JP3217387B2 - ファン装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロータマグネットの磁
極位置検出手段としてロータ停止時にも永久磁石の極性
を判別することができるホール素子等の位置検出器を有
しないモータ一体型ファン装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及び解決しようとする課題】従来、ＤＣブ
ラシレスモータ一体型のファン装置においては、ロータ
マグネットの磁極位置を検知し、検知された磁極位置に
応じてステータコイルの励磁電流を転流させることによ
りロータを回転駆動する。そして磁極位置を検知するに
は、ホール素子等の位置検出器が用いられている。ホー
ル素子等の位置検出器を用いた場合、ロータが停止して
いてもロータマグネットの磁極位置を検知することがで
きるので、検知される磁極位置に応じてステータコイル
に通電することにより容易にモータを起動することがで
きる。しかしながら、位置検出器を取付ける際の位置決
め精度の如何がトルク特性等に大きく影響を及ぼすこと
からその位置決めにかなりの精度を要すること、ホール
素子等を取付ける際の接続ミスによる不良及び位置検出
器自体の不良がある程度発生すること、熱によるホール
素子等の劣化の問題があることなどから、製造効率及び
製品の信頼性の点で改善の余地がある。また、自動組立
も困難という問題があった。

【０００３】そこで、ロータの回転によりステータコイ
ルに誘起される起電力を利用して磁極位置を検知する手
段が検討対象となる。このようにセンサレス化した場合
は、位置検出器を使用しないため、モータ部分をより小
型且つ高効率のものとすることができると共に、位置検
出器の位置決めが不要となり、接続ミスによる不良及び
それ自体の不良並びに熱による劣化等の問題もない。ま
た、このことに関連して自動組立も容易となる。

【０００４】しかしながら、ロータ停止時にはロータマ
グネットの磁極位置を検知することができないため、起
動のためには、一定の歩進シーケンスにより強制的にス
テータコイルを励磁し、ロータが回転を開始してステー
タコイルに起電力が誘起され始めた後、磁極位置を検知
して回転駆動を行うことが考えられる。一定の歩進シー
ケンスにより起動を行うときには、ロータマグネットの
磁極位置の如何により起動に失敗することがあるので、
不起動を検出して歩進シーケンスを繰り返すことにより
起動の確実性を図る必要があり、回路の複雑化及び高コ
スト化の問題を招く。モータ一体型ファンのように比較
的安価なものについては、このような手段はコスト上採
り得なかった。更に、磁極位置がデッドポイントにある
場合は、繰り返しても結果が変わらないおそれがある。
そこで、例えばステータコアの形状を変形してコギング
によりロータマグネットの磁極が常にトルク発生可能な
一定位置に停止させることも考えられる。ところがステ
ータコアを大幅に変形すると、効率の低下及び振幅の増
大を引起こすという問題を生む。

【０００５】本発明は、従来技術に存した上記のような
問題点に鑑み行われたものであって、その目的とすると
ころは、停止時にもロータマグネットの磁極位置を検出
し得るホール素子等の位置検出器を利用せずとも簡単な
回路で確実に始動することができると共に効率及び振動
においても良好な特性を有するモータ一体型のファン装
置を比較的安価に提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のファン装置は、モータ一体型のファン装置
であって、永久磁石界磁手段を有するロータと、電機子
コイルを有するステータと、所定の向きにロータを回転
させる順序に電機子コイルに通電する歩進駆動電流を出
力し得る駆動手段と、起動時における前記歩進駆動電流
の通電をロータの起動の成否に拘らず所定時間中断する
中断手段とを備えており、停止中のロータの界磁磁極位
置を検知する手段を有さず、前記中断手段による歩進駆
動電流の通電中断後、前記駆動手段による前記歩進駆動
電流の通電が再開されることにより、ロータが確実に起
動されるものとしている。

【０００７】

【作用】停止中のロータの界磁磁極位置を検知する手段
を有しないので、起動の際、所定の向きにロータを回転
させる順序に電機子コイルに通電する歩進駆動電流を駆
動手段から出力する。そしてこの歩進駆動電流の通電
は、ロータの回転速度にほぼ対応して中断手段により所
定時間中断される。電機子の各コイルとロータの界磁磁
極との位置関係の如何によって、界磁磁極がデッドポイ
ントに位置してほとんど回動しない場合がある。

【０００８】このようにほとんど回動しない場合は、中
断手段によって一旦歩進駆動電流の通電が中断された際
に、蓄積した電磁的エネルギが急放出されて機械的エネ
ルギに一部変換され、ロータが幾分動く。そのため界磁
磁極はデッドポイントを免れ、再開後の歩進駆動電流に
よって確実に起動される。

【０００９】

【実施例】本発明を２相半波通電方式の、停止中のロー
タの界磁磁極位置を検知する手段を有しないセンサレス
モータが一体的に組み込まれた軸流ファン装置に実施し
た例について、図面を参照しつつ説明する。図１は各相
の歩進駆動電流の波形図、図２はファン装置の断面図、
図３はモータ駆動回路の概要を示すブロック図である。

【００１０】図２において、１０はファンハウジング、
１２は、ファンハウジング１０の一方の開口部に設けら
れたフィンガーガード、１４はモータ部の固定フレーム
であって、これらのファンハウジング１０、フィンガー
ガード１２及び固定フレーム１４は合成樹脂により一体
的に形成されている。固定フレーム１４の中央部に円筒
状に突設された軸受ハウジング部１６の外周部には、回
路基板１８及びステータコア２０が固定されており、ス
テータコア２０にはステータコイル２２（電機子コイ
ル）が捲回されている。一方軸受ハウジング部１６の内
側には、軸受２４を介してロータ軸２６が回転自在に支
持されている。２８は、そのロータ軸２６が中央部に突
設されたカップ型のロータフレームである。このロータ
フレーム２８の外周部には羽根３０が突設されている。
またロータフレーム２８の内側には、ロータヨーク３２
を介して環状のロータマグネット３４（永久磁石界磁手
段）が設けられている。

【００１１】次に図３のブロック図について説明する。
磁極位置検知回路５０（検知手段として作用する。）
は、通電されていないステータコイル２２においてロー
タマグネット３４の回転によって誘起される逆起電圧の
位相を検出してロータマグネット３４の磁極位置に対応
する磁極位置信号に変換する。ステータコイル２２を利
用して位置を検知するので、ホール素子等を使用する場
合の種々の問題点が解消され、高い信頼性が得られる。
歩進信号回路５２は、スタート信号により、一定タイミ
ングで立ち上がり・立ち下がりを繰り返し且つ所定時間
中断するパルス信号と、所定時間（例えば１０ｍｓ程
度）の中断が同時に行われる反転信号とを、それぞれ各
相に対する歩進パルス信号として発生する。

【００１２】より具体的な回路例としては、図４に示さ
れるようなものが挙げられる。図４において、８０はス
タート信号入力により２個のパルスを出力する第一カウ
ンタ、８２は、遅延回路８４を介して入力されるスター
ト信号の入力によって５個のパルスを出力する第二カウ
ンタである。８６は、第一カウンタ８０及び第二カウン
タ８２の出力を入力する第一オア回路、８８は、第一カ
ウンタ８０及び第二カウンタ８２の反転出力を入力する
第二オア回路である。図５は、第一オア回路８６から出
力される第一歩進パルス信号波形及び第二オア回路８８
から出力される第二歩進パルス信号波形を示す。

【００１３】通電ロジック回路５４は、歩進信号回路５
２から入力する歩進信号パルス又は磁極位置検知回路５
０から入力する磁極位置信号に基づいて、各ステータコ
イル２２への通電の順序を論理演算し、所定の向きにロ
ータ３６を回転させる順序にステータコイル２２を励磁
するための通電信号をパワートランジスタ回路５６に供
給する。通電ロジック回路５４の入力元は、外部からの
信号によって歩進信号回路５２から磁極位置検知回路５
０へ切換えることができる。

【００１４】パワートランジスタ回路５６のパワートラ
ンジスタは、通電ロジック回路５４からの通電信号に基
づいてオン・オフし、ステータコイル２２に励磁電流を
供給する。起動／検出切換回路５８は、例えば歩進信号
回路５２からの歩進パルス信号数を所定数計数後、或
は、最初の歩進パルス信号の入力開始から一定時間を計
時した後、通電ロジック回路５４へ切換え信号を出力す
る。Ｄ１は逆流防止用のダイオード、Ｃ１、Ｃ２及びＣ
３は、電圧安定化及び高周波短絡用のコンデンサ、Ｒ１
は保護抵抗である。なお、二重線で囲まれた部分はＩＣ
６０として構成されている。

【００１５】この軸流ファン装置を起動する場合、スタ
ート信号により、歩進信号回路５２が、例えば上記第一
歩進パルス信号及び第二歩進パルス信号（図５）を出力
する。通電ロジック回路５４は、先ず歩進信号回路５２
からの歩進パルス信号を受けてパワートランジスタ回路
５６へ通電信号を供給する。それによってパワートラン
ジスタ回路５６は、図１に示されるような歩進駆動電流
を各ステータコイル２２に供給する。

【００１６】各ステータコイル２２とロータマグネット
３４の磁極との位置関係の如何によって、歩進駆動電流
により所定の向きに回転を開始する場合、すなわち正転
始動する場合と、逆転始動する場合と、ロータマグネッ
ト３４の磁極がデッドポイントに位置してほとんど回動
しない場合とがある。

【００１７】正転始動した場合は、続く歩進駆動電流に
より順調に正方向に起動され、逆転始動した場合でも、
引き続いてステータコイル２２に通電される歩進駆動電
流はロータ３６を正転させる順序に通電されるものであ
るから、いずれ回転の向きが逆転して正方向に起動され
る。

【００１８】また、ほとんど回動しない場合は、第一歩
進パルス信号及び第二歩進パルス信号における中断時間
に対応して一旦歩進駆動電流の通電が中断された際に、
ステータに蓄積した電磁的エネルギが急放出されて機械
的エネルギに一部変換され、ロータ３６が幾分動く。そ
のためロータマグネット３４の磁極はデッドポイントを
免れ、再開後の歩進駆動電流によって、正転始動或は逆
転始動を経て最終的に正方向に確実に起動される。

【００１９】ロータ３６が確実に起動されるタイミング
において起動／検出切換回路５８から通電ロジック回路
５４へ切換え信号が出力され、通電ロジック回路５４は
入力元を磁極位置検知回路５０に切換える。ロータ３６
の回転によって磁極位置検知回路５０は磁極位置信号を
出力する。通電ロジック回路５４は、磁極位置信号を受
けて所定の向きにロータ３６を回転させる順序にステー
タコイル２２を励磁するための通電信号をパワートラン
ジスタ回路５６に供給する。これによってステータコイ
ル２２はロータマグネット３４の磁極位置に応じて励磁
され、軸流ファン装置は定常回転状態に移行する。

【００２０】なお、電機子磁極に、永久磁石又は巻線に
より一定のバイアス磁束を加えることにより、近接する
ロータマグネットの磁極の極性の如何により電機子磁極
のコアの磁束密度の変化率が変化するので、ロータマグ
ネットの磁極の極性によってステータコイルに誘起され
る逆起電圧の絶対値に差が生ずる。従って、この差を例
えば比較回路により一定の参照電圧と比較することによ
り、ロータマグネットの磁極の極性を検知することがで
きる。逆起電圧の絶対値は、例えば両波整流回路により
得ることができる。

【００２１】

【発明の効果】本発明のファン装置では、駆動手段によ
り歩進駆動電流が出力されることにより、ロータの界磁
磁極がデッドポイントにあって当初ほとんど回動しない
場合にも、中断手段による通電中断によりロータが動い
てデッドポイントを脱し起動することができるので、不
起動を検出して繰り返す場合に比し、低コストで確実な
起動が実現される。また非対称形状の電機子コアによる
コギングを利用してトルク発生可能位置にロータを停止
させる場合に比し、効率を良くして振動を低下させるこ
とができる。

【００２２】従って、ロータ停止時にも界磁磁極位置を
検出し得るホール素子等の位置検出器を排除することに
よって位置検出器の位置決め工程を省くと共に位置検出
器取り付けのミスや位置検出器自体の不良及び劣化の問
題を除去して製造効率を上げつつ、確実に始動し得、而
も効率の良い低振動のファン装置を比較的安価に提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】歩進駆動電流波形図である。

【図２】ファン装置の断面図である。

【図３】モータ駆動回路の概要を示すブロック図であ
る。

【図４】歩進信号回路図である。

【図５】歩進パルス信号波形図である。

【符合の説明】

２２ ステータコイル ３４ ロータマグネット ３６ ロータ ５０ 磁極位置検知回路 ５２ 歩進信号回路 ５４ 通電ロジック回路 ５６ パワートランジスタ回路 ５８ 起動／検出切換回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02P 6/00 H02P 8/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】モータ一体型のファン装置であって、永久
   磁石界磁手段を有するロータと、電機子コイルを有する
   ステータと、所定の向きにロータを回転させる順序に電
   機子コイルに通電する歩進駆動電流を出力し得る駆動手
   段と、起動時における前記歩進駆動電流の通電をロータ
   の起動の成否に拘らず所定時間中断する中断手段とを備
   えており、停止中のロータの界磁磁極位置を検知する手
   段を有さず、前記中断手段による歩進駆動電流の通電中
   断後、前記駆動手段による前記歩進駆動電流の通電が再
   開されることにより、ロータが確実に起動されることを
   特徴とするファン装置。