(57)【要約】【課題】騒音・振動を抑え、広負荷範囲使用、全域低消費電力化を実現でき、電解コンデンサ不使用による小型化、高品質化、長寿命化を実現した上で、回転むら発生も抑制する交流電源直結型ブラシレスＤＣモータの提供を目的とする。【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以下で略一定の低圧直流電圧に変換し、インバータ回路６を介して駆動コイル２に供給するとともに、減圧して下段側スイッチング素子をＰＷＭ制御するＰＷＭ制御手段２１のＯＮ／ＯＦＦデューティ指示電圧とし、整流手段９と低圧直流電圧変換手段８の間には電圧不足となる極めて短期間の電圧を補う小容量の平滑コンデンサ１８を配す構成により、トルクリップルや回転むらを抑え、仕様調整に要する工数を大幅に削減できる交流電源直結型ブラシレスＤＣモータが得られ、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。【選択図】 図１
2005176474.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、上段と下段からなり、それぞれ複数のスイッチング素子でブリッジ接続されたインバータ回路と、前記スイッチング素子の上段または下段をＰＷＭ制御するするとともに、前記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、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略一定の低圧直流電圧に変換するチョッパ回路にて形成された低圧直流電圧変換手段と、この低圧直流電圧変換手段で生成した低圧直流電圧を前記インバータ回路に印加するとともに、デューティ指示電圧生成手段によって、減圧して前記スイッチング素子をＰＷＭ制御する時のＯＮ／ＯＦＦデューティを指示する指示電圧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。
【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、上段と下段からなり、それぞれ複数のスイッチング素子でブリッジ接続されたインバータ回路と、前記スイッチング素子の上段または下段をＰＷＭ制御するするとともに、前記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、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略一定の低圧直流電圧に変換するチョッパ回路にて形成された低圧直流電圧変換手段と、この低圧直流電圧変換手段で生成した低圧直流電圧を前記インバータ回路に印加するとともに、デューティ指示電圧生成手段によって、減圧して前記スイッチング素子をＰＷＭ制御するＯＮ／ＯＦＦデューティを指示する指示電圧とし、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】
前記インバータ回路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を配してなる請求項１または２記載の交流電源直結型ブラシレスＤＣモータ。
【請求項４】
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１〜３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５】
請求項２〜４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６】
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、デューティ指示電圧生成手段によって生成する電圧値を変更指示する速度調節指示検知手段を設けたことを特徴とする請求項１、２、４または５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３〜５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し、さらに減圧して得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、外部にて減圧した低圧直流電圧を、前記スイッチング素子をＰＷＭ制御するＯＮ／ＯＦＦデューティを指示する指示信号として、ブラシレスＤＣモータ内部に導入するデューティ設定値入力手段を設けたことを特徴とする請求項１、２、４または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。
【請求項９】
前記低圧直流電圧変換手段によって生成し、さらに減圧して得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、前記インバータ回路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３〜５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。
【請求項１０】
請求項１〜９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１１】
請求項１０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１２〜図１５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、そのためには電解液を含有する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や、雰囲気温度による特性変化を考慮すると、さらに大容量化が必要となるうえ、等価直列抵抗が大きいことから効率低下を生じるので、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、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、交流電源の電圧変動の影響を受け、特性変動を生じるという課題があり、電源電圧の変動の影響を受けないことが要求されている。
【００１２】
また、電動機を搭載する電気機器の特性調整のためには、電動機の巻線仕様を常に変更して対応する必要があり、そのためにトルク−回転数特性の傾きが変化するので、電気機器の使用範囲全てを満足させるための仕様調整に関わる工数が多くなるという課題があり、仕様調整に要する工数を削減できることが要求されている。
【００１３】
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１５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。
【００１４】
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、電源電圧が変動しても特性変化が無く、誘導電動機と同等のトルク−回転数特性が得られるとともに、仕様調整に要する工数が削減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。
【００１５】
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２４時間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。
【００１６】
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】
【００１７】
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、磁石回転子の磁極位置を検知する磁極位置検出手段と、上段と下段からなり、それぞれ複数のスイッチング素子でブリッジ接続されたインバータ回路と、前記スイッチング素子の上段または下段をＰＷＭ制御するするとともに、前記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、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略一定の低圧直流電圧に変換するチョッパ回路にて形成された低圧直流電圧変換手段と、この低圧直流電圧変換手段で生成した低圧直流電圧を前記インバータ回路に印加するとともに、デューティ指示電圧生成手段によって、減圧して前記スイッチング素子をＰＷＭ制御する時のＯＮ／ＯＦＦデューティを指示する指示電圧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。
【００１８】
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、等価直列抵抗が高く、使用雰囲気温度による特性変化を有する電解コンデンサを使用しなくても、長寿命で等価直列抵抗が低く、使用雰囲気温度による特性変化が極めて小さい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が使用可能となり、全波通電により低トルクリップル化および高効率化できるので、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、交流電源の電圧変動の影響を受け受けることがなく、ＯＮ／ＯＦＦデューティの設定により仕様調整ができることから、仕様調整に要する工数の大幅な削減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。
【００１９】
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、上段と下段からなり、それぞれ複数のスイッチング素子でブリッジ接続されたインバータ回路と、前記スイッチング素子の上段または下段をＰＷＭ制御するするとともに、前記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、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略一定の低圧直流電圧に変換するチョッパ回路にて形成された低圧直流電圧変換手段と、この低圧直流電圧変換手段で生成した低圧直流電圧を前記インバータ回路に印加するとともに、デューティ指示電圧生成手段によって、減圧して前記スイッチング素子をＰＷＭ制御するＯＮ／ＯＦＦデューティを指示する指示電圧とし、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。
【００２０】
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、等価直列抵抗が高く、使用雰囲気温度による特性変化を有する電解コンデンサを使用しなくても、長寿命で等価直列抵抗が低く、使用雰囲気温度による特性変化が極めて小さい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が使用可能となり、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、交流電源の電圧変動の影響を受けることがなく、ＯＮ／ＯＦＦデューティの設定により仕様調整ができることから、仕様調整に要する工数の大幅な削減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。
【００２１】
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、インバータ回路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を配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。
【００２２】
この手段によりトルク略一定運転となり、負荷変化に対する回転数差が大きくなるため、シロッコファンなど遠心型の送風機に搭載しても、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を搭載した場合と同等になるので、最大静圧が極端に低くなることや、静圧ゼロ時の風量が極端に多くなることを防止できるとともに、静音化、低消費電力化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。
【００２３】
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は極異方性磁石としたことを特徴と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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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、デューティ指示電圧生成手段によって生成する電圧値を変更指示する速度調節指示検知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。
【００２８】
この手段により外部スイッチなどの切替により、スイッチング素子をＰＷＭ制御するＯＮ／ＯＦＦデューティを交流電源接続手段の数だけ変更できることから、複数段の速度調節ができる交流電源直結型のブラシレスＤＣモータおよび電気機器が得られる。
【００２９】
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。
【００３０】
この手段によりインバータ回路に供給する電流値を変更できることから、交流電源接続手段の数だけトルク略一定運転ができることとなり、シロッコファンなど遠心型の送風機に搭載した時に、誘導電動機を搭載した場合と同様の風量−静圧特性が複数段階設定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。
【００３１】
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し、さらに減圧して得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、外部にて減圧した低圧直流電圧を、前記スイッチング素子をＰＷＭ制御するＯＮ／ＯＦＦデューティを指示する指示信号として、ブラシレスＤＣモータ内部に導入するデューティ設定値入力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。
【００３２】
この手段により外部に設置した減圧回路により、スイッチング素子をＰＷＭ制御するＯＮ／ＯＦＦデューティを任意に設定できるので、無段階で任意の速度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が得られる。
【００３３】
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し、さらに減圧して得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、前記インバータ回路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。
【００３４】
この手段によりインバータ回路に供給する電流値を任意に変更できることから、無段階でトルク略一定運転ができることとなり、シロッコファンなど遠心型の送風機に搭載した時に、誘導電動機を搭載した場合と同様の風量−静圧特性が無段階で設定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】
【００３５】
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、交流電源の電圧変動の影響を受けることがなく、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、等価直列抵抗が高く、使用雰囲気温度による特性変化を有する電解コンデンサを使用しなくても、長寿命で等価直列抵抗が低く、使用雰囲気温度による特性変化が極めて小さい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が使用可能となり、全波通電により低トルクリップル化および高効率化できるので、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、ＯＮ／ＯＦＦデューティの設定により、仕様調整ができることから、仕様調整に要する工数の大幅な削減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。
【００３６】
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、等価直列抵抗が高く、使用雰囲気温度による特性変化を有する電解コンデンサを使用しなくても、長寿命で等価直列抵抗が低く、使用雰囲気温度による特性変化が極めて小さい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が使用可能となり、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、交流電源の電圧変動の影響を受けることがなく、ＯＮ／ＯＦＦデューティの設定により、仕様調整ができることから、仕様調整に要する工数の大幅な削減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。
【００３７】
また、本発明によれば、インバータ回路に供給する平均電流を略一定に制御することによりトルク略一定運転となり、負荷変化に対する回転数差が大きくなるため、シロッコファンなど遠心型の送風機に搭載しても、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を搭載した場合と同等になるので、最大静圧が極端に低くなることや、静圧ゼロ時の風量が極端に多くなることを防止できるとともに、静音化、低消費電力化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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
また、本発明によれば、スイッチング素子をＰＷＭ制御するＯＮ／ＯＦＦデューティを交流電源接続手段の数だけ変更できることから、複数段の速度調節ができる交流電源直結型のブラシレスＤＣモータおよび電気機器を提供できる。
【００４１】
また、本発明によれば、インバータ回路に供給する電流値を交流電源接続手段の数だけ設定できることから、複数段階のトルク略一定運転ができることとなり、シロッコファンなど遠心型の送風機に搭載した時に、誘導電動機を搭載した場合と同様の風量−静圧特性が複数段階設定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。
【００４２】
また、本発明によれば、スイッチング素子をＰＷＭ制御するＯＮ／ＯＦＦデューティを任意に設定できるので、無段階で任意の速度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。
【００４３】
また、本発明によれば、インバータ回路に供給する電流値を任意に変更できることから、無段階でトルク略一定運転ができることとなり、シロッコファンなど遠心型の送風機に搭載した時に、誘導電動機を搭載した場合と同様の風量−静圧特性が無段階で設定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】
【００４４】
本発明の請求項１記載の発明は、磁石回転子の磁極位置を検知する磁極位置検出手段と、上段と下段からなり、それぞれ複数のスイッチング素子でブリッジ接続されたインバータ回路と、前記スイッチング素子の上段または下段をＰＷＭ制御するとともに、前記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、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略一定の低圧直流電圧に変換するチョッパ回路にて形成された低圧直流電圧変換手段と、この低圧直流電圧変換手段で生成した低圧直流電圧を前記インバータ回路に印加するとともに、デューティ指示電圧生成手段によって、減圧して前記スイッチング素子をＰＷＭ制御する時のＯＮ／ＯＦＦデューティを指示する指示電圧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、整流後の高圧電圧をチョッパ回路にて形成された低圧直流電圧変換手段にて略一定の低圧直流電圧に変換して駆動コイルに供給することから、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、等価直列抵抗が高く、使用雰囲気温度による特性変化を有する電解コンデンサを使用しなくても、長寿命で等価直列抵抗が低く、使用雰囲気温度による特性変化が極めて小さい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が使用可能となるとともに、電源効率は向上し、出力は交流電源の電圧変動の影響を受けることなく、全波通電により低トルクリップル化およびモータ効率が向上するうえ、ＯＮ／ＯＦＦデューティの設定により、仕様調整が可能になるという作用を有する。
【００４５】
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、上段と下段からなり、それぞれ複数のスイッチング素子でブリッジ接続されたインバータ回路と、前記スイッチング素子の上段または下段をＰＷＭ制御するとともに、前記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、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略一定の低圧直流電圧に変換するチョッパ回路にて形成された低圧直流電圧変換手段と、この低圧直流電圧変換手段で生成した低圧直流電圧を前記インバータ回路に印加するとともに、デューティ指示電圧生成手段によって、減圧して前記スイッチング素子をＰＷＭ制御するＯＮ／ＯＦＦデューティを指示する指示電圧とし、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、整流後の高圧電圧をチョッパ回路にて形成された低圧直流電圧変換手段にて略一定の低圧直流電圧に変換して駆動コイルに供給することから、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、等価直列抵抗が高く、使用雰囲気温度による特性変化を有する電解コンデンサを使用しなくても、長寿命で等価直列抵抗が低く、使用雰囲気温度による特性変化が極めて小さい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が使用可能となるとともに、電源効率は向上し、出力は交流電源の電圧変動の影響を受けないうえ、ＯＮ／ＯＦＦデューティの設定により、仕様調整が可能になるという作用を有する。
【００４６】
請求項３に記載の発明は、インバータ回路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を配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、トルク略一定運転となることから、誘導電動機のトルク−回転数特性が得られるという作用を有する。
【００４７】
請求項４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。
【００４８】
請求項５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。
【００４９】
請求項６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、デューティ指示電圧生成手段によって生成する電圧値を変更指示する速度調節指示検知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、外部スイッチなどの切替によって、スイッチング素子をＰＷＭ制御するＯＮ／ＯＦＦデューティを交流電源接続手段の数だけ変更できるという作用を有する。
【００５０】
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、インバータ回路に供給する電流値を変更できることから、交流電源接続手段の数だけトルク略一定運転ができるという作用を有する。
【００５１】
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し、さらに減圧して得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、外部にて減圧した低圧直流電圧を、前記スイッチング素子をＰＷＭ制御するＯＮ／ＯＦＦデューティを指示する指示信号として、ブラシレスＤＣモータ内部に導入するデューティ設定値入力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、外部に設置した減圧回路により、スイッチング素子をＰＷＭ制御するＯＮ／ＯＦＦデューティを任意に設定できるという作用を有する。
【００５２】
請求項９に記載の発明は、低圧直流電圧変換手段によって生成し、さらに減圧して得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、前記インバータ回路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、インバータ回路に供給する電流値を任意に変更できることから、無段階でトルク略一定運転ができるという作用を有する。
【００５３】
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。
【００５４】
（実施の形態１）
図１〜図４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は不飽和ポリエステルなどの熱硬化性樹脂２２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２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。Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５は上段側スイッチング素子で、Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６は下段側スイッチング素子であり、ブリッジ接続してインバータ回路６を形成している。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Ｑ１〜Ｑ６のＯＮ／ＯＦＦを制御し、２１はＰＷＭ制御手段で、下段側スイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６をＰＷＭ制御する。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、フィードバック制御しながら下段側スイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６のＯＮ／ＯＦＦデューティを調整する。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以下の略一定の低圧直流電圧に変換するチョッパ回路にて構成された低圧直流電圧変換手段で、この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。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インバータ回路６を介して駆動コイル２に供給される。１７は低圧直流電圧変換手段８にて変換された低圧直流電圧を減圧してＰＷＭ制御手段２１のＯＮ／ＯＦＦデューティを指示するデューティ指示電圧生成手段である。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、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、デューティ指示電圧生成手段１７にて生成する電圧値の変更指示をする構成である。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、２０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１９を内蔵した換気装置である。
【００５５】
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、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以下の略平坦かつ略一定な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、等価直列抵抗が高く、使用雰囲気温度による特性変化を有する電解コンデンサを使用しなくても、長寿命で等価直列抵抗が低く、使用雰囲気温度による特性変化が極めて小さい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が使用可能となるため、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。
【００５６】
また、低圧直流電圧変換手段８が略平坦かつ略一定な低圧直流電圧にするので、交流電源の電圧変動が生じても、特性変化のない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、平滑コンデンサ１８の容量が少なくても、低圧直流電圧変換手段８が略平坦かつ略一定な低圧直流電圧にするので、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。
【００５８】
また、低圧直流電圧変換手段８にて生成した低圧直流電圧をデューティ指示電圧生成手段１７にて減圧してＰＷＭ制御手段２１のＯＮ／ＯＦＦデューティとすることによって、特性調整が可能となるので、巻線仕様の変更等の大幅な仕様調整が必要なくなるため、交流電源直結型ブラシレスＤＣモータ１の特性調整が簡素化できる。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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デューティ指示電圧生成手段１７にて生成する電圧値を変更し、ＰＷＭ制御手段２１が下段側スイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６をＰＷＭ制御するＯＮ／ＯＦＦデューティを変更するすることにより、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、デューティ指示電圧生成手段１７にて生成する電圧値を変更し、ＰＷＭ制御手段５ａが下段側スイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６をＰＷＭ制御するＯＮ／ＯＦＦデューティを変更すれば、接続端子の数だけ速度調節ができることとなる。
【００６４】
また、熱効果性樹脂２２にて一体的にモールドするので、平滑コンデンサ１８においては吸湿劣化等の構造上の対策が簡素化できるうえ、低圧直流電圧変換手段８を構成するスイッチング素子、ダイオード、コイル等の発熱部品の温度上昇を抑制できることから、小型化、低コスト化が実現できることとなる。
【００６５】
なお、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、等幅ＰＷＭによる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、低圧直流電圧を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。
【００６６】
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としても良く、その作用効果に差異を生じない。
【００６７】
また、本実施の形態１では下段側スイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６をＰＷＭ制御したが、上段側スイッチング素子Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５をＰＷＭ制御しても良く、その作用効果に差異を生じない。
【００６８】
（実施の形態２）
図５〜図７に示すように、２８は遠心型送風機２９と、この遠心型送風機２９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２７を搭載した換気装置の一種である天井埋め込み型の換気扇である。３０はインバータ回路６に供給される電流を検知する電流検出手段で、３１は供給電流値制御手段でり、電流検出手段３０にて検出するインバータ回路６に供給される平均電流値が設定された電流値と同等になるように、デューティ指示電圧生成手段１７にて生成する電圧を変更してＰＷＭ制御手段２１のＯＮ／ＯＦＦデューティを可変しながらフィードバック制御する。そして、速度調節指示検知手段１３からの信号により、供給電流値変更手段３２がインバータ回路６に流す電流の設定値を変更する構成であり、その他の整流手段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、駆動ロジック制御手段５、インバータ回路６、電流波形制御手段７、および固定子１０、磁石回転子３、交流電源接続手段１５などの構成については実施の形態１と同じであり、詳細な説明は省略する。
【００６９】
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２７によれば、供給電流値制御手段３１がインバータ回路６に供給する平均電流を略一定に制御するので、トルク−回転数特性において、図７に示すように出力トルクが略一定となる特性となるため、シロッコファンなど遠心型送風機２９を搭載した換気装置２８においては、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を搭載した場合と同等になるので、最大静圧が極端に低くなることや、静圧ゼロ時の風量が極端に多くなることを防止でき、誘導電動機を搭載した場合と同様の風量−静圧特性が得られるとともに、静音化、低消費電力化を実現できる。
【００７０】
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、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て、その信号を出力する速度調節指示検知手段１３と、速度調節指示検知手段１３が速度指示電圧の有無を検知し、速度指示電圧が有ることを受けてインバータ回路６に流す電流の設定値を変更する供給電流値変更手段３２を備える構成により、２段階のトルク略一定運転ができるので、シロッコファンなど遠心型送風機２９を搭載した換気装置２８においては、誘導電動機を搭載した場合と同等の風量−静圧特性が２段階設定でき、換気装置２８においては、強制換気モードと常時換気モードの両方に対応できることとなる。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、供給電流値変更手段３２の設定量を変更すれば、接続端子の数だけ速度調節ができることとなる。
【００７１】
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。
【００７２】
（実施の形態３）
図８および図９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３３を搭載した換気装置の一種である天井埋め込み型の換気扇である。３６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減圧回路３９にて５Ｖに減圧してからブラシレスＤＣモータ３３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３６より導出した低圧電源をブラシレスＤＣモータ３３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３７にて減圧し、この減圧した直流電圧をデューティ設定値入力手段３８よりブラシレスＤＣモータ３３内部に導入し、ＰＷＭ制御手段２１のＯＮ／ＯＦＦデューティとする構成であり、その他の整流手段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、駆動ロジック制御手段５、インバータ回路６、電流波形制御手段７、および固定子１０、磁石回転子３などの構成については実施の形態１と同じであり、詳細な説明は省略する。
【００７３】
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３３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減圧してブラシレスＤＣモータ３３外部に導出する低圧直流電圧導出端子３６と、この低圧直流電圧導出端子３６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３３内部に導入するデューティ設定値入力手段３８を設け、このデューティ設定値入力手段３８より導入した低圧直流電圧をＰＷＭ制御手段２１のＯＮ／ＯＦＦデューティとする構成により、ブラシレスＤＣモータ３３外部に簡単な減圧手段３７を近設することにより、無段階でＯＮ／ＯＦＦデューティを可変することが可能となるので、無段階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３３およびそのブラシレスＤＣモータ３３を搭載した換気装置３４などの電気機器が得られる。
【００７４】
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。
【００７５】
（実施の形態４）
図１０および図１１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４０を搭載した換気装置の一種である天井埋め込み型の換気扇である。３６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減圧回路３９にて所定の電圧まで減圧してからブラシレスＤＣモータ４０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３６より導出した低圧電源をブラシレスＤＣモータ３３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３７にて減圧し、この減圧した直流電圧を供給電流設定値入力手段４３よりブラシレスＤＣモータ３３内部に導入し、インバータ回路６に流す電流の設定値を変更する構成であり、その他の整流手段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、駆動ロジック制御手段５、インバータ回路６、電流波形制御手段７、デューティ指示電圧生成手段１７、および固定子１０、磁石回転子３、交流電源接続手段１５などの構成については実施の形態１および２と同じであり、詳細な説明は省略する。
【００７６】
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４０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減圧してブラシレスＤＣモータ３３外部に導出する低圧直流電圧導出端子３６と、この低圧直流電圧導出端子３６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３３内部に導入する供給電流設定値入力手段４３を設け、この供給電流設定値入力手段４３より導入した低圧直流電圧をインバータ回路６に流す電流の設定値として、インバータ回路６に供給される平均電流値が設定された電流値と同等になるように、デューティ指示電圧生成手段１７にて生成する電圧を変更してＰＷＭ制御手段２１のＯＮ／ＯＦＦデューティを可変しながらフィードバック制御する構成により、ブラシレスＤＣモータ４０外部に簡単な減圧手段３７を近設することにより、無段階でＯＮ／ＯＦＦデューティを可変することが可能となるので、無段階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４０およびそのブラシレスＤＣモータ４０を搭載した換気装置４１などの電気機器が得られる。
【００７７】
なお、実施の形態１および２と同様の構成における作用効果に差異は生じない。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
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、電源電圧が変動しても特性変化が無く、誘導電動機と同等のトルク−回転数特性が得られるとともに、仕様調整に要する工数が削減できることから、遠心型送風機を内蔵した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】
【００７９】
【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】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６】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７】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８】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９】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１０】本発明の実施の形態４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１１】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１２】従来のＤＣモータを示す回路図
【図１３】同ＤＣモータを示す断面図
【図１４】同ＤＣモータを示す斜視図
【図１５】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】
【００８０】
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      インバータ回路
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  共通接続端子
１６    ワンチップＩＣ
１７    デューティ指示電圧生成手段
１８    平滑コンデンサ
１９    遠心型送風機
２０    換気装置
２１    ＰＷＭ制御手段
２２    熱硬化性樹脂
２３    スイッチ
２４    シャフト
２５    ブラケット
２６    軸受け
２７    ブラシレスＤＣモータ
２８    換気装置
２９    遠心型送風機
３０    電流検出手段
３１    供給電流値制御手段
３２    供給電流値変更手段
３３    ブラシレスＤＣモータ
３４    換気装置
３５    遠心型送風機
３６    低圧直流電圧導出端子
３７    減圧手段
３８    デューティ設定値入力手段
３９    減圧回路
４０    ブラシレスＤＣモータ
４１    換気装置
４２    遠心型送風機
４３    供給電流設定値入力手段
Ｑ１    上段側スイッチング素子
Ｑ２    下段側スイッチング素子
Ｑ３    上段側スイッチング素子
Ｑ４    下段側スイッチング素子
Ｑ５    上段側スイッチング素子
Ｑ６    下段側スイッチング素子
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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