JPWO2017068674A1 - 電動機、空気調和装置の室外機及び空気調和装置 - Google Patents

電動機、空気調和装置の室外機及び空気調和装置 Download PDF

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Abstract

電動機は、回転軸を中心として回転する回転子と、複数の巻線を有し、前記回転軸と直交する方向において前記回転子の外側に配置される固定子と、前記回転子の位置を検出する検出器と、前記回転子、前記固定子及び前記検出器を収納し、前記巻線のインダクタンス値、及び前記巻線の誘起電圧と前記検出器の検出値との位相ずれを含む情報を保持するための情報保持部分を有する筐体と、を含む。

Description

本発明は、ブラシレス電動機、空気調和装置の室外機及び空気調和装置に関する。
ブラシレス電動機は、空気調和装置、換気扇又は工作機械といった装置に広く使用されている。特許文献1には、回転センサの位置誤差情報を記憶させた記憶媒体を、回転電機を制御する制御装置の組み付け時に読み取り可能な状態で一体的に設けること、及び位置誤差情報は、逆起電力の情報としての電圧波形と、回転センサからの出力情報としてのパルス信号とのゼロ点誤差の情報であることが記載されている。
特開2009−232551号公報
特許文献1に記載された技術は、逆起電力の情報としての電圧波形と、回転センサからの出力情報としてのパルス信号とのゼロ点誤差の情報を用いることにより、回転電機と回転センサとの間の位相差を簡易に調整することができる。
電動機は、効率の向上又は騒音の低下を目的として、固定子のコイルを流れる電流の位相を誘起電圧に対して早める、進角制御が行われることがある。特許文献1の技術は、ゼロ点誤差の情報以外については考慮されておらず、電動機の特性のばらつきを抑制した進角制御を実現するためには改善の余地がある。
本発明は、電動機の特性のばらつきを抑制した進角制御を実現することを目的とする。
本発明に係る電動機は、回転子と、固定子と、検出器と、筐体とを含む。回転子は、回転軸を中心として回転する。固定子は、複数の巻線を有し、回転軸と直交する方向において回転子の外側に配置される。検出器は、回転子の位置を検出する。筐体は、回転子、固定子及び検出器を収納する。固定子は、巻線のインダクタンス値、及び巻線の誘起電圧と検出器の検出値との位相ずれを含む情報を保持するための情報保持部分を有する。
本発明によれば、電動機の特性のばらつきを抑制した進角制御を実現できる、という効果を奏する。
実施の形態1に係る電動機を示す図 図1のA−A断面図 実施の形態1に係る電動機が備える巻線、電動機を制御するための制御装置、及びドライバを示す図 実施の形態1に係るバーコードに含まれる電動機の情報を説明するための図 誘起電圧と検出器の検出値との関係を示す図 位相ずれを説明するための図 誘起電圧の測定値の一例を示す図 誘起電圧定数を説明するための図 進角制御を説明するための図 進角制御を説明するための図 進角制御を説明するための図 実施の形態1に係る電動機の製造方法の一例を示すフローチャート 電動機を検査する装置の一例を示す図 実施の形態2に係る空気調和装置を示す図 実施の形態2に係る空気調和装置を示す図 実施の形態2に係る空気調和装置が有する室外機の送風機を示す図 実施の形態2に係る空気調和装置の室外機を示す図
以下に、本発明の実施の形態に係る電動機、空気調和装置の室外機及び空気調和装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る電動機を示す図である。実施の形態1において、電動機1は、ブラシレスDC(Direct Current)電動機である。電動機1は、図1に示されるように、筐体2と、シャフト3と、バーコード4と、機器情報5とを有する。シャフト3は、筐体2から突出している。電動機1の動力は、シャフト3の筐体2から突出した部分から取り出される。バーコード4は、電動機1の情報を含んでいる。実施の形態1において、バーコード4は二次元コードであるが、これに限定されない。バーコード4は、一次元コードであってもよい。電動機1の情報は、電動機1の特性の情報を含む。機器情報5は、電動機1を識別するための情報である。機器情報5は、電動機1の機種名、形式名及びシリアルナンバーの少なくとも1つを含む。機器情報5は、さらに製造元及び製造日の少なくとも一方を含んでいてもよい。
図2は、図1のA−A断面図である。電動機1は、軸Zrを中心として回転する回転子10と、複数の巻線22を有し、軸Zrと直交する方向DRにおいて回転子10の外側に配置される固定子20と、回転子10の位置を検出する検出器8と、回転子10、固定子20、及び検出器8を収納し、巻線22のインダクタンス値、及び巻線22の誘起電圧と検出器8の検出値との位相ずれを含む情報を保持するための情報保持部分であるバーコード4を有する筐体2と、を含む。以下において、軸Zrは、適宜回転軸Zrと称され、回転軸Zrと直交する方向DRは、適宜径方向DRと称される。実施の形態1において、筐体2は、情報保持部分であるバーコード4を、外面2Sに有する。つまり、実施の形態1において、バーコード4は、筐体2の外面2Sに設けられる。
回転子10は、絶縁体11と、絶縁体11の外周部に配置された永久磁石12とを含む。実施の形態1において、回転子10は、さらに位置検出用磁石13を含む。回転子10は、シャフト3の径方向外側に配置され、かつシャフト3に固定される。回転子10は、円柱形状の構造体であり、両端面の中心を回転軸Zrが貫通する。シャフト3は、回転軸Zrに沿って延在する。シャフト3は、回転子10の両方の端部から突出している。回転子10は、固定子20からの回転磁界によって回転力を得てシャフト3にトルクを伝達して、シャフト3に直接又は間接的に接続された負荷を駆動する。シャフト3が回転子10から突出する長さは、シャフト3に負荷が接続される方が、負荷が接続されない方よりも長い。
位置検出用磁石13は、回転軸Zrが延びる方向、すなわち回転軸方向において、回転子10の一方の端部に取り付けられる。より具体的には、位置検出用磁石13は、シャフト3に負荷が接続されない方における回転子10の端部に取り付けられる。位置検出用磁石13は、回転軸Zrを中心として、回転子10の周方向に沿ってN極とS極とが交互に繰り返される。検出器8は、位置検出用磁石13と対向する部分に配置されている。検出器8は、位置検出用磁石13の極間、すなわちN極とS極との間又はS極とN極との間を検出する。実施の形態1において、位置検出用磁石13の極数は、回転子10の極数と同一である。
永久磁石12、位置検出用磁石13、及びシャフト3は、縦型成形機により射出された樹脂によって一体で形成される。このとき、樹脂は、永久磁石12とシャフト3との間、及び位置検出用磁石13とシャフト3との間に介在してこれらを結合する。回転子10の絶縁体11は、永久磁石12とシャフト3との間、及び位置検出用磁石13とシャフト3との間に介在して硬化した樹脂である。絶縁体11に用いられる樹脂は、PBT(Polybutylene terephthalate:ポリブチレンテレフタレート)、又はPPS(Polyphenylenesulfide:ポリフェニレンサルファイド)のような熱可塑性樹脂が用いられるが、これらの樹脂にガラス充填剤を配合した樹脂であってもよい。実施の形態1において、永久磁石12は、熱可塑性樹脂に磁性材を混合して成形された樹脂磁石、希土類磁石(ネオジム磁石又はサマリウム鉄磁石)、又はフェライト焼結磁石であるが、これらに限定されない。
回転軸方向において、シャフト3は、負荷側に第1軸受6Tが取り付けられ、負荷側と反対側に第2軸受6Bが取り付けられる。第1軸受6Tは、筐体2に取り付けられたブラケット7を介して筐体2に支持される。ブラケット7は、導電性の金属がプレス加工されることにより製造される。ブラケット7は、固定子20の内周部に嵌め込まれ、かつ第1軸受6Tの外輪が内側に嵌め込まれる。
第2軸受6Bは、筐体2に取り付けられる。このような構造により、シャフト3は、第1軸受6T及び第2軸受6Bを介して筐体2に支持される。実施の形態1において、第1軸受6T及び第2軸受6Bは、玉軸受であるが、第1軸受6T及び第2軸受6Bは玉軸受に限定されない。以下において、回転子10に組み付けられたシャフト3に第1軸受6T及び第2軸受6Bが取り付けられた構造体を、適宜回転子組立体と称する。
固定子20は、環状の固定子コア21と、巻線22と、固定子コア21と巻線22との間に介在するインシュレータ23とを有する。固定子20、より具体的には固定子コア21は、回転軸Zrと直交する方向DR、すなわち径方向DRにおいて回転子10の外側に配置される。固定子20は、固定子コア21の周方向に沿って複数の巻線22を有する。
固定子コア21は、複数の環状の電磁鋼板が積層され、かしめ、溶接又は接着により接合された構造体である。インシュレータ23は、固定子コア21と巻線22とを絶縁する。実施の形態1において、インシュレータ23は、熱可塑性樹脂を用いて、固定子コア21と一体で成型されている。インシュレータ23に用いられる熱可塑性樹脂は、PBTが例示される。複数の巻線22は、インシュレータ23と一体で成型された固定子コア21の各スロットに配置される。巻線22は集中巻であってもよいし、分布巻であってもよい。
実施の形態1において、固定子20、基板9、及びコネクタ31は、樹脂により機械的に結合されて一体に成型される。固定子20、基板9、及びコネクタ31を結合した樹脂は、筐体2である。基板9は、検出器8を含む回路を有する。検出器8は、回転子10の磁極の位置を検出するためのホール素子及びホールIC(Integral Circuit)を含む。検出器8は、回転子10の絶縁体11が有する位置検出用磁石13の磁極の間である極間を検出することにより、回転子10の磁極の位置を検出する。実施の形態1において、検出器8はホール素子及びホールICを含むが、検出器8はこれに限定されない。
基板9は、第2軸受6Bと固定子20との間に配置される。基板9は、回転軸Zrに対して盤面が垂直に配置される。基板9は、基板保持部品を介してインシュレータ23に固定される。基板9は、直接インシュレータ23に固定されてもよい。基板9は、電動機1の外部の制御装置と接続する信号線30が接続される。信号線30は、コネクタ31を介して電動機1の外部の制御装置100と接続される。
図3は、実施の形態1に係る電動機が備える巻線、電動機を制御するための制御装置、及びドライバを示す図である。電動機1の固定子20は、U相の巻線22uと、V相の巻線22vと、W相の巻線22wとを有する。それぞれの巻線22u,22v,22wは、ドライバ103に接続されている。ドライバ103は、複数のスイッチング素子を備えたインバータである。ドライバ103は、制御装置100によって制御される。
電動機1は、3個の検出器8u,8v,8wを有する。3個の検出器8u,8v,8wは、固定子20の周方向に沿って等間隔で配置される。実施の形態1において、検出器8uは、U相の巻線22uの位置で回転子10の位置を検出し、検出器8vは、V相の巻線22vの位置で回転子10の位置を検出し、検出器8wは、W相の巻線22wの位置で回転子10の位置を検出する。制御装置100は、検出器8u,8v,8wの検出値SCu,SCv,SCwを取得し、ドライバ103を介して電動機1を制御する。
制御装置100は、処理部101及び記憶部102を備えている。記憶部102は、CPU(Central Processing Unit)のようなプロセッサであり、記憶部102は、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ、又はこれらを組み合わせた装置である。記憶部102は、電動機1を制御するためのコンピュータプログラム及び電動機1の情報を記憶している。電動機1の情報は、図1が示すバーコード4に変換されて、筐体2の外面2Sに設けられる。
処理部101は、電動機1を制御するにあたり、記憶部102から前述したコンピュータプログラム及び電動機1の各種の情報を読み出す。そして、電動機1は、読み出したコンピュータプログラムを実行するとともに、電動機1の情報を用いて電動機1を駆動するための信号である駆動信号を生成し、ドライバ103に出力する。ドライバ103は、駆動信号に対応した駆動電圧Edu,Edv,Edwを生成して、各巻線22u,22v,22wに印加する。以下において、各巻線22u,22v,22wを区別しないときには適宜巻線22と称し、検出器8u,8v,8wを区別しないときには適宜検出器8と称し、検出値SCu,SCv,SCwを区別しないときには適宜検出値SCと称し、駆動電圧Edu,Edv,Edwを区別しないときには適宜駆動電圧Edと称する。
図4は、実施の形態1に係るバーコードに含まれる電動機の情報を説明するための図である。実施の形態1において、電動機1の情報IFmは、バーコード4に変換されて、電動機1の筐体2の外面2Sに設けられる。電動機1の情報IFmは、電動機1の特性に関する情報である。実施の形態1において、電動機1の情報IFfは、巻線22のインダクタンス値Lu,Lv,Lw、位相ずれΔθeu,Δθev,Δθew、誘起電圧Eiu,Eiv,Eiw、誘起電圧定数Ciu,Civ,Ciw、及び巻線抵抗Ru,Rv,Rwであるが、これらに限定されない。
インダクタンス値、位相ずれ、誘起電圧、誘起電圧定数、及び巻線抵抗の各符号に付されるアルファベットuは、U相の巻線22uの値であることを示し、アルファベットvは、V相の巻線22vの値であることを示し、アルファベットwは、W相の巻線22wの値であることを示す。以下において、U相、V相及びW相を区別しない場合、前述の各符号は、アルファベットu,v,wが付されないで表記される。巻線22のインダクタンス値L、位相ずれΔθe、誘起電圧Ei、誘起電圧定数Ci、及び巻線抵抗Rは、電動機1が完成した後の検査において測定された測定値のうち、合格となった電動機1の測定値及びその測定値から求められた値である。
実施の形態1において、電動機1の完成後における検査で合格した電動機1の巻線22のインダクタンス値Lu,Lv,Lwは、バーコード4として電動機1の筐体2の外面2Sに記録される。バーコード4はバーコードリーダーによって読み取られ、図3が示す制御装置100の記憶部102に記憶される。制御装置100の処理部101は、電動機1を制御するにあたって、記憶部102から巻線22のインダクタンス値Lu,Lv,Lwを読み取り、進角制御に用いることで、電動機1の効率を向上させたり、騒音及び振動を低下させたりすることができる。
図5は、誘起電圧と検出器の検出値との関係を示す図である。図6は、位相ずれを説明するための図である。図5及び図6の横軸は、回転子10の電気角θeであり、縦軸は電圧である。検出値SCu,SCv,SCwと誘起電圧Eiu,Eiv,Eiwとでは大きさが異なるが、図5及び図6では、便宜上両者を同程度の大きさとして表している。誘起電圧Eiは、回転子10の永久磁石12の移動によって巻線22に発生する電圧である。誘起電圧Eiは、0ボルト(Volt)を中心としてプラスの電圧とマイナスの電圧とが、電気角で180度ごとに切り替わる。
検出値SCは、図2及び図3に示される検出器8が図2に示される位置検出用磁石13の極間で0ボルトを示し、極性に応じてプラスの電圧又はマイナスの電圧を示す。実施の形態1において、前述したように、位置検出用磁石13の極数と回転子10の極数とは等しいので、位置検出用磁石13の位置が検出されることで、回転子10の位置も検出される。以下において、検出値SC及び誘起電圧Eiがプラスからマイナス又はマイナスからプラスに変化する位置を、ゼロクロス点と称する。
U相の誘起電圧Eiuと検出器8uの検出値SCuとは、ゼロクロス点が異なる。すなわち、両者は位相がずれている。V相の誘起電圧Eivと検出器8vの検出値SCvとも位相がずれている。W相の誘起電圧Eiwと、検出器8wの検出値SCwとも、U相及びW相と同様に位相がずれている。
図6が示すように、ゼロクロス点における誘起電圧Eiの電気角と、ゼロクロス点における検出器8の検出値SCの電気角との差分Δθeが、位相ずれである。図6が示す例では、誘起電圧Eiのゼロクロス点の電気角がθe1、検出値SCのゼロクロス点の電気角がθe2なので、位相ずれの大きさΔθeはθe2−θe1である。図6が示す例において、検出器8uの検出値SCuのゼロクロス点がθe2、検出器8vの検出値SCvのゼロクロス点がθe3、検出器8wの検出値SCwのゼロクロス点がθe4、電動機1が有する検出器8u,8v,8wの設計値のゼロクロス点がθe5であるとする。
回転子10及び固定子20の製造ばらつきを含む電動機1の製造ばらつきに起因して、各検出値SCu,SCv,SCw同士のばらつき、及び検出器8u,8v,8wの設計値と各検出値SCu,SCv,SCwとのばらつきが発生する。このばらつきにより、電動機1の騒音及び振動が増加したり、効率が低下したりする可能性がある。
実施の形態1において、電動機1の完成後における検査で合格した電動機1の各相の誘起電圧Eiu,Eiv,Eiwの測定値、及び各検出器8u,8v,8wの検出値SCu,SCv,SCwを用いて、位相ずれΔθeu,Δθev,Δθewが求められる。位相ずれΔθeは、バーコード4として電動機1の筐体2の外面2Sに記録される。バーコード4はバーコードリーダーによって読み取られ、図3が示す制御装置100の記憶部102に記憶される。制御装置100の処理部101は、電動機1を制御するにあたって、記憶部102から位相ずれΔθeu,Δθev,Δθewを読み取り、位相ずれΔθeu,Δθev,Δθewが設計値となるように補正することで、電動機1の効率の低下を抑制し、さらに騒音及び振動を抑制できる。
図7は、誘起電圧の測定値の一例を示す図である。回転子10及び固定子20の製造ばらつきを含む電動機1の製造バラつきに起因して、図7が示すように、誘起電圧Eiu,Eiv,Eiwにばらつきが発生する。図7に示される例では、U相、V相、W相の誘起電圧の最大値Eium,Eivm,Eiwmが異なっている。このばらつきにより、電動機1の騒音及び振動が増加したり、効率が低下したりする可能性がある。
実施の形態1において、電動機1の完成後における検査で合格した電動機1の誘起電圧Eiu,Eiv,Eiwは、バーコード4として電動機1の筐体2の外面2Sに記録される。バーコード4に変換される情報である誘起電圧Eiu,Eiv,Eiwは、電動機1の完成後における検査で測定された値、すなわち測定値である。バーコード4はバーコードリーダーによって読み取られ、図3が示す制御装置100の記憶部102に記憶される。
電動機1のU相、V相、W相のスロットから電動機1のロータへの磁力の伝わりやすさの違いが、U相、V相、W相の誘起電圧Eiu,Eiv,Eiwの測定値の違いとなる。このため、誘起電圧Eiu,Eiv,Eiwの測定値に応じて相電流又は相電圧を変更することにより、U相、V相、W相のスロットから発生するトルク及び磁力が均一になる。その結果、電動機1の効率低下の抑制及び低騒音化が実現される。制御装置100の処理部101は、電動機1を制御するにあたって、記憶部102から誘起電圧Eiu,Eiv,Eiwを読み取り、誘起電圧Eiu,Eiv,Eiwのばらつきが0になるように補正する。具体的には、処理部101は、記憶部102から読み取ったU相、V相、W相の誘起電圧Eiu,Eiv,Eiwの測定値に応じて、U相、V相、W相のデューティ及び進角の少なくとも一方を補正する。このような処理により、電動機1は、効率の低下が抑制され、さらに騒音及び振動が抑制される。
図8は、誘起電圧定数を説明するための図である。誘起電圧定数Ciは、図8が示すように、電動機1の回転速度Nの変化αに対する誘起電圧Eiの変化βの比である。すなわち、誘起電圧定数Ci=β/αとなる。前述したように、U相、V相、W相の誘起電圧Eiu,Eiv,Eiwがばらつき、誘起電圧定数Ciu,CIv,Ciwがばらつくことにより、電動機1の騒音及び振動が増加したり、効率が低下したりする可能性がある。
実施の形態1において、電動機1の完成後における検査で合格した電動機1の誘起電圧定数Ciu,Civ,Ciwは、バーコード4として電動機1の筐体2の外面2Sに記録される。バーコード4はバーコードリーダーによって読み取られ、図3が示す制御装置100の記憶部102に記憶される。制御装置100の処理部101は、電動機1を制御するにあたって、記憶部102から誘起電圧定数Ciu,Civ,Ciwを読み取り、誘起電圧定数Ciu,Civ,Ciwのばらつきが0になるように補正する。具体的には、処理部101は、記憶部102から読み取ったU相、V相、W相の誘起電圧定数Ciu,Civ,Ciwの測定値に応じて、U相、V相、W相のデューティ及び進角を補正する。このような処理により、電動機1は、効率の低下が抑制され、さらに騒音及び振動が抑制される。
回転子10及び固定子20の製造ばらつきを含む電動機1の製造ばらつきに起因して、巻線22u,22v,22wの巻線抵抗Ru,Rv,Rwがばらつく可能性がある。巻線抵抗Ru,Rv,Rwのばらつきにより、電動機1の騒音及び振動が増加したり、効率が低下したりする可能性がある。
実施の形態1において、電動機1の完成後における検査で合格した電動機1の巻線抵抗Ru,Rv,Rwは、バーコード4として電動機1の筐体2の外面2Sに記録される。バーコード4はバーコードリーダーによって読み取られ、図3が示す制御装置100の記憶部102に記憶される。制御装置100の処理部101は、電動機1を制御するにあたって、記憶部102から巻線抵抗Ru,Rv,Rwを読み取り、巻線抵抗Ru,Rv,Rwのばらつきが0になるように補正する。具体的には、処理部101は、記憶部102から読み取ったU相、V相、W相の巻線抵抗Ru,Rv,Rwの測定値に応じて、U相、V相、W相のデューティ及び進角を補正する。このような処理により、電動機1は、効率の低下が抑制され、さらに騒音及び振動が抑制される。
また、制御装置100の処理部101は、電動機1を制御するにあたって、記憶部102から巻線22のインダクタンス値Lu,Lv,Lwを読み取り、進角制御に用いる。このようにすることで、制御装置100は、電動機1の特性のばらつきを抑制した進角制御を実現できるので、電動機1の効率を向上させたり、騒音及び振動を低下させたりすることができる。次に、制御装置100の処理部101が電動機1の情報IFmを用いて行う進角制御を説明する。
図9から図11は、進角制御を説明するための図である。図3が示すドライバ103が巻線22に駆動電圧Edを印加すると、巻線22には電流Idが流れる。この電流を巻線電流Idと称する。巻線電流Idが生成する磁束と、回転子10が有する永久磁石12が生成する磁束とによって、回転子10が回転する。進角制御は、固定子20の巻線電流Idの位相を進めることにより、電動機1の効率を向上させたり、騒音及び振動を低減させたりする制御である。
図9が示す例において、駆動電圧Edと誘起電圧Eiとは位相が一致している。巻線電流Idは、誘起電圧Eiよりも位相が遅れている。巻線電流Idを進角させて、巻線電流Idの位相と誘起電圧Eiの位相とを一致させることにより、電動機1のトルクを最大にすることができる。巻線電流Idの位相を進めるためには、駆動電圧Edの位相を進めればよい。駆動電圧Edの位相は、巻線電流Idの位相よりも電気角でφだけ進んでいる。以下において、φを適宜位相差φと称する。位相差φは、駆動電圧Edと巻線電流Idとの位相差であり、式(1)で求めることができる。Lは巻線22のインダクタンスであり、Rはドライバ103から巻線22に流れる電流の経路の抵抗である。Rは、巻線22の抵抗としてもよい。ωは回転子10の角速度である。
φ=tan−1(ω×L/R)・・(1)
図10は、誘起電圧Eiの位相と巻線電流Idの位相とを一致させた例を示す。この場合、誘起電圧Eiのマイナスからプラスのゼロクロス点と、巻線電流Idのマイナスからプラスのゼロクロス点とを一致させる。検出器8の検出値SCがマイナスからプラスになるときのゼロクロス点である回転子10の電気角θes0よりも、位相ずれΔθeだけ早いタイミングにおける回転子10の電気角θei0が、誘起電圧Eiのマイナスからプラスになるときのゼロクロス点となる。制御装置100の処理部101は、検出器8の検出値SCが電気角θes0となるタイミングよりも、位相ずれΔθeと位相差φとを加算した値だけ早いタイミングで、巻線22に駆動電圧Edを印加すればよい。制御装置100が進角制御を行って誘起電圧Eiの位相と巻線電流Idの位相とを一致させる場合、処理部101は、式(2)にしたがって駆動電圧Edを生成すればよい。式(2)中、Edmは、駆動電圧Edの振幅の最大値と最小値との差の1/2である。tは時間である。
Ed=Edm×sin(ω×t−(φ+Δθe))・・(2)
図11は、誘起電圧Eiの位相を、巻線電流Idの位相よりも電気角θdf分、さらに進めた例を示す。この場合、制御装置100の処理部101は、検出器8の検出値SCが電気角θes0となるタイミングよりも、位相ずれΔθeと位相差φと電気角θdfとを加算した値だけ早いタイミングで、巻線22に駆動電圧Edを印加すればよい。すなわち、制御装置100の処理部101は、式(3)にしたがって駆動電圧Edを生成すればよい。式(3)中、Edmは、駆動電圧Edの振幅の最大値と最小値との差の1/2である。tは時間である。以下において、電気角θdfを、適宜調整量と称する。調整量θdfの符号が正のとき、巻線電流Idは誘起電圧Eiよりも位相が進み、調整量θdfの符号が負のとき、巻線電流Idは誘起電圧Eiよりも位相が遅れる。調整量θdfが0のとき、式(3)は式(2)と同一になる。
Ed=Edm×sin(ω×t−(φ+θdf+Δθe))・・(3)
式(1)から分かるように、位相差φに巻線22のインダクタンス値Lが含まれる。前述したように、巻線22u,22v,22wのインダクタンス値Lu,Lv,Lwは、バーコード4から制御装置100の記憶部102に読み込まれて記憶される。このため、制御装置100の処理部101は、進角制御を実行するにあたって、インダクタンス値Lu,Lv,Lwを記憶部102から読み出し、読み出した値と式(3)とを用いて駆動電流Edを巻線22u,22v,22wに印加する。このようにすることで、巻線22u,22v,22wのインダクタンス値Lu,Lv,Lwのばらつきの影響を低減して、電動機1の効率の向上、及び騒音及び振動の低減を実現することができる。また、制御装置100の処理部101は、インダクタンス値Lu,Lv,Lwに加え、バーコード4から記憶部102に読み込まれて記憶された巻線抵抗Ru,Rv,Rwの値を用いることにより、電動機1の効率のさらなる向上、及び騒音及び振動のさらなる低減を実現することができる。
前述したように、位相ずれΔθeu,Δθev,Δθewは、バーコード4から制御装置100の記憶部102に読み込まれて記憶される。このため、制御装置100の処理部101は、進角制御を実行するにあたって、位相ずれΔθeu,Δθev,Δθewを記憶部102から読み出し、読み出した値と式(3)とを用いて駆動電流Edを巻線22u,22v,22wに印加する。このようにすることで、位相ずれΔθeu,Δθev,Δθewのばらつきの影響を低減して、電動機1の効率のさらなる向上、及び騒音及び振動のさらなる低減を実現することができる。
進角制御において、制御装置100の処理部101は、電動機1の最大出力で最も効率が高くなる進角を算出し、その進角で制御することができる。このような処理により、処理部101は、電動機1に、より少ない電流で高いトルクを発生させることができるので、電動機1の最大出力を向上させることができる。また、最も電動機1の効率が高くなる進角と、電動機1の騒音が最も低くなる進角とは異なる。このため、実施の形態1の進角制御において、制御装置100の処理部101は、定格運転において電動機1の効率と騒音とを両立できる進角を算出し、その進角で制御することにより、電動機1を高い効率、かつ低い騒音で運転できる。
前述したように、制御装置100の処理部101は、電動機1を制御するにあたって、進角制御以外の制御でも位相ずれΔθeを補正する。図6に示す例において、ゼロクロス点の電気角がθe2の検出器8の検出値SC、すなわち検出器8によって検出される回転子10の位置は、設計値の電気角θe5よりも位相が遅れている。このため、処理部101は、ゼロクロス点の電気角がθe2の検出器8の検出値SCを、θe2−θe5分、進角させて取り扱う。また、処理部101は、ゼロクロス点の電気角がθe3の検出器8の検出値SCを、θe3−θe5分、進角させて取り扱い、ゼロクロス点の電気角がθe4の検出器8の検出値SCを、θe4−θe5分、進角させて取り扱う。このような処理により、処理部101は、それぞれの検出器8の位相ずれΔθeを設計値に補正できるので、電動機1の効率の低下を抑制し、さらに騒音及び振動を抑制できる。また、制御装置100は、位相ずれΔθe差のばらつきを擬似的に0にすることができるので、電動機1は、位相ずれΔθe差による最大出力、効率及び騒音の少なくとも1つのばらつきが低減される。その結果、ばらつきの下限で設計されている装置は、電動機1の最大出力、効率及び騒音の少なくとも1つが向上したように見える、という利点がある。
制御装置100の処理部101は、位相ずれΔθeを有する検出器8の検出値SCを、設計値に補正する以外にも、誘起電圧Eiのゼロクロス点の電気角θe1に補正してもよい。この場合、処理部101は、位相ずれΔθeが発生している検出器8の検出値SCを、位相ずれΔθe分、進角させて取り扱う。このような処理により、処理部101は、それぞれの検出器8の位相ずれΔθeを誘起電圧Eiのゼロクロス点の電気角θe1に合わせることができるので、電動機1の効率の低下を抑制し、さらに騒音及び振動を抑制できる。
実施の形態1において、制御装置100の処理部101は、位相ずれΔθeが、巻線22の誘起電圧Eiと検出器8の検出値SCとのずれの設計値に最も近い相の検出器8の検出値を用いて、電動機を制御してもよい。図6が示す例において、設計値の電気角はθe5なので、巻線22の誘起電圧Eiと検出器8の検出値SCとのずれの設計値は、θe5−θe1となる。位相ずれΔθeが設計値に最も近い相は、ゼロクロス点の電気角がθe3の相である。前述したように、この相はV相なので、処理部101は、V相の検出器8vの検出値SCvを用いて電動機1を制御する。このような処理により、処理部101は、検出器8の位相ずれΔθeが設計値に最も近い検出器8の検出値SCを用いて電動機1を制御できるので、電動機1の効率の低下を抑制し、さらに騒音及び振動を抑制できる。また、処理部101は、1つの検出器8の検出値SCのみで電動機1を制御できるので、各相の位相ずれΔθeのばらつきを電動機1の回転ムラと誤認識することを回避できる。さらに、処理部101は、電動機1を制御する場合、複数の検出器8u,8v,8wの検出値SCu,SCv,SCwを補正する必要がなくなるので、処理の負荷を低減できる。
制御装置100の処理部101は、位相ずれΔθeが設計値である場合には、進角制御において、最適進角、すなわち最も効率が高い進角、最も騒音が小さい進角、又は高効率と低騒音とを両立できる進角となるように制御する。この場合、処理部101は、位相ずれΔθeが設計値に最も近い相の検出値SCを用いて電動機1を制御することにより、より最適に近い進角で電動機1を制御することができる。処理部101は、電動機1の高効率化及び電動機1の低騒音化の少なくとも一方を実現できる。
実施の形態1において、制御装置100の処理部101は、各相の誘起電圧Eiのばらつきが0になるように駆動電圧Edを補正してもよい。具体的には、処理部101は、誘起電圧Eiが高い相に印加する駆動電圧Edを小さくし、誘起電圧Eiが低い相に印加する駆動電圧Edを大きくする。その結果、処理部101は、誘起電圧Eiのばらつきを抑制できるので、電動機1の効率の低下を抑制し、さらに騒音及び振動を抑制できる。
制御装置100の処理部101は、各相の誘起電圧定数Ciのばらつきが0になるように駆動電圧Edを補正してもよい。具体的には、処理部101は、誘起電圧定数Ciが大きい相に印加する駆動電圧Edを小さくし、誘起電圧定数Ciが小さい相に印加する駆動電圧Edを大きくする。その結果、処理部101は、誘起電圧定数Ciのばらつきを抑制できるので、電動機1の効率の低下を抑制し、さらに騒音及び振動を抑制できる。
電動機1の情報IFmが変換されたバーコード4は、筐体2の外面2Sに設けられる。実施の形態1において、レーザマーカによって筐体2の外面2Sに直接書き込まれる。機器情報5も、レーザマーカによって筐体2の外面2Sに書き込まれるので、レーザマーカを用いてバーコード4及び機器情報5を書き込むことにより、電動機1の製造設備の投資を抑制することができる。バーコード4は、筐体2の外面2Sに直接書き込まれる以外にも、シールに印刷されて筐体2の外面2Sに張り付けられてもよい。次に、電動機1の製造方法を説明する。
図12は、実施の形態1に係る電動機の製造方法の一例を示すフローチャートである。図13は、電動機を検査する装置の一例を示す図である。実施の形態1に係る電動機の製造方法は、固定子20の作製工程と、回転子組立体の作製工程と、電動機1の作製工程とを含む。ステップS101からステップS105が固定子20の作製工程であり、ステップS106からステップS108が回転子組立体の作製工程であり、ステップS109からステップS115が電動機1の作製工程である。固定子20の作製工程及び回転子組立体の作製工程は、前者が先であってもよいし、後者が先であってもよいし、両者が並行して進行してもよい。
まず、固定子20の作製工程を説明する。ステップS101において、電磁鋼板が積層されて、固定子コア21が作製される。ステップS102において、固定子コア21とインシュレータ23とが一体に成型される。ステップS103において、固定子コア21の各スロットに巻線22が巻き付けられて、固定子20が作製される。ステップS104において、基板保持部品が固定子20に取り付けられる。基板保持部品には、基板9が取り付けられる。ステップS105において、固定子20、基板保持部品及び基板9が樹脂で一体成型されることにより、樹脂で一体成型された固定子20が作製される。
次に、回転子組立体の作製工程を説明する。ステップS106において、永久磁石12が作製される。ステップS107において、永久磁石12、位置検出用磁石13及びシャフト3を樹脂で一体成型し、回転子10が作製される。ステップS108において、第1軸受6T及び第2軸受6Bがシャフト3に圧入されて、回転子組立体が作製される。
次に、電動機1の作製工程を説明する。ステップS109において、樹脂で一体成型された固定子20の凹部、すなわち固定子コア21の径方向DRの内側に回転子組立体が挿入される。その後、ブラケット7で凹部の開口部が塞がれることにより、電動機1が作製される。ステップS110において、電動機1の完成品が検査される。ステップS111において、作製された電動機1が完成品の検査に合格した場合(ステップS111,Yes)、ステップS112進む。ステップS112において、電動機1の情報IFm、すなわちUVW各相のインダクタンス値L、位相ずれΔθe、誘起電圧Ei、誘起電圧定数Ci、及び巻線抵抗Rを含むバーコード4がレーザマーカで電動機1の筐体2の外面2Sに書き込まれる。同時に、機器情報5、すなわち電動機1の機種名、型名、製造日、シリアルナンバー、及び製造元がレーザマーカで電動機1の筐体2の外面2Sに書き込まれる。バーコード4及び機器情報5が筐体2の外面2Sに書き込まれることにより、電動機1が完成する(ステップS113)。
電動機1の製造においてタクトタイムが長い工程は、固定子コア21に巻線22を巻き付ける工程及び樹脂で固定子20又は回転子10を成型する工程である。したがって、機器情報5を電動機1に書き込む工程でバーコード4を電動機1に設ける作業を追加しても、タクトタイムはほとんど増加しない。このため、実施の形態1に係る電動機の製造方法において、バーコード4を電動機1に設けても、電動機1の製造コストはほとんど増加しない。また、電動機1は、情報IFmを記憶するメモリを有する必要はないので、メモリに情報IFmを書き込む時間及びメモリが不要になる結果、製造コストの低減及び製造時間の短縮が実現できる。
作製された電動機1が完成品の検査に合格しなかった場合(ステップS111,No)、ステップS114において手直し可能であるか否かが判定される。手直し可能である場合(ステップS114,Yes)、ステップS110及びステップS111が繰り返される。作製された電動機1が手直し可能でない場合(ステップS114,No)、その電動機1はステップS115で廃却される。
次に、完成品の検査について説明する。電動機1が完成すると、主に次の項目が検査又は測定される。図13が示す計測装置115は、検査対象の電動機1の特性を測定する。
(1)耐電圧及び絶縁抵抗の検査。
(2)コネクタ31の各端子間容量。
(3)各相間の巻線抵抗R及びインダクタンス値Lの測定。
(4)無負荷回転時における入力電流の測定。
(5)実運転に近い負荷を電動機1に与えた場合における入力電流及び検出器8の検出値SCそれぞれの周波数及びデューティー(Duty)の測定。
(6)外力で電動機1を回転させた場合の誘起電圧Ei、位相ずれΔθe、検出値SCのデューティ(Duty)、及び検出値SCの周波数の測定。
(7)騒音検査。
外力で電動機1を回転させる場合は、図13が示す外力駆動用電動機110が用いられる。このとき、回転ムラが大きいと、各測定値の精度が低下するので、外力駆動用電動機110にはサーボモータが用いられる。外力駆動用電動機110と電動機1とは、短時間で連結又は分離する必要がある。このため、外力駆動用電動機110のシャフト113と電動機1のシャフト3との連結には、チャック114が用いられる。
以上、実施の形態1は、電動機1の製造工程において、電動機1の機器情報5を筐体2の外面2Sに書き込む工程で、電動機1の情報IFmを筐体2の外面2Sに設けるので、タクトタイムの増加はほとんど発生しない。その結果、電動機1は、製造コストの増加が抑制される。また、電動機1を制御する制御装置100は、電動機1の情報IFmが記憶部102に書き込まれることにより、電動機1の情報IFmを用いて電動機1の特性のばらつきを抑制することができる。その結果、電動機1は、高効率化による消費エネルギーの低減、低騒音化、及び高出力化の少なくとも1つを実現できる。
電動機1は、インダクタンス値L及び位相ずれΔθeといった情報IFmを筐体2の外面2Sに有している。電動機1の制御装置100は、電動機1の筐体2の外面2Sに設けられた情報IFmを記憶部102に記憶させて制御に用いる。このため、電動機1を用いる装置と電動機1との間で製造場所又は製造ラインとが異なる結果、電動機1と電動機1の情報IFmとの対応を取ることが難しい場合であっても、制御装置100は、電動機1の筐体2の外面2Sに設けられた電動機1の特性についての情報IFmを用いて電動機1を制御することにより、電動機1の特性のばらつきの影響を低減できる。実施の形態1において、巻線22のインダクタンス値、及び巻線22の誘起電圧と検出器8の検出値との位相ずれを含む情報を保持する情報保持部分は、前述した情報を含む一次元コード又は二次元コードであればよく、バーコード4に限定されない。また、情報保持部分は、筐体2の外面2Sに、巻線22のインダクタンス値、及び巻線22の誘起電圧と検出器8の検出値との位相ずれを含む情報が磁気によって書き込まれた部分であってもよい。実施の形態1で開示した構成は、以下の実施の形態においても適宜適用することができる。
実施の形態2.
実施の形態2は、実施の形態1に係る電動機1を空気調和装置、より具体的には室外機の送風機に適用したものである。
図14及び図15は、実施の形態2に係る空気調和装置を示す図である。図16は、実施の形態2に係る空気調和装置が有する室外機の送風機を示す図である。図17は、実施の形態2に係る空気調和装置の室外機を示す図である。図14が示すように、空気調和装置50は、室外機51と、室内機52とを有する。室外機51は、送風機58を有する。室外機51は、屋外の接地面FLに設置される。室外機51の接地面FL側は下方Bであり、室外機51の接地面FLとは反対側は上方Aである。下方Bは、重力が作用する方向である。室外機51の上方には、蓋51UCが設けられている。
図15が示すように、室外機51は、電動機Mcによって駆動されて冷媒を圧縮する圧縮機53と、圧縮機53によって圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器54とを収納する。室外機51は、凝縮器54に送風する送風機58をさらに含む。送風機58は、電動機1と、電動機1によって駆動される羽根車58Bとを含む。圧縮機53と凝縮器54とは冷媒を通過させる配管57Aで接続されている。
室内機52は、凝縮器54によって凝縮された冷媒を蒸発させる蒸発器55を含む。室内機52は、蒸発器55に送風する送風機59と、凝縮器54によって凝縮された液相の冷媒を膨張させて蒸発器55に流入させる膨張弁56とをさらに含む。送風機59は、電動機Mfと、電動機Mfによって駆動される羽根車59Bとを含む。凝縮器54と蒸発器55とは、冷媒を通過させる配管57Bで接続されている。膨張弁56は、配管57Bの途中に取り付けられる。蒸発器55と圧縮機53とは、冷媒を通過させる配管57Cで接続されている。
室外機51の送風機58を駆動する電動機1は、図17が示す制御ユニット60によって制御される。制御ユニット60は、基板60Cとドライバ64とを有する。基板60Cは、CPUのようなプロセッサ61、情報を記憶するメモリ62及びメモリ62に書き込まれる情報を受け取る書込み用端子63を有する。ドライバ64は、プロセッサ61が生成した駆動信号を取得し、駆動信号に対応した駆動電圧Edを生成する。
制御ユニット60のプロセッサ61は実施の形態1の制御装置100が有する処理部101に相当し、メモリ62は実施の形態1の制御装置100が有する記憶部102に相当する。実施の形態2において、メモリ62はフラッシュメモリであるが、これに限定されない。制御ユニット60のドライバ64は、実施の形態1のドライバ103に相当する。制御ユニット60のプロセッサ61は、実施の形態1に係る制御装置100の処理部101と同様に、電動機1の情報IFmが書き込まれたメモリ62から電動機1の情報IFmを読み取って電動機1の制御に用いる。
図16に示されるように、送風機58の羽根車58Bを駆動する電動機1は、図3が示す検出器8の検出値SCを取り出すための信号線30及び巻線22に電力を供給するための電線32が引き出される引出部分の反対側に、電動機1の情報IFmであるバーコード4を有する。電動機1は、筐体2の側面、すなわち電動機1のシャフト3の周囲を取り囲む面から信号線30及び巻線22が引き出される。また、電動機1は、筐体2の側面にバーコード4が設けられる。
室外機51が有する送風機58の電動機1は、巻線22及び電線32が引き出される引出部分からの浸水を抑制するために、引出部分を下方Bに向けて室外機51の内部に収納される。電動機1は、引出部分の反対側にバーコード4を有しているので、電動機1が室外機51に収納されると、バーコード4は上方Aに配置される。このような構造により、電動機1を室外機51に組み付けた後でも、作業者は、図17に示されるように、室外機51の蓋51UCを取り外すことにより、バーコード4にアクセスすることができる。作業者は、室外機51の蓋51UCを取り外した状態で、バーコードリーダー65によって電動機1のバーコード4を読み取り、バーコードリーダー65の端子66及び制御ユニット60の書込み用端子63を介してメモリ62に電動機1の情報IFmを書き込むことができる。
実施の形態2において、電動機1のバーコード4及び制御ユニット60は、室外機51の蓋51UCと対向する位置に配置されることが好ましい。このような構造により、蓋51UCを取り外すだけで、電動機1のバーコード4及び制御ユニット60が現れるので、作業者は、バーコード4を読み取り、制御ユニット60のメモリ62に書き込む作業を容易に行うことができる。
電動機1が室外機51に組み付けられる前にバーコード4が読み出されて制御ユニット60のメモリ62に書き込まれると、電動機1を製造するラインの停止のような不測の事態が発生すると、メモリ62に書き込まれるべき電動機1の情報IFmが、他の電動機1の情報IFmと混同する可能性がある。実施の形態2において、電動機1を室外機51に組み付けた後、作業者はバーコード4を読み出して制御ユニット60のメモリ62に書き込む。このため、電動機1と、検査工程で測定された電動機1の情報IFmとが一対一で対応付けられるので、不測の事態が発生した場合においてメモリ62に書き込まれる情報IFmが混同する可能性が低減される。
実施の形態2において、電動機1は空気調和装置50の室外機51の送風機58に適用されたが、電動機1の適用対象はこれに限定されず、室内機52の送風機59及び圧縮機53の少なくとも一方であってもよい。また、電動機1は、空気調和装置50の他にも、換気扇、家電機器又は工作機に搭載されて使用されてもよい。
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
1 電動機、2 筐体、2S 外面、3 シャフト、4 バーコード、5 機器情報、6B,6T 軸受、7 ブラケット、8,8u,8v,8w 検出器、9 基板、10 回転子、11 絶縁体、12 永久磁石、13 位置検出用磁石、20 固定子、21 固定子コア、22,22u,22v,22w 巻線、23 インシュレータ、30 信号線、31 コネクタ、32 電線、50 空気調和装置、51 室外機、51UC 蓋、52 室内機、58 送風機、58B 羽根車、60 制御ユニット、60C 基板、61 プロセッサ、62 メモリ、63 書込み用端子、64 ドライバ、65 バーコードリーダー、66 端子、100 制御装置、101 処理部、102 記憶部、103 ドライバ、110 外力駆動用電動機、115 計測装置、A 上方、B 下方、Ci,Ciu,Civ,Ciw 誘起電圧定数、DR 径方向、Ed,Edu,Edv,Edw 駆動電圧、Ei,Eiu,Eiv,Eiw 誘起電圧、Id 巻線電流、IFm 情報、L,Lu,Lv,Lw インダクタンス値、R,Ru,Rv,Rw 巻線抵抗、SC,SCu,SCv,SCw 検出値、Δθe 位相ずれ。
本発明に係る電動機は、回転子と、固定子と、検出器と、筐体とを含む。回転子は、回転軸を中心として回転する。固定子は、複数の巻線を有し、回転子の外側に配置される。検出器は、回転子の位置を検出する。筐体は、回転子、固定子及び検出器を収納する。筐体は、巻線のインダクタンス値、及び巻線の誘起電圧と検出器の検出値との位相ずれを含む情報を保持するための情報保持部分を有する。情報は、筐体の外面に直接書き込まれる。

Claims (8)

  1. 回転軸を中心として回転する回転子と、
    複数の巻線を有し、前記回転軸と直交する方向において前記回転子の外側に配置される固定子と、
    前記回転子の位置を検出する検出器と、
    前記回転子、前記固定子及び前記検出器を収納し、前記巻線のインダクタンス値、及び前記巻線の誘起電圧と前記検出器の検出値との位相ずれを含む情報を保持するための情報保持部分を有する筐体と、
    を含む、電動機。
  2. 前記情報は、
    前記巻線の誘起電圧の測定値及び前記巻線の誘起電圧定数をさらに含む、請求項1に記載の電動機。
  3. 前記情報は、
    前記筐体の前記外面に直接書き込まれる、請求項1又は請求項2に記載の電動機。
  4. 前記筐体は、
    前記検出器の検出値を取り出すための信号線及び前記巻線に電力を供給するための電線が引き出される部分の反対側に、前記情報保持部分を有する、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の電動機。
  5. 請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の電動機と、
    冷媒を凝縮させる凝縮器と、
    前記電動機によって駆動されて、前記凝縮器に送風する羽根車と、
    前記情報を記憶する記憶装置を有し、前記記憶装置に記憶された前記情報を用いて前記電動機を制御する制御装置と、
    を含む、空気調和装置の室外機。
  6. 前記制御装置は、
    前記情報に含まれる前記位相ずれが、前記巻線の誘起電圧と前記検出器の検出値とのずれの設計値に最も近い相の前記検出器の検出値を用いて、前記電動機を制御する、請求項5に記載の空気調和装置の室外機。
  7. 回転子、固定子及び前記回転子の位置を検出する検出器を収納する筐体に、前記固定子の巻線のインダクタンス値及び前記巻線の誘起電圧と前記検出器の検出値との位相ずれを含む情報を保持するための情報保持部分を有する電動機と、
    冷媒を凝縮させる凝縮器と、
    前記電動機によって駆動されて、前記凝縮器に送風する羽根車と、を含み、
    前記電動機は、
    前記検出器の検出値を取り出すための信号線及び前記巻線に電力を供給するための電線が前記筐体から引き出される部分を下方に向けて、前記情報保持部分を上方に向けて配置される、
    空気調和装置の室外機。
  8. 冷媒を圧縮する圧縮機と、
    請求項5から請求項7のいずれか1項に記載の空気調和装置の室外機と、
    前記凝縮器によって凝縮された冷媒を蒸発させる蒸発器を有する室内機と、を含み、
    前記室内機の前記凝縮器は、前記圧縮機によって圧縮された前記冷媒を凝縮させる、
    空気調和装置。
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