JP2012165612A

JP2012165612A - Ｄｃモータ天井扇風機

Info

Publication number: JP2012165612A
Application number: JP2011025730A
Authority: JP
Inventors: Kanji Izaki; 勘治井崎
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2011-02-09
Filing date: 2011-02-09
Publication date: 2012-08-30

Abstract

【課題】起動時の回転子の位置決めをすることなく、確実にモータを所望の方向に回転させ、使用者に逆転による不安感を与えないＤＣモータ天井扇風機を提供する。
【解決手段】ブラシレスＤＣモータの回転子磁石（磁石６）の磁極位置をセンサレスで検出する位置検出手段１５を備え、天井扇風機を停止させるときに、ブラシレスＤＣモータの特定の相に一定の時間以上通電し、前記天井扇風機の羽根の停止位置が、最終の通電相に対して常に一定になるように制御する停止位置固定手段１７を備えたので、停止した状態から、通常の回転動作に移行することが可能になる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ブラシレスＤＣモータを搭載した天井型扇風機に関するものである。

従来、この種のＤＣモータ天井扇風機は、ホール素子等の磁気センサーを利用して回転子磁石の磁極位置を検出し、回転駆動させるものが知られている。（例えば、特許文献１参照）。

以下、そのＤＣモータ天井扇風機の動作について図５を参照しながら説明する。

図に示すように、従来のＤＣモータ天井扇風機のモータは、固定子１０１の外周部に空隙を介して、磁石１０２を備えた回転子１０３が回転自在に設けられている。固定子１０１は中空軸１０７により、図にＷで示された天井に取付けられた固定板１０８に、吊り下げ固定されている。固定子１０１の上端側には、磁石１０２の磁極位置を検出するホールＩＣ１０５を搭載したセンサー基板１０４が設けられている。そしてこのホールＩＣ１０５で検出された磁極位置に基づいて、固定板１０８の内部に設けられた駆動基板１０９にて固定子１０１の巻線に通電し、回転子１０３を回転させる。このようにして、回転子１０３に一体的に取付けられた羽根１１０を回転させ、室内に風を供給している。ホールＩＣ１０５の出力は中空軸１０７の中空部内に通されたリード線１０６を通じて、駆動基板１０９に供給されている。

また、センサレスブラシレスＤＣモータにおいて、起動時に特定の固定子巻線相に通電し、回転子の位置を所定の位置に位置決めしてから起動するものが知られている。（例えば、特許文献２参照）。

以下、そのセンサレスブラシレスＤＣモータの動作について図６を参照しながら説明する。

図６は、モータの回転子１１１の磁石磁極と固定子１１２の各磁極ａ〜ｉの相対的な位置関係を示しているが、図６（ａ）において、磁極ｇ、ｈ、ｉに巻かれたＵ相巻線１１３から、磁極ｄ，ｅ，ｆに巻かれたＶ相巻線１１４に通電すると、磁極ｇ、ｉ，ｅがＮ極になり、磁極ｈ、ｄ、ｆがＳ極になることにより、回転子１１１の各磁石がその磁極に吸引され、図の矢印のように反時計方向に回転する。次に引き続きＵ相巻線１１３からＶ相巻線１１４への通電を継続すると、図６（ｂ）に示す位置で回転子１１１が停止し、回転子１１１の位置が固定子１１２に対して固定される。この後、Ｕ相巻線１１３からＷ相巻線１１５に通電をすると、回転子１１１は反時計方向に回転を継続する。そして、徐々に通電信号の切替を早くして回転速度を上昇させ、誘起電圧が検出できるようになった時点で、位置検出運転に切替え、センサレス駆動運転を実現するものである。

特開昭６２−３２２９７号公報特開平０９−２３３８８５号公報

特許文献１に示された従来の構成では、回転子の位置を検出するホールＩＣの信号線を固定子の中央部を貫通する中空軸の中空部を通して、天井面近傍の中空軸上部に設けられた駆動基板まで通す必要がある。従って、信号線が非常に長くなることと、例えばブラシレスＤＣモータが３相全波駆動であった場合は、通常３ケのホールＩＣのそれぞれの出力信号線３本と共通の電源線２本、あわせて５本の信号線があるので、中空軸にその信号線を通すのに非常に工数がかかる。その結果、高コストのＤＣモータ天井扇風機になってしまうという課題があった。また、ホールＩＣをモータ外周部にある磁石の端部に設置する必要がある。そのホールＩＣをプリント基板に搭載しているので、モータの軸方向の寸法が大きくなり、薄型のＤＣモータ天井扇風機を実現することができないという課題があった。

また特許文献２に示された従来の構成は、センサレスのブラシレスＤＣモータを起動するときに、固定子巻線の特定の相に通電し、回転子磁石の位置を固定子巻線相に対して所定の位置に位置決めしてから、回転信号を供給し回転させている。しかし、起動させるときの回転子磁石の位置は、特定の通電相に対して固定されてはいない。従って、特定の通電相に通電をする時の回転子磁石の位置により、回転子は正転して所定の位置に位置決めされる場合と、逆転して所定の位置に位置決めされる場合がある。すなわち、本技術のセンサレスのブラシレスＤＣモータを天井扇風機に適用した場合、起動時の天井扇風機の羽根の動きが一様でない。そして、位置決めのときに逆転した場合は、通常運転時と逆方向に一旦動いてから正転の方向に羽根が動くので、羽根の動きを見た使用者に、故障しているのではないかという不安感を与えてしまうという課題があった。そこで、使用者に不安感を与えない信頼性の高いセンサレス駆動のブラシレスＤＣモータを搭載したＤＣ天井扇風機を実現することが望まれていた。

そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、使用者に起動時の不安を与えず、低コストで薄型化可能なセンサレス駆動を採用したＤＣモータ天井扇風機を実現することを目的とする。

そして、この目的を達成するために、本発明はブラシレスＤＣモータと、前記ブラシレスＤＣモータの回転子磁石の磁極位置をセンサレスで検出する位置検出手段と、前記位置検出手段の出力に基づいて、前記ブラシレスＤＣモータを通電制御する駆動手段と、天井扇風機を停止させるときに、ブラシレスＤＣモータの特定の相に一定の時間以上通電し、前記天井扇風機の羽根の停止位置が、前記最終の通電相に対して常に一定になるように制御する停止位置固定手段を備えたＤＣモータ天井扇風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。

本発明によれば、ブラシレスＤＣモータの回転子磁石の磁極位置をセンサレスで検出する位置検出手段を備え、天井扇風機を停止させるときに、ブラシレスＤＣモータの特定の相に一定の時間以上通電し、前記天井扇風機の羽根の停止位置が、前記最終の通電相に対して常に一定になるように制御する停止位置固定手段を備えた構成にしたことにより、モータにホール素子等の回転子位置検出用の磁気センサーを設ける必要が無く、中空軸に通過させるリード線の本数も減る。従って、センサー基板を固定子の軸方向端部に設ける必要がなく、低価格で薄型のＤＣモータ天井扇風機を実現できる。また、停止位置固定手段により通電相に対する羽根の相対的な停止位置が固定されているので、天井扇を起動させるときにロータ位置の特定が可能であり、起動時の回転子の位置決めをすることなく、確実にモータを所望の方向に回転できるので、使用者に逆転による不安感を与えない高品質のＤＣモータ天井扇を実現できる。

本発明の実施の形態１のＤＣモータ天井扇風機の主要部の断面図同駆動回路基板のブロック図同運転の為のプログラムの１例を示すフローチャート図同停止時と起動時の固定子磁極と回転子磁極の位置関係を示す説明図従来のＤＣモータ天井扇風機の主要部の断面図従来のセンサレスブラシレスモータの起動時の回転子磁石磁極と固定子磁極の相対的な位置関係を示した説明図

本発明の請求項１記載の発明は、ブラシレスＤＣモータと、前記ブラシレスＤＣモータの回転子磁石の磁極位置をセンサレスで検出する位置検出手段と、前記位置検出手段の出力に基づいて、前記ブラシレスＤＣモータを通電制御する駆動手段と、天井扇風機を停止させるときに、ブラシレスＤＣモータの特定の相に一定の時間以上通電し、前記天井扇風機の羽根の停止位置が、前記最終の通電相に対して常に一定になるように制御する停止位置固定手段を備えたＤＣモータ天井扇風機としたものであり、モータにホール素子等の回転子位置検出用の磁気センサーを設ける必要が無く、中空軸に通過させるリード線の本数も減る。従って、センサー基板を固定子の軸方向端部に設ける必要がなく、低価格で薄型のＤＣモータ天井扇風機を実現できる。また、停止位置固定手段により通電相に対する羽根の相対的な停止位置が固定されているので、天井扇を起動させるときにロータ位置の特定が可能であり、起動時の回転子の位置決めをすることなく、確実にモータを所望の方向に回転できるので、使用者に逆転による不安感を与えない高品質のＤＣモータ天井扇を実現できるという効果を奏する。

また、天井扇風機を停止させるときに、前記天井扇風機の回転数を検出するとともに、回転数が特定の回転数より低くなったときに、前記停止位置固定手段により、前記扇風機の羽根の停止位置が、前記最終の通電相に対して常に一定になるように制御するという構成にしてもよい。これにより、モータの回転数が低くなってから、停止位置固定の為の通電をするので、停止の為の通電電流を低く設定することが可能になり、確実に回転子を所定の位置で停止させることができる。また、駆動の為のスイッチング素子等の電子部品の耐圧や電流容量を高くする必要がなく、低価格の電子部品を採用できるので安価なＤＣモータ天井扇風機を実現できるという効果を奏する。

また、天井扇風機を起動させるときに、前記停止位置固定手段によって停止した前記回転子磁石の磁極位置に基づいて、あらかじめ設定した通電切替信号を前記駆動手段に加え、天井扇風機の回転を徐々に増加させ、前記位置検出手段による回転子位置検出が可能になった時点で、前記位置検出手段による位置検出運転に切り替える構成としてもよい。これにより、あらかじめ設定した通電切替信号が、天井扇風機の回転を徐々に増加させ、位置検出運転が可能になった状態で位置検出運転に切り替えるので、起動から位置検出運転まで、および位置検出運転への切替え前後の急激な回転変化を抑制することができ、使用者に回転状態の不安感を与えない高品質のＤＣモータ天井扇を実現できるという効果を奏する。

また、天井扇風機を起動させるときに、前記停止位置固定手段によって前記回転子磁石の磁極位置を位置決めさせる構成としてもよい。これにより、天井扇を位置決め停止させた後に、天井扇自身の点検により羽根の停止位置が変更されたり、あるいは天井扇が設置された空間内に外風等が導入され、強力な気流により、羽根の停止位置が変化した場合でも、起動時に特定の位置に位置決めしてから起動するので、起動失敗のない信頼性の高いＤＣモータ天井扇風機を実現できるという効果を奏する。

また、天井扇風機の回転方向を切り替えるときに、前記停止位置固定手段により、前記天井扇風機の羽根を、前記最終の通電相に対して常に一定の位置で停止させてから、逆方向に起動させる構成にしてもよい。これにより、一旦回転子を特定の位置で停止させてから逆回転させるので、確実に逆回転をさせることが可能になり、回転方向切り替え失敗のない信頼性の高いＤＣモータ天井扇風機を実現できるという効果を奏する。

また、天井扇風機の回転方向を切り替えるときに、最初に、前記ブラシレスＤＣモータのすべての相の巻線を接続して短絡し、ブレーキをかけて減速させた後に、前記停止位置固定手段により、前記天井扇風機の羽根を、前記最終の通電相に対して常に一定の位置で停止させてから、逆方向に起動させる構成としてもよい。これにより、巻線を短絡する短絡ブレーキにより、回転速度の低下を早めることができ、回転方向切り替えの時間を短縮することのできる快適性の高いＤＣモータ天井扇風機を実現できるという効果を奏する。

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。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるＤＣモータ天井扇風機の主要部の断面図、図２は同駆動回路基板のブロック図、図３は同運転の為のプログラムの１例を示すフローチャート図、図４は同停止時と起動時の固定子磁極と回転子磁極の位置関係を示す説明図である。図において１は３相のスター結線された固定子巻線２を備えた固定子である。固定子１の外周には空隙を介して１０極の磁石６を備えた回転子５が設けられており、軸受７により回転自在に保持されている。固定子巻線２には給電用のリード線４が取付けられており、中空軸３の中空部を通じて回転子５の上部に設けられた制御ケース１１内に収納された、駆動回路基板１０に接続されている。駆動回路基板１０には、交流を直流に整流平滑する平滑回路１９と固定子巻線２への通電を切り替えるインバータ回路１２とインバータ回路１２の負電位側と平滑回路の負電位側間に接続されたシャント抵抗１３とが搭載されている。そして、インバータ回路１２に流れる電流によって前記シャント抵抗１３に発生する電圧を検出し、検出した電圧をデジタル信号に変換してマイクロコンピュータ１８に出力するＡＤ変換器１４とが搭載されている。マイクロコンピュータ１８にはＡＤ変換器１４の出力により、回転子５の磁石６の位置を検出する位置検出手段１５と、この位置検出手段１５が検出した磁石６の位置に応じて、インバータ回路１２に通電を切り替えるゲート信号を出力する駆動手段と、天井扇風機の運転を停止させるときに、回転子５の磁石６の位置が固定子１に対して、常に特定の位置で停止するように、駆動手段１６にゲート信号を出力させる停止位置固定手段１７が設けられている。

本形態において、ＤＣ天井扇風機の電源が投入されると、マイクロコンピュータ１８のＲＯＭに記憶された図３のフローチャートに示すプログラムの手順にしたがって運転が開始される。まず、ステップ２０で停止位置固定手段１７の指示に基づいて、駆動手段１６からインバータ回路１２に固定子巻線２の特定の相に通電するゲート信号を出力し、回転子５を所定の位置に停止させる。図４の（ａ）はその停止させたときの、固定子巻線２と磁石６の位置関係を示している。図においてはＵ相からＶ相に通電されており、図におけるＵ＋とＶ−極がＮ極に磁化され、Ｕ−とＶ＋極がＳ極に磁化されることにより、磁石６が図に示す位置に固定される。次にステップ２１でＵ相からＷ相への通電に切り替えると、Ｕ相およびＷ相巻線の各磁極が図４の（ｂ）に示す極に磁化され、磁石６が反時計方向への回転を開始する。以後順番に、Ｖ相からＷ相、Ｖ相からＵ相、Ｖ相からＵ相、Ｗ相からＵ相、Ｗ相からＶ相への通電切替を実施し、通電電圧を上昇させながら通電切替スピードを徐々に早くしていけば、回転子５の回転も徐々に高くなる。その間、ステップ２２にてＡＤ変換器１４が常にモータ電流を検出し、ステップ２３にて位置検出手段１５が検出された電流にて回転子位置検出が可能かどうか判断する。そして、回転の上昇により位置検出が可能な状態となっていると判断した場合は、ステップ２４にて回転子位置検出運転に切替え、ステップ２５にて回転子位置に応じた通電信号を駆動手段１６からインバータ回路１２に出力する。次にステップ２６で天井扇風機の停止指示があるかどうか検出し、停止指示があった場合は通電電圧を徐々にさげる。そして、回転数が低くなった時点で、ステップ２８にてステップ２０と同様に、停止位置固定手段１７の指示に基づいて、駆動手段１６からインバータ回路１２に固定子巻線２のＵ相からＶ相に通電するゲート信号を出力し、回転子５を図４（ａ）の位置に停止させてから、通電を止め、天井扇風機の運転を停止する。前述したように、天井扇風機の場合は、運転停止後も羽根が外風等によって停止位置から動くことはない。従って、上記のように停止処理を行うと、再度天井扇風機の運転指示が出された場合、ステップ２０で位置決め信号が出力されても羽根は逆転することなく、停止した状態から、ステップ２１以降の通常の運転に移行することが可能になり、使用者に不安を与えるような動作は生じない。

また、ステップ２６で停止信号が検出されなかった場合は、ステップ２９で回転方向切替が指示されているかどうかを検出し、指示されていない場合はステップ２４に戻り、以後は前記説明と同様の運転を繰り返す。ステップ２９で回転方向切替が指示されている場合は、すぐにステップ３０で通電を停止し、次にステップ３１で固定子巻線２の各相巻線を短絡する信号を駆動手段１６からインバータ回路１２に出力し、短絡ブレーキをかけて回転を低下させる。そして、回転が十分低下した段階で、ステップ３２でステップ２０あるいはステップ２８と同様に、停止位置固定手段１７の指示に基づいて、駆動手段１６からインバータ回路１２に固定子巻線２のＵ相からＶ相に通電するゲート信号を出力し、回転子５を図４（ａ）の位置に停止させる。その後、Ｗ相からＶ相へ通電すれば、回転方向が切り替わり図４の（ｃ）に示すように、時計方向に回転をする。以後はすでに説明した動作に基づいて運転を継続することが可能であり、短絡ブレーキをかけているので、回転方向切替の時間を短縮できるとともに、センサー付モータと同様の回転方向切替動作が可能になり、使用者に不安感を与えるようなことは発生しない。

尚、本実施例においては、１２スロット・１０極のブラシレスＤＣモータの３相全波１２０度通電方式で説明したが、１２スロット・１０極である必要は無く、３相全波１２０度通電方式である必要もなく、１５０度でも１８０度通電方式でも単相駆動でもよい。また位置検出の方法もワンシャント抵抗による電流検出によるセンサレスの位置検出である必要はなく、誘起電圧を検出する方法でもよい。要は、停止時に所定の位置に回転子を停止させることができれば、その作用効果に差異を生じない。

本発明かかるＤＣ天井扇風機はセンサレス駆動のブラシレスＤＣモータを搭載しているので、薄型で低価格を実現するとともに、停止時に所定の位置で回転子が停止するように制御しているので、使用者に不安を与えないスムーズな起動が可能であり、天井扇風機として有用である。

１固定子
２固定子巻線
３中空軸
４リード線
５回転子
６磁石
１０駆動回路基板
１２インバータ回路
１３シャント抵抗
１４ＡＤ変換器
１５位置検出手段
１６駆動手段
１７停止位置固定手段

Claims

ブラシレスＤＣモータを用いた天井扇風機であって、
前記ブラシレスＤＣモータの回転子磁石の磁極位置をセンサレスで検出する位置検出手段と、
この位置検出手段の出力に基づいて、前記ブラシレスＤＣモータを通電制御する駆動手段と、
天井扇風機を停止させるときに、ブラシレスＤＣモータの特定の相に一定の時間以上通電し、前記天井扇風機の羽根の停止位置が、前記最終の通電相に対して常に一定になるように制御する停止位置固定手段を備えたＤＣモータ天井扇風機。
天井扇風機を停止させるときに、前記天井扇風機の回転数を検出するとともに、回転数が特定の回転数より低くなったときに、前記停止位置固定手段により、前記扇風機の羽根の停止位置が、前記最終の通電相に対して常に一定になるように制御する請求項１記載のＤＣモータ天井扇風機。
天井扇風機を起動させるときに、前記停止位置固定手段によって停止した前記回転子磁石の磁極位置に基づいて、あらかじめ設定した通電切替信号を前記駆動手段に印加し、天井扇風機の回転を徐々に増加させ、前記位置検出手段による回転子位置検出が可能になった時点で、前記位置検出手段による位置検出運転に切り替える請求項１または２記載のＤＣモータ天井扇風機。
天井扇風機を起動させるときに、前記停止位置固定手段によって前記回転子磁石の磁極位置を位置決めさせる請求項３記載のＤＣモータ天井扇風機。
天井扇風機の回転方向を切り替えるときに、前記停止位置固定手段により、前記天井扇風機の羽根を、前記最終の通電相に対して常に一定の位置で停止させてから、逆方向に起動させる請求項１乃至４のいずれか一つに記載のＤＣモータ天井扇風機。
天井扇風機の回転方向を切り替えるときに、最初に、前記ブラシレスＤＣモータのすべての相の巻線を接続して短絡し、ブレーキをかけて減速させる請求項５記載のＤＣモータ天井扇風機。