特許 5933185 電源回路及びモータ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5933185

(24)【登録日】2016年5月13日

(45)【発行日】2016年6月8日

(54)【発明の名称】電源回路及びモータ装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/06 20060101AFI20160526BHJP

   H02P 27/06 20060101ALI20160526BHJP

【ＦＩ】

   H02M7/06 S

   H02P7/63 303V

【請求項の数】12

【外国語出願】

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2011-89580(P2011-89580)

(22)【出願日】2011年3月28日

(65)【公開番号】特開2011-211898(P2011-211898A)

(43)【公開日】2011年10月20日

【審査請求日】2014年2月6日

(31)【優先権主張番号】201010138043.8

(32)【優先日】2010年3月26日

(33)【優先権主張国】CN

(31)【優先権主張番号】201010270600.1

(32)【優先日】2010年8月24日

(33)【優先権主張国】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】502458039

【氏名又は名称】ジョンソン エレクトリック ソシエテ アノニム

(74)【代理人】

【識別番号】100092093

【弁理士】

【氏名又は名称】辻居 幸一

(74)【代理人】

【識別番号】100082005

【弁理士】

【氏名又は名称】熊倉 禎男

(74)【代理人】

【識別番号】100067013

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 文昭

(74)【代理人】

【識別番号】100086771

【弁理士】

【氏名又は名称】西島 孝喜

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100109335

【弁理士】

【氏名又は名称】上杉 浩

(72)【発明者】

【氏名】フェイ シン

(72)【発明者】

【氏名】エン フイ ワン

(72)【発明者】

【氏名】チー ピン スン

(72)【発明者】

【氏名】ミン リ ザン

(72)【発明者】

【氏名】シン ヒン ユン

【審査官】 安食 泰秀

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０４−０５４５１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２０２２７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５６−１３９０８１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ ７／０６

Ｈ０２Ｐ ２７／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＡＣ電源の活線に電気的に接続する入力端子と、ＡＣ電源の中性線又は接地線に電気的に接続するアース端子と、電圧減少ユニットとを備えた電源回路であって、
前記電圧減少ユニットは、前記入力端子に印加されるＡＣ電圧を減少するための調整可能なキャパシタンスを伴う調整可能なキャパシタユニットを含み、前記調整可能なキャパシタユニットは、互いに電気的に並列に接続された少なくとも２つのスイッチングキャパシタを含み、前記スイッチングキャパシタの各々は、固定キャパシタ及び該固定キャパシタに電気的に直列に接続されたスイッチを含み、前記少なくとも２つのスイッチングキャパシタの固定キャパシタのキャパシタンスは、互いに異なっており、
更に、前記減少されたＡＣ電圧を出力するための出力端子を備えた、電源回路。

【請求項2】

前記調整可能なキャパシタユニットは、前記入力端子と出力端子との間に電気的に接続される、請求項１に記載の電源回路。

【請求項3】

前記電圧減少ユニットは、前記出力端子とアース端子との間に電気的に接続された固定キャパシタを更に含む、請求項１又は２に記載の電源回路。

【請求項4】

前記調整可能なキャパシタユニットは、前記出力端子とアース端子との間に電気的に接続され、そして前記電圧減少ユニットは、前記入力端子と出力端子との間に電気的に接続された固定キャパシタを更に含む、請求項１に記載の電源回路。

【請求項5】

前記電圧減少ユニットは、前記入力端子と出力端子との間に電気的に接続された第１の調整可能なキャパシタユニットと、前記出力端子とアース端子との間に電気的に接続された第２の調整可能なキャパシタユニットとを含む、請求項１に記載の電源回路。

【請求項6】

各スイッチングキャパシタは、前記固定キャパシタと電気的に直列に接続された抵抗器を更に含む、請求項１から５のいずれかに記載の電源回路。

【請求項7】

前記電圧減少ユニットは、前記調整可能なキャパシタユニットと電気的に並列に接続された抵抗器を更に含む、請求項１から６のいずれかに記載の電源回路。

【請求項8】

前記電圧減少ユニットは、前記調整可能なキャパシタユニットと電気的に直列に接続された抵抗器及び／又はインダクタを更に含む、請求項１から７のいずれかに記載の電源回路。

【請求項9】

モータと、モータを付勢するための請求項１から８のいずれかに記載の電源回路とを備えたモータ装置。

【請求項10】

前記モータは、出力端子からの減少されたＡＣ電圧によって付勢されるＡＣモータである、請求項９に記載のモータ装置。

【請求項11】

前記モータは、ＤＣモータであり、前記電源回路は、出力端子の減少されたＡＣ電圧をＤＣ電圧へと変換するためのＡ／Ｄコンバータを更に備えた、請求項９に記載のモータ装置。

【請求項12】

前記Ａ／Ｄコンバータは、プリント回路板上に配列され、前記電圧減少ユニットは、該プリント回路板に電気的に接続されるが、プリント回路板から機械的に独立される、請求項１１に記載のモータ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気モータを付勢するのに特に適した電源回路及びこれを組み込んだモータ装置に係る。

【背景技術】

【0002】

ＢＬＤＣモータの駆動装置は、通常、ＡＣ主電圧を下げるための電圧減少ユニットと、減少されたＡＣ電圧をＤＣ電圧へ整流するための整流器と、ＤＣ電圧によって付勢され、ＢＬＤＣモータへ供給される電力を転換するインバータとを備えている。従来の駆動装置では、インバータへ送られるＰＷＭ信号を変化させることでモータの速度を調整することができる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

本発明は、ＡＣ主電源によって付勢される可変速度電気モータに特に適した新規な電源回路を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0004】

従って、本発明は、その１つの態様において、ＡＣ電源の活線に電気的に接続する入力端子と、ＡＣ電源の中性線又は接地線に電気的に接続するアース端子と、電圧減少ユニットとを備えた電源回路であって、電圧減少ユニットは、入力端子に印加されるＡＣ電圧を減少するための調整可能なキャパシタンスを伴う調整可能なキャパシタユニットと、その減少されたＡＣ電圧を出力するための出力端子とを含む電源回路を提供する。

【0005】

好ましくは、調整可能なキャパシタユニットは、入力端子と出力端子との間に電気的に接続される。

【0006】

好ましくは、電圧減少ユニットは、出力端子とアース端子との間に電気的に接続された固定キャパシタを更に含む。

【0007】

或いは又、調整可能なキャパシタユニットが、出力端子とアース端子との間に電気的に接続され、そして電圧減少ユニットが、入力端子と出力端子との間に電気的に接続された固定キャパシタを更に含む。

【0008】

好ましくは、電圧減少ユニットは、入力端子と出力端子との間に電気的に接続された第１の調整可能なキャパシタユニットと、出力端子とアース端子との間に電気的に接続された第２の調整可能なキャパシタユニットとを含む。

【0009】

好ましくは、調整可能なキャパシタユニットは、少なくとも２つの固定キャパシタと、その少なくとも２つの固定キャパシタを入力端子と出力端子との間に各々制御可能に電気的に接続するための制御ユニットとを含む。

【0010】

好ましくは、調整可能なキャパシタユニットは、固定キャパシタ及び該固定キャパシタに電気的に直列に接続されたスイッチを含む少なくとも１つのスイッチングキャパシタを備えている。

【0011】

好ましくは、調整可能なキャパシタユニットは、互いに電気的に並列に接続された少なくとも２つのスイッチングキャパシタを含む。

【0012】

任意であるが、各スイッチングキャパシタは、固定キャパシタと電気的に直列に接続された抵抗器を更に含む。

【0013】

好ましくは、電圧減少ユニットは、調整可能なキャパシタユニットと電気的に並列に接続された抵抗器を更に含む。

【0014】

好ましくは、電圧減少ユニットは、調整可能なキャパシタユニットと電気的に直列に接続された抵抗器及び／又はインダクタを更に含む。

【0015】

本発明は、第２の態様によれば、モータと、モータを付勢するための上述した電源回路とを備えたモータ装置を提供する。

【0016】

好ましくは、モータは、ＤＣモータであり、又、電源回路は、出力端子の減少されたＡＣ電圧をＤＣ電圧へと変換するためのＡ／Ｄコンバータを更に含む。

【0017】

好ましくは、Ａ／Ｄコンバータは、プリント回路板上に配列され、又、電圧減少ユニットは、そのプリント回路板に電気的に接続されるが、プリント回路板から機械的に独立される。

【0018】

或いは又、モータは、出力端子からの減少されたＡＣ電圧により付勢されるＡＣモータである。

【発明の効果】

【0019】

本発明の実施形態において、調整可能なキャパシタユニットのキャパシタンスを調整することにより、モータの速度を変更するように、電圧減少ユニットからの電圧出力を調整することができる。一方、モータ駆動装置の回路は簡単であり、コストが削減される。

【0020】

以下、添付図面を参照し、本発明の好ましい実施形態を一例として説明する。２つ以上の図に現れる同じ構造物、要素又は部品は、一般的に、それらが現れる全ての図において同じ参照番号で示す。図示されたコンポーネント及び特徴部の寸法は、一般的に、表現の便宜上及び明瞭化のために選択されたものであって、必ずしも一定の縮尺率で描かれていない。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の第１の実施形態によるモータ装置のブロック図である。

【図2】図１のモータ装置の電圧減少ユニットの回路図である。

【図3】ＡＣ電源と電圧減少ユニットとの間の機械的スイッチから出力される高周波数パルス信号を示す。

【図4】本発明の更に別の実施形態による電圧減少ユニットを示す図である。

【図5】本発明の更に別の実施形態による電圧減少ユニットを示す図である。

【図6】本発明の更に別の実施形態による電圧減少ユニットを示す図である。

【図7】本発明の更に別の実施形態による電圧減少ユニットを示す図である。

【図8】本発明の更に別の実施形態による電圧減少ユニットを示す図である。

【図9】本発明の更に別の実施形態による電圧減少ユニットを示す図である。

【図10】本発明の更に別の実施形態による電圧減少ユニットを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

図１及び２を参照すれば、本発明の好ましい実施形態によるモータ装置２００は、交流（ＡＣ）電源２０６によって付勢され、そしてモータと、モータへ電力を供給するための電源回路とを備えている。電源回路は、ＡＣ電源２０６の生きた線又は活線を接続するための入力端子２０１と、ＡＣ電源２０６の中性線又は接地線を接続するためのアース端子２０２と、電圧減少ユニット２２０と、Ａ／Ｄコンバータ２４０とを備えている。この実施形態では、モータは、回転子と、固定子巻線２０８をもつ固定子とを有するブラシレス直流（ＢＬＤＣ）モータである。

【0023】

電圧減少ユニット２２０は、入力端子２０１及びアース端子２０２へ供給されるＡＣ電圧を減少するために調整可能なキャパシタンスをもつ調整可能なキャパシタユニット２２２（図２）を備えている。減少された電圧は、電圧減少ユニットの出力端子２０３に送られる。調整可能なキャパシタユニット２２２は、入力端子２０１と出力端子２０３との間に電気的に接続され、そして固定キャパシタンスをもつ少なくとも２つの固定キャパシタ２２８と、入力端子２０１と出力端子２０３との間での少なくとも２つの固定キャパシタ２２８の接続を制御するための制御ユニット２２６とを備えている。制御ユニット２２６は、少なくとも２つの固定キャパシタ２２８と各々電気的に直列に接続される少なくとも２つのスイッチ２２１を備えている。各スイッチ２２１及びそれに対応するキャパシタ２２８は、スイッチングキャパシタを形成し、少なくとも２つのスイッチングキャパシタが互いに電気的に並列に接続される。スイッチ２２１が導通であるときには、それに対応するキャパシタ２２８が入力端子２０１と出力端子２０３との間に電気的に接続され、電源を出力端子２０３に実際上接続する。スイッチ２２１が非導通であるか又は開路しているときには、それに対応するキャパシタ２２８が回路から電気的に切断される。それ故、各スイッチ２２１の状態を制御することにより、固定キャパシタ２２８を回路に電気的に接続したり切断したりして、調整可能なキャパシタユニット２２２のキャパシタンスを調整し、電圧減少ユニットの出力電圧を調整することができる。

【0024】

Ａ／Ｄコンバータ２４０は、出力端子２０３の減少されたＡＣ電圧をＤＣ電圧へと変換するための整流器２４２と、この整流器２４２からのＤＣ電圧出力を平滑化するためのフィルタ２４４とを備えている。好ましい実施形態では、整流器２４２は、ブリッジ整流器であり、そしてフィルタ２４４は、ブリッジ整流器の出力端子にまたがって電気的に接続されたキャパシタである。

【0025】

又、Ａ／Ｄコンバータ２４０からのＤＣ電圧出力により付勢されるＤ／Ｄコンバータをモータ装置２００に配置することもできる。この実施形態では、Ｄ／Ｄコンバータは、Ａ／Ｄコンバータ２４０からの高いＤＣ電圧出力から安定した低いＤＣ電圧を発生するための低電圧発生ユニット２８０である。この低電圧発生ユニット２８０は、抵抗器及びツェナーダイオードを含む。抵抗器の一端は、ブリッジ整流器の正の出力端子に電気的に接続され、その他端は、ツェナーダイオードのカソードに電気的に接続され、そしてツェナーダイオードのアノードは、電気的に接地される。任意であるが、ツェナーダイオードと電気的に並列に接続されたフィルタリングキャパシタを低電圧発生ユニット２８０に配置して、ツェナーダイオードのカソードに安定した低いＤＣ電圧を出力してもよい。

【0026】

モータ装置２００は、更に、位置検出ユニット２６２、コントローラ２６４及びインバータ２６６を含む駆動ユニット２６０を備えている。位置検出ユニット２６２は、低いＤＣ電圧により付勢されて、ＢＬＤＣモータの回転子の位置を検出し、それに対応する位置信号を出力するように構成されたホールセンサでよい。コントローラ２６４は、位置信号に応答して、それに対応する転換信号を出力するように構成される。コントローラ２６４は、マイクロコントローラによって実現することもできるし、又は抵抗器及びスイッチのような電子コンポーネントにより構成されたスイッチング回路によって実現することもできる。インバータ２６６は、Ａ／Ｄコンバータ２４０からのＤＣ電圧出力により付勢され、転換信号に応答して、モータの固定子巻線２０８へ電力を供給するように構成される。

【0027】

更に、モータ装置２００は、Ａ／Ｄコンバータ２４０からのＤＣ電圧出力を調整するための電圧調整ユニットも備えている。好ましい実施形態では、電圧調整ユニットは、ＤＣ電圧により付勢される電子部品がダメージを受けるのを防止するためにＡ／Ｄコンバータ２４０からの最大電圧出力を制限するよう構成された過電圧保護ユニット２９０である。更に、電圧減少ユニットからのＡＣ電圧出力により付勢される回路には比較的低い耐電圧グレードの電子部品を使用できるので、回路のコストを下げることができる。

【0028】

本発明の実施形態では、異なるキャパシタンスをもつ調整可能なキャパシタユニット２２２を制御することにより、Ａ／Ｄコンバータ２４０は、対応的に異なる値のＤＣ電圧を出力して、モータを異なる速度で動作することができる。調整可能なキャパシタユニット２２２が、互いに異なるキャパシタンスのｎ個の固定キャパシタ２２８を有する場合には、２ⁿ−１までの異なる速度を与えることができる。

【0029】

実際の用途では、ＡＣ電源２０６を入力端子に接続するための機械的なスイッチを設けることができる。スイッチング中に、この機械的なスイッチは、反発する傾向があり、従って、図３に示すような高周波数パルス信号を出力する。このとき、調整可能なキャパシタユニット２２２のキャパシタ２２８は、短絡路と同等であり、その結果、サージ電流がキャパシタ及びその後の電子部品に流れる。この問題を解決するために、図２の電圧減少ユニット２２０に比較して、図４に示した第２の実施形態による電圧減少ユニット２２０は、更に、考えられるサージ電流を制限して電子部品がダメージを受けるのを防止するために調整可能なキャパシタユニット２２２と電気的に直列に接続された抵抗器Ｒ２及びインダクタＬと、ＡＣ電源が電源回路から切断された後に調整可能なキャパシタユニット２２２を放電するために調整可能なキャパシタユニット２２２に電気的に並列に接続された抵抗器Ｒ１とを備えている。異なる用途では、電圧減少ユニット２２０は、実際的な要件に基づいて、抵抗器Ｒ１、Ｒ２及びインダクタＬのいずれか１つ、いずれか２つ又は３つ全部を含んでもよいことを理解されたい。

【0030】

図２に示した電圧減少ユニット２２０と比較して、図５に示した第３の実施形態による電圧減少ユニット２２０は、更に、出力端子２０３とアース端子２０２との間に電気的に接続されたキャパシタＣ１を備えている。

【0031】

図２に示した電圧減少ユニット２２０と比較して、図６に示した第４の実施形態による電圧減少ユニット２２０では、各抵抗器Ｒ３が各固定キャパシタ２２８に電気的に直列に接続され、各スイッチングキャパシタがそれ自身の抵抗器Ｒ３を有して、考えられるサージ電流を制限すると共に、電圧減少ユニット２２０の出力をより正確なものにする。実際的な要件に基づいて、調整可能なキャパシタユニット２２２に電気的に並列に接続された放電抵抗器Ｒ１及び／又は調整可能なキャパシタユニット２２２に電気的に直列に接続されたインダクタＬも配置できることを理解されたい。

【0032】

図７を参照すれば、第５の実施形態による電圧減少ユニット２２０は、入力端子２０１と出力端子２０３との間に電気的に接続された第１の調整可能なキャパシタユニット２２２’と、出力端子２０３とアース端子２０２との間に電気的に接続された第２の調整可能なキャパシタユニット２２４’とを備えている。第１及び第２の調整可能なキャパシタユニット２２２’、２２４’の各々は、少なくとも１つのスイッチングキャパシタを含む。

【0033】

図７に示した電圧減少ユニットに比較して、図８に示した第６の実施形態による電圧減少ユニット２２０は、更に、ＡＣ電源２０６が電圧減少ユニットから電気的に切断された後に調整可能なキャパシタユニットを放電するために第１の調整可能なキャパシタユニット２２２’に電気的に並列に接続された抵抗器Ｒ１を備えている。考えられるサージ電流を制限して電子部品がダメージを受けるのを防止するために第２の調整可能なキャパシタユニット２２２’と電気的に直列に抵抗器Ｒ２及びインダクタＬが接続されている。異なる用途では、電圧減少ユニット２２０は、実際的な要件に基づいて、抵抗器Ｒ１、Ｒ２及びインダクタＬのいずれか１つ、いずれか２つ又は３つ全部を含んでもよいことを理解されたい。

【0034】

図７に示した電圧減少ユニットに比較して、図９に示した第７の実施形態では、考えられるサージ電流を制限して電圧減少ユニット２２０の出力をより正確なものにするために、第１の調整可能なキャパシタユニット２２２’及び／又は第２の調整可能なキャパシタユニット２２４’の各固定キャパシタ２２８と直列に抵抗器Ｒ１が各々電気的に接続される。実際的な要件に基づいて、第１の調整可能なキャパシタユニット２２２’に電気的に並列に接続された抵抗器Ｒ１及び／又は第１の調整可能なキャパシタユニット２２２’に電気的に直列に接続されたインダクタＬも電圧減少ユニットに配置できることを理解されたい。

【0035】

図１０を参照すれば、本発明の第８の実施形態において、電圧減少ユニット２２０は、入力端子２０１と出力端子２０３との間に電気的に接続された固定キャパシタＣ２と、出力端子２０３とアース端子２０２との間に電気的に接続された調整可能なキャパシタユニット２２４とを備えている。調整可能なキャパシタユニット２２４は、固定キャパシタ２２８及びスイッチ２２１を伴う少なくとも１つのスイッチングキャパシタを含む。好ましくは、スイッチ２２１に電気的に直列に接続された単一の抵抗器、又は各スイッチングキャパシタに各々直列に接続された多数の抵抗器を配置することができる。

【0036】

本発明の実施形態では、Ａ／Ｄコンバータ２４０、駆動ユニット２６０、過電圧保護ユニット２９０、及び低電圧発生ユニット２８０をプリント回路板に配置することができ、そして調整可能なキャパシタユニットをプリント回路板とは機械的に独立して、プリント回路板に電気的に接続することができる。

【0037】

モータ装置は、換気装置、送風機、及びエアコンディショナーのファンを駆動するのに特に適している。

【0038】

本発明は、１つ以上の好ましい実施形態を参照して説明したが、当業者であれば、種々の変更がなされ得ることが明らかであろう。それ故、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって決定されるものとする。

【0039】

例えば、モータは、別の種類のＤＣモータ、例えば、二相又は三相ＢＬＤＣモータ、ユニバーサルモータ、ステッパモータ、サーボモータ、或いは電圧減少ユニットからの減少されたＡＣ電圧出力により直接付勢できるＡＣモータ、例えば、隈取りモータ、誘導モータ又はユニバーサルモータでもよい。

【0040】

本発明の説明及び特許請求の範囲において、動詞「備える(comprise)」、「含む(include)」、「収容する(contain)」及び「有する(have)」並びにその変化は、各々、ここに述べたアイテムの存在を特定するために包括的な意味で使用され、付加的なアイテムの存在を除外するものではない。

【符号の説明】

【0041】

２００：モータ装置
２０１：入力端子
２０２：アース端子
２０３：出力端子
２０６：交流（ＡＣ）電源
２０８：固定子巻線
２２０：電圧減少ユニット
２２１：スイッチ
２２２：調整可能なキャパシタユニット
２２６：制御ユニット
２２８：固定キャパシタ
２４０：Ａ／Ｄコンバータ
２４２：整流器
２４４：フィルタ
２６２：位置検出ユニット
２６４：コントローラ
２６６：インバータ
２８０：低電圧発生ユニット
２９０：過電圧保護ユニット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】