JP2014155258A - Brushless motor - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a brushless motor which is available by being easily replaced with a capacitor motor as it is, in a machine employing the capacitor motor.SOLUTION: The brushless motor comprises: a generation torque calculation section 23 for calculating generation torque of a motor on the basis of a current value outputted from a motor current detection section 9 for detecting a current that flows to a stator coil; a data storage section 20 for storing a speed/torque data table indicating a relation between preset motor torque and a rotation speed; and a motor control processing section 6 for generating a preset voltage signal and outputting it to a preset voltage input section in such a manner that the generation torque calculated by the generation torque calculation section is settled to the preset motor torque which is preset in the data storage section. The motor control processing section 6 generates the preset voltage signal so as to decrease the motor torque as the rotation speed becomes lower than a maximum rotation speed at which the motor torque becomes a maximum value.

Description

本発明は、換気扇などに使用されるブラシレスモータに関し、特に従来から各種産業機械の駆動用に汎用的に使用されているコンデンサモータに対し、そのまま置き換えて使用することができるブラシレスモータに関する。   The present invention relates to a brushless motor used for a ventilating fan or the like, and more particularly to a brushless motor that can be used by replacing a capacitor motor that has been conventionally used for driving various industrial machines.

例えば、従来、汎用的に使用されるＡＣモータとして、補助巻線を備え、補助巻線にコンデンサを接続し、９０度位相のずれた状態の回転磁界を発生させて、モータを起動する構造の所謂コンデンサモータが、換気扇などで広く使用されている。   For example, an AC motor that has been conventionally used as a general-purpose AC motor has an auxiliary winding, a capacitor is connected to the auxiliary winding, and a rotating magnetic field that is 90 degrees out of phase is generated to start the motor. So-called condenser motors are widely used in ventilation fans and the like.

この種のコンデンサモータは、構造が簡単で、制御部の構成も簡単なため、安価な製造コストで製造できる利点はあるものの、ブラスレスモータなどの他の汎用モータと比して運転効率は低い。   Although this type of capacitor motor has a simple structure and a simple control unit configuration, it has the advantage of being manufactured at a low manufacturing cost, but has a lower operating efficiency than other general-purpose motors such as a brassless motor. .

このため、コンデンサモータを汎用的に使用する換気扇、送風機などにおいて、コンデンサモータをそのまま、つまり同一寸法で製作された効率の良いブラシレスモータで置き換え、同一の特性で換気扇などを運転駆動することができるブラシレスモータの開発が試みられている。なお、送風機の駆動用に使用されるファンモータとしてのブラシレスモータは、従来、下記特許文献１などで提案されている。   For this reason, in a ventilation fan or blower that uses a condenser motor for general purposes, the condenser motor can be replaced as it is, that is, by an efficient brushless motor manufactured with the same dimensions, and the ventilation fan or the like can be driven with the same characteristics. Attempts have been made to develop brushless motors. A brushless motor as a fan motor used for driving a blower has been proposed in the following Patent Document 1 or the like.

特開平８−１５２１６５号公報JP-A-8-152165

しかし、通常のコンデンサモータの回転速度に対するトルク特性は、図１２に示すように、回転速度が所定速度まで増加する間、トルクが所定トルクまで上昇する特性、つまり速度の低下に応じてトルクが低下する特性を有するのに対し、通常のブラシレスモータの回転速度に対するトルク特性は、回転速度が所定速度まで増加する間、トルクが略一定となる特性を有しており、両者の速度‐トルク特性は大きく相違する。   However, as shown in FIG. 12, the torque characteristic with respect to the rotation speed of a normal capacitor motor is a characteristic in which the torque increases to the predetermined torque while the rotation speed increases to the predetermined speed, that is, the torque decreases as the speed decreases. In contrast, the torque characteristic with respect to the rotational speed of a normal brushless motor has a characteristic that the torque becomes substantially constant while the rotational speed increases to a predetermined speed. Both speed-torque characteristics are It is very different.

このため、例えば従来の換気扇に使用されているコンデンサモータを、単純に同様な定格性能のブラシレスモータと置き換えて換気扇に使用した場合、換気扇が使用される住宅などの使用環境、つまり風路の広さや狭さに応じて、送風時の風量、風速が大きく変化し、従前の換気扇の性能が得られなくなる。   For this reason, for example, when a condenser motor used in a conventional ventilation fan is simply replaced with a brushless motor with the same rated performance and used as a ventilation fan, the usage environment such as a house where the ventilation fan is used, that is, a wide air path is used. Depending on the sparseness, the air volume and wind speed during air blowing change greatly, and the performance of the conventional ventilation fan cannot be obtained.

すなわち、図１２に示すトルク特性のグラフにおいて、ＨＩのポイントで換気扇のモータが運転されている場合（風路が広い状態で運転されているとき）、コンデンサモータとブラシレスモータはどちらであっても、約１２００ｒｐｍの回転速度で換気扇のファンは運転される。しかし、部屋の扉などが閉じられ風路が狭窄された場合、コンデンサモータの場合は、ＨＣのポイントで運転され、回転速度は約７５０ｒｐｍまで低下し、ブラシレスモータの場合は、ＨＢのポイントで運転されることとなり、その回転速度は約９００ｒｐｍである。   That is, in the graph of torque characteristics shown in FIG. 12, when the motor of the ventilation fan is operated at the point of HI (when the air passage is operated in a wide state), either the capacitor motor or the brushless motor is used. The fan of the ventilation fan is operated at a rotational speed of about 1200 rpm. However, when the door of the room is closed and the air path is narrowed, the capacitor motor is operated at the HC point, the rotation speed is reduced to about 750 rpm, and the brushless motor is operated at the HB point. The rotation speed is about 900 rpm.

このため、コンデンサモータを使用する換気扇において、単純にモータを同じ定格性能のブラシレスモータに置き換えた場合、風路状態の変化に応じてファンの回転速度が異なり、このために、実際の使用状態での風量や風速の測定などの検証が必要となる。   For this reason, in a ventilation fan that uses a condenser motor, when the motor is simply replaced with a brushless motor with the same rated performance, the rotational speed of the fan varies depending on the change in the air path condition. It is necessary to verify the measurement of air volume and wind speed.

このように、コンデンサモータを同様な定格性能のブラシレスモータと単純に置き換えた場合であっても、モータの特性が異なるため、例えばブラスレスモータと置き換えた換気扇を実際に住宅などに設置し、部屋の扉を開閉するなどして、風路の状態を変化させたときの換気性能を測定する必要があり、そのための実験設備の製作、風量や風圧測定、検証など、多くの時間と工数が必要とされる。   In this way, even when a capacitor motor is simply replaced with a brushless motor with similar rated performance, the motor characteristics are different.For example, a ventilation fan replaced with a brassless motor is actually installed in a house, etc. It is necessary to measure the ventilation performance when changing the state of the air passage by opening and closing the door of the door, and it takes a lot of time and man-hours such as production of experimental equipment, air volume and wind pressure measurement, verification etc. It is said.

本発明は、上述の課題を解決するものであり、コンデンサモータを使用する機械において、コンデンサモータとそのまま簡単に置き換えて使用することができるブラシレスモータを提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a brushless motor that can be used simply and directly as a capacitor motor in a machine that uses a capacitor motor.

本発明に係るブラシレスモータは、ロータの回転位置を示す回転位置信号を出力する回転位置検出部と、該回転位置検出部から出力される回転位置信号に基づき通電信号を生成する通電制御部と、該通電制御部から出力される通電信号に基づき、ステータの複数のステータコイルへの通電を切り換え、且つ通電時間を制御するインバータ回路とを備えたブラシレスモータにおいて、
該通電制御部に設けられ、各ステータコイルの印加電圧を設定入力する設定電圧入力部と、
ステータコイルの電圧と電流の位相差を設定入力する位相差設定入力部と、
前記回転位置検出部から送られる回転位置、該設定電圧入力部から入力した設定電圧信号及び位相差設定入力部から入力した位相差信号に基づき決定されたタイミングで前記インバータ回路の各スイッチング素子用の選択信号を発生する選択制御部と、
前記回転位置信号に基づきロータの回転速度を算出する回転速度算出部と、
ステータコイルに流れる電流を検出するモータ電流検出部から出力される電流値に基づきモータの発生トルクを算出する発生トルク算出部と、予め設定されたモータトルクと回転速度の関係を示す速度・トルクデータテーブルを記憶するデータ記憶部と、
該発生トルク算出部で算出された発生トルクを該データ記憶部内に設定された設定モータトルクに収束させるように前記設定電圧信号を生成し該設定電圧入力部に出力するモータ制御処理部と、を備え、
該モータ制御処理部は、モータトルクが最大値となる最大回転速度より回転速度が低くなるに応じて、該モータトルクが減少するように該設定電圧信号を生成することを特徴とする。 The brushless motor according to the present invention includes a rotation position detection unit that outputs a rotation position signal indicating the rotation position of the rotor, an energization control unit that generates an energization signal based on the rotation position signal output from the rotation position detection unit, In a brushless motor including an inverter circuit that switches energization to a plurality of stator coils of a stator and controls energization time based on an energization signal output from the energization control unit,
A set voltage input unit provided in the energization control unit for setting and inputting an applied voltage of each stator coil;
A phase difference setting input unit for setting and inputting a phase difference between the voltage and current of the stator coil;
For each switching element of the inverter circuit at a timing determined based on the rotational position sent from the rotational position detector, the set voltage signal input from the set voltage input unit, and the phase difference signal input from the phase difference setting input unit A selection control unit for generating a selection signal;
A rotational speed calculator that calculates the rotational speed of the rotor based on the rotational position signal;
A generated torque calculation unit that calculates a generated torque of the motor based on a current value output from a motor current detection unit that detects a current flowing in the stator coil, and a speed / torque data indicating a relationship between a preset motor torque and a rotation speed A data storage unit for storing the table;
A motor control processing unit that generates the set voltage signal so as to converge the generated torque calculated by the generated torque calculation unit to the set motor torque set in the data storage unit, and outputs the set voltage signal to the set voltage input unit; Prepared,
The motor control processing unit generates the set voltage signal so that the motor torque decreases as the rotation speed becomes lower than the maximum rotation speed at which the motor torque becomes a maximum value.

この発明によれば、モータ制御処理部は、モータトルクが最大値となる最大回転速度より回転速度が低くなるに応じてモータトルクが減少するように電圧指令信号を生成するので、ブラシレスモータであっても、コンデンサモータの速度‐トルク特性に近似した特性で運転を行なうことができ、コンデンサモータを使用する機械において、コンデンサモータとそのまま置き換えて使用することができるので、効率の良いブラシレスモータに置き換えることにより、機械の性能をそのまま保持しながら、モータの電力消費量を削減することができる。   According to the present invention, the motor control processing unit generates the voltage command signal so that the motor torque decreases as the rotational speed becomes lower than the maximum rotational speed at which the motor torque reaches the maximum value. However, it can be operated with characteristics approximating the speed-torque characteristics of a capacitor motor, and can be used as it is in a machine that uses a capacitor motor. As a result, the power consumption of the motor can be reduced while maintaining the performance of the machine.

ここで、上記データ記憶部の速度・トルクデータテーブルには、複数の回転速度領域が設定され、各回転速度領域には、コンデンサモータの速度・トルク特性曲線上においてモータトルクが最大値となる最大回転速度から回転速度が低くなるに従って複数の回転速度ポイントが記憶されるとともに、各回転速度ポイントについて設定トルクが電流値として設定され、上記モータ制御処理部において、各回転速度ポイント間の直線補間演算を行なって、回転速度に対応したモータ制御指令用の設定電圧を算出するように構成することができる。   Here, a plurality of rotation speed regions are set in the speed / torque data table of the data storage unit, and each rotation speed region has a maximum motor torque at the maximum value on the speed / torque characteristic curve of the capacitor motor. A plurality of rotational speed points are stored as the rotational speed decreases from the rotational speed, and a set torque is set as a current value for each rotational speed point, and linear interpolation calculation between the rotational speed points is performed in the motor control processing unit. Thus, the motor control command set voltage corresponding to the rotational speed can be calculated.

これによれば、ブラシレスモータであっても、コンデンサモータの速度‐トルク特性に近似した特性をもって、よりスムーズに運転を行なうことができる。   According to this, even a brushless motor can be operated more smoothly with characteristics approximating the speed-torque characteristics of the capacitor motor.

ここで、上記ブラシレスモータは、回転軸にファンが取り付けられ、ファンモータとして送風機、換気扇などに使用することができる。   Here, the brushless motor has a fan attached to a rotating shaft, and can be used as a fan motor for a blower, a ventilation fan, or the like.

これによれば、従来から送風機、換気扇などに使用されていたコンデンサモータを、運転効率の良いブラシレスモータにそのまま置き換えることができ、特性の異なるモータを使用する場合に必要な、各種の実験、風量や風圧測定、検証など、時間と工数のかかる煩雑な作業を省略して、効率の良いモータに変えることができる。   According to this, it is possible to replace the condenser motor that has been used for blowers, ventilation fans, etc. with a brushless motor with good operating efficiency as it is, and to perform various experiments and airflow required when using motors with different characteristics. This eliminates the time-consuming and labor-intensive work such as wind pressure measurement and verification, and the motor can be changed to an efficient motor.

ここで、上記ブラシレスモータにおいて、上記データ記憶部には、予め設定した回転速度とステータコイルの電圧に対する電流の遅延位相を示す位相差との関係を示す速度・位相差データテーブルが記憶され、上記モータ制御処理部は上記回転速度算出部で算出された回転速度を用いて該速度・位相差データテーブルを参照して通電信号の位相角を決定するように構成することができる。   Here, in the brushless motor, the data storage unit stores a speed / phase difference data table indicating a relationship between a preset rotation speed and a phase difference indicating a delay phase of current with respect to the voltage of the stator coil, and The motor control processing unit can be configured to determine the phase angle of the energization signal by referring to the speed / phase difference data table using the rotation speed calculated by the rotation speed calculation unit.

これによれば、ステータコイルの印加電圧に対するコイル電流の位相差つまり位相遅れを補正することができ、ステータコイルのインダクタンス成分によって発生するコイル電流の位相遅れに起因した無効電流をなくし、効率の良い運転駆動を行なうことができる。   According to this, the phase difference, that is, the phase lag of the coil current with respect to the applied voltage of the stator coil can be corrected, the reactive current caused by the phase lag of the coil current generated by the inductance component of the stator coil is eliminated, and the efficiency is high. Operation driving can be performed.

ここで、上記ブラシレスモータにおいて、上記通電制御部に接続された主電源回路に、平滑用コンデンサが接続され、且つ直流出力の負極側に、始動時の突入電流を低減する抵抗器を接続し、該抵抗器と並列にリレー接点を接続し、モータの始動時、該リレー接点をオフし、始動後に該リレー接点をオンするように構成することができる。   Here, in the brushless motor, a smoothing capacitor is connected to the main power supply circuit connected to the energization control unit, and a resistor for reducing the inrush current at the start is connected to the negative electrode side of the DC output, A relay contact may be connected in parallel with the resistor so that the relay contact is turned off when the motor is started, and the relay contact is turned on after the start.

これによれば、モータの始動時、平滑用コンデンサに流れる電流を抵抗器に流し、起動時の突入電流を低減し、通常運転時には抵抗器の電力消費と発熱をなくすことができる。   According to this, when starting the motor, the current flowing through the smoothing capacitor is allowed to flow through the resistor to reduce the inrush current at the start-up, and the power consumption and heat generation of the resistor can be eliminated during normal operation.

ここで、モータ部を包囲するモータケーシングは、略同じ定格のコンデンサモータと同じ形状及び大きさに形成され、該モータケーシング内に、前記主電源回路以外の全ての回路を収納するように構成することができる。   Here, the motor casing surrounding the motor unit is formed in the same shape and size as a capacitor motor having substantially the same rating, and is configured to house all circuits other than the main power circuit in the motor casing. be able to.

これによれば、従来からコンデンサモータを使用している既存の各種産業用または民生用機械において、コンデンサモータをそのまま簡便に、効率の良いブラシレスモータに置き換えて使用することができる。特に、既存のコンデンサモータを使用する機械において、機械へのモータの取付位置や取付手段は同一となるので、コンデンサモータをブラシレスモータに容易に交換することができ、モータの効率の向上に伴い、機械の消費電力の削減を図ることができる。   According to this, in various existing industrial or consumer machines that have conventionally used a capacitor motor, the capacitor motor can be used simply and simply as an efficient brushless motor. In particular, in machines using existing capacitor motors, the mounting position and mounting means of the motor to the machine are the same, so the capacitor motor can be easily replaced with a brushless motor. The power consumption of the machine can be reduced.

本発明のブラシレスモータによれば、コンデンサモータを使用する既存の機械において、コンデンサモータとそのまま簡単に置き換えて使用することができ、モータの効率を改善し、機械の電力消費量を削減することができる。   According to the brushless motor of the present invention, in an existing machine that uses a capacitor motor, it can be used simply as it is with a capacitor motor, improving the efficiency of the motor and reducing the power consumption of the machine. it can.

本発明の一実施形態を示すブラシレスモータの全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of a brushless motor showing an embodiment of the present invention. 同ブラシレスモータのモータ部、通電制御部、インバータ回路を含む構成図である。It is a block diagram containing the motor part of the same brushless motor, an electricity supply control part, and an inverter circuit. 同ブラシレスモータのモータ制御処理部の構成図である。It is a block diagram of the motor control processing part of the same brushless motor. （ａ）はブラシレスモータのモータ部の断面図、（ｂ）は対応するコンデンサモータのモータ部の断面図である。(A) is sectional drawing of the motor part of a brushless motor, (b) is sectional drawing of the motor part of a corresponding capacitor | condenser motor. ブラシレスモータの制御処理動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control processing operation | movement of a brushless motor. モータの印加電圧と電流の位相差を示すグラフ図である。It is a graph which shows the phase difference of the applied voltage and electric current of a motor. モータの回転速度と位相差のデータテーブルの説明図である。It is explanatory drawing of the data table of the rotational speed and phase difference of a motor. 位相差・トルク特性を示すグラフ図である。It is a graph which shows a phase difference and a torque characteristic. モータの電流を変えたときの回転速度・トルク特性を示すグラフ図である。It is a graph which shows the rotational speed and torque characteristic when changing the electric current of a motor. 図９のグラフに、コンデンサモータの速度・トルク特性を加えたグラフ図である。FIG. 10 is a graph obtained by adding speed / torque characteristics of a capacitor motor to the graph of FIG. 9. モータの回転速度と設定トルクのデータテーブルの説明図である。It is explanatory drawing of the data table of the rotational speed of a motor, and setting torque. 一般的なコンデンサモータとブラシレスモータの速度・トルク特性を示すグラフ図である。It is a graph which shows the speed and torque characteristic of a general capacitor | condenser motor and a brushless motor.

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。ブラシレスモータ１は、図１に示すように、ロータ１６の回転位置を示す回転位置信号を出力する回転位置検出部３と、回転位置検出部３から出力される回転位置信号に基づき通電信号を生成する通電制御部５と、通電制御部５から出力される通電信号に基づき、ステータの複数のステータコイル２への通電を切り換え、且つ通電時間を制御するインバータ回路４と、通電制御部５に対し位相差設定信号及び設定電圧信号を出力するモータ制御処理部６と、通電制御部５及びモータ制御処理部６に直流電源を供給する制御用電源７を備えて構成される。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the brushless motor 1 generates a power position signal based on a rotational position signal output from the rotational position detector 3 and a rotational position detector 3 that outputs a rotational position signal indicating the rotational position of the rotor 16. An energization control unit 5 that performs switching, energization to a plurality of stator coils 2 of the stator based on an energization signal output from the energization control unit 5, and an inverter circuit 4 that controls energization time and an energization control unit 5 A motor control processing unit 6 that outputs a phase difference setting signal and a setting voltage signal, and a control power source 7 that supplies DC power to the energization control unit 5 and the motor control processing unit 6 are configured.

回転位置検出部３は、モータ部１０内のロータ１６の周囲固定位置に、所定の角度間隔をおいて３個の磁気検出素子（ホール素子）を配置して構成され、ロータ１６の回転位置を示すとともに回転速度を示す周波数信号を発生し、図２のように、通電制御部５の選択制御部１３及びモータ制御処理部６の回転速度算出部２５に信号を出力する。   The rotational position detection unit 3 is configured by arranging three magnetic detection elements (Hall elements) at predetermined angular intervals at fixed positions around the rotor 16 in the motor unit 10. A frequency signal indicating the rotation speed is generated and a signal is output to the selection control section 13 of the energization control section 5 and the rotation speed calculation section 25 of the motor control processing section 6 as shown in FIG.

インバータ回路４は、図２に示す如く、３相全波駆動制御用にブリッジ接続された３対のスイッチング素子（ＦＥＴ等のパワートランジスタ）を備え、各スイッチング素子のゲートには、ステータコイル２の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）用に、ゲート信号を印加するゲート駆動回路１７が接続される。インバータ回路４は、汎用の回路であり、所定の周波数の三角波信号を発生する三角波発振器と正弦波発振器からの正弦波に基づき、ＰＷＭ変調を行ない、各相のスイッチング素子を駆動制御するように構成される。   As shown in FIG. 2, the inverter circuit 4 includes three pairs of switching elements (power transistors such as FETs) that are bridge-connected for three-phase full-wave drive control. A gate driving circuit 17 that applies a gate signal is connected to each phase (U phase, V phase, W phase). The inverter circuit 4 is a general-purpose circuit and is configured to perform PWM modulation based on a sine wave from a triangular wave oscillator and a sine wave oscillator that generate a triangular wave signal of a predetermined frequency, and to drive and control each phase switching element. Is done.

図２に示すように、モータ電流を検出するためのモータ電流検出部９が、インバータ回路４内に抵抗器Ｒ１として接続される。モータ電流検出部９の抵抗器Ｒ１は、インバータ回路４のスイッチング素子の電源回路に直列に接続され、モータ部１０のステータコイル２に供給されるインバータ回路４の出力電流（モータ電流）を、電圧として検出し、発生トルク算出部２４にその検出信号を出力する。   As shown in FIG. 2, a motor current detector 9 for detecting the motor current is connected as a resistor R <b> 1 in the inverter circuit 4. The resistor R1 of the motor current detection unit 9 is connected in series to the power supply circuit of the switching element of the inverter circuit 4, and outputs the output current (motor current) of the inverter circuit 4 supplied to the stator coil 2 of the motor unit 10 to the voltage. And the detection signal is output to the generated torque calculation unit 24.

モータの回転トルクは、基本的にはステータコイル２の電流に比例するが、電流を検出するモータ電流検出部９がインバータ回路４内であるため、補正換算する必要がある。モータ制御処理部６の発生トルク算出部２４は、モータ電流検出部９の抵抗器Ｒ１から検出されるインバータ回路４のモータ電流に基づき、モータの発生トルクを補正換算して算出する。さらに、ステータコイル２においては電圧と電流との間で位相差が生じる。   The rotational torque of the motor is basically proportional to the current of the stator coil 2, but the motor current detection unit 9 that detects the current is in the inverter circuit 4 and needs to be corrected and converted. The generated torque calculation unit 24 of the motor control processing unit 6 calculates and corrects the generated torque of the motor based on the motor current of the inverter circuit 4 detected from the resistor R1 of the motor current detection unit 9. Further, in the stator coil 2, a phase difference is generated between the voltage and the current.

図６は、モータのステータコイル２に印加される印加電圧とそのコイルに流れる電流との関係を示すグラフであるが、モータの各相のステータコイル２にはインダクタンス成分があるため、その電流は、図６に示すように、その印加電圧に対し、ステータコイル２のインダクタンスに起因した位相差（位相遅れ）が発生する。このために、通電制御部５において、電流の位相差（位相遅れ）を補正するように制御を行なっている。   FIG. 6 is a graph showing the relationship between the applied voltage applied to the stator coil 2 of the motor and the current flowing through the coil. Since the stator coil 2 of each phase of the motor has an inductance component, the current is As shown in FIG. 6, a phase difference (phase lag) due to the inductance of the stator coil 2 is generated with respect to the applied voltage. For this purpose, the energization control unit 5 performs control so as to correct the phase difference (phase delay) of the current.

通電制御部５は、図２に示すように、ステータコイルの電圧と電流の位相差（電流の位相遅れ）を示す信号を入力する位相差設定入力部１１及びステータコイルに印加する印加電圧を示す信号を入力する設定電圧入力部１２とを有して構成され、さらに、インバータ回路４のゲート駆動回路１７に対し各ゲートに駆動信号を出力するための選択制御信号を出力する選択制御部１３を有し、この選択制御部１３から各ゲート用の選択制御信号を出力するように構成される。   As shown in FIG. 2, the energization control unit 5 indicates a phase difference setting input unit 11 for inputting a signal indicating a phase difference (current phase delay) between the voltage and current of the stator coil and an applied voltage applied to the stator coil. And a selection control unit 13 that outputs a selection control signal for outputting a drive signal to each gate to the gate drive circuit 17 of the inverter circuit 4. The selection control unit 13 is configured to output a selection control signal for each gate.

選択制御部１３は、ロータ２の回転位置を検出する回転位置検出部３の各ホール素子から回転検出信号を入力し、各回転検出信号のタイミングに基づき、インバータ回路４の各スイッチング素子のゲートを駆動するゲート信号を発生する。この際の各ゲート信号のタイミングは、ステータコイル２の電圧と電流の位相差に応じて決定される。   The selection control unit 13 inputs a rotation detection signal from each hall element of the rotation position detection unit 3 that detects the rotation position of the rotor 2, and sets the gate of each switching element of the inverter circuit 4 based on the timing of each rotation detection signal. A gate signal to be driven is generated. The timing of each gate signal at this time is determined according to the phase difference between the voltage and current of the stator coil 2.

このような通電制御部５は、基本的には、インバータ回路４に対し、例えば正弦波ＰＷＭ駆動の制御を行なうように構成され、回転位置検出部３の各ホール素子から送られるロータ１６の回転位置（回転角度）を示す信号を取り込み、予め設定された電圧指令信号（ステータコイル２に印加する印加電圧の設定電圧信号）に基づき正弦波状の変調信号を発生させ、所定周波数で三角波を発生する三角波発振器からの三角波信号（搬送波信号）をコンパレータに入力して、ＰＷＭ信号を発生させ、ＰＷＭ信号に基づき選択制御部１３からインバータ回路４の各スイッチング素子用の選択制御信号を出力するように構成される。   Such an energization control unit 5 is basically configured to control, for example, sinusoidal PWM drive with respect to the inverter circuit 4, and the rotation of the rotor 16 sent from each Hall element of the rotational position detection unit 3. A signal indicating the position (rotation angle) is taken in, a sinusoidal modulation signal is generated based on a preset voltage command signal (setting voltage signal of an applied voltage applied to the stator coil 2), and a triangular wave is generated at a predetermined frequency. A triangular wave signal (carrier wave signal) from a triangular wave oscillator is input to a comparator to generate a PWM signal, and a selection control signal for each switching element of the inverter circuit 4 is output from the selection control unit 13 based on the PWM signal. Is done.

位相差設定入力部１１は、モータ制御処理部６から送られる位相差信号を入力し、設定電圧信号に基づき正弦波変調信号を発生する際、その位相差（電流の位相遅れ）が補正される。設定電圧入力部１２は、モータ制御処理部６から送られる設定電圧信号（設定トルクに対応したステータコイルの印加電圧信号）を入力する。   The phase difference setting input unit 11 receives the phase difference signal sent from the motor control processing unit 6 and corrects the phase difference (phase delay of current) when generating a sine wave modulation signal based on the set voltage signal. . The set voltage input unit 12 inputs a set voltage signal (applied voltage signal of the stator coil corresponding to the set torque) sent from the motor control processing unit 6.

モータ制御処理部６は、図３に示すように、ロータ１６の回転位置を検出する回転位置検出部３から送られる回転検出信号から回転速度を算出する回転速度算出部２５を有する。回転速度算出部２５は、図２に示すように、回転位置検出部３の１つのホール素子から出力される、ロータ１６の回転速度に応じた周期の周波数信号を取り込み、ロータ１６の回転速度を算出する。さらに、モータ制御処理部６は、ステータコイル２の電流を検出するモータ電流検出部９から送られる電流検出信号を取り込み、電流検出信号に基づきモータに生じる発生トルクを算出する発生トルク算出部２４を有し、データ記憶部２０がモータ制御処理部６内に設けられる。   As shown in FIG. 3, the motor control processing unit 6 includes a rotation speed calculation unit 25 that calculates a rotation speed from a rotation detection signal sent from the rotation position detection unit 3 that detects the rotation position of the rotor 16. As shown in FIG. 2, the rotational speed calculation unit 25 takes in a frequency signal with a period corresponding to the rotational speed of the rotor 16 output from one Hall element of the rotational position detection unit 3, and determines the rotational speed of the rotor 16. calculate. Further, the motor control processing unit 6 takes in a current detection signal sent from the motor current detection unit 9 that detects the current of the stator coil 2 and generates a generated torque calculation unit 24 that calculates the generated torque generated in the motor based on the current detection signal. And a data storage unit 20 is provided in the motor control processing unit 6.

図３に示すように、モータ制御処理部６は、小型のシングルボードコンピュータから構成され、ＲＯＭに格納された制御用ソフトウエアに基づき各種制御処理を行なうＣＰＵ，制御用ソフトウエアを記憶するＲＯＭ，ＣＰＵのワークエリアを構成しデータを一時記憶するＲＡＭなどを備える。   As shown in FIG. 3, the motor control processing unit 6 is composed of a small single board computer and performs various control processes based on the control software stored in the ROM, the ROM storing the control software, A RAM for configuring a work area of the CPU and temporarily storing data is provided.

ＲＯＭから構成されるデータ記憶部２０内には、図７に示す回転速度と位相差特性のデータをテーブル化して記憶する速度・位相差データテーブル２１が記憶され、さらに、図１１に示す回転速度とトルク特性のデータをテーブル化して記憶する速度・トルクデータテーブル２２が記憶される。   In the data storage unit 20 constituted by the ROM, a speed / phase difference data table 21 for storing the rotational speed and phase difference characteristic data shown in FIG. 7 as a table is stored. Further, the rotational speed shown in FIG. And a speed / torque data table 22 for storing torque characteristic data in a table.

速度・位相差データテーブル２１のデータは、予め設定した回転速度とステータコイルの電圧に対する電流の遅延位相を示す位相差との関係を示すデータであり、モータ制御処理部６は上記回転速度算出部２５で算出された回転速度を用い、この速度・位相差データテーブル２１を参照して、通電信号の位相角を決定する。   The data in the speed / phase difference data table 21 is data indicating a relationship between a preset rotational speed and a phase difference indicating a delay phase of the current with respect to the voltage of the stator coil, and the motor control processing unit 6 includes the rotational speed calculating unit. Using the rotational speed calculated in 25, the phase angle of the energization signal is determined with reference to this speed / phase difference data table 21.

図７の速度・位相差データテーブル２１の回転速度と位相差のデータは、上記構成のブラシレスモータ１について、回転速度と位相差の関係を抽出する試験を実施し、モータ電流を０．２Ａと０．４Ａとし、位相差を１０度、２０度、３０度と変えたとき、モータの回転速度とトルクを測定し、その測定データに基づき抽出される。図８は、このときの測定データに基づき、グラフ化したものであり、図８のグラフ図に基づき、最もトルクが大きくなる位相差を、３つの回転速度範囲において抽出している。   For the rotational speed and phase difference data in the speed / phase difference data table 21 of FIG. 7, the brushless motor 1 having the above configuration is subjected to a test for extracting the relationship between the rotational speed and the phase difference, and the motor current is set to 0.2A. When 0.4A is set and the phase difference is changed to 10 degrees, 20 degrees, and 30 degrees, the rotational speed and torque of the motor are measured and extracted based on the measurement data. FIG. 8 is a graph based on the measurement data at this time. Based on the graph of FIG. 8, the phase difference with the largest torque is extracted in three rotational speed ranges.

図８のグラフ図から、モータ電流が０．２Ａのとき、回転速度が０〜４００ｒｐｍの範囲で、位相差を１０度としたとき、トルクが最も大きく、回転速度が４００〜９７０ｒｐｍの範囲で、位相差を２０度としたとき、トルクが最も大きく、回転速度が９７０〜１５００ｒｐｍの範囲で、位相差を３０度としたとき、トルクが最も大きくなることがわかる。   From the graph of FIG. 8, when the motor current is 0.2 A, the rotational speed is in the range of 0 to 400 rpm, the phase difference is 10 degrees, the torque is the largest, the rotational speed is in the range of 400 to 970 rpm, It can be seen that when the phase difference is 20 degrees, the torque is the largest, and when the rotational speed is in the range of 970 to 1500 rpm and the phase difference is 30 degrees, the torque is the largest.

また、モータ電流が０．４Ａのとき、回転速度が０〜４２０ｒｐｍの範囲で、位相差を１０度としたとき、トルクが最も大きく、回転速度が４２０〜９９０ｒｐｍの範囲で、位相差を２０度としたとき、トルクが最も大きく、回転速度が９９０〜１５００ｒｐｍの範囲で、位相差を３０度としたとき、トルクが最も大きくなることがわかる。このような測定結果に基づく図８のグラフ図から、図７に示すような、回転速度と位相差特性のテーブルデータが抽出され、速度・位相差データテーブル２１に格納される。   Further, when the motor current is 0.4 A, the rotational speed is in the range of 0 to 420 rpm, and the phase difference is 10 degrees. When the phase difference is 10 degrees, the torque is the largest, the rotational speed is in the range of 420 to 990 rpm, and the phase difference is 20 degrees. It can be seen that the torque becomes the largest when the torque is the largest, the rotational speed is in the range of 990 to 1500 rpm, and the phase difference is 30 degrees. Table data of rotational speed and phase difference characteristics as shown in FIG. 7 is extracted from the graph of FIG. 8 based on such measurement results, and stored in the speed / phase difference data table 21.

図８の速度・位相差データテーブル２１は、モータ電流の大きい０．４Ａのときの測定データに基づき作成しているが、これにより、ブラシレスモータ１がハイパワーで運転されているとき、より効率の良い運転を行なうことができる。また、図８に示す速度・位相差データテーブル２１のように、モータの回転速度領域全体を３分割して位相差を設定しても、実用上問題はないが、回転速度領域をより細かく分割して多くの領域に位相差を細かく設定し、速度・位相差特性を最適値により近づけることもできる。   The speed / phase difference data table 21 in FIG. 8 is created based on the measurement data when the motor current is 0.4 A, which is more efficient when the brushless motor 1 is operated at high power. You can drive well. Also, as in the speed / phase difference data table 21 shown in FIG. 8, there is no practical problem even if the entire rotation speed region of the motor is divided into three to set the phase difference, but the rotation speed region is divided more finely. Thus, the phase difference can be set finely in many areas, and the speed / phase difference characteristics can be made closer to the optimum values.

また、上記の速度・位相差データは、モータ電流が０．４Ａのときの測定データに基づき抽出したが、モータ電流の電流値についてもパラメータとして加え、速度・位相差データを作成することもでき、これによって、モータの駆動制御の精度をより高めることができる。   The speed / phase difference data is extracted based on the measurement data when the motor current is 0.4A. However, the current value of the motor current can also be added as a parameter to create speed / phase difference data. Thus, the accuracy of motor drive control can be further increased.

データ記憶部２０の速度・トルクデータテーブル２２には、図１１に示すように、複数の回転速度領域が設定される。複数の回転速度領域は、例えば、０〜１５０ｒｐｍ、１５０ｒｐｍ〜３５０ｒｐｍ、３５０ｒｐｍ〜５５０ｒｐｍ、５５０ｒｐｍ〜８３０ｒｐｍ、８３０ｒｐｍ〜１１７０ｒｐｍ、１１７０ｒｐｍ〜１５００ｒｐｍと設定される。各回転速度領域には、コンデンサモータの速度・トルク特性曲線上においてモータトルクが最大値となる最大回転速度から回転速度が低くなるに従って複数の回転速度ポイントが設定される。   In the speed / torque data table 22 of the data storage unit 20, a plurality of rotation speed regions are set as shown in FIG. The plurality of rotation speed regions are set to, for example, 0 to 150 rpm, 150 rpm to 350 rpm, 350 rpm to 550 rpm, 550 rpm to 830 rpm, 830 rpm to 1170 rpm, 1170 rpm to 1500 rpm. In each rotation speed region, a plurality of rotation speed points are set as the rotation speed decreases from the maximum rotation speed at which the motor torque is maximum on the speed / torque characteristic curve of the capacitor motor.

回転速度ポイントとしては、例えば、１５０ｒｐｍ、３５０ｒｐｍ、５５０ｒｐｍ、８３０ｒｐｍ、１１７０ｒｐｍが設定され、各回転速度ポイントについて設定トルクが電流値として設定される。例えば、図９，１０のように、回転速度１５０ｒｐｍのとき、設定トルクに対応した電流は０．１Ａとし、回転速度３５０ｒｐｍのとき、電流は０．２Ａとし、回転速度５５０ｒｐｍのとき、電流は０．３Ａとし、回転速度８３０ｒｐｍのとき、電流は０．４Ａとし、回転速度１１７０ｒｐｍのとき、電流は０．５Ａに設定される。   For example, 150 rpm, 350 rpm, 550 rpm, 830 rpm, and 1170 rpm are set as the rotation speed points, and the set torque is set as a current value for each rotation speed point. For example, as shown in FIGS. 9 and 10, the current corresponding to the set torque is 0.1 A when the rotational speed is 150 rpm, the current is 0.2 A when the rotational speed is 350 rpm, and the current is 0 when the rotational speed is 550 rpm. When the rotational speed is 830 rpm, the current is 0.4 A. When the rotational speed is 1170 rpm, the current is set to 0.5 A.

モータ制御処理部６は、モータを制御するための設定電圧信号を生成する際、回転速度算出部２５で算出し回転速度に基づき、上記速度・トルクデータテーブル２２を参照して、設定トルクを電流値として決定する。このとき、モータ制御処理部６は、各回転速度ポイント間の直線補間演算を行なって、設定電圧が回転速度に応じてなだらかに変化するように算出している。さらに、モータ制御処理部６のＰＩ演算器２３では、発生トルク算出部２４において算出された発生トルクを、設定トルクに収束させるように比例制御が行なわれ、設定電圧信号が生成され、設定電圧信号は通電制御部５の設定電圧入力部１２に出力される。   When the motor control processing unit 6 generates a set voltage signal for controlling the motor, the motor control processing unit 6 calculates the set torque by referring to the speed / torque data table 22 based on the rotation speed and calculated by the rotation speed calculation unit 25. Determine as value. At this time, the motor control processing unit 6 performs linear interpolation calculation between each rotation speed point, and calculates the set voltage so as to change gently according to the rotation speed. Further, the PI calculator 23 of the motor control processing unit 6 performs proportional control so that the generated torque calculated by the generated torque calculating unit 24 converges to the set torque, generates a set voltage signal, and generates a set voltage signal. Is output to the set voltage input unit 12 of the energization control unit 5.

上述の如く、速度・トルクデータテーブル２２の回転速度とトルクのテーブルデータは、上記のように構成されるが、これらのデータは、ブラシレスモータ１について、回転速度とトルクの関係を測定する試験を実施してデータを収集し抽出する。試験時、例えばモータ電流を０．１Ａ〜０．５Ａまで段階的に変化させ、そのときの、モータの回転速度とトルクを測定し、その測定データに基づき各電流曲線とコンデンサモータの特性曲線の交点を抽出する。   As described above, the rotational speed and torque table data of the speed / torque data table 22 is configured as described above, but these data are used to test the relationship between the rotational speed and torque of the brushless motor 1. Perform to collect and extract data. During the test, for example, the motor current is changed stepwise from 0.1A to 0.5A, and the rotational speed and torque of the motor at that time are measured, and each current curve and the characteristic curve of the capacitor motor are measured based on the measurement data. Extract the intersection.

さらに、コンデンサモータの特性に合せるために、各交点の範囲を補間演算するようにして、速度と設定トルクのデータテーブルが作成される。図９は、このときの測定データに基づき、グラフ化したものであり、図１０のグラフ図には、略同じ定格性能のコンデンサモータ３０における速度・トルク特性曲線が付加してある。このコンデンサモータの速度・トルク特性曲線に類似した特性をブラシレスモータ１により実現するために、上記のように、モータ電流を０．１Ａ〜０．５Ａまで段階的に変化させたときの各々の電流について、回転速度とトルクの特性曲線を図１０のグラフに加え、それらの特性曲線とコンデンサモータの特性曲線との交点を上記複数の回転速度ポイントとして設定している。   Furthermore, in order to match the characteristics of the capacitor motor, a data table of speed and set torque is created by performing interpolation calculation on the range of each intersection. FIG. 9 is a graph based on the measurement data at this time. A speed / torque characteristic curve of the capacitor motor 30 having substantially the same rated performance is added to the graph of FIG. In order to realize the characteristics similar to the speed / torque characteristic curve of the capacitor motor by the brushless motor 1, each current when the motor current is changed stepwise from 0.1A to 0.5A as described above. For the above, the rotational speed and torque characteristic curves are added to the graph of FIG. 10, and the intersections of these characteristic curves and the capacitor motor characteristic curves are set as the plurality of rotational speed points.

具体的なブラシレスモータ１の構造は、図４に示すように、モータケーシング１５内に、ステータコイル２をステータコアに巻装したステータが固定され、ステータの内側に、３相用のマグネットを配置してなるロータ１６が回転軸１８上に取り付けられ、上記通電制御部５、モータ制御処理部６及び制御用電源７を基板上に実装してなる制御回路基板１９がモータケーシング１５内に取り付けられて構成される。   As shown in FIG. 4, a specific structure of the brushless motor 1 is that a stator having a stator coil 2 wound around a stator core is fixed in a motor casing 15, and a three-phase magnet is arranged inside the stator. A rotor 16 is mounted on a rotating shaft 18, and a control circuit board 19 is mounted in the motor casing 15. Composed.

このブラシレスモータ１のモータケーシング１５は、図４ａ，図４ｂに示すように、略同じ定格性能のコンデンサモータ３０と同一形状、同一の大きさに形成され、既存の送風機、換気扇などコンデンサモータ３０を使用する機械において、簡単にモータを置き換えて使用できるようになっている。図４に示すように、ブラシレスモータ１は、同じ定格性能のコンデンサモータ３０と比較した場合、ステータコイル２の巻数、巻装外径が小さいため、モータケーシング１５内にスペースの余裕が生じ、上記回路を実装する制御回路基板１９をそのスペースに配置することができる。また、既存のコンデンサモータ３０のケーシングを、ブラシレスモータ１のモータケーシング１５としてそのまま使用できるため、製造コストを削減することもできる。   The motor casing 15 of the brushless motor 1 is formed in the same shape and size as the capacitor motor 30 having substantially the same rated performance as shown in FIGS. 4a and 4b. In the machine to be used, the motor can be easily replaced and used. As shown in FIG. 4, the brushless motor 1 has a small space in the motor casing 15 because the number of turns of the stator coil 2 and the winding outer diameter are small when compared with the capacitor motor 30 having the same rated performance. The control circuit board 19 on which the circuit is mounted can be arranged in the space. Moreover, since the casing of the existing capacitor motor 30 can be used as it is as the motor casing 15 of the brushless motor 1, the manufacturing cost can be reduced.

ブラシレスモータ１を送風機或いは換気扇の駆動用に使用する場合、その回転軸１８にはファンが取り付けられ、従前のコンデンサモータと同様に回転駆動されるところ、ブラシレスモータはコンデンサモータと比較して、より高い効率で運転されるので、同様のトルクで運転する場合、その消費電力を大きく削減することできる。   When the brushless motor 1 is used for driving a blower or a ventilation fan, a fan is attached to the rotary shaft 18 and is driven to rotate in the same manner as a conventional condenser motor. Since the operation is performed with high efficiency, the power consumption can be greatly reduced when the operation is performed with the same torque.

ブラシレスモータ１には、図１に示すように、インバータ回路４及び制御用電源７に直流電源を供給するための主電源回路８が接続される。主電源回路８は、商用電源等の交流電源から供給される交流を整流する整流器２６が接続され、整流器２６の出力側に平滑用コンデンサＣ及び抵抗器Ｒが接続される。抵抗器Ｒは、直流出力の負極側に直列に接続され、モータ始動時の突入電流を低減するようになっている。抵抗器Ｒと並列にリレーＲＹのリレー接点ＣＲが接続され、リレーＲＹは図１のように通電制御部５（またはモータ制御処理部６）に接続され、リレーＲＹは、始動時、リレー接点ＣＲをオフし、始動後にリレー接点ＣＲをオンするように制御される。これにより、モータの始動時、リレーＲＹはリレー接点ＣＲをオフし、始動後にリレー接点ＣＲをオンして、モータ始動時の突入電流を低減する一方、モータの通常運転時、抵抗器Ｒに電流を流さず、抵抗器の発熱を防止し、無駄な電力消費をなくしている。   As shown in FIG. 1, the brushless motor 1 is connected to a main power supply circuit 8 for supplying DC power to the inverter circuit 4 and the control power supply 7. The main power supply circuit 8 is connected to a rectifier 26 that rectifies AC supplied from an AC power supply such as a commercial power supply, and a smoothing capacitor C and a resistor R are connected to the output side of the rectifier 26. The resistor R is connected in series to the negative electrode side of the DC output so as to reduce the inrush current when starting the motor. A relay contact CR of the relay RY is connected in parallel with the resistor R, the relay RY is connected to the energization control unit 5 (or the motor control processing unit 6) as shown in FIG. 1, and the relay RY is connected to the relay contact CR at the start. And the relay contact CR is controlled to be turned on after starting. As a result, when the motor is started, the relay RY turns off the relay contact CR and turns on the relay contact CR after the start to reduce the inrush current at the time of starting the motor. On the other hand, during the normal operation of the motor, the current flows through the resistor R. This prevents the resistor from generating heat and eliminates unnecessary power consumption.

次に、上記構成のブラシレスモータ１の動作を、図５のフローチャートを参照して説明する。主電源回路８に電源を投入したとき、図１のように、コンデンサＣに充電電流が流れるが、電源投入時、リレー接点ＣＲはオフしているため、コンデンサＣの充電電流は抵抗器Ｒを通して流れ、これにより、始動時の電流は抑制され、過大電流による電源回路への悪影響が防止される。電源投入とともに、ブラシレスモータ１のロータ１６が始動するが、ロータ１６の始動後、リレー接点ＣＲがオンするので、抵抗器Ｒに流れる電流はゼロとなり、抵抗器Ｒの発熱や抵抗器Ｒによる電力消費をなくすことができる。   Next, the operation of the brushless motor 1 configured as described above will be described with reference to the flowchart of FIG. When the main power supply circuit 8 is turned on, a charging current flows through the capacitor C as shown in FIG. 1, but when the power is turned on, the relay contact CR is turned off, so that the charging current of the capacitor C passes through the resistor R. Thus, the current at the time of starting is suppressed, and an adverse effect on the power supply circuit due to an excessive current is prevented. When the power is turned on, the rotor 16 of the brushless motor 1 is started. However, since the relay contact CR is turned on after the rotor 16 is started, the current flowing through the resistor R becomes zero, the heat generated by the resistor R, and the power generated by the resistor R. Consumption can be eliminated.

ブラシレスモータ１が始動すると、ロータ１６の回転に応じて回転位置検出部３からホール素子の検出信号が出力され、検出信号を入力したモータ制御処理部６は、この検出信号に基づき回転速度算出部２５において回転速度を算出する（ステップ１００）。   When the brushless motor 1 is started, a Hall element detection signal is output from the rotational position detection unit 3 according to the rotation of the rotor 16, and the motor control processing unit 6 to which the detection signal is input is based on this detection signal. At 25, the rotation speed is calculated (step 100).

次に、モータ制御処理部６は、算出された回転速度に基づき、データ記憶部２０の速度・位相差データテーブル２１を参照して（ステップ１１０）、位相差を決定する（ステップ１２０）。位相差はステータコイル２の電圧に対する電流の位相遅れであり、図７に示すように各回転速度範囲で設定された位相差が決定され、決定された位相差データは、モータ制御処理部６から通電制御部５の位相差設定入力部１１に出力される。通電制御部５は、入力した位相差データに基づき、ステータコイル電流の位相遅れを補正し、選択制御部１３が選択するスイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６の選択信号に基づき、位相遅れを補正したタイミングで、インバータ回路４に対するゲート制御信号を出力する。   Next, the motor control processing unit 6 refers to the speed / phase difference data table 21 of the data storage unit 20 based on the calculated rotation speed (step 110) and determines the phase difference (step 120). The phase difference is a phase lag of the current with respect to the voltage of the stator coil 2. As shown in FIG. 7, the phase difference set in each rotational speed range is determined, and the determined phase difference data is obtained from the motor control processing unit 6. It is output to the phase difference setting input unit 11 of the energization control unit 5. The energization control unit 5 corrects the phase lag of the stator coil current based on the input phase difference data, and corrects the phase lag based on the selection signals of the switching elements T1 to T6 selected by the selection control unit 13, A gate control signal for the inverter circuit 4 is output.

また、モータ制御処理部６は、算出された回転速度に基づき、データ記憶部２０の速度・トルクデータテーブル２２を参照して（ステップ１３０）、設定トルクを決定する（ステップ１４０）。速度・トルクデータテーブル２２では、図１１に示すように、複数の各回転速度範囲において設定トルクが電流値として設定されており、ロータ１６の回転速度に基づき、速度・設定トルクデータから設定トルクが決定される。   Further, the motor control processing unit 6 refers to the speed / torque data table 22 of the data storage unit 20 based on the calculated rotation speed (step 130) and determines the set torque (step 140). In the speed / torque data table 22, as shown in FIG. 11, a set torque is set as a current value in each of a plurality of rotation speed ranges, and the set torque is calculated from the speed / set torque data based on the rotation speed of the rotor 16. It is determined.

速度・トルクデータテーブル２２では、上述のように、複数の回転速度領域が設定され、各回転速度領域には、コンデンサモータの速度・トルク特性曲線上においてモータトルクが最大値となる最大回転速度から回転速度が低くなるに従って複数の回転速度ポイントが記憶されるとともに、各回転速度ポイントについて設定トルクが電流値として設定される。モータ制御処理部６は、各回転速度ポイント間の直線補間演算を行なって、回転速度に対応したモータ制御指令用の設定電圧を算出し、図１０のグラフ図のように、コンデンサモータの速度・トルク特性曲線上に設定トルクが位置するように補間演算を行なう。   In the speed / torque data table 22, as described above, a plurality of rotational speed regions are set, and each rotational speed region has a maximum rotational speed at which the motor torque is maximum on the speed / torque characteristic curve of the capacitor motor. As the rotational speed decreases, a plurality of rotational speed points are stored, and a set torque is set as a current value for each rotational speed point. The motor control processing unit 6 performs a linear interpolation calculation between the respective rotation speed points to calculate a set voltage for the motor control command corresponding to the rotation speed, and as shown in the graph of FIG. Interpolation is performed so that the set torque is positioned on the torque characteristic curve.

さらに、モータ制御処理部６は、発生トルク算出部２４において、発生トルクを算出する（ステップ１５０）。発生トルク算出部２４は、ステータコイル２の電流を検出するモータ電流検出部９からの検出信号に基づき、ロータ１６に生じる発生トルクを算出する。ロータ１６に生じる発生トルクは、テータコイル２の電流に比例するため、発生トルク算出部２４はステータコイル２の電流値から発生トルクを算出する。   Further, the motor control processing unit 6 calculates the generated torque in the generated torque calculation unit 24 (step 150). The generated torque calculation unit 24 calculates the generated torque generated in the rotor 16 based on the detection signal from the motor current detection unit 9 that detects the current of the stator coil 2. Since the generated torque generated in the rotor 16 is proportional to the current of the data coil 2, the generated torque calculation unit 24 calculates the generated torque from the current value of the stator coil 2.

そして、モータ制御処理部６は、ステップ１５０で算出した発生トルクとステップ１４０で決定された設定トルクをＰＩ演算器２３に入力し、ＰＩ演算器２３は、ステップ１６０で、発生トルク算出部２４において算出された発生トルクを、設定トルクに収束させるように比例制御を行ない、ステップ１７０で、モータに印加する印加電圧を決定して、設定電圧信号を生成し、その設定電圧信号を通電制御部５の設定電圧入力部１２に出力する。   The motor control processing unit 6 inputs the generated torque calculated in step 150 and the set torque determined in step 140 to the PI calculator 23, and the PI calculator 23 receives the generated torque in the generated torque calculator 24 in step 160. Proportional control is performed so that the calculated generated torque converges to the set torque, and in step 170, an applied voltage to be applied to the motor is determined, a set voltage signal is generated, and the set voltage signal is used as the energization control unit 5. Is output to the set voltage input unit 12.

通電制御部５は、その位相差設定入力部１１において、モータ制御処理部６から送られる位相差信号を入力し、設定電圧入力部１２から入力した設定電圧信号に基づき正弦波変調信号を発生する際、その位相差（電流の位相遅れ）を補正する。また、通電制御部５の選択制御部１３は、インバータ回路４のゲート駆動回路１７に対し各ゲートに駆動信号を出力するための選択制御信号を生成する。   In the phase difference setting input unit 11, the energization control unit 5 inputs the phase difference signal sent from the motor control processing unit 6, and generates a sine wave modulation signal based on the setting voltage signal input from the setting voltage input unit 12. At that time, the phase difference (current phase lag) is corrected. The selection control unit 13 of the energization control unit 5 generates a selection control signal for outputting a drive signal to each gate with respect to the gate drive circuit 17 of the inverter circuit 4.

このような通電制御部５は、選択制御部１３において、ロータ２の回転位置を検出する回転位置検出部３の各ホール素子から回転検出信号を入力し、各回転検出信号のタイミングに基づきゲート信号を発生し、インバータ回路４のゲート駆動回路１７に出力する。インバータ回路４のゲート駆動回路１７は、入力したゲート信号に基づき、各スイッチング素子を制御駆動し、ブラシレスモータ１が回転駆動される。   In the energization control unit 5, the selection control unit 13 inputs a rotation detection signal from each hall element of the rotation position detection unit 3 that detects the rotation position of the rotor 2, and a gate signal based on the timing of each rotation detection signal. Is output to the gate drive circuit 17 of the inverter circuit 4. The gate drive circuit 17 of the inverter circuit 4 controls and drives each switching element based on the input gate signal, and the brushless motor 1 is rotationally driven.

このように、モータ制御処理部６では、モータトルクが最大値となる最大回転速度より回転速度が低くなるに応じてモータトルクが減少するように電圧指令信号を生成するので、ブラシレスモータであっても、コンデンサモータの速度・トルク特性に近似した特性で運転を行なうことができ、コンデンサモータを使用する機械において、コンデンサモータとそのまま置き換えて使用することができるので、効率の良いブラシレスモータに置き換えることにより、機械の性能をそのまま保持しながら、モータの電力消費量を削減することができる。   As described above, the motor control processing unit 6 generates the voltage command signal so that the motor torque decreases as the rotational speed becomes lower than the maximum rotational speed at which the motor torque becomes the maximum value. However, since it can be operated with characteristics approximating the speed / torque characteristics of the capacitor motor and can be used as it is in a machine that uses a capacitor motor, it can be used as it is, so replace it with an efficient brushless motor. Thus, the power consumption of the motor can be reduced while maintaining the performance of the machine as it is.

１ ブラシレスモータ
２ ステータコイル
３ 回転位置検出部
４ インバータ回路
５ 通電制御部
６ モータ制御処理部
７ 制御用電源
８ 主電源回路
９ モータ電流検出部
１０ モータ部
１１ 位相差設定入力部
１２ 設定電圧入力部
１３ 選択制御部
１５ モータケーシング
１６ ロータ
１７ ゲート駆動回路
１８ 回転軸
１９ 制御回路基板
２０ データ記憶部
２１ 速度・位相差データテーブル
２２ 速度・トルクデータテーブル
２３ ＰＩ演算器
２４ 発生トルク算出部
２５ 回転速度算出部
２６ 整流器
３０ コンデンサモータ
Ｃ 平滑用コンデンサ
ＣＲ リレー接点
Ｒ 抵抗器
Ｒ１ 抵抗器
ＲＹ リレー DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Brushless motor 2 Stator coil 3 Rotation position detection part 4 Inverter circuit 5 Energization control part 6 Motor control processing part 7 Control power supply 8 Main power supply circuit 9 Motor current detection part 10 Motor part 11 Phase difference setting input part 12 Setting voltage input part DESCRIPTION OF SYMBOLS 13 Selection control part 15 Motor casing 16 Rotor 17 Gate drive circuit 18 Rotating shaft 19 Control circuit board 20 Data storage part 21 Speed / phase difference data table 22 Speed / torque data table 23 PI calculator 24 Generated torque calculation part 25 Rotation speed calculation Part 26 Rectifier 30 Capacitor motor C Smoothing capacitor CR Relay contact R Resistor R1 Resistor RY Relay

Claims (6)

ロータの回転位置を示す回転位置信号を出力する回転位置検出部と、該回転位置検出部から出力される回転位置信号に基づき通電信号を生成する通電制御部と、該通電制御部から出力される通電信号に基づき、ステータの複数のステータコイルへの通電を切り換え、且つ通電時間を制御するインバータ回路とを備えたブラシレスモータにおいて、
該通電制御部に設けられ、各ステータコイルの印加電圧を設定入力する設定電圧入力部と、
該ステータコイルの電圧と電流の位相差を設定入力する位相差設定入力部と、
前記回転位置検出部から送られる回転位置、該設定電圧入力部から入力した設定電圧信号及び位相差設定入力部から入力した位相差信号に基づき決定されたタイミングで前記インバータ回路の各スイッチング素子用の選択信号を発生する選択制御部と、
前記回転位置信号に基づき該ロータの回転速度を算出する回転速度算出部と、
該ステータコイルに流れる電流を検出するモータ電流検出部から出力される電流値に基づきモータの発生トルクを算出する発生トルク算出部と、
予め設定されたモータトルクと回転速度の関係を示す速度・トルクデータテーブルを記憶するデータ記憶部と、
該発生トルク算出部で算出された発生トルクを該データ記憶部内に設定された設定モータトルクに収束させるように前記設定電圧信号を生成し該設定電圧入力部に出力するモータ制御処理部と、を備え、
該モータ制御処理部は、モータトルクが最大値となる最大回転速度より回転速度が低くなるに応じて、該モータトルクが減少するように該設定電圧信号を生成することを特徴とするブラスレスモータ。 A rotational position detection unit that outputs a rotational position signal indicating the rotational position of the rotor, an energization control unit that generates an energization signal based on the rotational position signal output from the rotational position detection unit, and an output from the energization control unit In a brushless motor including an inverter circuit that switches energization to a plurality of stator coils of the stator and controls energization time based on the energization signal,
A set voltage input unit provided in the energization control unit for setting and inputting an applied voltage of each stator coil;
A phase difference setting input unit for setting and inputting a phase difference between the voltage and current of the stator coil;
For each switching element of the inverter circuit at a timing determined based on the rotational position sent from the rotational position detector, the set voltage signal input from the set voltage input unit, and the phase difference signal input from the phase difference setting input unit A selection control unit for generating a selection signal;
A rotational speed calculator that calculates the rotational speed of the rotor based on the rotational position signal;
A generated torque calculating unit that calculates a generated torque of the motor based on a current value output from a motor current detecting unit that detects a current flowing through the stator coil;
A data storage unit for storing a speed / torque data table indicating a relationship between a preset motor torque and a rotational speed;
A motor control processing unit that generates the set voltage signal so as to converge the generated torque calculated by the generated torque calculation unit to the set motor torque set in the data storage unit, and outputs the set voltage signal to the set voltage input unit; Prepared,
The motor control processing unit generates the set voltage signal so that the motor torque decreases as the rotational speed becomes lower than the maximum rotational speed at which the motor torque reaches a maximum value. . 前記データ記憶部の速度・トルクデータテーブルには、複数の回転速度領域が設定され、該各回転速度領域には、コンデンサモータの速度・トルク特性曲線上においてモータトルクが最大値となる最大回転速度から回転速度が低くなるに従って複数の回転速度ポイントが記憶されるとともに、該各回転速度ポイントについて設定トルクが電流値として設定され、前記モータ制御処理部において、各回転速度ポイント間の直線補間演算を行なって、回転速度に対応したモータ制御指令用の設定電圧を算出することを特徴とする請求項１記載のブラシレスモータ。   A plurality of rotation speed regions are set in the speed / torque data table of the data storage unit, and each rotation speed region has a maximum rotation speed at which the motor torque is maximum on the speed / torque characteristic curve of the capacitor motor. As the rotation speed decreases, a plurality of rotation speed points are stored, and a set torque is set as a current value for each rotation speed point, and the motor control processing unit performs linear interpolation calculation between the rotation speed points. The brushless motor according to claim 1, wherein a setting voltage for a motor control command corresponding to the rotation speed is calculated. 前記ブラシレスモータの回転軸には、ファンが取り付けられ、該ブラシレスモータはファンモータとして送風機、換気扇などに使用されることを特徴とする請求項１記載のブラシレスモータ。   The brushless motor according to claim 1, wherein a fan is attached to a rotation shaft of the brushless motor, and the brushless motor is used as a fan motor for a blower, a ventilation fan, or the like. 前記データ記憶部には、予め設定した回転速度とステータコイルの電圧に対する電流の遅延位相を示す位相差との関係を示す速度・位相差データテーブルが記憶され、前記回転速度算出部で算出された回転速度を用いて該速度・位相差データテーブルを参照して通電信号の位相差を決定することを特徴とする請求項１記載のブラシレスモータ。   The data storage unit stores a speed / phase difference data table indicating a relationship between a preset rotation speed and a phase difference indicating a delay phase of current with respect to the voltage of the stator coil, and is calculated by the rotation speed calculation unit. 2. The brushless motor according to claim 1, wherein the phase difference of the energization signal is determined by referring to the speed / phase difference data table using the rotation speed. 前記通電制御部に接続された主電源回路に、平滑用コンデンサが接続され、且つ直流出力の負極側に、始動時の突入電流を低減する抵抗器が接続され、該抵抗器と並列にリレー接点が接続され、モータの始動時、該リレー接点をオフし、始動後に該リレー接点をオンすることを特徴とする請求項１記載のブラシレスモータ。   A smoothing capacitor is connected to the main power supply circuit connected to the energization control unit, and a resistor for reducing inrush current at start-up is connected to the negative side of the DC output, and a relay contact in parallel with the resistor The brushless motor according to claim 1, wherein the relay contact is turned off when the motor is started, and the relay contact is turned on after the motor is started. モータ部を包囲するモータケーシングが、略同じ定格のコンデンサモータのモータケーシングと同じ形状及び大きさに形成され、該モータケーシング内に、前記主電源回路以外の全ての回路が収納されたことを特徴とする請求項５記載のブラシレスモータ。   The motor casing surrounding the motor part is formed in the same shape and size as the motor casing of a capacitor motor having substantially the same rating, and all the circuits other than the main power supply circuit are accommodated in the motor casing. The brushless motor according to claim 5.

Images