JP3713549B2 - ブラシレス直流モータ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動回路を内蔵して、その駆動回路により位相角制御を行うブラシレス直流モータに関する。
【0002】
【従来の技術】
図3は本発明の基礎となる構成の駆動回路内蔵型のブラシレス直流モータ(以下、モータ)11の電気的構成を示すブロック図であり、図4はモータ11の断面図である。
【0003】
以下、図3及び図4を併せて参照して、本発明の基礎となる構成のモータ11について説明する。
【0004】
図4において、駆動回路内蔵型のモータ11は、配線基板12と固定子13とをモールド樹脂14で覆つて形成されたモールドフレーム15と、このモールドフレーム15の内周に設けられた回転子16などを含んで構成されている。回転子16にはマグネット17が設けられている。
【0005】
また、配線基板12上には、回転子16に設けられたマグネット17から発生される磁気を検出して、回転子16の回転位置、及び回転数を検知するホールセンサ18が装備されている。
【0006】
また、例として3相巻線で構成されたモータ11において、ホールセンサ18は、3個のホールセンサ18が回転子16の外周近傍に120°毎に配置され、モータ11が適正なトルクを発生する位置に配置されている。
【0007】
図3において、配線基板12上にはモータ11を駆動するための電子回路部品が搭載され、駆動回路19を形成している。
【0008】
この駆動回路19は主に、IC(集積回路)よりなるロジック回路20と、スイッチングトランジスタ部21と、ダイオード部22とを含んだインバータ回路24で構成されている。そして、3相巻線23のそれぞれの端束は、トランジスタ部21のそれぞれのトランジスタ21a、及びダイオード部22のそれぞれのダイオード22aに接続されている。
【0009】
また、モータ11が過負荷となり、電流が過電流状態になることによる制御装置の破壊を防止するためにトランジスタ部21の下段のトランジスタ群を接地するまでの間に、例えば、1Ω〜0.5Ω程度の電流制限抵抗Rfが直列に接続されている。
【0010】
この駆動回路19では、外部から入力する速度指令電圧PGに対応してロジック回路20がインバータ回路24のスイッチングトランジスタ部21をONまたはOFFさせて巻線電流を供給する。また、回転子16の回転速度をホールセンサ18によって検出し、ロジック回路20が速度指令電圧PGに対応させてフィードバック制御を行っている。
【0011】
このようなモータ11のホールセンサ18の設置位置に関して、回転子16の反作用などの影響により、最適な設置位置は負荷電流などにより異なることが知られている。
【0012】
また、上述したモータ11において、ホールセンサ18の設置位置は、使用負荷に対応して、配線基板12上で最適な位置に予め設定されている。このため、負荷トルクの変動への対応が困難であるという不具合が生じる。これに対し、位相角が調整可能なモータ駆動用ICを内蔵するモータに関して、そのモータの使用負荷付近において、最適な位相角を定めるために、最適な位相角に対応した位相角設定電圧を、基準電圧を分圧して得るようにする位相角設定電圧発生回路が想定される。
【0013】
図7は、従来の位相角設定電圧発生回路25の回路図である。
【0014】
位相角設定電圧発生回路25は、ICの内部電源から得られる5Vや7.5Vの固定電圧Vccに抵抗R3とR4と直列に接続され、そのVccの分圧された分圧電圧を位相角調整用電圧として使用される。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような位相角設定電圧発生回路25であると、位相角調整用電圧が一定である。
【0016】
このため、モータ11の回転状態における位相角が、最適回転状態からずれた場合、位相角の進みすぎ、或いは遅れとなり、騒音を発生すると共に、効率が低下することが想定される。
【0017】
特に、空調機の室外機モータなどのように、ファン負荷トルクの場合、回転数とトルクとの間には図5で示されるように、2次曲線で示される関係がある。また、使用回転数域が多段階に設定されているファンモータの場合でも、各段階の回転数に対応する最適な位相角は1点である。従って、モータ11の使用回転数域全体から見ると、前記最適位相角以外の位相角の範囲では、効率と騒音状態とが劣化するという不具合が想定される。
【0018】
本発明は、このような課題を解決すべくなされたものであり、その目的は、動作品質を簡便な構成で向上することができるブラシレス直流モータを提供することである。
【0019】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、回転時の回転速度、及び、位相角を制御する駆動回路を有するブラシレス直流モータであって、前記駆動回路は、前記ブラシレス直流モータの回転速度を指令する速度指令電圧に対応する回転速度における最適動作条件を実現する位相角の最適位相角設定電圧を出力する最適位相角設定電圧発生回路を有し、前記最適位相角設定電圧発生回路は、抵抗値R1の抵抗素子と抵抗値R2の抵抗素子を直列に接続して構成される分圧回路であり、前記速度指令電圧を抵抗値R1の抵抗素子と抵抗値R2の抵抗素子によって分圧して、R2の抵抗素子にかかる電圧を最適位相角設定電圧として出力するものであり、最適位相角設定電圧を出力するものであり、R2/(R1+R2)の値が、最適位相角設定電圧と位相角との関係を示す近似直線L1と、前記位相角と前記速度指令電圧との関係を示す近似直線L2とを合成して示される速度指令電圧と最適位相角設定電圧の関係を示す近似直線L3の傾斜に相当する係数であることを特徴とするブラスレス直流モータである。
【0020】
【作 用】
本発明のブラシレス直流モータによれば、内蔵された駆動回路によって回転時の回転速度と位相角が制御される。速度指令が最適位相角設定電圧発生回路に入力されると、速度指令電圧に係数演算して最適位相角設定電圧を出力する。
【0021】
この最適位相角設定電圧は、速度指令電圧に対応する回転速度における予め定める最適動作条件を実現する位相角に対応するものである。
【0022】
従って、このような簡便な構成によって使用トルクに対応した最適な位相角を設定することができ、ブラシレス直流モータの効率の向上と低騒音化とを実現することができ、動作品質を向上することができる。
【0023】
【発明の実施の形態】
本発明におけるブラシレス直流モータ(以下、モータという)11を図1〜図6を用いて説明する。
【0024】
図1は、駆動回路19に備えられる本発明の一実施例の最適位相角設定電圧発生回路40のブロック図であり、図2は、最適位相角設定電圧発生回路40に含まれる係数回路41の構成例を示す回路図であり、図3は、本発明の基礎となる構成の駆動回路内蔵型のモータ11の電気的構成を示すブロック図であり、図4は、モータ11の断面図であり、図5はモータ11の回転数と負荷トルクの大きさとの関係を示すグラフであり、図6は、本実施例に従うモータ11の特性をそれぞれ示すグラフである。
【0025】
図3及び図4は本発明の基礎となる構成を示すものであり、既に説明されているので再度の説明を省略する。また、図3及び図4の説明に用いられた参照符号は、以下の説明でも用いられる。
【0026】
最適位相角設定電圧発生回路40は、速度指令電圧PGが入力されてそのまま出力される信号ライン42と、速度指令電圧PGが入力されて係数演算され、最適位相角設定電圧が出力される係数回路41とを含んで構成される。この係数回路41の一例として、図2に示されるように、速度指令電圧PGを接地電位との間で分圧する抵抗R1、R2の抵抗素子の直列回路を含んで構成される場合が含まれる。
【0027】
本実施例のモータ11が、例として空調機の室外機ファン駆動用に用いられる場合など、モータ11の負荷が、速度指令電圧PGを増大させると、ファンの回転数が増加し、負荷も増加するようなトルク特性を有する場合、ファンの回転数と負荷トルクの大きさとの間には、図5に示されるような2次曲線に従う関係があることが知られている。
【0028】
モータ11を駆動する際の位相角は、従来では負荷トルクに対応して設定されている。一方、本実施例では、予め、ファンの回転状態から最適な効率または低騒音状態を実現できる位相角を設定したときの位相角設定電圧PGを調査しておく。このような電圧を最適位相角設定電圧Vθとし、この最適位相角設定電圧Vθと、前記最適な効率または低騒音状態を実現できる位相角との関係から図6(1)に示されるような近似直線L1を決定する。
【0029】
この位相角を実現するために外部の制御機器から入力される速度指令電圧PGと、位相角との関係から図6(2)に示される近似直線L2を決定する。これら近似直線L1、L2を合成して、図6(3)に示される速度指令電圧と最適位相角設定電圧の関係を示す近似直線L3を作成する。この近似直線L3の傾斜に相当する係数を係数回路41が有するようにすれば、速度指令電圧PGから最適位相角設定電圧Vθを回路的に得ることができる。
【0030】
本実施例では、係数回路41は前述したように、抵抗R1、R2の分圧回路から構成されているので、速度指令電圧PGに対して得られる最適位相角設定電圧Vθを定める式
Vθ=PG×R2/(R1+R2) ・・・(1)
における係数
R2/(R1+R2) ・・・(2)
が、前述した図6(3)の近似直線L3の傾斜に相当するように、抵抗R1、R2の抵抗値が選ばれれば良い。
【0031】
この最適位相角設定電圧発生回路40から出力された最適位相角設定電圧Vθは、図3のロジック回路20に入力して、その最適位相角設定電圧Vθに対応した位相角に制御される。
【0032】
このようにして、本実施例によれば、モータ11の回転数と負荷トルクとに適合した位相角を設定することができ、モータ11の効率の向上と、低騒音化とを図ることができる。
【0033】
すなわち、速度指令電圧が変動すれば、それに対応して最適位相角設定電圧Vθが変動して、最適な位相角となる。
【0034】
また、本実施例によれば、所定の負荷トルクに対して設定された固定用位相角に対応する負荷とずれた負荷になった場合でも、そのずれた負荷に対して最適な効率或いは低騒音化を実現する位相角に対応する最適位相角設定電圧が、前記係数回路41から発生されるので、種々に変動する実際の使用条件下でも、モータ11の効率の向上及び低騒音化を図ることができる。
【0035】
また、本実施例では、前記係数回路41を抵抗R1、R2から構成したので、新たに部品を追加する必要がなく、具体的には、図7で示されるような固定された最適位相角設定電圧Vθを発生するために使用される抵抗素子の配置を変更することで実現することができ、構成の簡便化を図ることができる。
【0036】
また、モータ11に連結されるファンなどの負荷が変更された場合には、そのファン負荷トルクに対応した抵抗値の抵抗R1、R2の組合せを変更するだけで対応することができる。
【0037】
【発明の効果】
請求項1の発明によれば、速度指令電圧が最適位相角設定電圧発生回路に入力されると、速度指令電圧を変換して最適位相角設定電圧を出力するようにした。これにより、係数手段のような簡便な構成によって使用トルクに対応した最適な位相角を設定することができ、ブラシレス直流モータの効率の向上と低騒音化とを実現することができ、動作品質を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 駆動回路に備えられる本発明の一実施例の最適位相角設定電圧発生回路のブロック図である。
【図2】 最適位相角設定電圧発生回路に含まれる係数回路の構成例を示す回路図である。
【図3】 本発明の基礎となる構成の駆動回路内蔵型のブラシレス直流モータの電気的構成を示すブロック図である。
【図4】 モータの断面図である。
【図5】 モータの回転数と負荷トルクの大きさとの関係を示すグラフである。
【図6】 本実施例に従うモータの特性をそれぞれ示すグラフである。
【図7】 位相角設定電圧発生回路25の回路図である。
【符号の説明】
11 ブラシレス直流モータ
12 配線基板
16 回転子
18 ホールセンサ
19 駆動回路
40 最適位相角設定電圧発生回路
41 係数回路
R1、R2 抵抗
Claims (1)
- 回転時の回転速度、及び、位相角を制御する駆動回路を有するブラシレス直流モータであって、
前記駆動回路は、
前記ブラシレス直流モータの回転速度を指令する速度指令電圧に対応する回転速度における最適動作条件を実現する位相角の最適位相角設定電圧を出力する最適位相角設定電圧発生回路を有し、
前記最適位相角設定電圧発生回路は、
抵抗値R1の抵抗素子と抵抗値R2の抵抗素子を直列に接続して構成される分圧回路であり、
前記速度指令電圧を抵抗値R1の抵抗素子と抵抗値R2の抵抗素子によって分圧して、R2の抵抗素子にかかる電圧を最適位相角設定電圧として出力するものであり、
R2/(R1+R2)の値が、最適位相角設定電圧と位相角との関係を示す近似直線L1と、前記位相角と前記速度指令電圧との関係を示す近似直線L2とを合成して示される速度指令電圧と最適位相角設定電圧の関係を示す近似直線L3の傾斜に相当する係数である
ことを特徴とするブラシレス直流モータ。
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