JP2012010527A - Motor, and pump having the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータ及びそのモータを備えたポンプに関するものである。 The present invention relates to a motor and a pump including the motor.
従来のモータはスイッチング素子やステータ等に外部電源から駆動電力が供給されており、制御部からの制御信号がスイッチング素子に入力されることで、駆動電力によりモータが回転駆動するものである。 In a conventional motor, driving power is supplied from an external power source to a switching element, a stator, etc., and a motor is rotated by the driving power when a control signal from a control unit is input to the switching element.
また、制御信号の入力時にはスイッチング素子内に突入電流が発生するものであり、この突入電流の発生と駆動電力の供給開始が重なると、図4(b)に示すように、突入電流が増大して、スイッチング素子に大きな負担がかかることがある。そこで、駆動電力の電圧を検出する電圧検出部を電力供給源とスイッチング素子の間に設け、電圧検出後に制御信号を入力させて、突入電流の増大を抑制し、スイッチング素子の負担を低減したものがある(例えば、特許文献1等参照)。 In addition, when a control signal is input, an inrush current is generated in the switching element. When the generation of the inrush current and the start of supply of drive power overlap, the inrush current increases as shown in FIG. Therefore, a large burden may be applied to the switching element. Therefore, a voltage detection unit that detects the voltage of the drive power is provided between the power supply source and the switching element, and a control signal is input after voltage detection to suppress an increase in inrush current and reduce the burden on the switching element. (See, for example, Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1等の従来のモータでは電圧検出部が駆動電力の電圧を検出するものであるため、電圧検出時の電圧検出部の消費電力が数百mW程度の大きなものになっているという問題がある。そして、ステータを駆動していない待機状態でも電圧検出部がスイッチング素子に印加される電力の電圧を検出しているため、待機状態の消費電力も大きいという問題もある。
However, in the conventional motor of
そこで、この事情に鑑み、突入電流の増大によるスイッチング素子の負担を軽減すると共に、従来のものより消費電力を低減したモータ及びそのモータを備えるポンプを提供することを課題とした。 In view of this situation, an object of the present invention is to provide a motor that reduces the burden on the switching element due to an increase in inrush current and consumes less power than the conventional one, and a pump including the motor.
この課題を解決するために、本発明のモータは、ロータ及び前記ロータを駆動するステータと、外部から電力が供給され前記ステータへの通電を行うスイッチング素子と、外部から入力される指令信号により前記スイッチング素子の通電制御を行う制御信号を出力する制御部と、前記ロータの位置を検出する位置検出部と、を備え、前記制御部に外部から供給される電源電圧及び前記制御部から出力されるレギュレータ電圧が前記スイッチング素子に供給される電力の電圧より低いモータであって、前記電源電圧と前記レギュレータ電圧のうち少なくとも一方を検出する電圧検出部と、前記電圧検出部で電圧を検出した際に前記位置検出部への電力供給を許可する電力供給許可部と、を有し、前記制御部が前記位置検出部への給電開始後に前記制御信号を出力するものであることを特徴としている。 In order to solve this problem, the motor of the present invention includes a rotor, a stator that drives the rotor, a switching element that is supplied with electric power from the outside and energizes the stator, and a command signal input from the outside. A control unit that outputs a control signal for performing energization control of the switching element; and a position detection unit that detects a position of the rotor; and a power supply voltage supplied from the outside to the control unit and output from the control unit When the regulator voltage is lower than the voltage of the power supplied to the switching element, the voltage detection unit detects at least one of the power supply voltage and the regulator voltage, and when the voltage detection unit detects the voltage A power supply permission unit that permits power supply to the position detection unit, and before the control unit starts power supply to the position detection unit It is characterized in that for outputting a control signal.
このようなモータとして、前記電力供給許可部による前記電力供給の許可動作を遅延させる信号遅延部を有するものであることが好ましい。 It is preferable that the motor has a signal delay unit that delays the power supply permission operation by the power supply permission unit.
また、本発明のポンプは、前述のモータを羽根車の駆動源として備えるものであることを特徴としている。 The pump of the present invention is characterized in that the motor described above is provided as a drive source for the impeller.
このような構成としたことで、突入電流によるスイッチング素子の負担を軽減すると共に、従来のものより電圧検出部等の消費電力を低減することができる。 With such a configuration, the burden on the switching element due to the inrush current can be reduced, and the power consumption of the voltage detection unit and the like can be reduced as compared with the conventional one.
以下、実施形態の一例を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, an example of an embodiment will be described with reference to the drawings.
モータ1は、例えば、図1に示すように、電磁石からなるステータ3と、ステータ3により回転される磁石からなるロータ2と、スイッチング素子4と、位置検出部8と、制御部5と、電圧検出部6と、電力供給許可部7と、を有している。そして、モータ1は、スイッチング素子4でスイッチング動作を行いながらステータ3に通電させることで、ロータ2を回転させるものであり、スイッチング素子4は制御部5からの制御信号11により制御されている。
For example, as shown in FIG. 1, the
また、モータ1には商用(交流)電源等の外部電源30から大小二種類の電力が供給されており、小さい方の電力は少なくとも大きい方の電力より先にモータ1に供給されることがないものとなっている。
The
詳しくは、外部電源30からコンバータ31等を介してステータ3及びスイッチング素子4に供給される駆動電力と、外部電源30に連動して動作するあるいは外部電源30から分岐された制御電源32から供給される制御電力13と、からなる。そして、駆動電力はステータ3等のモータ1の駆動力に直接影響する消費電力の大きい部材に印加供給されるものであり、制御電力13は電力供給許可部7や制御部5等を構成する消費電力の小さい電子部品に印加供給されるものである。そのため、電子部品を動作させる程度でよい制御電力13は、スイッチング素子4を介してステータ3に供給されてロータ2を回転させる駆動電力に比べて、電圧や電流が小さいものになっている。
Specifically, the driving power supplied from the
更に、制御電力13は、駆動電力の供給開始と連動して略同時に供給が開始される場合と、駆動電力がスイッチング素子4に印加されているがステータ3に通電されていない待機状態で供給が開始される場合がある。すなわち、制御電力13は駆動電力の供給開始より先に供給されることがないものである。なお、以下の説明において、駆動電力の供給開始に連動して制御電力13の供給が略同時に開始される場合を電源同時投入と記載する。
Further, the
また、制御信号11を出力する制御部5は、例えば、モータ制御ICや電子部品からなる制御回路等であり、制御電力13が供給されると共に、外部からの速度指令信号10と、位置検出部8からの出力信号15と、が夫々入力されるものである。そして、制御部5は入力された両信号のレベル等に基づき制御信号11を出力するものであり、制御信号11はスイッチング動作の周期や動作開始等のスイッチング素子4の動作を制御するための信号である。
The
速度指令信号10はモータ1の回転速度や回転開始や停止等の制御部5に入力される外部からの操作信号等であり、外部の指令信号出力手段(特に図示しない)から出力されている。そして、指令信号出力手段は、例えば、情報処理機器等の外部の制御手段や、モータ1の駆動設定等を外部操作する外部の操作手段等である。
The
位置検出部8は、例えば、ホール素子等であり、制御電源32あるいは外部電源30等の電力供給源から給電されており、給電中は常に出力信号15を制御部5に出力するものである。そして、位置検出部8はモータ1回転時にロータ2の位置に基づき出力信号15のレベル等を変化させるものであり、その変化から制御部5に回転駆動中か否かやモータ1の回転速度等を認識させるものである。更に、位置検出部8と電力供給源の間には電力供給許可部7が配置されており、電力供給許可部7の許可が下りるまで、位置検出部8には電力が供給されないものになっている。
The
電力供給許可部7は、例えば、トランジスタやAND回路等の電子部品で構成されており、許可信号12が入力されるまで位置検出部8への給電を許可しないものであり、許可信号12は電圧検出部6から出力されている。
The power
電圧検出部6は、例えば、制御電源32と制御部5の間に設けたコンパレータ等であり、制御部5に供給される制御電力13の電圧である制御電圧を検出するものであり、電圧検出時に電力供給許可部7に対して許可信号12を出力するものである。そして、電圧検出時とは制御電力13がモータ1に供給された給電状態であり、制御部5に給電されている間は許可信号12を出力し続けるものであり、制御部5への給電が停止された非給電状態では許可信号12を出力しないものである。
The
すなわち、制御部5への給電後に位置検出部8への給電が開始されるものであり、制御部5は常に制御電力13が供給された状態で位置検出部8からの出力信号15が入力されるものになっている。そのため、制御部5は位置検出部8への給電後に制御信号11を出力するものとなり、制御部5への給電開始から少なくとも電圧検出部6及び電力供給許可部7の動作時間分遅れてスイッチング素子4に制御信号11が入力されるものである。
That is, power supply to the
また、電圧検出部6で検出する電圧が駆動電力より先にモータ1に供給されることのない制御電力13の電圧であるため、電圧検出部6は制御電圧の検出によりスイッチング素子4への駆動電力の印加を検知するものになっている。そして、電圧検出部6が制御電圧を検出するため、駆動電力の電圧を検出する従来のものより電圧検出時等の動作中の電圧検出部6の消費電力が低減されている。更に、モータ1に制御電力13が供給されずに駆動電力のみがスイッチング素子4に印加された待機状態では、電圧検出部6に電力が印加されないため、待機状態における電圧検出部6の消費電力を略零にすることができる。
Further, since the voltage detected by the
このように、電圧検出部6に制御電圧を検出させると共に、制御部5への給電後に位置検出部8への給電を開始させることで、制御部5への給電開始より遅れて制御部5から制御信号11を出力させることができる。そのため、モータ1の始動操作として電源同時投入と速度指令信号10入力が略同時に行われた際には、スイッチング素子4への駆動電力の印加より後に、制御部5からスイッチング素子4へ制御信号11を入力されるものになっている。
In this way, the
すなわち、モータ1始動時において、スイッチング素子4には駆動電力の印加開始から遅れて制御信号11の突入電流16が発生するものである。そのため、給電開始と制御信号11入力の重畳による突入電流16の増大が抑制されており、スイッチング素子4の負担が軽減されている。更に、制御部5は常に制御電力13が供給された状態で位置検出部8からの出力信号15が入力されるため、制御部5でも出力信号15の突入電流16の増大が抑制されており、制御部5の負担も軽減されている。
That is, when the
また、制御電源32と制御部5の間には遮断部(特に図示しない)が配設されており、回転駆動後の停止状態で所定時間経過しても駆動再開されない際に、遮断部によって制御電源32からの給電を遮断させるものになっている。すなわち、遮断部は、停止状態で速度指令信号10が所定時間入力されなかった際に、制御部5への制御電力13の供給を遮断する給電遮断動作を行うものである。そして、給電遮断動作は速度指令信号10がモータ1に入力されるまで継続されるものであり、速度指令信号10が入力されると、制御部5への給電の再開を許可するものである。このように、遮断部を設けることで、モータ1が停止状態で放置された際等に制御部5による消費電力を削減でき好ましい。
Further, a shut-off unit (not shown) is disposed between the
なお、制御電力13の供給開始と速度指令信号10の入力が略同時に行われる状態とは、モータ1への電力供給の開始と同時に速度指令信号10が入力される場合の他に、電力供給開始前から速度指令信号10が入力されている場合も含むものである。もちろん、電源同時投入と速度指令信号10の入力が略同時に行われる状態では、上記二つの場合において、夫々制御電力13の供給開始時に駆動電力の供給も開始されるものである。
The state in which the supply of the
また、他例として、図2に示すように、制御電力13の印加によって制御部5から出力されるレギュレータ電圧14を電圧検出部6が検出し、レギュレータ電圧14検出時に電力供給許可部7に許可信号12を出力されるものもある。なお、前述の例と同様の構成等の重複する説明は省略する。
As another example, as shown in FIG. 2, the
このものでは、電圧検出部6が制御部5のレギュレータ電圧14を検出することで許可信号12を出力するものであり、制御部5への給電後に電力供給許可部7が位置検出部8への給電の許可動作を行うものになっている。
In this configuration, the
そのため、モータ1始動時等に電力同時投入と速度指令信号10入力が略同時に行われると、制御部5への給電後に位置検出部8への給電が行われるものであり、制御部5への給電開始より遅れて位置検出部8への給電が開始されるものである。そして、位置検出部8への給電の遅れに伴い制御部5の制御信号11の出力動作も制御部5の給電開始より遅れるため、従来のものより制御信号11のスイッチング素子4への入力が遅くなり、スイッチング素子4への負担を軽減している。
Therefore, when the power is simultaneously input and the
更に、駆動電力の電圧より小さい制御部5のレギュレータ電圧14を電圧検出部6が検出するため、電圧検出部6の消費電力が駆動電力の電圧を検出していたものより低減されている。そして、制御部5への給電後に位置検出部8への給電が開始されるため、電圧検出部6の消費電力の低減に加えて、位置検出部8の消費電力も低減され、モータ1の消費電力が従来のものより低減されている。
Furthermore, since the
また、他例として、図3に示すように、電圧検出部6と電力供給許可部7の間に、許可信号12の伝達を遅延する信号遅延部9を設けると共に、速度指令信号10を制御部5と電力供給許可部7の両方に入力したものがある。なお、前述の例と同様の構成の説明は省略する。
As another example, as shown in FIG. 3, a
電力供給許可部7は許可信号12と速度指令信号10の二つの信号が両方とも入力されることで、位置検出部8への電力供給を許可するものになっている。そのため、位置検出部8への給電は、制御部5への給電開始及び速度指令信号10の入力の後に開始されるものであり、制御部5には常に速度指令信号10の入力後に出力信号15が入力されるものになっている。
The power
そして、電圧検出部6は制御部5のレギュレータ電圧14を検出するものであり、制御部5への給電後に許可信号12を出力するものになっており、電圧検出部6と電力供給許可部7の間には信号遅延部9が配置されている。そのため、電圧検出部6から出力された許可信号12は信号遅延部9を介して電力供給許可部7に入力されるものになっている。
The
信号遅延部9は、例えば、コンデンサ、抵抗、トランジスタ等の電子部品で構成されており、電圧検出部6から許可信号12が入力されると、一定時間S遅延させてから電力供給許可部7に許可信号12を伝達するものである。すなわち、信号遅延部9は電圧検出から一定時間S経過後に電力供給許可部7に位置検出部8への給電許可動作を行わせるものであり、電圧検出後一定時間S経過するまで出力信号15が制御部5に入力されないものになっている。そのため、電源同時投入時に速度指令信号10も略同時に入力された際には、電圧検出から一定時間S経過後に制御部5がスイッチング素子4に制御信号11を出力するものである。
The
このように、信号遅延部9を設けたことで、電源同時投入と速度指令信号10入力が略同時に行われた際には、図4に示すように、駆動電力印加から一定時間S経過したスイッチング素子4に制御信号11が入力されるものになっている。そのため、駆動電力の印加開始が制御信号11の突入電流16に重畳されることを確実に防止でき、モータ1始動時のスイッチング素子4の負担を軽減したものになっている。そして、電圧検出部6がレギュレータ電圧14を検出すると共に、電圧検出部6の電圧検出後に位置検出部8の給電が開始されるため、従来の駆動電力の電圧を検出するものより消費電力が低減されている。
As described above, when the
また、図1や図2に示した例のような、電力供給許可部7に速度指令信号10を入力せず電力供給許可部7が許可信号12のみの入力で許可動作を行うものや、電圧検出部6が制御電圧を検出するもの等に信号遅延部9を設けてもよい。ましてや、信号遅延部9を電力供給許可部7や電圧検出部6と一体に構成したもの等であってもよい。
Further, as in the example shown in FIGS. 1 and 2, the power
なお、制御電力13が駆動電力より先にモータ1へ供給されないものであれば、例示の構成に限らず、直流電源を用いたものや、制御電源13等の電力供給源をモータ1に内蔵したもの等であってもよい。もちろん、前述の各例では三相のブラシレスモータ1を例示しているが、該構成に限らず、単相や二相半波等のブラシレスモータ1であってもよい。ましてや、モータ1は、少なくともモータ1始動時において、電源同時投入がなされても位置検出部8への給電開始後に制御部5が制御信号11を出力するものであればよい。このようなものとして、例えば、位置検出部8への給電を検出する給電検出部等を設けその検出信号の入力を受けて制御部5が制御信号11を出力するものや、電力供給許可部7が許可動作時に出力信号を制御部5に出力するもの等であってもよい。
In addition, as long as the
なお、本例において、駆動電力の電圧は、例えば、約DC141V(直流141V)や約DC282Vであり、制御電圧は、例えば、約DC15Vであり、制御部5のレギュレータ電圧14は、例えば、約DC5Vとなっている。もちろん、これら電圧値は単なる例示にすぎず、駆動電力の電圧が制御電力13の電圧及び制御部5のレギュレータ電圧14より大きい値であればよく、モータ1のサイズや用途等に応じて適宜設定されるものである。
In this example, the driving power voltage is, for example, about DC 141 V (direct current 141 V) or about DC 282 V, the control voltage is, for example, about DC 15 V, and the
また、流体を流動させるポンプ20に、前述のスイッチング素子4の負担を軽減すると共に消費電力を低減した各モータ1のいずれかを備えて、ポンプ20の羽根車21を回転させる駆動源に用いることが好ましい。
Moreover, the
詳しくは、図5に示すように、羽根車21を備えるポンプ室22と、羽根車21の回転させるモータ1と、ポンプ20を制御する回路基板23と、回路基板23やモータ1のステータ3等をポンプ室22から区画する分離板24と、を有している。
Specifically, as shown in FIG. 5, the
そして、ポンプ室22は、外部から室内に流体を吸入する吸入口25と、室内の流体を外部に吐出する吐出口26と、を有する共に、室内に、羽根車21と、ロータ2と、ロータ2及び羽根車21の回転中心となる回転軸28と、を有している。この羽根車21はロータ2と一体で形成されており、ロータ2の回転駆動により回転軸28の軸回りに回転して、流体を吸入口25から室内に吸入すると共に室内の流体を吐出口26から吐出するよう流動させるものである。
The
また、分離板24に区画された回路基板23やステータ3等はモールド樹脂27に覆われており、この分離板24とモールド樹脂27により回路基板23やステータ3等に流体が接触することを防止している。そして、回路基板23はモータ1の回転を制御することで羽根車21による流体の吸排を制御するものであり、ステータ3に電気的に接続されると共に、外部電源30等からポンプ20の駆動用及び制御用の電力が給電されている。
Further, the
この回路基板23は、例えば、図1や図2に示すような制御部5と電圧検出部6と電力供給許可部7とスイッチング素子4と位置検出部8等を実装したものや、図3に示すような信号遅延部9を追加して実装したもの等である。
The
すなわち、電圧検出部6は制御電圧あるいはレギュレータ電圧14の検出時に許可信号12を出力するものであり、電力供給許可部7は許可信号12あるいは許可信号12と速度指令信号10の入力後に位置検出部8への給電を許可するものである。そして、給電中の位置検出部8からの出力信号15とモータ1の外部からの速度指令信号10が制御部5に入力されることで、制御部5はスイッチング素子4に制御信号11を出力するものである。そのため、電源同時投入と速度指令信号10入力が略同時に行われた際には、位置検出部8への給電後に制御部5が制御信号11を出力して、モータ1を始動させるものである。
That is, the
更に、信号遅延部9を備えたものでは、信号遅延部9により電圧検出部6からの許可信号12が一定時間S経過してから電力供給許可部7に伝達されるため、電圧検出から一定時間S経過後に位置検出部8への給電を開始されるものになる。
Further, in the case where the
このように、電圧検出部6が制御電圧や制御部5のレギュレータ電圧14を検出するため、駆動電力の電圧を検出するものより消費電力を低減することができる。そして、電圧検出部6による電圧検出後に位置検出部8への電力供給が許可されるため、位置検出部8の待機状態等での消費電力を低減することができる。更に、制御部5には制御電力13の供給後に出力信号15が入力されるため、スイッチング素子4への駆動電力の印加と制御信号11の入力の重畳を抑制でき、突入電流16によるスイッチング素子4の負担を軽減することができる。
Thus, since the
なお、回路基板23は、コンバータ31や制御電圧を下げる降圧部等が配置されたものや、外部電源30とは別体で二次電池等で構成した制御電源32を備えたもの等であってもよく、ましてや制御部5用の指令信号出力手段を兼ねたものであってもよい。もちろん、モータ1と羽根車21の間に分離板24を有するものや、回転軸28が羽根車21及びロータ2と共に回るものや、回転軸28の一端に吸入口25を有し他端に吐出口26を有するもの等であってもよい。
The
また、このようなポンプ20として、例えば、ハイブリット車両やコンピュータ等の冷却液や、シャワーや蛇口あるいは井戸等の湯水や、浴室等の微細気泡発生装置の微細気泡混合水等を流動させるもの等がある。もちろん、これら例示に限定するものではなく、少なくともモータ1を羽根車21の駆動源として備え、流体を流動可能なポンプであればよい。
Examples of such a
1 モータ
2 ロータ
3 ステータ
4 スイッチング素子
5 制御部
6 電圧検出部
7 電力供給許可部
8 位置検出部
9 信号遅延部
10 速度指令信号
11 制御信号
12 許可信号
20 ポンプ
21 羽根車
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