JPWO2018142836A1 - 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

Abstract

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、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、通電期間に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、電流供給部が、通電期間に電流を供給する供給期間のみである第１動作モードと通電期間に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たモータ制御装置。【選択図】図３

Description

本開示は、ブラシレスモータを制御する制御方法及びモータ制御装置に関し、モータ制御装置で制御されるブラシレスモータ及びブラシレスモータを用いた送風装置に関する。

従来、ブラシレスモータは、１相の出力は電気角１８０度の間に一定の通電休止区間を持つ３相以上の交流出力を得る１２０度通電型インバータにより駆動されている（特許文献１）。

日本国公開公報：特開平６−３２７２８６号公報

しかしながら、従来のブラシレスモータでは、通電を行う期間において、コイルに通電される電流の電流実効値が高く、制御回路として大電流を供給可能な回路が必要になり、コストアップにつながる。

また、電流実効値が高いことからコイルからの発熱量が多くなり、マグネットが加熱されることによる磁気特性の変化で、モータの効率が低下する虞もある。また、制御回路にも耐熱性の高い部品を採用する必要があり、このことからも、コストアップにつながる。

そこで、本開示は、上記点に鑑みてなされたものであり、簡単な構成を有しつつ、ロータの回転精度の変動を抑制し、電流実効値を低減するモータ制御装置、ブラシレスモータ及び送風装置を提供することを目的とする。

また、本開示は、上記点に鑑みてなされたものであり、簡単な動作で、ロータを安定して回転させることができるモータ制御方法を提供することを目的とする。

また、本開示は、上記点に鑑みてなされたものであり、簡単な操作で、ロータの回転精度の変動を抑制し、電流実効値を低減するモータ制御方法を提供することを目的とする。

本開示の例示的なモータ制御装置は、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。

例示的な本開示のモータ制御装置、ブラシレスモータ及び送風装置によれば、簡単な構成を有するとともに、ロータの回転精度の変動を抑制し、電流実効値を低減することができる。

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。 図３は、ブラシレスモータの電気的な接続状態を示すブロック図である。 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。 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１１は、第２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。 図１２は、図１１に示す第２動作モードの通電期間を拡大した図である。 図１３は、１つの通電期間におけるロータを回転させるために必要な電流の総和の最小値を示す図である。 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。 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。 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。

＜１．第１実施形態＞
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。

＜１．１ ブラシレスモータの構成＞
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。

＜１．２ ステータの構成＞
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。

インシュレータ１２は、ティース１１２を被覆する。インシュレータ１２は、樹脂の成形体である。そして、コイル１３は、インシュレータ１２が被覆されたティース１１２に導線を巻き回した構成を有する。インシュレータ１２によって、ティース１１２、すなわち、ステータコア１１とコイル１３とが絶縁される。なお、本実施形態において、インシュレータ１２は、樹脂の成型体であるが、これに限定されない。ステータコア１１とコイル１３とを絶縁することができる構成を広く採用できる。

上述のとおりインシュレータ１２は、ステータコア１１とコイル１３を絶縁する。そのため、ステータコア１１において、コアバック１１１の周囲には、インシュレータ１２で被覆されない露出部が、形成される。

そして、ステータ１に備えられた９個のコイル１３は、電流が供給されるタイミングによって３系統（以下、３相とする）に分けられる。この３相を、それぞれ、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相とする。つまり、ステータ１は、３個のＵ相コイル１３ｕ、３個のＶ相コイル１３ｖ及び３個のＷ相コイル１３ｗを備える。図２に示すように、Ｕ相コイル１３ｕ、Ｖ相コイル１３ｖ、Ｗ相コイル１３ｗは、この順番に反時計回り方向に配列される。すなわち、Ｕ相コイル１３ｕの反時計回り方向の隣にはＶ相コイル１３ｖが配置される。また、Ｖ相コイル１３ｖの反時計回り方向の隣にはＷ相コイル１３ｗが配置される。さらに、Ｗ相コイル１３ｗの反時計回り方向の隣にはＵ相コイル１３ｕが配置される。なお、以下の説明において、３相を分けて説明する必要がない場合には、各相のコイルをまとめて単にコイル１３として説明する。

＜１．３ ケーシングの構成＞
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。

ケーシング２の軸方向の両端の中央部分には、開口部２１を有する。ステータ１のコアバック１１１の露出部は、開口部２１によって外部に露出する。開口部２１には、軸受収納部材６に収納された軸受５が取り付けられる。

＜１．４ 軸受の構成＞
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。

軸受５において、一方の端面は、軸受収納部材６と接触する。また、軸受５の他方の端面は、シャフト４に取り付けられた軸止め輪４１と接触する。これにより、シャフト４の抜け止めが行われる。

＜１．５ シャフトの構成＞
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。

シャフト４の軸方向の一方の端部には、軸受５と接触する軸止め輪４１が取り付けられる。また、シャフト４の軸方向の他方の端部には、シャフト４に固定されたロータ３に接触する軸止め輪４２が取り付けられる。軸止め輪４１及び４２を取り付けることで、シャフト４の軸方向の移動が抑制される。なお、軸止め輪４１、４２は、例えば、Ｃリング等を挙げることができるが、これに限定されない。

＜１．６ ロータの構成＞
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。

外筒３２は、ステータ１の軸方向と直交する径方向の外側に間隙をあけて配置される。すなわち、ステータ１は、複数相のコイル１３ｕ、１３ｖ及び１３ｗをシャフト４の径方向にロータ３と対向させて保持する。外筒３２の内周面には、マグネット３４が備えられる。マグネット３４は、ステータコア１１のティース１１２と径方向に対向する位置に、周方向に配列される。マグネット３４は、リング形状で複数の磁極を有していても良いし、あるいは、磁極の異なる複数のマグネットを配置してもよい。なお、ロータ３は、６個のマグネット３４を周方向に並べて配置した構成を有する。６個のマグネット３４は、隣り合う磁極が異なる磁極であり、ロータ３は、６極である。

連結部３３は、内筒３１と外筒３２とを連結する。連結部３３は、内筒３１の外面から径方向外側に延び、外筒３２の内面と接続する。なお、連結部３３は、複数本の棒状の部材であってもよい。また、周方向に連続した、円環板状であってもよい。

ロータ３は、シャフト４に対して固定されており、ロータ３とシャフト４とは、同時に回転する。そして、図２等に示すように、ロータ３は、ステータ１の径方向外側に配置される。すなわち、ブラシレスモータＡにおいて、ロータ３が中心軸に沿って延びるシャフト４および磁極を有するマグネット３４を有する。さらに、ブラシレスモータＡは、シャフト４の径方向に位置し、複数相のコイル１３のそれぞれをロータ３と対向させて保持するステータ１が配置される。

ブラシレスモータＡは、上述した構成を有する。ブラシレスモータＡは、６極のマグネット３４を有し、９スロットのステータ１を備えた、６極９スロットのブラシレスＤＣモータである。なお、極数及びスロット数は、上述に限定されるものではなく、ブラシレスＤＣモータとして駆動可能な極数及びスロット数であればよい。

＜１．７ モータ制御装置＞
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。

ブラシレスモータＡには、ロータ３を回転駆動させるためのモータ制御装置が設けられる。以下に、モータ制御装置について、図面を参照して説明する。図３は、ブラシレスモータの電気的な接続状態を示すブロック図である。図３に示すように、ブラシレスモータＡは、Ｕ相コイル１３ｕと、Ｖ相コイル１３ｖと、Ｗ相コイル１３ｗとが、中性点Ｐ１で接続されたＹ型結線である。なお、ここでは、Ｙ型結線であるが、デルタ型結線であってもよい。

ブラシレスモータＡは、電源Ｐｗから供給される電流を、Ｕ相コイル１３ｕ、Ｖ相コイル１３ｖ及びＷ相コイル１３ｗに供給するモータ制御装置８を備える。モータ制御装置８は、通電パターン決定部８１と、電流供給部８２と、タイマ８３とを備える。すなわち、モータ制御装置８は、磁極を有するマグネット３４を含むロータ３と、複数相のコイル１３ｕ、１３ｖ及び１３ｗを含むステータ１とを備えたブラシレスモータＡの回転を制御する。

通電パターン決定部８１は、Ｕ相コイル１３ｕ、Ｖ相コイル１３ｖ及びＷ相コイル１３ｗのいずれのコイルに、どの方向に電流を流すかの情報を含む通電パターンを決定する。すなわち、通電パターン決定部８１は、複数相のコイル１３ｕ、１３ｖ及び１３ｗ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。通電パターンは、後述のとおり、予め決められている。つまり、通電パターン決定部８１は、予め決められた通電パターンの中から通電パターンを決定して、通電パターン情報として、後述する制御部８４に送信する。通電パターンの詳細については、後述する。

電流供給部８２は、各コイル１３ｕ、１３ｖ及び１３ｗに電流を供給する。電流供給部８２は、制御部８４と、スイッチング回路８５と、電流制御部８６とを備える。

スイッチング回路８５は、Ｕ相コイル１３ｕ、Ｖ相コイル１３ｖ及びＷ相コイル１３ｗに対して、所定の方向で電流を流す回路である。スイッチング回路８５は、６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を備えた、いわゆる、インバータ回路である。なお、以下の説明において、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６について、第１スイッチング素子Ｑ１〜第６スイッチング素子Ｑ６とする場合がある。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、制御部８４からの信号に基づいて、ＯＮ又はＯＦＦになる素子である。ここでは、バイポーラトランジスタを採用するが、これに限定されず、ＦＥＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等、同様の動作を行う素子を用いてもよい。

図３に示すように、第１スイッチング素子Ｑ１のエミッタと第４スイッチング素子Ｑ４のコレクタとが接続される。すなわち、第１スイッチング素子Ｑ１と第４スイッチング素子Ｑ４は直列に接続される。同様に、第２スイッチング素子Ｑ２のエミッタと第５スイッチング素子Ｑ５のコレクタ、第３スイッチング素子Ｑ３のエミッタと第６スイッチング素子Ｑ６のコレクタとがそれぞれ接続される。そして、第１スイッチング素子Ｑ１、第２スイッチング素子Ｑ２及び第３スイッチング素子Ｑ３のコレクタが接続されて、電流制御部８６と接続される。また、第４スイッチング素子Ｑ４、第５スイッチング素子Ｑ５及び第６スイッチング素子Ｑ６のエミッタが接続されるとともに、接地される。

そして、第１スイッチング素子Ｑ１と第４スイッチング素子Ｑ４とを接続する接続線にＶ相コイル１３ｖの中性点Ｐ１と反対側が接続される。第２スイッチング素子Ｑ２と第５スイッチング素子Ｑ５とを接続する接続線にＷ相コイル１３ｗの中性点Ｐ１と反対側が接続される。そして、第３スイッチング素子Ｑ３と第６スイッチング素子Ｑ６とを接続する接続線にＵ相コイル１３ｕの中性点Ｐ１と反対側が接続される。

制御部８４は、第１スイッチング素子Ｑ１〜第６スイッチング素子Ｑ６それぞれのベース端子に動作信号を送信する。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、ベース端子に制御部８４からの動作信号を受けていないとき（入力信号がＬのとき）ＯＦＦ、すなわち、電流が流れない。また、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、制御部８４から動作信号を受信したとき（入力信号がＨのとき）ＯＮ、すなわち、電流が流れる。

制御部８４は、通電パターン決定部８１から送られる通電パターン情報に基づいて、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のＯＮ又はＯＦＦを決定し、ＯＮにするスイッチング素子に対して動作信号を送信する。また、制御部８４は、電流制御部８６の制御も行う。すなわち、電流供給部８２は、通電パターンに基づいてコイル１３ｕ、１３ｖ及び１３ｗに電流を供給する。

電源Ｐｗは、交流を直流に変換して、ブラシレスモータＡに供給する。電源Ｐｗは、図示を省略した、整流回路と、平滑回路とを備える。整流回路は、例えば、ダイオードブリッジを用いて、交流を直流に変換する。平滑回路は、例えば、抵抗、コンデンサ及びコイル等を用いて、電流の変動（脈動）を平滑にする回路である。整流回路及び平滑回路は、既知の回路を用いており、詳細な説明は省略する。なお、電源Ｐｗは、交流を直流に変換するものに限定されるものではない。電源Ｐｗとして、例えば、直流をそのままの電圧、降圧又は昇圧して、直流をブラシレスモータＡに供給する電源であってよい。

電流制御部８６は、電源Ｐｗからスイッチング回路８５に供給される電流の電流値、供給開始のタイミング、電流波形等を制御する。電流制御部８６は、制御部８４によって制御される。スイッチング回路８５及び電流制御部８６は、制御部８４に制御されて、同期する。なお、本実施形態のモータ制御装置８では、電流制御部８６を制御部８４と独立した回路として記載するが、電流制御部８６は制御部８４に含まれていてもよい。この場合、制御部８４の回路の一部として設けられていてもよいし、制御部８４で動作するプログラムとして設けられていてもよい。

タイマ８３は、通電パターン決定部８１に接続される。タイマ８３は、時間を計測しており、時間情報を通電パターン決定部８１に受け渡す。通電パターン決定部８１は、タイマ８３からの時間情報に基づいて、通電パターンの決定を行う。

ブラシレスモータＡでは、構成のモータ制御装置８によって、各相のコイル１３ｕ、１３ｖ及び１３ｗへの電流の供給が制御される。また、本実施形態に記載のブラシレスモータＡは、ロータ３の位置検出用のセンサを省略した、センサレス方式のブラシレスモータである。以下の説明において、コイル１３ｕ、１３ｖ及び１３ｗに、電流供給部８２から中性点Ｐ１に向かって電流が流れる場合に、各コイル１３ｕ、１３ｖ及び１３ｗのロータ３と対向する側がＮ極になるとする。

＜１．８ 通電パターン＞
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。

スイッチング回路８５において、直列に接続されたスイッチング素子同士（Ｑ１とＱ４、Ｑ２とＱ５、Ｑ３とＱ６）以外の２個のスイッチング素子をＯＮにすることで、Ｕ相コイル１３ｕ、Ｖ相コイル１３ｖ及びＷ相コイル１３ｗのいずれか２つに電流を供給することができる。例えば、第３スイッチング素子Ｑ３と第４スイッチング素子Ｑ４とをＯＮにすると、電流制御部８６からの電流は、Ｕ相コイル１３ｕに流れ中性点Ｐ１からＶ相コイル１３ｖに流れる。

通電パターン決定部８１が決定する通電パターンは、電流が流れ込むコイル（ＩＮ側コイルとする）と、ＩＮ側コイルを流れた電流が中性点Ｐ１を介して流れ込むコイル（ＯＵＴ側コイルとする）とを指定する。電流がＵ相コイル１３ｕに流れ込み、Ｖ相コイル１３ｖに流れる場合、Ｕ相コイル１３ｕがＩＮ側コイルであり、Ｖ相コイル１３ｖがＯＵＴ側コイルである。このときの通電パターンをＵ−Ｖパターンとする。３相のコイル１３ｕ、１３ｖ及び１３ｗを備えるブラシレスモータＡの場合、Ｗ−Ｖパターン、Ｕ−Ｖパターン、Ｕ−Ｗパターン、Ｖ−Ｗパターン、Ｖ−Ｕパターン及びＷ−Ｕパターンの６パターンである。なお、ブラシレスモータＡでは、上述の順番で通電パターンを切り替え、通電パターンに対応した電流がコイル１３ｕ、１３ｖ及び１３ｗに供給されることで、ロータ３が反時計回り方向（ＣＣＷ方向）に回転する。

図４に示すタイミングチャートでは、横軸が時間である。そして、通電パターンが選択された期間、換言すると、或る通電パターンが決定されてから、次の通電パターンが決定されるまでの時間を通電期間とする。そして、電流供給部８２は、通電期間に通電パターンによって決められたコイル１３に電流を供給する。制御部８４は、通電期間の間、スイッチング素子に駆動信号を送信し続ける。すなわち、或る通電パターンが決定されたことでＯＮになったスイッチング素子は、通電期間の間ＯＮの状態を継続する。なお、図４に示す第１動作モードＭ１の通電期間を通電期間Ｔ１とする。

＜１．９ ロータの位置＞
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５〜図１０では、ステータ１のコイル１３ｕ、１３ｖ及び１３ｗと、マグネット３４との位置関係を示すが実際には、ロータ３、シャフト４等も含まれる。また、各マグネット３４を第１マグネット３４１〜第６マグネット３４６として区別する。図５において、上方に位置するマグネットを第１マグネット３４１とし、反時計回り方向に、第２マグネット３４２〜第６マグネット３４６が順に配列される。さらに、図５〜図１０には、理解を容易にするため第１マグネット３４１〜第６マグネット３４６に磁極（Ｎ極又はＳ極）を示す。

ブラシレスモータＡのステータ１のティース１１２は、磁性鋼板等の磁性体で形成される。そして、各コイル１３ｕ、１３ｖ及び１３ｗに電流が供給されていないときには、磁束を発生しない。そのため、ブラシレスモータＡでは、電流の供給を停止すると、ティース１１２に巻きつけられたコイルの相に関係なく、ティース１１２とマグネット３４とが磁力で引き合う。そして、ロータ３の慣性力による回転が終了すると、ティース１１２がマグネット３４を引き付け、ロータ３は、マグネット３４がティース１１２に引き付けられて停止する。電力の供給を停止した後のロータ３の停止を自然停止とし、停止位置を自然停止位置とする。

図５〜図１０に示すように、ブラシレスモータＡにおいて、マグネット３４とティース１１２に取り付けられたコイル１３ｕ、１３ｖ及び１３ｗとの位置によって、複数の自然停止位置が存在する。図５〜図１０に示すロータ３の自然停止位置は、６極９スロットのブラシレスモータＡの自然停止位置である。ロータ３の停止位置については、極数及びスロット数によって変化する。なお、図５〜図１０の各停止位置を、第１位置Ｐｓ１〜第６位置Ｐｓ６とする。

例えば、第１位置Ｐｓ１にあるとき、通電パターンとしてＷ−Ｖパターンが決定されるとする。これにより、Ｗ相コイル１３ｗがＮ極に、Ｖ相コイル１３ｖがＳ極に励磁される。第１マグネット３４１、第３マグネット３４３及び第５マグネット３４５がＳ極に励磁されたＶ相コイル１３ｖに引かれる。また、第２マグネット３４２、第４マグネット３４４及び第６マグネット３４６がＮ極に励磁されたＷ相コイル１３ｗに引かれる。これにより、ロータ３は、反時計回り方向（ＣＣＷ方向）に移動する。ロータ３は、図６に示す第２位置Ｐｓ２に移動する。

そして、ロータ３が第２位置Ｐｓ２にあるとき、通電パターンをＵ−Ｖパターンとする。これにより、Ｕ相コイル１３ｕがＮ極に励磁され、Ｖ相コイル１３ｖがＳ極に励磁される。第２マグネット３４２、第４マグネット３４４及び第６マグネット３４６がＮ極に励磁されたＵ相コイル１３ｕに引かれる。また、第１マグネット３４１、第３マグネット３４３及び第５マグネット３４５がＳ極に励磁されたＶ相コイル１３ｖに引かれる。これにより、ロータ３は、反時計回り方向（ＣＣＷ方向）に移動する。ロータ３は、図７に示す第３位置Ｐｓ３に移動する。

以下、Ｕ−Ｗパターンで通電することで、ロータ３は、図８に示す第４位置Ｐｓ４に、Ｖ−Ｗパターンで通電することで、ロータ３は、図９に示す第５位置Ｐｓ５に移動する。そして、Ｖ−Ｕパターンで通電することで、ロータ３は、図１０に示す第６位置Ｐｓ６に移動する。そして、ロータ３が第６位置Ｐｓ６にあるときに、Ｗ−Ｕパターンで通電することで、ロータ３は、図５に示す第１位置Ｐｓ１から１２０度回転する。

ブラシレスモータＡでは、通電パターンを切り替えてコイル１３ｕ、１３ｖ及び１３ｗに電流を供給することで、ロータ３が回転する。そして、通電期間Ｔ１を変更することで、ロータ３の回転速度を変更することができる。例えば、通電期間Ｔ１を短くすることで、次の位置に到達するまでの時間が短くなる、すなわち、回転速度が速くなる。また、ブラシレスモータＡにおいて、ロータ３に作用するトルク（力）は、供給される電流によって変化する。

＜１．１０ ステータコアの昇温＞
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。

そこで、モータ制御装置８の制御部８４は、第１動作モードＭ１に比べて電流実効値を低減するための第２動作モードＭ２を備える。図１１は、第２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。図１２は、図１１に示す第２動作モードの通電期間を拡大した図である。

図１１、図１２に示すように、第２動作モードＭ２では、通電期間Ｔ１において、供給期間Ｔ１１と、停止期間Ｔ１２とを備える。供給期間Ｔ１１では、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をＯＮにしてコイル１３ｕ、１３ｖ及び１３ｗに電流を供給する。停止期間Ｔ１２では、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をＯＦＦにしてコイル１３ｕ、１３ｖ及び１３ｗへの電流の供給を停止する。換言すると、第１動作モードＭ１の通電期間Ｔ１は、供給期間Ｔ１１のみである。すなわち、電流供給部８２は、通電期間Ｔ１に電流を供給する供給期間Ｔ１１のみである第１動作モードＭ１と、通電期間Ｔ１に供給期間Ｔ１１と電流の供給を停止する停止期間Ｔ１２とを含む第２動作モードＭ２とを備える。

このように、第２動作モードＭ２では、通電期間Ｔ１内において、電流の供給を行う供給期間Ｔ１１と供給を停止する停止期間Ｔ１２とを備える。このように、電流供給部８２が供給する電流を制御することで、通電期間Ｔ１におけるコイル１３ｕ、１３ｖ及び１３ｗに供給する電流実効値を下げることができる。これにより、ジュール熱及び誘導による発熱が抑えられる。

供給期間Ｔ１１及び停止期間Ｔ１２の詳細について説明する。図１３は、１つの通電期間におけるロータを回転させるために必要な電流の総和の最小値を示す図である。ブラシレスモータＡにおいて、ロータ３に作用するトルクは、コイル１３ｕ、１３ｖ及び１３ｗに供給される電流で決まる。そして、ロータ３が回転するためには、コギングトルクよりも大きなトルクがロータ３に作用する必要がある。また、ロータ３が回転を継続するためには、ロータ３が回転し続けるために必要な仕事量以上のエネルギをコイル１３ｕ、１３ｖ及び１３ｗに供給する必要がある。そして、コイル１３ｕ、１３ｖ及び１３ｗに印加される電圧が一定であるとすると、通電期間においてコイル１３ｕ、１３ｖ及び１３ｗに供給される電流の総和が、ロータ３の仕事量となる。図１３に示すとおり、ロータ３の回転に必要な電流の総和の最小値をＳ２とする。

図１２に示すように、第２動作モードＭ２における通電期間Ｔ１に供給される電流の総和をＳ１とする。このとき、第２動作モードＭ２における通電期間Ｔ１の電流の総和Ｓ１は、ロータ３の回転に必要な電流の総和の最小値Ｓ２よりも大きい。すなわち、第２動作モードＭ２における供給期間Ｔ１１の通電期間Ｔ１に対する割合は、通電期間Ｔ１に供給される電流の総和Ｓ１が、ロータ３の回転に必要な電流の総和の最小値Ｓ２よりも大きくなる割合である。

このように、電流の総和Ｓ１と電流の総和の最小値Ｓ２とが成り立つことで、通電期間Ｔ１に停止期間Ｔ１２を設けたとしても、ロータ３の回転は継続される。

さらに、第２動作モードＭ２において、停止期間Ｔ１２を設けた場合、停止期間Ｔ１２には、コイル１３ｕ、１３ｖ及び１３ｗに電流が供給されないのでロータ３にトルクが作用していない。そのため、通電期間Ｔ１に供給期間Ｔ１１と停止期間Ｔ１２とを設けることで、通電期間Ｔ１において、ロータ３に作用するトルクが変動する。停止期間Ｔ１２が短い場合には、ロータ３やロータ３に取り付けられる機器の慣性力によってロータ３が回されるため、トルクが作用していなくてもロータ３の回転速度の変化は小さい。一方で、停止期間Ｔ１２が長くなると、トルクが作用していない時間が長くなり、ロータ３の回転速度の変化が大きくなる。このような、回転速度の変化は、ブラシレスモータＡの振動の原因になる。そのため、停止期間Ｔ１２は、短い方が好ましい。

例えば、通電期間Ｔ１に対する供給期間Ｔ１１の割合をａとすると、電流実効値を抑制しつつ回転速度の変化を低減可能な割合ａは、３／４以上とすることが可能である。

以上のように、電流供給部８２は、コイル１３ｕ、１３ｖ及び１３ｗに電流を供給しない停止期間Ｔ１２を設けた第２動作モードＭ２を備える。第２動作モードＭ２を備えることで、ロータ３やロータ３に取り付けられた機器の慣性力が作用する間に、コイル１３ｕ、１３ｖ及び１３ｗへの電流を停止するため、ロータ３の回転精度（例えば、回転速度）の変動を抑制しつつ、電流実効値を低減する。すなわち、ロータ３の回転精度（例えば、回転速度）の変動を抑制しつつ、消費電力を抑え、ブラシレスモータＡの昇温を抑制することが可能である。

＜２．第２実施形態＞
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。

上述したように、本開示のモータ制御装置８の電流供給部８２が、第１動作モードＭ１と第２動作モードＭ２とを有する。そして、第２動作モードＭ２でコイル１３ｕ、１３ｖ及び１３ｗに電流を供給することで、電流実効値を下げることができる。

図３に示すように、ブラシレスモータＡでは、電源Ｐｗで交流を直流に変換する。電源Ｐｗには、平滑回路を備えるが、電流供給部８２に印加される電圧Ｖｎは、一定の幅で変動する。そのため、電流供給部８２からコイル１３ｕ、１３ｖ及び１３ｗに供給される電流も一定の幅で変動する。そこで、電流供給部８２は、印加される電圧Ｖｎが所定の値以上のときには、電流供給部８２からコイル１３ｕ、１３ｖ及び１３ｗに供給する電流の実効値を下げるため、第２動作モードＭ２で動作する。すなわち、電流供給部８２は、外部から供給される電圧Ｖｎが予め決められた電圧Ｖｔｈよりも小さいときには第１動作モードＭ１で動作し、外部から供給される電圧Ｖｎが予め決められた電圧Ｖｔｈ以上になったときに第２動作モードＭ２での動作に切り替わる。

つまり、図１４に示すように、制御部８４は、印加される電圧Ｖｎが閾値Ｖｔｈよりも小さいとき、電流供給部８２を第１動作モードＭ１で制御する。また、制御部８４は、印加される電圧Ｖｎが閾値Ｖｔｈ以上のとき、電流供給部８２を第２動作モードＭ２で制御する。このように、電流供給部８２を駆動することで、印加される電圧Ｖｎのリップルによって、コイル１３ｕ、１３ｖ及び１３ｗに供給する電流の実効値が上昇するのを抑えることができる。これにより、消費電力を抑え、コイル１３ｕ、１３ｖ及び１３ｗのジュール熱及びステータコア１１の誘導加熱によるブラシレスモータＡの昇温を抑制することができる。

図１４では、印加された電圧Ｖｎと閾値Ｖｔｈとの大小で第１動作モードＭ１と第２動作モードＭ２とを切り替える。しかしながら、実際には、通電期間Ｔ１の途中で、印加された電圧Ｖｎと閾値Ｖｔｈの大小が変化する場合もある。その場合、現在の通電期間Ｔ１が終了するまでは、現在の動作モードでの動作を継続し、通電期間Ｔ１が切り替わるとともに、動作モードを切り替えるようにしてもよい。

＜３．第３実施形態＞
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。

上述するように、通電期間Ｔ１を変更することで、ロータ３の回転速度を変更することが可能である。ブラシレスモータＡでは、通電期間Ｔ１が短いときは、長いときに比べてロータ３の回転速度が速い。

例えば、ロータ３の回転速度が速い場合、ロータ３やロータ３に取り付けられた機器の慣性力は、回転速度が遅い場合に比べて大きい。つまり、ロータ３の回転速度が速い場合には、ロータ３に作用するトルクが停止されたとしても、ロータ３の回転速度が低下しにくい。逆に、回転速度が遅い場合には、ロータ３に作用するトルクが停止されると、ロータ３の回転速度が低下しやすい。

そこで、制御部８４は、ロータ３の回転速度が予め決めた回転速度のときの通電期間を閾値Ｔｔｈとして保持する。そこで、制御部８４は、通電期間Ｔ１の長さが閾値Ｔｔｈ以下のとき、すなわち、ロータ３の回転速度が一定の速度以上のとき、第２動作モードＭ２で電流供給部８２を制御する。また、制御部８４は、通電期間Ｔ１の長さが閾値Ｔｔｈよりも長いとき、すなわち、ロータ３の回転速度が一定の速度よりも低いとき、第１動作モードＭ１で電流供給部８２を制御する。すなわち、電流供給部８２は、通電期間Ｔ１の長さが予め決められた長さＴｔｈよりも長いとき、第１動作モードＭ１で動作する。また、電流供給部８２は、通電期間Ｔ１の長さが予め決められた長さＴｔｈ以下になったとき、第２動作モードＭ２で動作する。

つまり、電流供給部８２は、通電期間Ｔ１の長さと閾値Ｔｔｈの長さの大小で、第１動作モードＭ１と第２動作モードＭ２とに切り替えて動作する。換言すると、ロータ３の回転速度が速く、慣性力によって回転が維持されやすいとき、電流供給部８２は、電流実効値を低減できる第２動作モードＭ２で動作する。また、ロータ３の回転速度が遅く、慣性力による回転が維持されにくいとき、電流供給部８２は、第１動作モードＭ１で動作する。以上のように、電流供給部８２が、第１動作モードＭ１と第２動作モードＭ２とを切り替えて動作することで、ロータ３の回転精度（回転速度等）の変動を抑制しつつ、電流実効値を低減できる。すなわち、ロータ３の回転精度（回転速度等）の変動を抑制しつつ、消費電力を抑え、ブラシレスモータＡの昇温を抑えることができる。

以上示したブラシレスモータＡでは、ロータ３の位置を検出するセンサを備えない、いわゆる、センサレス方式であったが、これに限定されない。例えば、ホール素子等を含むロータ位置検出センサや、誘導起電力に基づいてロータの位置を検出する検出回路等の検出部を備えていてもよい。このような構成の場合、通電期間Ｔ１は、検出部によるロータ３の位置の情報に基づいて決定される。このような場合でも同様に、電流供給部８２が、第１動作モードＭ１と第２動作モードＭ２とを備えることが可能である。

＜４．第４実施形態＞
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。

送風装置Ｆｎは、ブラシレスモータＡを含んでいる。シャフト４に対して固定されたロータ３が羽根車Ｉｗと同一の部材で構成される。すなわち、送風装置Ｆｎは、ブラシレスモータＡと、シャフト４に取り付けられてシャフト４と共に回転する羽根車Ｉｗとを備える。送風装置Ｆｎは、ロータ３の外筒３２の外周に設けられたインペラＩｍを備える。インペラＩｍは、シャフト４を中心に周方向に等間隔に並んでいる。インペラＩｍは、ロータ３の回転によって、軸方向の空気の流れを発生させる。なお、羽根車Ｉｗは、ロータ３とは別部材で構成されてもよい。このとき、羽根車Ｉｗはロータ３に接合されるカップ部材を備え、カップ部材の外周にインペラＩｍが設けられる。

送風装置Ｆｎが、例えば、ヘアドライヤ等の使用者が手に持って使用する機器に備えられる場合がある。送風装置Ｆｎに、本開示にかかるブラシレスモータＡを用いることで、送風装置Ｆｎのロータの回転精度（例えば、回転速度）の変動を抑制しつつ、消費電力を抑えることができる。

以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示の趣旨の範囲内であれば、実施形態は種々の変形が可能である。

本開示は、ヘアドライヤ等に備えられる送風装置を駆動するモータとして用いることができる。

Ａ・・・ブラシレスモータ、１・・・ステータ、１１・・・ステータコア、１１１・・・コアバック、１１２・・・ティース、１２・・・インシュレータ、１３・・・コイル、１３ｕ・・・Ｕ相コイル、１３ｖ・・・Ｖ相コイル、１３ｗ・・・Ｗ相コイル、２・・・ケーシング、２１・・・開口部、３・・・ロータ、３１・・・内筒、３２・・・外筒、３３・・・連結部、３４・・・マグネット、３４１・・・第１マグネット、３４２・・・第２マグネット、３４３・・・第３マグネット、３４４・・・第４マグネット、３４５・・・第５マグネット、３４６・・・第６マグネット、４・・・出力軸、４１・・・軸止め輪、４２・・・軸止め輪、５・・・軸受、５１・・・外輪、５２・・・内輪、５３・・・ボール、６・・・軸受収納部材、８・・・モータ制御装置、８１・・・通電パターン決定部、８２・・・電流供給部、８３・・・タイマ、８４・・・制御部、８５・・・スイッチング回路、８６・・・電流制御部、Ｐｗ・・・電源、Ｉｍ・・・インペラ、Ｉｗ・・・羽根車、Ｆｎ・・・送風装置、Ｑ１・・・第１スイッチング素子、Ｑ２・・・第２スイッチング素子、Ｑ３・・・第３スイッチング素子、Ｑ４・・・第４スイッチング素子、Ｑ５・・・第５スイッチング素子、Ｑ６・・・第６スイッチング素子、Ｐｓ１・・・第１位置、Ｐｓ２・・・第２位置、Ｐｓ３・・・第３位置、Ｐｓ４・・・第４位置、Ｐｓ５・・・第５位置、Ｐｓ６・・・第６位置、Ｔ１・・・通電期間、Ｔ１１・・・供給期間、Ｔ１２・・・停止期間、Ｖｎ・・・供給される電圧、Ｍ１・・・第１動作モード、Ｍ２・・・第２動作モード、Ｖｔｈ・・・閾値、Ｔｔｈ・・・閾値

Claims (10)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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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