(57)【特許請求の範囲】
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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
【図１】
0003713549.tif 000002
【図２】
0003713549.tif 000003
【図３】
0003713549.tif 000004
【図４】
0003713549.tif 000005
【図５】
0003713549.tif 000006
【図６】
0003713549.tif 000007
【図７】
0003713549.tif 000008