(57)【要約】【課題】低温環境下でもロータの回転を適切に制御できるモータ装置を提供することを課題とする。【解決手段】ロータ、前記ロータを回転させるための複数相のコイル、前記ロータを回転可能に支持する含油軸受、を有したモータ本体と、前記複数相の何れかのコイルの逆起電力に基づいて前記ロータの位置を検出し、前記ロータの位置に応じて前記複数相のコイルの通電を制御する駆動制御部と、を備え、前記駆動制御部は、前記ロータの回転速度が、前記逆起電力に基づく前記ロータの回転位置の検出が不能となる閾値を下回らないように、前記複数相のコイルの通電をフィードバック制御する、モータ装置。【選択図】図３
2019103310.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータ、前記ロータを回転させるための複数相のコイル、前記ロータを回転可能に支持する含油軸受、を有したモータ本体と、
前記複数相の何れかのコイルの逆起電力に基づいて前記ロータの位置を検出し、前記ロータの位置に応じて前記複数相のコイルの通電を制御する駆動制御部と、を備え、
前記駆動制御部は、前記ロータの回転速度が、前記逆起電力に基づく前記ロータの回転位置の検出が不能となる閾値を下回らないように、前記複数相のコイルの通電をフィードバック制御する、モータ装置。
【請求項２】
前記ロータは、遠心式多翼ファンを回転させる、請求項１のモータ装置。
【請求項３】
前記ロータは、アウターロータである、請求項１又は２のモータ装置。
【請求項４】
前記駆動制御部は、前記ロータの回転速度が前記閾値を超えるまで強制転流を繰り返す、請求項１乃至３の何れかのモータ装置。
【請求項５】
前記強制転流時に前記複数相のコイルのそれぞれ印加される電圧のデューティ比は一定である、請求項４のモータ装置。
【請求項６】
前記含油軸受は、ハウジングを介して前記複数相のコイルと熱的に接触している、請求項1乃至５の何れかのモータ装置。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れかの前記モータ装置を備えた、車載シート空調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ装置及び車載シート空調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、コイルの逆起電力に基づいてロータの位置を検出し、ロータの位置に応じてコイルの通電を切り替えるモータ装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−０７０１２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなモータ本体には、含油軸受を用いたものがある。例えば低温環境下では含油軸受での油の粘度が上昇して、ロータの回転速度が低下する可能性がある。ロータの回転速度が低下すると、コイルの逆起電力も低下し、ロータの位置を精度よく検出できずに、ロータの回転を適切に制御できない可能性がある。
【０００５】
そこで本発明は、低温環境下でもロータの回転を適切に制御できるモータ装置及びそれを備えた車載シート空調装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的は、ロータ、前記ロータを回転させるための複数相のコイル、前記ロータを回転可能に支持する含油軸受、を有したモータ本体と、前記複数相の何れかのコイルの逆起電力に基づいて前記ロータの位置を検出し、前記ロータの位置に応じて前記複数相のコイルの通電を制御する駆動制御部と、を備え、前記駆動制御部は、前記ロータの回転速度が、前記逆起電力に基づく前記ロータの回転位置の検出が不能となる閾値を下回らないように、前記複数相のコイルの通電をフィードバック制御する、モータ装置によって達成できる。
【０００７】
上記目的は、上記のモータ装置を備えた、車載シート空調装置によっても達成できる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、低温環境下でもロータの回転を適切に制御できるモータ装置及びそれを備えた車載シート空調装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本実施例の送風装置の断面図である。
【図２】図２は、送風装置が組み込まれた空調システムの一部の構成図である。
【図３】図３は、ロータの回転速度の変化を示したタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、本実施例の送風装置Ａの断面図である。送風装置Ａは、上ケース１０、下ケース２０、ファン８０等を含む。上ケース１０、下ケース２０は、互いにファン８０の軸方向から組み付けられ固定されている。上ケース１０、下ケース２０は、協働で単一のスクロール状のケースを画定する。上ケース１０、下ケース２０は、合成樹脂製である。上ケース１０の上壁部１５には、ファン８０の回転により空気が通過する開口１５ａが形成されている。
【００１１】
下ケース２０の底壁部２４の略中心には、開口２５が形成されている。開口２５は、地板１００により塞がれている。地板１００の略中心には、開口１０１が形成されている。開口１０１は、ハウジング６０及びスラストカバー１１０により塞がれている。地板１００は、ファン８０、ファン８０を回転させるモータ本体Ｍを支持している。上ケース１０と下ケース２０との間からは、モータ本体Ｍに導通したケーブルＣＢが引き出されている。上ケース１０、下ケース２０内に、ファン８０、モータ本体Ｍが収納されている。尚、上ケース１０、下ケース２０には、ファン８０が回転することにより空気はこの開口１５ａから導入されて不図示の開口から排出される。送風装置Ａは、例えば、車両に搭載されたシートの空調装置に用いられる。ファン８０は、遠心式多翼ファンである。
【００１２】
モータ本体Ｍについて説明する。モータ本体Ｍは、コイル３０、ロータ４０、ステータ５０、ハウジング６０等を有している。ステータ５０は略環状であり金属製である。ステータ５０は、ハウジング６０の外周面に固定されている。ハウジング６０は、地板１００の内底面に固定されている。ハウジング６０内には、回転軸４２を回転可能に保持する含油軸受７０が圧入されている。含油軸受７０は、詳細には焼結含油軸受である。
【００１３】
ステータ５０には、インシュレータを介して複数のコイル３０が巻回されている。コイル３０は、プリント基板ＰＢと電気的に接続されている。プリント基板ＰＢは、剛性を有した絶縁性の基板上に導電パターンが形成されたものである。プリント基板ＰＢは、地板１００の内面側に固定されて支持され、ハウジング６０が貫通した開口ＰＢ１が形成されている。プリント基板ＰＢには、コイル３０に電力を供給するための電子部品が実装されている。電子部品は、例えばコイル３０の通電状態を制御するためのＦＥＴ等の出力トランジスタ（スイッチング素子）やコンデンサ等である。プリント基板ＰＢには、ケーブルＣＢが導通接続されている。コイル３０が通電されることにより、ステータ５０が励磁される。
【００１４】
ロータ４０は、回転軸４２、ヨーク４４、１つまたは複数の永久磁石４６、を有している。回転軸４２は、含油軸受７０により回転可能に支持されている。回転軸４２の下方側の先端部は、スラスト受けＳを介してスラストカバー１１０により支持されている。回転軸４２の、ハウジング６０から上方に突出した先端部には、ヨーク４４が固定されており、ヨーク４４は回転軸４２と共に回転する。ヨーク４４は、略円筒状であり金属製である。ヨーク４４の上側にファン８０が固定されている。ヨーク４４の内周側面には、１つまたは複数の永久磁石４６が固定されている。永久磁石４６は、ステータ５０の外周面と対向している。コイル３０が通電されることにより、ステータ５０が励磁される。従って、永久磁石４６とステータ５０との間に磁気的吸引力、反発力が作用する。この磁力の作用により、ヨーク４４、即ち、ロータ４０はステータ５０に対して回転する。このように、ロータ４０はアウターロータであり、モータ本体Ｍはアウターロータ型のモータである。ロータ４０が回転することにより、ファン８０が回転する。
【００１５】
次に、送風装置Ａが組み込まれた空調システムの一部について説明する。図２は、送風装置Ａが組み込まれた空調システムの一部の構成図である。上述したようにこの空調システムは車両に搭載されている。尚、送風装置Ａは、上述したモータ本体Ｍの駆動を制御する駆動制御部ＣＬを有しており、駆動制御部ＣＬは上述したプリント基板ＰＢに搭載された電子部品、具体的にはＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ等により機能的に実現されている。モータ本体Ｍと駆動制御部ＣＬとは、モータ装置の一例である。モータ本体Ｍは３相のブラシレスモータである。上述した複数のコイル３０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相からなる。駆動制御部ＣＬは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の何れかのコイルでの逆起電力に基づいて、ロータ４０の回転位置を検出し、その検出結果に応じてコイル３０の各相の通電を制御する。従って、モータ本体Ｍは、ロータ４０の回転位置を検出するためのセンサは備えていないセンサレスモータである。
【００１６】
空調システムは、送風装置Ａと、送風装置Ａの駆動を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）１と、ユーザにより操作されるスイッチＳＷとを備えている。スイッチＳＷは、空調システムのＯＮ、ＯＦＦ、及び空調システムの出力を調整可能である。具体的には、スイッチＳＷは、ユーザにより、空調システムの出力が比較的小さい「Ｌｏｗ」、中程度の「Ｍｉｄｄｌｅ」、比較的大きい「Ｈｉｇｈ」、及び「Ｏｆｆ」の何れかに切り替え可能となっている。ＥＣＵ１は、スイッチＳＷからの操作信号に応じて、駆動制御部ＣＬに電圧又はＰＷＭ信号を出力する。ＥＣＵ１が駆動制御部ＣＬに出力する電圧の大きさ又はＰＷＭ信号のデューティ比は、「Ｌｏｗ」「Ｍｉｄｄｌｅ」「Ｈｉｇｈ」のそれぞれに対応するように予め定められている。駆動制御部ＣＬのＲＯＭには、ＥＣＵ１から入力された電圧又はＰＷＭ信号に対応したロータ４０の回転速度の目標値が予め記憶されている。従って、駆動制御部ＣＬは、ＥＣＵ１から電圧又はＰＷＭ信号が入力されると、ロータ４０の回転速度が目標値に到達するようにコイル３０の通電をフィードバック制御する。尚、ロータ４０の回転速度は、上述した起電力に基づいて駆動制御部ＣＬが算出する。また、駆動制御部ＣＬは、ロータ４０の回転速度が、上述した逆起電力に基づくロータ４０の回転位置の検出が不能となる閾値を下回らないように、コイル３０の通電をフィードバック制御する。この閾値は、上述した何れの目標値より低い値に設定されている。ロータ４０の始動は強制転流によって行われる。強制転流によって回転速度が閾値を超え、これにより逆起電力が得られることで、駆動制御部ＣＬはフィードバック制御を開始する。
【００１７】
次に、ロータ４０の回転速度の変化について説明する。図３は、ロータ４０の回転速度の変化を示したタイムチャートである。縦軸は回転速度を示し、横軸は経過時間を示す。最初に常温環境下でのフィードバック制御が行われる場合でのロータ４０の回転速度の変化について説明する。図３においては、この場合でのロータ４０の回転速度を実線で示している。ＥＣＵ１からの指令に基づいてコイル３０へ駆動電圧の印加が開始されると、ロータ４０を強制転流させるための予め定められた駆動電圧の各コイル３０への印加が開始され、この強制転流によりロータ４０の回転速度は閾値を超える（時刻ｔ１）。次に、ロータ４０の回転速度が目標値に到達するようにコイル３０の通電がフィードバック制御される。これにより、コイル３０への駆動電圧の印加が開始されてから所定期間内にロータ４０の回転速度が目標値に到達する（時刻ｔ３）。尚、回転速度が閾値を超えた時刻ｔ１から回転速度が目標値に到達した時刻ｔ３までの間では、駆動電圧のデューティ比は可変制御される。
【００１８】
次に、低温環境下でフィードバック制御が行われる場合でのロータ４０の回転速度の変化について説明する。図３においては、この場合でのロータ４０の回転速度を点線で示している。上述したように、モータ本体Ｍは含油軸受７０を有しているため、低温環境下では、含油軸受７０の油の粘度が上昇して回転軸４２と含油軸受７０間での回転抵抗が増大する。このため低温時はＥＣＵ１から指令に基づいて単にコイル３０へ強制転流時での駆動電圧を印加したのではロータ４０の回転速度は閾値を越えることは出来ない場合がある。これに対応して、コイル３０に対して強制転流時の駆動電圧の印加が繰り返し行われる。強制転流時の駆動電圧の印加を繰り返すことでコイル３０の温度が上昇し、ハウジング６０を介して含油軸受７０の温度上昇を促す。これによって含油軸受７０の油の温度が上昇し粘度が低下する為、ロータ４０の回転速度は閾値を超えることが出来る（時刻ｔ２）。そのためコイル３０と含油軸受７０が熱的に接触していることが望ましいため、コイル３０と含油軸受７０とは、熱伝導性を有したハウジング６０を介して組み付けられている。ハウジング６０は、例えば真鍮の切削品やめっき鋼板のプレス品などの熱伝導性の良い金属製であるが、これに限定されず、樹脂製であってもよい。樹脂製の場合、熱伝導性を確保するために、グラスフィラー、タルク、カーボンなどの添加剤が樹脂に加えられたものを用いるのが好ましい。強制転流時では、各コイル３０へ印加される駆動電圧のデューティ比は一定である。尚、強制転流時の駆動電圧のデューティ比が大きいと、ロータ４０の回転速度が短時間に閾値に達することができる一方、電子部品への負荷の増大や、騒音が増大する可能性があるため、適切な値を設定するのが望ましい。強制転流によりロータ４０の回転速度が閾値を超えた後は、上述したようにフィードバック制御によりロータ４０の回転速度が閾値を下回らないようにコイル３０の通電が制御される。具体的には、常温環境下の場合と比べて、コイル３０に印加される駆動電圧のデューティ比が増大される。これにより、低温環境下でも回転速度が閾値を下回らないように制御され、常温環境下よりも回転速度が目標値に到達するまでに時間を要するが、最終的に回転速度を目標値に制御することができる（時刻ｔ４）。
【００１９】
次に、低温環境下でフィードバック制御が行われない場合を想定して、ロータ４０の回転速度の変化について説明する。図３においては、この場合でのロータ４０の回転速度を一点鎖線で示している。上述したように低温環境下ではロータ４０の回転抵抗が増大するため、強制転流により回転速度が上述した閾値を超えるものの、回転抵抗の増大によって、回転速度が再び閾値を下回る。この理由は、フィードバック制御が行われないため、コイル３０に印加される駆動電圧のデューティ比は常温環境下での場合と同じであるため、常温に比べ大きな回転抵抗に対して十分な回転力を与えることが出来ず、回転速度が下がってしまうからである。回転速度が閾値を下回ると、ロータ４０の回転位置を検出することができずに、駆動制御部ＣＬはロータ４０の回転を適切に制御することはできなくなる。
【００２０】
しかしながら上述したように本実施例では回転速度が閾値を下回らないようにフィードバック制御されるため、ロータ４０の回転が適切に制御される。含油軸受７０と含油軸受７０に回転可能に支持されている回転軸４２との間には、油膜を形成するクリアランスが設けられている。このクリアランスは含油軸受７０と回転軸４２との熱膨張率の差により低温では小さくなり、高温では大きくなる。また、このクリアランスが小さいほど回転負荷は大きいが、クリアランスが大きいと振動が大きい。本実施例では車載シート空調向けのモータ装置が例示されているが、低温のみならず高温での使用が求められる為クリアランスの設定は常温で１０マイクロメータ以下に設定されている。
【００２１】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００２２】
Ａ  送風装置
Ｍ  モータ本体
ＣＬ  駆動制御部
３０  コイル
４０  ロータ
７０  含油軸受
８０  ファン
【図１】
2019103310.tif 000003
【図２】
2019103310.tif 000004
【図３】
2019103310.tif 000005