電動機およびそれを搭載した電気機器
【課題】圧力損失など静圧が変化しても風量の変化量が極めて少ない高精度な風量−静圧特性を実現した上で、湿度の変化に応じて、湿度が高い場合は送風量を多くできる送風装置を実現できる電動機の提供を目的としている。
【解決手段】磁石回転子３の磁極部３ａをポリアミド６樹脂にて形成することで、同一分子長においてアミド基が多いために、アミド基と水素結合する水分子が、さらに湿度が高い領域では周囲の水分子を引きつけ、水分子−水分子の水素結合を形成して膨潤するため、磁石回転子３の磁極部３ａの外径は大きくなり、エアーギャップ１８は小さくなることとなり、駆動コイル２に誘起される誘起電圧は高くなり、駆動コイル２に供給する電流が同一であれば、誘起電圧が高くなった分、軸トルクは高くなる電動機とすることができるので、常湿時に対して高湿時には換気風量が増加する風量−静圧特性が得られる。
【解決手段】磁石回転子３の磁極部３ａをポリアミド６樹脂にて形成することで、同一分子長においてアミド基が多いために、アミド基と水素結合する水分子が、さらに湿度が高い領域では周囲の水分子を引きつけ、水分子−水分子の水素結合を形成して膨潤するため、磁石回転子３の磁極部３ａの外径は大きくなり、エアーギャップ１８は小さくなることとなり、駆動コイル２に誘起される誘起電圧は高くなり、駆動コイル２に供給する電流が同一であれば、誘起電圧が高くなった分、軸トルクは高くなる電動機とすることができるので、常湿時に対して高湿時には換気風量が増加する風量−静圧特性が得られる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主にレンジフードや天井埋め込み型等の排気用および給気用の換気装置や、加湿機、除湿機、冷凍機器、空気調和機、給湯機、ファンフィルタユニットなどに搭載する電動機およびその電動機を搭載した電気機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、換気装置等の電気機器に搭載する電動機においては、低価格化、高効率化、静音化をした上で、ダクト配管形態による圧力損失や外風圧、フィルタ等の目詰まりによる圧力損失の変化の影響を受けることなく、居室の状況に応じて最適な風量で換気ができるような制御性の良い電動機が求められている。
【０００３】
従来、この種の電動機は、特許文献１に開示された構成のものが知られている。
【０００４】
以下、その送風装置について図８を参照しながら説明する。
【０００５】
図に示すように、電動機１３０は駆動ロジック制御手段１３４とインバータ回路１０６にて駆動制御され、駆動ロジック制御手段１３４にはインバータ回路１０６の下段側スイッチング素子をＰＷＭ制御するＰＷＭ制御手段１３２を内蔵し、インバータ回路１０６には低圧直流電圧変換手段１３５から出力される定電圧が印加され、デューティ指示電圧生成手段１３１は低圧直流電圧変換手段１３５から出力される定電圧を減圧してＰＷＭ制御手段１３２のＯＮ／ＯＦＦデューティを制御し、デューティ指示電圧生成手段１３１の生成電圧とインバータ回路１０６に流れる電流の相関が、デューティ指示電圧生成手段１３１の生成電圧が高くなるにしたがい、インバータ回路１０６に流れる電流が線形的に増加するよう制御する指示電流値変更手段１１７、電流値指示手段１１９、供給電流値制御手段１２２、電流検出手段１２１を備えた構成としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１４９０４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような従来の電動機によれば、快適な室内空気質の実現の観点から、室内の湿度に応じて、湿度が低い場合に対して湿度が高い場合は一定風量であっても送風量を増やすことが要望される換気装置等に搭載した場合、湿度が低い場合の送風量と、湿度が高い場合の送風量を変更できないという課題があり、必要とする回路スペースを大きくすることなく、特別なセンサや、マイクロコンピュータを用いることなく、風量−静圧特性や、複数の風量設定などの仕様調整を容易にでき、湿度の変化に応じて送風量を制御できることが要求されている。
【０００８】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、仕様調整の簡素化、回路の小型化、高品質化、圧力損失など静圧が変化しても風量の変化量が極めて少ない高精度な風量−静圧特性を実現した上で、湿度の変化に応じて、湿度が高い場合は送風量を多くできる電動機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】
【０００９】
そして、この目的を達成するために、本発明は、駆動コイルを巻装した固定子にエアーギャップを介して回転自在に配置された磁石回転子にて構成され、この磁石回転子の磁極部を水素結合により膨潤するプラスチックマグネットにて形成させ、インバータ回路は上段と下段からなり、それぞれ複数のスイッチング素子でブリッジ接続され、このインバータ回路に印加される直流電圧を前記スイッチング素子の上段または下段をＰＷＭ制御するとともに、前記駆動コイルに所定の方向と順序で順次全波通電するための駆動ロジック制御手段と、前記スイッチング素子をＰＷＭ制御する時のＯＮ／ＯＦＦデューティを指示する指示電圧とするデューティ指示電圧生成手段と、このデューティ指示電圧生成手段の出力を変更することにより前記スイッチング素子のＰＷＭ制御のＯＮ／ＯＦＦデューティを可変して前記インバータ回路に供給する平均電流を略一定に制御する供給電流値制御手段と、この供給電流値制御手段によって略一定に制御する平均電流値を指示する電流値指示手段と、この電流値指示手段には前記デューティ指示電圧生成手段にて生成した直流電圧の電圧値に応じて、前記電流値指示手段によって指示する平均電流値との相関関係を指示する相関関係指示手段を配し、この相関関係指示手段は前記基準電流値指示手段にて指示された基準電流値に対して線形あるいは非線形的に変化させて前記電流値指示手段によって指示する平均電流値を決定し、前記磁石回転子の前記磁石は基準湿度よりも高湿になることで、吸湿によって膨潤することにより、前記エアーギャップが小さくなることを特徴とする電動機としたものであり、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】
【００１０】
本発明によれば、駆動コイルを巻装した固定子にエアーギャップを介して回転自在に配置された磁石回転子にて構成され、この磁石回転子の磁極部を水素結合により膨潤するプラスチックマグネットにて形成させ、インバータ回路は上段と下段からなり、それぞれ複数のスイッチング素子でブリッジ接続され、このインバータ回路に印加される直流電圧を前記スイッチング素子の上段または下段をＰＷＭ制御するとともに、前記駆動コイルに所定の方向と順序で順次全波通電するための駆動ロジック制御手段と、前記スイッチング素子をＰＷＭ制御する時のＯＮ／ＯＦＦデューティを指示する指示電圧とするデューティ指示電圧生成手段と、このデューティ指示電圧生成手段の出力を変更することにより前記スイッチング素子のＰＷＭ制御のＯＮ／ＯＦＦデューティを可変して前記インバータ回路に供給する平均電流を前記略一定に制御する供給電流値制御手段と、この供給電流値制御手段によって略一定に制御する平均電流値を指示する電流値指示手段と、この電流値指示手段には前記デューティ指示電圧生成手段にて生成した直流電圧の電圧値に応じて、前記電流値指示手段によって指示する平均電流値との相関関係を指示する相関関係指示手段を配し、この相関関係指示手段は前記基準電流値指示手段にて指示された基準電流値に対して線形あるいは非線形的に変化させて前記電流値指示手段によって指示する平均電流値を決定し、前記磁石回転子の前記磁石は基準湿度よりも高湿になることで、吸湿によって膨潤することにより、前記エアーギャップが小さくなることを特徴とする電動機の構成にしたことにより、回転数が上昇するにしたがって軸トルクが一段と大きくなる電動機の回転数−トルク特性は、基準湿度よりも高湿になることで、吸湿によって膨潤することにより、エアーギャップが小さくなり、駆動コイルに誘起される誘起電圧が高くなるため、同一回転数での軸トルクは高くなるので、マイクロコンピュータや湿度センサなどの特別なセンサを使用することなく、風量一定制御における風量の増加を実現できる電動機および電気機器が提供できるという効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１における電動機を示すブロック図
【図２】同電動機を示す断面図
【図３】同電動機のデューティ指示電圧−電流特性の一例を示すグラフ
【図４】同電動機の回転数−トルク特性の一例を示すグラフ
【図５】同電動機を搭載した換気装置の風量−静圧特性の一例を示すグラフ
【図６】同電動機を搭載した換気装置の一例を示す三面図
【図７】本発明の実施の形態２における電動機を示すブロック図
【図８】従来の電動機を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の請求項１記載の電動機は、駆動コイルを巻装した固定子にエアーギャップを介して回転自在に配置された磁石回転子にて構成され、この磁石回転子の磁極部を水素結合により膨潤するプラスチックマグネットにて形成させ、インバータ回路は上段と下段からなり、それぞれ複数のスイッチング素子でブリッジ接続され、このインバータ回路に印加される直流電圧を前記スイッチング素子の上段または下段をＰＷＭ制御するとともに、前記駆動コイルに所定の方向と順序で順次全波通電するための駆動ロジック制御手段と、前記スイッチング素子をＰＷＭ制御する時のＯＮ／ＯＦＦデューティを指示する指示電圧とするデューティ指示電圧生成手段と、このデューティ指示電圧生成手段の出力を変更することにより前記スイッチング素子のＰＷＭ制御のＯＮ／ＯＦＦデューティを可変して前記インバータ回路に供給する平均電流を略一定に制御する供給電流値制御手段と、この供給電流値制御手段によって略一定に制御する平均電流値を指示する電流値指示手段と、この電流値指示手段には前記デューティ指示電圧生成手段にて生成した直流電圧の電圧値に応じて、前記電流値指示手段によって指示する平均電流値との相関関係を指示する相関関係指示手段を配し、この相関関係指示手段は前記基準電流値指示手段にて指示された基準電流値に対して線形あるいは非線形的に変化させて前記電流値指示手段によって指示する平均電流値を決定し、前記磁石回転子の前記磁石は基準湿度よりも高湿になることで、吸湿によって膨潤することにより、前記エアーギャップが小さくなることを特徴とする電動機の構成を有する。これにより、回転数が上昇するにしたがって軸トルクが一段と大きくなる電動機の回転数−トルク特性は、基準湿度よりも高湿になることで、吸湿によって磁石回転子の磁極部が膨潤することにより、エアーギャップが小さくなり、駆動コイルに誘起される誘起電圧が高くなるため、同一回転数での軸トルクは高くなるので、マイクロコンピュータや、湿度センサなどの特別なセンサを使用することなく、風量一定制御における風量の増加を実現できるという効果を奏する。
【００１３】
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。
【００１４】
（実施の形態１）
図１〜図６に示すように、１０は電動機１１を搭載した遠心型送風機１０ａを内蔵した送風装置で、外部電源に接続されている。１は送風装置１０を内蔵した換気装置である。送風装置１０によって吸い込まれた、煙草の煙や調理等で発生し、汚れた室内空気は換気装置１の吐出口、ダクト２３を介して建物の壁を貫通して屋外に排出される。電動機１１の磁石回転子３の磁極部３ａはアミド基１個当たりのメチレン基数の少ないポリアミド６樹脂を主バインダとし、ブチルベンゼンスルホンアミドなどのエラストマ成分を補助バインダとするプラスチックマグネットを射出成形時に極配向させて形成している。そして、磁石回転子３と駆動コイル２を巻装した固定子１９との間にエアーギャップ１８を形成している。電動機１１の外被は、炭酸カルシウムや水酸化アルミニウムやワラストナイトなどの充填材とガラス繊維を含有する不飽和ポリエステル等の樹脂でモールドされている。このモールド樹脂体には、磁石回転子３の磁極位置と磁束密度分布を検知する磁極位置検出手段となるホール素子４と、インバータ回路６と、駆動ロジック制御手段５と、ＰＷＭ制御手段１２と、電流波形制御手段７を内蔵している。インバータ回路６は、上段側スイッチング素子Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５と下段側スイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６をブリッジ接続したものである。駆動ロジック制御手段５は、ホール素子４の出力に基づいて供給される外部電源である直流電圧を駆動コイル２に印加し、所定の方向と順序で順次全波通電となるようスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のＯＮ／ＯＦＦを制御する。ＰＷＭ制御手段１２は、下段側スイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６をＰＷＭ制御する。電流波形制御手段７は、駆動コイル２の各相電流波形がホール素子４の出力波形に略相似形になるように、下段側スイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６のＯＮ／ＯＦＦデューティを調整する。ここで、磁石回転子３の磁極部３ａは極異方性磁石となっているため、駆動コイル２に誘起される誘起電圧は略正弦波状の波形となり、ホール素子４の検出波形も略正弦波状の波形となる。そして、電流波形制御手段７は駆動コイル２の各相電流波形が略正弦波状になるよう制御するので、インバータ回路６に供給される電流には非通電区間がなく、電流波形には急峻な変化が無くなるとともにリプルの発生が抑制されることとなる。そして、電動機１１の外部には、インバータ回路６に供給される電流を検知する電流検出手段１５と、ＰＷＭ制御手段１２のＯＮ／ＯＦＦデューティを指示するデューティ指示電圧生成手段１４と、インバータ回路６に供給される基準電流値を設定する基準電流値指示手段１６と、供給電流値制御手段１７と、送風装置１０の複数の運転風量を指示する風量指示手段２０と、基準電流値指示変更手段２１と、相関関係変更手段２２とを設けている。デューティ指示電圧生成手段１４は、外部電源より供給される直流電圧を減圧してＰＷＭ制御手段１２のＯＮ／ＯＦＦデューティを指示する。基準電流値指示手段１６は、デューティ指示電圧生成手段１４にて生成した直流電圧の所定電圧時にインバータ回路６に供給される基準電流値を設定する。供給電流値制御手段１７は、電流検出手段１５にて検出するインバータ回路６に供給される平均電流値が電流値指示手段９にて指示された電流値と同等になるように、デューティ指示電圧生成手段１４を制御することにより、ＰＷＭ制御手段１２のＯＮ／ＯＦＦデューティを可変しながらフィードバック制御する。相関関係指示手段１３は、デューティ指示電圧生成手段１４の出力電圧−電流特性が図３に示すような特性になるように、出力電圧の変化をフィードバックして、デューティ指示電圧生成手段１４の出力する電圧値の大きさに応じて、インバータ回路６に供給する電流を基準電流値に対して線形変化（比例）させて電流値指示手段９に指示する。この時、インバータ回路６の耐圧とキックバック電圧を考慮した上でＯＮ／ＯＦＦデューティに上限を設け、電流を制御することなくＯＮ／ＯＦＦデューティ一定で運転する区間を設けている。相関関係指示手段１３は接続する抵抗Ｒ１の抵抗値の大きさにより、基準電流値指示手段１６にて指示された基準電流値に対して変化させる変化量を決定する。基準電流値指示手段１６は接続する抵抗Ｒ２の抵抗値の大きさによって、デューティ指示電圧生成手段１４にて生成した直流電圧の所定電圧時にインバータ回路６に供給される基準電流値を決定する。風量指示手段２０はトルク特性変更手段２４を制御することによって、基準電流値指示変更手段２１により、基準電流値指示手段１６に接続する抵抗Ｒ２の抵抗値を変更するとともに、相関関係変更手段２２により、相関関係指示手段１３に接続する抵抗Ｒ１の抵抗値を変更する構成である。
【００１５】
このような本発明の送風装置１０によれば、相関関係指示手段１３がデューティ指示電圧生成手段１４の出力する電圧値の大きさに応じて、インバータ回路６に供給する電流を基準電流値に対して線形変化させて電流値指示手段９に指示するので、回転数が高くなれば供給電流も大きくなり、逆に回転数が低くなれば供給電流も小さくなる。そのため、図４に示すように、電動機１１の回転数−トルク特性は回転数が上昇するにしたがって軸トルクが大きくなる特性が得られることとなり、この特性によって、送風装置１０を搭載する換気装置１では、図５に示すような外風圧やダクト長さなどの圧力損失が変化しても風量が大きく変化しない風量−静圧特性が得られる。そして、磁石回転子３の磁極部３ａを形成するポリアミド６樹脂は、同一分子長においてアミド基が多く、アミド基と水素結合する水分子が、さらに湿度が高い領域では周囲の水分子を引きつけ、水分子−水分子の水素結合を形成して膨潤する。そのため、磁石回転子３の磁極部３ａの外径は大きくなり、エアーギャップ１８は小さくなることとなり、駆動コイル２に誘起される誘起電圧は高くなる。駆動コイル２に供給する電流が同一であれば、誘起電圧が高くなった分、軸トルクは高くなるので、図５に示す風量−静圧特性は、基準湿度時（常湿時）に対して高湿時には換気風量が増加する風量−静圧特性が得られる。
【００１６】
また、相関関係指示手段１３に接続する抵抗Ｒ１の抵抗値の大きさにより、基準電流値指示手段１６にて指示された基準電流値に対して変化させる変化量を決定するため、電動機１１の回転数−トルク特性における、回転数が上昇するにしたがって軸トルクが大きくなる度合いを変更することができる。そのため、換気装置１の機内抵抗の変更への対応のための仕様調整や、遠心型送風機１０ａの羽根径変更・ブレード枚数変更・ブレード仕様変更などによる負荷変更への対応のための仕様調整や、送風装置１０の風量−静圧特性の調整ができることから、仕様調整に要する工数の大幅な削減ができるとともに、電動機１１や主要制御回路の標準化を可能にできることとなる。
【００１７】
また、基準電流値指示手段１６に接続する抵抗Ｒ２の抵抗値の大きさにより、デューティ指示電圧生成手段１４にて生成した直流電圧の所定電圧時にインバータ回路６に供給される基準電流値を決定する。そのため、換気装置１の機内抵抗の変更への対応のための仕様調整や、換気装置１の風量−静圧特性における風量の調整ができることから、仕様調整に要する工数の大幅な削減ができるとともに、電動機や主要制御回路の標準化を可能にできることとなる。
【００１８】
また、風量指示手段２０の指示状態によって、基準電流値指示手段１６に接続する抵抗Ｒ２の抵抗値を変更するため、風量指示手段２０の風量指示に応じた風量調整が容易にできる。従って、換気装置１を設置する居室などの要求される必要風量に応じて抵抗Ｒ２のみの調整で可能となるので、仕様調整に要する工数の大幅な削減ができるとともに、電動機や主要制御回路の標準化を可能にできることとなる。
【００１９】
また、風量指示手段２０の指示状態によって、相関関係変更手段２２は、相関関係指示手段１３に接続する抵抗Ｒ１の抵抗値を変更するため、送風装置１０が要求される風量−静圧特性に応じた風量特性が容易にできる。従って、換気装置１を設置する居室などの要求される必要風量に応じて抵抗Ｒ１のみの調整で可能となるので、仕様調整に要する工数の大幅な削減ができるとともに、電動機や主要制御回路の標準化を可能にできることとなる。
【００２０】
また、駆動ロジック制御手段５は駆動コイル２に非通電区間がない電流を供給するため、インバータ回路に供給される電流のリプルが大幅に減少し、電流検出手段１５による電流検出精度の高精度化による風量精度の高精度化と、モータのトルクリプル低減による低振動化を実現した送風装置１０および換気装置１を可能にできることとなる。
【００２１】
また、ホール素子４の検知する波形が極異方性磁石によって駆動コイル２に誘起される誘起電圧波形と略相似となるようにホール素子４と磁石の空隙を設定して配置し、電流波形制御手段７はホール素子４が検知した磁束密度分布波形に略相似形の電流を駆動コイル２に流すことにより、誘起電圧波形と電流波形が略相似となる。従って、トルクリプルおよびトルク変化率を一層低く抑えることができるとともに、モータ効率が大幅に向上するため、低騒音化、高効率化を実現した送風装置１０および換気装置１が得られる。
【００２２】
また、磁石回転子３の磁極部を極異方性磁石とすることにより、誘起電圧波形も電流波形もともに正弦波となることから、トルクリプルおよびトルク変化率をより一層低く抑えることができるとともに、モータ効率も大幅に向上するので、静音化、高効率化を実現した送風装置１０および換気装置１が得られる。
【００２３】
なお、本実施の形態１では相関関係指示手段１３がデューティ指示電圧生成手段１４の出力する電圧値の大きさに応じて、インバータ回路６に供給する電流を基準設定値に対して線形変化させて指示する構成としたが、非線形変化（高次式比例）させる構成でも良く、ファン負荷などの負荷量から、回転数−トルク特性の特性カーブの最適な傾きとなるように適宜設定することによって同様の作用効果を得ることができる。
【００２４】
また、本実施の形態１では駆動コイル２に供給される電流波形を、誘起電圧波形に略相似形となるように構成したが、用途、商品の要求される風量精度や騒音レベルに応じて、１２０度矩形波通電や、１４０度、１５０度通電のように広角通電方式や、二相変調による正弦波駆動方式としても良く、モータの回転数−トルク特性は回転数が上昇するにしたがって軸トルクが大きくなる特性が得られることに差異は生じない。
【００２５】
また、本実施の形態１では磁束密度分布検知手段としてホール素子４を用いた構成としたが、非通電相に誘起される誘起電圧や、電流を検知して磁石回転子に対する通電位相を決めるセンサレス方式や、ホールＩＣなどの磁石のＮ極、Ｓ極を判断して磁石回転子の磁極位置を検知する磁極位置検出手段を用いる方式としても良く、その作用効果に差異を生じない。
【００２６】
また、本実施の形態１では、換気装置１には外部電源より直流電圧を入力する構成としたが、商用の交流電圧を入力し、整流平滑してから所定の直流電圧を生成してから駆動コイル２に供給する構成としても良く、その作用効果に差異を生じない。
【００２７】
また、本実施の形態１では、換気装置１に供給される外部電源からの直流電圧を駆動コイル２に印加する構成としたが、昇降圧コンバータを介して駆動コイル２に印加する構成としても良く、その作用効果に差異を生じない。
【００２８】
また、本実施の形態１では、風量指示手段２０の指示状態によって、トルク特性変更手段２４が基準電流値指示変更手段２１により、基準電流値指示手段１６に接続する抵抗Ｒ２の抵抗値を変更するとともに、相関関係変更手段２２により、相関関係指示手段１３に接続する抵抗Ｒ１の抵抗値を変更制御する構成としたが、基準電流値指示変更手段２１もしくは相関関係変更手段２２のどちらかのみを制御する構成としてもよく、その作用効果に差異を生じない。
【００２９】
（実施の形態２）
図７に示すように、２５は商用交流電源を接続する交流電源接続手段で、強出力接続端子２５ａ、弱出力接続端子２５ｂ、共通接続端子２５ｃより成り、実施の形態１と同一部分には同一番号を付して詳細な説明は省略する。２６は外部スイッチで、強出力接続端子２５ａまたは弱出力接続端子２５ｂのどちらかに接続する構成で、入力された商用交流電源は整流手段２７および平滑手段２８にて整流平滑され、降圧型のチョッパ回路にて形成した直流電圧変換手段８にて生成された所定の直流電圧はインバータ回路６に印加される。２９は風量指示手段であって、外部スイッチ２６が強出力接続端子２５ａまたは弱出力接続端子２５ｂのどちらに接続されているのかを検知し、トルク特性変更手段２４が風量指示手段２９の出力信号を受けて、基準電流値指示変更手段２１と、相関関係変更手段２２へ信号を送る。その他の送風装置１０を構成する電動機１１、インバータ回路６、駆動ロジック制御手段５、電流検出手段１５、基準電流値指示手段１６、相関関係指示手段１３などの構成は実施の形態１と同じである。
【００３０】
このような本発明の送風装置１０によれば、交流電源接続手段２５において、強出力接続端子２５ａと弱出力接続端子２５ｂのように２箇所設け、風量指示手段２９が強出力接続端子２５ａに接続されているのか、弱出力接続端子２５ｂに接続されているのかを検知し、その結果に基づいて風量指示手段２９がトルク特性変更手段２４に基準電流値指示変更手段２１を制御して基準電流値指示手段１６に接続する抵抗Ｒ２の抵抗値を変更する指示をするため、インバータ回路６に供給する電流の基準設定値が変更されることにより、２段階の風量が得られるので、交流電源ラインの接続切り替えによる速度調節が可能な送風装置が得られる。ここで、交流電源接続手段２５において、その接続端子の数量に応じて、風量指示手段２９の指示により、トルク特性変更手段２４が基準設定値を変更すれば、接続端子の数だけ常湿時に対して高湿時には換気風量が増加する風量−静圧特性が得られることとなる。
【００３１】
また、風量指示手段２９が相関関係変更手段２２を制御して相関関係指示手段１３に接続する抵抗Ｒ１の抵抗値を変更するため、交流電源ラインの接続切り替えによる風量−静圧特性の変更が容易にできる送風装置１０が得られる。ここで、交流電源接続手段２５において、その接続端子の数量に応じて、風量指示手段２９の指示により、トルク特性変更手段２４が相関関係を変更すれば、接続端子の数だけ常湿時に対して高湿時には換気風量が増加する風量−静圧特性が得られることとなる。
【００３２】
また、実施の形態１および実施の形態２に示した構成と同様の構成における作用効果に差異は生じない。
【００３３】
なお、風量指示手段２９の指示により、トルク特性変更手段２４が基準電流値指示変更手段２１により、基準電流値指示手段１６に接続する抵抗Ｒ２の抵抗値を変更するとともに、相関関係変更手段２２により、相関関係指示手段１３に接続する抵抗Ｒ１の抵抗値を変更制御する構成としたが、基準電流値指示変更手段２１もしくは相関関係変更手段２２のどちらかのみを制御する構成としてもよく、その作用効果に差異を生じない。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
以上のように、本発明にかかる電動機は、回転数が上昇するにしたがい、トルクが上昇するとともに、高湿度になることによって、トルクが増加するので、圧力損失の影響を受けることなく、風量−静圧特性において、静圧に関係なく風量一定の特性が得られ、高湿度時は風量が増加することが要求される電気機器である換気装置、給湯機、エアコンなどの空気調和機、空気清浄機、除湿機、乾燥機、ファンフィルタユニット、冷却ユニットなどへの搭載が有用である。
【符号の説明】
【００３５】
１ 換気装置
２ 駆動コイル
３ 磁石回転子
３ａ 磁極部
４ ホール素子
５ 駆動ロジック制御手段
６ インバータ回路
７ 電流波形制御手段
８ 直流電圧変換手段
９ 電流値指示手段
１０ 送風装置
１０ａ 遠心型送風機
１１ 電動機
１２ ＰＷＭ制御手段
１３ 相関関係指示手段
１４ デューティ指示電圧生成手段
１５ 電流検出手段
１６ 基準電流値指示手段
１７ 供給電流値制御手段
１８ エアーギャップ
１９ 固定子
２０ 風量指示手段
２１ 基準電流値指示変更手段
２２ 相関関係変更手段
２３ ダクト
２４ トルク特性変更手段
２５ 交流電源接続手段
２５ａ 強出力接続端子
２５ｂ 弱出力接続端子
２５ｃ 共通接続端子
２６ 外部スイッチ
２７ 整流手段
２８ 平滑手段
２９ 風量指示手段
Ｑ１ 上段側スイッチング素子
Ｑ２ 下段側スイッチング素子
Ｑ３ 上段側スイッチング素子
Ｑ４ 下段側スイッチング素子
Ｑ５ 上段側スイッチング素子
Ｑ６ 下段側スイッチング素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主にレンジフードや天井埋め込み型等の排気用および給気用の換気装置や、加湿機、除湿機、冷凍機器、空気調和機、給湯機、ファンフィルタユニットなどに搭載する電動機およびその電動機を搭載した電気機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、換気装置等の電気機器に搭載する電動機においては、低価格化、高効率化、静音化をした上で、ダクト配管形態による圧力損失や外風圧、フィルタ等の目詰まりによる圧力損失の変化の影響を受けることなく、居室の状況に応じて最適な風量で換気ができるような制御性の良い電動機が求められている。
【０００３】
従来、この種の電動機は、特許文献１に開示された構成のものが知られている。
【０００４】
以下、その送風装置について図８を参照しながら説明する。
【０００５】
図に示すように、電動機１３０は駆動ロジック制御手段１３４とインバータ回路１０６にて駆動制御され、駆動ロジック制御手段１３４にはインバータ回路１０６の下段側スイッチング素子をＰＷＭ制御するＰＷＭ制御手段１３２を内蔵し、インバータ回路１０６には低圧直流電圧変換手段１３５から出力される定電圧が印加され、デューティ指示電圧生成手段１３１は低圧直流電圧変換手段１３５から出力される定電圧を減圧してＰＷＭ制御手段１３２のＯＮ／ＯＦＦデューティを制御し、デューティ指示電圧生成手段１３１の生成電圧とインバータ回路１０６に流れる電流の相関が、デューティ指示電圧生成手段１３１の生成電圧が高くなるにしたがい、インバータ回路１０６に流れる電流が線形的に増加するよう制御する指示電流値変更手段１１７、電流値指示手段１１９、供給電流値制御手段１２２、電流検出手段１２１を備えた構成としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１４９０４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような従来の電動機によれば、快適な室内空気質の実現の観点から、室内の湿度に応じて、湿度が低い場合に対して湿度が高い場合は一定風量であっても送風量を増やすことが要望される換気装置等に搭載した場合、湿度が低い場合の送風量と、湿度が高い場合の送風量を変更できないという課題があり、必要とする回路スペースを大きくすることなく、特別なセンサや、マイクロコンピュータを用いることなく、風量−静圧特性や、複数の風量設定などの仕様調整を容易にでき、湿度の変化に応じて送風量を制御できることが要求されている。
【０００８】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、仕様調整の簡素化、回路の小型化、高品質化、圧力損失など静圧が変化しても風量の変化量が極めて少ない高精度な風量−静圧特性を実現した上で、湿度の変化に応じて、湿度が高い場合は送風量を多くできる電動機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】
【０００９】
そして、この目的を達成するために、本発明は、駆動コイルを巻装した固定子にエアーギャップを介して回転自在に配置された磁石回転子にて構成され、この磁石回転子の磁極部を水素結合により膨潤するプラスチックマグネットにて形成させ、インバータ回路は上段と下段からなり、それぞれ複数のスイッチング素子でブリッジ接続され、このインバータ回路に印加される直流電圧を前記スイッチング素子の上段または下段をＰＷＭ制御するとともに、前記駆動コイルに所定の方向と順序で順次全波通電するための駆動ロジック制御手段と、前記スイッチング素子をＰＷＭ制御する時のＯＮ／ＯＦＦデューティを指示する指示電圧とするデューティ指示電圧生成手段と、このデューティ指示電圧生成手段の出力を変更することにより前記スイッチング素子のＰＷＭ制御のＯＮ／ＯＦＦデューティを可変して前記インバータ回路に供給する平均電流を略一定に制御する供給電流値制御手段と、この供給電流値制御手段によって略一定に制御する平均電流値を指示する電流値指示手段と、この電流値指示手段には前記デューティ指示電圧生成手段にて生成した直流電圧の電圧値に応じて、前記電流値指示手段によって指示する平均電流値との相関関係を指示する相関関係指示手段を配し、この相関関係指示手段は前記基準電流値指示手段にて指示された基準電流値に対して線形あるいは非線形的に変化させて前記電流値指示手段によって指示する平均電流値を決定し、前記磁石回転子の前記磁石は基準湿度よりも高湿になることで、吸湿によって膨潤することにより、前記エアーギャップが小さくなることを特徴とする電動機としたものであり、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】
【００１０】
本発明によれば、駆動コイルを巻装した固定子にエアーギャップを介して回転自在に配置された磁石回転子にて構成され、この磁石回転子の磁極部を水素結合により膨潤するプラスチックマグネットにて形成させ、インバータ回路は上段と下段からなり、それぞれ複数のスイッチング素子でブリッジ接続され、このインバータ回路に印加される直流電圧を前記スイッチング素子の上段または下段をＰＷＭ制御するとともに、前記駆動コイルに所定の方向と順序で順次全波通電するための駆動ロジック制御手段と、前記スイッチング素子をＰＷＭ制御する時のＯＮ／ＯＦＦデューティを指示する指示電圧とするデューティ指示電圧生成手段と、このデューティ指示電圧生成手段の出力を変更することにより前記スイッチング素子のＰＷＭ制御のＯＮ／ＯＦＦデューティを可変して前記インバータ回路に供給する平均電流を前記略一定に制御する供給電流値制御手段と、この供給電流値制御手段によって略一定に制御する平均電流値を指示する電流値指示手段と、この電流値指示手段には前記デューティ指示電圧生成手段にて生成した直流電圧の電圧値に応じて、前記電流値指示手段によって指示する平均電流値との相関関係を指示する相関関係指示手段を配し、この相関関係指示手段は前記基準電流値指示手段にて指示された基準電流値に対して線形あるいは非線形的に変化させて前記電流値指示手段によって指示する平均電流値を決定し、前記磁石回転子の前記磁石は基準湿度よりも高湿になることで、吸湿によって膨潤することにより、前記エアーギャップが小さくなることを特徴とする電動機の構成にしたことにより、回転数が上昇するにしたがって軸トルクが一段と大きくなる電動機の回転数−トルク特性は、基準湿度よりも高湿になることで、吸湿によって膨潤することにより、エアーギャップが小さくなり、駆動コイルに誘起される誘起電圧が高くなるため、同一回転数での軸トルクは高くなるので、マイクロコンピュータや湿度センサなどの特別なセンサを使用することなく、風量一定制御における風量の増加を実現できる電動機および電気機器が提供できるという効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１における電動機を示すブロック図
【図２】同電動機を示す断面図
【図３】同電動機のデューティ指示電圧−電流特性の一例を示すグラフ
【図４】同電動機の回転数−トルク特性の一例を示すグラフ
【図５】同電動機を搭載した換気装置の風量−静圧特性の一例を示すグラフ
【図６】同電動機を搭載した換気装置の一例を示す三面図
【図７】本発明の実施の形態２における電動機を示すブロック図
【図８】従来の電動機を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の請求項１記載の電動機は、駆動コイルを巻装した固定子にエアーギャップを介して回転自在に配置された磁石回転子にて構成され、この磁石回転子の磁極部を水素結合により膨潤するプラスチックマグネットにて形成させ、インバータ回路は上段と下段からなり、それぞれ複数のスイッチング素子でブリッジ接続され、このインバータ回路に印加される直流電圧を前記スイッチング素子の上段または下段をＰＷＭ制御するとともに、前記駆動コイルに所定の方向と順序で順次全波通電するための駆動ロジック制御手段と、前記スイッチング素子をＰＷＭ制御する時のＯＮ／ＯＦＦデューティを指示する指示電圧とするデューティ指示電圧生成手段と、このデューティ指示電圧生成手段の出力を変更することにより前記スイッチング素子のＰＷＭ制御のＯＮ／ＯＦＦデューティを可変して前記インバータ回路に供給する平均電流を略一定に制御する供給電流値制御手段と、この供給電流値制御手段によって略一定に制御する平均電流値を指示する電流値指示手段と、この電流値指示手段には前記デューティ指示電圧生成手段にて生成した直流電圧の電圧値に応じて、前記電流値指示手段によって指示する平均電流値との相関関係を指示する相関関係指示手段を配し、この相関関係指示手段は前記基準電流値指示手段にて指示された基準電流値に対して線形あるいは非線形的に変化させて前記電流値指示手段によって指示する平均電流値を決定し、前記磁石回転子の前記磁石は基準湿度よりも高湿になることで、吸湿によって膨潤することにより、前記エアーギャップが小さくなることを特徴とする電動機の構成を有する。これにより、回転数が上昇するにしたがって軸トルクが一段と大きくなる電動機の回転数−トルク特性は、基準湿度よりも高湿になることで、吸湿によって磁石回転子の磁極部が膨潤することにより、エアーギャップが小さくなり、駆動コイルに誘起される誘起電圧が高くなるため、同一回転数での軸トルクは高くなるので、マイクロコンピュータや、湿度センサなどの特別なセンサを使用することなく、風量一定制御における風量の増加を実現できるという効果を奏する。
【００１３】
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。
【００１４】
（実施の形態１）
図１〜図６に示すように、１０は電動機１１を搭載した遠心型送風機１０ａを内蔵した送風装置で、外部電源に接続されている。１は送風装置１０を内蔵した換気装置である。送風装置１０によって吸い込まれた、煙草の煙や調理等で発生し、汚れた室内空気は換気装置１の吐出口、ダクト２３を介して建物の壁を貫通して屋外に排出される。電動機１１の磁石回転子３の磁極部３ａはアミド基１個当たりのメチレン基数の少ないポリアミド６樹脂を主バインダとし、ブチルベンゼンスルホンアミドなどのエラストマ成分を補助バインダとするプラスチックマグネットを射出成形時に極配向させて形成している。そして、磁石回転子３と駆動コイル２を巻装した固定子１９との間にエアーギャップ１８を形成している。電動機１１の外被は、炭酸カルシウムや水酸化アルミニウムやワラストナイトなどの充填材とガラス繊維を含有する不飽和ポリエステル等の樹脂でモールドされている。このモールド樹脂体には、磁石回転子３の磁極位置と磁束密度分布を検知する磁極位置検出手段となるホール素子４と、インバータ回路６と、駆動ロジック制御手段５と、ＰＷＭ制御手段１２と、電流波形制御手段７を内蔵している。インバータ回路６は、上段側スイッチング素子Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５と下段側スイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６をブリッジ接続したものである。駆動ロジック制御手段５は、ホール素子４の出力に基づいて供給される外部電源である直流電圧を駆動コイル２に印加し、所定の方向と順序で順次全波通電となるようスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のＯＮ／ＯＦＦを制御する。ＰＷＭ制御手段１２は、下段側スイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６をＰＷＭ制御する。電流波形制御手段７は、駆動コイル２の各相電流波形がホール素子４の出力波形に略相似形になるように、下段側スイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６のＯＮ／ＯＦＦデューティを調整する。ここで、磁石回転子３の磁極部３ａは極異方性磁石となっているため、駆動コイル２に誘起される誘起電圧は略正弦波状の波形となり、ホール素子４の検出波形も略正弦波状の波形となる。そして、電流波形制御手段７は駆動コイル２の各相電流波形が略正弦波状になるよう制御するので、インバータ回路６に供給される電流には非通電区間がなく、電流波形には急峻な変化が無くなるとともにリプルの発生が抑制されることとなる。そして、電動機１１の外部には、インバータ回路６に供給される電流を検知する電流検出手段１５と、ＰＷＭ制御手段１２のＯＮ／ＯＦＦデューティを指示するデューティ指示電圧生成手段１４と、インバータ回路６に供給される基準電流値を設定する基準電流値指示手段１６と、供給電流値制御手段１７と、送風装置１０の複数の運転風量を指示する風量指示手段２０と、基準電流値指示変更手段２１と、相関関係変更手段２２とを設けている。デューティ指示電圧生成手段１４は、外部電源より供給される直流電圧を減圧してＰＷＭ制御手段１２のＯＮ／ＯＦＦデューティを指示する。基準電流値指示手段１６は、デューティ指示電圧生成手段１４にて生成した直流電圧の所定電圧時にインバータ回路６に供給される基準電流値を設定する。供給電流値制御手段１７は、電流検出手段１５にて検出するインバータ回路６に供給される平均電流値が電流値指示手段９にて指示された電流値と同等になるように、デューティ指示電圧生成手段１４を制御することにより、ＰＷＭ制御手段１２のＯＮ／ＯＦＦデューティを可変しながらフィードバック制御する。相関関係指示手段１３は、デューティ指示電圧生成手段１４の出力電圧−電流特性が図３に示すような特性になるように、出力電圧の変化をフィードバックして、デューティ指示電圧生成手段１４の出力する電圧値の大きさに応じて、インバータ回路６に供給する電流を基準電流値に対して線形変化（比例）させて電流値指示手段９に指示する。この時、インバータ回路６の耐圧とキックバック電圧を考慮した上でＯＮ／ＯＦＦデューティに上限を設け、電流を制御することなくＯＮ／ＯＦＦデューティ一定で運転する区間を設けている。相関関係指示手段１３は接続する抵抗Ｒ１の抵抗値の大きさにより、基準電流値指示手段１６にて指示された基準電流値に対して変化させる変化量を決定する。基準電流値指示手段１６は接続する抵抗Ｒ２の抵抗値の大きさによって、デューティ指示電圧生成手段１４にて生成した直流電圧の所定電圧時にインバータ回路６に供給される基準電流値を決定する。風量指示手段２０はトルク特性変更手段２４を制御することによって、基準電流値指示変更手段２１により、基準電流値指示手段１６に接続する抵抗Ｒ２の抵抗値を変更するとともに、相関関係変更手段２２により、相関関係指示手段１３に接続する抵抗Ｒ１の抵抗値を変更する構成である。
【００１５】
このような本発明の送風装置１０によれば、相関関係指示手段１３がデューティ指示電圧生成手段１４の出力する電圧値の大きさに応じて、インバータ回路６に供給する電流を基準電流値に対して線形変化させて電流値指示手段９に指示するので、回転数が高くなれば供給電流も大きくなり、逆に回転数が低くなれば供給電流も小さくなる。そのため、図４に示すように、電動機１１の回転数−トルク特性は回転数が上昇するにしたがって軸トルクが大きくなる特性が得られることとなり、この特性によって、送風装置１０を搭載する換気装置１では、図５に示すような外風圧やダクト長さなどの圧力損失が変化しても風量が大きく変化しない風量−静圧特性が得られる。そして、磁石回転子３の磁極部３ａを形成するポリアミド６樹脂は、同一分子長においてアミド基が多く、アミド基と水素結合する水分子が、さらに湿度が高い領域では周囲の水分子を引きつけ、水分子−水分子の水素結合を形成して膨潤する。そのため、磁石回転子３の磁極部３ａの外径は大きくなり、エアーギャップ１８は小さくなることとなり、駆動コイル２に誘起される誘起電圧は高くなる。駆動コイル２に供給する電流が同一であれば、誘起電圧が高くなった分、軸トルクは高くなるので、図５に示す風量−静圧特性は、基準湿度時（常湿時）に対して高湿時には換気風量が増加する風量−静圧特性が得られる。
【００１６】
また、相関関係指示手段１３に接続する抵抗Ｒ１の抵抗値の大きさにより、基準電流値指示手段１６にて指示された基準電流値に対して変化させる変化量を決定するため、電動機１１の回転数−トルク特性における、回転数が上昇するにしたがって軸トルクが大きくなる度合いを変更することができる。そのため、換気装置１の機内抵抗の変更への対応のための仕様調整や、遠心型送風機１０ａの羽根径変更・ブレード枚数変更・ブレード仕様変更などによる負荷変更への対応のための仕様調整や、送風装置１０の風量−静圧特性の調整ができることから、仕様調整に要する工数の大幅な削減ができるとともに、電動機１１や主要制御回路の標準化を可能にできることとなる。
【００１７】
また、基準電流値指示手段１６に接続する抵抗Ｒ２の抵抗値の大きさにより、デューティ指示電圧生成手段１４にて生成した直流電圧の所定電圧時にインバータ回路６に供給される基準電流値を決定する。そのため、換気装置１の機内抵抗の変更への対応のための仕様調整や、換気装置１の風量−静圧特性における風量の調整ができることから、仕様調整に要する工数の大幅な削減ができるとともに、電動機や主要制御回路の標準化を可能にできることとなる。
【００１８】
また、風量指示手段２０の指示状態によって、基準電流値指示手段１６に接続する抵抗Ｒ２の抵抗値を変更するため、風量指示手段２０の風量指示に応じた風量調整が容易にできる。従って、換気装置１を設置する居室などの要求される必要風量に応じて抵抗Ｒ２のみの調整で可能となるので、仕様調整に要する工数の大幅な削減ができるとともに、電動機や主要制御回路の標準化を可能にできることとなる。
【００１９】
また、風量指示手段２０の指示状態によって、相関関係変更手段２２は、相関関係指示手段１３に接続する抵抗Ｒ１の抵抗値を変更するため、送風装置１０が要求される風量−静圧特性に応じた風量特性が容易にできる。従って、換気装置１を設置する居室などの要求される必要風量に応じて抵抗Ｒ１のみの調整で可能となるので、仕様調整に要する工数の大幅な削減ができるとともに、電動機や主要制御回路の標準化を可能にできることとなる。
【００２０】
また、駆動ロジック制御手段５は駆動コイル２に非通電区間がない電流を供給するため、インバータ回路に供給される電流のリプルが大幅に減少し、電流検出手段１５による電流検出精度の高精度化による風量精度の高精度化と、モータのトルクリプル低減による低振動化を実現した送風装置１０および換気装置１を可能にできることとなる。
【００２１】
また、ホール素子４の検知する波形が極異方性磁石によって駆動コイル２に誘起される誘起電圧波形と略相似となるようにホール素子４と磁石の空隙を設定して配置し、電流波形制御手段７はホール素子４が検知した磁束密度分布波形に略相似形の電流を駆動コイル２に流すことにより、誘起電圧波形と電流波形が略相似となる。従って、トルクリプルおよびトルク変化率を一層低く抑えることができるとともに、モータ効率が大幅に向上するため、低騒音化、高効率化を実現した送風装置１０および換気装置１が得られる。
【００２２】
また、磁石回転子３の磁極部を極異方性磁石とすることにより、誘起電圧波形も電流波形もともに正弦波となることから、トルクリプルおよびトルク変化率をより一層低く抑えることができるとともに、モータ効率も大幅に向上するので、静音化、高効率化を実現した送風装置１０および換気装置１が得られる。
【００２３】
なお、本実施の形態１では相関関係指示手段１３がデューティ指示電圧生成手段１４の出力する電圧値の大きさに応じて、インバータ回路６に供給する電流を基準設定値に対して線形変化させて指示する構成としたが、非線形変化（高次式比例）させる構成でも良く、ファン負荷などの負荷量から、回転数−トルク特性の特性カーブの最適な傾きとなるように適宜設定することによって同様の作用効果を得ることができる。
【００２４】
また、本実施の形態１では駆動コイル２に供給される電流波形を、誘起電圧波形に略相似形となるように構成したが、用途、商品の要求される風量精度や騒音レベルに応じて、１２０度矩形波通電や、１４０度、１５０度通電のように広角通電方式や、二相変調による正弦波駆動方式としても良く、モータの回転数−トルク特性は回転数が上昇するにしたがって軸トルクが大きくなる特性が得られることに差異は生じない。
【００２５】
また、本実施の形態１では磁束密度分布検知手段としてホール素子４を用いた構成としたが、非通電相に誘起される誘起電圧や、電流を検知して磁石回転子に対する通電位相を決めるセンサレス方式や、ホールＩＣなどの磁石のＮ極、Ｓ極を判断して磁石回転子の磁極位置を検知する磁極位置検出手段を用いる方式としても良く、その作用効果に差異を生じない。
【００２６】
また、本実施の形態１では、換気装置１には外部電源より直流電圧を入力する構成としたが、商用の交流電圧を入力し、整流平滑してから所定の直流電圧を生成してから駆動コイル２に供給する構成としても良く、その作用効果に差異を生じない。
【００２７】
また、本実施の形態１では、換気装置１に供給される外部電源からの直流電圧を駆動コイル２に印加する構成としたが、昇降圧コンバータを介して駆動コイル２に印加する構成としても良く、その作用効果に差異を生じない。
【００２８】
また、本実施の形態１では、風量指示手段２０の指示状態によって、トルク特性変更手段２４が基準電流値指示変更手段２１により、基準電流値指示手段１６に接続する抵抗Ｒ２の抵抗値を変更するとともに、相関関係変更手段２２により、相関関係指示手段１３に接続する抵抗Ｒ１の抵抗値を変更制御する構成としたが、基準電流値指示変更手段２１もしくは相関関係変更手段２２のどちらかのみを制御する構成としてもよく、その作用効果に差異を生じない。
【００２９】
（実施の形態２）
図７に示すように、２５は商用交流電源を接続する交流電源接続手段で、強出力接続端子２５ａ、弱出力接続端子２５ｂ、共通接続端子２５ｃより成り、実施の形態１と同一部分には同一番号を付して詳細な説明は省略する。２６は外部スイッチで、強出力接続端子２５ａまたは弱出力接続端子２５ｂのどちらかに接続する構成で、入力された商用交流電源は整流手段２７および平滑手段２８にて整流平滑され、降圧型のチョッパ回路にて形成した直流電圧変換手段８にて生成された所定の直流電圧はインバータ回路６に印加される。２９は風量指示手段であって、外部スイッチ２６が強出力接続端子２５ａまたは弱出力接続端子２５ｂのどちらに接続されているのかを検知し、トルク特性変更手段２４が風量指示手段２９の出力信号を受けて、基準電流値指示変更手段２１と、相関関係変更手段２２へ信号を送る。その他の送風装置１０を構成する電動機１１、インバータ回路６、駆動ロジック制御手段５、電流検出手段１５、基準電流値指示手段１６、相関関係指示手段１３などの構成は実施の形態１と同じである。
【００３０】
このような本発明の送風装置１０によれば、交流電源接続手段２５において、強出力接続端子２５ａと弱出力接続端子２５ｂのように２箇所設け、風量指示手段２９が強出力接続端子２５ａに接続されているのか、弱出力接続端子２５ｂに接続されているのかを検知し、その結果に基づいて風量指示手段２９がトルク特性変更手段２４に基準電流値指示変更手段２１を制御して基準電流値指示手段１６に接続する抵抗Ｒ２の抵抗値を変更する指示をするため、インバータ回路６に供給する電流の基準設定値が変更されることにより、２段階の風量が得られるので、交流電源ラインの接続切り替えによる速度調節が可能な送風装置が得られる。ここで、交流電源接続手段２５において、その接続端子の数量に応じて、風量指示手段２９の指示により、トルク特性変更手段２４が基準設定値を変更すれば、接続端子の数だけ常湿時に対して高湿時には換気風量が増加する風量−静圧特性が得られることとなる。
【００３１】
また、風量指示手段２９が相関関係変更手段２２を制御して相関関係指示手段１３に接続する抵抗Ｒ１の抵抗値を変更するため、交流電源ラインの接続切り替えによる風量−静圧特性の変更が容易にできる送風装置１０が得られる。ここで、交流電源接続手段２５において、その接続端子の数量に応じて、風量指示手段２９の指示により、トルク特性変更手段２４が相関関係を変更すれば、接続端子の数だけ常湿時に対して高湿時には換気風量が増加する風量−静圧特性が得られることとなる。
【００３２】
また、実施の形態１および実施の形態２に示した構成と同様の構成における作用効果に差異は生じない。
【００３３】
なお、風量指示手段２９の指示により、トルク特性変更手段２４が基準電流値指示変更手段２１により、基準電流値指示手段１６に接続する抵抗Ｒ２の抵抗値を変更するとともに、相関関係変更手段２２により、相関関係指示手段１３に接続する抵抗Ｒ１の抵抗値を変更制御する構成としたが、基準電流値指示変更手段２１もしくは相関関係変更手段２２のどちらかのみを制御する構成としてもよく、その作用効果に差異を生じない。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
以上のように、本発明にかかる電動機は、回転数が上昇するにしたがい、トルクが上昇するとともに、高湿度になることによって、トルクが増加するので、圧力損失の影響を受けることなく、風量−静圧特性において、静圧に関係なく風量一定の特性が得られ、高湿度時は風量が増加することが要求される電気機器である換気装置、給湯機、エアコンなどの空気調和機、空気清浄機、除湿機、乾燥機、ファンフィルタユニット、冷却ユニットなどへの搭載が有用である。
【符号の説明】
【００３５】
１ 換気装置
２ 駆動コイル
３ 磁石回転子
３ａ 磁極部
４ ホール素子
５ 駆動ロジック制御手段
６ インバータ回路
７ 電流波形制御手段
８ 直流電圧変換手段
９ 電流値指示手段
１０ 送風装置
１０ａ 遠心型送風機
１１ 電動機
１２ ＰＷＭ制御手段
１３ 相関関係指示手段
１４ デューティ指示電圧生成手段
１５ 電流検出手段
１６ 基準電流値指示手段
１７ 供給電流値制御手段
１８ エアーギャップ
１９ 固定子
２０ 風量指示手段
２１ 基準電流値指示変更手段
２２ 相関関係変更手段
２３ ダクト
２４ トルク特性変更手段
２５ 交流電源接続手段
２５ａ 強出力接続端子
２５ｂ 弱出力接続端子
２５ｃ 共通接続端子
２６ 外部スイッチ
２７ 整流手段
２８ 平滑手段
２９ 風量指示手段
Ｑ１ 上段側スイッチング素子
Ｑ２ 下段側スイッチング素子
Ｑ３ 上段側スイッチング素子
Ｑ４ 下段側スイッチング素子
Ｑ５ 上段側スイッチング素子
Ｑ６ 下段側スイッチング素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動コイルを巻装した固定子にエアーギャップを介して回転自在に配置された磁石回転子にて構成され、この磁石回転子の磁極部を水素結合により膨潤するプラスチックマグネットにて形成させ、インバータ回路は上段と下段からなり、それぞれ複数のスイッチング素子でブリッジ接続され、このインバータ回路に印加される直流電圧を前記スイッチング素子の上段または下段をＰＷＭ制御するとともに、前記駆動コイルに所定の方向と順序で順次全波通電するための駆動ロジック制御手段と、前記スイッチング素子をＰＷＭ制御する時のＯＮ／ＯＦＦデューティを指示する指示電圧とするデューティ指示電圧生成手段と、このデューティ指示電圧生成手段の出力を変更することにより前記スイッチング素子のＰＷＭ制御のＯＮ／ＯＦＦデューティを可変して前記インバータ回路に供給する平均電流を前記略一定に制御する供給電流値制御手段と、この供給電流値制御手段によって略一定に制御する平均電流値を指示する電流値指示手段と、この電流値指示手段には前記デューティ指示電圧生成手段にて生成した直流電圧の電圧値に応じて、前記電流値指示手段によって指示する平均電流値との相関関係を指示する相関関係指示手段を配し、この相関関係指示手段は前記基準電流値指示手段にて指示された基準電流値に対して線形あるいは非線形的に変化させて前記電流値指示手段によって指示する平均電流値を決定し、前記磁石回転子の前記磁石は基準湿度よりも高湿になることで、吸湿によって膨潤することにより、前記エアーギャップが小さくなることを特徴とする電動機。
【請求項２】
複数のトルク特性を指示するとともに、前記基準電流値指示変更手段を制御するトルク特性変更手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の電動機。
【請求項３】
前記トルク特性変更手段は、前記相関関係変更手段を制御することを特徴とする請求項２記載の電動機。
【請求項４】
交流電源を接続する交流電源接続手段を複数設け、この交流電源接続手段への接続箇所に応じて、前記トルク特性変更手段によってトルク特性を変更することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電動機。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の電動機を搭載した電気機器。
【請求項６】
請求項５記載の電気機器は換気装置、除湿機、加湿機、空気調和機、給湯機、ファンフィルタユニット、冷却ユニットのいずれかであることを特徴とする電気機器。
【請求項１】
駆動コイルを巻装した固定子にエアーギャップを介して回転自在に配置された磁石回転子にて構成され、この磁石回転子の磁極部を水素結合により膨潤するプラスチックマグネットにて形成させ、インバータ回路は上段と下段からなり、それぞれ複数のスイッチング素子でブリッジ接続され、このインバータ回路に印加される直流電圧を前記スイッチング素子の上段または下段をＰＷＭ制御するとともに、前記駆動コイルに所定の方向と順序で順次全波通電するための駆動ロジック制御手段と、前記スイッチング素子をＰＷＭ制御する時のＯＮ／ＯＦＦデューティを指示する指示電圧とするデューティ指示電圧生成手段と、このデューティ指示電圧生成手段の出力を変更することにより前記スイッチング素子のＰＷＭ制御のＯＮ／ＯＦＦデューティを可変して前記インバータ回路に供給する平均電流を前記略一定に制御する供給電流値制御手段と、この供給電流値制御手段によって略一定に制御する平均電流値を指示する電流値指示手段と、この電流値指示手段には前記デューティ指示電圧生成手段にて生成した直流電圧の電圧値に応じて、前記電流値指示手段によって指示する平均電流値との相関関係を指示する相関関係指示手段を配し、この相関関係指示手段は前記基準電流値指示手段にて指示された基準電流値に対して線形あるいは非線形的に変化させて前記電流値指示手段によって指示する平均電流値を決定し、前記磁石回転子の前記磁石は基準湿度よりも高湿になることで、吸湿によって膨潤することにより、前記エアーギャップが小さくなることを特徴とする電動機。
【請求項２】
複数のトルク特性を指示するとともに、前記基準電流値指示変更手段を制御するトルク特性変更手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の電動機。
【請求項３】
前記トルク特性変更手段は、前記相関関係変更手段を制御することを特徴とする請求項２記載の電動機。
【請求項４】
交流電源を接続する交流電源接続手段を複数設け、この交流電源接続手段への接続箇所に応じて、前記トルク特性変更手段によってトルク特性を変更することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電動機。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の電動機を搭載した電気機器。
【請求項６】
請求項５記載の電気機器は換気装置、除湿機、加湿機、空気調和機、給湯機、ファンフィルタユニット、冷却ユニットのいずれかであることを特徴とする電気機器。
【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２０１２−２００１１５（Ｐ２０１２−２００１１５Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６３８２８（Ｐ２０１１−６３８２８）
【出願日】平成２３年３月２３日（２０１１．３．２３）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２３日（２０１１．３．２３）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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