JPWO2017199302A1 - 電動機駆動装置、電動機及び空気調和機 - Google Patents

Abstract

電動機は、固定子、固定子に対して回転可能に設けられた回転子、並びに固定子に駆動電圧を印加するパワーＩＣ及びパワーＩＣを制御するためのＰＷＭ信号を生成する制御ＩＣを有する駆動回路基板を備える。制御ＩＣによって生成されるＰＷＭ信号は擬似正弦波を用いて生成され、擬似正弦波は一次関数と二次関数を用いて生成される。

Description

本発明は、回路部品が実装された基板を備えた電動機、当該電動機を駆動する電動機駆動装置、及び当該電動機を備えた空気調和機に関する。

空気調和機の室内機又は室外機に搭載される送風機を駆動する電動機として、下記特許文献１には、ホールＩＣ、インバータＩＣ、及びインバータＩＣのスイッチング素子をパルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：以下「ＰＷＭ」と表記）するための制御手段であるマイコンを搭載した駆動回路基板を有する構成が開示されている。インバータＩＣのスイッチング素子をＰＷＭ制御するには正弦波信号が必要である。電動機の制御をマイコンで実現する場合、従来の空気調和機では、正弦波信号の値をテーブルデータとして読み出して専用メモリ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ：以下「ＲＯＭ」と表記）に記憶している。

特開２０１４−２３０３６３号公報

上述の通り、従来技術では、電動機の制御をマイコンで実現する場合、正弦波信号の値をテーブルデータとしてＲＯＭに記憶しておく必要がある。この場合、多くのＲＯＭ容量が必要となり、コストが増加し、サイズが増大するという課題がある。電動機の制御を専用のＩＣ（以下「制御ＩＣ」と称する）で実現する場合も同様のテーブルデータが必要であり、同種の課題が生ずる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ＰＷＭ信号の生成に必要な信号値を保持するテーブルのサイズを小さくして、コストの増加及びサイズの増大を抑制することができる電動機及び空気調和機を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明に係る電動機駆動装置は、電動機に駆動電圧を印加する駆動素子及び駆動素子を制御するためのＰＷＭ信号を生成する制御素子を備える。制御素子は、一次関数と二次関数を用いた波形を用いてＰＷＭ信号を生成する。

本発明によれば、ＰＷＭ信号の生成に必要な信号値を保持するテーブルのサイズを小さくすることができ、コストの増加及びサイズの増大を抑制することができるという効果を奏する。

実施の形態に係る電動機の断面図 実施の形態に係る電動機を搭載した空気調和機を示す外観図 実施の形態の駆動回路基板に配置される回路部品を反負荷側から視認した場合の平面図 実施の形態の駆動回路基板に配置される回路部品を負荷側から視認した場合の平面図 実施の形態の駆動回路基板におけるパワーＩＣが搭載される部位の部分断面図 実施の形態の駆動回路部品の電気的な接続関係を示すブロック図 実施の形態のパワーＩＣの内部の構成を示す回路図 実施の形態における制御ＩＣの内部の構成を示すブロック図 図８に示す擬似正弦波生成部の内部の構成を示すブロック図 擬似正弦波の波形の形状を説明する図 擬似正弦波を使用した場合の高調波含有率の変化を示すグラフ 図９に示す二次関数値算出部の内部の構成を示すブロック図 カウンタ出力を用いて二次関数値を生成する際の生成手法を説明する図 実施の形態に係る電動機の他の例を示す側面断面図 図１４に示す駆動回路基板に配置される回路部品を反負荷側から視認した場合の平面図 図１４に示す駆動回路基板に配置される回路部品を負荷側から視認した場合の平面図 電動機を駆動する駆動回路部品が電動機に内蔵されない場合の一例を示す図

以下に、本発明の実施の形態に係る電動機駆動装置、電動機及び空気調和機を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により、本発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１は、本実施の形態に係る電動機の断面図である。図２は、本実施の形態に係る電動機を搭載した空気調和機を示す外観図である。

図２に示される空気調和機３００は、室内機３００ａと室内機３００ａに接続される室外機３００ｂとを備える。室内機３００ａには図示を省略した室内機用ファンが搭載され、室外機３００ｂには室外機用のファン３１０が搭載されている。これらのファンの駆動源には、図１に示す電動機１００が用いられる。なお、図２では、本実施の形態に係る電動機の応用例として空気調和機を例示したが、空気調和機に限定されるものではなく、送風機、換気扇、工作機械などを初めとする種々の電動機器に適用することができる。

次に、本実施の形態に係る電動機１００の構成について説明する。電動機１００は、図１に示すように、主たる構成部として、モールド固定子１、回転子組立部１８及びブラケット２５を有して構成される。電動機１００としては、インバータで駆動されるブラシレスＤＣモータが例示される。

回転子組立部１８の中心部には、電動機１００の回転軸となるシャフト１０が貫通している。電動機１００のシャフト１０には、電動機１００の負荷が搭載される。図２に示す空気調和機であれば、室内機用のファンあるいは室外機用のファン３１０が負荷として搭載される。

モールド固定子１は、シャフト１０を中心とする円筒状に形成され、固定子組立部３とモールド樹脂が充填されたモールド樹脂部２とから構成されている。

固定子組立部３は、電動機１００の構成要素のうち、固定子５と駆動回路基板４とコネクタ６とが一体に成形された部位である。駆動回路基板４には、面実装部品であるホールＩＣ２１、パワーＩＣ２２及び制御ＩＣ２３が搭載されている。以後、駆動回路基板４に搭載される回路部品を適宜「駆動回路部品」と称する。駆動回路基板４は、モールド樹脂で固定子５と一体に封止されている。これにより、駆動回路基板４に搭載されるパワーＩＣ２２の放熱性が向上し、パワーＩＣ２２の最大出力が向上する。また、パワーＩＣ２２の放熱性が向上することで、電動機１００の損失が低減される。ただし、駆動回路基板４等は強度的に弱い構造であるため低圧成形が望ましく、駆動回路基板４と固定子５を一体に成形するためのモールド樹脂部２に用いるモールド樹脂としては、不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂が好適である。なお、駆動回路部品の詳細については後述する。

モールド樹脂部２は、電動機１００の外郭を構成すると共に、モールド固定子１の基板側面にてハウジング１９を構成する。ハウジング１９は、負荷側軸受１６の外輪を取り囲んで支持する。

モールド樹脂部２には、ファン等の負荷が搭載される側（以下「負荷側」と称する）とは反対側（図１の右手側、以下「反負荷側」と称する）に設けられた開口部２９からモールド固定子１内部へ回転子組立部１８を収容可能に形成されたすり鉢状の凹部２６が設けられている。なお、開口部２９は、図１において、ブラケット２５が設けられている部分である。ブラケット２５は、例えば導電性の金属をプレス加工して製造される。

固定子５は、巻線７、固定子鉄心８及びインシュレータ９で構成され、固定子鉄心８は、厚さが０．１〜０．７ｍｍ程度の電磁鋼板が帯状に打ち抜かれ、かしめ、溶接及び接着等で積層され製作される。この帯状の固定子鉄心８は、図示を省略した複数個のティースを備え、ティースにはインシュレータ９が施される。インシュレータ９は、例えば、ポリブチレンテレフタレート（ＰｏｌｙＢｕｔｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ：以下「ＰＢＴ」と表記）等の熱可塑性樹脂を用いて固定子鉄心８と一体に又は別体で成形される。インシュレータ９が施されたティースには、集中巻の巻線７が巻回される。複数個の集中巻の巻線７を接続すると、例えば、三相のシングルＹ結線の巻線が形成される。但し、分布巻でもよい。

回転子組立部１８は、電動機１００の構成要素のうち、回転子１５、負荷側軸受１６及び反負荷側軸受１７が組み合わされた部位である。

回転子１５は、シャフト１０と、シャフト１０の外周部に設けられた円環状の回転子絶縁部１２と、回転子絶縁部１２の外周側に周設され固定子鉄心８と対向して配設された永久磁石である回転子磁石１３と、シャフト１０の軸線方向において、回転子磁石１３と駆動回路基板４との間に設けられる位置検出用磁石１１とを有して構成されている。

回転子１５は、シャフト１０を中心に回転自在であり、固定子鉄心８からの回転磁界によって回転力を得てシャフト１０にトルクを伝達し、シャフト１０に直接又は間接的に接続された負荷を駆動する。

回転子絶縁部１２は、シャフト１０と回転子磁石１３とを絶縁すると共に、シャフト１０と固定子鉄心８とを絶縁するために設けられる。回転子磁石１３、シャフト１０及び位置検出用磁石１１は、縦型成形機により射出された回転子絶縁部１２で一体的に形成される。回転子絶縁部１２には、熱可塑性樹脂が用いられる。熱可塑性樹脂としては、ＰＢＴ及びポリフェニレンサルファイド（ＰｏｌｙＰｈｅｎｙｌｅｎｅ Ｓｕｌｆｉｄｅ：以下「ＰＰＳ」と表記）が例示されるが、これらＰＢＴ又はＰＰＳにガラス充填剤を配合したものも好適である。回転子絶縁部１２は、誘電体層を構成する。

回転子磁石１３には、熱可塑性樹脂に磁性材を混合して成形された樹脂磁石、希土類磁石、又はフェライト焼結磁石が使用される。希土類磁石としては、ネオジム又はサマリウム鉄が例示される。

シャフト１０の軸線方向において、シャフト１０の負荷側（図１の左側）には負荷側軸受１６が取り付けられ、反負荷側（図１の右側）には反負荷側軸受１７が取り付けられている。シャフト１０は、これら負荷側軸受１６及び反負荷側軸受１７によって回転自在に支持される。

負荷側軸受１６は、例えば玉軸受けであり、シャフト１０と一体的に回転する内輪１６ａと、ハウジング１９の内周面に嵌め込まれる外輪１６ｂと、これらの内外輪間に配置された複数個の転動体１６ｃと、転動体１６ｃを潤滑に転動させるための潤滑油（図示省略）と、潤滑油を封入するためのシール板（図示省略）とを備えて構成されている。内輪１６ａ、外輪１６ｂ、転動体１６ｃ及びシール板は、一般に鉄などの導体性の金属で構成される。シール板は外輪１６ｂに固定されており、外輪１６ｂと共に回転する。なお、シール板は外輪１６ｂとは電気的に接続されている一方で、内輪１６ａとは接触していない。

反負荷側軸受１７も負荷側軸受１６と同様に構成される。反負荷側軸受１７の構成要素も負荷側軸受１６の構成要素と同一もしくは同等であり、詳細な説明は省略する。

回転子組立部１８がモールド固定子１の開口部２９から凹部２６へ挿入された際、シャフト１０に取り付けられた負荷側軸受１６がハウジング１９に組み込まれる。そして、負荷側軸受１６側のシャフト１０の一端はハウジング１９を貫通し、このシャフト１０には上述したファン等が取り付けられる。一方、シャフト１０の他端には反負荷側軸受１７が取り付けられており、ブラケット２５がモールド樹脂部２の内周部へ圧入され開口部２９を塞ぐようにして嵌め込まれる際、このブラケット２５の内側に反負荷側軸受１７が組み込まれる。

駆動回路基板４には、シャフト１０及び負荷側軸受１６を貫通する貫通孔８ａが形成されている。貫通孔８ａが形成された駆動回路基板４は、インシュレータ９に保持される。駆動回路基板４は、シャフト１０の軸線方向において負荷側軸受１６と巻線７との間に配設され、軸線方向に対して垂直に配置される。なお、ここでいう垂直とは、シャフト１０の軸線方向に対して９０度である必要はなく、９０度からずれていてもよい。

つぎに、駆動回路基板４に搭載される駆動回路部品の詳細について、図３から図７の図面を参照して説明する。図３は、図１に示す駆動回路基板４に配置される回路部品を反負荷側から視認した場合の平面図であり、図４は、同じ駆動回路基板４に配置される回路部品を負荷側から視認した場合の平面図である。図５は、駆動回路基板４におけるパワーＩＣ２２が搭載される部位の部分断面図である。図６は、駆動回路部品の電気的な接続関係を示すブロック図である。図７は、パワーＩＣ２２の内部の構成を示す回路図である。

図３に示すように、駆動回路基板４の反負荷側、すなわち固定子５側には、ホールＩＣ２１、パワーＩＣ２２及び制御ＩＣ２３が搭載されている。ホールＩＣ２１は、回転子１５の回転位置を検出するための磁極位置センサであり、ホール素子などが代表的である。制御ＩＣ２３は、ホールＩＣ２１の検出情報に基づいてパワーＩＣ２２をＰＷＭ制御するためのＰＷＭ信号を生成する制御素子である。パワーＩＣ２２は、固定子５の巻線７に駆動電圧を印加する駆動素子であり、図５に示すように第１の放熱パターンである放熱パターン３０を介して駆動回路基板４に搭載されている。なお、図３に示すパワーＩＣ２２は、面実装タイプであり、ホールＩＣ２１及び制御ＩＣ２３と共に、片面リフロー工程にて実装可能である。また、パワーＩＣ２２と制御ＩＣ２３とは駆動ＩＣとして一体的に形成することも可能である。

駆動回路基板４の負荷側には、図４に示すように、パワーＩＣ２２で発生した熱を放熱するための第２の放熱パターンである放熱パターン３２が設けられている。パワーＩＣ２２と放熱パターン３２とは、図５に示すように、パワーＩＣ２２で発生した熱を伝え易くするために熱伝導率の高い金属で形成された放熱パターン３０及び熱伝導率の高い金属が注入されたスルーホール３４を介して接続されている。熱伝導率の高い金属としては、銅又は銀などが例示される。なお、図３から図５に示すコネクタ６、ホールＩＣ２１、パワーＩＣ２２及び制御ＩＣ２３の配置位置は一例であり、他の配置も許容されることは言うまでもない。

駆動回路基板４に搭載されたホールＩＣ２１、パワーＩＣ２２及び制御ＩＣ２３は、図６のように接続されて電動機１００を駆動する。より詳細に説明すると、ホールＩＣ２１が検出した回転子１５の位置情報を含む信号である磁極位置信号は、制御ＩＣ２３に入力される。制御ＩＣ２３には、回転子１５の回転速度を指令するための回転数指令（「回転速度指令」とも称される）も付与される。制御ＩＣ２３は、ホールＩＣ２１からの磁極位置信号及び外部からの回転数指令に基づいて、パワーＩＣ２２を制御するためのＰＷＭ信号を生成してパワーＩＣ２２に付与する。

パワーＩＣ２２は、図７に示すように、インバータ回路１１４及びアーム駆動回路１１６を含んで構成される。インバータ回路１１４は、電動機１００における三相の巻線７（図１参照）を駆動する３対の上下アームのスイッチング素子１１４ａ〜１１４ｆがブリッジ接続されて構成される。スイッチング素子１１４ａ〜１１４ｆのうち、スイッチング素子１１４ａ，１１４ｄはＵ相の上下アームを構成し、スイッチング素子１１４ｂ，１１４ｅはＶ相の上下アームを構成し、スイッチング素子１１４ｃ，１１４ｆはＷ相の上下アームを構成する。

上下アームのスイッチング素子同士の接続点は交流端として引き出され固定子に接続される。一方、上アーム同士の接続点と下アーム同士の接続点は直流端として引き出され整流回路１１２に接続される。整流回路１１２は、商用電源１１０の交流電圧を直流電圧に変換してインバータ回路１１４に印加する。制御ＩＣ２３は、上下アームのスイッチング素子１１４ａ〜１１４ｆをＰＷＭ駆動するためのＰＷＭ信号を生成してアーム駆動回路１１６に出力する。アーム駆動回路１１６には、上アームのスイッチング素子１１４ａ〜１１４ｃを駆動する上アーム駆動回路１１６ａと、下アームのスイッチング素子１１４ｄ〜１１４ｆを駆動する下アーム駆動回路１１６ｂとが設けられている。上アーム駆動回路１１６ａ及び下アーム駆動回路１１６ｂは、ＰＷＭ信号に基づいて駆動対象のスイッチング素子を駆動する。スイッチング素子１１４ａ〜１１４ｆが駆動されることにより、整流回路１１２からの直流電圧が可変周波数の交流電圧に変換される。変換された交流電圧は、駆動回路基板４と巻線７とを電気的に接続する巻線端子２４（図１参照）を介して巻線７に印加され、電動機１００が駆動される。なお、以上に説明したパワーＩＣ２２及び制御ＩＣ２３を、電動機１００を駆動するための電動機駆動装置として構成してもよい。

次に、本実施の形態の電動機１００に係る要部の構成、動作及び効果について、図８から図１３の図面を参照して説明する。図８は、本実施の形態における制御ＩＣ２３の内部の構成を示すブロック図であり、図９は、図８に示す擬似正弦波生成部５０の内部の構成を示すブロック図であり、図１０は、擬似正弦波の波形の形状を説明する図であり、図１１は、擬似正弦波を使用した場合の高調波含有率の変化を示すグラフであり、図１２は、図９に示す二次関数値算出部５４の内部の構成を示すブロック図であり、図１３は、カウンタ出力を用いて二次関数値を生成する際の生成手法を説明する図である。

制御ＩＣ２３の内部には、図８に示すように、擬似正弦波生成部５０及びＰＷＭ信号生成部７０が含まれる。擬似正弦波生成部５０は、後述する擬似正弦波を生成してＰＷＭ信号生成部７０に出力する。ＰＷＭ信号生成部７０には、ホールＩＣ２１からの磁極位置信号が入力される。また、ＰＷＭ信号生成部７０の内部では、磁極位置信号に同期したキャリア波が生成される。ＰＷＭ信号生成部７０は、擬似正弦波とキャリア波とを比較することで、スイッチング素子１１４ａ〜１１４ｆをＰＷＭ制御するためのＰＷＭ信号を生成する。なお、ＰＷＭ信号の生成手法は公知であり、ここでの更なる詳細な説明は省略する。

擬似正弦波生成部５０は、図９に示すように、一次関数値算出部５２、二次関数値算出部５４及び関数値選択部５６を含む。一次関数値算出部５２は、経過時間に比例して増加もしくは減少する出力値、すなわち一次関数値を生成して関数値選択部５６に出力する。二次関数値算出部５４は、経過時間に対し二次関数の関係となる出力値、すなわち二次関数値を生成して関数値選択部５６に出力する。関数値選択部５６は、一次関数値及び二次関数値を受領して何れか一方を選択して外部に出力する。

図９において、関数値選択部５６の出力が擬似正弦波値となる。すなわち、擬似正弦波値は、一次関数値算出部５２が生成した一次関数値及び二次関数値算出部５４が生成した二次関数値のうちの何れか一方が選択された出力値である。

一次関数値算出部５２としては、カウンタが例示される。カウンタが計算処理で使用されるクロックパルスの数をカウントし、カウントした値を出力値とすることで実現できる。また、二次関数値算出部５４の構成については後述する。

図１０には、擬似正弦波生成部５０が生成した波形の様子が示されている。図１０において、太実線で示す波形は二次関数値算出部５４が生成した二次関数の波形であり、太破線で示す波形は一次関数値算出部５２が生成した一次関数の波形である。

すなわち、図１０に示す波形には、以下に示す第１の特徴がある。
（ａ）ゼロクロス前後の一定角度を一次関数とし、それ以外を二次関数とした擬似正弦波を生成する。

上記第１の特徴によれば、一次関数及び二次関数という簡易な関数で擬似正弦波を生成できるので、一次関数と二次関数を用いた波形を用いてＰＷＭ信号を生成できる。その結果、制御ＩＣの回路規模を小さくすることができ、コストの増加及びサイズの増大を抑制できるという効果が得られる。また、制御ＩＣに代えてマイコンが用いられる場合、ＲＯＭ容量を小さくできるので、制御ＩＣと同様の効果が得られる。

また、図１０に示す波形には、以下に示す第２の特徴がある。
（ｂ）一次関数の傾きは“１”又は“−１”、すなわち一次関数の傾きの絶対値は“１”である。
（ｃ）一次関数と二次関数とが切り替わるときの切り替わり点のうち、Ｃ部及びＦ部における二次関数の微分係数は“１”であり、Ｄ部及びＥ部における二次関数の微分係数は、“−１”である。すなわち、一次関数と二次関数とが切り替わるときの切り替わり点における二次関数の微分係数の絶対値は、一次関数の傾きの絶対値に等しく“１”となる。
（ｄ）二次関数のピークの絶対値（以下「ピーク値」と称する）は“１”となる。

なお、擬似正弦波として、ピーク値が“１”以外の波形を必要とする場合、図１０に示す正規化波形の値に所望のピーク値とするための倍率を乗算すればよい。例えば、ピーク値が“３”の波形を必要とする場合には、図１０に示す波形の出力値全体を３倍すればよい。

上記第２の特徴によれば、一次関数及び二次関数という簡易な関数で擬似正弦波を生成できるので、一次関数と二次関数を用いた波形を用いてＰＷＭ信号を生成できる。その結果、制御ＩＣの回路規模を小さくすることができ、コストの増加及びサイズの増大を抑制できるという効果が得られる。また、制御ＩＣに代えてマイコンが用いられる場合、ＲＯＭ容量を小さくできるので、制御ＩＣと同様の効果が得られる。

また、図１０に示す波形には、以下に示す第３の特徴がある。
（ｅ）一次関数から二次関数及び二次関数から一次関数に切り替えるときの角度（以下「切替角」と称する）は、０°より大きく、９０°より小さい任意の実数αを用いて、以下の通りに設定される。
（ｉ）擬似正弦波の値が正のとき
・一次関数から二次関数への切替角：α
・二次関数から一次関数への切替角：１８０°−α
（ii）擬似正弦波の値が負のとき
・一次関数から二次関数への切替角：１８０°＋α
・二次関数から一次関数への切替角：３６０°−α

すなわち、αを０°より大きく、９０°より小さい任意の実数とするとき、擬似正弦波の波形は、０°から３６０°の範囲において、α及び１８０°＋αのときに一次関数から二次関数へ切り替わり、１８０°−α及び３６０°−αのときに二次関数から一次関数へ切り替わる。

上記第３の特徴によれば、図１０において、角度１８０°の点を中心とした点対称の波形となり、且つ、角度９０°及び１８０°を通り縦軸に平行な直線に対して線対称の波形となるので、後述する図１１に示されるように、高調波含有率の小さな擬似正弦波の生成が可能となる。

図１１には、切替角αをパラメータとする高調波含有率の変化が示されている。図１１において、実線は全高調波歪率（Ｔｏｔａｌ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ：以下「ＴＨＤ」と表記）を表し、一点鎖線は３次高調波の歪率（以下「３次の歪率」と称する）を表し、二点鎖線は５次高調波の歪率（以下「５次の歪率」と称する）を表している。また、破線は最も大きい歪率、すなわち３次の歪率と５次の歪率とで大きい方の歪率を表している。なお、ＴＨＤ、３次の歪率及び５次の歪率は、信号の歪みの程度を表す指標値である。ＴＨＤは、高調波成分全体の基本波成分に対する比であり、３次の歪率は、３次高調波成分の基本波成分に対する比であり、５次の歪率は、５次高調波成分の基本波成分に対する比である。

なお、電動機１００が三相電動機の場合、上記第１から第３の特徴を有する波形において、αを２５．５°〜３４°の範囲内に設定することが好ましい実施例となる。

αを２５．５°〜３４°の範囲内に設定した場合、図１１に示されるように、３次の歪率が１％未満となる。特に、三相電動機の場合、３次の騒音が出やすいことが分かっている。このため、三相電動機の場合、αを２５．５°〜３４°に設定すれば、３次の高調波が少ない擬似正弦波で駆動することになり、騒音を低減できるという効果が得られる。

また、上記第１から第３の特徴を有する波形において、αを２７°〜３１．５°の範囲内に設定することも好ましい実施例となる。

αを２７°〜３１．５°の範囲内に設定した場合、図１１に示されるように、ＴＨＤが１％未満となる。このため、αを２７°〜３１．５°の範囲内に設定した擬似正弦波を用いて電動機を駆動すれば、三相電動機に関する上記の効果に加え、３次の高調波以外の騒音を低減でき、また、運転効率も改善できるという効果が得られる。

また、電動機が（Ｎ×５）極のマグネット（Ｎは自然数）を回転子に有する電動機（以下「５Ｎ極電動機」と称する）の場合、αを１３°〜２２．５°の範囲内に設定することが好ましい実施例となる。

αを１３°〜２２．５°の範囲内に設定した場合、図１１に示されるように、５次の歪率が０．３６％未満となる。特に、５Ｎ極電動機の場合、５次の騒音が出やすいことが分かっている。このため、５Ｎ極電動機の場合、αを１３°〜２２．５°に設定すれば、５次の高調波が少ない擬似正弦波で駆動することになり、騒音を低減できるという効果が得られる。

二次関数値算出部５４としては、図１２のように、カウンタ５４ａ、加算器５４ｂ及び遅延部５４ｃによって実現可能である。カウンタ５４ａは、クロックパルスの数をカウントして加算器５４ｂに出力する。加算器５４ｂの出力値である第１の出力値は、遅延部５４ｃによって遅延された後に、加算器５４ｂに戻される。遅延部５４ｃによって遅延された第２の出力値は、加算器５４ｂにてカウンタ５４ａの出力値、すなわち第１の出力値に逐次加算され、再度、遅延部５４ｃに入力される。このとき、図１３の下段部に示されるように、擬似正弦波の値が正の範囲では、カウンタ５４ａの出力値であるカウンタ出力値がカウントダウンする値を出力し、擬似正弦波の値が負の範囲では、カウンタ出力値がカウントアップする値を出力する。これにより、カウンタ出力値のゼロクロス点が擬似正弦波のピーク値となる図１３の上段部に示す波形を生成することができる。

図１２に示す構成によれば、乗算器を用いていないので、演算時間の短縮化が可能となる。このため、電動機の制御を制御ＩＣで実現する場合、制御ＩＣの回路規模を小さくできるという効果が得られる。また、電動機の制御をマイコンで実現する場合、演算時間の短縮化が可能となるので、高価なマイコンが不要になるという効果が得られる。なお、電動機の制御の場合、逐次的な角度の正弦波値を用いることで充分である。例えば、角度分解能を１°とすれば、１°の擬似正弦波値、２°の擬似正弦波値、３°の擬似正弦波値、…、３６０°の擬似正弦波値といった順序で、３６０°までの擬似正弦波値を生成する。このように、本実施の形態に係る擬似正弦波値の生成手法は、回路部品が実装された基板を備えた電動機に有用であり、特に、空気調和機の室外機及び室内機における送風用電動機並びに空気調和機の室外機における圧縮機用電動機に用いて好適である。

なお、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

例えば、図１４は、本実施の形態に係る電動機の他の例を示す側面断面図であり、図１５は、図１４に示す駆動回路基板４に配置される回路部品を反負荷側から視認した場合の平面図であり、図１６は、図１４に示す駆動回路基板４に配置される回路部品を負荷側から視認した場合の平面図である。図１では面実装部品であるパワーＩＣ２２を反負荷側に搭載していたが、図１４及び図１６に示すように、リードタイプ部品であるパワーＩＣ２７を負荷側に搭載している。このような構成の電動機も、本発明の要旨に含まれることは言うまでもない。リードタイプのパワーＩＣの場合、負荷側に配置されるパワーＩＣのみ片面フロー工程にて実装可能である。

図１７は、電動機１００を駆動する駆動回路部品が電動機１００に内蔵されない場合の一例を示す図であり、駆動回路部品が図２に示した室内機３００ａ内の室内機基板３２０に搭載される例を示している。室内機基板３２０には、パワーＩＣ２２及び制御ＩＣ２３が搭載されている。ホールＩＣ２１からの磁極位置信号は、制御ＩＣ２３に入力される。制御ＩＣ２３は、ホールＩＣ２１からの磁極位置信号及び外部からの回転数指令に基づいて、パワーＩＣ２２を制御するためのＰＷＭ信号を生成してパワーＩＣ２２に付与する。以後の動作は、上述した通りであり、ここでの詳細な説明は省略する。

また、本実施の形態では、ホールＩＣを備えた磁極位置センサ付き制御について説明したが、ホールＩＣなどの磁極位置センサを備えていない、いわゆるセンサレス制御に適用可能であることは言うまでもない。

１ モールド固定子、２ モールド樹脂部、３ 固定子組立部、４ 駆動回路基板、５ 固定子、６ コネクタ、７ 巻線、８ 固定子鉄心、８ａ 貫通孔、９ インシュレータ、１０ シャフト、１１ 位置検出用磁石、１２ 回転子絶縁部、１３ 回転子磁石、１５ 回転子、１６ 負荷側軸受、１６ａ 内輪、１６ｂ 外輪、１６ｃ 転動体、１７ 反負荷側軸受、１８ 回転子組立部、１９ ハウジング、２１ ホールＩＣ（磁極位置センサ）、２２ パワーＩＣ（駆動素子：面実装部品）、２３ 制御ＩＣ（制御素子）、２４ 巻線端子、２５ ブラケット、２６ 凹部、２７ パワーＩＣ（駆動素子：リードタイプ部品）、２９ 開口部、３０ 放熱パターン（第１の放熱パターン）、３２ 放熱パターン（第２の放熱パターン）、３４ スルーホール、５０ 擬似正弦波生成部、５２ 一次関数値算出部、５４ 二次関数値算出部、５４ａ カウンタ、５４ｂ 加算器、５４ｃ 遅延部、５６ 関数値選択部、７０ ＰＷＭ信号生成部、１００ 電動機、１１０ 商用電源、１１２ 整流回路、１１４ インバータ回路、１１４ａ〜１１４ｆ スイッチング素子、１１６ アーム駆動回路、１１６ａ 上アーム駆動回路、１１６ｂ 下アーム駆動回路、３００ 空気調和機、３００ａ 室内機、３００ｂ 室外機、３１０ ファン、３２０ 室内機基板。

Claims (10)

1. 電動機を駆動するための電動機駆動装置であって、
   前記電動機に駆動電圧を印加する駆動素子と、
   前記駆動素子を制御するためのＰＷＭ信号を生成する制御素子と、
   を備え、
   前記ＰＷＭ信号は、一次関数と二次関数を用いた波形を用いて生成される電動機駆動装置。
2. 前記擬似正弦波の波形において、
   前記一次関数の傾きの絶対値は１であり、
   前記一次関数と前記二次関数が切り替わるときの切り替わり点における前記二次関数の微分係数の絶対値は１であり、
   前記二次関数のピークの絶対値は１である
   請求項１に記載の電動機駆動装置。
3. 前記ピークが１以外の波形を用いる場合、波形全体を所望のピーク値とするための倍率を乗算する請求項２に記載の電動機駆動装置。
4. αを０°より大きく、９０°より小さい任意の実数とするとき、
   前記擬似正弦波の波形は、α及び１８０°＋αのときに前記一次関数から前記二次関数へ切り替わり、１８０°−α及び３６０°−αのときに前記二次関数から前記一次関数へ切り替わる請求項１から３の何れか１項に記載の電動機駆動装置。
5. 前記電動機は三相電動機であり、
   前記αは、２５．５°から３４°の範囲内に設定されている請求項４に記載の電動機駆動装置。
6. 前記αは、２７°から３１．５°の範囲内に設定されている請求項４に記載の電動機駆動装置。
7. Ｎを自然数とするとき、前記電動機は５Ｎ極の電動機であり、
   前記αは、１３°から２２．５°の範囲内に設定されている請求項４に記載の電動機駆動装置。
8. 前記二次関数の値は、カウンタの出力値である第１の出力値と、前記カウンタの出力値を遅延させた第２の出力値とを逐次加算することで生成する請求項１から７の何れか１項に記載の電動機駆動装置。
9. 請求項１から８の何れか１項に記載の電動機駆動装置が内蔵されてなる電動機。
10. 請求項９に記載の電動機を搭載した空気調和機。

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