JP7056584B2 - モータ制御装置、ブラシレスモータ、送風装置及びモータ制御方法 - Google Patents
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Description
以下に本開示の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。図1は、本開示にかかるブラシレスモータの一例の断面図である。図2は、図1に示すブラシレスモータの概略図である。なお、以下の説明では、シャフトの中心を中心軸とし、シャフトは中心軸周りに回転するものとする。そして、中心軸に沿う方向を軸方向とし、中心軸と直交する方向を径方向とし、中心軸を中心とする円の円周方向を周方向として説明する。また、ロータの回転方向については、ブラシレスモータの上面から見た方向において、図2に示すブラシレスモータを基準として、時計回り方向(CW方向)、反時計回り方向(CCW方向)を定義する。
図1に示すように、本実施形態にかかるブラシレスモータAは、ステータ1と、ケーシング2と、ロータ3と、シャフト4と、軸受5と、軸受収納部材6とを有する。ステータ1は、ケーシング2に覆われる。ロータ3には、シャフト4が、取り付けられる。そして、シャフト4が、2個の軸受5を介して、ケーシング2に支持される。ロータ3は、環状のマグネット34を備え、ステータ1の外部に配置される。すなわち、本実施形態にかかるブラシレスモータAは、ステータ1の外側にロータ3が取り付けられたアウターロータ型のDCブラシレスモータである。なお、本開示は、インナーロータ型のDCブラシレスモータにも適用可能である。以下では、アウターロータ型のDCブラシレスモータについて例示する。
ステータ1は、ステータコア11と、インシュレータ12と、コイル13とを有する。ステータコア11は、複数枚の鋼板(電磁鋼板)を軸方向に積層した構成を有する。すなわち、ステータコア11は、導電性を有する。なお、ステータコア11は、電磁鋼板を積層した構造に限定されず、単一の部材であってもよい。ステータコア11の製造方法としては、鍛造又は鋳造を挙げることができるが、これらに限定されない。ステータコア11はコアバック111と、ティース112とを備える。コアバック111は、軸方向に延びる円筒形である。ティース112は、コアバック111の外周面から径方向外側に突出する。図2に示すようにステータコア11は、9個のティース112を備える。ティース112は、周方向に等間隔に配列される。すなわち、本実施形態のブラシレスモータAにおいて、ステータ1は、9スロットである。
ケーシング2は樹脂製であり、少なくとも露出部を露出させてステータ1を覆う。ケーシング2は、樹脂のモールド成型体である。すなわち、ケーシング2は、コイル13等の電気配線に水が付着することを防ぐ。また、ケーシング2は、ブラシレスモータAの筐体でもある。そのため、ケーシング2は、ブラシレスモータAが用いられる機器のフレーム等への固定に、用いられることができる。そのため、ケーシング2のモールド成型には、ブラシレスモータAを保持することができる強度を有する樹脂が用いられる。なお、ケーシング2はモールド成型体に限らず、樹脂製または金属製のベース部材にステータ1が配置されていてもよい。つまり、ステータ1が非モールドの状態であってもよい。
図2に示すように、軸受5は、外輪51と、内輪52と、複数のボール53とを備えた、転がり軸受である。軸受5の外輪51は、軸受収納部材6の筒状部61の内面に固定される。また、内輪52は、シャフト4に固定される。
シャフト4は、軸方向に延びる円柱形状である。また、シャフト4は、軸受収納部6を介してケーシング2に取り付けられた2個の軸受5の内輪52に固定される。すなわち、シャフト4は、2個の軸受5に軸方向に離れた2箇所で回転可能に支持される。
図1に示すように、ロータ3は、内筒31と、外筒32と、連結部33と、マグネット34とを備える。内筒31および外筒32は、軸方向に延びる円筒形である。内筒31および外筒32は、中心線が一致する。内筒31の内周面にシャフト4が固定される。内筒31の軸方向一方側の端部は、軸受5と接触する。また、内筒31の軸方向他方側の端部には、軸止め輪42が接触する。
ブラシレスモータAのU相コイル13u、V相コイル13v及びW相コイル13wに所定の順序及び所定の方向で通電することで、各コイル13に磁界が発生する。そして、各コイル13u、13v、13wに発生する磁界は、通電の有無及び通電方向によって、発生する磁界が変化する。各コイル13u、13v、13wで発生する磁界と、マグネット34の磁界とが吸引反発することで、ロータ3に周方向の力が発生する。これにより、ロータ3およびシャフト4が、ケーシング2およびステータ1に対して、回転する。
通電パターンについて図面を参照して説明する。図4は、第1動作モードにおけるスイッチング回路の入力信号と通電パターンとを示す図である。第1動作モードM1は、ロータが予め決められた回転速度以上の一定の回転速度で回転する(定常回転とする)ときに実行されるモードである。また、図4に示すタイミングチャートは、ロータ3を定常回転させており、第1動作モードとする。図4において、上から順に第1スイッチング素子Q1~第6スイッチング素子Q6への入力信号を示す。すなわち、信号がHにあるときには、スイッチング素子はONである。
図5は、第1停止位置で停止したブラシレスモータを示す図である。図6は、第2停止位置で停止したブラシレスモータを示す図である。図7は、第3停止位置で停止したブラシレスモータを示す図である。図8は、第4停止位置で停止したブラシレスモータを示す図である。図9は、第5停止位置で停止したブラシレスモータを示す図である。図10は、第6停止位置で停止したブラシレスモータを示す図である。
図1、図2に示すように、ブラシレスモータAでは、磁性鋼板のステータコア11のティース112にコイル13u、13v及び13wが巻きつけられる。そして、コイル13u、13v及び13wへの電流の供給によって、ロータ3が回転する。このとき、コイル13u、13v及び13wはジュール熱で昇温するとともに、コイル13u、13v及び13wの誘導加熱によってステータコア11も昇温される。ブラシレスモータAでは、温度上昇によってマグネット34の磁気特性が変化して、回転特性が低下する虞がある。また、ブラシレスモータAでは、制御部84、スイッチング回路85等の昇温によって故障、破損等しやすい電子部品が近隣に配置される場合がある。
本開示にかかるブラシレスモータの他の例について図面を参照して説明する。図14は、本開示にかかるブラシレスモータの動作を示すタイミングチャートである。本実施形態におけるブラシレスモータA及びモータ制御装置8の構成は、第1実施形態と同じである。そのため、詳細な構成についての説明は省略する。また、ブラシレスモータA及び制御部8の各構成は、第1実施形態に準ずるものとする。図14において、上段は電源Pwから電流供給部82に印加される電圧Vnの時間変化を示す。下段は電流供給部82の動作モードを示す。
開示にかかるブラシレスモータの他の例について図面を参照して説明する。図15は、本開示にかかるブラシレスモータの動作を示すタイミングチャートである。本実施形態におけるブラシレスモータA及びモータ制御装置8の構成は、第1実施形態と同じである。そのため、詳細な構成についての説明は省略する。図15において、上段は通電期間T1の時間変動を示す。下段は電流供給部82の動作モードを示す。
本開示にかかるブラシレスモータを用いた機器の一例である送風装置について、図面を参照して説明する。図16は本開示にかかる送風装置の一例の要部を拡大した断面図である。図16は、ブラシレスモータAが取り付けられる部分を拡大した断面図を示す。
Claims (10)
- 磁極を有するマグネットを含むロータと、
複数相のコイルを含むステータと、
を備えたブラシレスモータの回転を制御するモータ制御装置であって、
前記複数相のコイルから通電するコイルを指定する通電パターンを決定する通電パターン決定部と、
前記通電パターンの決定から次の通電パターンの決定までの時間を通電期間として、前記通電期間に前記通電パターンによって決められたコイルに電流を供給する電流供給部と、
を備え、
前記電流供給部は、
前記通電期間に電流を供給する供給期間のみである第1動作モードと、
前記通電期間に前記供給期間と電流の供給を停止する停止期間とを含む第2動作モードと、を備えることを特徴とするモータ制御装置。 - 前記第2動作モードにおける前記供給期間の前記通電期間に対する割合は、前記通電期間に供給される電流の総和が、前記ロータの回転に必要な電流の総和の最小値よりも大きくなる割合である請求項1に記載のモータ制御装置。
- 前記電流供給部は、前記通電期間の長さが予め決められた長さよりも長いときには、前記第1動作モードで動作し、前記通電期間の長さが予め決められた長さ以下になったときに、前記第2動作モードでの動作に切り替わる請求項1又は請求項2に記載のモータ制御装置。
- 前記電流供給部は、外部から供給される電圧が予め決められた電圧よりも小さいときには前記第1動作モードで動作し、外部から供給される電圧が予め決められた電圧以上になったときに前記第2動作モードでの動作に切り替わる請求項1から請求項3のいずれかに記載のモータ制御装置。
- 中心軸に沿って延びるシャフトおよび磁極を有するマグネットを備えたロータと、
前記シャフトの径方向に位置し、複数相のコイルのそれぞれを前記ロータと対向させて保持するステータと、
請求項1から請求項4のいずれかに記載のモータ制御装置と、を備えたブラシレスモータ。 - 請求項5に記載のブラシレスモータと、
前記シャフトに取り付けられて前記シャフトと共に回転する羽根車と、を備えた送風装置。 - 磁極を有するマグネットを含むロータと、
複数相のコイルを含むステータと、
を備えたブラシレスモータの回転を制御するモータ制御方法であって、
前記複数相のコイルから通電するコイルを指定する通電パターンを決定し、前記通電パターンの決定から次の通電パターンの決定までの時間を通電期間として、前記通電パターンによって決められたコイルに電流を供給し、
前記コイルへの電流の供給は、
前記通電期間に電流の供給を行う供給期間のみを含む第1動作モードと、
前記通電期間に前記供給期間と電流の供給を停止する停止する停止期間とを含む第2動作モードと、を備えた複数の動作モードを用いて実行されることを特徴とするモータ制御方法。 - 前記第2動作モードにおける前記供給期間の前記通電期間に対する割合は、前記通電期間に供給される電流の総和が、前記ロータの回転に必要な電流の総和の最小値よりも大きくなる割合である請求項7に記載のモータ制御方法。
- 前記通電期間の長さが予め決められた長さよりも長いときには、前記第1動作モードで動作し、前記通電期間の長さが予め決められた長さ以下になったときに、前記第2動作モードでの動作に切り替わる請求項7又は請求項8に記載のモータ制御方法。
- 外部から供給される電圧が予め決められた電圧よりも小さいときには前記第1動作モードで動作し、外部の電力源から供給される電圧が予め決められた電圧以上になったときに前記第2動作モードでの動作に切り替わる請求項7から請求項9のいずれかに記載のモータ制御方法。
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