JP2005210829A - 誘導電動機及び冷却ファン駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡素な構成によって回転速度の変更制御が可能となる誘導電動機を提供する。
【解決手段】 複数の二次導体２を回転軸芯Ｐの周りに配置するとともに当該二次導体２のうち回転軸芯Ｐと平行な方向における一端部２ａ同士を導通形成した誘導子１と、複数の二次導体２のうち前記回転軸芯Ｐと平行な方向における他端部２ｂに接触して当該二次導体２の他端部２ｂ同士を導通させる導通位置、及び、複数の二次導体２の他端部２ｂから離間して当該二次導体２の他端部２ｂ同士を絶縁させる非導通位置に位置変更可能な導体部材３と、二次導体２に誘導子１を前記回転軸芯Ｐ回りに回転させるための電流を誘導する回転磁界生成手段と、導体部材３を前記導通位置及び前記非導通位置に位置変更させて誘導子１の回転速度を変更制御する回転制御手段１００とが設けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、回転速度の変速制御が可能な誘導電動機、及び、エンジンの動力により冷却ファンを回転駆動する冷却ファン駆動装置に関する。

上記誘導電動機（誘導モータ）は、回転子（誘導子）の内部に回転軸芯方向に沿う状態で配置した複数の二次導体バーの両端部夫々において各二次導体バーの端部同士をエンドリングで導通接続するとともに、この回転子の周囲に配置した固定子に電圧を印加することで交流電源周波数の回転磁界を生成して回転子を回転駆動している（例えば特許文献１参照）。そして、従来では、上記回転磁界生成用の交流電源を位相制御等して、誘導電動機を可変速制御するようにしていた。

また上記のようにエンジンの動力によって直接駆動される冷却ファン駆動装置では、粘性流体継手装置を用いて空気温度に応じてファンへ伝達するトルクを制御することでファン回転速度を変更するようにしていた。すなわち、粘性流体継手装置の特性により、高温条件ではエンジン回転速度の増加に応じてファン回転速度は高くなるが、低温条件ではエンジン回転速度が増加してもファン回転速度は増加しない。また、上記冷却ファン駆動装置では、図６に破線で示したように、エンジン始動時に、粘性流体継手装置の作動部内に溜まっているオイルの引きずり効果によりファンに伝達されるトルクが大きくなり、ファン回転速度が高くなっていた。なお、エンジン始動後、所定時間が経過すると、粘性流体継手装置の作動部内から貯留部内へオイル量が移動し、作動部内のオイルがほぼ無くなってファン回転速度は低下する。

特開２００２−３４１８２号公報（第２−３頁、第１３−１５図）

しかし、上記従来の誘導電動機では、可変速制御する場合に回転磁界生成用の交流電源の位相制御等を行なうための複雑な制御回路が必要であるという不都合があった。

また、上記粘性流体継手装置を用いた冷却ファン駆動装置では、特にエンジン始動時に、不必要なトルクをファンに伝達する結果、ファン回転速度の高い状態が継続し、暖機遅れ・ファン騒音増大等の不都合があった。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、第１の目的は、簡素な構成によって回転速度の変更制御が可能となる誘導電動機を提供することにある。
また、第２の目的は、温度条件に応じて冷却用ファンに伝えるトルクを変更制御して冷却効果を適切に制御することが可能となる冷却ファン駆動装置を提供することにある。

上記第１の目的を達成するための本発明に係る誘導電動機の第一特徴構成は、複数の二次導体を回転軸芯の周りに配置するとともに当該二次導体のうち前記回転軸芯と平行な方向における一端部同士を導通形成した誘導子と、前記複数の二次導体のうち前記回転軸芯と平行な方向における他端部に接触して当該二次導体の他端部同士を導通させる導通位置、及び、前記複数の二次導体の他端部から離間して当該二次導体の他端部同士を絶縁させる非導通位置に位置変更可能な導体部材と、前記二次導体に前記誘導子を前記回転軸芯回りに回転させるための電流を誘導する回転磁界生成手段と、前記導体部材を前記導通位置及び前記非導通位置に位置変更させて前記誘導子の回転速度を変更制御する回転制御手段とが設けられている点にある。

上記構成において、回転制御手段が導体部材を導通位置に位置変更させると、誘導子の回転軸芯と平行な方向における一端部同士が導通形成された複数の二次導体の他端部同士が導通するので、回転磁界生成手段によって誘導子の二次導体に誘導される電流は電気抵抗が小さい導体部材を流れるために電流値が大きくなり、その結果誘導子に発生するトルクが大きくなって回転速度が高くなる。
一方、回転制御手段が導体部材を非導通位置に位置変更させると、誘導子の回転軸芯と平行な方向における上記複数の二次導体の他端部同士が絶縁されるので、回転磁界生成手段によって誘導子の二次導体に誘導される電流は例えば二次導体の間に充填された磁性体等の電気抵抗が大きい部材を流れるために電流値が小さくなり、その結果誘導子に発生するトルクが小さくなって回転速度は低下する。
従って、誘導子の端部に対して導体部材を接触及び離間させるだけの簡素な構成によって回転速度の変更制御が可能となる誘導電動機が提供される。

同第二特徴構成は、前記導体部材が前記複数の二次導体の端部に接触したときの導通抵抗の値を可変に構成している点にある。

すなわち、回転制御手段によって導通位置に位置変更された導体部材が複数の二次導体の端部に接触したときの導通抵抗の値が可変であるので、この接触時の導通抵抗値を小さくすれば、二次導体を流れる誘導電流値が大きくなるため誘導子の回転速度が高くなり、これに対して、上記導体部材の接触時の導通抵抗値を大きくすれば、二次導体を流れる誘導電流値が小さくなるため誘導子の回転速度が低下する。
従って、導体部材を導通位置に位置変更させて誘導子の回転速度を高速状態に変更する場合において、さらにその高速状態での回転速度を微調整することができる誘導電動機の好適な実施形態が提供される。

前記第２の目的を達成するための本発明に係る冷却ファン駆動装置の第一特徴構成は、エンジンによって駆動されるシャフトに固定された永久磁石と、前記永久磁石の周囲に位置する状態で前記シャフトに回転可能に支持されたハウジングと、前記ハウジングの外部側に固定された冷却用ファンと、前記ハウジングの内周に固定した複数の二次導体を有し且つ当該二次導体のうち前記シャフトの回転軸芯と平行な方向における一端部同士を導通形成するとともに、前記永久磁石と間隙を隔てて対向した誘導子と、前記シャフトの回転軸芯方向に移動可能な状態で前記ハウジングに支持されて、前記複数の二次導体のうち前記シャフトの回転軸芯と平行な方向における他端部に接触して当該二次導体の他端部同士を導通させる導通位置、及び、前記複数の二次導体の他端部から離間して当該二次導体の他端部同士を絶縁させる非導通位置に位置変更可能な導体部材と、温度条件により前記導体部材を前記導通位置及び前記非導通位置に位置変更させて前記冷却用ファンの回転速度を制御する回転制御手段とが設けられている点にある。

上記構成において、回転制御手段が温度条件により導体部材を導通位置に位置変更させると、エンジンによって駆動されるシャフトに回転可能に支持されたハウジングの内周に固定され且つシャフトの回転軸芯と平行な方向における一端部同士が導通形成された複数の二次導体において、シャフトの回転軸芯と平行な方向における他端部同士が導通するので、上記シャフトに固定された永久磁石と間隔を隔てて対向した上記二次導体に永久磁石で生成される回転磁界によって誘導される電流は電気抵抗が小さい導体部材を流れて電流値が大きくなり、その結果誘導子に発生するトルクが大きくなって、ハウジングの外部側に固定された冷却用ファンの回転速度が高くなり、冷却効果が大きくなる。
一方、回転制御手段が温度条件により導体部材を非導通位置に位置変更させると、上記複数の二次導体のシャフトの回転軸芯と平行な方向における他端部同士が絶縁されるので、上記永久磁石で生成される回転磁界によって上記二次導体に誘導される電流は例えば二次導体の間に充填された磁性体等の電気抵抗が大きい部材を流れるために電流値が小さくなり、その結果誘導子に発生するトルクが小さくなって、ハウジングの外部側に固定された冷却用ファンの回転速度が低下し、冷却効果が小さくなる。
従って、温度条件に応じて冷却用ファンに伝えるトルクを変更制御して冷却効果を適切に制御することが可能となる冷却ファン駆動装置が提供される。

同第二特徴構成は、前記回転制御手段が、エンジンの始動後所定時間が経過するまでは、前記導体部材を前記非導通位置に位置させる点にある。

すなわち、エンジンの始動後所定時間が経過するまでは、回転制御手段によって前記導体部材が非導通位置に位置変更されるので、冷却用ファンの回転速度が低くなり、冷却効果が小さくなるとともに、ファンの回転による騒音も増大しない。
従って、従来の流体継手装置を用いる場合に問題となっていたエンジン始動時における暖機遅れやファン騒音増大等の不都合を解消させた冷却ファン駆動装置の好適な実施形態が提供される。

同第三特徴構成は、前記導体部材が前記複数の二次導体の端部に接触したときの導通抵抗の値を可変に構成している点にある。

すなわち、回転制御手段によって導通位置に位置変更された導体部材が複数の二次導体の端部に接触したときの導通抵抗の値が可変であるので、この接触時の導通抵抗値を小さくすれば、二次導体を流れる誘導電流値が大きくなるため冷却用ファンの回転速度が高くなって、冷却効果が大きくなり、これに対して、上記導体部材の接触時の導通抵抗値を大きくすれば、二次導体を流れる誘導電流値が小さくなるため冷却用ファンの回転速度が低下して、冷却効果が小さくなる。
従って、導体部材を導通位置に位置変更させて冷却用ファンによる冷却効果を大きい状態に制御する場合において、さらにその冷却効果の大きい状態での冷却効果を微調整することができる冷却ファン駆動装置の好適な実施形態が提供される。

先ず本発明に係る誘導電動機の実施形態について、図面に基づいて説明する。
図１〜図３に示すように、本発明の誘導電動機には、複数の二次導体２を回転軸芯Ｐの周りに配置するとともに当該二次導体２のうち前記回転軸芯Ｐと平行な方向における一端部２ａ同士を導通形成した誘導子１と、複数の二次導体２のうち前記回転軸芯Ｐと平行な方向における他端部２ｂに接触して当該二次導体２の他端部２ｂ同士を導通させる導通位置、及び、前記複数の二次導体２の他端部２ｂから離間して当該二次導体２の他端部２ｂ同士を絶縁させる非導通位置に位置変更可能な導体部材３と、前記二次導体２に前記誘導子１を前記回転軸芯Ｐ回りに回転させるための電流を誘導する回転磁界生成手段（但し図示せず）と、前記導体部材３を前記導通位置及び前記非導通位置に位置変更させて前記誘導子１の回転速度を変更制御する回転制御手段１００とが設けられている。

上記二次導体２は断面が円形で回転軸芯Ｐに平行な金属製の棒体（バー）に形成され、各二次導体２の間には電気抵抗が比較的高い磁性部材５が充填されている。導体部材３は、金属製の円盤に形成され、その上面中央箇所に、前記回転制御手段１００を構成する制御部４に備えた操作アーム４ａの先端が連結されている。なお、上記二次導体２及び導体部材３はアルミや銅などの導電性の良い金属材料で製作され、前記回転磁界生成手段は、周知の鉄心からなる固定子、固定子コイル、又は回転する永久磁石等によって構成される。

上記制御部４は、操作アーム４ａを本体４ｂに対して伸縮移動させるアクチュエータ等を備えている。そして、操作アーム４ａが伸びると導体部材３の下面箇所が二次導体２の他端部２ｂに接触して前記導通位置（図１のロ）になり、操作アーム４ａが縮むと導体部材３の下面箇所が二次導体２の他端部２ｂから離間して前記非導通位置（図１のイ）になる。なお、上記制御部４には、外部のコントローラからアクチュエータを作動させる駆動信号が与えられる。

次に、本発明に係る冷却ファン駆動装置の実施形態について説明する。
図４に示すように、本発明の冷却ファン駆動装置には、自動車等の図示しないエンジンによって駆動されるシャフト１０に固定された永久磁石１１と、永久磁石１１の周囲に位置する状態で前記シャフト１０に回転可能に支持されたハウジング１２と、ハウジング１２の外部側に固定された冷却用ファン１３と、ハウジング１２の内周に固定した複数の二次導体１５を有し且つ当該二次導体１５のうち前記シャフト１０の回転軸芯Ｐと平行な方向における一端部１５ａ同士を導通形成するとともに、前記永久磁石１１と間隙を隔てて対向した誘導子１４と、前記シャフト１０の回転軸芯Ｐ方向に移動可能な状態で前記ハウジング１２に支持されて、前記複数の二次導体１５のうち前記シャフト１０の回転軸芯Ｐと平行な方向における他端部１５ｂに接触して当該二次導体１５の他端部１５ｂ同士を導通させる導通位置、及び、前記複数の二次導体１５の他端部１５ｂから離間して当該二次導体１５の他端部１５ｂ同士を絶縁させる非導通位置に位置変更可能な導体部材１６と、温度条件により前記導体部材１６を前記導通位置及び前記非導通位置に位置変更させて前記冷却用ファン１３の回転速度を制御する回転制御手段１００Ａとが設けられている。

上記二次導体１５は、前記誘導電動機の場合と同様に、断面が円形でシャフト１０の回転軸芯Ｐに平行な金属製の棒体に形成され、各二次導体１５の間には電気抵抗が比較的高い磁性部材１８が充填されている。導体部材１６は金属製の円環に形成され、その上面箇所に、前記回転制御手段１００Ａを構成する制御部１７に備えた操作アーム１７ａの先端が連結されている。なお、冷却用ファン１３の回転によって発生する冷却風はエンジンの冷却に使われる。

前記制御部１７は、サーモスイッチやバイメタル等の空気温度を検知する温度検知機構と、当該温度検知機構に機械的に連動して動作するアクチュエータ等を備えて、温度条件の変化によって操作アーム１７ａが本体１７ｂに対して伸縮移動するように構成されている。すなわち、操作アーム１７ａが伸びると導体部材１６の下面箇所が二次導体１５の他端部１５ｂに接触して前記導通位置（図４のロ）になり、操作アーム１７ａが縮むと導体部材１６の下面箇所が二次導体１５の他端部１５ｂから離間して前記非導通位置（図４のイ）になる。具体的には、図５に示すように、前記回転制御手段１００Ａは、低温条件のときは、前記導体部材１６を前記非導通位置に位置させて冷却用ファン１３の回転速度を低速側に変更し、高温条件のときは、前記導体部材１６を前記導通位置に位置させて冷却用ファン１３の回転速度を高速側に変更するように制御特性が設定されている。なお、上記制御部１７（回転制御手段１００Ａ）は、温度検知機構に機械的に連動してアクチュエータを動作させる構成ではなく、温度センサの検出情報に基づいて電気的にアクチュエータを動作させる構成でもよい。

さらに、図６に示すように、前記回転制御手段１００Ａは、エンジンの始動後所定時間（具体的には、数秒から数分）が経過するまでは、前記導体部材１６を前記非導通位置に位置させて、低速状態に維持するように構成されている。具体的には、前記温度検知機構が、上記所定時間が経過するまではアクチュエータを動作させないオフ状態で、所定時間後にアクチュエータを動作させるオン状態に変化するように設定されている。

〔別実施形態〕
本発明の誘導電動機及び冷却ファン駆動装置の別実施形態について説明する。
先ず、前記導体部材３，１６が前記複数の二次導体２，１５の端部２ｂ、１５ｂに接触したときの導通抵抗の値を可変に構成してもよい。具体的には、導体部材３，１６が複数の二次導体２，１５の端部２ｂ、１５ｂに接触したときの接触面積を変化させて導通抵抗の値を変化させることができる。
図７に具体例を示すが、（イ）では、導体部材３，１６が、前記操作アームに取付けられた基板部ａａと、この基板部ａａに対して伸張時の長さの異なるバネｂｂによって支持された複数の接点部ｃｃとを備えて、操作アームが伸びるに従って、複数の接点部ｃｃが順次複数の二次導体２，１５の端部２ｂ、１５ｂに接触することで接触面積が小から大に変化して導通抵抗の値が小さくなる。（ロ）では、導体部材３，１６の接触面に多数の弾性を有する突起ｔｔを形成し、突起ｔｔの先端が二次導体２，１５の端部２ｂ、１５ｂに接触した状態から操作アーム４ａ，１７ａの伸張力を大きくすることで、接触面積が大きくなって導通抵抗の値が小さくなる。

また上記実施形態では、冷却ファン駆動装置によって自動車等のエンジンを冷却するようにしたが、エンジン以外の温度上昇箇所の冷却に用いてもよい。また、冷却ファン駆動装置を自動車以外のエンジンで駆動するものでもよい。

本発明に係る誘導電動機の構成及び動作状態を示す断面図 誘導子の構成を示す平面図と斜視図 導体部材及び制御部の平面図 本発明に係る冷却ファン駆動装置の構成及び動作状態を示す断面図 本発明に係る冷却ファン駆動装置の制御特性を示すグラフ 本発明の冷却ファン駆動装置の制御特性を従来技術と比較したグラフ 別実施形態に係る誘導電動機及び冷却ファン駆動装置の要部を示す断面図

符号の説明

１ 誘導子
２ 二次導体
２ａ 一端部
２ｂ 他端部
３ 導体部材
１０ シャフト
１１ 永久磁石
１２ ハウジング
１３ 冷却用ファン
１４ 誘導子
１５ 二次導体
１５ａ 一端部
１５ｂ 他端部
１６ 導体部材
１００ 回転制御手段
１００Ａ 回転制御手段

Claims (5)

1. 複数の二次導体を回転軸芯の周りに配置するとともに当該二次導体のうち前記回転軸芯と平行な方向における一端部同士を導通形成した誘導子と、
   前記複数の二次導体のうち前記回転軸芯と平行な方向における他端部に接触して当該二次導体の他端部同士を導通させる導通位置、及び、前記複数の二次導体の他端部から離間して当該二次導体の他端部同士を絶縁させる非導通位置に位置変更可能な導体部材と、
   前記二次導体に前記誘導子を前記回転軸芯回りに回転させるための電流を誘導する回転磁界生成手段と、
   前記導体部材を前記導通位置及び前記非導通位置に位置変更させて前記誘導子の回転速度を変更制御する回転制御手段とが設けられている誘導電動機。
2. 前記導体部材が前記複数の二次導体の端部に接触したときの導通抵抗の値を可変に構成している請求項１記載の誘導電動機。
3. エンジンによって駆動されるシャフトに固定された永久磁石と、
   前記永久磁石の周囲に位置する状態で前記シャフトに回転可能に支持されたハウジングと、
   前記ハウジングの外部側に固定された冷却用ファンと、
   前記ハウジングの内周に固定した複数の二次導体を有し且つ当該二次導体のうち前記シャフトの回転軸芯と平行な方向における一端部同士を導通形成するとともに、前記永久磁石と間隙を隔てて対向した誘導子と、
   前記シャフトの回転軸芯方向に移動可能な状態で前記ハウジングに支持されて、前記複数の二次導体のうち前記シャフトの回転軸芯と平行な方向における他端部に接触して当該二次導体の他端部同士を導通させる導通位置、及び、前記複数の二次導体の他端部から離間して当該二次導体の他端部同士を絶縁させる非導通位置に位置変更可能な導体部材と、
   温度条件により前記導体部材を前記導通位置及び前記非導通位置に位置変更させて前記冷却用ファンの回転速度を制御する回転制御手段とが設けられている冷却ファン駆動装置。
4. 前記回転制御手段が、エンジンの始動後所定時間が経過するまでは、前記導体部材を前記非導通位置に位置させる請求項３記載の冷却ファン駆動装置。
5. 前記導体部材が前記複数の二次導体の端部に接触したときの導通抵抗の値を可変に構成している請求項３又は４記載の冷却ファン駆動装置。

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