(57)【要約】【課題】駆動回路に適したロータの極数とステータのスロット数の比を最適比にすることにより、低騒音・低振動のブラシレスモータ、およびこのブラシレスモータを搭載した静粛性を高めた電気機器および自動車を提供することを目的とする。【解決手段】１４極のロータ１と、１２ヶのスロット２を有し前記スロット２に３相結線されたステータ３と、前記ステータ３に三相全波通電を行う駆動回路５よりなり、かつ、前記駆動回路の通電幅を電気角にて１３５〜１８０°としたブラシレスモータである。【選択図】  図１
2004274807.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の極数を有するロータと、複数のスロットを有し前記スロットに３相結線されたステータと、前記ステータに三相全波通電を行う駆動回路よりなるブラシレスモータにおいて、前記ロータの極数と前記ステータの前記スロット数の比を１４：１２とし、かつ、前記駆動回路の通電幅を電気角にて１３５〜１８０°としたことを特徴とするブラシレスモータ。
【請求項２】
複数の極数を有するロータと、複数のスロットを有し前記スロットに３相結線されたステータと、前記ステータに三相全波通電を行う駆動回路よりなるブラシレスモータにおいて、前記ロータの極数と前記ステータの前記スロット数の比を１４：１２とし、かつ、前記駆動回路を正弦波駆動回路としたことを特徴とする請求項１記載のブラシレスモータ。
【請求項３】
複数の極数を有するロータと、複数のスロットを有し前記スロットに３相結線されたステータと、前記ステータに三相全波通電を行う駆動回路よりなるブラシレスモータにおいて、前記ロータの極数と前記ステータの前記スロット数の比を１４：１２とし、かつ、前記駆動回路の通電幅を電気角にて１５０°としたことを特徴とする請求項１記載のブラシレスモータ。
【請求項４】
駆動回路は、通電幅を電気角にて１５０°とし、各相コイルのうち合隣る相コイルが同じ通電状態になる重なり期間前記相コイルへの通電の大きさを第１の値とし、前記重なり期間以外のあいだ、前記通電の大きさを第２の値とするようにしたことを特徴とする請求項３記載のブラシレスモータ。
【請求項５】
第１の値と第２の値との比率をｓｉｎ（π／３）：１（概略０．８６６：１）とするようにしたことを特徴とする請求項４記載のブラシレスモータ。
【請求項６】
複数の極数を有するロータと、複数のスロットを有し前記スロットに３相結線されたステータと、前記ステータに三相全波通電を行う駆動回路よりなるブラシレスモータにおいて、前記ロータの極数と前記ステータの前記スロット数の比を１４：１２とし、かつ、前記駆動回路の通電幅を電気角にて１３５〜１８０°とし、かつ、前記駆動回路を内蔵したことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のブラシレスモータ。
【請求項７】
前記ロータの構造をＩＰＭ構造としたことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のブラシレスモータ。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のブラシレスモータを搭載した電気機器。
【請求項９】
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のブラシレスモータを搭載した自動車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の極数を有するロータと、複数のスロットを有し前記スロットに３相結線されたステータと、前記ステータに三相全波通電を行う駆動回路よりなるブラシレスモータ、およびそれを搭載したエアコン、空気清浄機、あるいは給湯機等の電気機器、または自動車に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ブラシレスモータの低騒音・低振動の要求が年々高まっている。従来、ブラシレスモータは図８に示すように、８極のロータ１と、１２ヶのスロット２を有し前記スロット２に３相結線されたステータ３と、前記ステータ３に１２０°三相全波通電を行う駆動回路５よりなるブラシレスモータである。このように、前記ロータ１の極数と前記ステータ３のスロット数の比を２：３としていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−２２２４８５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般にトルク脈動を抑えるため巻線に流れる電流を正弦波に近づけるほど、低騒音・低振動に効果があるといわれている。このため、線間誘起電圧と電源電圧の差により、巻線に印加される電圧が決まることから、線間誘起電圧が正弦波に近いほど、低騒音・低振動に効果がある。しかしながら、従来のブラシレスモータにおいては、線間誘起電圧の歪み率が悪く、騒音・振動での問題があった。
【０００５】
図７において１ティースの片側の導体群１２ａに誘起される電圧ｆ８（θ）はフーリエ級数展開により以下のように表すことができる。
【０００６】
【数１】
2004274807.tif 000003
上記式において、θは電気角（°）を表している。
【０００７】
線間誘起電圧ｆ８（θ）は導体群１２ａ〜１２ｐ誘起される電圧の和となり、上記（式１）の位相違い１６ヶを足し合わすことで、以下のようになる。
【０００８】
2004274807.tif 000004
上記（式２）を高調波成分毎にまとめると、以下のようになる。
【０００９】
Ｆ８（θ）＝１２ａ１ｓｉｎ（θ＋６０°）＋１２ａ３ｓｉｎ（５θ＋３００°）＋１２ａ４ｓｉｎ（７θ＋６０°）＋‥‥    （式３）
このためロータの極数とステータのスロット数の比が２：３では線間誘起電圧の３次の成分を抑えることができても、５次、７次の成分を抑えることができない。図８は１０００ｒ／ｍｉｎ時の線間誘起電圧波形であるが、歪み率が２〜５％の正弦波にしかならないために、トルク脈動が生じ、低騒音・低振動の問題があった。１２０°三相全波通電方式を採用していたために、２相通電の相切り替わり時のコイルに流れる電流の変化が大きく、トルク脈動が生じ、低騒音・低振動には不利であった。
【００１０】
本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、駆動回路に適したロータの極数とステータのスロット数の比を最適比にすることにより、低騒音・低振動のブラシレスモータ、およびこのブラシレスモータを搭載した静粛性を高めた電気機器および自動車を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、複数の極数を有するロータと、複数のスロットを有し前記スロットに３相結線されたステータと、前記ステータに三相全波通電を行う駆動回路よりなるブラシレスモータにおいて、前記ロータの極数と前記ステータの前記スロット数の比を１４：１２とし、前記駆動回路の通電幅を電気角にて１３５〜１８０°としたことを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本願請求項１に記載の発明は、複数の極数を有するロータと、複数のスロットを有し前記スロットに３相結線されたステータと、前記ステータに三相全波通電を行う駆動回路よりなるブラシレスモータにおいて、前記ロータの前記極数と前記ステータの前記スロット数の比を１４：１２とし、かつ、前記駆動回路の通電幅を電気角にて１３５〜１８０°としたことを特徴とするものである。このことにより、線間誘起電圧の３次の成分を抑えることができるだけでなく、５次、７次の成分も抑え、線間誘起電圧を正弦波に近づけることができ、低騒音・低振動の作用がある。また、駆動回路の通電幅を電気角にて１３５〜１８０°にすることにより、相切り替わり時に３相通電期間があるためにコイルに流れる電流の変化を小さくし、トルク脈動を抑え、低騒音・低振動の作用がある。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、複数の極数を有するロータと、複数のスロットを有し前記スロットに３相結線されたステータと、前記ステータに三相全波通電を行う駆動回路よりなるブラシレスモータにおいて、前記ロータの前記極数と前記ステータの前記スロット数の比を１４：１２とし、かつ、前記駆動回路を正弦波駆動回路としたことを特徴とする。正弦波駆動回路においては、線間誘起電圧と電源電圧の差により、巻線に印加される電圧をＰＷＭ制御し、巻線に流れる電流を正弦波に近づける駆動回路方式であり、コイルに流れる電流を正弦波に近づけることができる。さらに、ロータ極数とステータスロット数の比を１４：１２にしたことにより、線間誘起電圧を正弦波に近づけることができ、トルク脈動を抑え低騒音・低振動の作用がある。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、複数の極数を有するロータと、複数のスロットを有し前記スロットに３相結線されたステータと、前記ステータに三相全波通電を行う駆動回路よりなるブラシレスモータにおいて、前記ロータの前記極数と前記ステータの前記スロット数の比を１４：１２とし、かつ、前記駆動回路の通電幅を電気角にて１５０°としたことを特徴とするものである。このことにより、線間誘起電圧を正弦波に近づけ、巻線に流れる電流を正弦波に近づけることができ、低騒音・低振動の作用がある。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、駆動回路の通電幅を電気角にて１５０°とし、各相コイルのうち合隣る相コイルが同じ通電状態になる重なり期間前記相コイルへの通電の大きさを第１の値とし、前記重なり期間以外のあいだ、前記通電の大きさを第２の値とするようにしたことを特徴とする請求項３記載のブラシレスモータである。このことにより、本願請求項３に記載の発明よりも巻線に流れる電流を正弦波に近づけることができ、低騒音・低振動の作用がある。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、第１の値と第２の値との比率をｓｉｎ（π／３）：１（概略０．８６６：１）とするようにしたことを特徴とする請求項４記載のブラシレスモータであり、１５０°通電において最も低騒音・低振動の作用が大きくなる。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、複数の極数を有するロータと、複数のスロットを有し前記スロットに３相結線されたステータと、前記ステータに三相全波通電を行う駆動回路よりなるブラシレスモータにおいて、前記ロータの極数と前記ステータの前記スロット数の比を１４：１２とし、かつ、前記駆動回路の通電幅を電気角にて１３５〜１８０°とし、かつ、前記駆動回路を内蔵したことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のブラシレスモータであり、低騒音・低振動および小型化の作用を有する。
【００１８】
請求項７に記載の発明は、ロータ構造をＩＰＭ構造としたことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のブラシレスモータである。このことにより磁石の磁束量を増やしながらも、ロータ極数とステータスロット数の比を１４：１２にしたことにより線間誘起電圧を正弦波に近づけ、巻線に流れる電流を正弦波に近づけることができ、低騒音・低振動に加え、高効率の作用がある。
【００１９】
請求項８に記載の発明は、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のブラシレスモータを搭載した電気機器であり、ブラシレスモータ運転時の電気機器本体との共振を抑制することができるという作用を有する。
【００２０】
請求項９に記載の発明は、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のブラシレスモータを搭載した自動車であり、ブラシレスモータ運転時の自動車本体との共振を抑制することができるという作用を有する。運転時の低騒音・低振動の作用を有する。
【００２１】
【実施例】
以下本発明の実施例について図面を参照し説明する。
【００２２】
（実施例１）
図１において、１４極のロータ１と、１２ヶのスロット２を有し前記スロット２に３相結線されたステータ３と、前記ステータ３に三相全波通電を行う駆動回路５よりなるブラシレスモータである。
【００２３】
１ティースの片側の導体群１２ａに誘起される電圧ｆ１４（θ）はフーリエ級数展開により以下のように表すことができる。
【００２４】
【数２】
2004274807.tif 000005
上記式において、θは電気角（°）を表している。
【００２５】
線間誘起電圧ｆ１４（θ）は、導体群１２ａ〜１２ｐ誘起される電圧の和となり、上記（式１）の位相違い１６ヶを足し合わすことで、以下のようになる。
【００２６】
Ｆ１４（θ）＝２ｆ１４（θ）＋４ｆ１４（θ−３０°）＋４ｆ１４（θ−６０°）＋４ｆ１４（θ−９０°）＋２ｆ１４（θ−１２０°）    （式５）
上記（式５）を高調波成分毎にまとめると、以下のようになる。
【００２７】
Ｆ１４（θ）＝１２．９３ｂ１ｓｉｎ（θ−６０°）＋０．９３ｂ３ｓｉｎ（５θ−１２０°）＋０．９３ｂ４ｓｉｎ（７θ−２４０°）＋‥‥‥    （式６）
このように、ロータの極数とステータのスロット数の比を１４：１２としたブラシレスモータにおいては、線間誘起電圧の３次の成分を抑えることができるだけでなく、５次、７次の成分も抑え、線間誘起電圧を正弦波に近づけることができる。磁界解析シミュレーション結果では１０００ｒ／ｍｉｎ時の線間誘起電圧波形の歪み率を０．７％まで抑えた正弦波にすることができ、トルク脈動を抑え低騒音・低振動の作用がある。また、駆動回路の通電幅を電気角にて１３５〜１８０°にすることにより、相切り替わり時に３相通電期間があるためにコイルに流れる電流の変化を小さくし、トルク脈動を抑え、低騒音・低振動の作用がある。さらに、この駆動回路を正弦波駆動回路にすることにより、コイルに流れる電流を正弦波に近づけることにより、より一層の低騒音・低振動の作用がある。
【００２８】
（実施例２）
図２においては本発明の実施例における正弦波駆動ブラシレスモータの構造断面図を示し、正弦波駆動回路５をモータ内部に内蔵した構造となっており、モータと回路を一体化することにより、小型化を図ることができる。
【００２９】
（実施例３）
図３において、磁石５０をロータコア１１に内蔵したＩＰＭロータ構造をした１４極のロータ１と、１２ヶのスロット２を有し前記スロット２に３相結線されたステータ３と、前記ステータ３に三相全波通電を行う正弦波駆動回路５よりなるブラシレスモータである。このようにロータ構造をＩＰＭ構造とすることにより、磁石の磁束量を増やしながらも、ロータ極数とステータスロット数の比を１４：１２にしたことにより線間誘起電圧を正弦波に近づけ、巻線に流れる電流を正弦波に近づけることができ、低騒音・低振動に加え、高効率の作用がある。
【００３０】
（実施例４）
図４に示すルームエアコン室内機１３・室外機１４は請求項４記載のモータを搭載している。前記ルームエアコン室内機１３には室内機用のモータ２６にクロスフローファン１７が取り付けられ、前記ルームエアコン室外機１４には熱交換器Ｂ１６への室外用モータ２７にプロペラファン１８が取り付けられている。ルームエアコンの運転時にこれらのファンモータも運転している。
【００３１】
このようにルームエアコンのファンモータに使用することにより、ルームエアコン運転時のファンや機器本体の共振を抑えることができ、低騒音・低振動の作用がある。
【００３２】
（実施例５）
図５に示す給湯器には燃焼に必要な空気を供給するための給湯用ファンモータ３８として請求項４記載のモータを搭載している。前記給湯用ファンモータ３８にはシロッコファン４０が取り付けられている。これについても、給湯器運転時のファンや機器本体の共振を抑え、低騒音・低振動の作用がある。
【００３３】
（実施例６）
また、図６に示す空気清浄機には空気清浄機用モータ４９として請求項４記載のモータを搭載している。前記空気清浄機用モータ４９にはシロッコファン４０が取り付けられている。
【００３４】
これについても、空気清浄機運転時のファンや機器本体の共振を抑え、低騒音・低振動の作用がある。
【００３５】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、その他の用途としては、例えば室内空間の静粛性が要求される自動車用エアコンのファンモータ、あるいはラジエター冷却用のファンモータ、電気自転車の駆動用モータとして搭載することもできる。
【００３６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように請求項１記載の発明によれば、ロータの極数とステータのスロット数の比を２：３としたブラシレスモータよりも線間誘起電圧が正弦波に近づけることができ、また駆動回路の通電幅を電気角にて１３５〜１８０°にすることにより、相切り替わり時に３相通電期間があるためにコイルに流れる電流の変化を小さくし、トルク脈動を抑え、低騒音・低振動の効果がある。
【００３７】
また、請求項２に記載の発明によれば、駆動回路を正弦波駆動回路としたので、線間誘起電圧と電源電圧の差により、巻線に印加される電圧をＰＷＭ制御し、巻線に流れる電流を正弦波に近づける駆動回路方式であり、コイルに流れる電流を正弦波に近づけることができ、さらに、ロータ極数とステータスロット数の比を１４：１２にしたことにより、線間誘起電圧を正弦波に近づけることができ、トルク脈動を抑え低騒音・低振動とすることができる。
【００３８】
また、請求項３に記載の発明によれば、駆動回路の通電幅を、特に電気角にて１５０°とすることで、線間誘起電圧を正弦波に近づけ、巻線に流れる電流を正弦波に近づけることができ、低騒音・低振動とすることができる。
【００３９】
また、請求項４に記載の発明によれば、駆動回路の通電幅を電気角にて１５０°とし、前記各相コイルのうち合隣る相コイルが同じ通電状態になる重なり期間前記相コイルへの通電の大きさを第１の値とし、前記重なり期間以外のあいだ、前記通電の大きさを第２の値とすることで、さらに巻線に流れる電流を正弦波に近づけることができ、より低騒音・低振動のブラシレスモータを得ることができる。
【００４０】
また、請求項５に記載の発明によれば第１の値と第２の値との比率をｓｉｎ（π／３）：１（概略０．８６６：１）とすることで、１５０°通電において最も低騒音・低振動のブラシレスモータを得ることができる。
【００４１】
また、請求項６に記載の発明によれば、ロータの極数とステータのスロット数の比を１４：１２とし、かつ、駆動回路の通電幅を電気角にて１３５〜１８０°とし、かつ、前記駆動回路を内蔵することで、線間誘起電圧を正弦波に近づけ、また駆動回路によりコイルに流れる電流の変化を小さくすることができ、トルク脈動を抑え、低騒音・低振動および小型化のブラシレスモータを得ることができる。
【００４２】
また、請求項７記載の発明によれば、ロータをＩＰＭ構造にしたことにより磁石の磁束量を増やしながらも、ロータ極数とステータスロット数の比を１４：１２にしたことにより線間誘起電圧を正弦波に近づけ、巻線に流れる電流を正弦波に近づけることができ、また、駆動回路の通電幅を電気角にて１３５〜１８０°にすることによりコイルに流れる電流の変化を小さくし、低騒音・低振動に加え、高効率の作用がある。
【００４３】
一般にロータ構造をＩＰＭ構造とした場合ロータ・ステータ間のギャップ磁束分布において極間近くの磁束が表面磁石構造タイプのロータよりも大きくなるために線間誘起電圧の歪み率が悪くなるという問題があった。このため、従来のロータの極数とステータのスロット数の比を２：３としたブラシレスモータにおいては線間誘起電圧の歪み率が悪く、表面磁石構造タイプのロータよりも効率は良いが騒音・振動の面では悪くなっていた。しかしながら、ロータ極数とステータスロット数の比を１４：１２にすることにより、線間誘起電圧の３次だけでなく、５次、７次の成分も抑え線間誘起電圧を正弦波に近づけることができ、低騒音・低振動の作用がある。
【００４４】
さらに、請求項８および請求項９に記載の発明によれば、電気機器本体または自動車本体の共振を抑制することができ、低騒音・低振動の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例における正弦波駆動ブラシレスモータを示す模式図
【図２】本発明の実施例における正弦波駆動ブラシレスモータの構造断面図
【図３】本発明の実施例におけるＩＰＭロータを用いたブラシレスモータを示す模式図
【図４】本発明の実施例によるルームエアコン室内機・室外機の構成図
【図５】（ａ）本発明の実施例による空気清浄機の構成図
（ｂ）本発明の実施例による空気清浄機のケーシング部分の斜視図
【図６】（ａ）本発明の実施例による給湯器の構成図
（ｂ）本発明の実施例による給湯器の断面構成図
【図７】従来の正弦波駆動ブラシレスモータを示す模式図
【図８】従来の正弦波駆動ブラシレスモータの線間誘起電圧波形図
【符号の説明】
１  ロータ
２  スロット
３  ステータ
４  巻線
５  正弦波駆動回路
６  軸受
７  防振ゴム
８  モールド樹脂
９  軸
１０  ブラケット
１１  ロータコア
１２ａ〜１２ｐ  導体群
１３  ルームエアコン室内機
１４  ルームエアコン室外機
１５  熱交換器Ａ
１６  熱交換器Ｂ
１７  クロスフローファン
１８  プロペラファン
１９  制御機Ａ
２０  制御機Ｂ
２１  コンプレッサ
２２  電源線
２３  信号線
２４  冷媒管
２５  ＡＣ電源入力線
２６  室内機用モータ
２７  室外機用モータ
２８  給湯器
２９  燃焼釜
３０  温水管
３１  水道管
３２  バーナー部
３３  制御機
３４  燃料ポンプ
３５  気化器
３６  燃料管
３７  燃料タンク
３８  給湯用ファンモータ
３９  ケーシング
４０  シロッコファン
４１  排気口
４２  空気清浄機
４３  制御板
４４  エアフィルタ
４５  排気口
４６  吸気口
４７  操作板
４８  吹き出し口
４９  空気清浄機用モータ
５０  磁石
【図１】
2004274807.tif 000006
【図２】
2004274807.tif 000007
【図３】
2004274807.tif 000008
【図４】
2004274807.tif 000009
【図５】
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【図６】
2004274807.tif 000011
【図７】
2004274807.tif 000012
【図８】
2004274807.tif 000013