(57)【要約】【課題】ブラシレスＤＣモータとそれを搭載した送風装置において、回転数に対して最適な進角値を得て高効率で低振動低騒音を実現することを目的とする。【解決手段】ブラシレスＤＣモータ２の通電位相を進み位相に補正する進角補正手段１０と、外部回路４からの出力指示値より前記進角補正手段１０の進角値を生成する進角生成手段１２を有し、前記進角生成手段１２は、前記外部回路４からの出力指示値に対して閾値を設け、前記閾値を境に前記進角補正手段１０の進角値をゼロから線形的に変化させる構成としたことにより、回転数に対して最適な進角値を得ることができ、高効率で低振動低騒音を実現することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブラシレスＤＣモータは、外部回路からの出力指示値に応じてｄｕｔｙを変化させてＰＷＭ駆動する駆動回路内蔵型のブラシレスＤＣモータで、前記駆動回路は、ブラシレスＤＣモータの通電位相を進み位相に補正する進角補正手段と、前記外部回路からの出力指示値より前記進角補正手段の進角値を生成する進角生成手段を有し、前記進角生成手段は、前記外部回路からの出力指示値に対して閾値を設け、前記閾値を境に前記進角補正手段の進角値をゼロから線形的に変化させることを特徴とするブラシレスＤＣモータ。
【請求項２】
前記駆動回路は、１２０度以上、１８０度以下の通電角であることを特徴とする請求項１に記載のブラシレスＤＣモータ。
【請求項３】
前記閾値は、最適位相とのずれが電気角５度以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のブラシレスＤＣモータ。
【請求項４】
前記請求項１から３のいずれか一項に記載のブラシレスＤＣモータを搭載した送風装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンジフード、天井埋込み換気扇や浴室暖房換気扇等の換気装置、空気清浄機等の送風装置に搭載されるブラシレスＤＣモータとそれを搭載した送風装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のブラシレスＤＣモータを搭載した送風装置は、ｄｕｔｙを変化させてＰＷＭ駆動するモータ駆動回路をモータの本体に内蔵した駆動回路内蔵型のブラシレスＤＣモータが使用されるようになってきた。（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
以下、その駆動回路内蔵型のブラシレスＤＣモータを搭載した送風装置の動作について、図１０および図１１を参照しながら説明する。
【０００４】
図１０は、ブラシレスＤＣモータを駆動する制御系統を示したブロック図で、破線１００は、ブラシレスＤＣモータ（以下、モータという）に内蔵されている駆動回路を示している。交流電源から供給される交流電圧は、整流平滑され直流電圧Ｖｍに変換、交流電源に対応した高圧の直流電圧となり、インバータ回路１０１に印加される。インバータ回路１０１は、６個のスイッチング素子を順番に導通させ、モータの固定子巻線１０２に電圧を印加し電流を流す。ホール素子等のセンサ１０３は、モータの磁石回転子の位置を検出する。駆動手段１０４は、センサ１０３の信号に基づいてインバータ回路１０１のスイッチング素子の通電切り替えを行う。また、駆動手段１０４は、モータの回転数に応じた回転パルス信号ＦＧを出力する。外部回路（図示せず）は、マイクロコンピュータ等を搭載しており、回転パルス信号ＦＧを受け、モータが所望の回転となる様に駆動手段１０４に出力指示値Ｖ１０１を与える。駆動手段１０４は、出力指示値Ｖｓｐに応じたｄｕｔｙ値のＰＷＭでインバータ回路１０１を駆動し、モータの回転数を変化させる。
【０００５】
図１１は、通電切り替えタイミングを決定するための位相調整電圧発生手段１０５の概略回路図で、外部回路から入力される出力指示値Ｖ１０１を分岐し、抵抗Ｒ１０１、Ｒ１０２の分圧により進角値Ｖ１０２を生成する。進角値Ｖ１０２は、駆動手段１０４に印加され、駆動手段１０４は、インバータ回路１０１のスイッチング素子の通電切り替えタイミングを進角値Ｖ１０２に基づいて進み位相に調整する。
【０００６】
ここで、モータの誘起電圧と巻線電流の位相を一致させて駆動した場合に高効率となることが知られている。また、モータの通電切り替えのタイミングを最適な値、即ち、誘起電圧と巻線電流の位相を一致する様に駆動する場合、巻線電流の大きさは負荷（トルク）に比例することが知られている。さらには、レンジフード、天井埋込み換気扇や浴室暖房換気扇等の換気装置、空気清浄機等に搭載されている遠心型ファンのファン負荷（トルク）は、概ね回転数の２乗に比例する。以上のことより、遠心型ファンを最適な位相で駆動する場合、進角値は回転数に対して２次曲線的に変化することとなる。
【０００７】
しかし、モータを最適な進角値で駆動するためには、モータの巻線電流を検出して電流フィードバックするベクトル制御が考えられるが、制御が複雑となり高価となり実用的でないので、上述の安価な構成が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３７１３５４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このような従来の駆動回路内蔵型のブラシレスＤＣモータおよびそれを搭載した送風装置においては、外部回路からの出力指示値を分圧して進角値を得る構成のため、進角値は回転数に対してゼロから線形的に変化することとなり、最適な進角値である２次曲線的な変化に対してずれを生じる。そのため、特に中速回転域時の中出力での効率が悪くなる。また、誘起電圧と巻線電流の位相もずれるためトルクリプルが発生し騒音振動の原因となる。
【００１０】
そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、回転数に対して最適な進角値を得ることができ、高効率で低振動低騒音を実現するブラシレスＤＣモータおよびそれを搭載した送風装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
そして、この目的を達成するために、本発明は、ブラシレスＤＣモータの通電位相を進み位相に補正する進角補正手段と、前記外部回路からの出力指示値より前記進角補正手段の進角値を生成する進角生成手段を有し、前記進角生成手段は、
前記外部回路からの出力指示値に対して閾値を設け、前記閾値を境に前記進角補正手段の進角値をゼロから線形的に変化させることを特徴とするブラシレスＤＣモータとしたものであり、これにより所期の目的を達成するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ブラシレスＤＣモータは、外部回路からの出力指示値に応じてｄｕｔｙを変化させてＰＷＭ駆動する駆動回路内蔵型のブラシレスＤＣモータで、
前記駆動回路は、ブラシレスＤＣモータの通電位相を進み位相に補正する進角補正手段と、
前記外部回路からの出力指示値より前記進角補正手段の進角値を生成する進角生成手段を有し、前記進角生成手段は、前記外部回路からの出力指示値に対して閾値を設け、前記閾値を境に前記進角補正手段の進角値をゼロから線形的に変化させることを特徴とするブラシレスＤＣモータという構成にしたことにより、進角値を効率や騒音振動に影響の小さい低速回転域の低出力時は変化させず、効率や振動騒音に影響の出やすい中速回転域から高速回転域時の中出力から高出力では最適進角値の特性に沿うように線形的に変化させることとなるので、回転数に対して最適な進角値を得ることができ、高効率で低振動低騒音を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１のブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置の構造外観図
【図２】同ブラシレスＤＣモータの内蔵回路の概略ブロック図
【図３】同進角生成手段の詳細回路図
【図４】同進角生成手段の特性図
【図５】同回転数と進角値の特性図
【図６】同ブラシレスＤＣモータの断面図
【図７】従来のブラシレスＤＣモータを駆動する制御系統を示したブロック図
【図８】同位相調整電圧発生手段の概略回路図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の請求項１記載のブラシレスＤＣモータは、ブラシレスＤＣモータは、外部回路からの出力指示値に応じてｄｕｔｙを変化させてＰＷＭ駆動する駆動回路内蔵型のブラシレスＤＣモータで、前記駆動回路は、ブラシレスＤＣモータの通電位相を進み位相に補正する進角補正手段と、前記外部回路からの出力指示値より前記進角補正手段の進角値を生成する進角生成手段を有し、前記進角生成手段は、前記外部回路からの出力指示値に対して閾値を設け、前記閾値を境に前記進角補正手段の進角値をゼロから線形的に変化させるという構成を有する。これにより、進角値を効率や騒音振動に影響の小さい低速回転域の低出力時は変化させず、効率や振動騒音に影響の出やすい中速回転域から高速回転域時の中出力から高出力では最適進角値の特性に沿うように線形的に変化させることとなるので、回転数に対して最適な進角値を得ることができ、高効率で低振動低騒音を実現することができるという効果を奏する。
【００１５】
また、本発明の請求項２記載のブラシレスＤＣモータは、１２０度以上、１８０度以下の通電角であるという構成を有する。これにより、進角値を効率や騒音振動に影響の小さい低速回転域の低出力時は変化させず、効率や振動騒音に影響の出やすい中速回転域から高速回転域時の中出力から高出力では最適進角値の特性に沿うように線形的に変化させることとなるので、回転数に対して最適な進角値を得ることができ、高効率で低振動低騒音を実現することができるという効果を奏する。
【００１６】
また、本発明の請求項３記載のブラシレスＤＣモータは、前記駆動回路は、前記閾値は、最適位相とのずれが電気角５度以下であるという構成を有する。これにより、進角値を効率や騒音振動に影響の小さい低速回転域の低出力時は変化させず、効率や振動騒音に影響の出やすい中速回転域から高速回転域時の中出力から高出力では最適進角値の特性に沿うように線形的に変化させることとなるので、回転数に対して最適な進角値を得ることができ、高効率で低振動低騒音を実現することができるという効果を奏する。
また、本発明の請求項４記載のブラシレスＤＣモータおよびそれを搭載した送風装置という構成を有する。これにより。高効率で低振動低騒音を実現することができるブラシレスＤＣモータを搭載することにより、高効率で低振動低騒音を実現することができる送風装置を得ることができるという効果を奏する。
【００１７】
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。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は、本発明のブラシレスＤＣモータを搭載した送風装置の一例である換気送風装置の構造外観図で、図１（ａ）は、同換気送風装置の構造外観図の側面図、図１（ｂ）は、換気送風装置の構造外観図の下面図、図１（ｃ）は、同換気送風装置の構造外観図の正面図で、ケーシング１にブラシレスＤＣモータ２を取り付け、ブラシレスＤＣモータ２に送風ファン３を取り付け、ケーシング１の天面に外部回路４を取り付けた構造であり、この換気送風装置を天井に取り付け、遠心型の送風ファン３を回転させて室内空気を吸気または排気して室内の換気を行う。
【００１９】
また、図２は、本発明のブラシレスＤＣモータの内蔵回路の概略ブロック図で、巻線を巻装した固定子巻線５と、磁石を備えた磁石回転子６とを備えたブラシレスＤＣモータ２と、固定子巻線５に対する磁石回転子６の相対的位置を検出する位置検出手段７（例えば、ホール素子やホールＩＣ等）と、高圧直流電圧を固定子巻線５に与えるスイッチング素子、例えば、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等をブリジッジ接続したインバータ回路８と、予め定められたキャリア周波数のＰＷＭパルスを生成し、外部回路４（図示せず）からの出力指示値に応じたｄｕｔｙ値で、位置検出手段７の信号に基づいて、固定子巻線５の電流が正弦波状となる様に正弦波駆動する駆動手段９（例えば、モノリシックＩＣ）である。位置検出手段７の信号に基づいて、磁石回転子６と固定子巻線５との位置関係を推定し、固定子巻線５への通電位相を制御して進み位相に補正する進角補正手段１０は、駆動手段９に内蔵されている。ゲート信号生成部１１は、進角補正手段１０より出力される位相で補正された駆動手段９の出力でインバータ回路８を駆動する。また、外部回路４からの出力指示値は、駆動手段９と進角生成手段１２に分岐され、進角生成手段１２で、出力指示値に基づいてブラシレスＤＣモータ２の駆動が最適位相となる進角値を出力する。１３は、回転信号生成部で、位置検出手段７の信号からブラシレスＤＣモータ２の回転信号を出力する。外部回路４では、回転信号生成部１３より出力される回転信号と所望の回転数とを比較し目標の回転数となる様に出力指示値を制御する。
【００２０】
図３は、本発明の進角生成手段の詳細回路図で、進角生成手段１２は、抵抗Ｒ１、Ｒ２と比較器１４から成り、比較器１４の＋相には、外部回路４からの出力指示値が入力され、−相には、閾値の基準電圧１５が入力される。比較器１４の入出力の関係は、出力指示値をＶｓｐ、基準電圧１５をＶｔｈ、出力の進角値をＶＬＡとすると次式であらわされる。
【００２１】
ＶＬＡ＝（Ｒ２／Ｒ１）×（Ｖｓｐ−Ｖｔｈ）
ここで、図４は、進角生成手段の特性図で、実線は、出力指示値Ｖｓｐに対するｄｕｔｙ値を、破線は、出力指示値Ｖｓｐに対する進角値ＶＬＡを示している。出力指示値Ｖｓｐが０からＶｍａｘ（例えば、６．５Ｖ）まで変化する時、ｄｕｔｙ値は比例的に０からｄｕｔｙｍａｘ（例えば、９８％）まで変化する。進角値ＶＬＡは、前述の式の関係から出力指示値Ｖｓｐが、Ｖｔｈ（例えば、３Ｖ）までは０度で、Ｖｔｈを境に抵抗Ｒ１とＲ２の比、（Ｒ２／Ｒ１）で線形的に変化して、最大値Ｖｍａｘ（例えば、６．５Ｖ）の時、進角値が最大のＬＡｍａｘ（例えば、４Ｖ）となる。
【００２２】
図５は、回転数と進角値の特性図で、実線は、実際の実負荷の最適進角値を示しており回転数に対して２次曲線的に変化する。破線は、進角生成手段１２が出力する進角値ＶＬＡ相当の角度を示しており、負荷の最大出力点（例えば３０Ｗ）である回転数Ｎｍａｘ（例えば、１６００回転）で実負荷の最適位相のＬＡ２（例えば、３６度）で接する様に進角生成手段１２の抵抗Ｒ１、Ｒ２を調整する。次に、基準電圧１５のＶｔｈ（例えば、３Ｖ）の時は、出力指示値Ｖｓｐは、ｄｕｔｙ１（例えば、２０％）で回転数がＮ１（例えば、６００回転）のときの最適進角値はＬＡ１（例えば、８度）で最適位相からのずれはあるが、小出力点（例えば、５Ｗ）のため影響が少ない。また、小出力であるためにモータのトルクおよび巻線電流も少ないため振動騒音の原となるトルクリプルも小さいため騒音振動の影響も少ない。
【００２３】
次に、図６は、本発明のブラシレスＤＣモータ２の断面図で、固定子巻線５は、巻線１６が巻装され、磁石回転子６は、永久磁石１７とシャフトを一体化して形成されている。１８は、ベアリング、１９は、金属のブラケットである。２０は、プリント基板で、インバータ回路８、位置検出手段７、駆動手段９が実装されたブラシレスＤＣモータ駆動回路である。プリント基板２０は、コネクタ２１で外部回路４と接続される。ここで、固定子巻線５と電子部品が実装されたプリント基板２０は絶縁を兼ねた樹脂、例えば、不飽和ポリエステルを主成分とする熱硬化性樹脂２２で隙間無く充填されて一体化しているのでインバータ回路８等の発熱部品の放熱性能に優れる。
【００２４】
このような構成によれば、ブラシレスＤＣモータ２の通電位相を進み位相に補正する進角補正手段１０と、外部回路４からの出力指示値より前記進角補正手段１０の進角値を生成する進角生成手段１２を有し、前記進角生成手段１２は、前記外部回路４からの出力指示値に対して閾値を設け、前記閾値を境に前記進角補正手段１０の進角値をゼロから線形的に変化させることにより、進角値を効率や騒音振動に影響の小さい低速回転域の低出力時は変化させず、効率や振動騒音に影響の出やすい中速回転域から高速回転域時の中出力から高出力では最適進角値の特性に沿うように線形的に変化させることとなるので、回転数に対して最適な進角値を得ることができ、高効率で低振動低騒音を実現することができる。
【００２５】
なお、実施の形態においては、駆動手段９を正弦波駆動としたが、１２０度矩形波通電駆動でも広角通電駆動（一般的には、１５０度矩形波通電駆動）でも良く、その作用効果に差異を生じない。更に、閾値の基準電圧１５の例を電気角８度としたが、より好ましくは、５度以下であり、その時は、最適位相との位相のずれは殆ど影響がない。また、更に、ブラシレスＤＣモータ２と内蔵されている駆動回路を熱硬化性樹脂２２で隙間無く充填したが、充填せずに外郭を金属や樹脂としても良くその作用効果に差異を生じない。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明にかかるブラシレスＤＣモータとそれを搭載した送風装置は、進角値を効率や騒音振動に影響の小さい低速回転域の低出力時は変化させず、効率や振動騒音に影響の出やすい中速回転域から高速回転域時の中出力から高出力では最適進角値の特性に沿うように線形的に変化させることとなるので、回転数に対して最適な進角値を得ることができ、高効率で低振動低騒音を可能とするものであるのでレンジフード、天井埋込み換気扇や浴室暖房換気扇等の換気装置、空気清浄機等の送風装置として有用である。
【符号の説明】
【００２７】
１    ケーシング
２    ブラシレスＤＣモータ
３    送風ファン
４    外部回路
５    固定子巻線
６    磁石回転子
７    位置検出手段
８    インバータ回路
９    駆動手段
１０  進角補正手段
１１  ゲート信号生成部
１２  進角生成手段
１３  回転信号生成部
１４  比較器
１５  基準電圧
１６  巻線
１７  永久磁石
１８  ベアリング
１９  ブラケット
２０  プリント基板
２１  コネクタ
２２  熱硬化性樹脂
【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】
2012235571.tif 000009
【図８】
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