モータの制御装置
【課題】従来品よりも騒音やスイッチングロスの低減をバランスよく実現できるモータを安価に提供できるようにする。
【解決手段】コイル群の各相に駆動電流を供給するインバータ回路２０、所定の入力信号に従ってインバータ回路２０をＰＷＭ方式により制御し、ロータ３を所定の回転速度で駆動する制御回路３０を備える。制御回路３０は、予め設定された所定の基準値を出力する波形切替設定部３４や前記入力信号と前記基準値とを比較する比較部３５、通電信号形成部３９を含む。通電信号形成部３９は、比較部３５から入力される比較結果信号に基づいて、印加電圧の波形が矩形状である第１通電方式と、印加電圧の波形が台形状又は正弦曲線状である第２通電方式とに切り替える。
【解決手段】コイル群の各相に駆動電流を供給するインバータ回路２０、所定の入力信号に従ってインバータ回路２０をＰＷＭ方式により制御し、ロータ３を所定の回転速度で駆動する制御回路３０を備える。制御回路３０は、予め設定された所定の基準値を出力する波形切替設定部３４や前記入力信号と前記基準値とを比較する比較部３５、通電信号形成部３９を含む。通電信号形成部３９は、比較部３５から入力される比較結果信号に基づいて、印加電圧の波形が矩形状である第１通電方式と、印加電圧の波形が台形状又は正弦曲線状である第２通電方式とに切り替える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＷＭ方式により多相のコイルへの通電を制御するモータに関する。その中でも特に、各相に印加される電圧の通電波形を制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のモータでは、一般に、通電波形が矩形状の通電方式（矩形波通電）や、通電波形が正弦曲線状の通電方式（正弦波通電）が採用されている。
【０００３】
矩形波通電の場合、スイッチング素子をオンオフする頻度が少ないため、スイッチングロスが少ない利点がある。しかし、誘起電圧の利用率が低く、振動や騒音が発生し易い。
【０００４】
一方、正弦波通電の場合は、誘起電圧の利用率が高く、振動や騒音を低減できる。しかし、高頻度でスイッチング素子をオンオフするため、スイッチングロスが多くなる欠点がある。
【０００５】
そこで、通電波形を台形状にした通電方式（台形波通電）も提案されている（特許文献１、２）。台形波通電の場合、矩形波通電と比べると、波形が正弦曲線に近似するため、振動や騒音が低減できる。また、正弦波通電と比べると、スイッチング素子をオンオフする頻度が少なくなるため、スイッチングロスも低減できる。
【０００６】
特許文献２では、また、モータの回転速度に応じて通電巾や通電位相を変化させる制御が行われている。モータの回転速度は、ホールセンサ等を用いて実測している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−６０６７号公報
【特許文献２】特開２００３−１８８７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１や特許文献２のように台形波通電を行うことで、矩形波通電や正弦波通電と比べて、騒音等やスイッチングロスの低減をバランスよく実現することができる。
【０００９】
しかし、ファンの駆動モータ等、用途や仕様によってはその低減効果は十分とは言えず、改良の余地がある。
【００１０】
また、特許文献２のように、実測値に基づいて制御する場合、複雑な演算を短時間で連続して実行させる必要がある。その結果、制御装置は高度な処理能力が求められるため、コストを低減するのが難しいという問題がある。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、安価でありながら、騒音等とスイッチングロスの低減をよりいっそうバランスよく実現できるモータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のモータは、回転軸を中心に回転し、複数の磁極を構成する磁石を含むロータと、前記ロータと隙間を隔てて対向し、複数の相を構成するコイル群を含むステータと、前記コイル群の各相に駆動電流を供給するインバータ回路と、所定の入力信号に従って前記インバータ回路をＰＷＭ方式により制御し、前記ロータを所定の回転速度で駆動する制御回路とを備える。
【００１３】
前記制御回路は、通電時における印加電圧の波形が矩形状である第１通電方式と、通電時における印加電圧の波形が台形状又は正弦曲線状である第２通電方式と、に切り替えるために、予め設定された所定の基準値を出力する波形切替設定部を含む。また、制御回路は、前記入力信号と前記基準値とを比較する比較部と、前記比較部から入力される比較結果信号に基づいて、前記第１通電方式と前記第２通電方式とを切り替える通電信号形成部とをも含む。
【００１４】
このモータによれば、ロータの回転中に、矩形波通電の第１通電方式と、台形波通電又は正弦波通電の第２通電方式に切り替えることができる。すなわち、外部からの命令やモータの状態などを示した各種入力信号に応じて最適な通電方式に切り替えることができるので、矩形波通電や台形波通電等が常に行われる場合と比べて、騒音等やスイッチングロスの低減をよりいっそうバランスよく実現することができる。
【００１５】
しかも、通電方式の切り替えが、実測値ではなく、所定の入力信号と予め設定された所定の基準値との比較結果に基づいて行われるので、高度な演算処理は不要である。従って、制御回路を簡素にでき、安価に実現できる。
【００１６】
例えば、前記ロータの回転に伴う磁極変化を検出する位置検出手段を備え、前記制御回路は、前記位置検出手段から入力される信号に基づいて前記ロータの回転位置を算出する回転位置算出部と、前記回転位置算出部から入力される信号に基づいて通電のタイミングを制御するタイミング制御部と、前記比較結果信号に基づいて位相のタイミングを補正する位相補正部と、を有している。
【００１７】
この構成により、回転数の急激な変化を防ぎ、騒音・振動を抑えることができる。また、モータ特性に対して効率の良い動作を行うことができる。
【００１８】
例えば、前記入力信号は、外部から入力される速度指令電圧であってもよい。そうすれば、回転速度の変動に応じて適切なタイミングで通電方式を切り替えることができる。
【００１９】
また、前記インバータ回路にシャント抵抗が接続されている場合には、シャント抵抗から得られるシャント電圧を入力信号に用いてもよい。そうすれば、トルクの変動に応じて適切なタイミングで通電方式を切り替えることができる。
【００２０】
更に、速度指令電圧及びシャント電圧の双方を入力信号に用いることもできる。そうすれば、回転速度とトルクの双方の変動に応じて適切なタイミングで通電方式を切り替えることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のモータによれば、従来よりも騒音等とスイッチングロスの低減をバランスよく実現でき、しかも安価に提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明のモータの構成を示す概略図である。
【図２】第１実施形態のモータの構成を示すブロック図である。
【図３】通電波形のイメージ図である。（ａ）は矩形波通電、（ｂ）は台形波通電である。
【図４】（ａ）は、ホール信号のイメージ図である。（ｂ）は、矩形波通電での通電信号のイメージ図である。（ｃ）は、台形波通電での通電信号のイメージ図である。
【図５】進角値に対するモータ効率のグラフである。
【図６】通電波形のイメージ図である。（ａ）はホール信号、（ｂ）は矩形波通電での通電信号、（ｃ）は台形波通電での通電信号、（ｄ）は台形波通電での印加電圧である。
【図７】第２実施形態のモータの構成を示すブロック図である。
【図８】第３実施形態のモータの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。ただし、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物あるいはその用途を制限するものではない。
【００２４】
＜第１実施形態＞
図１に、本実施形態のモータ１の概略を示す。このモータ１は、例えば、空調機の送風ファンなどに用いられるブラシレスＤＣモータである。モータ１には、シャフト２やロータ３、ステータ４、ホール素子５（位置検出手段の具体例）、回路基板６等が備えられている。
【００２５】
ロータ３は、モータケース７にシャフト２を介して回転自在に支持されている。ロータ３は、シャフト２とともに回転軸Ｊを中心に回転する。ロータ３は複数の磁極を構成する磁石３ａを含む。磁石３ａの磁極は、Ｎ極とＳ極とが周方向に交互に配置されている。
【００２６】
ステータ４は、ロータ３と隙間を隔てて対向した状態でモータケース７内に配置されている。ステータ４は複数のコイル４ａを含む。複数のコイル４ａは、例えば、Ｕ，Ｖ，Ｗの複数の相で構成されている。
【００２７】
コイル４ａは、周方向に配置され、モータ１の仕様に応じてＹ結線やデルタ結線により結線されている。各相のコイル４ａには、電流供給配線８を通じて回路基板６から所定の順序で駆動電流が供給される。駆動電流の供給により、各相のコイル４ａは順次励磁される。励磁されたコイル４ａと磁石３ａとの間にトルクが発生し、そのトルクの作用によりロータ３は回転する。
【００２８】
ホール素子５は、ロータ３の近傍に配置されている。ホール素子５は、例えば、電気角１２０度の間隔で３つ配置されている。ホール素子５は、ロータ３の回転に伴う磁極変化を検出する。ホール素子５が検出するホール信号は、モータケース７内に配置された回路基板６へ出力される。回路基板６は外部の装置９と電気的に接続されている。その外部の装置９を通じて回路基板６に電源が供給される。回路基板６には、インバータ回路２０や制御回路３０が設けられている。
【００２９】
図２に、インバータ回路２０や制御回路３０の詳細を表したモータ１のブロック図を示す。
【００３０】
インバータ回路２０には、６個のスイッチング素子２２が備えられている。スイッチング素子２２は、上流側スイッチング素子２２ａと、下流側スイッチング素子２２ｂとを含む。上流側スイッチング素子２２ａ及び下流側スイッチング素子２２ｂは、直列に接続されて１つの素子列を構成している。そして、これら素子列は３つ並列に接続されている。各素子列における上流側スイッチング素子２２ａと下流側スイッチング素子２２ｂとの間に、電流供給配線８がそれぞれ電気的に接続されている。
【００３１】
スイッチング素子２２は、制御回路３０から出力される通電信号に基づいてオンオフ制御される。インバータ回路２０には、電源から駆動用の電圧Ｖｍが印加されている。そして、所定のタイミングで、上流側スイッチング素子２２ａのいずれか１つと、下流側スイッチング素子２２ｂのいずれか１つとがオン状態になる。それにより、各相のコイル３ａに、駆動電圧が印加され、駆動電流が供給される。
【００３２】
インバータ回路２０には、シャント抵抗２５が接続されている。シャント抵抗２５は、素子列の下流側に素子列と直列に接続されている。
【００３３】
制御回路３０は、マイクロコントローラを用いず、ＩＣ等を組み合わせて安価に構成されている。制御回路３０の大部分（破線内の領域）には、電源から制御用の電圧Ｖｃｃが印加されている。制御回路３０へは、モータ１の外部から速度指令電圧Ｖｓｐ（入力信号の具体例）が入力される。制御回路３０は、速度指令電圧Ｖｓｐに従ってインバータ回路２０をＰＷＭ方式により制御する。それにより、速度指令電圧Ｖｓｐに応じた所定の回転数でロータ３が駆動する。
【００３４】
なお、ここでいう速度指令電圧Ｖｓｐは、回転速度の実測値を示すものではない。例えば、モータ１がエアコンのファンの駆動に用いられている場合を想定する。その場合、ユーザーが風量を変更する操作をした時には、モータ１の回転数を変更する必要がある。速度指令電圧Ｖｓｐは、そのような操作に連動して制御回路３０に入力される指示信号である。
【００３５】
制御回路３０は、通電時における印加電圧の波形（通電波形ともいう）を変更し、通電方式を切り替える機能を有している。具体的には、制御回路３０は、通電波形が矩形状である矩形波通電方式（第１通電方式）と、通電波形が台形状である台形波通電方式（第２通電方式）とに切り替えることができる。
【００３６】
図３に、これらの通電波形のイメージを示す。（ａ）が矩形波通電の通電波形、（ｂ）が台形波通電の通電波形である。
【００３７】
矩形波通電では、例えば、通電期間が電気角で１２０度の１２０度通電や、同様に１５０度の１５０度通電、１８０度通電などが行われる。台形波通電は、これら矩形波通電の通電波形をベースにして生成される。
【００３８】
モータを用いる機器の用途や仕様によっては、騒音や振動が発生しても許容できる回転数の領域（騒音許容領域ともいう）が存在する。そこで、モータ１では、通常の回転数の領域では、騒音等の低減に有利な台形波通電に、そして、騒音許容領域では、スイッチングロスの低減に有利な矩形波通電に切り替わるように設定されている。例えば、所定の低速回転の領域では台形波通電であり、所定の高回転数の領域になると矩形波通電に切り替わる。また、その逆であっても良い。
【００３９】
すなわち、モータ１は、ロータ３の回転数に応じて最適な通電方式に切り替わる。従って、矩形波通電や台形波通電が常に行われる場合と比べて、騒音等やスイッチングロスの低減をよりいっそうバランスよく実現することができる。
【００４０】
制御回路３０には、ＰＷＭ制御部３２や回転位置算出部３３、波形切替設定部３４、比較部３５、位相補正部３６、入力電圧調整部３７、タイミング制御部３８、通電信号形成部３９、上アーム駆動回路４０、下アーム駆動回路４１などが備えられている。
【００４１】
ＰＷＭ制御部３２は、要求されるロータ３の回転数に応じたＰＷＭ信号を生成する機能を有している。具体的には、三角波発振回路４３から出力される三角波と、速度指令電圧Ｖｓｐとが比較器４４で比較される。その比較器４４での比較結果に基づき、ＰＷＭ制御部３２はＰＷＭ信号を生成する。ＰＷＭ制御部３２は、生成したＰＷＭ信号をタイミング制御部３８に出力する。
【００４２】
回転位置算出部３３は、ホール素子５と協働してロータ３の回転位置を実測する機能を有している。具体的には、回転位置算出部３３に、ホール素子５から出力されるホール信号が入力される。ホール信号に基づいて、回転位置算出部３３はロータ３の回転位置を算出する。算出されたロータ３の回転位置の情報は、回転位置信号としてタイミング制御部３８に出力される。
【００４３】
波形切替設定部３４は、通電方式の切り替えに用いられる基準値を出力する機能を有している。具体的には、波形切替設定部３４には、予め入力された基準値の情報が記憶されている。記憶された基準値の情報は比較部３５に出力される。本実施形態では、速度指令電圧Ｖｓｐに対応した所定の電圧値が基準値として用いられている。
【００４４】
比較部３５は、速度指令電圧Ｖｓｐと基準値とを比較し、その比較結果に関する信号（比較結果信号）を出力する機能を有している。例えば、速度指令電圧Ｖｓｐが基準値以上であれば、矩形波通電を選択する第１信号を出力し、速度指令電圧Ｖｓｐが基準値未満であれば、台形波通電を選択する第２信号を出力する。第１信号等の比較結果信号は、位相補正部３６と通電信号形成部３９に出力される。
【００４５】
ロータ３の回転速度が変化すると、通電波形の位相にずれが発生する。また、ロータ３の回転中に通電方式を切り替える場合にも、通電波形の位相にずれが発生する。矩形波通電と台形波通電とでは、通電波形の形状や通電期間が異なるからである。
【００４６】
図４に、ホール信号と、それに対応してインバータ回路２０へ出力される通電信号の一例を示す。同図中、（ａ）がホール信号、（ｂ）が矩形通電の場合の通電信号、（ｃ）が台形波通電の場合の通電信号である。なお、台形波通電の立ち上がり及び立ち下がりの部分は、傾斜波を形成するために、ＰＷＭ制御によってパルス幅が変調されている。図では、４段階のパルスで変調しているが、８段階などでも構わない。
【００４７】
台形波通電における通電波形の立ち上がりエッジは、矩形波通電における通電波形の立ち上がりエッジよりも進んでいる（進角）。従って、例えば、台形波通電から矩形波通電に切り替わる際、台形波通電の位相がそのまま適用されると、２点鎖線で示すように、矩形波通電はその進角分だけ進むことになる。
【００４８】
図４に示すように、矩形波通電の通電幅は１５０°である。一方、台形波通電における矩形部分の通電幅は１５０°で、前後に７．５°のパルス幅で変調し、計１６５°の通電幅である。よって、台形波通電における通電波形の立ち上がりエッジと、矩形波通電における通電波形の立ち上がりエッジの位置が異なっている。この状態で、矩形波通電と台形波通電とを切り替えると、位相がずれる。位相がずれることで、回転数が急激に上がる或いは下がり、騒音・振動が発生する。
【００４９】
また、図５のように、回転数は一定で、進角値に対するモータ効率を示した結果、最適な進角値は、矩形波通電と台形波通電とでは異なる。ちなみに、このグラフは一例であり、モータの仕様や負荷によっては矩形波通電と台形波通電の位置が異なる場合がある。よって、矩形波通電では１５０°の通電幅であるが、台形波通電では１３５°の通電幅に前後１５°のパルス幅を設けるようにするなど、モータの仕様に合わせて最適な進角値に補正する（位相を補正する）必要がある。
【００５０】
位相補正部３６は、入力電圧調整部３７と協働して、この位相のずれを補正する機能を有している。具体的には、速度指令電圧Ｖｓｐが入力電圧調整部３７に入力される。入力電圧調整部３７には、速度補正情報が記憶されている。速度補正情報は、速度指令電圧Ｖｓｐ、つまり回転速度に対応した適切な位相の補正量に関する情報である。入力電圧調整部３７は、後述する位相補正部３６へ出力するために最適な電圧に調整し、進角設定電圧として出力する。
【００５１】
位相補正部３６には比較部３５から比較結果信号も入力される。位相補正部３６は、比較結果信号により、矩形波通電か台形波通電かを判断する。位相補正部３６には、速度補正情報および波形補正情報が予め設定されている。速度補正情報は、速度指令電圧Ｖｓｐ、つまり回転速度に対応した適切な位相の補正量に関する情報である。波形補正情報は、通電波形に対応した適切な位相の補正量に関する情報である。位相補正部３６は、波形補正情報と速度補正情報とに基づいて、総合的な位相の補正に関する補正情報を生成する。生成された補正情報に関する補正信号は、タイミング制御部３８に出力される。
【００５２】
タイミング制御部３８は、ＰＷＭ信号や回転位置信号に基づいて、通電のタイミングを制御する機能を有している。タイミング制御部３８は、ＰＷＭ信号と回転位置信号とからコイル群の各相に通電を開始するタイミングに関するタイミング情報を生成する。
【００５３】
更に、タイミング制御部３８は、補正信号に基づいて、生成したタイミング情報を補正する機能も有している。従って、ロータ３の回転数の変化や通電方式の切り替えがあっても、通電波形は適切な位相に補正されるので、安定したモータ性能を発揮することができる。補正されたタイミング情報は、タイミング信号として通電信号形成部３９に出力される。
【００５４】
通電信号形成部３９には比較部３５から比較結果信号も入力される。通電信号形成部３９は、比較結果信号とタイミング信号に基づいて、通電信号を生成する。通電信号形成部３９は、比較結果信号に従って矩形波通電及び台形波通電のいずれかの通電方式の通電信号を生成する。従って、異なった比較結果信号が通電信号形成部３９に入力されると、通電方式が切り替わる。生成された通電信号に基づいて、上アーム駆動回路４０及び下アーム駆動回路４１が作動する。
【００５５】
上アーム駆動回路４０及び下アーム駆動回路４１のそれぞれは、通電信号に従ってスイッチング素子２２を制御する。具体的には、上アーム駆動回路４０は、所定のタイミングで所定の上流側スイッチング素子２２ａをオンオフする。下アーム駆動回路４１は、所定のタイミングで所定の下流側スイッチング素子２２ｂをオンオフする。
【００５６】
図６に、通電信号の一例を示す。同図の（ａ）はホール信号である。（ｂ）は（ａ）のホール信号に対する矩形波通電における通電信号、（ｃ）は（ａ）のホール信号に対する台形波通電における通電信号である。（ｄ）は（ｃ）に対応したコイル群の各相における印加電圧である。なお、（ｃ）のハッチング部分は、パルス幅が変調されている部分を示している（図４の（ｃ）参照）。
【００５７】
モータ１によれば、回転数に応じて、回転中に通電方式を切り替えることができる。従って、騒音や振動の低減と、スイッチングロスの低減とがバランスよく実現できる。通電方式の切り替えが速度指令電圧Ｖｓｐに基づいて行われるので、高度な演算処理は不要である。従って、制御回路３０を簡素にでき、安価に実現できる。
【００５８】
また、回転中に通電方式を切り替える際、位相を補正することで、位相のずれによる騒音・振動を防止することができる。また、通電方式を切り替えた際、通電方式によって異なる最適な進角値へ補正することで、モータ効率が向上する。
【００５９】
モータ１は、例えば、回転数の変化に伴うトルク変動が小さい機器に好適である。
【００６０】
＜第２実施形態＞
第１実施形態では、入力信号に速度指令電圧Ｖｓｐを用いた例を示した。本実施形態では、シャント電圧ＶＲｓを入力信号に用いる例を示す。なお、本実施形態の基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、同じ機能の構成には同じ符号を用いてその説明は省略する。
【００６１】
図７に、本実施形態のモータ（モータ１Ａと称する）の詳細を表したブロック図を示す。同図に示すように、モータ１Ａの制御回路３０にはシャント電圧生成部５１が設けられている。シャント電圧生成部５１は、シャント抵抗２５を流れる電流からシャント抵抗２５に加わる電圧を検出する。
【００６２】
トルクの変動に連動して駆動電流は変動する。その駆動電流の変動に連動してシャント抵抗２５を流れる電流やシャント抵抗２５に加わる電圧も変動する。ただし、シャント抵抗２５に加わる電圧は常時変動している。
【００６３】
シャント電圧生成部５１は、その変動する電圧の所定期間におけるピークの値に基づいて一定の電圧を生成する（シャント電圧ＶＲｓとも称する）。シャント電圧ＶＲｓは必要に応じて増幅してもよい。シャント電圧ＶＲｓは、比較部３５に出力される（同図にて矢印記号Ａで示す）。
【００６４】
本実施形態の波形切替設定部３４は、第１実施形態と異なり、シャント電圧ＶＲｓ用に構成されている。具体的には、波形切替設定部３４には、シャント電圧ＶＲｓに対応した所定の電圧値の情報が予め記憶されている。
【００６５】
本実施形態の比較部３５も、第１実施形態と異なり、シャント電圧ＶＲｓ用に構成されている。具体的には、比較部３５は、シャント電圧ＶＲｓと基準値とを比較し、その比較結果信号を出力する。
【００６６】
モータ１Ａは、例えば、トルクが大きく変動する機器に好適である。トルクの変動に応じて適切なタイミングで通電方式を切り替えることができる。
【００６７】
＜第３実施形態＞
本実施形態では、速度指令電圧Ｖｓｐとシャント電圧ＶＲｓの両方を入力信号に用いる例を示す。なお、本実施形態の基本的な構成は第１実施形態等と同様であるため、同じ機能の構成には同じ符号を用いてその説明は省略する。
【００６８】
図８に、本実施形態のモータ（モータ１Ｂと称する）の詳細を表したブロック図を示す。同図に示すように、モータ１Ｂの制御回路３０にはシャント電圧生成部５１が設けられている。更に、波形切替設定部３４や比較部３５は、それぞれシャント電圧用と速度指令電圧用の２つの機能を含む。
【００６９】
具体的には、モータ１Ｂの波形切替設定部３４は、シャント電圧用の第１波形切替設定部３４ａと、速度指令電圧用の第２波形切替設定部３４ｂとを含む。第１波形切替設定部３４ａは、第２実施形態の波形切替設定部３４と同じ構成である。第２波形切替設定部３４ｂは、第１実施形態の波形切替設定部３４と同じ構成である。
【００７０】
また、モータ１Ｂの比較部３５は、シャント電圧用の第１比較部３５ａと、速度指令電圧用の第２比較部３５ｂとを含む。第１比較部３５ａは、第２実施形態の比較部３５と同じ構成である。第２比較部３５ｂは、第１実施形態の比較部３５と同じ構成である。
【００７１】
第１比較部３５ａ及び第２比較部３５ｂのそれぞれで得られる比較結果信号は、ＡＮＤ回路６１に出力される。ＡＮＤ回路６１では、その比較結果信号に基づいて、通電方式の選択が行われる。例えば、第１比較部３５ａ及び第２比較部３５ｂの両方から第１信号が出力された場合に、ＡＮＤ回路６１は第１信号を出力する。そして、その他の場合には、ＡＮＤ回路６１は第２信号を出力する。
【００７２】
モータ１Ｂは、回転速度の変動により駆動電流が変動し、また、トルクの変動によっても駆動電流が変動する機器に好適である。例えば、トルクの上昇に伴って駆動電流が増加しても、回転速度は低くて騒音等を気にしなくてもよい場合などに矩形波通電に切り替えれば、スイッチングロスを減らすことができる。
【００７３】
なお、本発明のモータは、上述した実施形態に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。
【００７４】
例えば、第２通電方式における印加電圧の波形は、台形状に限らず正弦曲線状であってもよい。位置検出手段は、ホール素子に限らず、ホールＩＣやレゾルバ等であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明のモータは、ファンの駆動モータ等に利用できる。
【符号の説明】
【００７６】
１ モータ
３ ロータ
３ａ 磁石
４ ステータ
４ａ コイル
５ ホール素子（位置検出手段）
６ 回路基板
２０ インバータ回路
２２ スイッチング素子
２５ シャント抵抗
３０ 制御回路
３２ ＰＷＭ制御部
３３ 回転位置算出部
３４ 波形切替設定部
３５ 比較部
３６ 位相補正部
３７ 入力電圧調整部
３８ タイミング制御部
３９ 通電信号形成部
４０ 上アーム駆動回路
４１ 下アーム駆動回路
５１ シャント電圧生成部
Ｊ 回転軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＷＭ方式により多相のコイルへの通電を制御するモータに関する。その中でも特に、各相に印加される電圧の通電波形を制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のモータでは、一般に、通電波形が矩形状の通電方式（矩形波通電）や、通電波形が正弦曲線状の通電方式（正弦波通電）が採用されている。
【０００３】
矩形波通電の場合、スイッチング素子をオンオフする頻度が少ないため、スイッチングロスが少ない利点がある。しかし、誘起電圧の利用率が低く、振動や騒音が発生し易い。
【０００４】
一方、正弦波通電の場合は、誘起電圧の利用率が高く、振動や騒音を低減できる。しかし、高頻度でスイッチング素子をオンオフするため、スイッチングロスが多くなる欠点がある。
【０００５】
そこで、通電波形を台形状にした通電方式（台形波通電）も提案されている（特許文献１、２）。台形波通電の場合、矩形波通電と比べると、波形が正弦曲線に近似するため、振動や騒音が低減できる。また、正弦波通電と比べると、スイッチング素子をオンオフする頻度が少なくなるため、スイッチングロスも低減できる。
【０００６】
特許文献２では、また、モータの回転速度に応じて通電巾や通電位相を変化させる制御が行われている。モータの回転速度は、ホールセンサ等を用いて実測している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−６０６７号公報
【特許文献２】特開２００３−１８８７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１や特許文献２のように台形波通電を行うことで、矩形波通電や正弦波通電と比べて、騒音等やスイッチングロスの低減をバランスよく実現することができる。
【０００９】
しかし、ファンの駆動モータ等、用途や仕様によってはその低減効果は十分とは言えず、改良の余地がある。
【００１０】
また、特許文献２のように、実測値に基づいて制御する場合、複雑な演算を短時間で連続して実行させる必要がある。その結果、制御装置は高度な処理能力が求められるため、コストを低減するのが難しいという問題がある。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、安価でありながら、騒音等とスイッチングロスの低減をよりいっそうバランスよく実現できるモータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のモータは、回転軸を中心に回転し、複数の磁極を構成する磁石を含むロータと、前記ロータと隙間を隔てて対向し、複数の相を構成するコイル群を含むステータと、前記コイル群の各相に駆動電流を供給するインバータ回路と、所定の入力信号に従って前記インバータ回路をＰＷＭ方式により制御し、前記ロータを所定の回転速度で駆動する制御回路とを備える。
【００１３】
前記制御回路は、通電時における印加電圧の波形が矩形状である第１通電方式と、通電時における印加電圧の波形が台形状又は正弦曲線状である第２通電方式と、に切り替えるために、予め設定された所定の基準値を出力する波形切替設定部を含む。また、制御回路は、前記入力信号と前記基準値とを比較する比較部と、前記比較部から入力される比較結果信号に基づいて、前記第１通電方式と前記第２通電方式とを切り替える通電信号形成部とをも含む。
【００１４】
このモータによれば、ロータの回転中に、矩形波通電の第１通電方式と、台形波通電又は正弦波通電の第２通電方式に切り替えることができる。すなわち、外部からの命令やモータの状態などを示した各種入力信号に応じて最適な通電方式に切り替えることができるので、矩形波通電や台形波通電等が常に行われる場合と比べて、騒音等やスイッチングロスの低減をよりいっそうバランスよく実現することができる。
【００１５】
しかも、通電方式の切り替えが、実測値ではなく、所定の入力信号と予め設定された所定の基準値との比較結果に基づいて行われるので、高度な演算処理は不要である。従って、制御回路を簡素にでき、安価に実現できる。
【００１６】
例えば、前記ロータの回転に伴う磁極変化を検出する位置検出手段を備え、前記制御回路は、前記位置検出手段から入力される信号に基づいて前記ロータの回転位置を算出する回転位置算出部と、前記回転位置算出部から入力される信号に基づいて通電のタイミングを制御するタイミング制御部と、前記比較結果信号に基づいて位相のタイミングを補正する位相補正部と、を有している。
【００１７】
この構成により、回転数の急激な変化を防ぎ、騒音・振動を抑えることができる。また、モータ特性に対して効率の良い動作を行うことができる。
【００１８】
例えば、前記入力信号は、外部から入力される速度指令電圧であってもよい。そうすれば、回転速度の変動に応じて適切なタイミングで通電方式を切り替えることができる。
【００１９】
また、前記インバータ回路にシャント抵抗が接続されている場合には、シャント抵抗から得られるシャント電圧を入力信号に用いてもよい。そうすれば、トルクの変動に応じて適切なタイミングで通電方式を切り替えることができる。
【００２０】
更に、速度指令電圧及びシャント電圧の双方を入力信号に用いることもできる。そうすれば、回転速度とトルクの双方の変動に応じて適切なタイミングで通電方式を切り替えることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のモータによれば、従来よりも騒音等とスイッチングロスの低減をバランスよく実現でき、しかも安価に提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明のモータの構成を示す概略図である。
【図２】第１実施形態のモータの構成を示すブロック図である。
【図３】通電波形のイメージ図である。（ａ）は矩形波通電、（ｂ）は台形波通電である。
【図４】（ａ）は、ホール信号のイメージ図である。（ｂ）は、矩形波通電での通電信号のイメージ図である。（ｃ）は、台形波通電での通電信号のイメージ図である。
【図５】進角値に対するモータ効率のグラフである。
【図６】通電波形のイメージ図である。（ａ）はホール信号、（ｂ）は矩形波通電での通電信号、（ｃ）は台形波通電での通電信号、（ｄ）は台形波通電での印加電圧である。
【図７】第２実施形態のモータの構成を示すブロック図である。
【図８】第３実施形態のモータの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。ただし、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物あるいはその用途を制限するものではない。
【００２４】
＜第１実施形態＞
図１に、本実施形態のモータ１の概略を示す。このモータ１は、例えば、空調機の送風ファンなどに用いられるブラシレスＤＣモータである。モータ１には、シャフト２やロータ３、ステータ４、ホール素子５（位置検出手段の具体例）、回路基板６等が備えられている。
【００２５】
ロータ３は、モータケース７にシャフト２を介して回転自在に支持されている。ロータ３は、シャフト２とともに回転軸Ｊを中心に回転する。ロータ３は複数の磁極を構成する磁石３ａを含む。磁石３ａの磁極は、Ｎ極とＳ極とが周方向に交互に配置されている。
【００２６】
ステータ４は、ロータ３と隙間を隔てて対向した状態でモータケース７内に配置されている。ステータ４は複数のコイル４ａを含む。複数のコイル４ａは、例えば、Ｕ，Ｖ，Ｗの複数の相で構成されている。
【００２７】
コイル４ａは、周方向に配置され、モータ１の仕様に応じてＹ結線やデルタ結線により結線されている。各相のコイル４ａには、電流供給配線８を通じて回路基板６から所定の順序で駆動電流が供給される。駆動電流の供給により、各相のコイル４ａは順次励磁される。励磁されたコイル４ａと磁石３ａとの間にトルクが発生し、そのトルクの作用によりロータ３は回転する。
【００２８】
ホール素子５は、ロータ３の近傍に配置されている。ホール素子５は、例えば、電気角１２０度の間隔で３つ配置されている。ホール素子５は、ロータ３の回転に伴う磁極変化を検出する。ホール素子５が検出するホール信号は、モータケース７内に配置された回路基板６へ出力される。回路基板６は外部の装置９と電気的に接続されている。その外部の装置９を通じて回路基板６に電源が供給される。回路基板６には、インバータ回路２０や制御回路３０が設けられている。
【００２９】
図２に、インバータ回路２０や制御回路３０の詳細を表したモータ１のブロック図を示す。
【００３０】
インバータ回路２０には、６個のスイッチング素子２２が備えられている。スイッチング素子２２は、上流側スイッチング素子２２ａと、下流側スイッチング素子２２ｂとを含む。上流側スイッチング素子２２ａ及び下流側スイッチング素子２２ｂは、直列に接続されて１つの素子列を構成している。そして、これら素子列は３つ並列に接続されている。各素子列における上流側スイッチング素子２２ａと下流側スイッチング素子２２ｂとの間に、電流供給配線８がそれぞれ電気的に接続されている。
【００３１】
スイッチング素子２２は、制御回路３０から出力される通電信号に基づいてオンオフ制御される。インバータ回路２０には、電源から駆動用の電圧Ｖｍが印加されている。そして、所定のタイミングで、上流側スイッチング素子２２ａのいずれか１つと、下流側スイッチング素子２２ｂのいずれか１つとがオン状態になる。それにより、各相のコイル３ａに、駆動電圧が印加され、駆動電流が供給される。
【００３２】
インバータ回路２０には、シャント抵抗２５が接続されている。シャント抵抗２５は、素子列の下流側に素子列と直列に接続されている。
【００３３】
制御回路３０は、マイクロコントローラを用いず、ＩＣ等を組み合わせて安価に構成されている。制御回路３０の大部分（破線内の領域）には、電源から制御用の電圧Ｖｃｃが印加されている。制御回路３０へは、モータ１の外部から速度指令電圧Ｖｓｐ（入力信号の具体例）が入力される。制御回路３０は、速度指令電圧Ｖｓｐに従ってインバータ回路２０をＰＷＭ方式により制御する。それにより、速度指令電圧Ｖｓｐに応じた所定の回転数でロータ３が駆動する。
【００３４】
なお、ここでいう速度指令電圧Ｖｓｐは、回転速度の実測値を示すものではない。例えば、モータ１がエアコンのファンの駆動に用いられている場合を想定する。その場合、ユーザーが風量を変更する操作をした時には、モータ１の回転数を変更する必要がある。速度指令電圧Ｖｓｐは、そのような操作に連動して制御回路３０に入力される指示信号である。
【００３５】
制御回路３０は、通電時における印加電圧の波形（通電波形ともいう）を変更し、通電方式を切り替える機能を有している。具体的には、制御回路３０は、通電波形が矩形状である矩形波通電方式（第１通電方式）と、通電波形が台形状である台形波通電方式（第２通電方式）とに切り替えることができる。
【００３６】
図３に、これらの通電波形のイメージを示す。（ａ）が矩形波通電の通電波形、（ｂ）が台形波通電の通電波形である。
【００３７】
矩形波通電では、例えば、通電期間が電気角で１２０度の１２０度通電や、同様に１５０度の１５０度通電、１８０度通電などが行われる。台形波通電は、これら矩形波通電の通電波形をベースにして生成される。
【００３８】
モータを用いる機器の用途や仕様によっては、騒音や振動が発生しても許容できる回転数の領域（騒音許容領域ともいう）が存在する。そこで、モータ１では、通常の回転数の領域では、騒音等の低減に有利な台形波通電に、そして、騒音許容領域では、スイッチングロスの低減に有利な矩形波通電に切り替わるように設定されている。例えば、所定の低速回転の領域では台形波通電であり、所定の高回転数の領域になると矩形波通電に切り替わる。また、その逆であっても良い。
【００３９】
すなわち、モータ１は、ロータ３の回転数に応じて最適な通電方式に切り替わる。従って、矩形波通電や台形波通電が常に行われる場合と比べて、騒音等やスイッチングロスの低減をよりいっそうバランスよく実現することができる。
【００４０】
制御回路３０には、ＰＷＭ制御部３２や回転位置算出部３３、波形切替設定部３４、比較部３５、位相補正部３６、入力電圧調整部３７、タイミング制御部３８、通電信号形成部３９、上アーム駆動回路４０、下アーム駆動回路４１などが備えられている。
【００４１】
ＰＷＭ制御部３２は、要求されるロータ３の回転数に応じたＰＷＭ信号を生成する機能を有している。具体的には、三角波発振回路４３から出力される三角波と、速度指令電圧Ｖｓｐとが比較器４４で比較される。その比較器４４での比較結果に基づき、ＰＷＭ制御部３２はＰＷＭ信号を生成する。ＰＷＭ制御部３２は、生成したＰＷＭ信号をタイミング制御部３８に出力する。
【００４２】
回転位置算出部３３は、ホール素子５と協働してロータ３の回転位置を実測する機能を有している。具体的には、回転位置算出部３３に、ホール素子５から出力されるホール信号が入力される。ホール信号に基づいて、回転位置算出部３３はロータ３の回転位置を算出する。算出されたロータ３の回転位置の情報は、回転位置信号としてタイミング制御部３８に出力される。
【００４３】
波形切替設定部３４は、通電方式の切り替えに用いられる基準値を出力する機能を有している。具体的には、波形切替設定部３４には、予め入力された基準値の情報が記憶されている。記憶された基準値の情報は比較部３５に出力される。本実施形態では、速度指令電圧Ｖｓｐに対応した所定の電圧値が基準値として用いられている。
【００４４】
比較部３５は、速度指令電圧Ｖｓｐと基準値とを比較し、その比較結果に関する信号（比較結果信号）を出力する機能を有している。例えば、速度指令電圧Ｖｓｐが基準値以上であれば、矩形波通電を選択する第１信号を出力し、速度指令電圧Ｖｓｐが基準値未満であれば、台形波通電を選択する第２信号を出力する。第１信号等の比較結果信号は、位相補正部３６と通電信号形成部３９に出力される。
【００４５】
ロータ３の回転速度が変化すると、通電波形の位相にずれが発生する。また、ロータ３の回転中に通電方式を切り替える場合にも、通電波形の位相にずれが発生する。矩形波通電と台形波通電とでは、通電波形の形状や通電期間が異なるからである。
【００４６】
図４に、ホール信号と、それに対応してインバータ回路２０へ出力される通電信号の一例を示す。同図中、（ａ）がホール信号、（ｂ）が矩形通電の場合の通電信号、（ｃ）が台形波通電の場合の通電信号である。なお、台形波通電の立ち上がり及び立ち下がりの部分は、傾斜波を形成するために、ＰＷＭ制御によってパルス幅が変調されている。図では、４段階のパルスで変調しているが、８段階などでも構わない。
【００４７】
台形波通電における通電波形の立ち上がりエッジは、矩形波通電における通電波形の立ち上がりエッジよりも進んでいる（進角）。従って、例えば、台形波通電から矩形波通電に切り替わる際、台形波通電の位相がそのまま適用されると、２点鎖線で示すように、矩形波通電はその進角分だけ進むことになる。
【００４８】
図４に示すように、矩形波通電の通電幅は１５０°である。一方、台形波通電における矩形部分の通電幅は１５０°で、前後に７．５°のパルス幅で変調し、計１６５°の通電幅である。よって、台形波通電における通電波形の立ち上がりエッジと、矩形波通電における通電波形の立ち上がりエッジの位置が異なっている。この状態で、矩形波通電と台形波通電とを切り替えると、位相がずれる。位相がずれることで、回転数が急激に上がる或いは下がり、騒音・振動が発生する。
【００４９】
また、図５のように、回転数は一定で、進角値に対するモータ効率を示した結果、最適な進角値は、矩形波通電と台形波通電とでは異なる。ちなみに、このグラフは一例であり、モータの仕様や負荷によっては矩形波通電と台形波通電の位置が異なる場合がある。よって、矩形波通電では１５０°の通電幅であるが、台形波通電では１３５°の通電幅に前後１５°のパルス幅を設けるようにするなど、モータの仕様に合わせて最適な進角値に補正する（位相を補正する）必要がある。
【００５０】
位相補正部３６は、入力電圧調整部３７と協働して、この位相のずれを補正する機能を有している。具体的には、速度指令電圧Ｖｓｐが入力電圧調整部３７に入力される。入力電圧調整部３７には、速度補正情報が記憶されている。速度補正情報は、速度指令電圧Ｖｓｐ、つまり回転速度に対応した適切な位相の補正量に関する情報である。入力電圧調整部３７は、後述する位相補正部３６へ出力するために最適な電圧に調整し、進角設定電圧として出力する。
【００５１】
位相補正部３６には比較部３５から比較結果信号も入力される。位相補正部３６は、比較結果信号により、矩形波通電か台形波通電かを判断する。位相補正部３６には、速度補正情報および波形補正情報が予め設定されている。速度補正情報は、速度指令電圧Ｖｓｐ、つまり回転速度に対応した適切な位相の補正量に関する情報である。波形補正情報は、通電波形に対応した適切な位相の補正量に関する情報である。位相補正部３６は、波形補正情報と速度補正情報とに基づいて、総合的な位相の補正に関する補正情報を生成する。生成された補正情報に関する補正信号は、タイミング制御部３８に出力される。
【００５２】
タイミング制御部３８は、ＰＷＭ信号や回転位置信号に基づいて、通電のタイミングを制御する機能を有している。タイミング制御部３８は、ＰＷＭ信号と回転位置信号とからコイル群の各相に通電を開始するタイミングに関するタイミング情報を生成する。
【００５３】
更に、タイミング制御部３８は、補正信号に基づいて、生成したタイミング情報を補正する機能も有している。従って、ロータ３の回転数の変化や通電方式の切り替えがあっても、通電波形は適切な位相に補正されるので、安定したモータ性能を発揮することができる。補正されたタイミング情報は、タイミング信号として通電信号形成部３９に出力される。
【００５４】
通電信号形成部３９には比較部３５から比較結果信号も入力される。通電信号形成部３９は、比較結果信号とタイミング信号に基づいて、通電信号を生成する。通電信号形成部３９は、比較結果信号に従って矩形波通電及び台形波通電のいずれかの通電方式の通電信号を生成する。従って、異なった比較結果信号が通電信号形成部３９に入力されると、通電方式が切り替わる。生成された通電信号に基づいて、上アーム駆動回路４０及び下アーム駆動回路４１が作動する。
【００５５】
上アーム駆動回路４０及び下アーム駆動回路４１のそれぞれは、通電信号に従ってスイッチング素子２２を制御する。具体的には、上アーム駆動回路４０は、所定のタイミングで所定の上流側スイッチング素子２２ａをオンオフする。下アーム駆動回路４１は、所定のタイミングで所定の下流側スイッチング素子２２ｂをオンオフする。
【００５６】
図６に、通電信号の一例を示す。同図の（ａ）はホール信号である。（ｂ）は（ａ）のホール信号に対する矩形波通電における通電信号、（ｃ）は（ａ）のホール信号に対する台形波通電における通電信号である。（ｄ）は（ｃ）に対応したコイル群の各相における印加電圧である。なお、（ｃ）のハッチング部分は、パルス幅が変調されている部分を示している（図４の（ｃ）参照）。
【００５７】
モータ１によれば、回転数に応じて、回転中に通電方式を切り替えることができる。従って、騒音や振動の低減と、スイッチングロスの低減とがバランスよく実現できる。通電方式の切り替えが速度指令電圧Ｖｓｐに基づいて行われるので、高度な演算処理は不要である。従って、制御回路３０を簡素にでき、安価に実現できる。
【００５８】
また、回転中に通電方式を切り替える際、位相を補正することで、位相のずれによる騒音・振動を防止することができる。また、通電方式を切り替えた際、通電方式によって異なる最適な進角値へ補正することで、モータ効率が向上する。
【００５９】
モータ１は、例えば、回転数の変化に伴うトルク変動が小さい機器に好適である。
【００６０】
＜第２実施形態＞
第１実施形態では、入力信号に速度指令電圧Ｖｓｐを用いた例を示した。本実施形態では、シャント電圧ＶＲｓを入力信号に用いる例を示す。なお、本実施形態の基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、同じ機能の構成には同じ符号を用いてその説明は省略する。
【００６１】
図７に、本実施形態のモータ（モータ１Ａと称する）の詳細を表したブロック図を示す。同図に示すように、モータ１Ａの制御回路３０にはシャント電圧生成部５１が設けられている。シャント電圧生成部５１は、シャント抵抗２５を流れる電流からシャント抵抗２５に加わる電圧を検出する。
【００６２】
トルクの変動に連動して駆動電流は変動する。その駆動電流の変動に連動してシャント抵抗２５を流れる電流やシャント抵抗２５に加わる電圧も変動する。ただし、シャント抵抗２５に加わる電圧は常時変動している。
【００６３】
シャント電圧生成部５１は、その変動する電圧の所定期間におけるピークの値に基づいて一定の電圧を生成する（シャント電圧ＶＲｓとも称する）。シャント電圧ＶＲｓは必要に応じて増幅してもよい。シャント電圧ＶＲｓは、比較部３５に出力される（同図にて矢印記号Ａで示す）。
【００６４】
本実施形態の波形切替設定部３４は、第１実施形態と異なり、シャント電圧ＶＲｓ用に構成されている。具体的には、波形切替設定部３４には、シャント電圧ＶＲｓに対応した所定の電圧値の情報が予め記憶されている。
【００６５】
本実施形態の比較部３５も、第１実施形態と異なり、シャント電圧ＶＲｓ用に構成されている。具体的には、比較部３５は、シャント電圧ＶＲｓと基準値とを比較し、その比較結果信号を出力する。
【００６６】
モータ１Ａは、例えば、トルクが大きく変動する機器に好適である。トルクの変動に応じて適切なタイミングで通電方式を切り替えることができる。
【００６７】
＜第３実施形態＞
本実施形態では、速度指令電圧Ｖｓｐとシャント電圧ＶＲｓの両方を入力信号に用いる例を示す。なお、本実施形態の基本的な構成は第１実施形態等と同様であるため、同じ機能の構成には同じ符号を用いてその説明は省略する。
【００６８】
図８に、本実施形態のモータ（モータ１Ｂと称する）の詳細を表したブロック図を示す。同図に示すように、モータ１Ｂの制御回路３０にはシャント電圧生成部５１が設けられている。更に、波形切替設定部３４や比較部３５は、それぞれシャント電圧用と速度指令電圧用の２つの機能を含む。
【００６９】
具体的には、モータ１Ｂの波形切替設定部３４は、シャント電圧用の第１波形切替設定部３４ａと、速度指令電圧用の第２波形切替設定部３４ｂとを含む。第１波形切替設定部３４ａは、第２実施形態の波形切替設定部３４と同じ構成である。第２波形切替設定部３４ｂは、第１実施形態の波形切替設定部３４と同じ構成である。
【００７０】
また、モータ１Ｂの比較部３５は、シャント電圧用の第１比較部３５ａと、速度指令電圧用の第２比較部３５ｂとを含む。第１比較部３５ａは、第２実施形態の比較部３５と同じ構成である。第２比較部３５ｂは、第１実施形態の比較部３５と同じ構成である。
【００７１】
第１比較部３５ａ及び第２比較部３５ｂのそれぞれで得られる比較結果信号は、ＡＮＤ回路６１に出力される。ＡＮＤ回路６１では、その比較結果信号に基づいて、通電方式の選択が行われる。例えば、第１比較部３５ａ及び第２比較部３５ｂの両方から第１信号が出力された場合に、ＡＮＤ回路６１は第１信号を出力する。そして、その他の場合には、ＡＮＤ回路６１は第２信号を出力する。
【００７２】
モータ１Ｂは、回転速度の変動により駆動電流が変動し、また、トルクの変動によっても駆動電流が変動する機器に好適である。例えば、トルクの上昇に伴って駆動電流が増加しても、回転速度は低くて騒音等を気にしなくてもよい場合などに矩形波通電に切り替えれば、スイッチングロスを減らすことができる。
【００７３】
なお、本発明のモータは、上述した実施形態に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。
【００７４】
例えば、第２通電方式における印加電圧の波形は、台形状に限らず正弦曲線状であってもよい。位置検出手段は、ホール素子に限らず、ホールＩＣやレゾルバ等であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明のモータは、ファンの駆動モータ等に利用できる。
【符号の説明】
【００７６】
１ モータ
３ ロータ
３ａ 磁石
４ ステータ
４ａ コイル
５ ホール素子（位置検出手段）
６ 回路基板
２０ インバータ回路
２２ スイッチング素子
２５ シャント抵抗
３０ 制御回路
３２ ＰＷＭ制御部
３３ 回転位置算出部
３４ 波形切替設定部
３５ 比較部
３６ 位相補正部
３７ 入力電圧調整部
３８ タイミング制御部
３９ 通電信号形成部
４０ 上アーム駆動回路
４１ 下アーム駆動回路
５１ シャント電圧生成部
Ｊ 回転軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を中心に回転し、複数の磁極を構成する磁石を含むロータと、
前記ロータと隙間を隔てて対向し、複数の相を構成するコイル群を含むステータと、
前記コイル群の各相に駆動電流を供給するインバータ回路と、
所定の入力信号に従って前記インバータ回路をＰＷＭ方式により制御し、前記ロータを所定の回転速度で駆動する制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、
通電時における印加電圧の波形が矩形状である第１通電方式と、通電時における印加電圧の波形が台形状又は正弦曲線状である第２通電方式と、に切り替えるために、予め設定された所定の基準値を出力する波形切替設定部と、
前記入力信号と、前記基準値と、を比較する比較部と、
前記比較部から入力される比較結果信号に基づいて、前記第１通電方式と前記第２通電方式とを切り替える通電信号形成部と、
を含むモータ。
【請求項２】
請求項１に記載のモータにおいて、
前記ロータの回転に伴う磁極変化を検出する位置検出手段を備え、
前記制御回路は、
前記位置検出手段から入力される信号に基づいて前記ロータの回転位置を算出する回転位置算出部と、
前記回転位置算出部から入力される信号に基づいて通電のタイミングを制御するタイミング制御部と、
前記比較結果信号に基づいて位相のタイミングを補正する位相補正部と、
を有しているモータ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のモータにおいて、
前記入力信号は、外部から入力される速度指令電圧であるモータ。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載のモータにおいて、
前記インバータ回路には、シャント抵抗が接続され、
前記制御回路は、前記シャント抵抗に加わる電圧を検出し、所定のシャント電圧を生成するシャント電圧生成部を有し、
前記入力信号は、前記シャント電圧であるモータ。
【請求項５】
請求項４に記載のモータにおいて、
前記入力信号に、前記シャント電圧と、外部から入力される速度指令電圧と、が用いられ、
前記波形切替設定部は、前記シャント電圧用の第１波形切替設定部と、前記速度指令電圧用の第２波形切替設定部と、を含み、
前記比較部は、前記シャント電圧用の第１比較部と、前記速度指令電圧用の第２比較部と、を含み、
前記第１比較部及び前記第２比較部の双方から入力される比較結果信号に基づいて、通電信号形成部が前記第１通電方式と前記第２通電方式とを切り替えるモータ。
【請求項１】
回転軸を中心に回転し、複数の磁極を構成する磁石を含むロータと、
前記ロータと隙間を隔てて対向し、複数の相を構成するコイル群を含むステータと、
前記コイル群の各相に駆動電流を供給するインバータ回路と、
所定の入力信号に従って前記インバータ回路をＰＷＭ方式により制御し、前記ロータを所定の回転速度で駆動する制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、
通電時における印加電圧の波形が矩形状である第１通電方式と、通電時における印加電圧の波形が台形状又は正弦曲線状である第２通電方式と、に切り替えるために、予め設定された所定の基準値を出力する波形切替設定部と、
前記入力信号と、前記基準値と、を比較する比較部と、
前記比較部から入力される比較結果信号に基づいて、前記第１通電方式と前記第２通電方式とを切り替える通電信号形成部と、
を含むモータ。
【請求項２】
請求項１に記載のモータにおいて、
前記ロータの回転に伴う磁極変化を検出する位置検出手段を備え、
前記制御回路は、
前記位置検出手段から入力される信号に基づいて前記ロータの回転位置を算出する回転位置算出部と、
前記回転位置算出部から入力される信号に基づいて通電のタイミングを制御するタイミング制御部と、
前記比較結果信号に基づいて位相のタイミングを補正する位相補正部と、
を有しているモータ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のモータにおいて、
前記入力信号は、外部から入力される速度指令電圧であるモータ。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載のモータにおいて、
前記インバータ回路には、シャント抵抗が接続され、
前記制御回路は、前記シャント抵抗に加わる電圧を検出し、所定のシャント電圧を生成するシャント電圧生成部を有し、
前記入力信号は、前記シャント電圧であるモータ。
【請求項５】
請求項４に記載のモータにおいて、
前記入力信号に、前記シャント電圧と、外部から入力される速度指令電圧と、が用いられ、
前記波形切替設定部は、前記シャント電圧用の第１波形切替設定部と、前記速度指令電圧用の第２波形切替設定部と、を含み、
前記比較部は、前記シャント電圧用の第１比較部と、前記速度指令電圧用の第２比較部と、を含み、
前記第１比較部及び前記第２比較部の双方から入力される比較結果信号に基づいて、通電信号形成部が前記第１通電方式と前記第２通電方式とを切り替えるモータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１５７１３５（Ｐ２０１２−１５７１３５Ａ）
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３１８６（Ｐ２０１１−１３１８６）
【出願日】平成２３年１月２５日（２０１１．１．２５）
【出願人】（３９８０６１８１０）日本電産テクノモータ株式会社 (197)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２５日（２０１１．１．２５）
【出願人】（３９８０６１８１０）日本電産テクノモータ株式会社 (197)
【Ｆターム（参考）】
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