(57)【要約】【課題】低損失・低ノイズとする。【解決手段】磁界発生用のコイル２７と、コイルへの通電をＰＷＭ制御する制御部２を有するとともに、前記コイルへの通電によって回転駆動されるロータと、前記ロータの回転角を検知する回転角検知手段３と、前記ロータの回転速度を検出する回転速度検出手段４とを備えており、前記制御部２は前記回転角検知手段と前記回転速度検出手段からの出力信号を受けて、ＰＷＭキャリア周波数を決定するとともに外部からの能力可変信号に合わせてＰＷＭ制御のデューティを決定し、決定したＰＷＭキャリア周波数とデューティで前記コイルへの電力供給を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁界発生用のコイルと、コイルへの通電をＰＷＭ制御する制御部を有するとともに、前記コイルへの通電によって回転駆動されるロータと、前記ロータの回転角を検知する回転角検知手段と、前記ロータの回転速度を検出する回転速度検出手段とを備えており、前記制御部は前記回転角検知手段と前記回転速度検出手段からの出力信号を受けて、ＰＷＭキャリア周波数を決定するとともに外部からの能力可変信号に合わせてＰＷＭ制御のデューティを決定し、決定したＰＷＭキャリア周波数とデューティで前記コイルへの電力供給を行うことを特徴とするＤＣモータ。
【請求項２】
前記制御部は、設定した通電角内に予め設定した数のパルスが収まるようにＰＷＭキャリア周波数を決定していることを特徴とする請求項１記載のＤＣモータ。
【請求項３】
前記制御部は、回転速度に応じてパルス数を変更するとともに、通電角内に前記パルス数が収まるようにＰＷＭキャリア周波数を決定していることを特徴とする請求項１または２記載のＤＣモータ。 
【請求項４】
前記制御部は、設定した通電角内に収めるパルス数を増加させることと減少させることを順次繰り返すことを特徴とする請求項２または３記載のＤＣモータ。
【請求項５】
前記制御部は、設定した通電角内の少なくとも最初と最後にＰＷＭデューティのオンデューティ期間をセットしていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のＤＣモータ。 
【請求項６】
前記制御部は、設定した通電角内の少なくとも最初と最後及び中間時点にＰＷＭデューティのオンデューティ期間をセットしていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のＤＣモータ。 
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のＤＣモータを動力源として備えていることを特徴とするポンプ。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＤＣモータと、このＤＣモータを備えたポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＰＷＭ制御で駆動されるＤＣモータにおいて、高周波数高電圧で駆動するものにおいては、発生ノイズが大きくなることから、コンデンサなどの電子部品を追加したり、回路配線の引き回しを変更するなどのノイズ対策を行う必要がある。回路配線は短いほうがノイズの影響を受けにくく、高い周波数の信号を扱う回路については特に有効となる。
【０００３】
このようなノイズ対策の一環として、特許文献１にはパワー回路内にプリドライバ回路を実装したものが示されている。プリドライバ回路をパワー回路内に実装することによりトランジスタとの距離を短くすることができるので、プリドライバ回路から出力される駆動信号は、パワー回路または制御部の動作で発生するノイズ、あるいは商用電源に重畳して侵入してくるノイズの影響を受けにくくなり、ノイズ重畳によるトランジスタの誤動作や過電流遮断等の保護機能動作を防止することができる。
【０００４】
しかし、ＰＷＭ周波数が高い場合、ノイズ発生が大きくまたパワー回路のスイッチング素子（トランジスタ）のスイッチングロスが増大し、温度上昇して素子が破壊するという問題を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２１５７３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はこのような点に鑑みなされたもので、低損失・低ノイズのＤＣモータ及びこれを備えたポンプを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、磁界発生用のコイルと、コイルへの通電をＰＷＭ制御する制御部を有するとともに、前記コイルへの通電によって回転駆動されるロータと、前記ロータの回転角を検知する回転角検知手段と、前記ロータの回転速度を検出する回転速度検出手段とを備えており、前記制御部は前記回転角検知手段と前記回転速度検出手段からの出力信号を受けて、ＰＷＭキャリア周波数を決定するとともに外部からの能力可変信号に合わせてＰＷＭ制御のデューティを決定し、決定したＰＷＭキャリア周波数とデューティで前記コイルへの電力供給を行うことに特徴を有している。
【０００８】
回転数が遅い時は、負荷が大きくて電流も大きくなるために、スイッチングロス及びノイズが大きくなるが、そのかわりにＰＷＭキャリア周波数が小さくなるため、トータルとして相殺されることになり、回転数が速い時はＰＷＭキャリア周波数は大きくなるものの電流は小さくなるために相殺されることになり、このために、常に低損失・低ノイズとすることができる。
【０００９】
前記制御部は、設定した通電角内に予め設定した数のパルスが収まるようにＰＷＭキャリア周波数を決定することが好ましく、また、回転速度に応じてパルス数を変更するとともに、通電角内に前記パルス数が収まるようにＰＷＭキャリア周波数を決定するようにしてもよく、さらに設定した通電角内に収めるパルス数を増加させることと減少させることを順次繰り返すものであってもよい。
【００１０】
また、前記制御部は、設定した通電角内の少なくとも最初と最後にＰＷＭデューティのオンデューティ期間をセットするか、設定した通電角内の少なくとも最初と最後及び中間時点にＰＷＭデューティのオンデューティ期間をセットしていることが好ましい。
【００１１】
そして本発明に係るポンプは、上記のＤＣモータを動力源として備えていることに有している。
【発明の効果】
【００１２】
本発明においては、ＰＷＭキャリア周波数を回転数に応じたものとするために、ＰＷＭ制御における高出力時及び低出力時の問題を、ＰＷＭキャリア周波数の変更で相殺して夫々抑えることができ、このために低損失・低ノイズのものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態の一例のブロック回路図である。
【図２】同上のモータ及びポンプの断面図である。
【図３】同上のモータ部分の横断面図である。
【図４】同上の動作を示すもので、(a)はハイサイドゲート信号のタイムチャート、(b)はＰＷＭ制御のパルスのタイムチャートである。
【図５】同上の他の動作を示すもので、(a)はＰＷＭ制御のパルスのタイムチャート、(b)は振動加速度変化を示すタイムチャートである。
【図６】同上の別の動作を示すもので、(a)はＰＷＭ制御のパルスのタイムチャート、(b)はトルク変化を示すタイムチャートである。
【図７】同上のさらに別の動作を示すもので、(a)はＰＷＭ制御のパルスのタイムチャート、(b)はトルク変化を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明を実施の形態の一例に基づいて詳述すると、図２は３相直流ブラシレスモータであるモータ１及びこのモータと一体に構成されたポンプを示しており、環流体の入口となる吸込口２１と出口となる吐出口２２を備えたケーシング２０内には、回転駆動されることで前記吸込口２１から流入した流体を遠心力によって外周側に押し出す羽根車２３が配されている。この羽根車２３はマグネットロータ２４と軸受２５とが一体に成形されており、モータにおけるロータを構成している。図中２９は軸である。
【００１５】
上記マグネットロータ２４（及び羽根車２３）を回転させる回転磁界を発生させるステータは、一般に鋼板を積層して構成されるステータコア２６と、該ステータコア２６に巻回された複数のコイル２７とからなり、前記マグネットロータ１４の磁極位置を検出する位置センサ５の出力信号を受けた制御部２からの出力でコイル２７への通電が制御される。
【００１６】
前記位置センサ５は、図３に示すように、ステータコア２６の極間に配置されており、ホールセンサやホールＩＣが一般的に使用される。この位置センサ５の出力から図１に示す回転角検知手段３で回転角を検出するとともに、回転速度検知手段４において回転速度が算出される。位置センサ５がホールセンサの場合、図３中の３つの位置センサ５のいずれか一つの信号状態がゼロクロスをしたタイミングから、その次の位置センサ５のいずれか１つの信号状態がゼロクロスしたタイミングまでの時間を計測して回転速度を演算する。なお、回転速度検出手段４は、分配回路を有しており、６つのゲート信号（ＵＨ，ＵＶ，ＵＷ，ＵＬ，ＶＬ，ＷＬ）を発生する。
【００１７】
上記制御部２は、図１に示すように、回転角検知手段３及び回転速度検知手段４に加えて、ＰＷＭキャリア周波数決定手段６と、ＰＷＭデューティ決定手段７とを備えて、スイッチング素子１２−１〜１２−６を有する駆動回路１２を介してモータ１のコイル２７への通電を制御する。図中１１はハイサイドドライバーである。なお、図１ではハイサイド側のみを示していて、ローサイド側は省略している。
【００１８】
上記ＰＷＭキャリア周波数決定手段６は、上側ゲート信号ＵＨ，ＶＨ，ＷＨのＨ（ハイ）状態の時間で一つ前の時間からＰＷＭキャリア周波数を決めている。図４(a)に示すものを例にとれば、ＵＨ出力時のＰＷＭキャリア周波数はひとつ前のＷＨのＨ状態の時間Ｔ１から算出する。またＶＨ出力時のＰＷＭキャリア周波数はひとつ前のＵＨのＨ状態の時間Ｔ２から算出し、さらにＷＨ出力時のＰＷＭキャリア周波数はひとつ前のＶＨのＨ状態の時間Ｔ３から算出する。この時、設定した通電角内に予め設定した数のオンデューティパルスが収まるように、ＰＷＭキャリア周波数を決定する。
【００１９】
外部からの能力可変信号（アナログ）の大きさに合わせてＰＷＭデューテイを決定するＰＷＭデューティ決定手段７は、能力可変信号に合わせたデューティとＰＷＭキャリア周波数決定手段６で決定された周波数とを出力する。
【００２０】
今、パルス数が３個で固定の場合、外部からの能力可変信号の大きさに合わせたデューティで図４(b)に示すように相切替期間内に３個のオンデューティパルスを出力する。
【００２１】
回転数及び電流値に合わせてスイッチング周波数が変わるために、スイッチングロスと電流ロスとが相殺されるものであり、またスイッチング時のノイズ量も電流値が大きい時は周波数が低く、電流値が小さい時は周波数が高くて相殺される。また通電角内に固定数のパルスを供給する場合、相切替ごとのＰＷＭパルス数が変わらないために、相切替ごとのトルクむらを抑えることができる。
【００２２】
検出される回転速度（回転数）に応じて変化させるＰＷＭキャリア周波数が、モータ１の共振周波数と同じにならないようにＰＷＭキャリア周波数を決定することも好ましい。ＰＷＭキャリア周波数決定手段６の出力と、予め設定した共振周波数とを比較し、その差が規定の周波数以下（例えば１００Ｈｚ)になったときには、パルス数を１個増やす、もしくは１個減らすことで、共振を低減して低振動とすることができる。
【００２３】
上記共振に関係なく、図５(a)に示すように、パルス数を２個と３個との間で交互に切替えるようにしてもよい。２個の場合のＰＷＭキャリア周波数の振動基本周波数と、３個の場合のＰＷＭキャリア周波数の振動基本周波数を２つ持つことになるが、それぞれの振動値が小さくなるために、パルス数が固定の時よりも振動値が小さくなる。
【００２４】
ちなみに、図５(b)において、Ｐ２ｖ，Ｐ３ｖはパルス数を２個と３個とを交互に切り換えた場合のパルス数２個の時の振動加速度と、パルス数３個の時の振動加速度を示しており、Ｐ３ｆはパルス数を３個で固定した場合の振動加速度を示している。
【００２５】
なお、通電角内におけるオンデューティ期間は、通電角内の少なくとも最初と最後にくるようにする。このために通電角内のパルス数は２個が最小となる。このようにオンデューティ期間をセットすることで、相切替時のトルクリップルの落ち込みを低減することができる。図６はパルス数が２個の場合を示しており、オンデューティ期間が通電角の最初だけの従来例（図６中の破線）の場合よりも、トルクリップルを図中Ｒｚ分、改善することができ、これによりモータの振動を抑えることができる。
【００２６】
そして図７に示すように、パルス数を３個とし、通電角内におけるオンデューティ期間が、通電角内の最初と最後に加えて中間時点にもくるようにすることで、トルクリップル改善Ｒｚに加えて、最もモータ出力を発生させることができる中間時点でも通電するために、図中１点鎖線で示すパルス数が２個の場合よりも、出力向上Ｐｚを図ることができる。
【符号の説明】
【００２７】
１  モータ
２  制御部
３  回転角検知手段
４  回転速度検知手段
５  位置センサ
６  ＰＷＭキャリア周波数決定手段
７  ＰＷＭデューティ決定手段
【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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