JP4696642B2 - モータ、送風機、圧縮機及び空気調和機 - Google Patents
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図2及び図3は、ブラシレスモータ1の主たる構成を示す図であり、図2は斜視図、図3は図2のIII−III位置から見た断面図である。これらの図に示すように、ブラシレスモータ1は、扁平形状に構成されており、主として回転軸21を中心として相互に回転自在な固定子3と回転子2とを備えている。図2では構造の視認を容易にするため、回転子2の一部を破断して示している。
ブラシレスモータ1の構造は、上記で説明した形態(以下、「代表形態」という。)に限定されるものではなく様々な変形が可能である。以下では、ブラシレスモータ1の構造として採用可能な各種の変形形態について説明する。
代表形態においては、図6等に示すように、隣接するサブヨーク板41を周縁側の端部で連結していたが、これらを軸中心側の端部で連結してもよい。図9は、この場合におけるロータヨーク板4の一例を示す図である。
代表形態においては、図6に示すように、スリット46の幅461は、径方向Dに沿って回転軸21から離れるほど広くなっていたが、これを径方向Dによらず一定としてもよい。図10は、この場合におけるロータヨーク板4の一例を示す図である。
代表形態においては、図4に示すように、界磁用磁石5に採用される永久磁石51及びサブ磁石52は、リング形状の一部をなす形状を有していたが、この形状は特に限定されない。例えば、図12に示すように、代表形態のサブ磁石52に相当する永久磁石としてそれぞれ、6面体の永久磁石53を採用してもよい。このように6面体の永久磁石53を採用すると、界磁用磁石5としての製造コストを低下できる。
代表形態においては、図3に示すように、界磁用磁石5において、短絡ヨーク板59の径方向Dの幅(リング形状における外径と内径との差)と永久磁石51の径方向Dの幅とは一致していたが、例えば、図13に示すように、短絡ヨーク板59の径方向Dの幅を永久磁石51の径方向Dの幅よりも大きくしてもよい。
電機子巻線7は、図16及び図17に示すように基板76の表面に配置してもよい。これらの図に示すように、基板76は、例えばリング形状を有しており、円盤の中心位置が回転軸21の中心位置と一致するように、ステータヨーク板31の軸方向Lの正側面に配置される。そして、この基板76の軸方向Lの正側面に、電機子巻線7が配置される。このような構造を採用すると、電機子巻線7に含まれる複数のコイル71の配置、及び、電機子巻線7への配線が容易であることから、ブラシレスモータ1の製造コストを低下できる。
代表形態においては、図3等に示すように、サブヨーク板41の第1平面部分41aと第2平面部分41bとは同一の径方向Dに配置されていたが、軸方向Lに互いにずれていてもよい。図20は、この場合におけるブラシレスモータ1の一例を示す図である。
上記で説明したいずれか一の固定子3といずれか一の回転子2との組を一のモータセットとしたとき、ブラシレスモータ1は、複数のモータセットを回転軸21を同一として軸方向Lに沿って連結した構造としてもよい。
代表形態においては、図3等に示すように、界磁用磁石5を電機子巻線7よりも軸中心側に配置していたが、図23に示すように、界磁用磁石5を電機子巻線7よりも周縁側に配置してもよい。この場合においても、径方向Dにおいて界磁用磁石5と電機子巻線7とを少なくとも部分的に対向させて配置することにより、軸方向Lの厚みを小さくでき、モータの薄型化が可能となる。
次に、駆動回路8について説明する(図1参照。)。以下、駆動回路8として3つの例を示すが、いずれを採用してもよい。
図26は、駆動回路8の構成の一例を示す図である。図に示すように、この駆動回路8は、主回路811、プリドライバ812、三相分配器813及びPWM発生器814を備え、ブラシレスモータ1の電機子巻線7に矩形波の駆動電流を与えるように構成されている。
図27は、駆動回路8の構成の一例を示す図である。図に示すように、この駆動回路8は、主回路821、プリドライバ822、波形生成器823、PWM発生器824、位置推定カウンタ825及び位置オフセットカウンタ826を備え、ブラシレスモータ1の電機子巻線7に正弦波の駆動電流を与えるように構成されている。
図30は、駆動回路8の構成の一例を示す図である。図に示す駆動回路8は、電機子巻線7の誘起電圧を検出し、検出した誘起電圧から界磁用磁石5の磁極位置を推定するように構成されている。そして、駆動回路8は、推定した界磁用磁石5の磁極位置に基づいて、駆動電流をブラシレスモータ1の電機子巻線7に与えるようになっている。したがって、この駆動回路8は、ホール素子6などの位置検出センサを用いずにブラシレスモータ1を駆動するセンサレス駆動を行なうことができる。このようなセンサレス駆動の原理については、例えば、非特許文献1及び非特許文献2に開示されている。このようにセンサレス駆動を行なう駆動回路8を採用すれば、ホール素子などの位置検出センサを設ける必要がないため、モータのさらなる薄型化が可能となる。
以上、ブラシレスモータ1について説明したが、このブラシレスモータ1は薄型かつ高トルクであるため、各種の装置、特に空気調和機に好適に採用可能である。以下では、ブラシレスモータ1を採用した空気調和機の具体例について説明する。
図31は、ブラシレスモータ1を採用した送風機の構成の一例を示す断面図である。この送風機101は、空気調和機の室内機に利用される遠心送風機として構成されており、空気流路を形成する回転駆動機構としてのファン91を備えている。
図32は、ブラシレスモータ1を採用したスクロール型圧縮機の構成の一例を示す断面図である。このスクロール型圧縮機102は、空気調和機の冷媒ガスの圧縮機として構成されており、固定スクロール95と、回転駆動機構としての旋回スクロール96とを備えている。
2 回転子
3 固定子
4 ロータヨーク板
5 界磁用磁石
7 電機子巻線
21 回転軸
41 サブヨーク板
51 永久磁石
59 短絡ヨーク板
L 軸方向
D 径方向
Claims (30)
- 第1方向(L)に沿った回転軸(21)を中心として相互に回転自在な電機子(3)及び界磁子(2)を備えるモータであって、
前記電機子(3)は、
前記回転軸についての径方向である第2方向(D)に沿って前記回転軸(21)から離れて配置される電機子巻線(7)、
を有し、
前記界磁子(2)は、
各々が、前記第1方向(L)において前記電機子巻線(7)と対向する一端及び前記第1方向(L)において前記電機子巻線(7)と対向しない他端を含み、前記第2方向(D)に沿って延び、前記回転軸の周りで環状に配置される複数の第1ヨーク板(41)と、
隣接する前記第1ヨーク板(41)の一方の前記他端に接合されたN極と、他方の前記他端に接合されたS極と、前記第1ヨーク板(41)に向いて開口するU形の磁路(Φ1)とを有し、前記第2方向(D)において前記電機子巻線(7)と少なくとも部分的に対向する界磁用磁石(5)と、
を有することを特徴とするモータ。 - 請求項1に記載のモータにおいて、
隣接する前記第1ヨーク板(41)の前記一端同士は相互に連結されることを特徴とするモータ。 - 請求項1または2に記載のモータにおいて、
隣接する前記第1ヨーク板(41)の前記他端同士は前記N極及び前記S極の境界を避けて相互に連結されることを特徴とするモータ。 - 請求項1ないし3のいずれかに記載のモータにおいて、
前記第1ヨーク板(41)は前記第2方向(D)に平行な直線状の外郭(411)を有することを特徴とするモータ。 - 請求項1ないし3のいずれかに記載のモータにおいて、
隣接する第1ヨーク板(41)同士の間幅(461)は、前記第2方向(D)に沿って前記回転軸(21)から離れるほど広いことを特徴とするモータ。 - 請求項5に記載のモータにおいて、
前記隣接する第1ヨーク板(41)同士の間幅(461)は、前記回転軸(21)からの距離に対して、非線形に増大することを特徴とするモータ。 - 請求項1ないし6のいずれかに記載のモータにおいて、
前記界磁用磁石(5)は、円盤形状であることを特徴とするモータ。 - 請求項1ないし7のいずれかに記載のモータにおいて、
前記界磁用磁石(5)は、
前記第1方向(L)においてN極及びS極が並ぶ永久磁石(51)の少なくとも一つと、
前記第1ヨーク板(41)と反対側で前記N極と前記S極とを接合する第2ヨーク板(59)と、
を含むことを特徴とするモータ。 - 請求項1ないし7のいずれかに記載のモータにおいて、
前記界磁用磁石(5)は、
前記第1方向(L)においてN極及びS極が並ぶ、6面体の永久磁石(53)の少なくとも二つと、
前記永久磁石(53)の前記S極及び前記N極を前記第1ヨーク板(41)と反対側で接合する第2ヨーク板(59)と、
から構成されることを特徴とするモータ。 - 請求項8または9に記載のモータにおいて、
前記永久磁石(51,53)は、ボンド磁石であることを特徴とするモータ。 - 請求項10に記載のモータにおいて、
前記永久磁石(51,53)は、射出成形により前記第1ヨーク板(41)及び第2ヨーク板(59)のいずれかと一体形成されることを特徴とするモータ。 - 請求項8ないし11のいずれかに記載のモータにおいて、
前記第2ヨーク板(59)の前記第2方向(D)の幅は、前記永久磁石(51,53)の前記第2方向(D)の幅よりも大であることを特徴とするモータ。 - 請求項8ないし12のいずれかに記載のモータにおいて、
前記第2ヨーク板(59)の前記第1方向(L)の幅は、前記永久磁石(51,53)の前記第1方向(L)の幅よりも大であることを特徴とするモータ。 - 請求項8ないし13のいずれかに記載のモータにおいて、
前記第2ヨーク板(59)は、前記永久磁石(51,53)の互いに異なる極性が隣接する部位において、前記第1方向(L)の幅が、他の位置と比較して大であることを特徴とするモータ。 - 請求項1ないし14のいずれかに記載のモータにおいて、
前記電機子(3)は、前記電機子巻線(7)が配置される基板(76)、
をさらに備えることを特徴とするモータ。 - 請求項15に記載のモータにおいて、
前記電機子巻線(7)は、前記基板(76)の前記第1方向(L)について相互に反対側にある両面に配置されることを特徴とするモータ。 - 請求項16に記載のモータにおいて、
前記基板(76)の一方の面に配置された前記電機子巻線(7)と、前記基板(76)の他方の面に配置された前記電機子巻線(7)とは、前記電機子(3)を基準とした前記界磁子(2)の回転方向(R)に沿って互いにずれていることを特徴とするモータ。 - 請求項15ないし17のいずれかに記載のモータにおいて、
前記電機子巻線(7)は、フォトリソグラフィにより導体が形成される平面状コイルであることを特徴とするモータ。 - 請求項1ないし18のいずれかに記載のモータにおいて、
一の前記電機子(3)と一の前記界磁子(2)との組を一のモータセットとし、
複数の前記モータセットを、前記回転軸(21)を同一として前記第1方向(L)に沿って連結したことを特徴とするモータ。 - 請求項19に記載のモータにおいて、
前記複数の前記モータセットにそれぞれ含まれる前記電機子巻線(7)は、前記複数の前記モータセットの相互間で、前記電機子(3)を基準とした前記界磁子(2)の回転方向(R)に沿ってずれていることを特徴とするモータ。 - 請求項1ないし18のいずれかに記載のモータにおいて、
前記電機子巻線(7)は、前記界磁用磁石(5)よりも前記回転軸(21)の側に配置され、
2つの前記界磁子(2)を、一の前記電機子(3)を挟んで、前記回転軸(21)を同一として前記第1方向(L)に沿って連結したことを特徴とするモータ。 - 請求項1ないし21のいずれかに記載のモータにおいて、
前記第1ヨーク板(41)は、前記電機子巻線(7)との間でエアギャップ(74)を形成する第1平面部分(41a)と、前記第1平面部分(41a)と連結される第2平面部分(41b)とで構成され、
前記第1平面部分(41a)は、前記第2平面部分(41b)よりも前記第1方向(L)において前記電機子巻線(7)側に配置されることを特徴とするモータ。 - 請求項1ないし22のいずれかに記載のモータにおいて、
前記電機子(3)は、前記界磁用磁石(5)の磁極位置を検出する少なくとも一の位置検出センサ(6)、
をさらに備え、
前記位置検出センサ(6)は、前記電機子巻線(7)の略中央部に配置されることを特徴とするモータ。 - 請求項1ないし22のいずれかに記載のモータにおいて、
前記電機子(3)は、前記界磁用磁石(5)の磁極位置を検出する少なくとも一の位置検出センサ(6)、
をさらに備え、
前記位置検出センサ(6)は、前記回転軸(21)と前記電機子巻線(7)の略中央部とを結ぶ直線(d1)に対して、前記電機子(3)を基準とした前記界磁子(2)の回転方向(R)とは逆向きにずれて配置されていることを特徴とするモータ。 - 請求項23または24に記載のモータにおいて、
前記位置検出センサ(6)の出力に基づいて、矩形波及び正弦波のいずれかの駆動電流を前記電機子巻線(7)に与える駆動手段(8)、
をさらに備えることを特徴とするモータ。 - 請求項1ないし22のいずれかに記載のモータにおいて、
前記電機子巻線(7)の誘起電圧を検出する手段と、
前記誘起電圧から前記界磁用磁石(5)の磁極位置を推定する手段と、
前記推定された前記界磁用磁石(5)の磁極位置に基づいた駆動電流を、前記電機子巻線(7)に与える駆動手段と、
をさらに備えることを特徴とするモータ。 - 請求項26に記載のモータにおいて、
前記駆動手段は、前記駆動電流の位相を前記誘起電圧の位相よりも進めることを特徴とするモータ。 - 送風機であって、
請求項1ないし27のいずれかに記載のモータと、
前記モータにより回転駆動されるファン(91)と、
を備えることを特徴とする送風機。 - 圧縮機であって、
請求項1ないし27のいずれかに記載のモータと、
前記モータにより回転駆動される圧縮機構(96)と、
を備えることを特徴とする圧縮機。 - 空気調和機であって、
請求項1ないし27のいずれかに記載のモータと、
前記モータにより回転駆動される回転駆動機構と、
を備えることを特徴とする空気調和機。
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