JPH0436239Y2

JPH0436239Y2 -

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Publication number: JPH0436239Y2
Application number: JP12791782U
Authority: JP
Priority date: 1982-08-26
Filing date: 1982-08-26
Publication date: 1992-08-26
Also published as: JPS5947297U

Description

【考案の詳細な説明】

本考案は、一般の多極多ブラシ構造のモータを
用いた温度制御装置に関するもので、特に、サー
ミスタ自体の温度変化による抵抗値の変化に応じ
て冷却フアン駆動用モータの通電させるブラシの
数を変え、冷却フアン駆動用モータの回転速度を
変化させることにより、効率の良い温度制御を実
現する温度制御装置を提案するものである。現在、自動車におけるエンジンを冷却する方式
としては、水を媒体として用い、エンジンの熱を
吸収した水をラジエータ内に導き、ここで冷却フ
アンにより冷却して再びエンジン冷却用として使
用する所謂水冷方式がよく知られている。従来、この水冷式エンジン冷却システムにおい
ては、冷却フアンを駆動するモータが、ラジエー
タ内の水温を検知するサーモスイツチにより１段
階にオン・オフされ、予め余裕を見込んで高速に
設定された所定の回転速度で回転して、ラジエー
タ内を通過する水を冷却している。従つて、水温
が余り上昇していない場合でも設定温度以上にな
ると冷却フアンが所定の高速度で回転する為、エ
ネルギー効率的に無駄であるだけでなく、冷却フ
アンの駆動音が騒音となつて自動車自体の品質を
低下させる要因となつている。この騒音低減対策
として、音源の冷却フアンを外部と遮断する方法
も採られているが、今一歩その低減効果が不十分
である。又、回転速度が高速度に設定された１種
類である為、モータが高速度で頻繁に駆動されそ
の耐久性の面でも不利である。本考案は、以上の点に鑑みなされたものであつ
て、駆動騒音が低減されると共に耐久性も向上さ
れた効率の良い温度制御装置を提供することを目
的とする。本考案の特徴とするところは、複数ｎ
（４以上の偶数）個の極とｎ個のブラシとｎ個の
ブラシでｎ個の巻線部分に分割される電機子巻線
とを備えたモータと、夫々の１端が前記ブラシに
接続された複数個のスイツチと、該スイツチを個
別的に動作可能な制御回路と、前記制御回路に接
続された被温度制御対象の温度を検知する検知手
段と、前記モータにより駆動され前記被温度制御
対象を冷却する冷却手段と、前記モータと複数個
の前記スイツチを介して接続されると共に前記制
御回路及び前記検知手段に接続される電源とを有
し、前記被温度制御対象の温度変化に応じて前記
制御回路が通電する前記ブラシの数を変化さ通電
される前記巻線部分により形成される並列回路を
最大ｎ個まで変化させることで前記モータの電機
子抵抗を変えて前記モータの回転速度を変え、前
記被温度制御対象の温度を制御する点である。次に本考案の具体的な実施例について、添付の
図面に基づき説明する。第１図は、本考案による
自動車のラジエータフアンモータ回転速度制御シ
ステムを示す概略回路図である。尚、本図におい
ては、本考案を理解するのに必要な基本構造部品
のみが示されており、この他にも定電圧用、補償
用及び保護用の各種部品や素子が用いられる。第
１図に示した実施例においては、４極で４個のブ
ラシBR１，BR２，BR３，BR４を備えた冷却
フアン駆動用のモータ１が３個のスイツチＳ１，
Ｓ２，Ｓ３を介して直流電流２と接地間に接続可
能である。即ち、ブラシBR２とBR４は、夫々、
スイツチＳ２，Ｓ１を介して接地可能であり、ブ
ラシBR１はメインスイツチMSを介して電源２
のプラス側に接続可能であり、一方ブラシBR３
はスイツチＳ３とメインスイツチMSを介して電
源２のプラス端子に接続可能である。尚、３個の
スイツチＳ１，Ｓ２，Ｓ３は、夫々リレーによつ
て作動される接点で構成されている。又、Ｃ１，
Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は各ブラシで分けられる巻線部
分を示しており、最大４個の並列回路が形成され
ている。又、Ｆ１，Ｆ２はフユーズである。而し
て、３個のスイツチＳ１，Ｓ２，Ｓ３を作動させ
る３個のリレーRL１，RL２，RL３が夫々に対
応して配設されており、これらのリレーの１端は
夫々に対応して配設されている３個のトランジス
タＴ１，Ｔ２，Ｔ３のコレクタに夫々接続され、
更に、この３個のトランジスタＴ１，Ｔ２，Ｔ３
のベースは夫々に対応して配設された３個のコン
パレータIC１，IC２，IC３の出力端に夫々接続
され、３個のコンパレータIC１，IC２，IC３の
非反転入力端子は共に後述する共通接続点Ｄに接
続されている。そして、３個のリレーの夫々の他
端は接地接続され、３個のトランジスタの夫々の
エミツタはフユーズＦ２を介して直流電源２のプ
ラス側に接続されている。又、３個のコンパレー
タIC１，IC２，IC３の反転側入力端子は、４個
の抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４がこの順序で直列
に接続された回路の夫々の抵抗間の点ａ，ｂ，ｃ
に各々接続されている。尚、この４個の抵抗が直
列に接続される回路は、直流電源２に対して他の
回路と並列に接続されている。そして更に、ラジエータＬ内の水温を検知する
サーミスタTHが、抵抗Ｒを介して直流電源２に
対して他の回路と並列に接続されている。この抵
抗ＲとサーミスタTHの間の接続点Ｄに、３個の
コンパレータの夫々の非反転入力端子が共通して
接続されている。そして、夫々のコンパレータ
は、ラジエータ３の水温に応じて変化するＤ点電
位と夫々のコンパレータに設定された電位とを比
較し、夫々の設定電圧よりもＤ点電位が低くなつ
た時にオンして夫々に接続されたトランジスタを
導通状態とさせる。又ラジエータ３の近傍には、
モータ１に駆動される冷却フアン４が配設されて
いる。上記のの如く構成された上記実施例の動作につ
いて、以下に説明する。最初に、多極多ブラシ構
造のモータの動作特性について、第２図に示され
る特性グラフに基づき説明する。第２図は、本例
の４極４ブラシモータを通電するブラシの数を変
えて運転した場合のトルク回転速度及びトルクと
電流の関係を、実験により求めてグラフに表わし
たものである。第２図によれば、モータの回転速
度は、いずれの場合も、トルク即ち負荷が０の時
が最大であり、トルクが増すに従つて１次関数的
に低下している。その低下速度は２ブラシを通電
する場合が最も速く、３ブラシから４ブラシへと
通電ブラシ数を増加させるに従つて遅くなつてい
る。これは、換言すると、通電ブラシ数が多い程
大きい送風脳裏を有するということであり、この
特性は、モータをロツクした状態、即ち無回転
時、のトルク値が通電ブラシ数の多い方が大幅に
大きくなつていることも示されている。然るに、
電流値の方は通電ブラシ数を変化させても余り差
異は認められず、若干通電ブラシの数の多い方が
トルクの増加に対する電流値の増加率が高くなつ
ている程度である。多極多ブラシ構造のモータが以上の様な特性を
示すのは、次の理由によるものと考えられる。一
般に、モータの回転速度Ｎと電流Ｉとの関係及び
トルクＴと電流Ｉとの関係は、次式で与えられ
る。Ｎ＝K₀・ａ／ｚ・（Ｖ−R₀・Ｉ） ……(1) Ｔ＝K₁・ｚ／ａ・Ｉ ……(2) 但し、ａは並列回路数ｚは有効導体数Ｖは電源電圧 R₀は電機子抵抗 K₀，K₁は定数従つて、回転速度ＮとトルクＴとの関係を(1)，
(2)式より、次式の様になる。Ｎ＝K₀・ａ／ｚ・（Ｖ−ａ／K₁・ｚ・R₀・Ｔ）＝K₀・ａ／ｚ・Ｖ−K₀／K₁ ・（ａ／ｚ）²・R₀・Ｔ ……(3) ここで、通電されるブラシの数を増加させるべ
くスイツチＳ１，Ｓ２，Ｓ３を順次オンさせる
と、モータ１の電機子巻線は、スイツチＳ１をオ
ンした時には巻線部分Ｃ４，Ｃ３，Ｃ２の直列回
路が巻線部分Ｃ１と並列になつており、更にスイ
ツチＳ２もオンすると巻線部分Ｃ１とＣ２が並列
になり、更にスイツチＳ３もオンすると巻線部分
Ｃ１とＣ２とＣ３とＣ４が並列となるので、スイ
ツチの状態に対する、ａ，ｚ，R₀，ａ／ｚの関
係は、次表の通りとなる。尚、スイツチＳ１のみ
をオンした場合における巻線部分Ｃ３は、モータ
を逆方向に回そうとする電磁力を発生するので、
巻線部分Ｃ２，Ｃ４のいずれか一方が、それを打
ち消すと等価な状態となる。

【表】部分の抵抗
上表によつて、オンのスイツチが増加した時
ａ／ｚは変わらないが、電機子抵抗R₀が３：
２：１の割合で減少することがわかる。そして、
これを前記(2)式及び(3)式に当てはめてみると、ト
ルクＴに対する電流Ｉの増加の割合は、スイツチ
の状態が変化しても変わらず、トルクＴに対する
回転速度Ｎの関係は、スイツチの状態が変わつて
もトルクＴが０における回転速度Ｎは変わらず、
回転速度Ｎが０におけるトルクＴはオンスイツチ
の増加に伴い1/3：1/2：１の割合で増加すること
がわかり、第２図に示す特性とほぼ一致する。以上の如き特性を有する４極４ブラシ構造の冷
却フアン駆動モータ１に対し、２個のブラシに通
電した場合、即ち第１図の回路においてはスイツ
チＳ１をオンしてブラシBR１とブラシBR４に
通電した場合、モータＭはトルクがＴ１で回転速
度がＮ１のイ点の特性を示す。次にスイツチＳ１
をオンしたままスイツチＳ２もオンさせ通電ブラ
シ数をBR１，BR２，BR４の３個に増すと、モ
ータ１の稼働特性は、トルクがＴ１の約1.4倍の
Ｔ２で回転速度がＮ１の約1.15倍のＮ２のロ点に
移行し、冷却フアン４の送風能力が２ブラシ通電
時よりもアツプする。そして更に、３個のスイツ
チＳ１，Ｓ２，Ｓ３をすべてオンして通電ブラシ
数をBR１，BR２，BR３，BR４の４個に増す
と、モータ１はトルクがＴ２の約1.5倍のＴ３で
回転速度がＮ２の約1.2倍のＮ３であるハ点の特
性を示し、冷却フアン４の送風能力も最大とな
る。かくの如くして、本例の冷却フアン４の送風
能力が３段階に切換えられる。尚、これらイ，
ロ，ハ３点を結ぶ冷却フアン４の動作曲線は２点
鎖線で示す如く表わされる。叙上の如き動作特性を有する冷却フアン駆動用
モータ１が設けられた上記実施例の冷却水温度制
御システムについて、添付の各種特性グラフと各
種部品のタイムシーケンス図に基づき説明する。
第３図〜第５図は夫々冷却水温、サーミスタTH
の抵抗及びＤ点電位の経時変化を示すグラフで、
第６図は３個のコンパレータIC１，IC２，IC３
と３個のトランジスタＴ１，Ｔ２，Ｔ３及び３個
のリレーRL１，RL２，RL３の動作タイミング
を示すタイムシーケンス図、第７図はモータ１の
回転速度の経時変化を示すグラフである。まず、自動車のエンジンを駆動させると同時に
メインスイツチMSをオンし、サーミスタTHに
通電してＤ点に初期電位ｉを生じさせる。そし
て、ラジエータ３内を通電する冷却水が第３図に
示される如くエンジンの駆動時間の経過と共に上
昇すると、これに対応してサーミスタTHのセン
サ抵抗は第４図に示される如く低下する。又、Ｄ
点電位も、第５図に示される如く、サーミスタ
THの抵抗値の低下に伴い経時と共に低下する。
そして、水温がＡ以上に上がり、このＤ点電位が
前述したコンパレータIC１に設定されている基
準電位ａ以下に下がると、コンパレータIC１が
出力信号を発生する。これにより、トランジスタ
Ｔ１がオンする。トランジスタＴ１がオンする
と、これのコレクタに接続されているリレーRL
１を付勢させその接点であるスイツチＳ１がオン
される。スイツチＳ１がオンされると、前述した
如く冷却フアン駆動用モータ１のブラシBR１と
BR４に通電が開始されてモータ１は第２図のイ
点の特性で稼働し、冷却フアン４を廻してラジエ
ータ３に送風し、冷却を開始する。この場合のモ
ータ１の回転速度が、第７図に示される３段階に
変速される速度の内の最低位Loであり、これは
前述した如く冷却フアン４の送風能力が最低位で
もある。次に、回転速度Loで冷却フアン４を回転して
も冷却能力が足りず、ラジエータ３内の冷却水温
が上昇を続けＢ以上に上昇すると、Ｄ点電位が第
５図のｂ以下に下がり、オンされる基準電位がｂ
以下に設定されているコンパレータIC２もオン
され出力信号を発生する。コンパレータIC２が
オンされると、前述と同様にトランジスタＴ２が
オンしてリレーRL２を付勢させスイツチＳ２も
オンされる。従つて、モータ１は３ブラシ通電運
転となる為、回転速度を中位Miにアツプして冷
却フアン４の送風量を増加させ、冷却能力をより
強める。回転速度を中位Miに上昇させても冷却能力が
足りず依然として冷却水温が上昇を続けＣ以上と
なると、Ｄ点電位もｃ以下となり、設定基準電位
がｃのコンパレータIC３もオンされ、以下同様
にトランジスタＴ３がオンされてリレーRL３を
付勢させスイツチＳ３もオンされる。かくして、
３個のスイツチＳ１，Ｓ２，Ｓ３がすべてオンさ
れ４個のすべてのブラシに通電される為、モータ
１の回転速度は最高位Hiに上昇し、冷却能力も
最高となる。やがて、冷却フアン４の冷却能力が過剰とな
り、冷却水の温度が低下し始めると、これに従つ
てサーミスタ抵抗及びＤ点電位が上昇を開始す
る。そして、Ｄ点電位がｃ→ｂ→ａと上昇する
と、これに対して３個のコンパレータIC３，IC
２，IC１及び３個のトランジスタＴ３，Ｔ２，
Ｔ１が、夫々のタイムシーケンス図に示される如
く、水温上昇時とは逆の順序で遂次オフされて行
く。そして、これに対応して３個のリレーRL３，
RL２，RL１もこの順序で脱勢され、夫々の接点
であるスイツチＳ３，Ｓ２，Ｓ１もこの順序で遂
次オフされ、モータ１の回転速度もHi→Mi→Lo
と低下し、すべてのスイツチがオフされてモータ
１は回転を停止する。尚、上記冷却フアン駆動要モータ１の極数とブ
ラシ数は、上記実施例に限定されず、そのモータ
の回転速度について所望する切換段数に応じて
種々変更し、それに応じて制御回路を構成すれば
良い。以上詳述した如く、本考案によれば、冷却手段
を駆動するモータを多極多ブラシ構造とし、その
通電ブラシ数を被温度制御部位の温度に応じて変
えることにより、モータの回転速度を円滑に変化
させることができる。従つて、モータが必要に応
じて無駄なく駆動されると共に、駆動音の騒音を
低減できる。又、必要に応じて段階的に回転を高
速化する為、モータの高速回転時間が短縮される
と共に電気的な負荷変動も滑らかになり、モータ
だけでなくバツテリ等も含めた温度制御装置全体
の耐久性が向上する。尚、本考案は上記の特定の
実施例に限定されるべきものではなく、本考案の
技術的範囲において種々の変形が可能であること
は勿論である。例えば、冷却手段はフアンではな
く、圧縮性媒体を用い多極多ブラシモータで圧縮
するコンプレツサを駆動する構成とすることも可
能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の１実施例を示す概略回路図、
第２図は前記実施例に設けられている多極多ブラ
シモータの動作特性を示すグラフ図、第３図、第
４図、第５図は夫々前記実施例における冷却水
温、サーミスタ抵抗、Ｄ点電位の経時変化を示す
グラフ図、第６図は前記実施例に設けられたコン
パレータIC１，IC２，IC３，トランジスタＴ１，
Ｔ２，Ｔ３，リレーRL１，RL２，RL３の動作
タイミングを示すタイムシーケンス図、第７図は
前記多極多ブラシモータの回転速度の経時変化を
示すグラフ図である。符号の説明、１……冷却フアン駆動モータ、２
……直流電源、BR１，BR２，BR３，BR４…
…ブラシ、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３……スイツチ、RL
１，RL２，RL３……リレー、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３
……トランジスタ、IC１，IC２，IC３……コン
パレータ、Ｒ，Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３……抵抗、TH
……サーミスタ。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

複数ｎ（４以上の偶数）個の極とｎ個のブラシ
とｎ個のブラシでｎ個の巻線部分に分割される電
機子巻線とを備えたモータと、夫々の１端が前記
ブラシに接続された複数個のスイツチと、該スイ
ツチを個別的に動作可能な制御回路と、前記制御
回路に接続され被温度制御対象の温度を検知する
検知手段と、前記モータにより駆動され前記被温
度制御対象を冷却する冷却手段と、前記モータと
複数個の前記スイツチを介して接続されると共に
前記制御回路及び前記検知手段に接続される電源
とを有し、前記被温度制御対象の温度変化に応じ
て前記制御回路が通電する前記ブラシの数を変化
させることにより、通電される前記巻線部分によ
り形成される並列回路を最大ｎ個まで変化させる
ことで前記モータの電機子抵抗を変えて前記モー
タの回転速度を変え、前記被温度制御対象の温度
を制御することを特徴とする多極多ブラシモータ
を有する温度制御装置。