(57)【要約】【課題】商用交流電源などのＡＣ電源の直接入力が可能で、その商用電源の周波数に応じた速度で駆動が可能なＡＣ入力のＤＣブラシレスモータを提供する。【解決手段】本発明のＡＣ入力のＤＣブラシレスモータは、駆動巻線と可動子とを少なくとも有するモータ部と、駆動巻線に駆動電力を供給するパワー素子と、駆動電力を制御するパワー制御部と、速度制御信号を発生する速度制御部と、商用交流電源が入力される端子部、および入力される商用交流電源の周波数を安定させる安定化部とを備え、パワー制御部は速度制御信号によりパワー素子の通電量を制御し、速度制御部は端子部に入力される商用交流電源の周波数に基づいて速度制御信号をパワー制御部に出力し、モータ部とパワー素子とパワー制御部と速度制御部とを少なくとも内蔵して、端子部への商用交流電源の接続によって商用電源周波数に応じた速度で駆動される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単相または複数相の駆動巻線と可動子とを少なくとも有するモータ部と、前記駆動巻線に駆動電力を供給する複数のパワー素子と、前記複数のパワー素子の前記駆動電力を制御するパワー制御部と、前記可動子の位置に応じた可動子位置信号を発生する位置信号発生部と、前記可動子の速度制御信号を発生する速度制御部と、商用交流電源が入力される端子部とを備え、
前記パワー制御部は、前記可動子位置信号と前記速度制御信号とが入力され、前記可動子位置信号によりオンオフ制御を行うパワー素子を前記複数のパワー素子から選択して前記可動子を駆動すると共に、前記速度制御信号により前記複数のパワー素子の通電量を制御するものであり、
前記速度制御部は、前記端子部に入力される商用交流電源の周波数変動を低減あるいは無視する安定化部を有し、前記安定化部により変動が低減あるいは無視された周波数情報信号に基づいて前記可動子の速度を制御する前記速度制御信号を前記パワー制御部に出力するものであり、
前記モータ部と、前記複数のパワー素子と、前記パワー制御部と、前記位置信号発生部と、前記速度制御部とを少なくとも内蔵し、前記端子部への商用交流電源の接続によって商用電源の周波数に応じた速度で駆動され、かつ前記安定化部によって商用交流電源の周波数変動に速度が影響されない構成としたＡＣ入力のＤＣブラシレスモータ。
【請求項２】
安定化部は、商用交流電源の平均周波数を周波数情報信号として出力する請求項１記載のＤＣブラシレスモータ。
【請求項３】
安定化部は、商用交流電源の周波数が複数回連続して同じである場合、前記商用交流電源の周波数を周波数情報信号として出力を更新し、前記商用交流電源の周波数が少なくとも一周期前の周波数と異なる場合、周波数情報信号として出力を更新しない請求項１記載のＤＣブラシレスモータ。
【請求項４】
安定化部は、商用交流電源の周波数を３回以上サンプリングし、前記サンプリングした周波数の多数決情報を周波数情報信号として出力する請求項１記載のＤＣブラシレスモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空調機器などの家電機器に主に使用され、商用交流電源を直接入力して駆動されるＡＣ入力のＤＣブラシレスモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
商用交流電源で直接駆動できるモータとしては、特許文献１のようにインダクションモータがよく知られており、空調機器のファン用途などの回転機構に使用されてきた。
【０００３】
しかしインダクションモータは、２次導体への励磁が原理的に必要なため効率面での課題があり、近年の機器の効率化と省電力化要求の高まりから、ＤＣブラシレスモータへの置き換えが進みつつある。そして、この傾向は世界的な環境意識の高まりと共にますます強まっている。
【０００４】
ＤＣブラシレスモータをインダクションモータに置き換えて使用するには、駆動用のＤＣ電源や、インダクションモータと等価な回転速度精度性能を実現するための速度制御機能などを備える必要がある。
【０００５】
特に、速度制御機能を有するＤＣブラシレスモータを実現するために、その速度周期基準信号として特許文献２のように水晶発振器を用いる方法が一般的に知られている。また、特許文献３のように商用交流電源の周波数を基準に速度制御される直流モータ（ＤＣブラシ付モータ）の例が開示されている。これらの開示されている技術は、モータを駆動するためのＤＣ電源をモータの外部に用意する必要があること、また、特に特許文献３の技術では、商用交流電源の周波数が変化すれば直流モータの回転数が変化するという課題がある。
【０００６】
ＤＣブラシレスモータの速度制御の例を、具体的に図８、図９を用いて説明する。
【０００７】
図８は、従来のＤＣブラシレスモータの構成例で、駆動巻線を有する固定子３と可動子２とを備えたモータ部４と、固定子３に駆動電力を供給する複数のパワー素子５ａ〜５ｆからなるパワー部６と、パワー部６の駆動電力を制御するパワー制御部７と、可動子２の位置に応じた信号を発生する位置信号発生部８と、可動子２の回転速度を制御する速度制御信号を発生する速度制御部９と、ＤＣ電源部１７が入力される端子部１０から構成されている。
【０００８】
パワー制御部７は、位置信号発生部８が発生する可動子位置信号と、速度制御部９から出力される速度制御信号とが入力され、可動子位置信号により複数のパワー素子５ａ〜５ｆをオンオフ制御して可動子２を駆動するとともに、速度制御信号により複数のパワー素子５ａ〜５ｆの通電量を制御することで可動子２の回転速度の加速減速を行う。
【０００９】
速度制御部９は、水晶発振器出力部１６の分周信号である速度基準信号と、位置信号発生部８から出力される可動子位置信号をもとに回転数検出部１４から出力される実回転数信号とを比較部１３によって比較し、比較した結果に応じて制御アンプ部１５より速度制御信号をパワー制御部７に出力する。
【００１０】
図９は、上記した従来例のＤＣブラシレスモータの速度制御部の動作を示したものである。
【００１１】
水晶発振器出力部１６から分周して出力された速度基準信号と、位置信号発生部８からの出力される可動子位置信号をもとに回転数検出部１４から出力される実回転数信号とを、比較部１３で比較する。比較部１３の出力は制御アンプ部１５を介して加速減速指令としてパワー制御部７に伝えられる。パワー制御部７は、制御アンプ部１５の加速減速指令によってパワー部６の複数のパワー素子５ａ〜５ｆの通電量を制御する。これにより、固定子３に印加される電圧あるいは電流が制御され、可動子２を所望の回転速度で動かすことができる。
【００１２】
図９のＢ区間では、水晶発振器出力部１６出力の速度基準信号の周期ｔ０より回転数検出部１４出力の実回転数信号の周期ｔ２が長いため、比較部１３は回転速度が遅いと判断して“Ｈ”レベル信号を出力し、制御アンプ部１５から加速の速度制御信号をパワー制御部７に出力する。これにより、パワー制御部７はパワー部６の通電量を増やし回転数を上げるように動作する。Ｃ区間では、実回転数信号の周期ｔ３が短いため、比較部１３は回転速度が速いと判断して“Ｌ”レベル信号を出力し、制御アンプ部１５から減速の速度制御信号をパワー制御部７に出力する。これにより、パワー制御部７はパワー部６の通電量を減少させ回転数を下げるように動作する。このようにして速度周期基準信号と実回転数周期が概ね一致するように速度制御が行われる。概ね一致とは、速度基準信号と実回転数信号の差分がゼロに収束するように加速、減速の指令が繰り返され制御されるが、微小な差分が残り完全なゼロにはならず微小な加速減速を指令を繰り返して所望の回転速度になるように安定することを意味する。なおＡ区間は、速度基準信号の周期ｔ０と実回転数信号の周期ｔ１とが完全に一致している状態を示しているが、加速減速指令が無い状態を維持するＡ区間の状態は実際には起きない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開昭５８−５４３３５号公報
【特許文献２】特開平１−１６４２８７号公報
【特許文献３】特開昭５９−５２２２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら上記従来の方法は、ＤＣ電源入力を前提としているため、商用交流電源などのＡＣ電源入力に対応できる構成にはなっておらず、また速度制御の基準信号として水晶発振器を使用しているため、家電機器に使用されるＡＣインダクションモータからの置き換えとしてのＤＣブラシレスモータを実現するには高価となる。また、電源事情の悪化などで電源の電圧変動や周波数変動があった場合、これに伴うモータの回転速度変動が機器の動作や効率などの性能に影響を与えるという課題がある。
【００１５】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、商用交流電源などのＡＣ電源の直接入力が可能で、その商用電源の周波数に応じた速度で駆動が可能なＡＣ入力ＤＣブラシレスモータを提供するものである。言い換えれば、商用交流電源に直接接続でき、その周波数に応じた回転数で駆動されるインダクションモータの利便性を継承した高効率で安価なＡＣ入力のＤＣブラシレスモータを提供するものである。
【００１６】
また、電源事情の悪化などで商用電源の電圧変動や周波数変動があった場合においても、回転数変動を抑制しモータが搭載される機器の動作や性能に影響を与えないＡＣ入力のＤＣブラシレスモータを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明のＡＣ入力のＤＣブラシレスモータは、単相または複数相の駆動巻線と可動子とを少なくとも有するブラシレスモータ部と、前記駆動巻線に駆動電力を供給する複数のパワー素子と、前記複数のパワー素子の前記駆動電力を制御するパワー制御部と、前記可動子の位置に応じた可動子位置信号を発生する位置信号発生部と、前記可動子の速度制御信号を発生する速度制御部と、商用交流電源が入力される端子部とを備え、前記パワー制御部は、前記可動子位置信号と前記速度制御信号とが入力され、前記可動子位置信号によりオンオフ制御を行うパワー素子を前記複数のパワー素子から選択して前記可動子を駆動すると共に、前記速度制御信号により前記複数のパワー素子の通電量を制御するものであり、前記速度制御部は、前記端子部に入力される商用交流電源の周波数変動を低減あるいは無視する安定化部を有し、前記安定化部により変動が低減あるいは無視された周波数情報信号に基づいて前記可動子の速度を制御する前記速度制御信号を前記パワー制御部に出力するものであり、前記ブラシレスモータ部と、前記複数のパワー素子と、前記パワー制御部と、前記位置信号発生部と、前記速度制御部とを少なくとも内蔵し、前記端子部への商用交流電源の接続によって商用電源の周波数に応じた速度で駆動され、かつ前記安定化部によって商用交流電源の周波数変動に速度が影響されない構成としたものである。
【００１８】
これにより、電源事情の悪化などで商用電源の電圧変動や周波数変動があった場合においても、回転数変動を抑制しモータが搭載される機器の動作や性能に影響を与えないＡＣ入力のＤＣブラシレスモータが実現できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のＡＣ入力のＤＣブラシレスモータは、商用交流電源と直接接続ができ、その電源周波数に応じた回転数で駆動されるというインダクションモータの利便性とＤＣブラシレスモータの高効率性能を安価に実現することができる。また、電源事情の悪化などで商用電源の電圧変動や周波数変動があった場合においても、回転数変動を抑制しモータが搭載される機器の動作や性能に影響を与えないという効果も奏する。そして、これまでインダクションモータが主に使用されてきた家電機器などの用途で、より高効率なＤＣブラシレスモータへの置き換えを促進し、これらモータが搭載される機器の省エネ性能の向上に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態１の構成を示した図
【図２】本発明の実施の形態１の動作を説明した図
【図３】本発明の実施の形態１の動作を説明した図
【図４】本発明の実施の形態２の動作を説明した図
【図５】本発明の実施の形態３の動作を説明した図
【図６】本発明のホール素子を使用した位置信号発生部の例の図
【図７】本発明のシャント抵抗を使用した位置信号発生部の例の図
【図８】従来のＤＣブラシレスモータの構成例を示した図
【図９】従来のＤＣブラシレスモータの構成例における動作を説明した図
【発明を実施するための形態】
【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。但し、本発明は以下の実施の形態に限定されない。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は、本発明のすべての実施形態に共通するＡＣ入力のＤＣブラシレスモータの構成を示した図であり、図２はすべてに共通する動作について、図３は実施形態１における安定化部２３のその動作について示した図である。
【００２３】
図１の実施形態１のＡＣ入力のＤＣブラシレスモータは、駆動巻線を有する固定子３と可動子２を有するモータ部４と、固定子３に駆動電力を供給する複数のＭＯＳＦＥＴなどのパワー素子５ａ〜５ｆからなるパワー部６と、パワー素子５ａ，パワー素子５ｂ，パワー素子５ｃ，パワー素子５ｄ，パワー素子５ｅ，パワー素子５ｆの駆動電力を制御するパワー制御部７と、可動子２の位置に応じた可動子位置信号を発生する位置信号発生部８と、可動子２の速度制御信号を発生する速度制御部９と、商用交流電源１が入力される端子部１０と、商用交流電源１を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣ変換部１１とを備える。
【００２４】
パワー制御部７は、可動子位置信号と速度制御信号とが入力され、可動子位置信号により、複数のパワー素子５ａ〜５ｆの中からオンオフ制御を行うパワー素子を選択して通電し、可動子２を駆動すると共に、速度制御信号によりそのパワー素子の通電量を制御するものである。
【００２５】
速度制御部９は、端子部１０に入力される商用交流電源１の周波数変動を低減あるいは無視する安定化部２３を有し、安定化部２３により周波数変動が低減あるいは無視された周波数情報信号に基づいて可動子２の速度を制御する速度制御信号をパワー制御部７に出力する。
【００２６】
ここで、モータ部４と、複数のパワー素子５ａ〜５ｆからなるパワー部６と、パワー制御部７と、位置信号発生部８と、速度制御部９、端子部１０、ＡＣ／ＤＣ変換部１１とは一体化され、端子部１０への商用交流電源１の接続によって商用電源の周波数に応じた速度で駆動されるＡＣ入力のＤＣブラシレスモータを構成している。なお、ＡＣ／ＤＣ変換部については平滑用コンデンサを有していても、有していなくとも構わない。
【００２７】
図２は、上記したＡＣ入力のＤＣブラシレスモータの速度制御の共通する動作について、特に安定化部２３を除く速度制御部９の動作を示したものである。
【００２８】
周波数検出部１２は、商用交流電源１の電源周波数を取り込み、安定化部２３に入力し、安定化部２３から出力された周波数を速度基準信号として出力する。また回転数検出部１４は、位置信号発生部８から出力される可動子２の位置に応じた可動子位置信号を処理し、その周期を実回転数信号として出力する。これら速度基準信号と実回転数信号とは比較部１３で比較される。比較部１３の出力は、制御アンプ部１５により増幅および制御安定化のための位相補償などの処理が行われ、加速指令または減速指令としてパワー制御部７に伝えられる。パワー制御部７は、制御アンプ部１５からの出力によってパワー部６の複数のパワー素子５ａ〜５ｆの通電量を制御し、固定子３の印加電圧あるいは電流を制御して可動子２を駆動する。
【００２９】
図２のＢ区間では、安定化部２３から出力される速度基準信号の周期ｔ０と回転数検出部１４から出力される実回転数信号の周期ｔ２とを比較した結果、実回転数信号の周期ｔ２のほうが長いため、比較部１３はモータの回転速度が遅いと判断し“Ｈ”レベルの信号を出力する。その結果、制御アンプ部１５は加速指令を出力する。Ｃ区間では、実回転数信号の周期ｔ３が短く、比較部１３はモータの回転速度が速いと判断し“Ｌ”レベルの信号を出力する。その結果、制御アンプ部１５から減速指令を出力する。このようにして、商用交流電源１の周波数に応じた速度基準信号の周期と可動子位置信号をもとに回転数検出部より出力される実回転数信号の周期とが概ね一致するように可動子の速度は制御される。概ね一致とは、速度基準信号と実回転数信号の差分がゼロに収束するように加速、減速の指令が繰り返され制御されるが、微小な差分が残り完全なゼロにはならず微小な加速減速を指令を繰り返して所望の回転速度になるように安定することを意味する。なおＡ区間は、速度基準信号の周期と実回転数信号の周期とが完全に一致している状態を示しているが、加速減速指令が無い状態を維持するＡ区間の状態は実際には起きない。
【００３０】
以下、図３を用いて、実施形態１の安定化部２３の動作について説明する。
【００３１】
安定化部２３は、商用交流電源１のＡ、Ｂ、Ｃ区間の平均周波数を周波数情報信号として抽出し、これを速度基準信号としてモータを制御する。このように商用交流電源の平均周波数を速度基準信号とすることにより、商用交流電源の周波数変動に対してモータの回転速度の変動を抑制し安定することができる。
【００３２】
なお、平均化の回数は図３の例では３回としたが、この限りではない。
【００３３】
（実施の形態２）
図４は、安定化部２３を有する実施の形態２の動作を示すものである。以下これについて説明する。
【００３４】
図４において安定化部２３は、商用交流電源１の周波数がＡ、Ｂ、Ｃ区間で、３回連続して同じ周期ｔ１を抽出した場合、これを商用交流電源１の周波数情報信号とし、これまでの周期ｔ０から新たに抽出した周期ｔ１に出力情報を更新するように動作する。また、商用交流電源１の周波数がＤ区間のように一周期前の周波数と一時的に異なった場合は周波数情報信号として出力を更新せず、ｔ１を維持するように動作する。これにより、瞬間的に商用交流電源が変動した場合のモータ回転速度の変動を防止することができ、所望の回転速度で安定した駆動が可能になる。
【００３５】
（実施の形態３）
図５は、安定化部２３を有する実施の形態３の動作を示すものである。以下これについて説明する。
【００３６】
図５において安定化部２３は、商用交流電源１の周波数をＡ、Ｂ、Ｃ区間で３回サンプリングし、サンプリングした周波数の多数決情報ｔ１を周波数情報信号として出力する。サンプリングした周波数の多数決情報を周波数情報信号とし、これを速度基準信号とすることで、ノイズ等により異常な周波数を誤検出した場合においても正確な商用交流電源１の周波数を計測でき、所望の安定した回転速度でモータを駆動することができる。（なお、符号番号の空き番号について記す。符号２２を指し示す構成要素は無く、空き番号である。）
【００３７】
このように、実施の形態１〜３で示したＡＣ入力のＤＣブラシレスモータは、安定化部２３を備えることで、商用交流電源が電源事情の悪化により不安定となった場合においても、モータの回転速度を安定させる作用があり、モータを搭載する機器の性能悪化のへの影響を食い止めることができる。
【００３８】
なお、図６、図７は、可動子２の位置に応じた信号を発生する位置信号発生部８の具体例であり、図６はホール素子１８を使用した例、図７はシャント抵抗２０を利用した例で、位置センサレス駆動などで用いられるものである。なお、図６に示すように、コンパレータ１９を備える構成である。また、図７図６に示すように、ＯＰアンプ２１を備える構成である。
【００３９】
以上のように本発明のＡＣ入力のＤＣブラシレスモータは、商用交流電源と直接接続ができ、その電源周波数に応じた回転数で駆動されるというインダクションモータの利便性とＤＣブラシレスモータの高効率性能を安価に実現することができる。また、商用電源の周波数が異なる地域でも安定した回転数で駆動でき、機器の効率性能などを損なわないＡＣ入力のＤＣブラシレスモータが実現できるという効果も奏する。更に、電源事情の悪化などで商用電源の電圧変動や周波数変動があった場合においても、回転数変動を抑制しモータが搭載される機器の動作や性能に影響を与えないという効果も奏する。
【００４０】
なお、上記にてＤＣブラシレスモータと記載したが、別の呼称によれば直流ブラシレスモータと記載されることもある。同じく、ＡＣ入力と記載したが、別の呼称によれば交流入力と記載されることもある。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明のＡＣ入力のＤＣブラシレスモータは、これまでインダクションモータが主に使用されてきた空調機器などの家電機器に利用可能で、これらの機器において、より高効率なＤＣブラシレスモータへの置き換えを促進し、これらモータが搭載される機器の省エネ性能の向上に貢献できる。
【符号の説明】
【００４２】
１  商用交流電源
２  可動子
３  固定子
４  モータ部
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ  パワー素子
６  パワー部
７  パワー制御部
８  位置信号発生部
９  速度制御部
１０  端子部
１１  ＡＣ／ＤＣ変換部
１２  周波数検出部
１３  比較部
１４  回転数検出部
１５  制御アンプ部
１６  水晶発振器出力部
１７  ＤＣ電源部
１８  ホール素子
１９  コンパレータ
２０  シャント抵抗
２１  ＯＰアンプ
２３  安定化部
【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】
2013031361.tif 000009
【図８】
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【図９】
2013031361.tif 000011