(57)【要約】【課題】位置検出手段に流れる電流を一定の値にすることを目的とする。【解決手段】三相コイル１を備えた固定子と、永久磁石を環状に設けた回転子３を有するブラシレスＤＣモータであって、三相コイル１に駆動電圧を与えて駆動電流を供給する複数のスイッチング素子と複数の整流素子とで構成されるインバータ回路９と、回転子３の位置と速度を検出し、それぞれ電気角で１２０°の間隔で配置された三相分の３つの位置検出手段１０と、３つの位置検出手段１０の出力信号に基づいてインバータ回路９を駆動する出力信号を生成する駆動信号生成手段１２と、３つの位置検出手段１０の入力の一端と電源１４またはアース１５のどちらか一方に直列に３つの位置検出手段１０に流れる電流が一定となるように出力を切り換える位置検出電流調整手段１１を設けたものである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相コイルを備えた固定子と、永久磁石を環状に設けた回転子を有するブラシレスＤＣモータであって、
前記三相コイルに駆動電圧を与えて駆動電流を供給する複数のスイッチング素子と複数の整流素子とで構成されるインバータ回路と、
前記回転子の位置と速度を検出し、それぞれ電気角で１２０°の間隔で配置された三相分の３つの位置検出手段と、
前記３つの位置検出手段の出力信号に基づいて前記インバータ回路を駆動する出力信号を生成する駆動信号生成手段と、
前記３つの位置検出手段の入力の一端と電源またはアースのどちらか一方に直列に接続した位置検出電流調整手段とを備え、
前記位置検出電流調整手段は、前記３つの位置検出手段に流れる電流が一定となるように出力を切り換えることを特徴とするブラシレスＤＣモータ。
【請求項２】
位置検出電流調整手段は、可変抵抗と、前記可変抵抗と直列に接続された電流検出抵抗と、前記電流検出抵抗の両端電圧により前記可変抵抗の抵抗値を調整する抵抗調整手段から構成され、
前記抵抗調整手段は、前記電流検出抵抗の両端電圧が低い場合、位置検出手段に流れる電流が増加する方向に前記可変抵抗の抵抗値を変更し、前記電流検出抵抗の両端電圧が高い場合、前記位置検出手段に流れる電流が減少する方向に前記可変抵抗の抵抗値を変更す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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシレスＤＣモータの位置情報検出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モータは、長寿命、高信頼性および制御性の良さ等からレンジフード、天井埋め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ことが多い。モータの駆動方式、形態としては、ｄｕｔｙを変化させることで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モータが主流である。しかし、ブラシレスＤＣモータの磁石で形成された回転子の位置情報の検出は、ホール素子等の位置検出手段により回転子の磁気を検出することで、回転子の位置情報を得る構成が一般的である。そのブラシレスＤＣモータの回転子の位置情報の検出する一般的な構成について、図４および図５を参照しながら説明する。
【０００３】
図４は、ブラシレスＤＣモータ（以下、モータという）の回転子の位置情報を位置検出手段１０１により検出し、この位置検出手段１０１を過大な電圧や電流より保護するために位置検出手段１０１の入力の両端と電源１０２およびアース１０３との間に電流制限抵抗１０４Ａ、１０４Ｂが直列に挿入されている。三相モータの場合、図５に示すように、位置検出手段１０１は並列に接続された三相分の３つの位置検出手段１０１Ａ、１０１Ｂおよび１０１Ｃにより構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平３−２８５５９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような従来の三相のブラシレスＤＣモータにおいて、使用環境温度が高くなると、位置検出手段の内部抵抗が小さくなり、位置検出手段に流れる電流も多くなる。電流が多くなると、位置検出手段の自己発熱により内部抵抗がさらに小さくなり、位置検出手段の出力電圧の振幅値も小さくなり、その影響により、モータ効率が悪化してしまう。
【０００６】
また、温度や熱の影響により、位置検出手段の内部抵抗が小さくなることで、電源とアース間に流れる電流が多くなるため、設計によっては、電源の電流定格を満足できない。
【０００７】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、位置検出手段に流れる電流が多くなると自動的に三相分の位置検出手段に流れる電流を少なくすることで３つの位置検出手段に流れる電流を一定となるように調整する。そのため、電流増加による位置検出手段の自己発熱で引き起こされる位置検出手段の出力電圧の振幅値の低下を軽減し、また、電源の電流定格を満足する保護機能を有するブラシレス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】
【０００８】
そして、この目的を達成するために、本発明は、三相コイルを備えた固定子と、永久磁石を環状に設けた回転子を有するブラシレスＤＣモータであって、前記三相コイルに駆動電圧を与えて駆動電流を供給する複数のスイッチング素子と複数の整流素子とで構成されるインバータ回路と、前記回転子の位置と速度を検出し、それぞれ電気角で１２０°の間隔で配置された三相分の３つの位置検出手段と、前記３つの位置検出手段の出力信号に基づいて前記インバータ回路を駆動する出力信号を生成する駆動信号生成手段と、前記３つの位置検出手段の入力の一端と電源またはアースのどちらか一方に直列に接続した位置検出電流調整手段とを備え、前記位置検出電流調整手段は、前記３つの位置検出手段に流れる電流が一定となるように出力を切り換えるものであり、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】
【０００９】
本発明によれば、三相コイルを備えた固定子と、永久磁石を環状に設けた回転子を有するブラシレスＤＣモータであって、前記三相コイルに駆動電圧を与えて駆動電流を供給する複数のスイッチング素子と複数の整流素子とで構成されるインバータ回路と、前記回転子の位置と速度を検出し、それぞれ電気角で１２０°の間隔で配置された三相分の３つの位置検出手段と、前記３つの位置検出手段の出力信号に基づいて前記インバータ回路を駆動する出力信号を生成する駆動信号生成手段と、前記３つの位置検出手段の入力の一端と電源またはアースのどちらか一方に直列に接続した位置検出電流調整手段とを備え、前記位置検出電流調整手段は、前記３つの位置検出手段に流れる電流が一定となるように出力を切り換えるため、前記３つの位置検出手段に流れる電流が多くなると自動的に前記３つの位置検出手段に流れる電流を少なくすることで前記３つの位置検出手段に流れる電流を一定となるように調整することができるため、電流増加による位置検出手段の自己発熱で引き起こされる位置検出手段の出力電圧の振幅値の低下を軽減し、また、電源の電流定格を満足する保護機能としての効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１のブラシレスＤＣモータの断面図
【図２】同モータの構成を示すブロック図
【図３】同モータの位置情報検出装置の制御動作を示すブロック図
【図４】従来のブラシレスＤＣモータの位置情報検出装置を示す回路図
【図５】同位置情報検出装置を三相化した回路図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の請求項１記載のブラシレスＤＣモータは、三相コイルを備えた固定子と、永久磁石を環状に設けた回転子を有するブラシレスＤＣモータであって、前記三相コイルに駆動電圧を与えて駆動電流を供給する複数のスイッチング素子と複数の整流素子とで構成されるインバータ回路と、前記回転子の位置と速度を検出し、それぞれ電気角で１２０°の間隔で配置された三相分の３つの位置検出手段と、前記３つの位置検出手段の出力信号に基づいて前記インバータ回路を駆動する出力信号を生成する駆動信号生成手段と、前記３つの位置検出手段の入力の一端と電源またはアースのどちらか一方に直列に接続した位置検出電流調整手段とを備え、前記位置検出電流調整手段は、前記３つの位置検出手段に流れる電流が一定となるように出力を切り換えるものである。
【００１２】
これにより、３つの位置検出手段に流れる電流の増減により、位置検出手段に直列に設けた位置検出電流調整手段の出力が切り換えられ、３つの位置検出手段に流れる電流を一定の値となるように調整することができるという効果を奏する。
【００１３】
また、位置検出電流調整手段は、可変抵抗と、前記可変抵抗と直列に接続された電流検出抵抗と、前記電流検出抵抗の両端電圧により前記可変抵抗の抵抗値を調整する抵抗調整手段から構成され、前記抵抗調整手段は、前記電流検出抵抗の両端電圧が低い場合、位置検出手段に流れる電流が増加する方向に前記可変抵抗の抵抗値を変更し、前記電流検出抵抗の両端電圧が高い場合、前記位置検出手段に流れる電流が減少する方向に前記可変抵抗の抵抗値を変更するものである。
【００１４】
これにより、使用環境温度が低い場合、つまり、３つの位置検出手段の内部抵抗が大きく、電流検出抵抗の両端電圧が低い場合には、抵抗調整手段は、その電流検出抵抗の両端電圧の大きさにより、３つの位置検出手段を流れる電流が増加する方向に可変抵抗の抵抗値を小さくする。また、使用環境温度が高く場合、つまり、３つの位置検出手段の内部抵抗が小さく、電流検出抵抗の両端電圧が高い場合には、抵抗調整手段は、その電流検出抵抗の両端電圧の大きさにより、３つの位置検出手段を流れる電流が減少する方向に可変抵抗の抵抗値を大きくする。このようにして、３つの位置検出手段を流れる電流の増減により、可変抵抗の抵抗値が調整されて３つの位置検出手段に直列に設けた位置検出電流調整手段の抵抗値が調整され、３つの位置検出手段に流れる電流を一定の値となるように調整することができるという効果を奏する。
【００１５】
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。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は、本発明のブラシレスＤＣモータの断面図で、三相コイル１は、巻線２が巻装され、回転子３は、永久磁石４とシャフト５を一体化して形成されている。６はベアリング、７は金属製のブラケットである。プリント基板８には、インバータ回路９、位置検出手段１０、位置検出電流調整手段１１および駆動信号生成手段１２が実装されている。プリント基板８は、コネクタ１３で外部回路と接続される。
【００１７】
図２は、本実施の形態のブラシレスＤＣモータの構成を示すブロック図である。本実施の形態のブラシレスＤＣモータは、インバータ回路９と、位置検出手段１０と、駆動信号生成手段１２と、位置検出電流調整手段１１を備えている。インバータ回路９は、三相コイル１に駆動電圧を与えて駆動電流を供給する複数のスイッチング素子と複数の整流素子とで構成される。位置検出手段１０は、電気角で１２０°の間隔で３個配置されて、ブラシレスＤＣモータの磁石で形成された回転子３の位置と速度を検出する。駆動信号生成手段１２は、３つの位置検出手段１０の出力信号に基づいてインバータ回路９を駆動する出力信号を生成する。位置検出電流調整手段１１は、３つの位置検出手段１０の入力の一端とアース１５に直列に設けられている。
【００１８】
図２に示すように位置検出手段１０は、一例として、ホール素子等の磁極検知素子を用いたものである。位置検出手段１０は、三相コイル１と回転子３の磁極の切り換わりを検出し、回転速度に応じた速度情報と回転子３の位置情報を駆動信号生成手段１２に出力する。
【００１９】
また、位置検出手段１０は、互いに位相が１８０°反転した２つの正弦波状の電圧値を出力するものである。
【００２０】
そして、図２に示すように、位置検出手段１０の位置検出電流調整手段１１と接続していない入力の一端は、位置検出手段１０に電圧を供給する電源１４と直接接続される。
【００２１】
三相コイル１には、スイッチング素子、例えば、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等をブリッジ接続したインバータ回路９が接続されており、２００〔Ｖ〕程度の高圧直流電圧を印加する。
【００２２】
駆動信号生成手段１２は、位置検出手段１０の位置情報からインバータ回路９を駆動する出力信号を生成する。この出力信号は、インバータ回路９を介して三相コイル１に電流を流すＰＷＭ信号である。ＰＷＭの幅は外部からの速度指示信号によって与えられるものである。
【００２３】
図３に示すように、位置検出電流調整手段１１は、直列に接続された電流検出抵抗１６および可変抵抗１７と、可変抵抗１７の抵抗値を調整する抵抗調整手段１８とで構成されている。
【００２４】
電流検出抵抗１６は、三相分の位置検出手段１０に流れる電流を電圧に変換して検出する。
【００２５】
抵抗調整手段１８は、電流検出抵抗１６の両端電圧により可変抵抗１７の抵抗値を調整する。すなわち、抵抗調整手段１８は、電流検出抵抗１６の両端電圧が低い場合、位置検出手段１０に流れる電流が増加する方向に可変抵抗１７の抵抗値を大きくする。一方、電流検出抵抗１６の両端電圧が高い場合、位置検出手段１０に流れる電流が減少する方向に可変抵抗１７の抵抗値を小さくする。つまり、電流検出抵抗１６の両端電圧から抵抗調整手段１８により可変抵抗１７の抵抗値を連続的に調整するところに特徴がある。
【００２６】
なお、位置検出手段１０の入力の一端と位置検出電流調整手段１１との接続方法は、図２および図３に示すようにアース１５と直列に接続する必要は必ずしもない。例えば、位置検出手段１０の入力の一端と電源１４に直列に位置検出電流調整手段１１を接続し、アース１５は位置検出手段１０のもう一方の入力の一端と直接または位置検出手段１０を過大な電圧や電流より保護するために電流制限抵抗を介して接続する構成であってもよい。
【００２７】
上記構成において、ブラシレスＤＣモータの位置情報検出装置の制御動作を図３のブロック図を用いて説明する。
【００２８】
まず、三相分の位置検出手段１０に電流が流れると、電流検出抵抗１６により電圧に変換して検出される。
【００２９】
そして、抵抗調整手段１８は、電流検出抵抗１６の両端電圧により、可変抵抗１７の抵抗値を可変させる電圧を生成する。抵抗調整手段１８は、例えば、コンパレータや抵抗やコンデンサ等のハードウェアで構成しても、マイコン等のソフトウェアで構成しても、ハードウェアとソフトウェアを組み合わせて構成してもよい。
【００３０】
さて、使用環境温度が低い場合、つまり、三相分の位置検出手段１０の内部抵抗が大きく、電流検出抵抗１６の両端電圧が低い場合には、抵抗調整手段１８は、その電流検出抵抗１６の両端電圧の大きさにより、三相分の位置検出手段１０を流れる電流が増加する方向に可変抵抗１７の抵抗値を小さくする。また、使用環境温度が高く場合、つまり、三相分の位置検出手段１０の内部抵抗が小さく、電流検出抵抗１６の両端電圧が高い場合には、抵抗調整手段１８は、その電流検出抵抗１６の両端電圧の大きさにより、三相分の位置検出手段１０を流れる電流が減少する方向に可変抵抗１７の抵抗値を大きくする。
【００３１】
このようにして、三相分の位置検出手段１０を流れる電流の増減により、可変抵抗１７の抵抗値が調整されて三相分の位置検出手段１０に直列に設けた位置検出電流調整手段１１の抵抗値が調整され、三相分の位置検出手段１０に流れる電流を一定の値となるように調整することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明にかかるブラシレスＤＣモータの位置情報検出装置は、三相分の位置検出手段に流れる電流を一定とすることで、電流増加による位置検出手段の自己発熱で引き起こされる位置検出手段の出力電圧の振幅値の低下を軽減し、また、電源の電流定格を満足する保護機能を実現できるため、レンジフード、天井埋め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モータの位置情報検出装置に有用である。
【符号の説明】
【００３３】
１  三相コイル
２  巻線
３  回転子
４  永久磁石
８  プリント基板
９  インバータ回路
１０  位置検出手段
１１  位置検出電流調整手段
１２  駆動信号生成手段
１４  電源
１５  アース
１６  電流検出抵抗
１７  可変抵抗
１８  抵抗調整手段
【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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