(57)【要約】【課題】コストを増加させることなくモータの水没・結露による信頼性の低下を抑制することができるモータ制御装置を得ること。【解決手段】ロータ６２の位置情報を検出する位置検出回路６３を有するブラシレスＤＣモータ６を駆動するインバータ１２と、位置情報を用いてインバータ１２を駆動する信号を生成する制御部１１とを備え、位置検出回路６３へ直流電源を供給するモータ制御装置１であって、直流電源を前記位置検出回路６３へ供給する電源線に対して直列に挿入され、位置検出回路６３への電源の供給を制御する開閉部１００を備え、制御部１１は、位置情報を要しない場合、開閉部１００の接点を開とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータの位置情報を検出する位置検出回路を有するブラシレスモータを駆動するインバータと、前記位置情報を用いて前記インバータを駆動する信号を生成する制御部とを備え、前記位置検出回路に直流電源を供給するモータ制御装置であって、
前記直流電源を前記位置検出回路に供給する電源線に対して直列に挿入され、前記位置検出回路に対する電源の供給を制御する開閉部、を備え、
前記制御部は、前記位置情報を要しない場合、前記開閉部の接点を開とするよう制御する、ことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記制御部は、内部または外部から与えられる運転指令が前記ブラシレスモータを停止させることを示す値である場合、前記位置情報を要しないと判断することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記開閉部は、トランジスタで構成されることを特徴とする請求項２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記トランジスタは、エミッタ側を前記直流電源のグランドに接続し、コレクタ側を前記位置検出回路のグランドにそれぞれ接続することを特徴とする請求項３に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載のモータ制御装置を用いてファンモータを駆動することを特徴とする空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシレスＤＣ（Direct  Current）モータ制御装置および空気調和機に関する。
【背景技術】
【０００２】
ブラシレスＤＣモータは、ロータの磁極の位置に同期した交流電圧を印加する必要があるため、ホール素子などの磁極位置を検出する位置検出回路をモータに設置し、磁極位置に応じた電気信号を発生する方法が多く採られる。一方、回路が水没・結露のおそれがある環境下ではリーク電流による回路腐食を防止するためにポッティングなどの防水加工を施す必要が有る。
【０００３】
ブラシレスＤＣモータの位置検出回路は、設置場所がロータの近傍に限られるが、モータ近傍の寸法制約が厳しい環境下では、防水加工の構造追加が困難な場合がある。こうした用途では、ブラシレスＤＣモータから離れた場所において位置検出回路の腐食対策を実施することが可能な技術が求められている。
【０００４】
例えば、下記特許文献１には、水没時に正負の電圧を印加することで回路腐食によるモータの誤動作を生じさせないようにする技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３４１５３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に代表される従来技術は、モータの主巻線に対する技術であり、ブラシレスＤＣモータの位置検出回路の様な単電源の回路に適用できるものではない。
【０００７】
また、ブラシレスＤＣモータの位置検出回路は、一般に低圧の電源で駆動されるため、回路内信号間のパターン間距離は狭く設計され、リーク電流による腐食が発生しやすい環境にある。
【０００８】
また、位置検出回路内のリーク電流による腐食が進行しやすい環境条件として、ブラシレスＤＣモータのロータが停止中かつ制御電源が通電中という条件がある。この条件を満たすと位置検出回路周辺に直流電界が印加されるため腐食の進行が加速される。空気調和機用室外機の除霜運転は上記の環境条件に合致し、腐食による機器故障の可能性があった。
【０００９】
上記のような要因による結露によるファンモータへの水分の浸入を防止する方法としては、防水構造に変更することが考えられるが、防水構造へ変更するとモータは大型化し、コストが増大するという問題があった。
【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、コストを増加させることなくモータの水没・結露による信頼性の低下を抑制することができるモータ制御装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、ロータの位置情報を検出する位置検出回路を有するブラシレスモータを駆動するインバータと、前記位置情報を用いて前記インバータを駆動する信号を生成する制御部とを備え、前記位置検出回路に直流電源を供給するモータ制御装置であって、前記直流電源を前記位置検出回路に供給する電源線に対して直列に挿入され、前記位置検出回路に対する電源の供給を制御する開閉部、を備え、前記制御部は、前記位置情報を要しない場合、前記開閉部の接点を開とするよう前記開閉部へ指示する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、位置検出回路内に直流電界が印加される時間が短くなるため、コストを増加させることなくモータの水没・結露による信頼性の低下を抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１にかかるモータ制御装置の構成例を示す図である。
【図２】図２は、ホールＩＣの構成例を示す図である。
【図３】図３は、位置検出回路の構成例を示す図である。
【図４】図４は、ホールＩＣの位置関係の一例を示す図である。
【図５】図５は、開閉部に入力される制御信号ＯＣおよび位置信号の一例を示すタイムチャートである。
【図６】図６は、電気分解の模式図である。
【図７】図７は、外部からの運転指令により制御信号ＯＣを出力するモータ制御装置の構成例を示す図である。
【図８】図８は、空気調和機の室外機の直流電源と負荷の関係を示す図である。
【図９】図９は、空気調和機の主回路構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明にかかるモータ制御装置および空気調和機の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１５】
実施の形態１．
図１は、本発明にかかるモータ制御装置１の実施の形態１の構成例を示す図である。図１に示すように、本実施の形態のモータ制御装置１は、ブラシレスＤＣモータ６と接続され、ブラシレスＤＣモータ６（ブラシレスモータ）を制御する。モータ制御装置１は、主たる構成要素として、制御部１１、インバータ１２、制御電源１３および開閉部１００を有する。
【００１６】
ブラシレスＤＣモータ６は、インバータ１２からの交流電力を回転磁界に変換するステータ６１と、永久磁石を有し、ステータ６１の発生する回転磁界に同期して回転トルクを発生するロータ６２と、ステータ６１に固定され、ロータ６２の永久磁石の磁束を検出して信号を出力する位置検出回路６３とにより構成されている。
【００１７】
ブラシレスＤＣモータ６は内部に位置検出回路６３の電源回路を有さず、たとえばモータ制御装置１内の制御電源１３等から、外部電源の電圧供給を受けて生成した電源電圧が供給される。位置検出回路６３は、モータ制御装置１にて生成される制御用直流電源としてＶｃｃ，ＧＮＤ＿２（グランド）を電源線６４−１，６４−２経由で受電し、ロータの磁極位置を検出し、検出結果として位置信号（位置情報）ＨＵ、ＨＶ、ＨＷを出力するものである。制御部１１は、位置信号ＨＵ、ＨＶ、ＨＷと外部より与えられる運転指令とに基づき、ブラシレスＤＣモータ６を回転駆動するための印加電圧のＰＷＭ信号を生成し、インバータ１２へ入力する。インバータ１２は、ＰＷＭ信号に応じてブラシレスＤＣモータ６にＵ相、Ｖ相、Ｗ相の交流電圧Ｕ、Ｖ、Ｗを出力する。
【００１８】
また、開閉部１００は、開閉端子および制御端子からなり、開閉端子は位置検出回路６３を駆動するための電源線６４−１，６４−２の少なくともいずれか一方に直列に接続され、制御端子は制御信号線を介して制御部１１に接続される。
【００１９】
次に、図２，３，４を用いて位置検出回路６３の内部構成について説明する。図２は、ホールＩＣ（Integrated  Circuit）の構成例を示す図であり、図３は位置検出回路６３の構成例を示す図であり、図４はホールＩＣの位置関係の一例を示す図である。
【００２０】
ホールＩＣ１０１は磁界の変化を検出するためのＩＣであり、ホール素子１１０、アンプ１１１、ヒステリシスコンパレータ１１２、トランジスタ１１３およびプルアップ抵抗１１４で構成される。なお、ホール素子１１０は磁束の大きさ、極性に応じた電圧を出力する素子である。ホールＩＣ１０１では、ホール素子１１０にてロータ６２の交番磁界に応じた電圧を出力し、アンプ１１１にてこの電圧を増幅し、ヒステリシスコンパレータ１１２にて２値化される。そして、この２値化された信号が、トランジスタ１１３およびプルアップ抵抗１１４を経由して出力される。なお、ホールＩＣ１０１はホール素子１１０が電圧により駆動されるため電源端子１１５−１，１１５−２を有する。
【００２１】
位置検出回路６３は、図３、４に示すように、図２に示したホールＩＣ１０１を３つ備えている。図３、４では、これらをそれぞれＨ（ホールＩＣ）１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃとして示している。図４に示すように、ホールＩＣ１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃはロータ６２の同軸上で、かつ磁気的位相が等間隔（θ＝２π／３）となる位置関係で配置されている。ホールＩＣ１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃは、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応する。また、位置検出回路６３の電源端子１０２−１，１０２−２から、３つのホールＩＣ１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃに共通の電源電圧Ｖｃｃ，ＧＮＤが供給されている。
【００２２】
次に本実施の形態の動作について、図５，６を用いて説明する。図５は開閉部１００に入力される制御信号ＯＣおよび位置信号の一例を示すタイムチャートであり、図６は電気分解の模式図である。
【００２３】
制御部１１は、上述のように、ブラシレスＤＣモータ６を回転駆動するためのＰＷＭ信号を生成するとともに、開閉部１００を制御する制御信号ＯＣを生成して開閉部１００へ入力する。開閉部１００は、制御信号ＯＣとしてＨｉｇｈが入力されると開閉端子を閉とし、これにより電源電圧ＧＮＤ＿２が位置検出回路６３へ供給される。開閉部１００は、制御信号ＯＣとしてＬｏｗが入力されると開閉端子を開とし、これにより電源電圧ＧＮＤ＿２は位置検出回路６３へ供給されない。
【００２４】
まず開閉部１００を制御する制御信号ＯＣおよび位置信号の動作について図５（ａ）に基づき説明する。図５（ａ）はロータ回転中のタイムチャートである。制御信号ＯＣがＨｉｇｈの状態では位置検出回路６３に電源電圧ＧＮＤ＿２が印加され、位置信号ＨＵ、ＨＶ、ＨＷとしてロータの磁極位置に応じた３相のホールＩＣ１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃの出力信号が得られる。制御信号ＯＣがＨｉｇｈの状態の動作は、開閉部１００を備えていない従来の一般的な位置検出回路と同様である。
【００２５】
一方、制御信号ＯＣがＬｏｗである場合、位置検出回路６３には電源電圧ＧＮＤ＿２が印加されず、ホールＩＣ１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃの出力信号（すなわち位置信号ＨＵ、ＨＶ、ＨＷ）は生成されない。なお、この場合に、位置信号ＨＵ、ＨＶ、ＨＷがＨｉｇｈレベルのままとなるのは、位置信号ＨＵ、ＨＶ、ＨＷが、ホールＩＣ１０１内部のプルアップ抵抗１１４が電源電圧Ｖｃｃが印加される電源端子１１５−１と接続されている事に起因している。
【００２６】
次にロータ停止中の動作を図５（ｂ）を用いて説明する。制御信号ＯＣがＨｉｇｈとなった場合、ロータ停止中（図５（ｂ）区間＃１）では、ホールＩＣ１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃに与えられる磁界が変化しないため、出力は固定となる。このとき内部電位である位置信号ＨＵ、ＨＶ、ＨＷ、電源電圧ＧＮＤ＿２のうち一部の信号の電位はＬｏｗレベル（図５（ｂ）の黒丸の表示）に固定される。これは、基板内の配線パターンにしたがって、Ｖｃｃを含めＨｉｇｈの電位を発生する信号（図５（ｂ）の白丸の表示）の配線パターンとの間に直流電圧が発生するためである。
【００２７】
次に、２つの配線パターン間に電解質を含む水分が付着した状態と電圧の関係について図６を用いて説明する。図６（ａ）は配線パターン間に電位差が無い場合、図６（ｂ）は配線パターン間に電位差がある場合を示している。配線パターン間に電位差が無い場合は電解液内にあるイオンの移動は無く、銅箔接触面でのイオンの酸化還元による化学反応は発生しない。一方、電圧が印加された場合、電解液内にあるイオンが電極である配線パターンに引き寄せられて銅箔接触面にて電気分解が生じ、低電位側銅箔に銅化合物を析出すなわち腐食を生ずる。
【００２８】
以上に説明した様に、位置検出回路６３内での電圧が配線パターン間の腐食を加速する要因となる。一方、制御信号ＯＣがＬｏｗである場合（図５（ｂ）区間＃２）、位置検出回路６３内の各配線の電位は全てＨｉｇｈに固定されるため、電解液が付着しても電気分解が促進されず、腐食の進行は電位差が有る場合に比べ著しく抑制される。
【００２９】
従って、制御部１１が、位置信号ＨＵ、ＨＶ、ＨＷの必要な状況（例えば、ブラシレスＤＣモータ６の運転指令がＯＮ、ブラシレスＤＣモータ６を運転する場合）すなわち制御信号ＯＣをＨｉｇｈとし、位置信号ＨＵ、ＨＶ、ＨＷが不要である状況（モータの停止中等）では、制御信号ＯＣをＬｏｗとすることで、位置検出回路６３内のパターンの腐食を抑制することができる。特に、空気調和機用室外機等においては、ブラシレスＤＣモータ６のロータが停止中かつ電源が通電中に腐食が生じやすいが、本実施の形態では、ロータの停止中に制御信号ＯＣをＬｏｗとすることにより、腐食を防ぐことができる。
【００３０】
なお、本実施の形態では、制御部１１が、ブラシレスＤＣモータ６の運転状況等に応じて制御信号ＯＣを生成するようにしたが、外部から入力される運転指令に制御信号ＯＣを含めるようにしてもよい。図７は、外部からの運転指令により制御信号ＯＣを出力するモータ制御装置の構成例を示す図である。図７の構成例は、制御部１１を制御部１１ａに替える以外は、図１の構成例と同様である。図７では、図１と同様の機能を有する構成要素は図１と同一の符号を付している。
【００３１】
図７の例では、制御部１１ａは、運転指令として入力される信号を制御信号ＯＣとして出力する。これにより、外部から開閉部１００の制御を行うことが可能となる。例えば、運転指令がＯＦＦ（ブラシレスＤＣモータ６を運転しないことを示す指令）の場合に、制御信号ＯＣをＬｏｗとする。この構成の場合、制御部について従来からの変更がほぼ不要であり、既存の装置に対する付加が容易であるメリットがある。
【００３２】
また、開閉部１００としては、回路を開閉できるものであればよく、リレー、トランジスタなどが適用可能である。図１ではトランジスタを開閉部１００に用いる例を示したが、トランジスタは装置としてリレー等に比べ小型で安価にできるメリットがある。
【００３３】
また、開閉部１００の挿入位置としては、ＧＮＤ（グランド）側（電源線６４−２）に限らずＶｃｃ側の電源線６４−１に直列に挿入して開閉するような位置でも機能的に問題ない。図１においてはＧＮＤ側に挿入され、トランジスタを備える開閉部１００を用いる例を示したが、トランジスタはＮＰＮ型の方が安価であり、ＮＰＮ型を用いる構成としては開閉部１００をＧＮＤ側に設けることでベース電源が非絶縁で構成でき、安価にできるという利点がある。
【００３４】
実施の形態２．
次に、本発明にかかるモータ制御装置を空気調和機に適用した例を実施の形態２として説明する。図８は、空気調和機の室外機の直流電源と負荷の関係の一例を示す図であり、図９は、空気調和機の主回路構成例を示す図である。
【００３５】
位置検出が不要である状況である場合の腐食の抑制法として、モータ制御装置１の全ての電源を切る方法も考えられるが、モータ制御装置１の電源である制御電源自体を遮断出来無い用途では、実施の形態１で述べた開閉部１００を用いた制御が効果的となる。本実施の形態では、制御電源自体を遮断出来無い用途の例として、空気調和機を用いて説明する。
【００３６】
図９に示すように、空気調和機は、電源２０１、整流回路２０２、圧縮機インバータ（ＩＮＶ）２０３、圧縮機モータ２０４、ファンインバータ（ＩＮＶ）２０５、ファンモータ２０６および制御回路２０７を備える。一般に、空気調和機では、図９に示すように、冷媒を循環するための圧縮機モータ２０４を駆動する圧縮機インバータ２０３とファンモータ２０６を駆動するファンインバータ２０５とが、整流回路２０２を共用化して構成されている。したがって、ファンモータ２０６の腐食対策のために電源２０１を遮断すると除霜運転など圧縮機の単独運転ができず、空気調和機としての機能を欠くものとなってしまう。また、主回路は定格電流が大きく、主回路を遮断する回路素子のコストも高くなる。したがって、主回路の電源を遮断するより、実施の形態１で述べた方法の方がコストも安くなる。
【００３７】
また、図８に示すように空気調和機の室外機の直流電源１２１には、ファンモータ２０６の位置検出回路１２２の他に、マイコン１２３、リレー１２４、通信回路１２５等様々な直流負荷が共通の電源回路から電力供給されており、これら全てを遮断する回路素子のコストも高くなる。したがって、主回路の電源を遮断するより、実施の形態１で述べた方法の方がコストも安くなる。
【００３８】
以上のことから、空気調和機において、ファンモータ２０６、ファンインバータ２０５をそれぞれ実施の形態１のブラシレスＤＣモータ６、モータ制御装置１とすることにより、低コストで位置検出回路６３の腐食を防止することができる。なお、モータ制御装置１の一部を制御回路２０７のなかに含めるように構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
以上のように、本発明にかかるモータ制御装置および空気調和機は、ブラシレスＤＣモータを用いる装置に有用であり、特に、腐食が生じやすい環境下で用いられる装置に適している。
【符号の説明】
【００４０】
１  モータ制御装置
６  ブラシレスＤＣモータ
１１，１１ａ  制御部
１２  インバータ
１３  制御電源
６１  ステータ
６２  ロータ
６３  位置検出回路
６４−１，６４−２  電源線
１００  開閉部
１０１，１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ  ホールＩＣ
１０２−１，１０２−２，１１５−１，１１５−２  電源端子
１１０  ホール素子
１１１  アンプ
１１２  ヒステリシスコンパレータ
１１３  トランジスタ
１１４  プルアップ抵抗
１２１  直流電源
１２２  位置検出回路
１２３  マイコン
１２４  リレー
１２５  通信回路
２０１  電源
２０２  整流回路
２０３  圧縮機インバータ
２０４  圧縮機モータ
２０５  ファンインバータ
２０６  ファンモータ
２０７  制御回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2014003840.tif 000009
【図８】
2014003840.tif 000010
【図９】
2014003840.tif 000011