JPWO2011158461A1 - モータおよびこのモータを用いた車載用空調装置 - Google Patents
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Abstract
シャフトと、シャフトの軸心方向に沿ってシャフトに取り付けられるロータと、ロータの外周面に対し、空隙を介して対向して配置されるステータと、スラスト板と、弾性力を有する緩衝板とを備える。ロータとステータとは、ロータの磁気的中心とステータの磁気的中心とがシャフトの軸心方向において所定の距離を有して設置される。スラスト板は、軸心方向で、かつ、シャフトに対して復元力が作用する方向に位置する。緩衝板は、スラスト板に対して反シャフト側へ位置し、かつ、スラスト板を支持する。
Description
本発明は、モータおよびこのモータを用いた車載用空調装置に関し、特に、シャフトとスラスト板との間で発生する衝突音を抑制したモータおよびこのモータを用いた車載用空調装置に関する。
従来、車載用空調装置の送風機に使用されるモータは、小型化を図るためシャフト両端の玉軸受を廃止し、ロータの磁気的中心とステータの磁気的中心とをシャフトの軸心方向に対して所定の距離を有して組み合わせている。この結果、ロータとステータとの間には、軸心方向における双方の磁気的中心位置を一致させようとする力、すなわち磁気的復元力（以下、「復元力」と記す。）が発生する。この復元力は、シャフトがシャフトの先端部であるピボットでスラスト板を押すように作用する。
ところで、様々な車両へ車載用空調装置を設置した場合、車載用空調装置の設置状況により重力が作用する方向に差異が生じる。本復元力を利用した構成とすれば、重力が作用する方向に差異が生じても、ロータおよびステータのシャフトの軸心方向における位置関係が変化しないため、安定したモータ機能を得ることができる。スラスト板は、モータの筐体をなすケースに取り付けられている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、従来のモータを車載用空調装置に用いた場合、次のような課題がある。
例えば、従来の車載用空調装置を自動車へ搭載した場合、自動車が悪路や段差等を走行した際、シャフトへ復元力が作用している方向とは反対の方向へ、この復元力を上回る強い力がシャフトへ加わることがある。
その結果、シャフトとスラスト板とは瞬間的に離れる。その後、復元力を上回る強い力がなくなると、シャフトは復元力により元の位置へ戻ろうとする。このとき、シャフトがスラスト板に衝突するため、シャフトとスラスト板との間で衝突音が発生するという課題を有している。
本発明のモータは、シャフトと、シャフトの軸心方向に沿ってシャフトに取り付けられるロータと、ロータの外周面に対し、空隙を介して対向して配置されるステータと、スラスト板と、弾性力を有する緩衝板とを備える。
ロータとステータとは、ロータの磁気的中心とステータの磁気的中心とがシャフトの軸心方向において所定の距離を有して設置される。スラスト板は、軸心方向で、かつ、シャフトに対してロータとステータとが所定の距離を有して設置されることで発生する復元力が作用する方向に位置する。緩衝板は、スラスト板に対して反シャフト側へ位置し、かつ、スラスト板を支持する。
上記発明により、モータへ外的負荷が加わることにより、シャフトへ復元力を上回る力が加わった場合、シャフトとスラスト板とが離れた後、シャフトが復元力により元の位置へ戻ろうとすることでスラスト板と衝突して生じた衝撃を緩衝板で緩和できる。
すなわち、本発明によれば、モータへ外的負荷が加わった後、シャフトとスラスト板とが衝突することで生じた衝撃を緩衝板で緩和する。その結果、シャフトとスラスト板とが衝突する際に発生していた衝突音を抑制できる。
（実施の形態）
本発明を実施するための形態に示すモータは、シャフトと、シャフトの軸心方向に沿ってシャフトに取り付けられるロータと、ロータの外周面に対し、空隙を介して対向して配置されるステータと、スラスト板と、弾性力を有する緩衝板とを備える。
本発明を実施するための形態に示すモータは、シャフトと、シャフトの軸心方向に沿ってシャフトに取り付けられるロータと、ロータの外周面に対し、空隙を介して対向して配置されるステータと、スラスト板と、弾性力を有する緩衝板とを備える。
ロータとステータとは、ロータの磁気的中心とステータの磁気的中心とがシャフトの軸心方向において所定の距離を有して設置される。スラスト板は、軸心方向で、かつ、シャフトに対してロータとステータとが所定の距離を有して設置されることで発生する復元力が作用する方向に位置する。緩衝板は、スラスト板に対して反シャフト側へ位置し、かつ、スラスト板を支持する。
このようなモータを車載用空調装置に用いれば、自動車が悪路や段差を走行する際に復元力とは反対の方向へこの復元力以上の強い力がシャフトへ加わったとしても、緩衝板により、シャフトとスラスト板との衝突時の衝撃を緩和することができる。
その結果、シャフトとスラスト板との衝突時の衝撃により発生していた衝突音を抑制することができる。
以下、図面を用いて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態にのみその効果を限定されるものではない。
まず、本発明の実施の形態におけるモータを用いた車載用空調装置の使用例を図１、図２に示す。図１において、車載用空調装置１は、搭乗者が使用するシート２へ組み込まれる。具体的には、シート２の背もたれ２Ａや座面２Ｂに組み込まれる。車載用空調装置１使用時の空気の流れを図中、矢印３（３Ａ、３Ｂ）で示す。本実施の形態に示す車載用空調装置１は、シロッコファンを用いている。その結果、図１に示すように、車載用空調装置１の吸込口４から吸い込まれた空気（３Ａ）は、吸込口４方向とほぼ直行する面方向に設けられた吹出口５から吹き出される（３Ｂ）。
なお、図１では、吸込口４を背もたれ２Ａの表面側と座面２Ｂの上面側とに設置することで、空気の流れ３について分かりやすく説明した。しかし、搭乗者に対する快適性や車載用空調装置への空気の吸い込み易さを考慮した場合、吸込口４は背もたれ２Ａの背面側と座面２Ｂの下面側へ設置するほうがよい。
また、図２において、車載用空調装置１は、車載用電池１０の冷却に使用される。モータを小型化することで、この車載用空調装置１は従来よりも小型化を実現している。その結果、従来の車載用空調装置１よりも設置の自由度を上げることができる。そこで、複雑な風回路を形成する車載用電池１０の収納部１１において、各車載用電池１０を冷却するのに適した位置へこの車載用空調装置１を設置することができる。よって、より効率的な風回路を形成することができるため、より省エネルギー化を推し進めることが可能となる。
つぎに、本発明の車載用空調装置の概要を示す構成図を図３に示す。図４は、同車載用空調装置の要部断面図を示す。
ケース１５（１５Ａ、１５Ｂ）内には、ファン１６と、ファン固定部１７と、モータ１８とが備えられる。ケース１５は、吸込口４と吹出口５とを有する。本実施の形態のケース１５は、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、またはこれらの混合材、あるいはそのガラス繊維混合剤などの樹脂からなる。
ファン１６は、上述したようにシロッコファンを用いている。
ファン固定部１７は、弾性体プレート１７Ａとファン取付プレート１７Ｂからなる。弾性体プレート１７Ａは、本実施の形態ではシリコンゴムからなる。シリコンゴムに代えて、その他のゴムでもよく、固化した後も所定の弾性力を有する接着剤を用いてもよい。具体的には、シリコン混和物であれば、同様の効果を得ることができる。さらに、シリコンゴムに代えて、弾性力を有する発泡体を用いてもよい。具体的には、ゴムスポンジ、またはウレタンスポンジであれば、同様の効果を得ることができる。ファン取付プレート１７Ｂは、金属あるいは樹脂からなる。金属材料としては、電気亜鉛めっき鋼板が使用できる。樹脂材料としては、ＰＢＴ、ＰＣ、ＰＰ、またはこれらの混合材、あるいはそのガラス繊維混合剤などが使用できる。ファン取付プレート１７Ｂの中央の穴１７Ｃには、モータ１８のシャフト１９が挿入される。モータ１８に圧力を加えて、シャフト１９をこの穴１７Ｃに圧入することにより、ファン取付プレート１７Ｂはシャフト１９へ固定される。
つぎに、モータ１８の構成について、図５、図６を用いて説明する。図５は、本発明のモータ１８の概要を示す構成図である。図６は、同モータ１８の断面図である。本発明の実施の形態では、インナーロータ型ブラシレスモータを用いている。モータケース２５（２５Ａ、２５Ｂ）内には、シャフト１９と、軸受２７と、ロータ２８と、ステータ２９と、スラスト板３０と、緩衝板３１とが備えられる。
本実施の形態のモータケース２５は、電気亜鉛めっき鋼板からなる。シャフト１９は、マルテンサイト系ステンレスからなり、その寸法は、直径３ｍｍ、長さ１７ｍｍとなっている。軸受２７は、すべり軸受やメタル軸受に属する軸受であり、例えば、焼結含油軸受であって、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｓｎ−（Ｃ）材からなる。軸受２７は、シャフト１９の軸心方向３２に沿うように、シャフト外周面１９Ａに取り付けられる。シャフト１９は、軸受２７を介してモータケース２５Ａの円筒部３３に支持される。ロータ２８は、シャフト１９の軸心方向３２に沿ってシャフト１９に取り付けられる。ロータ２８は、ロータヨーク２８Ａとロータ磁石２８Ｂとを含む。ロータヨーク２８Ａは、電気亜鉛めっき鋼板からなり、ロータ磁石２８Ｂを接着保持し、トルクを発生している。ロータ磁石２８Ｂは、希土類ボンド磁石からなり、後述するステータが生成する磁界の影響を受ける。ステータ２９は、ロータ２８の外周面２８Ｃに対し、空隙２６を介して対向して配置される。ステータ２９は、鉄心２９Ａとリード線２９Ｂとを含み、リード線２９Ｂに所定の電流を流すことで、電磁石を形成する。この電磁石が生成する磁界を制御することで、ロータ２８を介してシャフト１９を所望の回転数で回転させる。
図７に、ロータ２８とステータ２９との関係を説明する説明図を示す。
ロータ２８とステータ２９とは、図７に示すような所定の距離Ｌを有して設置される。所定の距離Ｌは、ロータ２８の磁気的中心ＭＣＲと、ステータ２９の磁気的中心ＭＣＳとが、シャフト１９の軸心方向３２へ有する距離である。ロータ２８とステータ２９とは、距離Ｌを解消する方向へ復元力Ｆを有する。図７において、この復元力Ｆを矢印で示している。スラスト板３０は、シャフト１９の軸心方向３２で、かつ、復元力Ｆが作用する方向に備えられる。
図６中、ワッシャ３４は、ロータヨーク２８Ａと軸受２７との間にシャフト１９に沿って備えられる。ワッシャ３４は、環状形状の平板であり、中央の穴にシャフト１９が貫通するように配置される。ワッシャ３４とロータヨーク２８Ａあるいは、ワッシャ３４と軸受２７との間には、ギャップＧが設けられる。このようなワッシャ３４を配置することにより、ロータヨーク２８Ａと軸受２７とが回転時に接触した場合に生じる傷や磨耗を抑制している。また、ワッシャ３４を配置する効果を得るためには、十分な機械強度を有するとともに低摩擦の表面を有したワッシャ３４とすることが好ましい。
図８は、図６の要部拡大図である。
モータケース２５Ｂは、軸受部３５を有する。軸受部３５は、モータケース２５Ｂのシャフト１９側へ、シャフト１９の先端部が挿入できる程度の内径寸法を有する凸部３５Ａからなる。軸受部３５内には、スラスト板３０と、緩衝板３１が備えられている。シャフト１９と接する位置へスラスト板３０が備えられ、スラスト板３０の反シャフト１９側へ緩衝板３１が備えられる。
シャフト１９は、シャフト１９の先端部であるピボット１９Ｂでスラスト板３０を図８中、下方（復元力Ｆ方向）へ押している。スラスト板３０は、シャフト１９の先端部であるピボット１９Ｂでシャフト１９を支持する。スラスト板３０は、回転するシャフト１９を支持するため、耐摩耗性に優れることが求められる。このため、スラスト板３０は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、またはセラミックなどが好適である。
緩衝板３１は、スラスト板３０とモータケース２５Ｂとの間に備えられる。緩衝板３１は、スラスト板３０に生じる衝撃を弾性変形することで緩和できるものであればよい。具体的には、ゴム、発泡体、接着剤が用いられる。これらの材料は、ヤング率９ＭＰａ以上の弾性力を有していれば、同様の作用効果を得ることが期待できる。ゴムであれば、シリコンゴム、メチルシリコン、フッ素ゴム等が使用できる。発泡体であれば、ゴムスポンジ、またはウレタンスポンジ等が使用できる。接着剤であれば、固化した後にヤング率３ＭＰａ以上の弾性力を有していればよく、シリコン混和物等が使用できる。
接着剤を用いた緩衝板３１とした場合、モータケース２５Ｂに緩衝板３１を介してスラスト板３０を保持できるため、組立工程においてスラスト板３０が落下することを防止でき、作業効率を高めることができる。また、緩衝板３１として接着剤以外のものを用いる場合、グリスを介して緩衝板３１にスラスト板３０を仮止めし、スラスト板３０の落下を防止するようにしてもよい。
以上の構成からなるモータ１８およびこのモータ１８を用いた車載用空調装置１の動作について説明する。
ステータ２９をなすリード線２９Ｂに所定の電流が流れると、ステータ２９を中心とする磁場が発生する。この磁場は、ロータ２８をなすロータ磁石２８Ｂを引張ったり、反発したりする。ロータ２８は、シャフト１９を回転中心として所定の回転数で回転する。その結果、シャフト１９に取り付けられたファン１６は、所定の回転数で回転するため、所望の空気の流れを形成する。
このようなモータ１８を用いた車載用空調装置１を自動車へ搭載する。
自動車が悪路や段差を走行することで衝撃が発生すると、図９に示すように、シャフト１９に対して復元力Ｆの反対方向へ復元力Ｆ以上の強い力Ｆｕが加わることがある。このとき、瞬間的にシャフト１９とスラスト板３０との間に隙間Ｌｕが生じる。強い力Ｆｕが消滅すると、図７のように、シャフト１９は、復元力Ｆによって強制的に元の位置へ復帰しようとする。そこで、シャフト１９とスラスト板３０とは激しく衝突することになる。この衝突により、シャフト１９からスラスト板３０へ衝撃が加えられる。スラスト板３０に加えられた衝撃は、緩衝板３１が弾性変形することで緩和される。その結果、シャフト１９とスラスト板３０との衝突により発生していた衝突音は抑制される。
従来、この衝突音が搭乗者の耳へ届いていたため、搭乗者へ不快感を与えていた。しかし、本実施の形態にて説明したモータを用いれば、シャフト１９とスラスト板３０との衝突により発生していた衝突音は、緩衝板３１の働きにより緩和されるため、搭乗者に不快感を与えることはない。
本実施の形態において、緩衝板３１は、シリコンゴムからなる。シリコンゴムの厚みは、ワッシャ３４を含めてロータヨーク２８Ａと軸受２７とで形成されるギャップＧの寸法より大きければよい。本実施の形態では、ギャップＧ寸法が０．２ｍｍのため、シリコンゴムの厚みを０．３ｍｍとした。
また、上記説明は、自動車を前提とした車載用空調装置について行ったが、対象となる車両は自動車に限らず、電車等他の車両でも同様の作用効果を得ることができる。自動車も家庭用、業務用を問わず、同様の作用効果を得ることができる。
ところで、従来、上述した衝突音を抑制するために、ギャップＧを設けていた。しかし、モータ１８を構成する各部品は一般的に公差を有しており、実際のモータ組立て現場において、公差の累積を加味した上でギャップＧを確保することは困難であった。
例えば、ギャップＧを０．２ｍｍとする。このとき、各部品が±０．０５ｍｍの公差を有していると、４つの部品に最大バラツキが生じるだけで、ギャップＧは確保できなくなる。この製品バラツキを吸収するためにモータ１８の生産現場では、一品一品の寸法を測定し、車載用空調装置個別に各部品の組み合わせを調整することでギャップＧを確保していた。具体的には、例えばワッシャ３４の枚数や厚み、またはその両方を車載用空調装置個別に選択する方法でギャップＧを確保していた。
しかし、本発明のモータ１８を用いれば、衝突音対策としてのギャップＧの精度を緩和できるため、個々の部品寸法を測定しながら組み立てる必要がなくなる。よって、モータ１８の生産工数を削減することも可能となり、生産性を向上することができる。
本発明の他の例について、図１０を用いて説明する。なお、図６〜図８と同様の機能を有する部品については、同じ符号を付与して説明を援用する。
図１０は、モータ１８の軸受部３６近傍を示す要部拡大図である。軸受部３６は、凸部３６Ａからなる。
上述したように、シャフト１９は、スラスト板３０の中心（軸心方向３２）位置でスラスト板３０と衝突する。このスラスト板３０の中心に加わる復元力Ｆを緩和するように、緩衝板３７はスラスト板３０を支持している。その結果、軸心方向３２において、緩衝板３７の断面積が、スラスト板３０の断面積より小さくても、図６の構成と同様の効果を得ることができる。
なお、軸心方向３２において、緩衝板３７の厚みは、スラスト板３０厚みよりも小さくても、大きくても良い。また、軸心方向３２と垂直の方向において、緩衝板３７の幅は、スラスト板３０幅よりも小さくても、大きくても良い。
また、緩衝板３７の表面は、少なくとも１つの表面に凹凸を有していても良い。これにより、衝突音を抑制する効果を高めることができる。
また、以上の説明では、シャフト１９とスラスト板３０との衝突による衝突音を抑制するための構成について説明した。ところが、上述したように本実施の形態ではギャップＧを設けた構成としている。このため、シャフト１９が跳ね上がると、ロータヨーク２８Ａが軸受２７に衝突し、これによっても衝突音が生じることになる。一方、本実施の形態では上述したように、ロータヨーク２８Ａと軸受２７との間にワッシャ３４を配置しているため、ロータヨーク２８Ａはワッシャ３４を介して軸受２７に衝突する。これより、ワッシャ３４の材質を適切に選択することにより、ワッシャ３４によって、ロータヨーク２８Ａと軸受２７との衝突による衝撃を緩和することもできる。このような観点より、金属に比べて弾性がある樹脂によりワッシャ３４を構成することが好適である。すなわち、ワッシャ３４を、表面が低摩擦であり機械強度を有した樹脂で形成することにより、ロータヨーク２８Ａと軸受２７とが接触した場合に生じる傷や磨耗を抑制でき、さらに衝突による衝突音をも抑制できる。特に、強度と衝突音抑制との観点からすれば、ワッシャ３４をポリエチレンン・テレフタレート（ＰＥＴ）などのポリエステル樹脂で構成することが好適である。また、衝撃の緩和効果を高めるために、ギャップＧを確保しながら、複数枚のワッシャ３４を配置する構成としてもよい。
なお、以上の説明ではインナーロータ型のブラシレスモータの例を挙げて説明したが、インナーロータ型やブラシレスモータに限定されず、アウターロータ型のモータや、ブラシ付のモータにも適用することができる。
また、以上の説明では上述のような磁気復元力を利用したモータの一例を挙げて説明したが、復元力を利用したモータに限定されず、例えばロータ自重を利用したモータなど、衝撃によってシャフトが軸方向に移動するような構造のモータに適用することができる。
本発明は、上記した車載用空調装置以外、例えば、車載用冷却装置など、省スペースかつ、衝撃による衝突音の抑制を求められる機器について、使用することができる。
１ 車載用空調装置
１８ モータ
１９ シャフト
２６ 空隙
２８ ロータ
２８Ｃ 外周面
２９ ステータ
３０ スラスト板
３１，３７ 緩衝板
３２ 軸心方向
１８ モータ
１９ シャフト
２６ 空隙
２８ ロータ
２８Ｃ 外周面
２９ ステータ
３０ スラスト板
３１，３７ 緩衝板
３２ 軸心方向
本発明は、モータおよびこのモータを用いた車載用空調装置に関し、特に、シャフトとスラスト板との間で発生する衝突音を抑制したモータおよびこのモータを用いた車載用空調装置に関する。
従来、車載用空調装置の送風機に使用されるモータは、小型化を図るためシャフト両端の玉軸受を廃止し、ロータの磁気的中心とステータの磁気的中心とをシャフトの軸心方向に対して所定の距離を有して組み合わせている。この結果、ロータとステータとの間には、軸心方向における双方の磁気的中心位置を一致させようとする力、すなわち磁気的復元力（以下、「復元力」と記す。）が発生する。この復元力は、シャフトがシャフトの先端部であるピボットでスラスト板を押すように作用する。
ところで、様々な車両へ車載用空調装置を設置した場合、車載用空調装置の設置状況により重力が作用する方向に差異が生じる。本復元力を利用した構成とすれば、重力が作用する方向に差異が生じても、ロータおよびステータのシャフトの軸心方向における位置関係が変化しないため、安定したモータ機能を得ることができる。スラスト板は、モータの筐体をなすケースに取り付けられている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、従来のモータを車載用空調装置に用いた場合、次のような課題がある。
例えば、従来の車載用空調装置を自動車へ搭載した場合、自動車が悪路や段差等を走行した際、シャフトへ復元力が作用している方向とは反対の方向へ、この復元力を上回る強い力がシャフトへ加わることがある。
その結果、シャフトとスラスト板とは瞬間的に離れる。その後、復元力を上回る強い力がなくなると、シャフトは復元力により元の位置へ戻ろうとする。このとき、シャフトがスラスト板に衝突するため、シャフトとスラスト板との間で衝突音が発生するという課題を有している。
本発明のモータは、シャフトと、シャフトの軸心方向に沿ってシャフトに取り付けられるロータと、ロータの外周面に対し、空隙を介して対向して配置されるステータと、スラスト板と、弾性力を有する緩衝板とを備える。
ロータとステータとは、ロータの磁気的中心とステータの磁気的中心とがシャフトの軸心方向において所定の距離を有して設置される。スラスト板は、軸心方向で、かつ、シャフトに対してロータとステータとが所定の距離を有して設置されることで発生する復元力が作用する方向に位置する。緩衝板は、スラスト板に対して反シャフト側へ位置し、かつ、スラスト板を支持する。
上記発明により、モータへ外的負荷が加わることにより、シャフトへ復元力を上回る力が加わった場合、シャフトとスラスト板とが離れた後、シャフトが復元力により元の位置へ戻ろうとすることでスラスト板と衝突して生じた衝撃を緩衝板で緩和できる。
すなわち、本発明によれば、モータへ外的負荷が加わった後、シャフトとスラスト板とが衝突することで生じた衝撃を緩衝板で緩和する。その結果、シャフトとスラスト板とが衝突する際に発生していた衝突音を抑制できる。
（実施の形態）
本発明を実施するための形態に示すモータは、シャフトと、シャフトの軸心方向に沿ってシャフトに取り付けられるロータと、ロータの外周面に対し、空隙を介して対向して配置されるステータと、スラスト板と、弾性力を有する緩衝板とを備える。
本発明を実施するための形態に示すモータは、シャフトと、シャフトの軸心方向に沿ってシャフトに取り付けられるロータと、ロータの外周面に対し、空隙を介して対向して配置されるステータと、スラスト板と、弾性力を有する緩衝板とを備える。
ロータとステータとは、ロータの磁気的中心とステータの磁気的中心とがシャフトの軸心方向において所定の距離を有して設置される。スラスト板は、軸心方向で、かつ、シャフトに対してロータとステータとが所定の距離を有して設置されることで発生する復元力が作用する方向に位置する。緩衝板は、スラスト板に対して反シャフト側へ位置し、かつ、スラスト板を支持する。
このようなモータを車載用空調装置に用いれば、自動車が悪路や段差を走行する際に復元力とは反対の方向へこの復元力以上の強い力がシャフトへ加わったとしても、緩衝板により、シャフトとスラスト板との衝突時の衝撃を緩和することができる。
その結果、シャフトとスラスト板との衝突時の衝撃により発生していた衝突音を抑制することができる。
以下、図面を用いて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態にのみその効果を限定されるものではない。
まず、本発明の実施の形態におけるモータを用いた車載用空調装置の使用例を図１、図２に示す。図１において、車載用空調装置１は、搭乗者が使用するシート２へ組み込まれる。具体的には、シート２の背もたれ２Ａや座面２Ｂに組み込まれる。車載用空調装置１使用時の空気の流れを図中、矢印３（３Ａ、３Ｂ）で示す。本実施の形態に示す車載用空調装置１は、シロッコファンを用いている。その結果、図１に示すように、車載用空調装置１の吸込口４から吸い込まれた空気（３Ａ）は、吸込口４方向とほぼ直行する面方向に設けられた吹出口５から吹き出される（３Ｂ）。
なお、図１では、吸込口４を背もたれ２Ａの表面側と座面２Ｂの上面側とに設置することで、空気の流れ３について分かりやすく説明した。しかし、搭乗者に対する快適性や車載用空調装置への空気の吸い込み易さを考慮した場合、吸込口４は背もたれ２Ａの背面側と座面２Ｂの下面側へ設置するほうがよい。
また、図２において、車載用空調装置１は、車載用電池１０の冷却に使用される。モータを小型化することで、この車載用空調装置１は従来よりも小型化を実現している。その結果、従来の車載用空調装置１よりも設置の自由度を上げることができる。そこで、複雑な風回路を形成する車載用電池１０の収納部１１において、各車載用電池１０を冷却するのに適した位置へこの車載用空調装置１を設置することができる。よって、より効率的な風回路を形成することができるため、より省エネルギー化を推し進めることが可能となる。
つぎに、本発明の車載用空調装置の概要を示す構成図を図３に示す。図４は、同車載用空調装置の要部断面図を示す。
ケース１５（１５Ａ、１５Ｂ）内には、ファン１６と、ファン固定部１７と、モータ１８とが備えられる。ケース１５は、吸込口４と吹出口５とを有する。本実施の形態のケース１５は、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、またはこれらの混合材、あるいはそのガラス繊維混合剤などの樹脂からなる。
ファン１６は、上述したようにシロッコファンを用いている。
ファン固定部１７は、弾性体プレート１７Ａとファン取付プレート１７Ｂからなる。弾性体プレート１７Ａは、本実施の形態ではシリコンゴムからなる。シリコンゴムに代えて、その他のゴムでもよく、固化した後も所定の弾性力を有する接着剤を用いてもよい。具体的には、シリコン混和物であれば、同様の効果を得ることができる。さらに、シリコンゴムに代えて、弾性力を有する発泡体を用いてもよい。具体的には、ゴムスポンジ、またはウレタンスポンジであれば、同様の効果を得ることができる。ファン取付プレート１７Ｂは、金属あるいは樹脂からなる。金属材料としては、電気亜鉛めっき鋼板が使用できる。樹脂材料としては、ＰＢＴ、ＰＣ、ＰＰ、またはこれらの混合材、あるいはそのガラス繊維混合剤などが使用できる。ファン取付プレート１７Ｂの中央の穴１７Ｃには、モータ１８のシャフト１９が挿入される。モータ１８に圧力を加えて、シャフト１９をこの穴１７Ｃに圧入することにより、ファン取付プレート１７Ｂはシャフト１９へ固定される。
つぎに、モータ１８の構成について、図５、図６を用いて説明する。図５は、本発明のモータ１８の概要を示す構成図である。図６は、同モータ１８の断面図である。本発明の実施の形態では、インナーロータ型ブラシレスモータを用いている。モータケース２５（２５Ａ、２５Ｂ）内には、シャフト１９と、軸受２７と、ロータ２８と、ステータ２９と、スラスト板３０と、緩衝板３１とが備えられる。
本実施の形態のモータケース２５は、電気亜鉛めっき鋼板からなる。シャフト１９は、マルテンサイト系ステンレスからなり、その寸法は、直径３ｍｍ、長さ１７ｍｍとなっている。軸受２７は、すべり軸受やメタル軸受に属する軸受であり、例えば、焼結含油軸受であって、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｓｎ−（Ｃ）材からなる。軸受２７は、シャフト１９の軸心方向３２に沿うように、シャフト外周面１９Ａに取り付けられる。シャフト１９は、軸受２７を介してモータケース２５Ａの円筒部３３に支持される。ロータ２８は、シャフト１９の軸心方向３２に沿ってシャフト１９に取り付けられる。ロータ２８は、ロータヨーク２８Ａとロータ磁石２８Ｂとを含む。ロータヨーク２８Ａは、電気亜鉛めっき鋼板からなり、ロータ磁石２８Ｂを接着保持し、トルクを発生している。ロータ磁石２８Ｂは、希土類ボンド磁石からなり、後述するステータが生成する磁界の影響を受ける。ステータ２９は、ロータ２８の外周面２８Ｃに対し、空隙２６を介して対向して配置される。ステータ２９は、鉄心２９Ａとリード線２９Ｂとを含み、リード線２９Ｂに所定の電流を流すことで、電磁石を形成する。この電磁石が生成する磁界を制御することで、ロータ２８を介してシャフト１９を所望の回転数で回転させる。
図７に、ロータ２８とステータ２９との関係を説明する説明図を示す。
ロータ２８とステータ２９とは、図７に示すような所定の距離Ｌを有して設置される。所定の距離Ｌは、ロータ２８の磁気的中心ＭＣＲと、ステータ２９の磁気的中心ＭＣＳとが、シャフト１９の軸心方向３２へ有する距離である。ロータ２８とステータ２９とは、距離Ｌを解消する方向へ復元力Ｆを有する。図７において、この復元力Ｆを矢印で示している。スラスト板３０は、シャフト１９の軸心方向３２で、かつ、復元力Ｆが作用する方向に備えられる。
図６中、ワッシャ３４は、ロータヨーク２８Ａと軸受２７との間にシャフト１９に沿って備えられる。ワッシャ３４は、環状形状の平板であり、中央の穴にシャフト１９が貫通するように配置される。ワッシャ３４とロータヨーク２８Ａあるいは、ワッシャ３４と軸受２７との間には、ギャップＧが設けられる。このようなワッシャ３４を配置することにより、ロータヨーク２８Ａと軸受２７とが回転時に接触した場合に生じる傷や磨耗を抑制している。また、ワッシャ３４を配置する効果を得るためには、十分な機械強度を有するとともに低摩擦の表面を有したワッシャ３４とすることが好ましい。
図８は、図６の要部拡大図である。
モータケース２５Ｂは、軸受部３５を有する。軸受部３５は、モータケース２５Ｂのシャフト１９側へ、シャフト１９の先端部が挿入できる程度の内径寸法を有する凸部３５Ａからなる。軸受部３５内には、スラスト板３０と、緩衝板３１が備えられている。シャフト１９と接する位置へスラスト板３０が備えられ、スラスト板３０の反シャフト１９側へ緩衝板３１が備えられる。
シャフト１９は、シャフト１９の先端部であるピボット１９Ｂでスラスト板３０を図８中、下方（復元力Ｆ方向）へ押している。スラスト板３０は、シャフト１９の先端部であるピボット１９Ｂでシャフト１９を支持する。スラスト板３０は、回転するシャフト１９を支持するため、耐摩耗性に優れることが求められる。このため、スラスト板３０は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、またはセラミックなどが好適である。
緩衝板３１は、スラスト板３０とモータケース２５Ｂとの間に備えられる。緩衝板３１は、スラスト板３０に生じる衝撃を弾性変形することで緩和できるものであればよい。具体的には、ゴム、発泡体、接着剤が用いられる。これらの材料は、ヤング率９ＭＰａ以上の弾性力を有していれば、同様の作用効果を得ることが期待できる。ゴムであれば、シリコンゴム、メチルシリコン、フッ素ゴム等が使用できる。発泡体であれば、ゴムスポンジ、またはウレタンスポンジ等が使用できる。接着剤であれば、固化した後にヤング率３ＭＰａ以上の弾性力を有していればよく、シリコン混和物等が使用できる。
接着剤を用いた緩衝板３１とした場合、モータケース２５Ｂに緩衝板３１を介してスラスト板３０を保持できるため、組立工程においてスラスト板３０が落下することを防止でき、作業効率を高めることができる。また、緩衝板３１として接着剤以外のものを用いる場合、グリスを介して緩衝板３１にスラスト板３０を仮止めし、スラスト板３０の落下を防止するようにしてもよい。
以上の構成からなるモータ１８およびこのモータ１８を用いた車載用空調装置１の動作について説明する。
ステータ２９をなすリード線２９Ｂに所定の電流が流れると、ステータ２９を中心とする磁場が発生する。この磁場は、ロータ２８をなすロータ磁石２８Ｂを引張ったり、反発したりする。ロータ２８は、シャフト１９を回転中心として所定の回転数で回転する。その結果、シャフト１９に取り付けられたファン１６は、所定の回転数で回転するため、所望の空気の流れを形成する。
このようなモータ１８を用いた車載用空調装置１を自動車へ搭載する。
自動車が悪路や段差を走行することで衝撃が発生すると、図９に示すように、シャフト１９に対して復元力Ｆの反対方向へ復元力Ｆ以上の強い力Ｆｕが加わることがある。このとき、瞬間的にシャフト１９とスラスト板３０との間に隙間Ｌｕが生じる。強い力Ｆｕが消滅すると、図７のように、シャフト１９は、復元力Ｆによって強制的に元の位置へ復帰しようとする。そこで、シャフト１９とスラスト板３０とは激しく衝突することになる。この衝突により、シャフト１９からスラスト板３０へ衝撃が加えられる。スラスト板３０に加えられた衝撃は、緩衝板３１が弾性変形することで緩和される。その結果、シャフト１９とスラスト板３０との衝突により発生していた衝突音は抑制される。
従来、この衝突音が搭乗者の耳へ届いていたため、搭乗者へ不快感を与えていた。しかし、本実施の形態にて説明したモータを用いれば、シャフト１９とスラスト板３０との衝突により発生していた衝突音は、緩衝板３１の働きにより緩和されるため、搭乗者に不快感を与えることはない。
本実施の形態において、緩衝板３１は、シリコンゴムからなる。シリコンゴムの厚みは、ワッシャ３４を含めてロータヨーク２８Ａと軸受２７とで形成されるギャップＧの寸法より大きければよい。本実施の形態では、ギャップＧ寸法が０．２ｍｍのため、シリコンゴムの厚みを０．３ｍｍとした。
また、上記説明は、自動車を前提とした車載用空調装置について行ったが、対象となる車両は自動車に限らず、電車等他の車両でも同様の作用効果を得ることができる。自動車も家庭用、業務用を問わず、同様の作用効果を得ることができる。
ところで、従来、上述した衝突音を抑制するために、ギャップＧを設けていた。しかし、モータ１８を構成する各部品は一般的に公差を有しており、実際のモータ組立て現場において、公差の累積を加味した上でギャップＧを確保することは困難であった。
例えば、ギャップＧを０．２ｍｍとする。このとき、各部品が±０．０５ｍｍの公差を有していると、４つの部品に最大バラツキが生じるだけで、ギャップＧは確保できなくなる。この製品バラツキを吸収するためにモータ１８の生産現場では、一品一品の寸法を測定し、車載用空調装置個別に各部品の組み合わせを調整することでギャップＧを確保していた。具体的には、例えばワッシャ３４の枚数や厚み、またはその両方を車載用空調装置個別に選択する方法でギャップＧを確保していた。
しかし、本発明のモータ１８を用いれば、衝突音対策としてのギャップＧの精度を緩和できるため、個々の部品寸法を測定しながら組み立てる必要がなくなる。よって、モータ１８の生産工数を削減することも可能となり、生産性を向上することができる。
本発明の他の例について、図１０を用いて説明する。なお、図６〜図８と同様の機能を有する部品については、同じ符号を付与して説明を援用する。
図１０は、モータ１８の軸受部３６近傍を示す要部拡大図である。軸受部３６は、凸部３６Ａからなる。
上述したように、シャフト１９は、スラスト板３０の中心（軸心方向３２）位置でスラスト板３０と衝突する。このスラスト板３０の中心に加わる復元力Ｆを緩和するように、緩衝板３７はスラスト板３０を支持している。その結果、軸心方向３２において、緩衝板３７の断面積が、スラスト板３０の断面積より小さくても、図６の構成と同様の効果を得ることができる。
なお、軸心方向３２において、緩衝板３７の厚みは、スラスト板３０厚みよりも小さくても、大きくても良い。また、軸心方向３２と垂直の方向において、緩衝板３７の幅は、スラスト板３０幅よりも小さくても、大きくても良い。
また、緩衝板３７の表面は、少なくとも１つの表面に凹凸を有していても良い。これにより、衝突音を抑制する効果を高めることができる。
また、以上の説明では、シャフト１９とスラスト板３０との衝突による衝突音を抑制するための構成について説明した。ところが、上述したように本実施の形態ではギャップＧを設けた構成としている。このため、シャフト１９が跳ね上がると、ロータヨーク２８Ａが軸受２７に衝突し、これによっても衝突音が生じることになる。一方、本実施の形態では上述したように、ロータヨーク２８Ａと軸受２７との間にワッシャ３４を配置しているため、ロータヨーク２８Ａはワッシャ３４を介して軸受２７に衝突する。これより、ワッシャ３４の材質を適切に選択することにより、ワッシャ３４によって、ロータヨーク２８Ａと軸受２７との衝突による衝撃を緩和することもできる。このような観点より、金属に比べて弾性がある樹脂によりワッシャ３４を構成することが好適である。すなわち、ワッシャ３４を、表面が低摩擦であり機械強度を有した樹脂で形成することにより、ロータヨーク２８Ａと軸受２７とが接触した場合に生じる傷や磨耗を抑制でき、さらに衝突による衝突音をも抑制できる。特に、強度と衝突音抑制との観点からすれば、ワッシャ３４をポリエチレンン・テレフタレート（ＰＥＴ）などのポリエステル樹脂で構成することが好適である。また、衝撃の緩和効果を高めるために、ギャップＧを確保しながら、複数枚のワッシャ３４を配置する構成としてもよい。
なお、以上の説明ではインナーロータ型のブラシレスモータの例を挙げて説明したが、インナーロータ型やブラシレスモータに限定されず、アウターロータ型のモータや、ブラシ付のモータにも適用することができる。
また、以上の説明では上述のような磁気復元力を利用したモータの一例を挙げて説明したが、復元力を利用したモータに限定されず、例えばロータ自重を利用したモータなど、衝撃によってシャフトが軸方向に移動するような構造のモータに適用することができる。
本発明は、上記した車載用空調装置以外、例えば、車載用冷却装置など、省スペースかつ、衝撃による衝突音の抑制を求められる機器について、使用することができる。
１ 車載用空調装置
１８ モータ
１９ シャフト
２６ 空隙
２８ ロータ
２８Ｃ 外周面
２９ ステータ
３０ スラスト板
３１，３７ 緩衝板
３２ 軸心方向
１８ モータ
１９ シャフト
２６ 空隙
２８ ロータ
２８Ｃ 外周面
２９ ステータ
３０ スラスト板
３１，３７ 緩衝板
３２ 軸心方向
Claims (5)
- シャフトと、
前記シャフトの軸心方向に沿って前記シャフトに取り付けられるロータと、
前記ロータの外周面に対し、空隙を介して対向して配置されるステータと、
スラスト板と、
弾性力を有する緩衝板とを備え、
前記ロータと前記ステータとは、前記ロータの磁気的中心と前記ステータの磁気的中心とが前記シャフトの軸心方向において所定の距離を有して設置され、
前記スラスト板は、前記軸心方向で、かつ、前記シャフトに対して前記ロータと前記ステータとが前記所定の距離を有して設置されることで発生する磁気的復元力が作用する方向に位置し、
前記緩衝板は、前記スラスト板に対して反シャフト側へ位置し、かつ、前記スラスト板を支持するモータ。 - 前記緩衝板は、ゴム、発泡体および接着剤のいずれかである請求項１に記載のモータ。
- 前記シャフト外周面に取り付けられる軸受と、
前記ロータと前記軸受との間にワッシャとをさらに備える請求項１に記載のモータ。 - 前記ワッシャは、樹脂からなる請求項３に記載のモータ。
- 請求項１から４のいずれか一項に記載のモータを用いた車載用空調装置。
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