JP5173987B2 - ブラシレスdcモーター駆動回路並びにブラシレスdcモーター並びに機器 - Google Patents
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Description
前記の標準化を図るための手段として、ブラシレスDCモーター駆動回路のブラシレスDCモーター筐体への内蔵といった方法も考えられるが、ブラシレスDCモーター本体とブラシレスDCモーター駆動回路を合わせた全体のサイズを従来の誘導電動機のそれとほぼ同一にする必要がある。このため駆動回路に対しても省スペースが求められる。さらに誘導電動機ではトルクリップルが少ないため、モーターシャフトとファンなどの負荷装置やモーター本体と負荷筐体との機械的接続にあたり防振ゴムなどの緩衝材料が不要な構造となっている。
これに対して誘導電動機とほぼ同一の出力を持つブラシレスDCモーターではトルクリップルが大きいため、モーターシャフトとファンなどの負荷装置やモーター本体と負荷筐体と機械的結合をとった場合、大きな騒音を発生する。そのため静音性能が求められる換気扇や空調機では誘導電動機と共通の負荷とブラシレスDCモーターとの機械的な接続ができず、専用設計のパーツおよび筐体を用いる必要がある。
さらに、フィルタ処理にてノイズを除去した場合、電圧変動の高次の周波数成分についても除去され、誤差が大きくなるといった課題がある。
負荷装置の固有振動数が電源電圧周波数の高次にある場合、前記の誤差の影響で大きな騒音を発生するといった課題がある。
また前記の電圧変動を直接低減する手段として整流回路の電解コンデンサーの容量を大きくするといった方法も考えられるが、ほぼ同一の出力を持つ100Φ以下の標準誘導電動機と同一のサイズにブラシレスDCモーターとその駆動回路を収めようとした場合、サイズの大きな電解コンデンサーの容量を大きくすることは難しい。また電解コンデンサーは周囲温度ストレスと経年劣化により容量低減が発生するので、電圧変動が時間の経過に伴って大きくなって行くといった課題もある。
なお、上記において、低圧の制御回路のスイッチングとは、後述のPWM信号生成部の回路で行われるスイッチングである。
図1は、本発明の実施の形態1におけるブラシレスDCモーター駆動回路を含む全体回路図である。図1に示すように、ブラシレスDCモーター駆動回路100は、商用電源1と、整流回路2と、ブラシレスDCモーター3のローターの回転角度(位置)を検知する磁極位置センサー4と、インバーター主回路5と、ローター位置検出部7と直流電圧検出部8と、出力電圧演算部9と、PWM信号生成部10と主素子駆動回路11とから構成されている。整流回路2は商用電源1からの交流電圧を直流電圧に変換するものであり、磁極位置センサー4はブラシレスDCモーター3のローターの磁極位置(回転角度)に対応する電気信号を発生するものである。また、インバーター主回路5は、IGBTを用いたインバーター主素子5a〜5fと、ダイオード6a〜6fとから構成されている。また、ローター位置検出部7は磁極位置センサー4からの電気信号を処理しローター位置情報に変換するものであり、直流電圧検出部8は分圧抵抗8aと8bによる分圧回路にて高圧直流電圧を低圧化した電気信号をサンプリングし保持するものであり、出力電圧演算部9はモーター外部より与えられる目標回転数指令N*とローター位置検出部7からのローター位置情報からブラシレスDCモーター3に加えるべき最適な出力電圧を演算し出力するものである。また、PWM信号生成部10は出力電圧演算部9より与えられる出力電圧となるようなPWM信号を発生するものであり、主素子駆動回路11はPWM信号生成部10より与えられたPWM信号をもとにIGBTを駆動するものである。
なお、本図ではリードフレームを折り曲げてパッケージを横向きにしているが、立てて実装しても良い。
本実施の形態では、リップル補正を行うことでコンデンサーの経年劣化に対しても低騒音を維持できる。
本実施の形態では直流電圧リップルに起因するモーターのトルクリップルを低減したため、このような集中巻きステーター24に対し特に騒音低減効果が高い。
本実施の形態ではこれらを用いないため、騒音の経年や周囲温度変化による悪化が発生しない。
Claims (10)
- 商用電源を整流し高圧直流電圧を発生する整流回路と、
前記高圧直流電圧に直接接続され、ブラシレスDCモーターを駆動するインバーター主回路と、
前記高圧直流電圧を分圧して低圧化する分圧回路と、
この分圧回路によって分圧された低圧電圧をサンプリングしてディジタル化する直流電圧検出部と、
前記ブラシレスDCモーターのローターの磁極位置を検出して検知信号を発する磁極位置センサーと、
この磁極位置センサーの出力を前記ローターの位置情報に変換するローター位置検出部と、
このローター位置検出部の出力に基づいて電圧指令を出力する出力電圧演算部と、
この出力電圧演算部の出力と、前記直流電圧検出部の出力に基づいて前記インバーター主回路を駆動するPWM信号を生成するとともに、ディジタル化された電圧情報に基づき前記インバーター主回路のPWMデューティーを補正するPWM信号生成部と、を備え、
前記整流回路、前記インバーター主回路、前記分圧回路、前記直流電圧検出部、前記磁極位置センサー、前記ローター位置検出部、前記出力電圧演算部、および前記PWM信号生成部は、前記ブラシレスDCモーターの本体を収納するブラシレスDCモーター筐体に収納され、
前記ブラシレスDCモーター筐体は、前記ブラシレスDCモーターの出力とほぼ同一の出力を持つ誘導電動機を収納する筐体と形状及びサイズがほぼ同じであり、
前記サンプリングのタイミングは、
前記PWM信号生成部が出力するPWM信号に同期し、前記PWM信号の変化タイミングと、前記インバーター主回路のスイッチングタイミングとに干渉しない
ことを特徴とするブラシレスDCモーター駆動回路。 - 前記PWMの方式が鋸波変調であることを特徴とする請求項1に記載のブラシレスDCモーター駆動回路。
- 前記PWMの方式が三角波変調であることを特徴とする請求項1に記載のブラシレスDCモーター駆動回路。
- 前記整流回路、前記インバーター主回路、前記分圧回路、前記直流電圧検出部、前記磁極位置センサー、前記ローター位置検出部、前記出力電圧演算部、および前記PWM信号生成部は一枚のプリント基板上に実装されることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のブラシレスDCモーター駆動回路。
- 請求項1または請求項2に記載のブラシレスDCモーター駆動回路、ローターとステーターから成るブラシレスDCモーター本体、および前記ブラシレスDCモーター駆動回路と前記ブラシレスDCモーター本体とを収納する筐体を備えたことを特徴とするブラシレスDCモーター。
- 前記ローターのシャフトが負荷の筐体と直接接続されることを特徴とする請求項5に記載のブラシレスDCモーター。
- 前記整流回路と商用電源の間を接続するノイズフィルターを備え、前記ノイズフィルターのアースが外部のアースに電気的に接続されることを特徴とする請求項5または請求項6に記載のブラシレスDCモーター。
- 前記筐体の外郭が金属で構成されることを特徴とする請求項5〜7のいずれかに記載のブラシレスDCモーター。
- 前記ステーターの外形がΦ100以下であることを特徴とする請求項5〜8のいずれかに記載のブラシレスDCモーター。
- 前記請求項5〜9のいずれかに記載のブラシレスDCモーターを搭載することを特徴とする機器。
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