仕様に応じて適宜設定すれば良い。

なお、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。

また、本実施の形態３では電流値指示手段１９が直流電圧変換手段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線形変化させて指示する構成としたが、非線形変化（高次式比例）させる構成でも良く、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ることによって同様の作用効果を得ることができる。

また、実施の形態２に示す駆動ロジック制御手段３４、直流電圧変換手段３５、デューティ指示電圧生成手段３９、ＰＷＭ制御手段３８、電流波形制御手段４０を設け、電流値指示手段１９がデューティ指示電圧生成手段３９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３９を制御してＰＷＭ制御手段３８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線形変化または非線形変化させて指示する構成としても良く、その作用効果に差異を生じない。

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雰囲気温度に応じて得られることから、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。

本発明の実施の形態１における交流電源直結型ブラシレスＤＣモータを示すブロック図同ブラシレスＤＣモータを示す断面図同ブラシレスＤＣモータの直流電圧変換手段の出力電圧−電流特性を示すグラフ同ブラシレスＤＣモータの回転数−トルク特性を示すグラフ同ブラシレスＤＣモータを搭載した換気装置を示す三面図（（ａ）側面図、（ｂ）正面図、（ｃ）平面図）同ブラシレスＤＣモータを搭載した換気装置の風量−静圧特性を示すグラフ本発明の実施の形態２における交流電源直結型ブラシレスＤＣモータを示すブロック図同ブラシレスＤＣモータのデューティ指示電圧−電流特性を示すグラフ同ブラシレスＤＣモータを搭載した換気装置を示す三面図（（ａ）側面図、（ｂ）正面図、（ｃ）平面図）本発明の実施の形態３における交流電源直結型ブラシレスＤＣモータを示すブロック図同ブラシレスＤＣモータを搭載した換気装置を示す三面図（（ａ）側面図、（ｂ）正面図、（ｃ）平面図）従来の電動機を示すブロック図

符号の説明

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
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直流電圧値変更手段
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共通接続端子
１６ワンチップＩＣ
１７指示電流値変更手段
１８平滑コンデンサ
１９電流値指示手段
２０供給電流設定値変更手段
２１電流値検出手段
２２供給電流値制御手段
２３外部スイッチ
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基準電流値指示手段
３１雰囲気温度検知手段
３２温度補正手段
３３ブラシレスＤＣモータ
３４駆動ロジック制御手段
３５直流電圧変換手段
３６換気装置
３７遠心型送風機
３８ＰＷＭ制御手段
３９デューティ指示電圧生成手段
４０電流波形制御手段
４１基準電流値指示手段
４２温度補正手段
４３ブラシレスＤＣモータ
４４低圧直流電圧導出端子
４５供給電流設定値入力手段
４６減圧手段
４７換気装置
４８遠心型送風機
４９減圧回路
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

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、前記直流電圧変換手段にて生成した直流電圧を、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、雰囲気温度を検知する雰囲気温度検知手段と、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、前記直流電圧変換手段にて生成した直流電圧の所定電圧時に、前記電流値指示手段が指示する基準電流値を指示する基準電流値指示手段と、前記直流電圧変換手段にて生成した直流電圧の電圧値に応じて、前記電流値指示手段によって指示する平均電流値を前記基準電流値指示手段にて指示された基準電流値に対して線形あるいは非線形的に変化させる指示電流値変更手段とを配し、前記雰囲気温度検知手段が検知した雰囲気温度が基準温度よりも高い場合は、前記基準電流値指示手段にて指示する基準電流値を高くし、検知した雰囲気温度が基準温度よりも低い場合は、前記基準電流値指示手段にて指示する基準電流値を低くする温度補正手段を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。
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直流電圧変換手段と、この直流電圧変換手段で生成した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、雰囲気温度を検知する雰囲気温度検知手段と、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直流電圧の所定電圧時に、前記電流値指示手段が指示する基準電流値を指示する基準電流値指示手段と、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前記基準電流値指示手段にて指示された基準電流値に対して線形あるいは非線形的に変化させる指示電流値変更手段とを配し、前記雰囲気温度検知手段が検知した雰囲気温度が基準温度よりも高い場合は、前記基準電流値指示手段にて指示する基準電流値を高くし、検知した雰囲気温度が基準温度よりも低い場合は、前記基準電流値指示手段にて指示する基準電流値を低くする温度補正手段を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。
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、前記直流電圧変換手段にて生成した直流電圧を、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、雰囲気温度を検知する雰囲気温度検知手段と、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、前記直流電圧変換手段にて生成した直流電圧の所定電圧時に、前記電流値指示手段が指示する基準電流値を指示する基準電流値指示手段と、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を設け、前記直流電圧変換手段にて生成した直流電圧の電圧値に応じて、前記電流値指示手段によって指示する平均電流値を前記基準電流値指示手段にて指示された基準電流値に対して線形あるいは非線形的に変化させる指示電流値変更手段とを配し、前記雰囲気温度検知手段が検知した雰囲気温度が基準温度よりも高い場合は、前記基準電流値指示手段にて指示する基準電流値を高くし、検知した雰囲気温度が基準温度よりも低い場合は、前記基準電流値指示手段にて指示する基準電流値を低くする温度補正手段を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。
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直流電圧変換手段と、この直流電圧変換手段で生成した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、雰囲気温度を検知する雰囲気温度検知手段と、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直流電圧の所定電圧時に、前記電流値指示手段が指示する基準電流値を指示する基準電流値指示手段と、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を設け、前記デューティ指示電圧生成手段にて生成した電圧値に応じて、前記電流値指示手段によって指示する平均電流値を前記基準電流値指示手段にて指示された基準電流値に対して線形あるいは非線形的に変化させる指示電流値変更手段とを配し、前記雰囲気温度検知手段が検知した雰囲気温度が基準温度よりも高い場合は、前記基準電流値指示手段にて指示する基準電流値を高くし、検知した雰囲気温度が基準温度よりも低い場合は、前記基準電流値指示手段にて指示する基準電流値を低くする温度補正手段を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。
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１〜４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。
請求項３、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、前記基準電流値指示手段にて指示する基準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のいずれかに記載の交流電源直結型ブラシレスＤＣモータ。
前記直流電圧変換手段によって生成し、さらに減圧して得た直流電圧をブラシレスＤＣモータ外部に導出する直流電圧導出端子と、この直流電圧導出端子より導出された直流電圧を減圧した直流電圧を前記供給電流値制御手段によって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直流電圧の大きさにより、前記基準電流値指示手段にて指示する基準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。