專利名稱：交流輸入型無刷直流電動機(jī)以及搭載它的電氣設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及換氣裝置等風(fēng)扇驅(qū)動用的AC (交流)輸入型無刷DC (直流)電動機(jī)。
背景技術(shù)：
近年來，作為換氣裝置等風(fēng)扇驅(qū)動用的電動機(jī)，為了提高效率，在增加AC輸入型無刷DC電動機(jī)，取代以往的感應(yīng)電動機(jī)。
圖11表示AC輸入型無刷DC電動機(jī)的一例(參照專利文獻(xiàn)1 )。整流器101對AC電源進(jìn)行整流獲得高壓的DC電壓。DC-DC轉(zhuǎn)換器110將對高壓的DC電壓變換后的4氐壓的DC電壓施加到電動才幾線圏103、 104上。開關(guān)元件107、 108基于來自轉(zhuǎn)子的位置檢測電路的信號，控制各個電動機(jī)線圏103、104的電流。
在DC-DC轉(zhuǎn)換器110的前后，配置浸透了電解液的電容量比較大的鋁電解電容器109、 lll作為平滑電容器。鋁電解電容器存在具有環(huán)境溫度引起的特性變化的問題。
圖12將風(fēng)扇驅(qū)動時的無刷DC電動機(jī)和感應(yīng)電動機(jī)進(jìn)行比較。圖13是表示圖12時的風(fēng)扇的風(fēng)量-靜壓特性。如圖12所示，風(fēng)扇驅(qū)動感應(yīng)電動機(jī)在其速度-轉(zhuǎn)矩特性ST1的PI和P2之間的區(qū)間動作。記號LI和L2分別是靜壓為零時和最大靜壓時的風(fēng)扇的負(fù)載曲線。
在將該感應(yīng)電動機(jī)置換為無刷DC電動機(jī)的情況下，在無刷DC電動機(jī)的速度-轉(zhuǎn)矩特性為ST2時，最大靜壓與感應(yīng)電動機(jī)的情況相同，但是，動作點P3的靜壓為零時的風(fēng)量非常大，其結(jié)果，存在噪聲、振動變大的問題。相反地，在速度-轉(zhuǎn)矩特性為ST3時，靜壓為零時的風(fēng)量與感應(yīng)電動機(jī)的情況相同，但是動作點P4的最大靜壓非常低，例如存在壓力損耗因機(jī)外的風(fēng)變化時、風(fēng)量發(fā)生較大變動的問題。
為了解決這些問題，風(fēng)扇驅(qū)動用的無刷DC電動機(jī)的速度-轉(zhuǎn)矩特性，理想的特性是，與感應(yīng)電動機(jī)的特性類似，轉(zhuǎn)矩隨著速度上升而變大。專利文獻(xiàn)1:日本專利申請?zhí)亻_2003-284307號7>才艮

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的AC輸入型無刷DC電動機(jī)具有逆變器電路；電壓變換電路， 將對AC電源進(jìn)行整流得到的高壓DC電壓變換成低壓DC電壓；驅(qū)動邏輯電 路，用于將低壓DC電壓經(jīng)由逆變器電路通電到所述驅(qū)動線圈；電流控制電 路，將提供給逆變器電路的平均電流控制為大致恒定；電流指示電路，指示 平均電流值；相關(guān)關(guān)系指示電路，指示低壓DC電壓和平均電流之間的相關(guān) 關(guān)系；以及基準(zhǔn)電流指示電路，決定電流指示電路指示的基準(zhǔn)電流值，電流 指示電路將提供給逆變器電路的平均電流的值相對于基準(zhǔn)電流值增減，以成 為所述相關(guān)關(guān)系。
本發(fā)明的AC輸入型無刷DC電動機(jī)，通過上述結(jié)構(gòu)驅(qū)動風(fēng)扇，以得到 轉(zhuǎn)矩隨著速度上升而變大的速度-轉(zhuǎn)矩特性，即使壓力損耗發(fā)生變化風(fēng)量也不 較大變化。


圖1是本發(fā)明的實施方式1的AC輸入型無刷DC電動機(jī)的方框圖。 圖2是該無刷DC電動^L的剖面圖。
圖3是表示該無刷DC電動機(jī)的低壓直流電壓變換電路的輸出電壓-電流 特性的圖。
圖4是表示該無刷DC電動機(jī)的速度-轉(zhuǎn)矩特性的圖。
圖5是表示搭載了該無刷DC電動機(jī)的換氣裝置的圖。
圖6是表示搭載了該無刷DC電動機(jī)的換氣裝置的風(fēng)量-靜壓特性的圖。
圖7是表示搭載了該無刷DC電動機(jī)的換氣裝置的其它風(fēng)量-靜壓特性的圖。
圖8是表示該無刷DC電動機(jī)的其它方框圖。
圖9是本發(fā)明的實施方式2的AC輸入型無刷DC電動機(jī)的方框圖。 圖IO是表示該無刷DC電動機(jī)的占空比指示電壓-電流特性的圖。 圖11是以往的AC輸入型無刷DC電動機(jī)的電路圖。 圖12是將風(fēng)扇驅(qū)動時的無刷DC電動機(jī)和感應(yīng)電動機(jī)進(jìn)行比較的圖。 圖13是表示圖12的情況下的風(fēng)扇的風(fēng)量-靜壓特性的圖。標(biāo)號說明
1 AC輸入型無刷DC電動機(jī)
2驅(qū)動線圈
3磁鐵轉(zhuǎn)子
3a極各向異性磁鐵
4位置檢測電路
4a ;茲;險測器
5驅(qū)動邏輯電3各
6逆變器電路
7電流波形控制電^各
8電壓變纟奐電^各
9整流電^各
10定子
12波形合成電^各
13相關(guān)關(guān)系指示電路
16電流控制電^各
17a， 17b電阻
19電流指示電^各
20基準(zhǔn)電流指示電路
28換氣裝置(電氣設(shè)備)
30 AC輸入型無刷DC電動機(jī)
31占空比指示電路
32PWM控制電路
33電流波形控制電游^
34驅(qū)動邏輯電^各
35電壓變換電路
Ql， Q2， Q3, Q4， Q5， Q6開關(guān)元件
具體實施例方式
以下，參照附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明的實施方式。 (實施方式1 )
6如圖1至圖7所示，AC輸入型無刷DC電動機(jī)1具有隔著絕緣材料將驅(qū) 動線圈2纏繞安裝在具有多個槽(slot)的定子鐵心10a上所得到的定子10。 定子10由熱固性樹脂27模壓(mold)成形，形成外殼，由軸承架(bracket) 25保持軸承26。
將各向異性塑料磁鐵制的極各向異性磁鐵3a與傳動軸(shaft) 24 —體 地注塑成形而形成;茲鐵轉(zhuǎn)子3 。
用于檢測磁鐵轉(zhuǎn)子3的位置的位置檢測電路4具有用于檢測磁鐵轉(zhuǎn)子3 的磁通密度分布的、霍爾元件等磁檢測器4a。磁檢測器4a與》茲鐵轉(zhuǎn)子3設(shè)定 空隙而配置，使得檢測的波形與磁鐵轉(zhuǎn)子3對驅(qū)動線圈2感應(yīng)的感應(yīng)電壓波 形大致相似。
波形合成電路12從f茲;險測器4a的u相波形減去v相波形以除去提供給 驅(qū)動線圈2的u相的電流的高諧波分量，同樣地/人》茲;險測器4a的v相波形減 去w相波形以除去提供給驅(qū)動線圈2的v相的電流的高諧波分量，從磁檢測 器4a的w相波形減去u相波形以除去提供給驅(qū)動線圈的w相的電流的高諧 波分量。
從開關(guān)元件Q1至Q6橋式連接而形成逆變器電路6。驅(qū)動邏輯電路5控 制開關(guān)元件Ql至Q6的導(dǎo)通/截止，使得以與規(guī)定的方向相同順序依次對驅(qū) 動線圈2進(jìn)行全波通電。電流波形控制電路7進(jìn)行反饋，同時調(diào)整輸出偏置 電流，以使開關(guān)元件Q1至Q6成為接近飽和的非飽和狀態(tài)，從而使得驅(qū)動線 圈圈2的各相電流波形成為與由波形合成電路12除去了高諧波分量的波形大 致相似形。
商用AC電源連接到連接端子15。整流電路9對AC電源進(jìn)行全波整流。 電壓變換電^各8由斬波(chopper)電^各構(gòu)成，將由整流電if各9全波整流后的 具有波動(ripple)的高壓電壓變換成45V以下的低壓DC電壓。由電壓變換 電路8變換得到的低壓DC電壓經(jīng)由逆變器電路6施加到AC輸入型無刷DC 電動機(jī)1上。在電壓變換電路8和整流電路9之間，配置了聚合物電容器 (polymer condenser )作為用于補(bǔ)償對AC100V50Hz進(jìn)行全波整流時成為45V 以下的期間的電壓的小容量的平滑電容器18。
電流檢測電路21對逆變器電路6的電流進(jìn)行檢測。電流控制電路16控 制低壓DC電壓變更電路14，使從電壓變換電路8輸出的電壓變化，以使逆 變器電路6的平均電流與電流指示電路19指示的電流相等?；鶞?zhǔn)電流指示電路20指示電流指示電路19所指示的電流值的基準(zhǔn)值，根據(jù)在電機(jī)的外部連 接的電阻17a和基準(zhǔn)電流指示電路20的內(nèi)部電阻的合成電阻值，決定基準(zhǔn)值。
相關(guān)關(guān)系指示電路13根據(jù)電壓變換電路8的輸出電壓，將提供給逆變器 電路6的電流相對于基準(zhǔn)值進(jìn)行加減，將其指示給電流指示電路19，使得電 壓變換電路8的輸出電壓-電流特性成為圖3所示的特性。根據(jù)在電動機(jī)外部 連接的電阻17b的電阻值決定對于基準(zhǔn)值的加減比例。另外，考慮了逆變器 電路6的耐壓和回歸(kickback)電壓的基礎(chǔ)上，對逆變器電路6上施加的低 壓DC電壓設(shè)置上限，設(shè)置以電壓恒定方式運轉(zhuǎn)的區(qū)間而不控制電流。在圖3 以及后述的圖4、圖6、圖7中，記號C表示電壓電流控制區(qū)間，記號D表 示電壓恒定運轉(zhuǎn)區(qū)間。
在圖1中，由點劃線包圍的電路除了平滑電容器18、線圈、次級側(cè)平滑 電容器(未圖示)之外，作為形成于氧化鋁、鋁、或者銅質(zhì)的基板之上的集 成電路22構(gòu)成。圖5是搭載AC輸入型無刷DC電動機(jī)1,并內(nèi)置了風(fēng)扇23 的作為電氣設(shè)備的換氣裝置28。
才艮據(jù)本發(fā)明的AC輸入型無刷DC電動機(jī)1，相關(guān)關(guān)系指示電路13根據(jù) 電壓變換電路8輸出的電壓值的大小，將提供給逆變器電路6的電流相對于 基準(zhǔn)值被加減而進(jìn)行指示，所以，如果轉(zhuǎn)速變高，則供給電流也變大，相反， 如果轉(zhuǎn)速變低，則供給電流也變小，因此，如圖4所示，獲得電動機(jī)的速度-轉(zhuǎn)矩特性隨著轉(zhuǎn)速上升、軸扭矩變大的特性。在圖4中，記號L1和L2分別 是靜壓為零時和最大靜壓時的風(fēng)扇的負(fù)載曲線。根據(jù)該特性，在換氣裝置28 中，如圖6所示，即使外風(fēng)壓或風(fēng)道(duct)長度等壓力損耗發(fā)生變化，也 能獲得風(fēng)量不發(fā)生大變化的風(fēng)量-靜壓特性。進(jìn)行加減的變化量適當(dāng)設(shè)定而使 得速度-轉(zhuǎn)矩特性成為最佳的傾斜即可。
另外，如圖4所示，通過選擇Ra或Rb作為與基準(zhǔn)電流指示電路20相 連接的電阻17a,能夠上下調(diào)整電動機(jī)的速度-轉(zhuǎn)矩特性。因此，如圖6所示， 通過Ra或Rb的選擇，能夠容易地調(diào)整換氣裝置28的風(fēng)量。
另夕卜，通過選擇相關(guān)關(guān)系指示電路13上連接的電阻17b的電阻值，能夠 任意地調(diào)整電動機(jī)的速度-轉(zhuǎn)矩特性的傾斜。因此，如圖6所示，通過選擇電 阻17b,即使外風(fēng)壓或風(fēng)道長度等壓力損耗發(fā)生變化，也能獲得不發(fā)生大變 化的風(fēng)量-靜壓特性。另外，如圖7所示，隨著壓力損耗變大，也能夠得到風(fēng) 量微增的風(fēng)量-靜壓特性。整流電路9對AC電壓進(jìn)行全波整流，因此，能夠使用電容量比較小的 平滑電容器18。因此，可以將聚合物電容器(polymer condenser)和薄膜電 容器(film condenser)等固體電容器作為平滑電容器18使用，以代替特性因 溫度而有變化的電解電容器。另外，即使平滑電容器18的容量少，電流控制 電路16也能將提供給逆變器電路6的電流控制成大致恒定，因此，轉(zhuǎn)矩波動 和》走轉(zhuǎn)不勻^皮抑制。
另夕卜，使磁檢測器4a與磁鐵轉(zhuǎn)子3之間設(shè)定空隙配置，以使檢測的波形 與由驅(qū)動線圈2感應(yīng)的感應(yīng)電壓波形大致相似，并且，通過電流波形控制電 路7使與磁通密度分布波形大致相似形的電流流過驅(qū)動線圈2，能夠?qū)⑥D(zhuǎn)矩 波動抑制得很低。另外，通過使磁鐵轉(zhuǎn)子3為極各向異性》茲鐵3a，感應(yīng)電壓 波形和電流波形都為正弦波，因此轉(zhuǎn)矩波動更低。
另外，波形合成電路12將石茲檢測器4a的u相、v相、w相的波形進(jìn)行 合成，除去磁通密度分布波形中所包含的高頻分量，所以能夠抑制旋轉(zhuǎn)不勻 的發(fā)生。
另外，由熱固性樹脂27—體成模，因此能夠簡化應(yīng)對平滑電容器18的 吸濕劣化，因此，能夠抑制構(gòu)成電壓變換電路8的開關(guān)元件、二極管、線圈 等發(fā)熱零件的溫度上升。
另外，提供給驅(qū)動線圈2的電流波形，根據(jù)需要，也可以為120度、140 度、150度通電。
另外，在對開關(guān)元件Q1至Q6進(jìn)行PWM控制的情況下，開關(guān)元件的損 耗能夠降低，因此，能夠進(jìn)一步擴(kuò)大可使用的負(fù)載轉(zhuǎn)矩的范圍。
另夕卜，也可以是在電動機(jī)內(nèi)部設(shè)定與相關(guān)關(guān)系指示電路13和基準(zhǔn)電流指 示電路20相連接的電阻17a、 17b的結(jié)構(gòu)。
另外，如圖8所示，通過以外部開關(guān)29切換基準(zhǔn)電流指示電路20的電 阻17a,能夠切換換氣裝置28的風(fēng)量。同樣地，通過切換相關(guān)關(guān)系指示電路 13的電阻17b，也可切換換氣裝置28的風(fēng)量。
另外，在本實施方式1的說明中，作為搭載AC輸入型無刷DC電動機(jī) 的電氣設(shè)備，以換氣裝置為例進(jìn)行了說明。但是，本發(fā)明的AC輸入型無刷 DC電動機(jī)不限于換氣裝置，也可以搭載于鼓風(fēng)機(jī)、除濕器、加濕器、空調(diào)機(jī)、 熱水器、風(fēng)扇過濾組件等電氣設(shè)備。 (實施方式2)圖9表示實施方式2的AC輸入型無刷DC電動機(jī)30。無刷DC電動機(jī) 30除了對電動機(jī)電流進(jìn)行PWM控制以外，進(jìn)行與實施方式1的AC輸入型 無刷DC電動機(jī)1相同的動作。在圖9中，對與AC輸入型無刷DC電動機(jī)1 相同的結(jié)構(gòu)附加相同標(biāo)號，省略詳細(xì)的說明。
在圖9中，AC輸入型無刷DC電動機(jī)30的驅(qū)動邏輯電路34搭載對下 級側(cè)開關(guān)元件Q2、 Q4、 Q6進(jìn)行PWM控制的PWM控制電路32、電流波形 控制電路33。電流波形控制電路33進(jìn)行反饋控制，同時調(diào)整開關(guān)元件Q2、 Q4、 Q6的導(dǎo)通/截止占空比，以使得驅(qū)動線圏2的各相電流波形成為與通過 波形合成電路12除去了高諧波分量的波形大致相似形。電壓變換電路35由 斬波電路構(gòu)成，輸出恒壓的低壓DC電壓。占空比指示電路31輸出指示PWM 控制電路32的導(dǎo)通/截止占空比的占空比指示電壓。
相關(guān)關(guān)系指示電路13，根據(jù)占空比指示電壓，將提供給逆變器電路6的 電流相對于基準(zhǔn)值被加減，指示給電流指示電路19，使得占空比指示電壓和 電壓變換電^各35的電流成為圖IO所示的關(guān)系。
由此，與實施方式l同樣，能夠獲得電動機(jī)的速度-轉(zhuǎn)矩特性隨著速度上 升，轉(zhuǎn)矩變大的特性。另外，在提供給逆變器電路6的電流的上限中，設(shè)定 成PWM的接通占空比為100%。并且，設(shè)置導(dǎo)通占空比100%的恒定旋轉(zhuǎn)的 區(qū)間。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性
本發(fā)明的AC輸入型無刷DC電動機(jī)，在搭載在被要求即使有靜壓的變 化也沒有大的風(fēng)量變化的換氣裝置上是有用的。
10
權(quán)利要求
1、一種交流輸入型無刷直流電動機(jī)，包括定子，具有驅(qū)動線圈；磁鐵轉(zhuǎn)子，具有永久磁鐵；位置檢測電路，檢測所述磁鐵轉(zhuǎn)子的位置；整流電路，對交流電源進(jìn)行全波整流；逆變器電路，其由多個開關(guān)元件進(jìn)行橋式連接而成；電壓變換電路，將通過所述整流電路得到的高壓直流電壓變換成低壓直流電壓；驅(qū)動邏輯電路，用于基于來自所述位置檢測電路的信號，經(jīng)由所述逆變器電路，使所述低壓直流電壓對所述驅(qū)動線圈以規(guī)定的順序依次進(jìn)行全波通電；電流控制電路，將提供給所述逆變器電路的平均電流控制為恒定；電流指示電路，用于指示所述平均電流的值；相關(guān)關(guān)系指示電路，根據(jù)連接的電阻值，指示所述低壓直流電壓的值和所述平均電流的值之間的相關(guān)關(guān)系；以及基準(zhǔn)電流指示電路，根據(jù)連接的電阻值，決定由所述電流指示電路指示的基準(zhǔn)電流值，所述電流指示電路將提供給所述逆變器電路的所述平均電流的值相對于所述基準(zhǔn)電流值增減，以成為所述相關(guān)關(guān)系。
2、 如權(quán)利要求1所述的交流輸入型無刷直流電動機(jī)， 還具有占空比指示電路，該占空比指示電路指示對所述開關(guān)元件進(jìn)行PWM控制的導(dǎo)通/截止占空比。
3、 如權(quán)利要求1所述的交流輸入型無刷直流電動機(jī)，還包括 -斜企測器，檢測所述磁鐵轉(zhuǎn)子的^茲通密度分布；以及 電流波形控制電路，使與所述磁通密度分布波形相似形的電流流過所述驅(qū)動線圈。
4、 如權(quán)利要求3所述的交流輸入型無刷直流電動機(jī)，還具有占空比指示 電路，該占空比指示電路指示對所述開關(guān)元件進(jìn)行PWM控制的導(dǎo)通/截止占 空比。
5、 如;f又利要求3所述的交流輸入型無刷直流電動^L，還具有波形合成電路，該波形合成電路將所述磁檢測器檢測到的波形中 的二相的波形合成，流流過所述驅(qū)動線圈。
6、 如4又利要求1所述的交流輸入型無刷直流電動機(jī)，所述磁鐵轉(zhuǎn)子的永久磁鐵是極各向異性磁鐵。
7、 如權(quán)利要求1所述的交流輸入型無刷直流電動機(jī)，所述相關(guān)關(guān)系指示電路所連接的電阻，在所述交流輸入型無刷直流電動 機(jī)外部連接。
8、 如權(quán)利要求1所述的交流輸入型無刷直流電動機(jī)，所述基準(zhǔn)電流指示電路所連接的電阻在所述交流輸入型無刷直流電動機(jī) 的外部連接。
9、 一種電氣設(shè)備，搭載了權(quán)利要求1所述的交流輸入型無刷直流電動機(jī)。
10、 如權(quán)利要求9所述的電氣設(shè)備，所述電氣設(shè)備是換氣裝置、鼓風(fēng)機(jī)、除濕器、加濕器、空調(diào)機(jī)、熱水器、 風(fēng)扇過濾組件中的任意一個。
全文摘要
電流控制電路控制逆變器電路的平均電流。電流指示電路將提供給逆變器電路的平均電流的值相對于基準(zhǔn)電流值增減，以成為相關(guān)關(guān)系指示電路指示的相關(guān)關(guān)系。這樣，能夠?qū)o刷DC電動機(jī)的速度-轉(zhuǎn)矩特性設(shè)定成轉(zhuǎn)矩隨著速度上升而變大的形狀。轉(zhuǎn)矩隨著速度上升而變大的速度-轉(zhuǎn)矩特性適合于風(fēng)扇驅(qū)動。
文檔編號H02P6/08GK101479923SQ200780023610
公開日2009年7月8日 申請日期2007年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月29日
發(fā)明者高田昌亨 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社