(57)【要約】【課題】  供給電圧が上昇した場合あるいは低下した場合でも、モータの各構成要素に対する負荷が増大されることがないブラシレス電気モータの制御方法をローコストで提供する。【解決手段】  ブラシレス電気モータを予め設定された供給電圧領域の範囲内で運転させるためにパルス幅変調（ＰＷＭ）制御を用いて巻線に印加される電圧を制御すると共に、モータの回転数が予め設定された定格回転数となるようにモータの制御装置を制御するブラシレス電気モータの制御方法であって、定格の供給電圧で、最大のパルス幅変調比（ＰＷＭ比）である場合に、定格運転状態における定格回転数となるように、モータにおける各部材仕様値が設定される。【選択図】  図３   
2005312292.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブラシレス電気モータを予め設定された供給電圧領域の範囲内で運転させるためにパルス幅変調（ＰＷＭ）制御を用いて巻線に印加される電圧を制御すると共に、前記モータの回転数が予め設定された定格回転数となるようにモータの制御装置を制御するブラシレス電気モータの制御方法であって、
定格の供給電圧で、最大のパルス幅変調比（ＰＷＭ比）である場合に、
定格運転状態における定格回転数となるように、前記モータにおける各部材仕様値が設定される
ことを特徴とするブラシレス電気モータの制御方法。
【請求項２】
前記モータの回転数が、転流信号に基づいて導出される
ことを特徴とする請求項１に記載のブラシレス電気モータの制御方法。
【請求項３】
前記モータにおける前記各部材仕様値の設定は、前記巻線の線径及び前記巻線の巻数を適切に選択することで実現される
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のブラシレス電気モータの制御方法。
【請求項４】
予め設定された供給電圧領域の範囲内で運転させるためにパルス幅変調（ＰＷＭ）制御を用いて巻線に印加される電圧を制御できると共に、前記モータの回転数が最大回転数に固定されるように制御できるモータ制御装置が設けられたブラシレス電気モータであって、
定格の供給電圧で、最大のパルス幅変調比（ＰＷＭ比）である場合に、
定格運転状態における定格回転数にちょうど到達するように、前記モータにおける各部材仕様値が設定される
ことを特徴とするブラシレス電気モータ。
【請求項５】
前記モータの前記各部材仕様値の設定は、前記巻線の線径及び前記巻線の巻数を適切に選択することで実現できる
ことを特徴とする請求項４に記載のブラシレス電気モータ。
【請求項６】
電子的な転流及び回転数の制御が、マイクロコントローラを用いて実施される
ことを特徴とする請求項４又は５に記載のブラシレス電気モータ。
【請求項７】
前記モータは、送風機用モータである
ことを特徴とする請求項４から６の何れか１項に記載のブラシレス電気モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシレス電気モータを予め設定された供給電圧領域の範囲内で運転させるためにパルス幅変調（ＰＷＭ）制御を用いて巻線に印加される電圧を制御すると共に、前記モータの回転数が予め設定された定格回転数となるようにモータの制御装置を制御するブラシレス電気モータの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、送風機に用いられる電気モータとしては、従来から、回転数制御（閉ループ制御)処理を実施するか、又は、回転数制御処理を実施しないブラシレス直流モータを用いることが知られている。
【０００３】
回転数制御処理を実施しないブラシレス直流モータの回転数は、供給電圧により変動する（図１参照）。すなわち、供給電圧が上昇すればするほど、モータの回転数も上昇する。
【０００４】
適用例を示すと、例えば、原動機付きの乗り物に対しては、用いられる送風機用モータの定格供給電圧は１２Ｖとなる。ところが、原動機付きの乗り物の内部電圧は、実際には８Ｖから１８Ｖの範囲内で変動する場合があり、そのため、モータの回転数も著しく変動する場合がある。送風機に適用した場合には、モータからの機械的な出力は、回転数の約３乗の仕事率で上昇する。
【０００５】
回転数制御処理を実施しないモータの回転数は、供給電圧が立ち上げられると、モータの回転数も上昇していく。これに伴い、モータへの負荷も増大し、供給電圧が高くなることで、モータはすぐに温度的過負荷保護処理を開始させる。
【０００６】
以下に示した表では、回転数制御処理を実施しない電気モータを送風機用モータとして設置した場合の、供給電圧が上昇することにより引き起こされる回転数の変化に従い、その他の変化するモータの各パラメータ、又は、送風機の各パラメータが示されている。しかし、その他の各パラメータ及び周囲環境による影響については無視している。
【０００７】
【表１】
2005312292.tif 000003
【０００８】
上記のように、モータの回転数が上昇することにより送風機から発生される風量も上昇する。しかし、送風機は、モータの全ての供給電圧領域の範囲内で十分な風量を出力させるように設定されているので、利用者にとっては、送風機のそのような過大な風量は必要とされない機能である。
【０００９】
それに加えて、モータの回転数が上昇した場合には、モータへの負荷が上昇するばかりか、送風機のノイズも上昇させてしまう。モータへの負荷が上昇するということは、単にエネルギー消費量を増大させるということだけでなく、モータ自体の温度も上昇させることにもなり、更に軸受システムの寿命に悪影響を及ぼすことを意味している。
【００１０】
回転数制御処理を実施するモータの場合には、出力性能は一定になる（図２参照）。
従って、供給電圧を低下させるように制御することで、電流入力が上昇する。そのため、特に、その電流の電気的定格を定めておく必要がある。
【００１１】
一定の回転数に能動的に回転数制御処理を実施するモータでは、回転数、モータ出力、風量、圧力（静圧）上昇率及び送風機ノイズは、供給電圧に係らず一定になる。このようなモータの場合は、例え最低限の供給電圧であっても、又、最大の負荷であっても、最大限に望ましい回転数に到達することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、電子転流集積回路を用いているモータでは、供給電圧が低下しても一定の電力を供給する必要があり、そのため、以下の表に示されるように、電子出力素子（電子転流集積回路）は、高い電流入力時にも電力を出力させなければならないという問題がある。
【００１３】
【表２】
2005312292.tif 000004
【００１４】
上記表に示したように、例えば、電圧が定格電圧である１２Ｖから８．４Ｖに下がった場合（供給電圧が−３０％の場合）には、電子出力素子（電子転流集積回路）の入力電流は、約４３％も上昇してしまう。それに応じて、電力損失が非常に増大することになり、それは、モータの電子転流する出力半導体への温度的な（熱の）負荷が増大することを意味している。
【００１５】
このような問題を回避する可能性としては、モータ制御でＰＷＭ比率をさらに増大させて供給電圧が定格電圧に適合するよう、さらなる回転数制御処理を実施する方法が考えられる。その方法により、供給電圧は高められるものの、しかしながら、センサ類のコストを上昇させてしまうことになる。従って、そのような対応策は、コスト計算に基づくローコスト型モータ用としては、問題の解決策にはならない。
【００１６】
本発明は、上記した課題を解決するために、上記したように供給電圧が上昇した場合あるいは低下した場合でも、モータの各構成要素に対する負荷が増大されることがないブラシレス電気モータの制御方法をローコストで提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記した課題は、本発明では、請求項１に述べられている特徴により解決することができる。又、本発明によるブラシレスモータは請求項４に説明されている。
【００１８】
すなわち、本発明のブラシレス電気モータの制御方法では、ブラシレス電気モータを予め設定された供給電圧領域の範囲内で運転させるためにパルス幅変調（ＰＷＭ）制御を用いて巻線に印可される電圧を制御すると共に、モータの回転数が予め設定された定格回転数となるようにモータの制御装置を制御するブラシレス電気モータの制御方法であって、定格の供給電圧で、最大のパルス幅変調比（ＰＷＭ比）である場合に、定格運転状態における定格回転数となるように、モータにおける各部材仕様値が設定されることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明のブラシレス電気モータは、予め設定された供給電圧領域の範囲内で運転させるためにパルス幅変調（ＰＷＭ）制御を用いて巻線に印可される電圧を制御できると共に、モータの回転数が最大回転数に固定されるように制御できるモータ制御装置が設けられたブラシレス電気モータであって、定格の供給電圧で、最大のパルス幅変調比（ＰＷＭ比）である場合に、定格運転状態における定格回転数にちょうど到達するように、モータにおける各部材仕様値が設定されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のブラシレス電気モータの制御方法では、ローコストで、供給電圧が上昇した場合あるいは低下した場合でも、モータの各構成要素に対する負荷が増大されることを無くすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、図面を参照して、本発明のブラシレス電気モータの制御方法の特徴及び形態を、従来の技術と比較しながら詳しく説明する。
【００２２】
（実施形態）
図１は、従来技術の回転数制御処理を実施しない送風機用ブラシレス電気モータの制御方法における、相対的な供給電圧に対して変化する相対的な回転数、相対的なモータ電流、及び、相対的なモータ出力の関係を示す図である。
図２は、従来技術の回転数制御処理を実施する送風機用ブラシレス電気モータの制御方法における、相対的な供給電圧に対して変化する相対的な回転数、相対的なモータ電流、及び、相対的なモータ出力の関係を示す図である。
そして、図３は、本発明に基づく回転数制御処理を実施する送風機用ブラシレス電気モータの制御方法における、相対的な供給電圧に対して変化する相対的な回転数、相対的なモータ電流、及び、相対的なモータ出力の関係を示す図である。
【００２３】
図１から図３においては、供給電圧を示す横軸上に、モータの相対的な回転数が実線で示され、モータの相対的な電流値が幅が狭い破線で示され、モータ出力が幅が広い破線で示される。各々の定格回転数、定格電流と定格出力は、定格電圧を基準として同じになるように決定（配置）されている。（つまり、横軸の供給電圧が１．０の相対値で示された定格値上における、縦軸が１．０のところが、回転数、電流と出力の各々の定格値となる。）
【００２４】
図１では、回転数制御処理を実施しない従来技術の送風機用ブラシレス電気モータにおける相対的供給電圧（定格値＝１．０）に対する、モータの相対的な回転数とモータ電流と出力（全て定格値＝１．０）の関係を示している。この図１からは、供給電圧の変化（上昇）に伴って、他の全ての値が、およそ線形（直線的）に上昇していることが認識できる。
【００２５】
供給電圧が上昇した結果としては、特に、定格値である１．０よりも供給電圧が上昇した時にであるが、エネルギー消費量が上昇し、モータ及び電子転流素子（集積回路）中の損失が増大し、さらに送風ノイズも増大する。
【００２６】
図２では、回転数制御処理を実施する従来技術の送風機用ブラシレス電気モータにおける、相対的供給電圧に対する、モータの相対的な回転数とモータ電流と出力の関係を示している。（尚、定格値は図１と同様である。）この図２からは、供給電圧が定格電圧と異なっても、（回転数制御により）回転数が一定値に制限されることから、回転数及びモータ出力は一定に保たれることが認識できる。
【００２７】
ここで、供給電圧が定格電圧（＝１．０）よりも低下した場合には、モータ電流が上昇している。供給電圧が低下した結果としては、電子転流素子（集積回路）及び導線（巻線及びリード線）に対する電流負荷が増大する。（このことにより発生する問題については上記したとおりである。）
【００２８】
この図３では、電気モータの制御は、パルス幅変調（ＰＷＭ）手段によってモータ電流を、そして、回転数を固定値の最大回転数に限定するよう制御するモータ制御装置を使用している。この図３で重要な点は、このモータあるいはモータ制御装置は、定格供給電圧で定格負荷である場合に定格回転数にぎりぎりで（かろうじて）到達させ、その際に、パルス幅変調（ＰＷＭ）手段の最大のパルス幅比の近くで達成させることである。
【００２９】
図３では、本発明に適応した送風機用ブラシレス電気モータにおける、相対的供給電圧に対する、モータの相対的な回転数とモータ電流と出力の関係を示している。（尚、定格値は図１と同様である。）この図３からは、供給電圧が定格電圧よりも大きくなった場合には、（モータ制御装置により）回転数が一定に限定されることから、回転数及び出力は一定に保たれることがわかる。その場合、モータ電流は、問題無いレベルに留まり、決してそのレベルから外れることは無い。
【００３０】
供給電圧が定格電圧よりも低下した場合には、回転数及びモータ出力も低下する。この場合には、すでに予め定められた定格電圧でパルス幅変調（ＰＷＭ）手段が最大のＰＷＭ比に到達しているため、モータ電流を上昇させないようにできる。
【００３１】
更に、図３からは、定格動作ポイント（縦軸位置１．０／横軸位置１．０）におけるモータ電流が、最大値に到達していることが認識できる。
【００３２】
図４は、本発明に基づく回転数制御装置を使用する送風機用ブラシレス電気モータにおいて、供給電圧が定格供給電圧を明らかに上回る場合の、パルス幅変調（ＰＷＭ）方式の制御信号が推移する代表例を示す図である。
図４では、実際の供給電圧が、定格値の供給電圧を明確に（充分に）上回っている場合のパルス幅変調の制御信号を示している。
【００３３】
図４の場合には、実際の供給電圧が低下した場合、本発明に基づく回転数制御装置は、パルス幅変調比はまだ上限値に達していないため、パルス幅変調比を上昇させることができる。
【００３４】
図５は、本発明に基づく回転数制御装置を使用する送風機用ブラシレス電気モータにおいて、供給電圧が定格供給電圧である場合の、パルス幅変調（ＰＷＭ）方式の制御信号が推移する代表例を示す図である。
図５では、実際の供給電圧が、定格値の供給電圧よりも少しだけ（僅かに）上回っている場合のパルス幅変調の制御信号を図示している。図５の場合には、例え、実際の供給電圧が非常に低下したとしても、パルス幅比は、大幅には引き上げられず、かろうじて僅かに高めることができる程度にしかできない。
【００３５】
多くの場合、本発明に基づく各部材仕様の決定は、巻線の設計により対応させることができる。このことは、磁気回路及び電子転流素子（集積回路）を別の仕様に変更する必要がないことを意味している。本発明に基づく巻線の設計を可能にする方法についての抜粋を以下に示す。
【００３６】
例えば、公知の巻線設計（巻線の線径＝ｄｏ、歯｛電気子鉄心のギャップ側に形成される巻線を施すためのスロット間の突出鉄歯｝１つあたりの巻数Ｎｏ）を有するサンプルモータが備えられた送風機が検査される場合について説明する。
【００３７】
その場合、送風機は、実際の適用機器（アプリケーション）に組み込んだ状態でも良いし、あるいは、実際の適用機器と類似（同様）した送風技術上の抵抗特性線を示すテスト装置に組み込んだ状態でも良い。
【００３８】
この場合、定格動作点（送風量及び静圧）は、定格回転数で達成されることになる。
この時に、その供給電圧について、どれくらいの電圧が供給された場合にモータがまさにぎりぎりで（かろうじて）定格回転数に到達するかが、実験的に確認される。
【００３９】
上記したようにして、この供給電圧の限界値（ＵGrenze）が判明していて、定格供給電圧がＵNennである場合には、本発明に基づく巻線設計は、以下の式により簡単に計算して求めることができる。
【００４０】
巻線の線径：
【数１】
2005312292.tif 000005
巻数：
【数２】
2005312292.tif 000006
【００４１】
このように本実施形態のブラシレス電気モータの制御方法は、ブラシレス電気モータを、予め設定された供給電圧領域の範囲内で運転させる方法であって、モータの制御装置を、巻線電圧をパルス幅変調（ＰＷＭ）によって制御しつつ、モータの回転数を予め設定された定格回転数に達するよう制御する制御方法に関するが、本実施形態の場合には、モータは、パルス幅変調比（ＰＷＭ比）が最大である時、定格電圧における定格動作点で達成される回転数がかろうじて定格回転数となるように構成されている。
【００４２】
本実施形態は、基本的には回転数制御による処理を実施するが、その際に、従来技術では無視されていた（定格電圧に対して）低電圧の領域に適応する補足的な制御を実施する。
【００４３】
本実施形態のモータの適用例としては、例えば、ポンプ用モータを挙げることができ、他には特に、従来技術（課題の説明のための）に示された送風機用モータを挙げることができる。
【００４４】
本実施形態では、好ましくは、定格供給電圧で、定格負荷の際に、モータがちょうど（ぎりぎりで）定格回転数に到達するように、回転数制御され、各部材仕様値が決められる、パルス幅変調（ＰＷＭ）に基づくモータ制御方法が用いられる。この制御方法では、供給電圧が定格値より高く上昇する場合には、回転数が上昇することを阻止するように制御する。
【００４５】
モータへの十分な負荷により定格供給電圧よりも供給電圧が低下する場合には、このモータ制御方法では、速やかに最大ＰＷＭ比（パルス幅変調比）を達成させる。
ＰＷＭ比（パルス幅変調比）は、その比以上にさらに上昇することは無いことから、そのため同様にして入力電流もさらに上昇することはない。
【００４６】
その代わりに、電圧が低下することになり、これにより同様に電流入力も徐々に低下することになるのでモータの回転数も低くなり、そして、それはモータ負荷（電力損失）も低下することになる。
【００４７】
従って、本実施形態のブラシレス電気モータの制御方法は、ブラシレス電気モータを予め設定された供給電圧領域の範囲内で運転させるためにパルス幅変調（ＰＷＭ）制御を用いて巻線に印加される電圧を制御すると共に、モータの回転数が予め設定された定格回転数となるようにモータの制御装置を制御するブラシレス電気モータの制御方法であって、定格の供給電圧で、最大のパルス幅変調比（ＰＷＭ比）である場合に、定格運転状態における定格回転数となるように、前記モータにおける各部材仕様値が設定される。
【００４８】
また、本実施形態のブラシレス電気モータの制御方法では、モータの回転数が、転流信号に基づいて導出され、モータにおける各部材仕様値の設定は、巻線の線径及び巻線の巻数を適切に選択することで実現される。
【００４９】
また、本実施形態のブラシレス電気モータは、予め設定された供給電圧領域の範囲内で運転させるためにパルス幅変調（ＰＷＭ）制御を用いて巻線に印加される電圧を制御できると共に、モータの回転数が最大回転数に固定されるように制御できるモータ制御装置が設けられたブラシレス電気モータであって、定格の供給電圧で、最大のパルス幅変調比（ＰＷＭ比）である場合に、定格運転状態における定格回転数にちょうど（ぎりぎりで）到達するように、モータにおける各部材仕様値が設定される。
【００５０】
また、本実施形態のブラシレス電気モータでは、モータの各部材仕様値の設定は、巻線の線径及び巻線の巻数を適切に選択することで実現でき、電子的な転流及び回転数の制御が、電子転流素子（集積回路）であるマイクロコントローラを用いて実施される。また、本実施形態のモータは、送風機用モータである。
【００５１】
このように本実施形態のブラシレス電気モータ及びその制御方法では、上記したように供給電圧が上昇した場合あるいは低下した場合でも、モータの各構成要素に対する負荷が増大されることがないブラシレス電気モータの制御方法をローコストで提供することができる。
【００５２】
本願の明細書、図面及び請求項に開示した特徴は、個別であるか任意の組み合わせであるかに係らず本発明の実現に寄与するものであり、又、本発明は、上記した各実施形態に限られるものではなく、ブラシレス電気モータの制御方法であって、定格の供給電圧で、最大のパルス幅変調比（ＰＷＭ比）である場合に、定格運転状態における定格回転数となるように、モータにおける各部材仕様値を設定するものであれば、本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】従来技術の回転数制御処理を実施しない送風機用ブラシレス電気モータの制御方法における、相対的な供給電圧に対して変化する相対的な回転数、相対的なモータ電流、及び、相対的なモータ出力の関係を示す図である。
【図２】従来技術の回転数制御処理を実施する送風機用ブラシレス電気モータの制御方法における、相対的な供給電圧に対して変化する相対的な回転数、相対的なモータ電流、及び、相対的なモータ出力の関係を示す図である。
【図３】本発明に基づく回転数制御処理を実施する送風機用ブラシレス電気モータの制御方法における、相対的な供給電圧に対して変化する相対的な回転数、相対的なモータ電流、及び、相対的なモータ出力の関係を示す図である。
【図４】本発明に基づく回転数制御装置を使用する送風機用ブラシレス電気モータにおいて、供給電圧が定格供給電圧を明らかに上回る場合の、パルス幅変調（ＰＷＭ）方式の制御信号が推移する代表例を示す図である。
【図５】本発明に基づく回転数制御装置を使用する送風機用ブラシレス電気モータにおいて、供給電圧が定格供給電圧である場合の、パルス幅変調（ＰＷＭ）方式の制御信号が推移する代表例を示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
ＵＳ  供給電圧、
ｔ  時間、
ＰＷＭ  パルス幅変調、
ＵNenn  定格供給電圧、
ＵGrenze  （供給電圧の）限界値、
Ｎ，ＮＯ  導線（巻線）の巻数、
ｄ，ｄｏ  導線（巻線）の線径。
【図１】
2005312292.tif 000007
【図２】
2005312292.tif 000008
【図３】
2005312292.tif 000009
【図４】
2005312292.tif 000010
【図５】
2005312292.tif 000011