(57)【要約】【課題】低消費電力化、小型化、高品質化、長寿命化、回転むらの発生を抑制した上で、静圧変化による風量変化が少ない静圧−風量特性を実現できる交流電源直結型ブラシレスＤＣモータを提供することを目的としている。【解決手段】商用交流電源を全波整流し、全波整流後のリップルを含む高圧電圧を４５Ｖ以下の低圧直流電圧に変換し、供給電流値制御手段２２は電流検出手段２１にて検出するスイッチング素子６への平均電流値が電流値指示手段１９にて指示された電流値と同等になるように、低圧直流電圧値変更手段１４を制御して、低圧直流電圧変換手段８の出力電圧を可変しながらフィードバック制御する。電流値指示手段１９は回転数に応じて、スイッチング素子６に供給する電流を基準設定値に対して非線形変化させて指示する構成により、トルク−回転数特性は回転数が上昇するにしたがって軸トルクが大きくなる特性が得られる。【選択図】図１
2005117815.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源に直結するブラシレスＤＣモータであって、固定子鉄心に絶縁体を介して駆動コイルを巻装した固定子と、永久磁石を備えた磁石回転子と、この磁石回転子の磁極位置を検知する磁極位置検出手段と、この磁極位置検出手段の信号を基に、前記駆動コイルに所定の方向と順序で順次全波通電するための駆動ロジック制御手段と、この駆動ロジック制御手段の出力に基づいて、前記駆動コイルへの通電を行う複数のスイッチング素子と、前記磁極位置検出手段の信号を基に前記磁石回転子の回転数信号を出力する回転信号出力手段と、前記交流電源を全波整流する整流手段と、この整流手段によって得た高圧電圧を低圧直流電圧に変換して前記駆動コイルに駆動電源として供給する低圧直流電圧変換手段と、前記スイッチング素子に供給する平均電流を略一定に制御する供給電流値制御手段と、この供給電流値制御手段によって略一定に制御する平均電流値を指示する電流値指示手段とを備え、前記回転信号出力手段の出力信号に応じて、前記電流値指示手段によって指示する平均電流値を線形あるいは非線形的に変化させたことを特徴とする交流電源直結型ブラシレスＤＣモータ。
【請求項２】
交流電源に直結するブラシレスＤＣモータであって、固定子鉄心に絶縁体を介して駆動コイルを巻装した固定子と、永久磁石を備えた磁石回転子と、この磁石回転子の磁束密度分布を検知する磁束密度分布検知手段と、この磁束密度分布検知手段の信号を基に、前記駆動コイルに所定の方向と順序で順次全波通電するための駆動ロジック制御手段と、この駆動ロジック制御手段の出力に基づいて、前記駆動コイルへの通電を行う複数のスイッチング素子と、前記磁束密度分布検知手段の信号を基に前記磁石回転子の回転数信号を出力する回転信号出力手段と、前記交流電源を全波整流する整流手段と、この整流手段によって得た高圧電圧を低圧直流電圧に変換して前記駆動コイルに駆動電源として供給する低圧直流電圧変換手段と、前記スイッチング素子に供給する平均電流を略一定に制御する供給電流値制御手段と、この供給電流値制御手段によって略一定に制御する平均電流値を指示する電流値指示手段と、前記磁束密度分布検知手段によって検知される磁束密度分布波形が、前記磁石回転子が回転することによって前記駆動コイルに誘起される誘起電圧波形に略相似形となるよう前記磁束密度分布検知手段を配置するとともに、前記駆動ロジック制御手段は前記磁束密度分布検知手段が検出した波形に略相似形の電流を前記駆動コイルに流す電流波形制御手段とを備え、前記回転信号出力手段の出力信号に応じて、前記電流値指示手段によって指示する平均電流値を線形あるいは非線形的に変化させたことを特徴とする交流電源直結型ブラシレスＤＣモータ。
【請求項３】
交流電源に直結するブラシレスＤＣモータであって、固定子鉄心に絶縁体を介して駆動コイルを巻装した固定子と、永久磁石を備えた磁石回転子と、この磁石回転子の磁極位置を検知する磁極位置検出手段と、この磁極位置検出手段の信号を基に、前記駆動コイルに所定の方向と順序で順次全波通電するための駆動ロジック制御手段と、この駆動ロジック制御手段の出力に基づいて、前記駆動コイルへの通電を行う複数のスイッチング素子と、前記磁極位置検出手段の信号を基に前記磁石回転子の回転数信号を出力する回転信号出力手段と、前記交流電源を全波整流する整流手段と、この整流手段によって得た高圧電圧を低圧直流電圧に変換して前記駆動コイルに駆動電源として供給する低圧直流電圧変換手段と、前記スイッチング素子に供給する平均電流を略一定に制御する供給電流値制御手段と、この供給電流値制御手段によって略一定に制御する平均電流値を指示する電流値指示手段とを備え、前記回転信号出力手段の出力信号を基に前記磁石回転子の回転数域を分類判別する回転数範囲判別手段とを配し、この回転数範囲判別手段によって検知された回転数範囲に応じて、前記電流値指示手段によって指示する平均電流値を変更することを特徴とする交流電源直結型ブラシレスＤＣモータ。
【請求項４】
交流電源に直結するブラシレスＤＣモータであって、固定子鉄心に絶縁体を介して駆動コイルを巻装した固定子と、永久磁石を備えた磁石回転子と、この磁石回転子の磁束密度分布を検知する磁束密度分布検知手段と、この磁束密度分布検知手段の信号を基に、前記駆動コイルに所定の方向と順序で順次全波通電するための駆動ロジック制御手段と、この駆動ロジック制御手段の出力に基づいて、前記駆動コイルへの通電を行う複数のスイッチング素子と、前記磁束密度分布検知手段の信号を基に前記磁石回転子の回転数信号を出力する回転信号出力手段と、前記交流電源を全波整流する整流手段と、この整流手段によって得た高圧電圧を低圧直流電圧に変換して前記駆動コイルに駆動電源として供給する低圧直流電圧変換手段と、前記スイッチング素子に供給する平均電流を略一定に制御する供給電流値制御手段と、この供給電流値制御手段によって略一定に制御する平均電流値を指示する電流値指示手段と、前記磁束密度分布検知手段によって検知される磁束密度分布波形が、前記磁石回転子が回転することによって前記駆動コイルに誘起される誘起電圧波形に略相似形となるよう前記磁束密度分布検知手段を配置するとともに、前記駆動ロジック制御手段は前記磁束密度分布検知手段が検出した波形に略相似形の電流を前記駆動コイルに流す電流波形制御手段と、前記回転信号出力手段の出力信号を基に前記磁石回転子の回転数域を分類判別する回転数範囲判別手段とを配し、この回転数範囲判別手段によって検知された回転数範囲に応じて、前記電流値指示手段によって指示する平均電流値を変更することを特徴とする交流電源直結型ブラシレスＤＣモータ。
【請求項５】
前記磁石回転子の永久磁石は極異方性磁石としたことを特徴とする請求項２または４に記載の交流電源直結型ブラシレスＤＣモータ。
【請求項６】
請求項２、４、５のいずれかに記載の交流電源直結型ブラシレスＤＣモータにおいて、前記磁束密度分布検知手段が検出した波形のうち２相分の波形を合成する磁束密度分布波形合成手段を設け、駆動ロジック制御手段は前記磁束密度分布波形合成手段が合成した波形に略相似形の電流を前記駆動コイルに流す駆動ロジック制御手段に置き換えたことを特徴とする交流電源直結型ブラシレスＤＣモータ。
【請求項７】
前記交流電源を接続する交流電源接続手段を複数設け、この交流電源接続手段への接続箇所に応じて、前記供給電流値制御手段によって略一定に制御する電流値を変更する供給電流設定値変更手段を設けたことを特徴とする請求項１〜６のいずかに記載の交流電源直結型ブラシレスＤＣモータ。
【請求項８】
前記低圧直流電圧変換手段によって生成された低圧直流電圧をブラシレスＤＣモータ外部に導出する低圧直流電圧導出端子と、この低圧直流電圧導出端子より導出された低圧直流電圧を減圧した低圧直流電圧を前記供給電流値制御手段によって略一定に制御する電流値の制御信号として、ブラシレスＤＣモータ内部に導入する供給電流設定値入力手段を設け、この供給電流設定値入力手段より導入した低圧直流電圧の大きさにより、前記スイッチング素子に供給する平均電流値を制御することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の交流電源直結型ブラシレスＤＣモータ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の交流電源直結型ブラシレスＤＣモータを搭載した電気機器。
【請求項１０】
請求項９記載の電気機器は換気装置、送風機、除湿機、加湿機、空気調和機、給湯機、ファンフィルタユニットのいずれかであることを特徴とする電気機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主にパイプファンや天井埋め込み型等の排気用および給気用の換気装置や、送風機、加湿機、除湿機、冷凍機器、空気調和機、給湯機などのファン駆動用のブラシレスＤＣモータおよびそのブラシレスＤＣモータを搭載した電気機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、換気装置等の電気機器に搭載するファン駆動用の電動機においては、低価格化、高効率化、静音化が強く求められており、誘導電動機では大幅な高効率化は困難であることから、永久磁石を使用したブラシレスＤＣモータが増えてきている。一方では、交流電源に接続するだけで簡単に回転するというような、使い勝手の良い電動機も求められている。
【０００３】
従来、この種の電動機は、特許文献１〜３に開示された構成のものが知られている。
【０００４】
以下、その電動機について図１３〜図１６を参照しながら説明する。
【０００５】
図に示すように、単一のプリント基板１０６に商用のＡＣ電源を整流する整流部１０１と、ＤＣモータの２相の駆動コイル１０３、１０４と、永久磁石１０５ａを配した磁石回転子１０５と、モータ駆動コイル１０３、１０４と整流部１０１の間には平滑コンデンサ１０９として大容量の電解コンデンサを配し、モータ駆動コイル１０３、１０４に一方向にのみ電流を流すスイッチング素子１０７、１０８と、このスイッチング素子１０７、１０８を含め、モータ駆動コイル１０３、１０４への通電を制御をする制御部１０２とを備え、整流部１０１で整流してなる高圧ＤＣ電源をモータ駆動コイル１０３、１０４に直接に供給し、整流部１０１で整流した高圧ＤＣ電源を減圧して制御部１０２に供給するようにした２相半波駆動方式の構成としている。
【特許文献１】特開２０００−４１３７０号公報
【特許文献２】特開２０００−４１３９５号公報
【特許文献３】特開２００２−１０６０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような従来の電動機によれば、２相半波駆動方式であることから、死点の発生を防止するために、空間高調波トルクを重畳して対策したり、固定子ティースの間隔を変えて対策したとしても、トルクリップル、トルク変化率が大きくなるので、騒音・振動が大きくなり、静音化ができないという課題があり、トルクリップルおよびトルク変化率を小さくし、騒音・振動の発生を抑制することが要求されている。
【０００７】
また、半波駆動方式であることから、電流が大きくなるとともに、負荷トルクに対する電流変化も大きくなるので、使用可能な負荷トルクの範囲が狭くなるという課題があり、電流を小さくでき、使用可能な負荷トルクの範囲が広いことが要求されている。
【０００８】
また、半波駆動方式であることから、出力の高い領域では銅損が極端に大きくなるために、誘導電動機に対しての消費電力の削減効果がなくなってしまうという課題があり、出力の高い領域であっても低消費電力を実現できることが要求されている。
【０００９】
また、整流部で得た高圧ＤＣ電圧を直接駆動電源としているため、整流部後段の平滑コンデンサの容量を大きくする必要があり、そのためには電解コンデンサの使用が必須となり、電解コンデンサを使用する場合はリプル電流を考慮すると、さらに大容量化が必要となるので、回路の小型化、品質の安定性確保、長寿命化ができないという課題があった。  
【００１０】
また、平滑コンデンサの容量を小さくした場合は電源リップルが大きくなるため、トルクリップルが極端に大きくなり振動・騒音がさらに大きくなるとともに、回転むらも極端におおきくなることからファン駆動用に使用した場合、風量がばらつき安定した送風量を確保できないという課題があり、回路の小型化、高品質化、長寿命化を実現した上で、安定した送風量を確保できることが要求されている。
【００１１】
また、ダクト式換気装置のようなシロッコファンなど遠心型の送風機を内蔵した機器では、誘導電動機を搭載し、そのトルク特性において起動トルクから最大トルクまでの回転数変化の大きな領域で使用している機器が大半を占めており、このような送風機にブラシレスＤＣモータを搭載して、印加電圧一定で運転した場合、図１６のトルク−回転数特性比較グラフに示すように、最大静圧時の回転数と静圧ゼロ時の回転数差が誘導電動機の場合と比較して極端に小さくなるので、風量−静圧特性において、最大静圧値を誘導電動機搭載時の値と同等にした場合は、静圧ゼロ時の風量が極端に多くなり、騒音・振動が大きくなるうえ、冷暖房エネルギーロスも含めて消費電力の削減効果も少なくなるという課題があり、逆に静圧ゼロ時の風量を同等にした場合は最大静圧の値が極端に低くなり、外風などにより機外圧力損失の変化にともなって風量が大きく変動するという課題があり、誘導電動機を搭載した場合と同等以上の風量−静圧特性が得られることが要求されている。
【００１２】
また、換気装置や給湯機など遠心型送風機を内蔵する電気機器においては、その送風機の特性において、圧力損失など静圧が変化しても風量が大きく変化しないファンモータを搭載することが必要となり、そのためには、回転数が上昇するにしたがって、軸トルクが大きくなるトルク−回転数特性が得られることが要求されている。
【００１３】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、トルクリップルおよびトルク変化率を小さくし、騒音・振動の発生を抑制することができ、また、電流を小さくし、使用可能な負荷トルクの範囲が広く、高出力域でも低消費電力を実現でき、回路の小型化、高品質化、長寿命化を実現した上で、回転むらの発生が抑制でき、圧力損失など静圧が変化しても風量が大きく変化しない静圧−風量特性を得ることができる交流電源直結型のブラシレスＤＣモータを提供することを目的としている。
【００１４】
そして、速度調節ができないことから、換気装置における強制換気モードと風量の少ない常時換気モードのどちらかにしか対応できないので、換気装置への搭載が困難であるという課題があり、２段階以上の速度調節ができることが要求されている。
【００１５】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、２段階以上の速度調節ができる交流電源直結型のブラシレスＤＣモータを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の交流電源直結型ブラシレスＤＣモータは上記目的を達成するために、磁極位置検出手段の信号を基に、駆動コイルに所定の方向と順序で順次全波通電するための駆動ロジック制御手段と、この駆動ロジック制御手段の出力に基づいて、前記駆動コイルへの通電を行う複数のスイッチング素子と、前記磁極位置検出手段の信号を基に磁石回転子の回転数信号を出力する回転信号出力手段と、交流電源を全波整流する整流手段と、この整流手段によって得た高圧電圧を低圧直流電圧に変換して前記駆動コイルに駆動電源として供給する低圧直流電圧変換手段と、前記スイッチング素子に供給する平均電流を略一定に制御する供給電流値制御手段と、この供給電流値制御手段によって略一定に制御する平均電流値を指示する電流値指示手段とを備え、前記回転信号出力手段の出力信号に応じて、前記電流値指示手段によって指示する平均電流値を線形あるいは非線形的に変化させたことを特徴とする交流電源直結型ブラシレスＤＣモータの構成としたものである。
【００１７】
この手段により低圧直流電圧を駆動コイルに供給することから、全波整流回路の後段に用いる平滑コンデンサの容量を低く抑えることができるので、電解コンデンサ以外のポリマーコンデンサや、フィルムコンデンサや、セラミックコンデンサでも対応可能となり、回路の大幅な小型化、高品質化、長寿命化や、回転むらの発生が抑制できるとともに、電流を小さくし、使用可能な負荷トルクの範囲が広く、高出力域でも低消費電力を実現でき、さらには、回転数が上昇するにしたがって、軸トルクが大きくなるトルク−回転数特性が得られるため、ファンモータとした時には圧力損失など静圧が変化しても風量が大きく変化しない静圧−風量特性を実現できる交流電源直結型のブラシレスＤＣモータおよび電気機器が得られる。
【００１８】
また、本発明の交流電源直結型ブラシレスＤＣモータは上記目的を達成するために、磁石回転子の磁束密度分布を検知する磁束密度分布検知手段と、この磁束密度分布検知手段の信号を基に、駆動コイルに所定の方向と順序で順次全波通電するための駆動ロジック制御手段と、この駆動ロジック制御手段の出力に基づいて、前記駆動コイルへの通電を行う複数のスイッチング素子と、前記磁束密度分布検知手段の信号を基に前記磁石回転子の回転数信号を出力する回転信号出力手段と、交流電源を全波整流する整流手段と、この整流手段によって得た高圧電圧を低圧直流電圧に変換して前記駆動コイルに駆動電源として供給する低圧直流電圧変換手段と、前記スイッチング素子に供給する平均電流を略一定に制御する供給電流値制御手段と、この供給電流値制御手段によって略一定に制御する平均電流値を指示する電流値指示手段と、前記磁束密度分布検知手段によって検知される磁束密度分布波形が、前記磁石回転子が回転することによって前記駆動コイルに誘起される誘起電圧波形に略相似形となるよう前記磁束密度分布検知手段を配置するとともに、前記駆動ロジック制御手段は前記磁束密度分布検知手段が検出した波形に略相似形の電流を前記駆動コイルに流す電流波形制御手段とを備え、前記回転信号出力手段の出力信号に応じて、前記電流値指示手段によって指示する平均電流値を線形あるいは非線形的に変化させたことを特徴とする交流電源直結型ブラシレスＤＣモータの構成としたものである。
【００１９】
この手段により誘起電圧波形と電流波形が略相似形となることから、トルクリップルおよびトルク変化率を小さくし、騒音・振動の発生を抑制するとともに、ブラシレスＤＣモータの効率が大幅に向上するので、使用可能な負荷トルクの範囲が広くなるとともに、銅損が低減できることによって、低消費電力化が実現でき、低圧直流電圧を駆動コイルに供給することから、全波整流回路の後段に用いる平滑コンデンサの容量を低く抑えることができるので、電解コンデンサ以外のポリマーコンデンサや、フィルムコンデンサや、セラミックコンデンサでも対応可能となり、回路の大幅な小型化が実現できるとともに、高品質化、長寿命化、回転むらの発生が抑制できるうえ、回転数が上昇するにしたがって、軸トルクが大きくなるトルク−回転数特性が得られるため、ファンモータとした時には圧力損失など静圧が変化しても風量が大きく変化しない静圧−風量特性を得ることができる交流電源直結型のブラシレスＤＣモータおよび電気機器が得られる。
【００２０】
また、本発明の交流電源直結型ブラシレスＤＣモータは上記目的を達成するために、磁極位置検出手段の信号を基に、駆動コイルに所定の方向と順序で順次全波通電するための駆動ロジック制御手段と、この駆動ロジック制御手段の出力に基づいて、駆動コイルへの通電を行う複数のスイッチング素子と、前記磁極位置検出手段の信号を基に磁石回転子の回転数信号を出力する回転信号出力手段と、交流電源を全波整流する整流手段と、この整流手段によって得た高圧電圧を低圧直流電圧に変換して前記駆動コイルに駆動電源として供給する低圧直流電圧変換手段と、前記スイッチング素子に供給する平均電流を略一定に制御する供給電流値制御手段と、この供給電流値制御手段によって略一定に制御する平均電流値を指示する電流値指示手段とを備え、前記回転信号出力手段の出力信号を基に前記磁石回転子の回転数域を分類判別する回転数範囲判別手段とを配し、この回転数範囲判別手段によって検知された回転数範囲に応じて、前記電流値指示手段によって指示する平均電流値を変更することを特徴とする交流電源直結型ブラシレスＤＣモータの構成としたものである。
【００２１】
この手段により低圧直流電圧を駆動コイルに供給することから、全波整流回路の後段に用いる平滑コンデンサの容量を低く抑えることができるので、電解コンデンサ以外のポリマーコンデンサや、フィルムコンデンサや、セラミックコンデンサでも対応可能となり、回路の大幅な小型化、高品質化、長寿命化、回転むらの発生が抑制できるとともに、電流を小さくし、使用可能な負荷トルクの範囲が広く、高出力域でも低消費電力を実現でき、さらには、回転数域を分類し、その範囲に応じて段階的に電流一定で運転するので、段階的なトルク一定特性が得られるため、ファンモータとした時には圧力損失など静圧が変化しても風量が大きく変化しない静圧−風量特性を実現できる交流電源直結型のブラシレスＤＣモータおよび電気機器が得られる。
【００２２】
また、本発明の交流電源直結型ブラシレスＤＣモータは上記目的を達成するために、磁石回転子の磁束密度分布を検知する磁束密度分布検知手段と、この磁束密度分布検知手段の信号を基に、駆動コイルに所定の方向と順序で順次全波通電するための駆動ロジック制御手段と、この駆動ロジック制御手段の出力に基づいて、前記駆動コイルへの通電を行う複数のスイッチング素子と、前記磁束密度分布検知手段の信号を基に前記磁石回転子の回転数信号を出力する回転信号出力手段と、前記交流電源を全波整流する整流手段と、この整流手段によって得た高圧電圧を低圧直流電圧に変換して前記駆動コイルに駆動電源として供給する低圧直流電圧変換手段と、前記スイッチング素子に供給する平均電流を略一定に制御する供給電流値制御手段と、この供給電流値制御手段によって略一定に制御する平均電流値を指示する電流値指示手段と、前記磁束密度分布検知手段によって検知される磁束密度分布波形が、前記磁石回転子が回転することによって前記駆動コイルに誘起される誘起電圧波形に略相似形となるよう前記磁束密度分布検知手段を配置するとともに、前記駆動ロジック制御手段は前記磁束密度分布検知手段が検出した波形に略相似形の電流を前記駆動コイルに流す電流波形制御手段と、前記回転信号出力手段の出力信号を基に前記磁石回転子の回転数域を分類判別する回転数範囲判別手段とを配し、この回転数範囲判別手段によって検知された回転数範囲に応じて、前記電流値指示手段によって指示する平均電流値を変更することを特徴とする交流電源直結型ブラシレスＤＣモータの構成としたものである。
【００２３】
この手段により誘起電圧波形と電流波形が略相似形となることから、トルクリップルおよびトルク変化率を小さくし、騒音・振動の発生を抑制するとともに、ブラシレスＤＣモータの効率が大幅に向上するので、使用可能な負荷トルクの範囲が広くなるとともに、銅損が低減できることによって、低消費電力化が実現でき、低圧直流電圧を駆動コイルに供給することから、全波整流回路の後段に用いる平滑コンデンサの容量を低く抑えることができるので、電解コンデンサ以外のポリマーコンデンサや、フィルムコンデンサや、セラミックコンデンサでも対応可能となり、回路の大幅な小型化が実現できるとともに、高品質化、長寿命化、回転むらの発生が抑制できるうえ、回転数域を分類し、その範囲に応じて段階的に電流一定で運転するので、段階的なトルク一定特性が得られるため、ファンモータとした時には圧力損失など静圧が変化しても風量が大きく変化しない静圧−風量特性を実現できる交流電源直結型のブラシレスＤＣモータおよび電気機器が得られる。
【００２４】
また、本発明の交流電源直結型ブラシレスＤＣモータは上記目的を達成するために、磁石回転子の永久磁石を極異方性磁石とした交流電源直結型ブラシレスＤＣモータの構成としたものである。
【００２５】
この手段により誘起電圧波形と電流波形が略正弦波となることから、トルクリップルおよびトルク変化率をより一層小さくし、騒音・振動の発生をさらに抑制した低騒音化・低振動化が可能な交流電源直結型のブラシレスＤＣモータおよび電気機器が得られる。
【００２６】
また、本発明の交流電源直結型ブラシレスＤＣモータは上記目的を達成するために、磁束密度分布検知手段が検出した波形のうち２相分の波形を合成する磁束密度分布波形合成手段を設け、駆動ロジック制御手段は前記磁束密度分布波形合成手段が合成した波形に略相似形の電流を前記駆動コイルに流す駆動ロジック制御手段としたことを特徴とする交流電源直結型ブラシレスＤＣモータの構成としたものである。
【００２７】
この手段により電流波形における３次調波や５次調波などの高調波成分が除去できることから、瞬時トルクに高調波成分の含有を抑制した低騒音化・低振動化が可能な交流電源直結型のブラシレスＤＣモータおよび電気機器が得られる。
【００２８】
また、本発明の交流電源直結型ブラシレスＤＣモータは上記目的を達成するために、交流電源を接続する交流電源接続手段を複数設け、この交流電源接続手段への接続箇所に応じて、供給電流値制御手段によって略一定に制御する電流値を変更する供給電流設定値変更手段を設けたことを特徴とする交流電源直結型ブラシレスＤＣモータの構成としたものである。
【００２９】
この手段によりスイッチング素子に供給する電流値の基準設定値を変更できることから、回転数が上昇するにしたがって、軸トルクが大きくなるトルク−回転数特性や、段階的なトルク一定特性が交流電源接続手段の数だけ得られるため、ファンモータとした時には圧力損失など静圧が変化しても風量が大きく変化しない静圧−風量特性を交流電源接続手段の数だけ実現できる交流電源直結型のブラシレスＤＣモータおよび電気機器が得られる。
【００３０】
また、本発明の交流電源直結型ブラシレスＤＣモータは上記目的を達成するために、低圧直流電圧変換手段によって生成された低圧直流電圧をブラシレスＤＣモータ外部に導出する低圧直流電圧導出端子と、この低圧直流電圧導出端子より導出された低圧直流電圧を減圧した低圧直流電圧を前記供給電流値制御手段によって略一定に制御する電流値の制御信号として、ブラシレスＤＣモータ内部に導入する供給電流設定値入力手段を設け、この供給電流設定値入力手段より導入した低圧直流電圧の大きさにより、前記スイッチング素子に供給する平均電流値を制御することを特徴とする交流電源直結型ブラシレスＤＣモータの構成としたものである。
【００３１】
この手段により回転数が上昇するにしたがって、軸トルクが大きくなるトルク−回転数特性や、段階的なトルク一定特性が任意に得られるため、ファンモータとした時には圧力損失など静圧が変化しても風量が大きく変化しない静圧−風量特性を任意に実現できる交流電源直結型のブラシレスＤＣモータおよび電気機器が得られる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、低圧直流電圧を駆動コイルに供給することから、全波整流回路の後段に用いる平滑コンデンサの容量を低く抑えることができるので、電解コンデンサ以外のポリマーコンデンサや、フィルムコンデンサや、セラミックコンデンサでも対応可能となり、回路の大幅な小型化、高品質化、長寿命化や、回転むらの発生が抑制できるとともに、電流を小さくし、使用可能な負荷トルクの範囲が広く、高出力域でも低消費電力を実現でき、さらには、回転信号出力手段の出力信号に応じて、電流値指示手段によって指示する平均電流値を線形あるいは非線形的に変化させたことにより、回転数が上昇するにしたがって、軸トルクが大きくなるトルク−回転数特性が得られるため、ファンモータとした時には圧力損失など静圧が変化しても風量が大きく変化しない静圧−風量特性を実現できる交流電源直結型のブラシレスＤＣモータおよび電気機器を提供できる。
【００３３】
また、本発明によれば、誘起電圧波形と電流波形が略相似形となることから、トルクリップルおよびトルク変化率を小さくし、騒音・振動の発生を抑制するとともに、ブラシレスＤＣモータの効率が大幅に向上するので、使用可能な負荷トルクの範囲が広くなるとともに、銅損が低減できることによって、低消費電力化が実現でき、低圧直流電圧を駆動コイルに供給することから、全波整流回路の後段に用いる平滑コンデンサの容量を低く抑えることができるので、電解コンデンサ以外のポリマーコンデンサや、フィルムコンデンサや、セラミックコンデンサでも対応可能となり、回路の大幅な小型化が実現できるとともに、高品質化、長寿命化、回転むらの発生が抑制できるうえ、回転信号出力手段の出力信号に応じて、電流値指示手段によって指示する平均電流値を線形あるいは非線形的に変化させたことにより、回転数が上昇するにしたがって、軸トルクが大きくなるトルク−回転数特性が得られるため、ファンモータとした時には圧力損失など静圧が変化しても風量が大きく変化しない静圧−風量特性を得ることができる交流電源直結型のブラシレスＤＣモータおよび電気機器を提供できる。
【００３４】
また、本発明によれば、低圧直流電圧を駆動コイルに供給することから、全波整流回路の後段に用いる平滑コンデンサの容量を低く抑えることができるので、電解コンデンサ以外のポリマーコンデンサや、フィルムコンデンサや、セラミックコンデンサでも対応可能となり、回路の大幅な小型化、高品質化、長寿命化、回転むらの発生が抑制できるとともに、電流を小さくし、使用可能な負荷トルクの範囲が広く、高出力域でも低消費電力を実現でき、さらには、回転数域を分類し、その範囲に応じて段階的に電流一定で運転するので、段階的なトルク一定特性が得られるため、ファンモータとした時には圧力損失など静圧が変化しても風量が大きく変化しない静圧−風量特性を実現できる交流電源直結型のブラシレスＤＣモータおよび電気機器を提供できる。
【００３５】
また、本発明によれば、誘起電圧波形と電流波形が略相似形となることから、トルクリップルおよびトルク変化率を小さくし、騒音・振動の発生を抑制するとともに、ブラシレスＤＣモータの効率が大幅に向上するので、使用可能な負荷トルクの範囲が広くなるとともに、銅損が低減できることによって、低消費電力化が実現でき、低圧直流電圧を駆動コイルに供給することから、全波整流回路の後段に用いる平滑コンデンサの容量を低く抑えることができるので、電解コンデンサ以外のポリマーコンデンサや、フィルムコンデンサや、セラミックコンデンサでも対応可能となり、回路の大幅な小型化が実現できるとともに、高品質化、長寿命化、回転むらの発生が抑制できるうえ、回転数域を分類し、その範囲に応じて段階的に電流一定で運転するので、段階的なトルク一定特性が得られるため、ファンモータとした時には圧力損失など静圧が変化しても風量が大きく変化しない静圧−風量特性を実現できる交流電源直結型のブラシレスＤＣモータおよび電気機器を提供できる。
【００３６】
また、本発明によれば、誘起電圧波形と電流波形が略正弦波となることから、トルクリップルおよびトルク変化率をより一層小さくし、騒音・振動の発生をさらに抑制した低騒音化・低振動化が可能な交流電源直結型のブラシレスＤＣモータおよび電気機器を提供できる。
【００３７】
また、本発明によれば、電流波形における３次調波や５次調波などの高調波成分が除去できることから、瞬時トルクに高調波成分の含有を抑制した低騒音化・低振動化が可能な交流電源直結型のブラシレスＤＣモータおよび電気機器を提供できる。
【００３８】
また、本発明によれば、スイッチング素子に供給する電流値の基準設定値を変更できることから、交流電源接続手段の数だけ、回転数が上昇するにしたがって、軸トルクが大きくなるトルク−回転数特性や、段階的なトルク一定特性が得られるため、ファンモータとした時には圧力損失など静圧が変化しても風量が大きく変化しない静圧−風量特性を交流電源接続手段の数だけの風量調節が実現できる交流電源直結型のブラシレスＤＣモータおよび電気機器を提供できる。
【００３９】
また、本発明によれば、回転数が上昇するにしたがって、軸トルクが大きくなるトルク−回転数特性や、段階的なトルク一定特性が任意の数だけ得られるため、ファンモータとした時には圧力損失など静圧が変化しても風量が大きく変化しない静圧−風量特性を任意の数だけの風量調節が実現できる交流電源直結型のブラシレスＤＣモータおよび電気機器を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
本発明の請求項１記載の発明は、磁極位置検出手段の信号を基に、駆動コイルに所定の方向と順序で順次全波通電するための駆動ロジック制御手段と、この駆動ロジック制御手段の出力に基づいて、前記駆動コイルへの通電を行う複数のスイッチング素子と、前記磁極位置検出手段の信号を基に磁石回転子の回転数信号を出力する回転信号出力手段と、交流電源を全波整流する整流手段と、この整流手段によって得た高圧電圧を低圧直流電圧に変換して前記駆動コイルに駆動電源として供給する低圧直流電圧変換手段と、前記スイッチング素子に供給する平均電流を略一定に制御する供給電流値制御手段と、この供給電流値制御手段によって略一定に制御する平均電流値を指示する電流値指示手段とを備え、前記回転信号出力手段の出力信号に応じて、前記電流値指示手段によって指示する平均電流値を線形あるいは非線形的に変化させたことを特徴とする交流電源直結型ブラシレスＤＣモータの構成としたものであり、低圧直流電圧変換手段が低圧直流電圧に変換し、駆動電源として駆動コイルに供給することにより、全波整流後の平滑コンデンサは電圧不足となる非常に短い期間（例えば、ＡＣ１００Ｖ５０Ｈｚを低圧直流電圧４５Ｖに変換するならば２．１ミリ秒）を補うだけの容量に低く抑えることができるので、電解コンデンサ以外のポリマーコンデンサや、フィルムコンデンサや、セラミックコンデンサでも対応可能となるとともに、供給電流値制御手段がスイッチング素子への電流が一定になるように制御するので、２次側の平滑コンデンサの容量を下げることが可能となるうえ、回転信号出力手段の出力信号に応じて、電流値指示手段によって指示する平均電流値を線形あるいは非線形的に変化させたことにより、回転数が上昇するにしたがって、軸トルクが大きくなるトルク−回転数特性が得られるという作用を有する。
【００４１】
請求項２に記載の発明は、磁石回転子の磁束密度分布を検知する磁束密度分布検知手段と、この磁束密度分布検知手段の信号を基に、駆動コイルに所定の方向と順序で順次全波通電するための駆動ロジック制御手段と、この駆動ロジック制御手段の出力に基づいて、前記駆動コイルへの通電を行う複数のスイッチング素子と、前記磁束密度分布検知手段の信号を基に前記磁石回転子の回転数信号を出力する回転信号出力手段と、交流電源を全波整流する整流手段と、この整流手段によって得た高圧電圧を低圧直流電圧に変換して前記駆動コイルに駆動電源として供給する低圧直流電圧変換手段と、前記スイッチング素子に供給する平均電流を略一定に制御する供給電流値制御手段と、この供給電流値制御手段によって略一定に制御する平均電流値を指示する電流値指示手段と、前記磁束密度分布検知手段によって検知される磁束密度分布波形が、前記磁石回転子が回転することによって前記駆動コイルに誘起される誘起電圧波形に略相似形となるよう前記磁束密度分布検知手段を配置するとともに、前記駆動ロジック制御手段は前記磁束密度分布検知手段が検出した波形に略相似形の電流を前記駆動コイルに流す電流波形制御手段とを備え、前記回転信号出力手段の出力信号に応じて、前記電流値指示手段によって指示する平均電流値を線形あるいは非線形的に変化させたことを特徴とする交流電源直結型ブラシレスＤＣモータの構成としたものであり、誘起電圧波形と電流波形が略相似形となることから、トルクリップルおよびトルク変化率を小さくし、ブラシレスＤＣモータの効率が大幅に向上するとともに、低圧直流電圧変換手段が低圧直流電圧に変換し、駆動電源として駆動コイルに供給することにより、全波整流後の平滑コンデンサは電圧不足となる非常に短い期間（例えば、ＡＣ１００Ｖ５０Ｈｚを低圧直流電圧４５Ｖに変換するならば２．１ミリ秒）を補うだけの容量に低く抑えることができるので、電解コンデンサ以外のポリマーコンデンサや、フィルムコンデンサや、セラミックコンデンサでも対応可能となるとともに、供給電流値制御手段がスイッチング素子への電流が一定になるように制御するので、２次側の平滑コンデンサの容量を下げることが可能となるうえ、回転信号出力手段の出力信号に応じて、電流値指示手段によって指示する平均電流値を線形あるいは非線形的に変化させたことにより、回転数が上昇するにしたがって、軸トルクが大きくなるトルク−回転数特性が得られるという作用を有する。
【００４２】
請求項３に記載の発明は、磁極位置検出手段の信号を基に、駆動コイルに所定の方向と順序で順次全波通電するための駆動ロジック制御手段と、この駆動ロジック制御手段の出力に基づいて、駆動コイルへの通電を行う複数のスイッチング素子と、前記磁極位置検出手段の信号を基に磁石回転子の回転数信号を出力する回転信号出力手段と、交流電源を全波整流する整流手段と、この整流手段によって得た高圧電圧を低圧直流電圧に変換して前記駆動コイルに駆動電源として供給する低圧直流電圧変換手段と、前記スイッチング素子に供給する平均電流を略一定に制御する供給電流値制御手段と、この供給電流値制御手段によって略一定に制御する平均電流値を指示する電流値指示手段とを備え、前記回転信号出力手段の出力信号を基に前記磁石回転子の回転数域を分類判別する回転数範囲判別手段とを配し、この回転数範囲判別手段によって検知された回転数範囲に応じて、前記電流値指示手段によって指示する平均電流値を変更することを特徴とする交流電源直結型ブラシレスＤＣモータの構成としたものであり、低圧直流電圧変換手段が低圧直流電圧に変換し、駆動電源として駆動コイルに供給することにより、全波整流後の平滑コンデンサは電圧不足となる非常に短い期間（例えば、ＡＣ１００Ｖ５０Ｈｚを低圧直流電圧４５Ｖに変換するならば２．１ミリ秒）を補うだけの容量に低く抑えることができるので、電解コンデンサ以外のポリマーコンデンサや、フィルムコンデンサや、セラミックコンデンサでも対応可能となるとともに、供給電流値制御手段がスイッチング素子への電流が一定になるように制御するので、２次側の平滑コンデンサの容量を下げることが可能となるうえ、回転数域を分類し、その範囲に応じて段階的に電流一定で運転するので、段階的なトルク一定特性が得られるという作用を有する。
【００４３】
請求項４に記載の発明は、磁石回転子の磁束密度分布を検知する磁束密度分布検知手段と、この磁束密度分布検知手段の信号を基に、駆動コイルに所定の方向と順序で順次全波通電するための駆動ロジック制御手段と、この駆動ロジック制御手段の出力に基づいて、前記駆動コイルへの通電を行う複数のスイッチング素子と、前記磁束密度分布検知手段の信号を基に前記磁石回転子の回転数信号を出力する回転信号出力手段と、前記交流電源を全波整流する整流手段と、この整流手段によって得た高圧電圧を低圧直流電圧に変換して前記駆動コイルに駆動電源として供給する低圧直流電圧変換手段と、前記スイッチング素子に供給する平均電流を略一定に制御する供給電流値制御手段と、この供給電流値制御手段によって略一定に制御する平均電流値を指示する電流値指示手段と、前記磁束密度分布検知手段によって検知される磁束密度分布波形が、前記磁石回転子が回転することによって前記駆動コイルに誘起される誘起電圧波形に略相似形となるよう前記磁束密度分布検知手段を配置するとともに、前記駆動ロジック制御手段は前記磁束密度分布検知手段が検出した波形に略相似形の電流を前記駆動コイルに流す電流波形制御手段と、前記回転信号出力手段の出力信号を基に前記磁石回転子の回転数域を分類判別する回転数範囲判別手段とを配し、この回転数範囲判別手段によって検知された回転数範囲に応じて、前記電流値指示手段によって指示する平均電流値を変更することを特徴とする交流電源直結型ブラシレスＤＣモータの構成としたものであり、誘起電圧波形と電流波形が略相似形となることから、トルクリップルおよびトルク変化率を小さくし、ブラシレスＤＣモータの効率が大幅に向上するとともに、低圧直流電圧変換手段が低圧直流電圧に変換し、駆動電源として駆動コイルに供給することにより、全波整流後の平滑コンデンサは電圧不足となる非常に短い期間（例えば、ＡＣ１００Ｖ５０Ｈｚを低圧直流電圧４５Ｖに変換するならば２．１ミリ秒）を補うだけの容量に低く抑えることができるので、電解コンデンサ以外のポリマーコンデンサや、フィルムコンデンサや、セラミックコンデンサでも対応可能となるとともに、供給電流値制御手段がスイッチング素子への電流が一定になるように制御するので、２次側の平滑コンデンサの容量を下げることが可能となるうえ、回転数域を分類し、その範囲に応じて段階的に電流一定で運転するので、段階的なトルク一定特性が得られるという作用を有する。
【００４４】
請求項５に記載の発明は、磁石回転子の永久磁石を極異方性磁石とした交流電源直結型ブラシレスＤＣモータの構成としたものであり、誘起電圧波形と電流波形が略正弦波となることから、トルクリップルおよびトルク変化率をより一層小さくし、騒音・振動の発生をさらに抑制するという作用を有する。
【００４５】
請求項６に記載の発明は、磁束密度分布検知手段が検出した波形のうち２相分の波形を合成する磁束密度分布波形合成手段を設け、駆動ロジック制御手段は前記磁束密度分布波形合成手段が合成した波形に略相似形の電流を前記駆動コイルに流す駆動ロジック制御手段としたことを特徴とする交流電源直結型ブラシレスＤＣモータの構成としたものであり、電流波形における３次調波や５次調波などの高調波成分が除去できるという作用を有する。
【００４６】
請求項７に記載の発明は、交流電源を接続する交流電源接続手段を複数設け、この交流電源接続手段への接続箇所に応じて、供給電流値制御手段によって略一定に制御する電流値を変更する供給電流設定値変更手段を設けたことを特徴とする交流電源直結型ブラシレスＤＣモータの構成としたものであり、交流電源接続手段の数だけ、回転数が上昇するにしたがって、軸トルクが大きくなるトルク−回転数特性や、段階的なトルク一定特性が得られるという作用を有する。
【００４７】
請求項８に記載の発明は、低圧直流電圧変換手段によって生成された低圧直流電圧をブラシレスＤＣモータ外部に導出する低圧直流電圧導出端子と、この低圧直流電圧導出端子より導出された低圧直流電圧を減圧した低圧直流電圧を前記供給電流値制御手段によって略一定に制御する電流値の制御信号として、ブラシレスＤＣモータ内部に導入する供給電流設定値入力手段を設け、この供給電流設定値入力手段より導入した低圧直流電圧の大きさにより、前記スイッチング素子に供給する平均電流値を制御することを特徴とする交流電源直結型ブラシレスＤＣモータの構成としたものであり、回転数が上昇するにしたがって、軸トルクが大きくなるトルク−回転数特性や、段階的なトルク一定特性が任意の数だけ得られるという作用を有する。
【００４８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００４９】
（実施の形態１）
図１〜図６に示すように、１は交流電源直結型のブラシレスＤＣモータで、１０は複数のスロットを有する固定子鉄心１０ａに絶縁材にて形成されたインシュレータ１１を介して駆動コイル２を巻装した固定子で、固定子１０は熱硬化性樹脂２７にてモールド成形されて外被を形成しており、２５はブラケットで軸受け２６を保持している。３は磁石回転子であり、プラスチックマグネットを射出成形時に極配向させてシャフト２４と一体成形して形成しており、主磁極部は極異方性磁石３ａとなっている。４は極異方性磁石３ａの磁束密度分布を検知する磁束密度分布検知手段となるホール素子で、このホール素子４の検知した波形が極異方性磁石３ａによって駆動コイル２に誘起される誘起電圧波形と略相似となるようにホール素子４と極異方性磁石３ａの空隙を設定して配置している。１２は磁束密度分布波形合成手段で、駆動コイル２のｕ相に供給する電流波形の高調波成分を除去するために、ホール素子４のｕ相波形からｖ相波形を減算し、同様に駆動コイル２のｖ相にはホール素子４のｖ相波形からｗ相波形を減算し、駆動コイルのｗ相にはホール素子４のｗ相波形からｕ相波形を減算している。５は駆動ロジック制御手段で、駆動コイル２に所定の方向と順序で順次全波通電となるようスイッチング素子６のＯＮ・ＯＦＦを制御し、電流波形制御手段７は磁束密度分布波形合成手段１２によって高調波成分を除去した波形に略相似形になるように、スイッチング素子６が飽和に近い非飽和状態になるようにフィードバックしながら出力バイアス電流を調整する。１５は商用交流電源を接続する交流電源接続手段であり、１５ａは強出力接続端子、１５ｂは弱出力接続端子、１５ｃは共通接続端子である。９は交流電源を全波整流する整流手段で、８は整流手段９にて全波整流されたリップルを有する高圧の電圧を４５Ｖ以下の低圧直流電圧に変換する低圧直流電圧変換手段で、この低圧直流電圧変換手段８にて変換された低圧直流電圧はスイッチング素子６を介して駆動コイル２に供給される。そして、低圧直流電圧変換手段８と整流手段９の間には、交流１００Ｖ５０Ｈｚを全波整流した時に４５Ｖ以下となる２．１ミリ秒の期間の電圧を補う小容量の平滑コンデンサ１８としてポリマーコンデンサを配している。１７は磁束密度分布検知手段４が検知した波形から、パルス状の波形を出力する回転信号出力手段で、２１はスイッチング素子６に供給される電流を検知する電流検出手段で、２２は供給電流値制御手段である。この供給電流値制御手段２２は電流検出手段２１にて検出するスイッチング素子６に供給される平均電流値が電流値指示手段１９によって指示された電流値と同等になるように、低圧直流電圧値変更手段１４を制御することにより、低圧直流電圧変換手段８から出力される電圧を可変しながらフィードバック制御する。そして、電流値指示手段１９は回転信号出力手段１７より出力されるパルス波形をＦ／Ｖ変換した後の電圧値の大きさに応じて、スイッチング素子６に供給する電流を基準設定値に対して非線形変化（高次式比例）させて指示する。この時、スイッチング素子６の耐圧とキックバック電圧を考慮した上でスイッチング素子６に印加する低圧直流電圧に上限を設け、回転数が上昇しても電流を制御することなく電圧一定で運転する区間を設けている。２３は外部スイッチで、強出力接続端子１５ａまたは弱出力接続端子１５ｂのどちらかに接続する構成であり、１３は速度調節指示検知手段であって、外部スイッチ２３が強出力接続端子１５ａまたは弱出力接続端子１５ｂのどちらに接続されているのかを検知し、供給電流設定値変更手段２０が速度調節指示検知手段１３の出力信号を受けてスイッチング素子６に供給する電流の基準設定値を変更する構成である。そして、図１において一点鎖線にて囲まれた電子部品の内、平滑コンデンサ１８と、低圧直流電圧変換手段８を構成する部品の一つとなるコイル、２次側平滑コンデンサ（図示せず）を除いて、アルミ製基板の上に実装、配線接続して形成したワンチップＩＣ１６の構成になっている。そして、２８は交流電源直結型ブラシレスＤＣモータ１を搭載し、遠心型送風機２９を内蔵した換気装置である。
【００５０】
このような本発明の交流電源直結型のブラシレスＤＣモータ１によれば、電流値指示手段１９が回転信号出力手段１７の出力信号に応じて、スイッチング素子６に供給する電流を基準設定値に対して非線形変化（高次式比例）させて指示するので、回転数が高くなれば供給電流も大きくなり、逆に回転数が低くなれば供給電流も小さくなるため、図５に示すように、モータのトルク−回転数特性は回転数が上昇するにしたがって軸トルクが大きくなる特性が得られることとなり、この特性によって、遠心型送風機２９を搭載する換気装置２８では、図６に示すように、外風圧やダクト長さなどの圧力損失が変化しても風量が大きく変化しない静圧−風量特性が得られる。ここで、非線形変化（高次式比例）における変化量はファン負荷などの負荷量から、トルク−回転数特性の特性カーブの最適な傾きとなるように適宜設定すれば良い。
【００５１】
また、交流電源接続手段１５において、強出力接続端子１５ａと弱出力接続端子１５ｂのように２箇所設け、速度調節指示検知手段１３が強出力接続端子１５ａに接続されているのか、弱出力接続端子１５ｂに接続されているのかを検知し、その結果に基づいて供給電流設定値変更手段２０がスイッチング素子６に供給する電流の基準設定値を変更することにより、２段階のトルク−回転数特性が得られるので、交流電源ラインの接続切り替えによる速度調節が可能な交流電源直結型のブラシレスＤＣモータが得られる。ここで、交流電源接続手段１５において、その接続端子の数量に応じて、供給電流設定値変更手段２０が基準設定値を変更すれば、接続端子の数だけ速度調節ができることとなる。
【００５２】
また、全波整流する整流手段９によって整流されたリプルを有する高圧電圧を、低圧直流電圧変換手段８が４５Ｖ以下の低圧直流電圧に変換し、駆動電源として駆動コイル２に供給することにより、全波整流後の平滑コンデンサ１８は電圧不足となる非常に短い期間の２．１ミリ秒を補うだけの容量に低く抑えることができるので、コンデンサの小型化、省スペース化ができるとともに、電解コンデンサを使用しなくても、ポリマーコンデンサやセラミックコンデンサやフイルムコンデンサを使用できるため、大幅な小型化、温度特性の変化がないなどの高品質化、長寿命化ができる交流電源直結型のブラシレスＤＣモータが得られる。
【００５３】
また、平滑コンデンサ１８の容量が少なくても、供給電流値制御手段２４がスイッチング素子６に供給する電流を略一定に制御するので、トルクリップルや回転むらを抑えた交流電源直結型のブラシレスＤＣモータが得られる。そして、ファン駆動用に使用しても送風量の安定化が実現できる。ここで、低圧直流電圧変換手段８に使用する２次側平滑コンデンサの容量が少なくても同様の作用効果がある。
【００５４】
また、駆動ロジック制御手段５が３相全波駆動することにより、死点を考慮する必要がなくなるうえ、トルクリップルやトルク変化率を小さくでき、駆動電流を小さくできるとともに、高出力領域での銅損を削減できるため、騒音・振動の発生を抑制し、使用可能な負荷トルクの範囲が広く、高出力領域であっても低消費電力を実現できる交流電源直結型のブラシレスＤＣモータが得られる。
【００５５】
また、磁束密度分布検知手段４の検知する波形が極異方性磁石３ａによって駆動コイル２に誘起される誘起電圧波形と略相似となるように磁束密度分布検知手段４と磁石の空隙を設定して配置し、電流波形制御手段７は磁束密度分布検知手段４が検知した磁束密度分布波形に略相似形の電流を駆動コイル２に流すことにより、誘起電圧波形と電流波形が略相似となるので、トルクリップルおよびトルク変化率を一層低く抑えることができるとともに、モータ効率が大幅に向上するため、低騒音化、高効率化を実現した交流電源直結型のブラシレスＤＣモータが得られる。
【００５６】
また、磁石回転子３の主磁極部を極異方性磁石３ａとすることにより、誘起電圧波形も電流波形もともに正弦波となることから、トルクリップルおよびトルク変化率をより一層低く抑えることができるとともに、モータ効率も大幅に向上するので、静音化、高効率化を実現した交流電源直結型のブラシレスＤＣモータが得られる。
【００５７】
また、磁束密度分布波形合成手段１２が、磁束密度分布検知手段４が検知したｕ相、ｖ相、ｗ相の波形を合成することにより、各相の磁束密度分布検知手段４のばらつきの影響が小さくなるとともに、ｕ相、ｖ相、ｗ相各相の磁束密度分布波形は、基本的には位相が単にずれただけの波形であることから、２相を減算合成することにより、検知した磁束密度分布波形に含まれた高調波成分が除去されるので、回転むらの発生が抑制できるとともに、トルクリップルおよびトルク変化率をさらに低く抑えることができるため、高品質化を実現した交流電源直結型のブラシレスＤＣモータが得られる。
【００５８】
なお、本実施の形態１では電流値指示手段１９が回転信号出力手段１７の出力信号に応じて、スイッチング素子６に供給する電流を基準設定値に対して非線形変化（高次式比例）させて指示する構成としたが、線形変化（１次比例）させる構成でも良く、ファン負荷などの負荷量から、トルク−回転数特性の特性カーブの最適な傾きとなるように適宜設定することによって同様の作用効果を得ることができる。
【００５９】
また、本実施の形態１では、回転信号出力手段１７はパルス状の波形を出力して、その周波数から回転数を把握する構成としたが、抵抗とコンデンサを用いて平坦な電圧を出力し、その電圧値から回転数を把握する構成としても良く、その作用効果に差異を生じない。
【００６０】
また、本実施の形態１では、回転信号出力手段１７は磁束密度分布検知手段４から回転数を把握したが、駆動コイル２への通電切り替えタイミングを利用したり、ホールＩＣ等の磁極検知素子を別途設ける構成でも良く、回転数に応じて供給電流を変化させることによる作用効果に差異を生じない。
【００６１】
また、本実施の形態１では駆動コイル２に供給される電流波形を、誘起電圧波形に略相似形となるように構成したが、用途、商品の要求される騒音レベルに応じて、１２０度矩形波通電や、１４０度、１５０度通電のように広角通電方式としても良く、モータのトルク−回転数特性は回転数が上昇するにしたがって軸トルクが大きくなる特性が得られるとともに、全波整流後の平滑コンデンサの容量を低く抑え、回転むらを抑制し、高出力領域での銅損の削減による、大幅な小型化、高品質化、長寿命化、使用可能な負荷トルクの範囲が広く、高出力領域であっても低消費電力を実現できる交流電源直結型のブラシレスＤＣモータが得られることに差異は生じない。
【００６２】
また、本実施の形態１では磁束密度分布検知手段４を用いた構成としたが、非通電相に誘起される誘起電圧や、電流を検知して磁石回転子に対する通電位相を決める方式や、ホールＩＣなどの磁石のＮ極、Ｓ極を判断する磁極検出手段を用いる方式としても良く、その作用効果に差異を生じない。
【００６３】
また、本実施の形態１ではスイッチング素子６が飽和に近い非飽和状態になるようにフィードバックしながら出力バイアス電流を調整したが、スイッチング素子６をＰＷＭ制御して電流波形を制御しても良く、その場合にはスイッチング素子６の損失が低減できるので、スイッチング素子６の発熱が抑制され、使用可能な負荷トルクの範囲がさらに広くできる交流電源直結型のブラシレスＤＣモータが得られることとなる。
【００６４】
また、本実施の形態１では低圧直流電圧変換手段８が４５Ｖ以下の低圧直流電圧に変換したが、３６Ｖ以下の低圧直流電圧に変換するならば、１．７ミリ秒の期間を補うだけのコンデンサ容量にさらに低く抑えることができることとなる。
【００６５】
（実施の形態２）
図７および図８に示すように、３４は遠心型送風機３５と、この遠心型送風機３５のシロッコファンを回転させる交流電源直結型ブラシレスＤＣモータ３０を内蔵した換気装置であり、交流電源直結型ブラシレスＤＣモータ３０には、整流手段９、小容量平滑コンデンサ１８、低圧直流電圧変換手段８、磁束密度分布検知手段４、磁束密度分布波形合成手段１２、回転信号出力手段１７、駆動ロジック制御手段５、スイッチング素子６、電流波形制御手段７、低圧直流電圧値変更手段１４、電流検出手段２１、供給電流値制御手段２２、電流値指示手段１９，供給電流設定値変更手段２０を同一のプリント基板上に実装した上でブラシレスＤＣモータ３０内に内蔵している。３１は低圧直流電圧変換手段８にて生成した低圧直流電圧をブラシレスＤＣモータ３０外部に導出する低圧直流電圧導出端子で、この低圧直流電圧導出端子３１より導出した低圧電源をブラシレスＤＣモータ３０外部に近接した抵抗分圧回路などにて形成した減圧手段３３にて減圧して、供給電流値指示電圧に変換し、この供給電流値指示電圧を供給電流設定値入力手段３２よりブラシレスＤＣモータ３０内部に導入し、この供給電流値指示電圧の大きさに応じて供給電流設定値変更手段２０がスイッチング素子６に供給する電流の基準設定値を変更し、電流値指示手段１９は回転信号出力手段１７より出力されるパルス波形をＦ／Ｖ変換した後の電圧値の大きさに応じて、スイッチング素子６に供給する電流を基準設定値に対して非線形変化（高次式比例）させて指示する構成であり、その他の磁石回転子３、固定子１０などの構成は実施の形態１と同じであり、同一部分には同一番号を付して詳細な説明は省略する。
【００６６】
このような本発明の交流電源直結型のブラシレスＤＣモータ３０によれば、低圧直流電圧変換手段８によって生成された低圧直流電圧をブラシレスＤＣモータ３０外部に導出する低圧直流電圧導出端子３１と、この低圧直流電圧導出端子３１より導出された低圧直流電圧を減圧した低圧直流電圧をブラシレスＤＣモータ３０内部に導入する供給電流設定値入力手段３２を設け、この供給電流設定値入力手段３２より導入した低圧直流電圧の大きさに応じて供給電流設定値変更手段２０がスイッチング素子６に供給する電流の基準設定値を変更する構成とすることにより、ブラシレスＤＣモータ３０外部に簡単な減圧手段３３を近設することにより、モータのトルク−回転数特性は回転数が上昇するにしたがって軸トルクが大きくなる特性が無段階で任意に得られることとなり、この特性によって、遠心型送風機３５を搭載する換気装置３４では、外風圧やダクト長さなどの圧力損失が変化しても風量が大きく変化しない静圧−風量特性が無段階で任意に得られる。ここで、非線形変化（高次式比例）における変化量はファン負荷などの負荷量から、トルク−回転数特性の特性カーブの最適な傾きとなるように適宜設定すれば良い。
【００６７】
なお、実施の形態１と同様の構成における作用効果に差異は生じない。
【００６８】
また、本実施の形態２では供給電流設定値入力手段３２から導入した低圧直流電圧の大きさに応じて、スイッチング素子６に供給する電流の基準設定値を変更したが、低圧直流電圧変換手段８にて生成した低圧直流電圧と供給電流設定値入力手段３２から導入した低圧直流電圧の比に応じて変更する構成でも良く、その作用効果に差異を生じない。
【００６９】
また、本実施の形態２では電流値指示手段１９が回転信号出力手段１７の出力信号に応じて、スイッチング素子６に供給する電流を基準設定値に対して非線形変化（高次式比例）させて指示する構成としたが、線形変化（１次比例）させる構成でも良く、ファン負荷などの負荷量から、トルク−回転数特性の特性カーブの最適な傾きとなるように適宜設定することによって同様の作用効果を得ることができる。
【００７０】
（実施の形態３）
図９〜図１２に示すように、４１は遠心型送風機４２と、この遠心型送風機４２のシロッコファンを回転させる交流電源直結型ブラシレスＤＣモータ３６を内蔵した換気装置であり、交流電源直結型ブラシレスＤＣモータ３６には、整流手段９、小容量平滑コンデンサ１８、低圧直流電圧変換手段８、磁束密度分布検知手段４、磁束密度分布波形合成手段１２、回転信号出力手段１７、駆動ロジック制御手段５、スイッチング素子６、電流波形制御手段７、低圧直流電圧値変更手段１４、速度調節指示検知手段１３，電流検出手段２１、供給電流値制御手段４０、供給電流設定値変更手段３９、回転数範囲判別手段３７、電流値指示手段３８を同一のプリント基板上に実装した上でブラシレスＤＣモータ３６内に内蔵している。磁石回転子３の回転数域を分類判別する回転数範囲判別手段３７は、回転信号出力手段１７から出力されるパルス波形をＦ／Ｖ変換した後の電圧値の電圧範囲を判別する。電流値指示手段３８は回転数範囲判別手段３７によって判別された回転数域に応じて、スイッチング素子６に供給する電流を基準設定値に対して段階的に変化させて指示する。この時、スイッチング素子６の耐圧からキックバック電圧を考慮した上でスイッチング素子６に印加する低圧直流電圧に上限を設け、回転数が上昇しても電流を制御することなく電圧一定で運転する区間を設けている。１５は商用交流電源を接続する交流電源接続手段で、１５ａは強出力接続端子、１５ｂは弱出力接続端子、１５ｃは共通接続端子である。２３は外部スイッチで、強出力接続端子１５ａまたは弱出力接続端子１５ｂのどちらかに接続する構成であり、速度調節指示検知手段１３は外部スイッチ２３が強出力接続端子１５ａまたは弱出力接続端子１５ｂのどちらに接続されているのかを検知し、供給電流設定値変更手段３９が速度調節指示検知手段１３の出力信号を受けてスイッチング素子６に供給する電流の基準設定値を変更する構成である。そして、図９において一点鎖線にて囲まれた電子部品の内、平滑コンデンサ１８と、低圧直流電圧変換手段８を構成する部品の一つとなるコイル、２次側平滑コンデンサ（図示せず）を除いて、アルミナ製基板の上に実装、配線接続して形成したワンチップＩＣ４３の構成になっている。その他の磁石回転子３、固定子１０などの構成は実施の形態１と同じであり、同一部分には同一番号を付して詳細な説明は省略する。
【００７１】
このような本発明の交流電源直結型のブラシレスＤＣモータ３６によれば、電流値指示手段３８が回転数範囲判別手段３７によって判別された回転数域に応じて、スイッチング素子６に供給する電流を基準設定値に対して段階的に変化させて指示するので、回転数が高くなれば供給電流も大きくなり、逆に回転数が低くなれば供給電流も小さくなるため、図１１に示すように、モータのトルク−回転数特性は回転数が上昇するにしたがって軸トルクが段階的に大きくなる特性が得られることとなり、この特性によって、遠心型送風機４２を搭載する換気装置４１では、図１２に示すように、外風圧やダクト長さなどの圧力損失が変化しても風量が大きく変化しない静圧−風量特性が得られる。ここで、電流値指示手段３８がスイッチング素子６に供給する電流を基準設定値に対して段階的に変化させる変化量はファン負荷などの負荷量から、トルク−回転数特性の特性カーブの最適な傾きとなるように適宜設定すれば良い。図１１において、破線部は回転数が下降した場合と、回転数が上昇した場合にヒステリシスを持たして制御する部分であり、ヒステリシスの度合いはハンチング等の不具合が生じないように適宜設定すれば良い。
【００７２】
なお、実施の形態１と同様の構成における作用効果に差異は生じない。
【００７３】
また、強出力接続端子１５ａ、弱出力接続端子１５ｂ、速度調節指示検知手段１３に替えて、実施の形態２に示した低圧直流電圧変換手段によって生成された低圧直流電圧をブラシレスＤＣモータ外部に導出する低圧直流電圧導出端子と、この低圧直流電圧導出端子より導出された低圧直流電圧を減圧した低圧直流電圧をブラシレスＤＣモータ内部に導入する供給電流設定値入力手段を設け、この供給電流設定値入力手段より導入した低圧直流電圧の大きさに応じて供給電流設定値変更手段がスイッチング素子に供給する電流の基準設定値を変更する構成とすることによって、モータのトルク−回転数特性において、回転数が上昇するにしたがって軸トルクが段階的に大きくなる特性が無段階で任意に得られることとなり、この特性によって、遠心型送風機を搭載する換気装置では、外風圧やダクト長さなどの圧力損失が変化しても風量が大きく変化しない静圧−風量特性が無段階で任意に得られる。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
以上のように、本発明にかかる交流電源直結型ブラシレスＤＣモータは、トルク−回転数特性において、回転数が上昇するにしたがって軸トルクが大きくなる特性が得られることから、遠心型送風機を内蔵し、静圧の変化があっても、大きな風量変化が無いことが要求される電気機器である換気装置、給湯機、エアコンなどの空気調和機、空気清浄機、除湿機、乾燥機、ファンフィルタユニットなどへの搭載が有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の実施の形態１における交流電源直結型ブラシレスＤＣモータを示すブロック図
【図２】同ブラシレスＤＣモータを示す断面図
【図３】同ブラシレスＤＣモータの整流後の電圧波形を示すグラフ
【図４】同ブラシレスＤＣモータを搭載した換気装置を示す三面図
【図５】同ブラシレスＤＣモータのトルク−回転数特性を示すグラフ
【図６】同ブラシレスＤＣモータを搭載した換気装置の静圧−風量特性を示すグラフ
【図７】本発明の実施の形態２における交流電源直結型ブラシレスＤＣモータを示すブロック図
【図８】同ブラシレスＤＣモータを搭載した換気装置を示す三面図
【図９】本発明の実施の形態３における交流電源直結型ブラシレスＤＣモータを示すブロック図
【図１０】同ブラシレスＤＣモータを搭載した換気装置を示す三面図
【図１１】同ブラシレスＤＣモータのトルク−回転数特性を示すグラフ
【図１２】同ブラシレスＤＣモータを搭載した換気装置の静圧−風量特性を示すグラフ
【図１３】従来のＤＣモータを示す回路図
【図１４】同ＤＣモータを示す断面図
【図１５】同ＤＣモータを示す斜視図
【図１６】同ＤＣモータと誘導電動機のトルク−回転数特性を比較するグラフ
【符号の説明】
【００７６】
１      ブラシレスＤＣモータ
２      駆動コイル
３      磁石回転子
４      磁束密度分布検知手段
５      駆動ロジック制御手段
６      スイッチング素子
７      電流波形制御手段
８      低圧直流電圧変換手段
９      整流手段
１０    固定子
１０ａ  固定子鉄心
１１    インシュレータ
１２    磁束密度分布波形合成手段
１３    速度調節指示検知手段
１４    低圧直流電圧変更手段
１５    交流電源接続手段
１５ａ  強出力接続端子
１５ｂ  弱出力接続端子
１５ｃ  共通接続接続端子
１６    ワンチップＩＣ
１７    回転信号出力手段
１８    平滑コンデンサ
１９    電流指示手段
２０    供給電流設定値変更手段
２１    電流検知手段
２２    供給電流値制御手段
２３    スイッチ
２４    シャフト
２５    ブラケット
２６    軸受け
２７    熱硬化性樹脂
２８    換気装置
２９    遠心型送風機
３０    ブラシレスＤＣモータ
３１    低圧直流電圧導出端子
３２    供給電流設定値入力手段
３３    減圧手段
３４    換気装置
３５    遠心型送風機
３６    ブラシレスＤＣモータ
３７    回転数範囲判別手段
３８    電流指示手段
３９    供給電流設定値変更手段
４０    供給電流値制御手段
４１    換気装置
４２    遠心型送風機
４３    ワンチップＩＣ
【図１】
2005117815.tif 000003
【図２】
2005117815.tif 000004
【図３】
2005117815.tif 000005
【図４】
2005117815.tif 000006
【図５】
2005117815.tif 000007
【図６】
2005117815.tif 000008
【図７】
2005117815.tif 000009
【図８】
2005117815.tif 000010
【図９】
2005117815.tif 000011
【図１０】
2005117815.tif 000012
【図１１】
2005117815.tif 000013
【図１２】
2005117815.tif 000014
【図１３】
2005117815.tif 000015
【図１４】
2005117815.tif 000016
【図１５】
2005117815.tif 000017
【図１６】
2005117815.tif 000018