(57)【要約】【課題】携帯基地局等の冷却に使用される熱交換型冷却機において、設置する場所の温度条件の影響を受けず、信頼性の高いファンモータの運転を実現するとともに、配線構造を簡単にすることを目的とする。【解決手段】室外側の送風機を駆動するモータをセンサレスＤＣブラシレスモータとすることにより、センサーおよびセンサー信号線を不要にし、外気温度およびノイズの影響を受けにくい、信頼性の高いファンモータ駆動装置を実現するとともに、ワンシャント抵抗の電流検出による位置検出を採用し、さらに信頼性が高く低価格のファンモータ駆動装置を実現する。【選択図】図１
2007064552.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＤＣ電源の出力を交流に変換するインバータ回路と、室内側と室外側それぞれに配置されたＤＣブラシレスモータとを有し、室外側に配置された前記ＤＣブラシレスモータを、センサレスＤＣブラシレスモータとし、前記室外側センサレスＤＣブラシレスモータの回転子位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段の出力に基づいて、前記室外側センサレスＤＣブラシレスモータを駆動する制御手段を有した、熱交換型冷却機用ファンモータ駆動装置。
【請求項２】
室内側の前記ＤＣブラシレスモータをセンサレスＤＣブラシレスモータとした、請求項１に記載の熱交換型冷却機用ファンモータ駆動装置。
【請求項３】
位置検出手段は、前記インバータ回路に流れる電流を検出して、回転子位置を推定するようにした、請求項１あるいは２に記載の熱交換型冷却機用ファンモータ駆動装置。
【請求項４】
前記インバータ回路は、６ケのトランジスタとダイオードよりなる３相フルブリッジインバータ回路より構成し、前記３相フルブリッジインバータ回路の下アームトランジスタの負電位側端子にシャント抵抗を接続し、前記シャント抵抗に流れる電流を検出して回転子位置を推定する位置検出手段とした、請求項１から３のいずれかに記載の熱交換型冷却機用ファンモータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯基地局等の機器冷却に使用される熱交換型冷却機用ファンモータ駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の熱交換型冷却機は、発熱体収納箱内の空気を取込んだ後、熱交換素子内を通過させて熱交換させ、再び発熱体収納箱内に戻し循環させる内気風路と、外気を取込み、熱交換素子内を通過させて熱交換させた後、再び外気に排出する外気風路を有しこれら両風路は仕切板にて独立しており、それぞれの風路内には、それぞれの空気を搬送する送風機が設置されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
通常このような構成の熱交換型冷却機は、携帯基地局等の冷却に使用され、携帯基地局本体側から、熱交換型冷却機にＤＣの低圧電源が供給され、ＤＣブラシレスモータを搭載した送風機等を駆動している。
【０００４】
以下、その熱交換型冷却機の動作について、図５を参照しながら説明する。
【０００５】
図に示すように、発熱体収納箱１０１内の熱せられた空気（以下、これを内気と称する）は熱交換型冷却機１１３の内気吸込口１０２より、室内側ＤＣブラシレスモータ１０３を搭載した室内側送風機１０４によって吸込まれ、熱交換素子１０５を通過したのち、内気吐出口１０６より発熱体収納箱１０１内に戻る循環風路を循環している。一方、室外側ＤＣブラシレスモータ１０７を搭載した室外側送風機１０８によって、外気吸込口１０９より吸込まれた外気は、熱交換素子１０５を通過したのち、外気吹出口１１０より、外気に再度排出されている。内気風路と外気風路は仕切板１１１によって両風路が独立するよう略気密状態に仕切られ、また内気風路と外気風路の交点には外気と内気の顕熱を交換する熱交換素子１０５が配置されている。上記構成により、熱交換型冷却機１１３は、低温外気を取り入れ、発熱体収納箱１０１内部の暖かい空気との間で熱交換素子１０５にて熱交換をおこない、暖かくなった外気は排気し、冷たくなった空気を箱内に給気する。
【０００６】
また、室内側ＤＣブラシレスモータ１０３および室外側ＤＣブラシレスモータ１０７は、通常ホール素子等の磁極センサーを内蔵したＤＣブラシレスモータを使用し、そのブラシレスモータを駆動する制御手段１１２は、基地局を設置する場所の低温外気や粉塵の影響を受けないように、熱交換型冷却機１１３の内気風路内に設置され、外気にさらされる室外側ＤＣブラシレスモータ１０７とは、長い中継の動力リード線１１４とセンサー信号リード線１１５とで接続されていた。制御手段１１２には、発熱体収納箱１０１内等に設置された低圧のＤＣ電源１１６より、駆動電力が供給されている。
【特許文献１】特開２００１−１５６４７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような従来の構成では、外気風路に配置される室外側ＤＣブラシレスモータ１０７は、収納箱内の発熱が少なく、外気温度が低い場合は、熱交換素子１０５による熱交換が少なくなり、低温の外気に直接さらされることがあり、モータ内へのホール素子等の磁気センサーを搭載する場合には、熱交換型冷却機１１３を設置する場所を、磁気センサーが確実に動作する、例えば−３０℃以上の地域に限定する必要があった。又、室外側ＤＣブラシレスモータ１０７と内気風路側に配置された制御手段１１２を、長い中継リード線で接続するため、センサー信号の信号リード線１１５がノイズの影響を受け、誤動作しやすくなるとともに、熱交換型冷却機内の配線作業も複雑で手間がかかり、高コストの冷却機になるという課題があった。
【０００８】
本発明は、このような従来の課題を解決するもので、室外側ＤＣブラシレスモータを、センサレス駆動のＤＣブラシレスモータとすることにより、設置場所の温度条件の影響をなくすとともに、熱交換型冷却機の信頼性向上と低価格化を実現することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の熱交換型冷却機用ファンモータ駆動装置は、上記目的を達成するために室外側送風機を駆動する室外側ＤＣブラシレスモータを、センサレス駆動のＤＣブラシレスモータとしたものである。
【００１０】
この手段により、モータ内に電子部品であるホール素子等の磁気センサーを有しない構造とすることができるので、室外側ＤＣブラシレスモータを低温外気中に設置することが可能になり、設置場所の温度条件の影響を受けない、熱交換型冷却機用ファンモータとすることができる。又、内気風路側に設置された制御手段との接続に使用するセンサー信号の中継リード線が不要になるので、センサー信号線へのノイズによる誤動作の影響がない、信頼性の高いファンモータ駆動装置とすることができるとともに、リード線が不要になり、中継線を接続する作業もなくなるので、低価格の熱交換型冷却機を得られる。
【００１１】
また、他の手段は、室内側のＤＣブラシレスモータも室外側と同様のセンサレスＤＣブラシレスモータとしたものである。
【００１２】
これにより、室外側と室内側のセンサレスＤＣブラシレスモータの駆動装置の制御方法を同じにすることができ、低価格のファンモータ駆動装置が得られる。
【００１３】
また、他の手段は、センサレスＤＣブラシレスモータの位置検出手段を、インバータ回路に流れる電流を検出して位置を検出するようにしたものである。
【００１４】
これにより、センサレスＤＣブラシレスモータと制御手段が長い動力リード線で接続されていても、リード線の電圧降下の影響がなくなり、確実に位置検出が可能になる、信頼性の高いファンモータ駆動装置が得られる。
【００１５】
また、他の手段は、センサレスＤＣブラシレスモータの位置検出手段を、３相フルブリッジインバータ回路の下アームトランジスタの負電位側端子に接続したシャント抵抗に流れる電流を検出する位置検出手段としたもので、これにより、電流検出手段が低価格で構成でき、低価格のファンモータ駆動装置が得られる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、室外側ファンを駆動するＤＣブラシレスモータをセンサレス駆動のＤＣブラシレスモータとすることにより、熱交換型冷却機を設置する場所の温度条件に影響を受けず、長いセンサー信号線も使用しない、信頼性が高く低コストである熱交換型冷却機用ファンモータ駆動装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の請求項１記載の発明は、ＤＣ電源の出力を交流に変換するインバータ回路と、室内側と室外側それぞれに配置されたＤＣブラシレスモータとを有し、室外側に配置された前記ＤＣブラシレスモータを、センサレスＤＣブラシレスモータとし、前記センサレスＤＣブラシレスモータの回転子位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段の出力に基づいて、前記センサレスＤＣブラシレスモータを駆動する制御手段を有したもので、低温の外気にさらされる室外側のモータに電子部品であるホール素子等の磁気センサーを内蔵していないので、設置する場所の外気温の影響を受けず、また制御手段と接続するための長いセンサー信号線が不要になるので、ノイズの影響を受けにくい、低価格の熱交換型冷却機の製造が可能になるという作用を有する。
【００１８】
第２の発明は、第１の発明における室内側のＤＣブラシレスモータも室外側のＤＣブラシレスモータと同様に、センサレスＤＣブラシレスモータとしたもので、室内側モータの信号線の接続が不要になり、さらに低コストの熱交換型冷却機を実現できるとともに、室内側モータと室外側のモータの制御手段を同一にできるので、開発工数を削減できる。
【００１９】
第３の発明は、第１の発明における位置検出手段を、インバータ回路に流れる電流を検出して、回転子位置を推定する手段にしたもので、電流を利用しているため、長い中継線による電圧降下や、ノイズの影響を受けにくい、正確な位置検出が可能になり、信頼性の高い駆動を実現できる。
【００２０】
第４の発明は、第１の発明におけるインバータ回路を、６ケのトランジスタとダイオードよりなる３相フルブリッジインバータ回路より構成し、前記３相フルブリッジインバータ回路の下アームトランジスタの負電位側端子のそれぞれにシャント抵抗を接続し、前記シャント抵抗に流れる電流を検出して回転子位置を推定する位置検出手段としたもので、低価格のシャント抵抗により電流を検出できるので、位置検出手段を小型化でき、低価格の駆動装置を実現できる。
【００２１】
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。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における熱交換型冷却機の概略構成図である。
【００２３】
図１において、室外側センサレスＤＣブラシレスモータ１は、室外側送風機２を回転させることにより、携帯電話の交換基地局等の発熱体収納箱１８が設置された周囲の外気を、熱交換型冷却機１３の下部の外気吸込口１４より吸い込み、熱交換素子１２を通過させた後、熱交換型冷却機１３の上部の外気吐出口１５より吐き出している。室内側ＤＣブラシレスモータ３は、室内側送風機４を回転させることにより、発熱体収納箱内部の熱せられた内気を、熱交換型冷却機１３の上部の内気吸込口１６より吸い込み、熱交換素子１２を通過させた後、熱交換型冷却機１３の下部の内気吐出口１７より吐き出している。室外側送風機２の回転による外気の動きを実線の矢印で、室内側送風機４の回転による室内空気の動きを破線の矢印で示している。熱交換素子１２内を冷えた外気と熱せられた室内空気が通過するときに熱交換され、外気は熱せられて大気中に排出され、室内空気は冷やされて室内側に還流されるので、発熱体収納箱１８内の冷却が可能になる。熱交換素子１２内では外気風路と内気風路は遮断されており、熱交換型冷却機１３の内気風路内に外気風路の空気が流入することは無い。制御ボックス９は熱交換型冷却機１３の内気風路内に設置され、その内部に室外側センサレスＤＣブラシレスモータ１の回転子の位置検出手段５と、回転子の位置検出手段５によって検出された回転子位置によって、インバータ回路７に駆動信号を出力する制御手段６を有している。又、インバータ回路７には、発熱体収納箱１８内に設置された低圧のＤＣ電源１０より、低圧のＤＣ電力が供給され、制御手段６からの駆動信号に基づいてトランジスタをスイッチングさせ、駆動用リード線１１を通して室外側センサレスＤＣブラシレスモータ１を駆動している。又、制御ボックス９内には、室内側ＤＣブラシレスモータ３を駆動する室内側制御手段と室内側インバータ回路も備え、室内側送風機４を運転している。
【００２４】
これにより、熱交換型冷却機１３が低温外気中に設置されても、低温の外気風路内に設置された室外側センサレスＤＣブラシレスモータ１は、低温での動作が不安定であるホール素子等の磁気センサーを搭載せず、センサレスの位置検出手段５によって検出された回転子位置によって運転されるため、設置される場所の外気温度の影響を受けない、安定した運転が可能になる。又、内気風路側に設置された制御ボックス９内の制御手段６とモータ間を接続する磁気センサーの信号線がないので、ノイズの影響が無い、信頼性の高いモータ駆動が可能になるとともに、信号線の引き回し作業が不要になるので、低価格の熱交換型冷却機を実現することができる。
【００２５】
尚、本実施の形態では、室内側ＤＣブラシレスモータ３は通常の磁気センサー内蔵のＤＣブラシレスモータとしたが、室外側と同様のセンサレスＤＣブラシレスモータとしてもよく、その場合には、位置検出手段と制御手段およびインバータ回路の構成を室外側と同じものとすることができ、設計開発工数を低減できるので、さらに低価格の熱交換型冷却機を実現することができる。
【００２６】
（実施の形態２）
図２は本発明の第２の実施の形態におけるインバータ回路７の概略構成図である。図において、インバータ回路７は、６個のトランジスタとダイオードよりなる３相フルブリッジインバータ回路により構成している。シャント抵抗８は、前記インバータ回路７の下アームトランジスタの負電位側端子と、ＤＣ電源１０の負電位側端子間に接続され、インバータ回路７に流れる電流すなわちモータ電流によって、前記シャント抵抗８に発生する電圧を位置検出手段５によって検出することにより、モータの回転子位置を検出し、検出された回転子位置に基づいて、制御手段６がモータの駆動信号をインバータ回路７に出力している。図３は位置検出手段５および制御手段６の詳細ブロック図であり、位置検出手段５は、シャント抵抗８の両端の電圧をオペアンプ２０で増幅してＡＤ変換部２１によってＡＤ変換した後、あらかじめ波形記憶手段２２に記憶しておいた、必要とする通電位相時の電流波形と比較部２３で比較する。次に比較の結果に基づいて制御手段６の通電切替タイミング決定手段２４が切替えタイミングの良否を判定し、最適な通電切替えタイミングで通電切替えを行うようタイミングを変更して、ドライブ回路２５にドライブ信号を出力し、インバータ回路７の通電を切り替える。これにより、必要な通電位相でのセンサレス位置検出運転が可能になる。
【００２７】
図４（ａ）および図４（ｂ）はこの電流検出によるセンサレス位置検出方法の説明図であり、１２０度通電方式の場合の電流波形を示している。図において、点線で示した波形は必要とする通電位相で運転した場合の電流波形を、実線はＡＤ変換部２１で検出された実際の運転時の電流波形を示している。図４（ａ）は、必要とする通電位相より通電切替えが遅い場合であり、この場合は、通電切替えタイミングを早めることによって、電流波形を破線の波形に近づけ、必要とする通電位相での運転を可能にする。一方、図４（ｂ）は、必要とする通電位相より通電切替えが早い場合を示しており、通電切替えタイミングを遅くすることによって、電流波形を破線の波形に近づけ、必要とする通電位相での運転を可能にする。
【００２８】
これにより、電流検出によるセンサレスの位置検出が可能になり、モータと制御手段が離れていて、モータと位置検出手段を接続する駆動用リード線１１が長くなっても、リード線の電圧降下の影響を受けない、信頼性の高い位置検出運転が可能になる。又、本実施例のように、発熱体が携帯基地局のような場合には、ＤＣ電源は２４Ｖや４８Ｖのような低圧のＤＣ電源の場合が多く、その場合には、モータは１４１Ｖのような高圧のＤＣ電源で駆動される場合に比較して、電流が多い状態で駆動されるので、電流検出の信頼性が高くなり、位置検出運転の信頼性もさらに高くなる。又、シャント抵抗１ケでの電流検出が可能になるので、制御装置を小型化するとともに、低価格で構成することが可能になる。
【００２９】
尚、本実施の形態においては、１２０度通電方式における電流波形の比較による位置検出の方法を説明したが、通電方式は１２０度通電である必要はなく、１５０度でも１８０度でもその他の通電方式でもよい。また位置検出の方法も、電流波形の比較による位置検出の方法ではなく、例えば電圧方程式を解いて位置を検出する方法でもよい。要は、誘起電圧を利用したセンサレスの位置検出ではなく、電流検出を利用した方式であればよく、その作用効果に差異を生じない。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
以上のように、本発明によるファンモータ駆動装置は、ワンシャントの電流検出によるセンサレス駆動とすることにより、設置する場所の外気温の影響を受けず、ノイズの影響も受けにくい、信頼性の高い駆動を低価格で実現でき、熱交換型冷却機用のファンモータ駆動装置として最適である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態１の熱交換型冷却機の構造を示す概略断面図
【図２】本発明の実施の形態２の熱交換型冷却機用ファンモータ駆動装置のインバータ回路の概略構成図
【図３】同位置検出手段および制御手段の詳細ブロック図
【図４】同電流検出によるセンサレス位置検出方法の説明図
【図５】従来の熱交換型冷却機の構造を示す概略断面図
【符号の説明】
【００３２】
１  室外側センサレスＤＣブラシレスモータ
２  室外側送風機
３  室内側ＤＣブラシレスモータ
４  室内側送風機
５  位置検出手段
６  制御手段
７  インバータ回路
８  シャント抵抗
【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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