JP2013070555A - モータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】商用電源を入力してブラシレスモータを駆動する回路をモータに内蔵できるよう小型に回路を構成するには、プリント配線板がロータマグネットの近傍に配置されるため、その際にチョークコイルやインダクタンスといった部品がロータマグネットの磁束の影響を受け、コアが磁気飽和状態に近くなるため高周波漏れ電流によるＥＭＣが低減できずノイズフィルタが役に立たなかったり、コンバータ回路が誤動作したりするといった課題がある。
【解決手段】モータのロータの近くに配置したプリント配線板上のチョークコイル及びインダクタンスはモータのロータマグネットの磁束の影響を受けないよう構成すること。
【選択図】図１

Description

本発明は、信頼性の高いモータ駆動装置に関するものである。

近年、地球環境保護の観点から従来のインダクションモータより効率の高いブラシレスモータの採用が高まっている。しかしながらブラシレスモータを駆動するには、パワースイッチング素子を採用したインバータ回路の制御となり、その入力には商用電源を直流に整流し高圧直流電圧を発生する整流回路と、コモンモード、ノーマルモードの高周波漏れ電流を抑制しＥＭＣの発生を低減するノイズフィルタと、高圧直流電圧から低圧制御電圧を発生するコンバータ回路部Ａと、低圧制御電圧からＩＣ駆動の低圧制御電圧を発生するコンバータ回路部Ｂと、速度制御手段が必要となる。

これらを構成するには、一定の回路技術を必要とするため、従来インダクションモータを採用していた機器にブラシレスモータへ置き換えを実施するには機器本体の回路を変更、または追加が必要となることが課題となる。従来のブラシレスモータの多くが内蔵しているモータ駆動回路は直流電圧を入力して制御するモータ駆動回路のみのものが多いが、インダクションモータからブラシレスモータへ置き換えを行うためには、このモータ駆動回路に加えて商用電源によりブラシレスモータを駆動させるための回路をモータ駆動回路に一体化し内蔵することが必要となる。

またブラシレスモータはパワースイッチング素子をスイッチングさせ印加電圧を制御するためその際に高周波漏れ電流が発生する。これによるＥＭＣの発生を低減するノイズフィルタも必要となり、回路規模はさらに増大する。更には、モータ駆動回路で必要となる制御電圧を発生させるコンバータ回路も必要となりこれらの回路を従来のブラシレスモータの駆動回路とほぼ同等のサイズで構成しなければならない。

これらをモータに内蔵できるよう小型に回路を構成するには、プリント配線板がロータマグネットの近傍に配置されるため、その際にチョークコイルやインダクタンスといった部品がロータマグネットの磁束の影響を受け、コアが磁気飽和状態に近くなるため高周波漏れ電流によるＥＭＣが低減できずノイズフィルタが役に立たなかったり、コンバータ回路が誤動作したりするといった課題がある。

従来のモータ駆動装置を図３に示す。プリント配線板１において高圧直流電圧を発生する整流回路２と、磁束の影響を受ける通常のチョークコイル１０を中心に構成されたノイズフィルタ４と、高圧直流電圧から低圧制御電圧を発生する磁束の影響を受ける通常のインダクタンス１１を含むコンバータ回路部Ａ６と、低圧制御電圧からＩＣ駆動の低圧制御電圧を発生するコンバータ回路部Ｂ７と、パワースイッチング素子と制御回路とから成るモータ駆動回路８と、速度制御手段９とからなり、プリント配線板の中央にはモータに装着する際にベアリングを通す穴が開いている。このときのＥＭＣの測定波形を図４に示す。規格をオーバーしノイズが除去できていないことがわかる。

商用電源を高圧直流電圧に整流する整流回路における直流電圧変動がインバータを介してモータに伝達されることのないようにインバータの直流電圧を検出しマイコンの使用によりインバータの出力電圧をＰＷＭデューティーを補正し制御することで電解コンデンサ等の大部品を小さくでき、内蔵回路を小型化するといった技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−１０３７１８号公報

前記従来のモータ駆動装置においては高周波漏れ電流によるＥＭＣの発生を低減する回路規模の大きいノイズフィルタのモータへの内蔵に関する記載はなくロータマグネットの近傍に配置されたプリント配線板上のノイズフィルタのチョークコイルがモータのロータマグネットの磁束から受ける影響によりコアが磁気飽和し、ノイズが低減されないことに関しては述べられていない。

また、商用電源を整流した高圧直流電圧から低圧制御電圧を発生するコンバータ回路に関する記載もなく、そのコンバータ回路に使用されるインダクタンスがモータのロータマグネットの磁束から受ける影響により、コアが磁気飽和し、回路動作が安定しない、または誤動作することは述べられていない。

このように商用電源を入力してブラシレスモータを駆動する回路をモータに内蔵できるよう小型に回路を構成するには、プリント配線板がロータマグネットの近傍に配置されるため、その際にチョークコイルやインダクタンスといった部品がロータマグネットの磁束の影響を受け、コアが磁気飽和状態に近くなるため高周波漏れ電流によるＥＭＣが低減できずノイズフィルタが役に立たなかったり、コンバータ回路が誤動作したりするといった課題がある。

本発明は前記従来の問題点に鑑みなされたものであり、高周波漏れ電流によるＥＭＣの発生を低減するプリント配線板上のノイズフィルタがロータマグネットの近傍に配置された場合でもそのチョークコイルがロータマグネットの磁束の影響を受けず、コアが磁気飽和されノイズが低減されないというようなことはない。

また、商用電源を整流した高圧直流電圧から低圧制御電圧を発生するプリント配線板上のコンバータ回路がロータマグネットの近傍に配置された場合でもその中の１部品であるインダクタンスがロータマグネットの磁束の影響を受け、コアが磁気飽和し、回路動作が安定しない、または誤動作することは無い。

これにより、磁束の影響のある回路を内蔵せず外付けするということもなく、商用電源を入力しブラシレスモータを駆動する回路を従来のブラシレスモータの駆動回路と同等のサイズで全て内蔵できモータをコンパクトに設計できるため、従来インダクションモータを採用していた機器に対し高効率ブラシレスモータへ置き換えが可能となり、ブラシレスモータの普及を推進できるものである。

上記課題を解決するために本発明は、商用電源を直流に整流し高圧直流電圧を発生する整流回路と、コモンモード、ノーマルモードの高周波漏れ電流を抑制しＥＭＣの発生を低減するノイズフィルタと、高圧直流電圧から低圧制御電圧を発生するコンバータ回路部Ａと、低圧制御電圧からＩＣ駆動の低圧制御電圧を発生するコンバータ回路部Ｂと、パワースイッチング素子と制御回路とから成るモータ駆動回路と、速度制御手段とで構成されたモータ駆動装置であって、モータのロータの近くに配置したプリント配線板上のチョークコイル及びインダクタンスはモータのロータマグネットの磁束の影響を受けないよう構成することで、ＥＭＣが低減でき、コンバータ回路が誤動作せず、商用電源を入力しブラシレスモータを駆動する回路を従来のブラシレスモータの駆動回路と同等のサイズで全て内
蔵でき、モータをコンパクトに設計できるため、従来インダクションモータを採用していた機器に対し高効率ブラシレスモータへ置き換えが可能となる。

本発明によれば、高周波漏れ電流によるＥＭＣの発生を低減するプリント配線板上のノイズフィルタがロータマグネットの近傍に配置された場合でも磁束の影響を受けないチョークコイルを採用することで磁束の影響を受けず、ＥＭＣを低減できノイズフィルタの性能が落ちることは無い。また、商用電源を整流した高圧直流電圧から低圧制御電圧を発生するプリント配線板上のコンバータ回路部Ａがロータマグネットの近傍に配置された場合でもその中の１部品であるインダクタンスに磁束の影響を受けないインダクタンスを採用することでロータマグネットの磁束の影響を受けず回路動作が安定しない、または誤動作することは無く信頼性の高いコンパクトな高効率ブラシレスモータへ置き換えが可能となるモータを得ることが出来る。

本発明の実施形態１におけるモータ駆動装置の全体構成図 同モータ駆動装置のＥＭＣ測定波形図 従来のモータ駆動装置の全体構成図 従来のモータ駆動装置のＥＭＣ測定波形図

第１の発明のモータ駆動装置は、商用電源を直流に整流し高圧直流電圧を発生する整流回路と、コモンモード、ノーマルモードの高周波漏れ電流を抑制しＥＭＣの発生を低減するノイズフィルタと、前記高圧直流電圧から低圧制御電圧を発生するコンバータ回路部Ａと、前記低圧制御電圧からＩＣ駆動の低圧制御電圧を発生するコンバータ回路部Ｂと、パワースイッチング素子と制御回路とから成るモータ駆動回路と、速度制御手段とで構成され、高周波漏れ電流によるＥＭＣの発生を低減するプリント配線板上のノイズフィルタがロータマグネットの近傍に配置された場合でも磁束の影響を受けないチョークコイルを採用することで磁束の影響を受けず、ＥＭＣを低減できノイズフィルタの性能が落ちることは無い。

また、前記商用電源を整流した前記高圧直流電圧から前記低圧制御電圧を発生するプリント配線板上のコンバータ回路がロータマグネットの近傍に配置された場合でもその中の１部品であるインダクタンスに磁束の影響を受けないインダクタンスを採用することでロータマグネットの磁束の影響を受けず回路動作が安定しない、または誤動作することは無いものである。

第２の発明のモータ駆動装置は、磁束の影響を受けないチョークコイルにシールドタイプのチョークコイルまたはコアを積層する等を施され外部磁束によりコアが磁気飽和しないよう構成されたチョークコイルを用いた高周波漏れ電流によるＥＭＣの発生を抑制できるノイズフィルタを搭載したモータ駆動装置である。

第３の発明のモータ駆動装置は、磁束の影響を受けないインダクタンスにシールドタイプのインダクタンスを用い、外部磁束によりコアが磁気飽和しないよう構成されたチョークコイルを用いたモータ駆動装置を用いることでコンバータ回路が誤動作しないものである。

第４の発明のモータ駆動装置は、プリント配線板上のチョークコイル、及びインダクタンスに防磁効果のあるシールドシートを周囲に敷く、もしくは巻き、モータのロータマグネットの磁束の影響を受けないよう構成し、ノイズフィルタの性能を維持でき高周波漏れ
電流によるＥＭＣを低減できたり、コンバータ回路が誤動作しないものである。

第５の発明のモータ駆動装置は、モータ駆動回路に高価なマイコンを用いずロジックＩＣにてモータ駆動回路を構成した、ロータマグネットの磁束の影響を受けないノイズフィルタとコンバータ回路を搭載し高周波漏れ電流によるＥＭＣを低減できたりコンバータ回路が誤動作しないものである。

第６の発明のモータ駆動装置は、モータ駆動回路をロジックＩＣとレベルシフトＩＣとパワースイッチング素子を内蔵した１チップＩＣにて構成した、ロータマグネットの磁束の影響を受けないノイズフィルタとコンバータ回路を搭載し高周波漏れ電流によるＥＭＣを低減できたりコンバータ回路が誤動作しないものである。

第７の発明のモータ駆動装置は、高圧直流電圧から低圧制御電圧を発生するコンバータ回路に汎用のＤＣＤＣコンバータＩＣを採用した、ロータマグネットの磁束の影響を受けないノイズフィルタとコンバータ回路を搭載し高周波漏れ電流によるＥＭＣを低減できたりコンバータ回路が誤動作しないものである。

第８の発明のモータ駆動装置は、低圧制御電圧からＩＣ駆動の低圧制御電圧を発生するコンバータ回路に汎用の３端子レギュレータを採用した、ロータマグネットの磁束の影響を受けないノイズフィルタとコンバータ回路を搭載し高周波漏れ電流によるＥＭＣを低減できたりコンバータ回路が誤動作しないものである。

（実施の形態１）
図１は本発明のモータ駆動装置の全体構成図であり、プリント配線板１において高圧直流電圧を発生する整流回路２と、チョークコイル３を中心に構成されたノイズフィルタ４と、高圧直流電圧から低圧制御電圧を発生するインダクタンス５を含むコンバータ回路部Ａ６と、低圧制御電圧からＩＣ駆動の低圧制御電圧を発生するコンバータ回路部Ｂ７と、パワースイッチング素子と制御回路とから成るモータ駆動回路８と、速度制御手段９とからなり、プリント配線板の中央にはモータに装着する際にベアリングを通す穴が開いている。

ノイズフィルタ４を構成するチョークコイル３をシールドタイプのチョークコイルにするか積層されたコアを用いたチョークコイル等の磁束の影響を受けないチョークコイルを用いる。具体的には例えばＮＥＣトーキン製ＳＣＦ−０１−５０００を実装する。

ＰＷＭ制御されるモータはスイッチングにより高効率なモータ駆動が実現できるが、スイッチング時の電流の急峻な変化に伴って高周波漏れ電流が発生する。この高周波漏れ電流によってノイズが発生する。商用電源側へこのノイズを発生させないために、ロータマグネットの磁束の影響を受けないチョークコイルを搭載したノイズフィルタ４により、ノイズを除去できる。このときのＥＭＣ測定波形を図２に示す。ノイズが除去でき、規格を満足し問題ないことが確認できる。

また、高圧直流電圧から低圧制御電圧を発生させるコンバータ回路部Ａを構成するインダクタンス５をシールドタイプのインダクタンス５を用いる。具体的には例えばＮＥＣトーキン製Ｈ・ＤＩ−０９４０−１０２又はＳＢＰＳＣ−１１Ｒ３１０−１０２Ａ、ＫＯＡ製ＬＫＳ１２６０、太陽誘電製ＮＳ１２５７５Ｔ１０２ＭＮを実装する。

ロータマグネットの磁束の影響によりコアが磁気飽和するとインダクタンス値が低下する。これにより、コンバータ回路の動作が不安定になったり、誤動作を誘発させる。したがってコアが磁気飽和しないようにシールドタイプのインダクタンス５を用いることで、
動作が不安定になったり、誤動作することは無い。

本発明のモータ駆動装置は、商用電源の入力により駆動される家電用のブラシレスモータ駆動に好適であり、モータに内蔵される回路上のフィルタ回路のチョークコイルやコンバータ回路等で使用されるインダクタンス部品がロータマグネットの磁束の影響によりコアが磁気飽和を起こさないことによりノイズの発生を抑制しＥＭＣを低減できたり、コンバータ回路を誤動作させないことが可能なものであり、信頼性が要求される用途に有効である。

１ プリント配線板
２ 整流回路
３ チョークコイル
４ ノイズフィルタ
５ インダクタンス
６ コンバータ回路部Ａ
７ コンバータ回路部Ｂ
８ モータ駆動回路
９ 速度制御手段
１０ 磁束の影響を受ける通常のチョークコイル
１１ 磁束の影響を受ける通常のインダクタンス

Claims (8)

1. 商用電源を直流に整流し高圧直流電圧を発生する整流回路と、コモンモード、ノーマルモードの高周波漏れ電流を抑制しＥＭＣの発生を低減するノイズフィルタと、前記高圧直流電圧から低圧制御電圧を発生するコンバータ回路部Ａと、前記低圧制御電圧からＩＣ駆動の低圧制御電圧を発生するコンバータ回路部Ｂと、パワースイッチング素子と制御回路とから成るモータ駆動回路と、速度制御手段とで構成されたモータ駆動装置であって、モータのロータの近くに配置したプリント配線板上のチョークコイル、及びインダクタンスはモータのロータマグネットの磁束の影響を受けないことを特徴としたモータ駆動装置。
2. 前記プリント配線板上のチョークコイルがモータのロータマグネットの磁束の影響を受けないよう積層されたコアを用いたチョークコイルまたはシールドタイプのチョークコイルを採用した請求項１記載のモータ駆動装置。
3. 前記プリント配線板上のインダクタンスがモータのロータマグネットの磁束の影響を受けないようシールドタイプのインダクタンスを採用した請求項１記載のモータ駆動装置。
4. 前記プリント配線板上のチョークコイル、及びインダクタンスに防磁効果のあるシールドシートを周囲に敷く、もしくは巻き、モータのロータマグネットの磁束の影響を受けないよう構成した請求項１記載のモータ駆動装置。
5. 前記モータ駆動回路に高価なマイコンを用いずロジックＩＣにて構成した請求項１記載のモータ駆動装置。
6. 前記モータ駆動回路をロジックＩＣとレベルシフトＩＣとパワースイッチング素子を内蔵した１チップＩＣにて構成した請求項１記載のモータ駆動装置。
7. 前記高圧直流電圧から前記低圧制御電圧を発生する前記コンバータ回路Ａに汎用のＤＣＤＣコンバータＩＣを採用した請求項１記載のモータ駆動装置。
8. 前記低圧制御電圧からＩＣ駆動の低圧制御電圧を発生する前記コンバータ回路Ｂに汎用の３端子レギュレータを採用した請求項１記載のモータ駆動装置。