JPH04208087A - 送風機用ブラシレスモータの駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、平滑コンデンサ付きの高速かつ高入力ブラシ
レスモータに送風ファンが取付けられるとともに、この
ファンで送られる風で上記モータが冷却される送風機に
係り、特に上記モータの駆動回路に関する。

［従来の技術］ 回転数が２０００（ｌｒｐｍ以上の高速で、かつ入力か
２００Ｗ以上のモータとしては、整流子モータや誘導モ
ータが一般的である。しかし、これらのモータに代えて
コンデンサ付きブラシレスモータを高速かつ高入力の構
成とすることか試みられている。

第５図は従来の一般的なブラシレスモータの駆動回路で
、同図中１は商用交流電源２に接続された整流スタック
からなるＡＣ−ＤＣ変換器である。

この変換器１の出力端は、第１スイツチングトランジス
タ３のコレクタ・エミッタ間、および前記エミッタにコ
レクタか接続された第２スイツチングトランジスタ４の
コレクタ・エミッタ間を介して接地されている。同様に
、ＡＣ−ＤＣ変換器１の出力端は、第３スイツチングト
ランジスタ５のコレクタ・エミッタ間、および前記エミ
ッタにコレクタが接続された第４スイツチングトランジ
スタ６のコレクタ・エミッタ間を介して接地されている
とともに、同出力端は、第５スイツチングトランジスタ
７のコレクタ・エミッタ間、および前記エミッタにコレ
クタか接続された第６スイツチングトランジスタ８のコ
レクタ・エミッタ間を介して接地されている。

第５図中１０はブラシレスモータであり、このモータ１
０の固定子が備えた第１駆動コイル１１は、第１スイツ
チングトランジスタ３のエミッタと第２スイツチングト
ランジスタ４のコレクタとの接続点に接続されている。

同様に上記固定子か備えた第２社→駆動コイル１２は、
第３スイツチングトランジスタ５のエミッタと第４スイ
ツチングトランジスタ６のコレクタとの接続点に接続さ
れているとともに、同固定子が備えた第３駆動コイル１
３は、第５スイツチングトランシスタフのエミッタと第
６スイツチングトランジスタ８のコレクタとの接続点に
接続されている。

第５図中１４〜１６はブラシレスモータ１０の回転子の
回転位置を検出する位置検出手段であり、これらの出力
端は夫々信号分配回路１７に接続されている。この回路
１７は、上記各トランジスタ３〜８の数と同数の出力端
を有し、これらは上記各トランジスタ３〜８のベースに
夫々側々に接続されている。

このような駆動回路において、位置検出手段１４〜１６
で検出した上記回転子の回転位置検出信号に基づいて、
信号分配回路１７は、スイッチングトランジスタ３，５
．７の内のいずれか一つと、スイッチングトランジスタ
４．−６．’８の内のいずれか一つに駆動信号を供給し
て、これらをオンさせる動作を、決められた順序にした
がって実行する。そのため、オン動作された二つのスイ
ッチングトランジスタを通して、これらの間に直列に挿
入された二つの駆動コイルに対して、上記ＡＣ−ＤＣ変
換器１により直流か供給される。以上のような駆動コイ
ル１１〜１３に対する直流の供給は、回転子の位置検出
に基づき決められた順序にしたがってなされるから、そ
れによって回転子の回転が継続される。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、上記従来の駆動回路により駆動されるブラシ
レスモータに送風ファンを取付けた電動送風機の性能は
第６図に示す通りである。すなわち、風ｊｌＱと静圧Ｈ
とは、風量Ｑが小さくなる程静圧Ｈが上がる反比例の関
係にあり、風量Ｑと回転数Ｎとは、高風量域においては
回転数が略一定の関係にあるものの、低風量域において
は回転数Ｎが小さくなる程回転数か上がる反比例の関係
にある。また、風ｉｔＱと人力Ｐｉｎとは、高風量域に
おいては入力Ｐｉｎが緩い変化をもって増加し、かつ、
低風量域においては風ｔｒＱか小さくなる程入力Ｐｉｎ
の変化が比較的急になる関係にある。なお、仕事率（出
力）は風ｆｆ１Ｑと静圧Ｈとの積である。

低風量域（例えば電気掃除機用の電動送風機の場合には
０．５〜０．６ｍ　３／　ｍｉｎ、）以下では、通常の
使用条件を満たさないので、この風量域は使用対象とは
なっていない。それにも拘らず、以上のように低風量域
では、回転数Ｎか高いために、静圧Ｈも高く、当然に入
力Ｐｉｎも高い。

このように低風量域では無駄な高回転をしているから、
回転子を支持している軸受に対する機械的負荷が大きい
ことは勿論のこと、入力Ｐｉｎが高いことにより駆動コ
イルの発熱か大きい上に、低風量域では風によるモータ
の冷却効果が少ないので、モータの温度上昇が大きい。

したがって、軸受の温度が上がってその寿命が短くなる
という問題がある。

本発明の目的は、軸受の寿命を延ばすことができる送風
機用ブラシレスモータの駆動回路を得ることにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、商用交流電源から供給された交流をＡＣ−Ｄ
Ｃ変換器により直流に変換し、この直流で送風ファンが
取付けられた平滑コンデンサ付きブラシレスモータを駆
動するとともに、このモータが上記送風ファンで送られ
る風で冷却される送風機用ブラシレスモータの駆動回路
に適用される。

そして、上記目的を達成するために本発明は、上記ＡＣ
−ＤＣ変換器の全波整流出力と同期した周期で三角波を
発生する三角波発生回路と、上記送風機の回転数をその
回転数の値に応じた電圧に変換する周波数−電圧変換器
、または上記送風機の静圧をその圧力値に応じた電圧に
変換する静圧−電圧変換器のいずれか一方と、この変換
器の出力電圧を、上記送風機の低風量域の上限よりも少
し小さい低風量値に対応して定められた基準電圧と比較
し、その電位差に応じた電圧を増幅して出力するアンプ
と、このアンプの出力端に接続され、このアンプの出力
電圧を上記三角波発生回路の圧力電圧と比較して、その
電位差に応じたパルス幅を有する制御パルスを出力する
比較器と、ゲート電極を有して上記ＡＣ−ＤＣ変換器へ
の電源供給ラインに挿入され、上記ゲート電極に上記比
較器の出力端が接続された双方向性サイリスタとを具備
したものである。

［作用］ 本発明では、送風機の回転数または静圧に応じた電圧と
、基準電圧との差をアンプにより増幅している。このア
ンプからの出力電圧は、送風機の回転数または静圧に応
じた電圧が高い程大きく、逆に低い程小さい。このよう
なアンプの出力電圧は、比較器によりＡＣ−ＤＣ変換器
の全波整流出力と同期した周期で発生される三角波の出
力電圧と比較される。この比較による電位差は、アンプ
の出力電圧が高い程小さく、逆にアンプの出力電圧か低
い程大きいから、それに応じて比較器は、アンプの出力
電圧が高い程、パルス幅か狭い制御パルスを出力し、逆
にアンプの出力電圧が低い程、パルス幅が広い制御パル
スを出力する。この制御パルスは双方向性サイリスタの
ゲート電極に供給されて、このサイリスタをトリガする
から、上記制御パルスのパルス幅に応じてブラシレスモ
ータに供給される直流（ＡＣ−ＤＣ変換器の全波整流出
力）に対する点弧角制御がなされる。そのため、ブラシ
レスモータの回転が定常回転以上に上がって、風量が低
風量域の上限より少し低くなった場合には、上記点弧角
制御により上記ブラシレスモータに印加される電圧を小
さくできる。すなわち、低風量域での入力を少なくでき
る。それにより、上記モータの回転を一定にできるとと
もに、静圧も一定にできる。

［実施例コ 以下、本発明の一実施例を第１図から第４図を参照して
説明する。

第１図中２１ａは電気掃除機用電動送風機２１のブラシ
レスモータである。電動送風機２１の詳細は第３図に示
されている。第３図中２２は有底円筒状のモータケース
で、その底壁および周壁の上記底部側部分には夫々複数
の排気孔２３（一部のみ図示する）が開口されている。

モータケース２２には固定子２４が、その外周面の一部
を上記ケース２２の周壁内面に接して内蔵され、この固
定子２４の外周面のうち上記周壁に対する非接触と上記
周壁との間には通風路２５か形成されている。固定子２
４は例えば３つの駆動コイルか巻き付けられた３相のも
のであるが、これに限らす２相または４相などでもよい
。各駆動コイルの夫々は、回転数が２００００ｒｐ卸以
上で、入力が２００Ｗ以上の高速・高入力形のブラシレ
スモータとするために、抵抗値か小さなもので形成され
ている。

モータケース２２の開口端にはケース端面板２９が取付
けられている。この端面板２９とモータケース２２の底
壁とには玉軸受３０．３１が夫々別々に取付けられ、こ
れらは回転子３２が備えた回転子軸３３を回転自在に支
持している。回転子３２は、上記固定子２４の中央部を
貫通しており、この固定子２４と対向する外周部にはＮ
極およびＳ極か偶数か設けられている。

回転子軸３３の一端部は軸受３０を貫通し、その貫通端
には支持板３４を介して位置検出円板３５か取付けられ
ている。この円板３５はその厚み方向にＮ極とＳ極とか
着磁されており、その極数は上記回転子３２の極数と同
じで、かつ同ピツチで設けられている。そして、モータ
ケース２２の底壁外面には、位置検出円板３５と近接し
て対向するプリント配線基板３６か、スペーサ３７を挟
んで取付けられている。この基板３６には回転子３２の
回転位置を検出する位置検出手段（図示しない）が設け
られている。これらの手段は、位置検出円板３５の磁極
を検出する３個のホール素子と、この素子の出力電圧を
増幅するオペアンプと、このアンプの出力を波形成形す
る波形成形回路とで形成されている。

回転子軸３３の他端部は軸受３１を貫通しており、その
貫通端には例えば遠心形の送風ファン４１が取付けられ
ている。このファン４１とケース端面板２つとの間には
デフユーザ作用を得るための整流円板４２か配設されて
いる。また、これら送風ファン４１と整流円板４２とを
覆ってモータケース２２には、ファンカバー４３か取付
けられている。

この電動送風機２１か駆動されると、駆動コイこと ルか励磁され務より、回転子３２の磁極を吸引して、こ
の回転子３２を回転させ、それと−緒に送風ファン４１
が回転される。そのため、このファン４１の周囲から吐
出された風は、整流円板４２がその周囲に有する風入り
口から内部に入ってデフユーザ作用を受けながら、ケー
ス端面板２９が有する図示しない通気開口などを通って
モータケース２２に流入する。モータケース２２内に導
入された風は、通風路２５などを通ってモータケース２
２の底部側に流れ、そこから排気孔２３を通ってモータ
ケース２２外に排気される。そして、このような送風に
おいて、モータケース２２内を流れる風は固定子２４等
を冷却する。なお、以上の風の流れは第３図中矢印で示
されている。

第１図中５１は商用交流電源５２に接続されたＡＣ−Ｄ
Ｃ変換器としての整流スタックで、これら整流スタック
５１への電源供給ラインには、ゲート電極を有した双方
向性サイリスタ５３が挿入されている。このサイリスタ
５３のゲート電極にはモータ起動時に動作されて、上記
ゲート電極にトリガ電流を供給する起動用トリガ回路（
図示しない）か接続されている。整流スタック５１の出
力端には、図示極性のダイオード５４を介して上記プラ
ンレスモータ２１ａと、これに並列な平滑コンデンサ５
５とが夫々接続されている。

ブラシレスモータ２１ａには周波数−電圧変換器５６が
接続されている。この変換器５６は回転子３２の回転数
をその回転数の値に応じた電圧に変換するものである。

図示しない上記位置検出手段は回転子３２の回転にとも
ない周期的に位置検出信号（パルス）を発生するため、
この信号の周期の変化は、回転子３２の回転数とみなす
ことができる。したがって、周波数−電圧変換器５６は
、上記位置検出手段から出力されるパルスを受取って電
圧変換をするものであって、回転数が低い（換言すれば
周波数か低い）ときには小さい電圧を発生し、逆に回転
数が高い（換言すれば周波数れている。アンプ５７は上
記変換器５６の出力電圧Ｖａと基準電圧ｖｂとを比較し
て、その電位差に応じた電圧を増幅して出力するもので
ある。基準電圧発生回路は、抵抗５８および可変抵抗５
９とを備えて形成されている。これら両抵抗５８゜５９
は直列回路をなして、プラスＶｃｃと接地との間に設け
られているとともに、両抵抗５８，５９の相互接続点は
アンプ５７０入力端に接続されている。

アンプ５７の基準電圧ｖｂは、第４図に示した低風量領
域と高風量領域との境界より少し小さい風量値、換言す
れば、低風量域の上限Ｑ１よりも少し小さい低風量値Ｑ
２に対応して定められる。

なお、電動送風機の場合には上限ＱＩか０．５ｍ　３／
１ｎ、〜０．６ｍ　３／　ｓｉｎ、程度である。

上記整流スタック５１とダイオード５４のアノ−トとの
接続点には三角波発生回路５８が接続されている。この
回路５８は、整流スタック５１の全波整流出力Ｖｃから
三角波の出力電圧Ｖｄを作り、それを上記整流出力ＶＣ
と同期して発生するものである。

この三角波発生回路５８の出力端と上記アンプ５７の出
力端とは比較器５９の入力端に夫々接続されている。こ
の比較器５９は、三角波発生回路５８の出力電圧Ｖｄを
基準として、これとアンプ５７からの出力電圧Ｖｅとを
比較し、その電位差に応じたパルス幅を有する制御パル
スＶｆを出力するものである。比較器５つの出力端は上
記双方向性サイリスタ５３のゲート電極に接続されてい
る。

上記構成において、図示しない起動用トリガ回路を介し
て双方向性サイリスク５３のゲート電極にトリガ電流を
供給すると、サイリスタ５３が導通されるため、商用交
流電源５２の交流が整流スタック５１に供給されて、電
動送風機２１のブラシレスモータ２１ａか起動される。

すなわち、整流スタック５丁からは第２図に示すように
交流から直流に変換された仝波整流出力Ｖｃか出力され
、この直流はダイオード５４を通った後に平滑コンデン
サ５５て平滑されて、ブラシレスモータ２１ａか備える
図示しない駆動コイルに供給される。このような直流の
供給により、回転子３２および送風ファン４１の回転が
開始され、以下、図示しない位置検出手段による回転子
３２の位置横比に基づいて、上記駆動コイルが予め定め
られた励磁シーケンスにしたかって励磁される。

このようにして起動された電動送風機２１においては、
送風ファン４１が吐出す風は、既述のようにブラシレス
モータを冷却しながらモータケース２２内を流通する。

モータ駆動時において、回転子３２の回転数は周波数−
電圧変換器５６により検出され、この変換器５６は回転
子３２の回転数に応じた出力電圧Ｖａをアンプ５７に出
力する。そうすると、アンプ５７は出力電圧Ｖａと基準
電圧ｖｂとを比較して、その電位差に応じた出力電圧Ｖ
ｅを増幅して比較器５９に出力する。

この出力電圧Ｖｅは、送風機の回転数に応じた電圧が高
い程大きく、逆に低い程小さい。なお、第２図の波形図
では説明の都合上、出力電圧Ｖｅを一定のレベルに描い
であるが、実際上は以上のように出力電圧Ｖｅの大きさ
は回転数に応じて変動し、第２図゛中矢印方向に電圧レ
ベルは変化する。

一方、上記整流スタック５１の全波整流出力ＶＣは三角
波発生回路５８に供給されている。なお、整流スタック
５１の出力端と平滑コンデンサ５５との間にはダイオー
ド５４が設けられているので、三角波発生回路５８には
平滑コンデンサ５５による平滑作用を受けない全波整流
出力Ｖｃが供給される。三角波発生回路５８は、全波整
流出力Ｖｃと同期した周期で三角波のａカミ圧Ｖｄを発
生して、それを比較器５９に出力する。

以上のようにして三角波の出力電圧Ｖｄとアンプ５７の
出力電圧Ｖｅとが供給された比較器５９は、三角波の出
力電圧Ｖｄを基準電圧として、これに対して出力電圧Ｖ
ｅを比較し、これらの電位差に応じたパルス幅の制御パ
ルスＶｆ（第２図参照）を出力する。

すなわち、比較器５９は、アンプ５７の出力電圧Ｖｅが
高い（回転数か高い）程パルス幅か狭い制御パルスＶｆ
を出力し、逆にアンプ５７の出力電圧Ｖｅが低い（回転
数が低い）程パルス幅か広い制御パルスＶｆを出力する
。

この制御パルスＶｆは双方向性サイリスク５３のゲート
電極に供給されて、このサイリスタ５３をトリガするか
ら、上記制御パルスＶｆのパルス幅に応じて上記商用交
流電源５２からブラシレスモータ２１ａに供給される直
流に対する点孤角制ンデンサ５５により平滑されること
は勿論であり、この電圧←Ｖｇは第２図に示される。

そのため、電動送風機２１の風量が低風量域中の低風Ｉ
ｋＱ２よりも少な（なって、ブラシレスモータ２１ａの
回転が定常回転以上に上がった場合には、上記点弧角制
御により上記モータ２１ａに印加される直流の電圧を小
さくできる。すなわち、第４図の特性図に示すように低
風量域での入力Ｐｉｎを少なくできる。なお、第４図中
点線は従来の特性を示している。そして、以上の制御に
よって第４図の特性図に示すように定常回転に近い略−
定の速度に回転を制限でき、同時に、この回転の一定化
に伴い静圧Ｈも一定化できる。

以上のように入力Ｐｉｎを小さくできることにより、低
風量域での電動送風機２１の固定子２４の発熱を少なく
できる。したがって、モータの温度上昇か小さくなるた
め、軸受３０，３１に対する機械的負荷や熱的影響が少
なくなり、これら軸受３０．３１の寿命を向上できる。

なお、本発明は上記一実施例に制約されない。

例えば、上記周波数−電圧変換器に代えて、送風機の静
圧をその圧力値に応じた電圧に変換する静圧−電圧変換
器を用いてもよい。

［発明の効果コ 以上説明した本発明に係る送風機用ブラシレスモータの
駆動回路においては、低風２域では風によるモータの冷
却効果か少ないにも拘らず、点弧角制御により低風量域
での入力を少なくして、モータの温度上昇を少なくでき
るので、軸受の寿命を延ばすことかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第４図は本発明の一実施例を示し、第１図は
回路図、第２図は一実施例を説明する波形図、第３図は
電動送風機の縦断側面図、第４図は電動送風機の性能曲
線を示す図である。 第５図および第６図は従来例を示し、第５図は回路図、
第６図は従来の電動送風機の性能曲線を示す図である。 ２１・・・電動送風機、２１ａ・・・ブラシレスモーフ
、３０．３１・・・軸受、５１・・・整流スタック（Ａ
Ｃ−ＤＣ変換器）、５３・・双方向性サイリスタ、５４
・・・ダイオード、５５・・・コンデンサ、５６・・・
周波数−電圧変換器、５７・・・ア〜ンプ、５８・・・
三角波発生回路、５９・・・比較器。 第４図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　商用交流電源から供給された交流をＡＣ−ＤＣ変換器
   により直流に変換し、この直流で送風ファンが取付けら
   れた平滑コンデンサ付きブラシレスモータを駆動すると
   ともに、このモータが上記送風ファンで送られる風で冷
   却される送風機用ブラシレスモータの駆動回路において
   、 上記ＡＣ−ＤＣ変換器の全波整流出力と同期した周期で
   三角波を発生する三角波発生回路と、上記送風機の回転
   数をその回転数の値に応じた電圧に変換する周波数−電
   圧変換器、または上記送風機の静圧をその圧力値に応じ
   た電圧に変換する静圧−電圧変換器のいずれか一方と、 この変換器の出力電圧を、上記送風機の低風量域の上限
   よりも少し小さい低風量値に対応して定められた基準電
   圧と比較し、その電位差に応じた電圧を増幅して出力す
   るアンプと、 このアンプの出力電圧を上記三角波発生回路の出力電圧
   と比較して、その電位差に応じたパルス幅を有する制御
   パルスを出力する比較器と、ゲート電極を有して上記Ａ
   Ｃ−ＤＣ変換器への電源供給ラインに挿入され、上記ゲ
   ート電極に上記比較器の出力端が接続された双方向性サ
   イリスタとを具備した送風機用ブラシレスモータの駆動
   回路。