(57)【要約】【課題】  積層された層板を有する電動機を提供する。【解決手段】  ステータと、ロータと、ステータ及びロータを支持するように適合されたハウジングとを含む電動機が提供される。ステータは、ステータコア、第１及び第２の層板積層体、貫通して延びる磁束管、及びステータコア上の巻線を含む。ロータは、内面を有するハブと、ハブ内面に結合された磁石と、軸の長手方向軸線回りにステータに対してロータが回転するようにステータコア内で受け止められる軸とを含む。
2006519576.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータコアと、第１及び第２の層板積層体と、貫通して延びる磁束管と、前記ステータコア上の巻線とを含むステータと、
内面を有するハブと、前記ハブ内面に結合された磁石と、長手方向軸線回りに前記ステータに対してロータが回転するように前記ステータコア内で受けられる軸とを含むロータと、
前記ステータ及び前記ロータを支持するように適合されたハウジングと、
を備える電動機。
【請求項２】
前記ロータハブは、前記ハブの１つの軸方向の端部にキャビティ開口部を定め、且つ該開口部で前記ステータの一部を受け、前記ロータ軸は、少なくとも部分的に前記キャビティ内に配置されることを特徴とする請求項１に記載の電動機。
【請求項３】
前記磁石は、第１の端部と、第２の端部と、前記第１の端部と前記第２の端部との間に延びるボアを定める内面とを備え、前記ロータの一部と前記ロータ軸とが前記磁石ボアに延びるようになり、前記磁石は更に外面を備えることを特徴とする請求項１に記載の電動機。
【請求項４】
前記磁石内面は、前記磁石の第１及び第２の端部間に延びる複数の突起部を備えることを特徴とする請求項３に記載の電動機。
【請求項５】
前記磁石内面は、前記磁石の第１及び第２の端部間に延びる複数のノッチを備えることを特徴とする請求項３に記載の電動機。
【請求項６】
前記磁石内面は、前記磁石の第１及び第２の端部間に延びる複数の鋸歯状部を備えることを特徴とする請求項３に記載の電動機。
【請求項７】
前記磁石内面は、前記磁石の第１及び第２の端部間に延びる複数の傾斜した鋸歯状部を備えることを特徴とする請求項３に記載の電動機。
【請求項８】
前記磁石外面は、前記磁石の第１及び第２の端部間に延びる複数の鋸歯状部を備えることを特徴とする請求項３に記載の電動機。
【請求項９】
前記ステータコア及び巻線は、熱可塑性封入材料料内に実質的に封入され、該熱可塑性封入材料料が前記封入されたステータコアから半径方向外方に突出するほぼ環状スカートで形成され、前記スカートは、前記ロータと近接して外部ロータ／ステータ接合部を定め、前記スカートは、前記接合部から離れるよう水を偏向して前記ロータとステータとの間の水の侵入を防止するための斜面縁部を有することを特徴とする請求項１に記載の電動機。
【請求項１０】
前記巻線に電気的に接続され、且つ前記ステータへの他の接続のないプリント回路基板を更に備え、前記プリント回路基板は、前記ハウジングとの締まり嵌めを有し、且つ前記ハウジングへの他の接続がないことを特徴とする請求項１に記載の電動機。
【請求項１１】
前記層板積層体は各々、互いに積み重ねられるように構成された複数の層板を備え、の前記層板は各々、
外縁を有する本体と、
前記層板本体を貫通し、且つステータコア中央開口部と整列する中央開口部と、
層板外縁から軸方向に延びる複数の磁極片と、
前記層板本体中央開口部から前記層板本体を貫通して前記層板本体外縁に延びるノッチと、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の電動機。
【請求項１２】
前記ステータコアは、前記ステータコアの中央開口部に向かって半径方向内方に突出し、且つ前記磁極片に係合するリブを含み、前記磁極片は、少なくとも１つの前記リブの半径方向の厚みが小さくなるように、前記磁極片及び前記ステータコアを有する磁束管を組み立てた時に前記リブの少なくとも１つの材料を剪断することを特徴とする請求項１１に記載の電動機。
【請求項１３】
各層板本体は４つの磁極片を備え、前記磁極片は、前記層板本体がスタンピングによって形成された後に、前記層板本体に対してほぼ直角に各磁極片を曲げることによって形成されることを特徴とする請求項１１に記載の電動機。
【請求項１４】
前記ステータは、前記第１の層板積層体と、前記ステータコアと、前記第２の層板積層体とを貫通して延びる磁束管を更に備え、前記磁束管は、前記磁束管に圧入されるブロンズ製軸受と、貫通して延びる前記ロータ軸を受けるように構成された中央ボアと、前記磁束管に沿って軸方向に延びるスリットとを備えることを特徴とする請求項１に記載の電動機。
【請求項１５】
前記電動機の動作を制御するように構成されたプログラム可能構成部品を有するプリント回路基板を更に備え、前記プリント回路基板は、前記ハウジング内に位置決めされ、且つ前記プリント回路基板上に電気的接点を有し、前記ハウジングには、前記プリント回路基板上の接点とほぼ整列するポートが形成され、前記接点はマイクロプロセッサと接続するため該ポートを介してアクセス可能であるようにされることを特徴とする請求項１に記載の電動機。
【請求項１６】
前記巻線に電気的に接続され、且つ全体的に前記ハウジング内に配置されるプリント回路基板を更に備え、前記プリント回路基板は、前記巻線用の電力を受けるために取り付けられた電源接点を有し、前記ハウジングは、外部電源からのプラグを受けて前記電源接点と接続するためのプラグコンセントを有して形成され、前記電源接点は、前記プラグが前記電源接点と接続されたときに前記プラグ内に位置付けられ、前記ハウジングは、前記接点が前記プラグに接続されたときに前記プラグ内に一部のみが受けられるように、前記電源接点に対して前記プラグを位置決めするためのプラグ位置決め器を含むことを特徴とする請求項１に記載の電動機。
【請求項１７】
前記電動機は、約３０パーセントと６０パーセントとの間の効率を含むことを特徴とする請求項１に記載の電動機。
【請求項１８】
前記電動機は、約３５パーセントと５０パーセントとの間の効率を含むことを特徴とする請求項１に記載の電動機。
【請求項１９】
前記電動機は、約４５パーセントの効率を含むことを特徴とする請求項１に記載の電動機。
【請求項２０】
ステータコアと、第１及び第２の層板積層体と、前記第１及び第２の層板積層体を貫通して延びる磁束管と、前記ステータコア上の巻線とを含むステータを備える電動機であって、
前記層板積層体は各々、互いに積み重ねられるように構成された複数の層板を含み、前記層板は各々、外縁を有する本体と、前記ステータコア中央開口部と整列され且つ前記磁束管を受けるように構成された中央開口部と、前記層板外縁から軸方向に延びる複数の磁極片と、前記層板本体中央開口部から前記層板本体を貫通して前記層板本体外縁に延びるノッチとを有し、
前記電動機が、更に
ハブと、内面と、前記ハブ内面に結合された磁石と、軸の長手方向軸線回りでステータに対してロータが回転するように前記ステータコア内で受けられる軸とを有するロータと、
前記ステータ及び前記ロータを支持するように適合されたハウジングと、
を備える電動機。
【請求項２１】
前記磁石は、第１の端部と、第２の端部と、前記第１の端部と前記第２の端部との間に延びるボアを前記ステータの一部と前記ロータ軸が前記磁石ボアを貫通するように定める内面とを備えることを特徴とする請求項２０に記載の電動機。
【請求項２２】
前記磁石内面は、前記磁石の第１の端部と前記磁石の第２の端部との間に延びる複数の突出部と、前記磁石の第１の端部と前記磁石の第２の端部との間に延びる複数のノッチと、前記磁石の第１の端部と前記磁石の第２の端部との間に延びる複数の鋸歯状部と、前記磁石の第１の端部と前記磁石の第２の端部との間に延びる複数の傾斜した鋸歯状部とのうちの少なくとも１つを備えることを特徴とする請求項２０に記載の電動機。
【請求項２３】
前記磁石外面は、前記磁石の第１の端部と前記磁石の第２の端部との間に延びる複数の鋸歯状部を備えることを特徴とする請求項２０に記載の電動機。
【請求項２４】
前記電動機は、約３０パーセントと６０パーセントとの間の効率を有することを特徴とする請求項２０に記載の電動機。
【請求項２５】
前記電動機は、約３５パーセントと５０パーセントとの間の効率を有することを特徴とする請求項２０に記載の電動機。
【請求項２６】
電動機を組み立てる方法であって、
ステータコアと第１及び第２の層板積層体と貫通して延びる磁束管と前記ステータコア上の巻線とを含むステータをハウジング内に少なくとも部分的に挿入する段階と、
軸と磁石を有するハブとを含み、前記ロータ軸の長手方向軸線回りで前記ステータに対して回転するように取り付けられるロータを前記ステータ内に少なくとも部分的に挿入してステータ／ロータ部分組立体を形成する段階と、
前記ステータ／ロータ部分組立体を前記ハウジングにスナップ接続する段階と、
を含む方法。
【請求項２７】
前記ロータは、第１の端部と、第２の端部と、これらの間を延びるボアを前記ステータの一部と前記ロータ軸が前記磁石ボアを貫通して延びるように定める内面とを備えることを特徴とする請求項２６に記載の電動機を組み立てる方法。
【請求項２８】
前記ステータの巻線に電気的に接続することによってプリント回路基板を前記ステータ上に組み込む段階を更に含み、前記プリント回路基板は、前記ステータに対する他のどのような固定的な接続部がないことを特徴とする請求項２６に記載の電動機を組み立てる方法。
【請求項２９】
前記ステータは、
各層板が半径方向に延びる複数の磁極片を有するように各層板をスタンピングする段階と、
各磁極片を前記層板本体に対して実質的に直角に曲げる段階と、
各磁極片が整列するように前記積層を互いの上に機械的に結合することによって各層板積層体を形成する段階と、
によって形成されることを特徴とする請求項２６に記載の電動機を組み立てる方法。
【請求項３０】
前記ステータを挿入する段階が、前記ステータコアの中央開口部内で受けることができる磁束管から前記ステータコアの中央長手方向軸線に対して、強磁性材料製の第１及び第２の層板積層体を半径方向に位置決めする段階を含むことを特徴とする請求項２９に記載の電動機を組み立てる方法。
【請求項３１】
前記第１及び第２の層板積層体を位置決めする段階は、前記第１及び第２の層板積層体を前記磁束管と前記ステータコアとの間の空間内の中央開口部に押し込める段階を含むことを特徴とする請求項３０に記載の電動機を組み立てる方法。
【請求項３２】
電動機の制御回路であって、
ダイオードブリッジと、抵抗器及びツェナーダイオードに接続されたコンデンサとを含む電源回路と、
前記電動機のステータを整流するための電源スイッチング回路と、
を備え、
前記電源スイッチング回路が、ＤＣ電源を該電源スイッチング回路を介して前記ステータの巻線に選択的に接続するための電源スイッチを含むことを特徴とする制御回路。
【請求項３３】
前記電源スイッチング回路は、前記電源スイッチの位置を調整するように構成された１対のダイオードを含むことを特徴とする請求項３２に記載の制御回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、電動機に関し、更に詳細には、積層された層板を有する電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機の組み立てでは、ロータは、ステータに対して回転させるために、ロータ上の磁石がステータ上の１つ又はそれ以上の巻線とほぼ整列するように取り付ける必要がある。従来、これは、ロータの軸をステータに取り付けられるフレーム上に取り付けることによって行われる。ステータは、層板の積層体を含むことができる。軸は、ステータの軸回りに回転するようにステータによって受けられる。ステータ及びロータを封入するために、フレーム又は分離シェルを設けることができる。これらの基本的な電動機構成部品に加えて、制御構成部品も組み立てられる。電気的に整流される電動機は、様々な構成部品を取り付けるプリント回路基板を有することができる。電動機の組み立てには、巻線に回路基板構成部品を電気的に接続すること、及び外部電源に電気的に接続することが必要である。回路基板自体は、典型的には締結具によるステータへの取付けによって、或いは、溶接、半田付け、又は接着によって所定場所に固定される。これらの処置の多くは手作業によって行われ、かなりの関連する材料人件費を要する。
【０００３】
電動機の構成部品の公差は、組立電動機の全てにおいて、ロータがステータに接触することなくステータに対して自由に回転することができるように管理されなければならない。ステータとロータ上の磁石との間の小さな空隙は、ロータとステータ間の磁束の移動を促進するため、並びにロータを回転させるために好ましいものである。幾つかの構成部品の寸法公差は、空隙の大きさに影響を与える可能性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電動機は、一般的に、電動機のエンドユーザが所望するある特定の方法で作動するようにプログラムされる。例えば、電動機の速度、電動機始動前の遅延、及び他のパラメータといったある特定の動作パラメータをプリント回路基板構成部品にプログラムすることができる。量産用の電動機は、最も一般的には最終組み立ての前に同じ方法でプログラムされ、組み立て後には再プログラムすることができない。しかしながら、電動機のエンドユーザは、電動機の作動に関して異なる要件を有する場合がある。更に、エンドユーザは、電動機の所望の動作パラメータを変更する可能性がある。このような理由から、多彩な用途を満足するために、電動機、或いは少なくともプリント回路基板の大量の在庫が保管されている。
【０００５】
電動機には数限りない用途があり、これには水が存在する状態で電動機を作動させる必要がある用途も含まれる。水は、電動機の作動及び寿命にとって悪影響をもたらすので、ステータ及び制御回路が水の溜まりがないように維持することは極めて重要である。ステータ及び他の構成部品を防水処理することはよく知られている。しかしながら、量産用の電動機では、電動機内の水の侵入及び蓄積を防止するためのコストを最小限に維持することは必須となっている。電動機が冷蔵の分野で使用される場合の別の懸念点は、電動機上に氷が形成されることである。回路基板に差し込まれた電気コネクタ上に氷が形成されることにより、電動機が電源と切断され、又は損傷を受けるのはまれなことではない。プリント回路基板と差し込み式コネクタとの間に形成される氷が、コネクタを押してプリント回路基板から引き離し、これにより切断、或いは基板又はコネクタの破損を生じる場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
１つの態様においては、電動機は、ステータと、ロータと、ステータ及びロータを支持するように適合されたハウジングとを含む。ステータは、ステータコアと、第１及び第２の層板積層体と、貫通して延びる磁束管と、ステータコア上の巻線とを含む。ロータは、内面を有するハブと、ハブ内面に結合された磁石と、軸の長手方向軸線回りにステータに対してロータが回転するようにステータコア内で受けられる軸とを含む。
【０００７】
別の態様においては、電動機は、ステータと、ロータと、ステータ及びロータを支持するように適合されたハウジングとを含む。ステータは、ステータコアと、第１及び第２の層板積層体と、貫通して延びる磁束管と、ステータコア上の巻線とを含む。各層板積層体は、互いに積み重ねられるように構成された複数の層板を含む。各層板は、ステータコア中央開口部と整列され、且つ磁束管を受けるように構成された中央開口部と、層板外縁から軸方向に延びる複数の磁極片と、層板本体中央開口部から層板本体を貫通して層板本体外縁に延びるノッチとを含む。ロータは、ハブから半径方向外方に突出するファンブレードを有するハブと、内面と、ハブ内面と結合された磁石と、軸の長手方向軸線回りにステータに対してロータが回転するようにステータコア内で受けられる軸とを備える。
【０００８】
別の態様においては、電動機を組み立てる方法が提供される。本方法は、ステータコアと、第１及び第２の層板積層体と、貫通して延びる磁束管と、ステータコア上の巻線とを含むステータを利用する。また、本方法は、軸と、磁石を有するハブとを有するロータを利用する。ロータは、ロータ軸の長手方向軸線回りにステータに対して回転するように取り付けられる。本方法は、ステータを形成する段階と、ロータを形成する段階と、ステータ及びロータを支持して少なくとも部分的に封入するように適合されたハウジングを形成する段階と、軸をステータに挿通させてロータ／ロータ部分組立体を形成することによってロータをステータ上に取り付ける段階と、ステータ／ロータ部分組立体をハウジングにスナップ接続する段階とを含む。
【０００９】
対応する参照番号は、図面の幾つかの図全体を通じて対応する部品を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
ここで図面、特に図１及び図２を参照すると、本発明の原理に従って構成された電動機２０は、ステータ２２、ロータ２４、及びハウジング２６（参照番号はこれらの対象物を示す）を含む。図示された実施形態においては、電動機２０は、ロータ磁石（以下に詳細に説明する）がステータの外側にある形式のものであり、ファンの形で示されている。従って、ロータ２４は、ファンブレード３０が一体的に形成されたハブ２８を含み、該ファンブレードはハブから半径方向に突出する。ハブ２８及びファンブレード３０は、ポリマー材料の一体部品として形成される。ハブは、一方端が開放しており、ロータ軸３２がハブの軸線上に取り付けられるキャビティを定める（図２）。軸３２は、ハブとファンブレード３０が形成されるときに軸端部と共に、ハブ内に成形されるインサート３４によってハブ２８に取り付けられる。ロータ磁石３５は、鉄製の裏当てを有するか又は有さない磁気材料を含む。簡素化のために、ロータ磁石３５は、図面では単一の材料として示されている。また、鉄製の裏当てを有するか又は有さない磁石は、ハブが形成される時にハブキャビティに成形されるか、又は、ハブに後付けされる。
【００１１】
図１に示すステータは、封入されておらず、図２に示すステータは、封入されている。ステータ２２は、以下で更に詳細に説明するが、実質的には熱可塑性材料内に封入される。また、封入材料は、ステータ２２から軸方向に突出する脚部３６を形成する。図１に示す実施形態については、環状リングが取付けのために使用される。脚部３６は各々、脚の遠位端に形成されたキャッチ３８を有する。４０で全体的に示されているプリント回路基板は、組立電動機２０内では脚部３６間に受けられ、プリント回路基板上に実装された構成部品４２を含み、少なくともその１つはプログラム可能である。プリント回路基板４０から突出するフィンガ４４は、回路基板がステータ２２の脚部３６の間に配置されるときに封入物の内側で受けられるＨａｌｌデバイス４６を取り付けるものである。組立電動機２０においては、Ｈａｌｌデバイス４６は、電動機の作動を制御するためにロータ位置を検出する際に使用するためロータ磁石３５に近接している。また、ステータ２２は、ブロンズ製軸受５０が圧入された鋼管４９を含む、４８で全体的に示されている磁束管を含む。磁束管４８は、循環する磁束の低減を促進するための、鋼管４９に沿って軸方向に延びるスリット５１（図示せず）を有する。磁束管は、一方端にリップを有する。他方端では、上側層板をステータ及び下側層板組立体に固定するためにクリップが使用される。磁束管４８内のスリット５１は、上側及び下側の層板組立体上に設けられたノッチと整列される。軸受５０は、ステータ２２を通るロータ軸３２を受け、ロータ２４をステータ上に取り付けて部分組立体を形成する。ロータ２４は、ステータに挿通された後にロータの自由端に取り付けられるＥクリップ５２によってステータ２２上に保持される。
【００１２】
閉鎖される端ハウジング２６（図２）の小さな開口部６６によって工具（図示せず）をカップ部に挿入し、脚部３６を動かして肩部６４から取り外して、ステータ／ロータ部分組立体の接続をカップ部から解除することができる。従って、補修又は再構成（例えば、プリント回路基板４０を交換することによってなど）のために電動機を破壊せずに分解することが可能である。電動機は、スナップ接続されるまで脚部３６をハウジング２６に単に再度挿入することによって再組立することができる。
【００１３】
図示された実施形態における電動機２０の１つの用途は、冷蔵ケース内の蒸発器ファンである。この実施形態においては、電動機は水に晒されることになる。例えば、ケースに水を吹き付けることによってこのケースを掃除することができる。図２に示す向きで、電動機の上側及び右側から水が電動機２０に吹き付けられる傾向があり、電動機の構造に開口部又は結合部がある場合には常に潜在的に電動機に水が入る可能性がある。ステータ２２が封入されることによって保護されるが、電動機に入る水の量を制限することが望ましい。水が入る可能性がある１つの場所は、ロータ及びステータ２２のハブ２８の接合部である。この接合部の拡大部分図を図４に示す。ステータを封入する熱可塑性材料は、この接合部で蛇行経路６８を作るよう形成されている。更に、ステータから半径方向外方に延びるスカート７０が形成されている。スカート７０の外縁７２は、右側から誘導された水が偏向されて接合部から離れるように傾斜が付けられている。
【００１４】
ステータ／ロータ部分組立体の接続を解除可能にする開口部６６は、潜在的に水がカップ部に入りやすく、ここで回路基板の動作に支障をきたす恐れがある。プリント回路基板４０は、構成部品４２を含み、水分から保護するために封入される。しかしながら、かなりの水がハウジング２６に入ることはやはり望ましいものではない。従って、開口部６６は、水の侵入を阻止するように構成される。ここで図５を参照すると、開口部６６の１つの大きく拡大された図には、半径方向外側の縁部６６ａと半径方向内側の縁部６６ｂが示されている。これらの縁部は、少なくとも約４５°のロータ軸の長手方向軸線に略平行な平面Ｐ２に対してある角度をなす平面Ｐ１内にある。水は、４５°より大きくない角度で電動機に吹き付けられると考えられる。従って、水には、４５°以下の角度をなす経路を進むときに開口部６６に入るための直接的な経路は存在しない。水は、カップ部５４の側面に当たるか、又は、開口部の上を通過することになるが、開口部には入らない。
【００１５】
また、ハウジング２６は、電動機２０が冷蔵環境で使用されるときにカップ部内での結氷によって引き起こされる可能性がある電動機の故障を防ぐように構成される。更に詳細には、プリント回路基板４０は、回路基板上に取り付けられ、且つ回路基板から外方に突出する電源接点７４を有する。これらの接点は、カップ部５４内に形成されるプラグコンセント７６の内端と整列する。図２を参照すると、コンセント７６は、電動機から離れた位置にある電源に接続されたプラグ７８（図示せず）を受ける。また、外部制御装置（図示せず）が、プラグ７８を介してプリント回路基板４０に接続される。コンセント７６及びプラグ７８は、対応する矩形の断面を有し、プラグが挿入されたときに実質的にプラグコンセントを閉じるようにする。
【００１６】
プラグ７８が完全にプラグコンセント７６に挿入されたとき、プリント回路基板４０上の電源接点７４は、プラグ内で受けられるが、部分的に過ぎない。プラグコンセント７６は、プラグ７８と係合してコンセントへのプラグの挿入の深さを制限するタブ８０（内端近傍に）をと共に形成される。その結果、プラグ７８は、プラグコンセント７６に完全に挿入されたときでさえもプリント回路基板４０から離間している。好適な実施形態においては、その間隔は、約０．２インチである。しかしながら、約０．０５インチの間隔であれば満足に機能すると考えられる。電源接点７４はプラグ７８内で部分的に受けられるが、電気的には接続される。金属製の電源接点７４の露出した部分は、電動機２０が特定の冷蔵環境で使用されたときには、結氷ができやすい傾向がある。しかしながら、プラグ７８とプリント回路基板４０が離間しているため、結氷してもプラグを押して回路基板から更に離し、電気的切断を生じるようなプラグと回路基板との間の圧力が形成されない。氷は、露出された電源接点７４上に形成される可能性があり、更にこれから形成されることにもなるが、これにより、切断、或いはプリント回路基板４０又はプラグ７８への損傷を生じることはない。
【００１７】
図６に示すように、プリント回路基板４０はまた、電動機２０をプログラムするために使用される個々の組の接点８２を有する。これらの接点８２は、ポート内で取り外し可能に受けられる止め具８６によって通常は閉鎖される、ハウジング２６内に形成された環状ポート８４と整列する。ポートは、止め具８６が取り外されたときにプローブ８８を受けて、回路基板４０上の接点８２と接続される。プローブ８８は、完全に組み立てられた後、マイクロプロセッサ又は同様のものなど（図示せず）に電動機の作動をプログラムし、又は、重要なことであるが、再プログラムするために接続される。例えば、電動機の速度を変更することができ、又は、始動前の遅延を変更することができる。冷蔵の関連における別の実施例は、電動機が、必要な霜取りが行われるときなどの異なる入力に対して作動するように電動機を再プログラムすることができることである。ポート８４及び取り外し可能な止め具８６があることによって、電動機の最終組み立て及び所与の用途での電動機の取付けの後で電動機を再プログラムすることができる。
【００１８】
ポート８４は、プローブを一方向にだけポートに挿入することができるようにキーが付いている。図５に示すように、キーは、ポート８４の片側の溝として示されている。プローブは、プローブがこの溝に対して適切な方向で配向されたときに該溝内で受けられる対応するリッジを有する。このようにすると、プローブ８８をプログラミング用接点に誤って接続することはあり得ない。プローブ８８が適切に配向されなかった場合には、ポート８４で受けられないことになる。
【００１９】
図１及び図７から図１０に示すように、ステータは、全体が９２で示されるポリマー材料製のステータコア（又はボビン）、及びコアの周りに巻かれた巻線９４を含む。巻線リード線は、ステータコア９２と一体部品として形成される端子ポケット９６において該端子ポケット内で受けられる端子ピン９８（図示せず）により終端する。端子ピン９８は、プリント回路基板４０に対して半田付けなどによって（図２に図示）、適切な方法で取り付けられる。しかしながら、本発明の範囲から逸脱することなく電気的に接続する他の方法を使用することができる点は理解されたい。半田付けが不要となるようにプラグイン形式の接続（図示せず）を使用することが想定される。
【００２０】
例示的な実施形態においては、ステータ２２の磁束を伝導するための強磁性材料が、全体的に１００で示される８つの別個の磁極片によって、それぞれ、第１及び第２の層板積層体１０２及び１０４に設けられる。第１及び第２の層板積層体１０２及び１０４の各々は、それぞれ、少なくとも２つの層板１０６、１０８、１１０、及び１１２をそれぞれ含む。第１の積層体の層板１０６及び１０８は、ステータコア９２と整列した状態で互いに積み重なるように構成される。同様に、第２の積層体の層板１１０及び１１２は、ステータコア９２と整列した状態で互いに積み重なるように構成される。各層板１０６、１０８、１１０、及び１１２は、外縁１１６と、ステータコア中央開口部１２０と整列して貫通して延びる中央開口部１１８とを備える本体１１４を有する。例示的な実施形態においては、各層板１０６、１０８、１１０、及び１１２は、層板外縁１１６にて層板本体１１４に実質的に直角に軸方向に延びる４つの磁極片１２２を有する。第１の積層体の層板１０６及び１０８は、層板１０６上の磁極片１２２と機械的に互いに結合され、且つ層板１０８上の磁極片１２２と整列している（図１１）。また、第２の積層体の層板１１０及び１１２は、層板１１０上の磁極片１２２と互いに機械的に結合され、且つ層板１１２上の磁極片１２２と整列している（図１２）。また、各層板１０６、１０８、１１０、及び１１２は、ノッチ１２４を有する。
【００２１】
磁極１００は、各々、層板本体１１４がスタンピングによって形成された後に、層板本体１１４に対して実質的に直角に各磁極片１２２を曲げることによって形成されるのが好ましい。層板１０６、１０８、１１０、及び１１２は、入れ子又は機械的なインターロックによってなど、適切な方法で共に固定される。例示的な実施形態においては、第１の積層体の層板１０６は、第１の積層体の層板１０８よりも大きく、第２の積層体の層板１１０は、第２の積層体の層板１１２より大きい。これによって、層板１０６を層板１０８の上に積み重ねることができ、層板１１０を層板１１２の上に積み重ねることができる。
【００２２】
また、磁極片１００は、本発明の範囲から逸脱することなく磁気材料で成形することができる。ある低電力用途においては、金属（図示せず）からスタンピングされたものであるが、複数の（例えば、４つの）脚部が巻線全体にわたって軸方向に延びるように下方に曲がった磁極片を定める単一磁極片とすることができる。
【００２３】
磁極片１００は、ステータコア９２及び全体的に４８で示される（図１）磁束管によって保持され、位置決めされる。磁束管４８は、外側鋼管４９及び鋼管４９内に圧入されるブロンズ製軸受５０を含む。中央ボア５１は、磁束管４８を貫通して延び、ロータ軸３２を受けるように構成されている。磁束管４８は、ステータコア９２と共に、第１の積層体の層板１０２及び１０４にそれぞれ整列するように構成される。
【００２４】
図１３は、内面２０４を有するハブ２０２と、ハブ内面２０４に結合される磁石２０６と、ステータに対してロータ２００が回転するようにステータコア９２（図１に図示）内で受けられるロータ軸１３４とを含むロータ２００を示す。磁石２０６は、第１の端部２０８と、第２の端部２１０と、ステータ及びロータ軸１３４の一部が磁石２０６を貫通して延びるように磁石を貫通して延びるボア２１４を定める内面２１２と、外面２１６とを含む。例示的な実施形態においては、電動機２０は、比較的低コストの電動機であり、従って、有利な位置決めであるパーキングとしても知られる、始動の目的のためのステータと相対的なロータは必要ではない。従って、例示的な実施形態においては、バーキングを助長するものではない滑らかな磁石内面２１２が示されている。しかしながら、パーキングの場合には、ステータと相対的なロータは、以下で論じるように望ましい特長があり、磁石内面２１２は、パーキングが提供されるように、ロータとステータ間の非均一的な空隙をもたらす非均一的な表面を備えるように設計することができる。
【００２５】
磁石２０６の１つの実施形態においては（図１４）、磁石内面２１２は、磁石の第１の端部２０８及び磁石の第２の端部２１０との間に延びる複数の突出部２１８を有する。突出部２１８は、磁石内面２１２から磁石ボア２１４に向かって磁石内面２１２に対して鈍角でそれぞれ延びる第１及び第２の側壁２２０及び２２２を含み、ここでノッチは予め定められた高さ２２４に構成される。
【００２６】
磁石２０６の別の実施形態においては（図１５）、磁石内面２１２は、磁石の第１の端部２０８と磁石の第２の端部２１０との間に延びる複数のノッチ２２６を有する。ノッチ２２６は、半径方向に沿って延びる第１の側壁２２８と、ノッチの底部に対して鈍角で延びる第２の側壁２３０とを含み、ノッチ２２６は、ノッチの下の磁石部分よりも小さい。
【００２７】
磁石２０６の別の実施形態においては（図１６）、磁石内面２１２は、磁石の第１の端部２０８と磁石の第２の端部２１０との間に延びる複数の鋸歯状部２３２を有する。鋸歯状部２３２は、それぞれ、磁石ボア２１４に向かって半径方向に沿って延びる第１及び第２の側壁２３４及び２３６を含む。
【００２８】
磁石２０６の別の実施形態においては（図１７）、磁石内面２１２は、磁石の第１の端部２０８と磁石の第２の端部２１０との間に延びる複数の傾斜した鋸歯状部２３８を有する。傾斜した鋸歯状部２３８は、傾斜した鋸歯状部２３８に沿って延びる角度付きの側壁２４０を含む。
【００２９】
磁石２０６の別の実施形態においては（図１８）、磁石外面２１６は、磁石の第１の端部２０８と磁石の第２の端部２１０との間に延びる複数の鋸歯状部２４２を有する。鋸歯状部２４２は、それぞれ、ロータハブ２０２に向かって半径方向に沿って延びる第１及び第２の側壁２４４及び２４６を含む。
【００３０】
突出部２１８、ノッチ２２６、鋸歯状部２３２、傾斜した鋸歯状部２３８、及び磁石外面２１６上の鋸歯状部２４２は、ロータとステータとの間の空隙を変化させる。本明細書で示される磁石２０６の様々な実施形態によって、ロータは、空隙の非均一性によって生成されるトルクの結果として始動のために有利に位置決めすることが可能となる。非均一な空隙を生成するために、磁石２０６上で複数の様々な形状を用いることができる。本明細書で説明される形状に限定されるものではない。
【００３１】
電動機２０は、中程度の効率の定格を有する低コスト電動機であるように設計される。これは、層板積層体、ロータ磁石、ステータコア、及び磁束管組立体について上述した実施形態を通じて達成される。その結果として、１つの実施形態においては、電動機２０は、比較的低コストで３０％から６０％の範囲の効率を達成することができる。別の実施形態においては、電動機２０は、比較的低コストで３５％から５０％の範囲の効率を達成することができる。別の実施形態においては、電動機２０は、比較的低コストで４５％の効率を達成することができる。
【００３２】
組み立て方法
電動機２０の構造について説明したが、次に、組み立て方法の例示的な実施形態について説明する。初めに、電動機の構成部品について説明する。これらの構成部品の構成の正確な順序は重要ではなく、部品の一部又は全ては、遠隔の場所で作られ、最終組み立て場所に出荷されることは理解されるであろう。ロータ２４は、磁石３５と、型内で一方端にインサート３４を有するロータ軸３２とを配置することによって形成される。ハブ２８及びファンブレード３０は、ハブ上に固定して保持されるように磁石３５及びロータ軸３２の回りで成形される。プリント回路基板４０は、従来の方法で構成部品４２を基板へ接続することによって形成される。好適な実施形態においては、プログラミング接点８２及び電源接点７４は、半田付けによって取り付けられるのではなく、回路基板４０に打ち込まれる（図２）。Ｈａｌｌデバイス４６は、基板から延び且つ基板上の構成部品４２に電気的に接続されたフィンガ４４上に取り付けられる。
【００３３】
ステータ２２は、ステータ組み立て前に形成される幾つかの構成部品を含む。磁束管４８（図１）は、ブロンズ製軸受５０を鋼管４９に圧入することによって形成される。その後、軸受５０は、電動機２０の寿命まで十分持続する潤滑油で含浸される。ステータコア９２（すなわちボビン）が成形され、マグネットワイヤが巻かれてステータコア上の巻線９４を形成する。磁極片１００は、複数の薄い層板１０６、１０８、１１０及び１１２を鋼鉄のウェブからスタンピングし、層板本体１１４に対して実質的に直角に磁極片を曲げることによって形成される。１つの実施形態においては、層板は、上述したように２つの異なる形態で作られる。層板は、積み重ねられて共に結合され各磁極片１００を形成する。
【００３４】
ステータ２２の構成部品は、プレス装置（図示せず）において組み立てられる。磁束管４８は、必要とされる配向でプレス装置内に配置され、ステータコア９２の中央開口部１２０を貫通して延びる。巻線を巻かれたステータコア９２は、プレス装置内に事前に配置された磁極片上で全体が装置に配置される。他の４つの磁極片１００は、ステータコア９２の上方の装置内に配置されるが、組み立て完了時点で取るステータコアに対する角度位置と同じ角度位置に配置される。ステータコア９２の上方の磁極片１００は下方に開き、装置の底部にある磁極片の位置から４５°ずれた位置に配置される。
【００３５】
プレス装置は、閉じられた後、磁極片１００をステータコア９２に対して押すように起動される。磁極片１００の半径方向の位置は、ステータ２２とロータ２４の機械的な干渉がなく磁極片とロータ磁石３５間の空隙をできるだけ小さく維持するように綿密に制御されなければならない。磁石３５は、ロータとステータとの間の空隙を変えるために様々な設計上の実施形態を有することができる。磁石３５の様々な設計上の実施形態によって、ロータは、空隙が非均一であることによって生成されるトルクの結果として始動に有利な位置に停めることができる。
【００３６】
組み立てられたステータコア９２、磁極片１００、及び磁束管４８は、型内に配置され、適切な耐火性熱可塑性材で実質的に封入される。幾つかの用途においては、型材料は、耐火性である必要がない可能性がある。軸受５０の両端は、成形プロセスにおいて覆われ、封入材料がないままである。また、巻線９４と電気的接続を行うための端子ピン９８（図示せず）は、封入材料によって完全には覆われない（図２を参照）。スカート７０及び脚部３６は、ステータの残りの部分を封入する材料と同一の材料から形成される。脚部３６は、比較的長尺であるのが好ましく、完成した封入ステータの長さの約１／３で構成される。この長さによって、脚部３６をより堅牢な構造の厚みにすると共に、ハウジング２６とのスナップ接続に必要とされる所用の弾性曲げが可能になる。脚部３６及びスカート７０に加えて、脚部と同じ方向で軸方向に突出し、且つ接続時にハウジング２６に対してステータ２２が特定の角度方位にあることが必要な２つの位置決め用タング（図示せず）が形成される。更にその上、プリント回路基板支持体が形成される。
【００３７】
次いで、封入されたステータ２２は、ロータ２４と組み立てられて、ステータ／ロータ部分組立体を形成する。スラストワッシャ（図示せず）が、ロータ軸３２上に置かれ、ハブ２８内のロータ軸の固定端部に押し込められる。スラストワッシャは、振動を吸収することができるゴムタイプの材料を片側に有し、反対側にステータ２２との摺動係合を容易にするための低摩擦材料を有する。スラストワッシャの低摩擦材料側は、ハブ２８の開放端に向かって軸方向外方に面する。次いで、ステータ２２は、ハブ２８内に差し入れられて、ロータ軸３２がステータの中心で軸受５０を介して受けられる。軸受５０の一方端は、スラストワッシャ２５０の低摩擦側と係合して、ハブ２８が軸受に対して自由に回転することができるようにする。別のスラストワッシャ（図示せず）が軸受５０の自由端に配置され、軸が戻って軸受を通過しないように、Ｅクリップ５２（図２）がロータ軸３２の端部上で形成される。このようにして、ロータ２４がステータ２２上に固定的に取り付けられる。
【００３８】
プリント回路基板４０は、ステータ／ロータ部分組立体に固定される。プリント回路基板４０は、ステータ２２の３つの脚部３６の間に押し込められる。回路基板４０のフィンガ４４は、封入物内に形成された開口部で受けられてフィンガの端部上のＨａｌｌデバイス４６が不均衡な状態の磁極片１００に隣接して封入内に位置決めされるようになるが、この磁極片１００は、Ｈａｌｌデバイス用の空間が形成されるように片側の部分が無い状態に作られたものである。回路基板４０の、ステータ２２に最も近い側は、ステータから予め定められた離間した位置で回路基板を保持するブロック及び支柱と係合する。ステータ２２から突出する端子ピン９８は、回路基板４０内の２つの開口部を介して受けられる。端子ピン９８は、半田付けによるなどの適切な方法で、回路基板上の構成部品と電気的に接続される。基板４０への端子ピン９８の接続は、ステータ２２へのプリント回路基板の唯一の固定接続である。
【００３９】
次いで、ステータ／ロータ部分組立体及びプリント回路基板４０はハウジング２６に接続され、電動機の組み立てが完了する。ここで電動機１０は、どのような締結具を使用することなく、スナップ構成によって共に完全に組み立てられる。
【００４０】
プリント回路基板４０は、ハウジング２６との締まり嵌めによって所定位置に固定される。ステータ／ロータ組立体が前進してハウジング２６に入ると、回路基板４０の周辺縁部がハウジングと係合する。このようにしてプリント回路基板４０は、どのような締結具をも使用することなく所定位置に固定される。プリント回路基板４０の角度方位は、ステータ２２からの端子ピン９８への接続によって設定される。従って、プログラミング接点８２は、ポート８４と整列され（図６）、電源接点７４は、ハウジング２６内のプラグコンセント７６と整列される。また、プリント回路基板４０は、ハウジング２６との締まり嵌めなしにステータ２２に固定することが想定される。例えば、ステータ２２に形成された支柱（図示せず）は、回路基板を貫通して延び、回路基板に接して押しナットを受けて、回路基板をステータ上に固定することができる。
【００４１】
例示的な実施形態においては、電動機２０は、電動機の最終組み立ての前にプログラム又は試験が行われていない。組み立て後、連動コネクタ（図示されていないが、本質的にはプローブ８８及び電源プラグ７８）が、ポート及びプラグコンセント７６を介してプリント回路基板４０に接続される。次いで、電動機は、回転数及び始動遅延を設定することなどによってプログラムされて試験される。回路基板４０に欠陥があることが発見された場合、非破壊的に電動機を分解して、電動機の他の部品を捨てることなく回路基板を交換することが可能である。これは、工具（図示せず）をハウジング２６の閉鎖端の開口部６６に挿入して、キャッチ３８を動かして肩部６４から外すことによって行うことができる。電動機が品質保証試験に合格すると、止め具８６がポート８４に配置されて、電動機の出荷準備が整う。
【００４２】
本発明の電動機については、電動機組み立て場所から出荷された後に電動機２０を再プログラムすることが可能である。冷蔵ケースメーカーなどのエンドユーザは、止め具８６をポート８４から取り外して、ポートを介してプログラミング接点８２にプローブ８８を接続することができる。電動機は、電動機の作動上の仕様におけるエンドユーザによる変更に対応するように必要に応じて再プログラムすることができる。
【００４３】
電動機２０は、冷蔵された１０ケース内などにおけるように、締結具（図示せず）をハウジング２６に挿通してケース内に挿入することによって設置することができる。従って、ハウジング２６は、電動機全体を支持することができる。電動機は、プラグ７８をプラグコンセント７６に取り付けることによって電源装置に接続される（図１４）。プラグ７８は、プリント回路基板４０と係合する前に、完全に挿入された位置で、プラグがプリント回路基板から離間して配置されるようにプラグコンセント７６の位置決めタブ８０と係合する。その結果、電源接点７４は、電気的に接続するためにプラグ７８内に十分に深く挿入されるが、完全にプラグで受けるわけではない。従って、冷蔵されたケース環境では電源接点７４上に氷が形成される可能性があるが、プラグ７８と回路基板４０との間に蓄積して切断及び／又は損傷を生じることにはならない。
【００４４】
図１９は、本発明によるマイクロプロセッサ制御の単相電動機５００のブロック図である。電動機５００は、ＡＣ電源５０１によって電力が供給される。電動機５００は、単相巻線を有するステータ５０２を含む。電源５０１からの直流電力は、電源回路５０３を介して電源スイッチング回路に供給される。電源スイッチング回路は、ＤＣ電源５０１をステータ５０２の単相巻線に選択的に接続するための電源スイッチを有するＨブリッジ５０４などの、ステータ５０２を整流するための任意の回路とすることができる。永久磁石ロータ５０６は、ステータと磁気結合の関係にあり、巻線の整流及びこれによって生成される磁界によって回転する。好ましくは電動機は、ステータがロータの内部にあり、外部のロータが内部のステータの周りを回転するインサイドアウト型電動機である。しかしながら、ロータは、外部のステータの内部に配置することも企図される。
【００４５】
Ｈａｌｌセンサ５０８などのポジションセンサをステータ５０２上に配置して、巻線に対するロータ５０６の位置を検出し、該検出されたロータ５０６の位置を示す位置信号をライン５１０を介して供給する。参照番号５１２は、一般に、位置信号に応答し且つライン５１０を介して該位置信号を受け取るマイクロプロセッサ５１４を含む制御回路を示す。マイクロプロセッサ５１４は、Ｈブリッジ５０４に接続され、電源スイッチを選択的に整流してステータ５０２の単相巻線を位置信号の関数として整流する。
【００４６】
マイクロプロセッサ５１４に対する電圧ＶＤＤは、電源回路５０３からライン５１６を介して供給される。低電圧リセット回路５１８は、マイクロプロセッサ５１４に印加されるライン５１６上の電圧ＶＤＤを監視する。リセット回路５１８は、ライン５１６を介してマイクロプロセッサに印加される電圧ＶＤＤが、所定の閾値未満から所定の閾値を上回るまで遷移したときに選択的にマイクロプロセッサ５１４をリセットする。閾値は、一般にマイクロプロセッサ５１４が動作する上で必要とされる最低電圧である。従って、リセット回路５１８の目的は、ライン５１６を介して供給された電圧ＶＤＤが低下して、マイクロプロセッサ５１４が動作する上で必要とされる予め設定された最小値を下回った場合に、マイクロプロセッサの動作を維持して動作を回復させることである。
【００４７】
任意選択的に、節電のために、マイクロプロセッサ５１４が制御するＨａｌｌストロボ５２０によってＨａｌｌセンサ５０８に間欠的に給電して、Ｈａｌｌセンサに印加される電力をパルス幅変調することができる。
【００４８】
マイクロプロセッサ５１４は、電動機５００の制御に影響を与える信号を受け取るための制御入力５２２を有する。例えば、マイクロプロセッサが、ステータを２つ又はそれ以上の離散的回転数にて整流するようロータを作動させてプログラムされた場合に、信号は回転数選択信号とすることができる。或いは、電動機は、温度に従って連続的に変化する回転数又はトルクにて制御することができる。例えば、Ｈａｌｌセンサ５０８の代わりに、又は、Ｈａｌｌセンサ５０８に加えて、電動機回りの周囲温度を検出するために任意選択的に温度センサ５２４を設けることができる。この実施形態は特に、ロータ５０６が、コンデンサによって発生した熱を取り除くために空気をコンデンサに送るか、冷却のために空気を蒸発器に送るファンを駆動する場合に有用である。
【００４９】
１つの実施形態においては、プロセッサインターバルクロックは、電動機の回りを移動する空気の温度に相当し、及び検出された温度を示す温度信号の供給に対応する。ファンがコンデンサに空気を送風するコンデンサ用途においては、温度は周囲温度を示し、速度（空気流）は、熱伝達プロセスを最適化するために、測定された温度にて最小の必要空気流をもたらすように調整される。ファンがコンデンサ上の空気を引き込むと、温度は、周囲温度プラス空気流によってコンデンサから取り除かれた熱により付加される温度変化（Δｔ）を示す。この場合、電動機速度は、合算した温度（速度は、電動機トルクを大きくし、即ち、電源装置オフ時間ＰＤＯＦＦＴＩＭ（図２９を参照）を小さくすることによって増大する。）の上昇に応答して増大する。更に、電動機の速度は、所与のファン静圧状態において別個の一定空気流となる異なる空気流が得られるように、異なる温度帯に対して設定することができる。同様に、コンデンサ用途においては、所望の速度で電動機を稼動させるために必要とされるトルクは、電動機の静荷重を示す。制約された環境での設置、即ち、組み込み型として設置された冷蔵庫によって、或いは、コンデンサ空気流が埃の蓄積又は残渣によって制限されることにより、より高い静荷重が生じる可能性がある。これらの状態のいずれも空気流／速度の増大の原因となることができる。
【００５０】
同様に、蒸発器用途においては、静圧の増加は、蒸発器の結氷、又は冷却されている製品の集積密度の増大を示すことができる。
【００５１】
商業用の冷蔵用途の１つにおいては、蒸発器ファンは、空気をエアカーテン及び食物を冷却する出口空気から引き出す。ファンのこのような排気は、蒸発器を介して送風される。入口空気温度は、エアカーテン及び食物出口空気温度を示す。ファン速度は、所望の温度を維持するように適切に調整される。
【００５２】
或いは、マイクロプロセッサ５１４は、可変の速度率でスイッチを整流して、ロータ５０６に接続されたファンによって移動される空気の実質的に一定の空気流量を維持することができる。この場合、マイクロプロセッサ５１４は、電動機が作動しているときの一定の空気流量に対応する所望の回転数を電動機の速度が上回るときに、アラーム５２８を起動することによってアラーム信号を供給する。所望のトルクの場合と同様に、所望の速度は、電動機の初期静荷重及び経時的な静荷重の変化の関数としてマイクロプロセッサにより決定することができる。
【００５３】
図２６は、マイクロプロセッサ５１４がフロー図に従ってプログラムされる本発明の１つの例示的な実施形態を示す。特に、図２６のフロー図は、電動機が、共振点を除くテーブルによって定義される回転数及びトルクに対応する一定の空気流量にて整流されるモードを示す。例えば、ロータがファンを駆動してコンデンサ上の空気を移動させる場合、共振が発生し振動及び／又は音響ノイズが増大する、ある一定の速度を有する。このような振動及び／又はノイズが発生する速度は、通常、同一又は類似のものであり、電動機及びその関連のファンがかなり狭い公差によって製造される場合には予測可能である。従って、振動及びノイズは、これらが発生する、ある一定の速度又は速度範囲内で動作することを避けるようにマイクロプロセッサをプログラムすることによって最小限に抑えることができる。図２６に示すように、マイクロプロセッサ５１４は、以下の方法で動作することになる。始動後、マイクロプロセッサは、ステップ５５０で、一定の空気流量を定める初期始動速度ポインタに対応する目標変数Ｉを設定する。例えば、Ｉ＝０である。次に、マイクロプロセッサは、ステップ５５２に進み、対応する速度設定ポイント（ＳＳＰ）、最低電力のための対応する電源装置オフ時間（ＰＤＯＦＦＴＩＭ＝Ｐｍｉｎ）、及び最大電力のための対応する電源装置オフ時間（ＰＤＯＦＦＴＩＭ＝Ｐｍａｘ）に変数レベル０からｎまでの各々を相関付けるテーブルから速度設定ポイント（ＳＳＰ）を選択する。
【００５４】
尚、ＰＤＯＦＦＴＩＭが大きくなるにつれて、制御電源スイッチは各整流間隔の間により長い期間にわたってオフなるために電動機電力は小さくなる。従って、図２６のフロー図は、この手法に特有のものである。他の当業者であれば、電動機電力を制御するための他の代替方法があることが分かるであろう。
【００５５】
ステップ５５４で電動機を安定させるために遅延させた後、マイクロプロセッサ５１４は、テーブルから最小電力レベル（Ｐｍｉｎ）のＰＤＯＦＦＴＩＭを選択し、最小電力レベルを変数Ｉの選択されたレベルに相関関係づけることによって電流制御を行う。ステップ５５８で、マイクロプロセッサは、テーブルから最大電力レベル（Ｐｍａｘ）のＰＤＯＦＦＴＩＭを選択し、最大電力レベルを選択された変数レベルＩと相関関係づけることによって電流制御を行う。
【００５６】
ステップ５６０で、マイクロプロセッサは、実際の電力レベルを表す実際のＰＤＯＦＦＴＩＭをこのＩにおける最小ＰＤＯＦＦＴＩＭ（Ｐｍｉｎ）と比較する。実際のＰＤＯＦＦＴＩＭが最小ＰＤＯＦＦＴＩＭより大きい（ＰＤＯＦＦＴＩＭ＞Ｐｍｉｎ）場合には、マイクロプロセッサはステップ５６２に進み、変数レベルＩを最大値ｎと比較する。Ｉがｎ以上である場合、マイクロプロセッサはステップ５６４に進み、Ｉ＝ｎを設定する。そうでない場合は、ＩはＩの最大値より小さいはずであるので、マイクロプロセッサ５１４はステップ５６６に進み、Ｉを１ステップ増加させる。
【００５７】
ステップ５６０で、マイクロプロセッサ５１４が、実際のＰＤＯＦＦＴＩＭは最小ＰＤＯＦＦＴＩＭ以下である（ＰＤＯＦＦＴＩＭ≦Ｐｍｉｎ）と判定すると、マイクロプロセッサはステップ５６８に進み、実際の電力レベルを表す実際のＰＤＯＦＦＴＩＭをこのＩにおける最大ＰＤＯＦＦＴＩＭ（Ｐｍａｘ）と比較する。実際のＰＤＯＦＦＴＩＭが最大ＰＤＯＦＦＴＩＭよりも小さい（ＰＤＯＦＦＴＩＭ＜Ｐｍａｘ）場合には、マイクロプロセッサはステップ５７０に進み、変数レベルＩを最小値０と比較する。Ｉが０以下である場合には、マイクロプロセッサはステップ５７２に進み、Ｉ＝０を設定する。そうでない場合は、Ｉは、Ｉの最小値より大きいはずであるので、マイクロプロセッサ５１４はステップ５７４に進み、Ｉを１ステップ減少させる。
【００５８】
ステップ５６０及び５６８の両方の答えが「いいえ」であるように、実際のＰＤＯＦＦＴＩＭが最小値以下であり、且つ最大値以上である場合、電動機は所望の空気流を与えるのに必要とされる速度及び電力で作動しているので、マイクロプロセッサは、ステップ５５２に戻って、その作動を維持する。
【００５９】
或いは、マイクロプロセッサ５１４は、スイッチが整流される可変の比率を定めるアルゴリズムでプログラムすることができる。この可変の比率は、予め定義された速度範囲Ｓ１±Ｓ２が予め設定された範囲から除外される点を除いて、少なくとも最低速度Ｓｍｉｎと最大速度Ｓｍａｘより大きくない予め設定された範囲の間で連続的に変動することができる。その結果、Ｓ１−Ｓ２とＳ１との間の回転数については、マイクロプロセッサはＳ１−Ｓ２で電動機を作動させ、Ｓ１とＳ１＋Ｓ２との間の速度については、マイクロプロセッサは回転数Ｓ１＋Ｓ２で電動機を作動させる。
【００６０】
図２５は、本発明による電源スイッチを有する電源スイッチング回路を構成するＨブリッジ５０４の概略図であるが、米国特許第５,８５９,５１９号のシングルエンド又はＨブリッジ構成の２つの巻線のような他の構成を使用することができ、該特許は引用により本明細書に組み込まれる。ＤＣ入力電圧は、線路６００を介して入力スイッチＱ１及びＱ２に供給される。出力スイッチＱ３は、スイッチＱ２及びステータ５０２を接地線路６０２に選択的に接続することによって１つの回路を完成する。出力スイッチＱ４は、スイッチＱ１及び電動機５０２を接地線路６０２に選択的に接続することによって別の回路を完成する。ダイオードＤ７及びＤ８は、Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３及びＱ４を同時にオフさせることができるように構成される。
【００６１】
ステータ５０２の単相巻線は、第１の端子Ｆ及び第２の端子Ｓを有する。その結果、スイッチＱ１は、端子Ｓと線路６００を介して供給される電源との間に接続される第１の入力スイッチを構成する。スイッチＱ３は、端子Ｓと接地線路６０２との間に接続される第１の出力スイッチを構成する。スイッチＱ２は、端子Ｆと線路６００を介して供給される電源との間に接続される第２の入力スイッチを構成する。スイッチＱ４は、端子Ｆと接地線路６０２との間に接続される第２の出力スイッチを構成する。その結果、マイクロプロセッサは、電動機を通る電流が図３０に示す整流期間の最初の９０°の間に供給されるように、第１の入力スイッチＱ１及び第２の入力スイッチＱ２並びに第１の出力スイッチＱ３及び第２の出力スイッチＱ４を制御する。ＰＤＯＦＦＴＩＭは、ソフトウェア出力制御アルゴリズムで使用される用語である。第１の出力スイッチＱ３が開いているとき、第１の入力スイッチＱ１は閉じている。同様に、第２の入力スイッチＱ２は第２の出力スイッチに接続されて、第２の出力スイッチＱ４が閉じているときに第２の入力スイッチＱ２が開いているように応答する。また、第２の出力スイッチＱ４が開いているとき、第２の入力スイッチＱ２は閉じている。これは、図３０に示されており、ここで、どのような瞬間においても、Ｑ１の状態はＱ３の状態の反対であり、Ｑ２の状態はＱ４の状態の反対であることが示されている。
【００６２】
図２９は、ＰＤＯＦＦＴＩＭ対電動機速度の設定によって決定される電流最大値による起動モードを示すタイミングフロー図である。このモードにおいては、電源装置は、電動機を始動させるために連続モードでソフトウェアによってパルス幅変調される。本発明の始動アルゴリズムは、始動モードで８つの整流に入り、次いで稼動モードに移行する。同様のアルゴリズムは、ＰＤＯＦＦＴＩＭ対速度に対して正しい設定値を選択することによって、一定の加速度に近づけることができる。ステップ６５０で、値ＨＡＬＬＩＮは、Ｈａｌｌデバイス読み取り値の開始値を定める定数である。実際のＨａｌｌデバイス読み取り値（ＨＡＬＬＯＬＤ）がステップ６５２で変化すると、ＨＡＬＬＩＮはステップ６５４にてＨＡＬＬＯＬＤと等しくなるように設定され、ＰＤＯＦＦＴＩＭは、ＲＰＭに応じてステップ６５６で変更される。
【００６３】
図２８は、ストロボホール効果出力（ＨＳ３）の状態が変化したときの電動機を制御するマイクロプロセッサ出力（ＢＱ５及びＢＱ８）を示している。この実施例においては、ＢＱＳは、ＨＳ３が０の間はパルス幅変調されている。ＨＳ３（ストロボ）が１に変化すると、マイクロプロセッサが磁気変化を認識するためのある有限の期間（ＬＡＴＥＮＣＹ）があり、この期間後に、ＢＱ５はオフ状態であり、ＢＱ８はパルス幅変調を開始するようになる（ＰＷＮＴＩＭの間）。
【００６４】
図２７は、マイクロプロセッサが、電流検出の必要がなく稼動モードの安全な作動区域内で作動する本発明の別の態様を示す。特に、図２７によれば、マイクロプロセッサ５１４は、各パルス幅変調期間の間の最小期間（ＰＤＯＦＦＴＩＭ）において各入力スイッチが開いた、すなわちオフであるように入力スイッチＱ１からＱ４を制御し、これにより電流検出を行うことなく過剰温度保護が行われる。具体的には、最小期間をロータの速度の関数とすることができ、これにより、電流検出なしに経過時間における合計電流を制限することによって過剰温度保護が行われる。図２７に示すように、速度が最小値より大きい（即ち、Ａ＜１６５の場合）場合、Ａは１６５に設定され、ＳＱＡ制限は、迂回されて必要とされない。速度が最小値より小さい（又は等しい）（即ち、Ａ≧１６５の場合）の場合、図２７のルーチンによって、電流を制限するために最小期間にわたってスイッチが確実にオフとなる。「Ａ」は、変数であり、所与の速度におけるＰＤＯＦＦＴＩＭ最小値を表す方程式によって計算される（速度は、定数×１／ＴＩＮＰＳ、ここで、ＴＩＮＰＳは電動機周期である）。次に、ＰＤＯＦＦＴＩＭ＜Ａである場合、ＰＤＯＦＦＴＩＭはＡに設定され、電動機電流が電動機の稼動している速度で所望の最大値に維持されるようにする。
【００６５】
図２１に示すように、電動機は、電源Ｖｄｄの電圧が所定の閾値未満から所定の閾値を上回るまで遷移したときに選択的にマイクロプロセッサをリセットするためのリセット回路５１２を含む。特に、スイッチＱ６は、抵抗器Ｒ１６とＲ１７との分割電圧が所定の閾値を下回ったときに、ポートＭＣＬＲ／ＶＰＰを介してマイクロプロセッサを不能にする。マイクロプロセッサは、電圧が所定の閾値を上回るように回復し、これによってスイッチＱ６が閉となったときに、再起動されてリセットされる。
【００６６】
図２２は、Ｈａｌｌセンサ５０８用ストロボ回路５２０の例示的な実施形態を示す。マイクロプロセッサは、図２２に示すようにスイッチＱ７を間欠的に閉じて、電圧ＶＢ２をラインＨＳ１を介してＨａｌｌセンサ５０８に供給することによって、Ｈａｌｌセンサ５０８に間欠的に電力を供給するパルス幅変調信号ＧＰ５を発生させる。
【００６７】
図２０は、Ｈブリッジ５０４を介してステータ単相巻線に通電するための電圧Ｖｉｎを供給し、また、Ｈブリッジ５０４を制御し、且つマイクロプロセッサ５１４を駆動するための他の種々の電圧を供給する電源回路５０３の概略図である。特に、マイクロプロセッサ駆動用のＶＤＤ、Ｈａｌｌセンサ５０８駆動用のＨＳ２、及び、必ずしも入力ＡＣ又はＤＣ電圧に対する基準ではない制御回路基準接地であるＶＳＳを含む低い駆動電圧は、無損失インライン直列コンデンサＣ１を介して入力電圧Ｖｉｎから供給される。コンデンサＣ１の両端の電圧は、２５ボルト以下に維持され、出力は、４７Ω抵抗器Ｒ２及び１９ボルトダイオードＤ５を含む。また、図２０は、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３及びＤ４を含むダイオードブリッジを示す。
【００６８】
図２３は、マイクロプロセッサ５１４の入力及び出力を示す。特に、出力スイッチＱ３及び入力スイッチＱ１を制御するためにスイッチＱ５に印加される制御信号ＢＱ５の状態を制御し、出力スイッチＱ４及び入力スイッチＱ２を制御するためにスイッチＱ８に印加される制御信号ＢＱ８の状態を制御する情報を供給するために、ポジションセンサからの単一の入力ＧＰ４のみが使用される。入力ＧＰ２は、電動機速度又は他の機能を選択するための任意選択的な入力であり、又は、サーミスタ５２４と組み合わせて使用される場合に温度入力比較器出力を受け取るために接続することができる。
【００６９】
図３１は、電源装置が電流制御される稼動モードの１つの好適な実施形態のフロー図を示す。このモードでは、以下の動作パラメータが適用される。
【００７０】
電動機稼動電源装置（電流）制御
各整流終了時において時間電源装置は、次に整流期間が計算されるときにオフになる。
【００７１】
ＯＦＦＴＩＭ＝ＴＩＮＰ／２（整流期間／２＝９０°）。始動ルーチン中、同様に計算される。
【００７２】
８回の整流後（１回の電動機回転）及び始動ルーチンを出た時に、ＰＷＭＴＩＭが計算され、すなわち、
ＰＭＷＴＩＭ＝ＯＦＦＴＩＭ／４
である。
【００７３】
各整流期間の始めに、カウンタ（ＣＯＵＮＴ８）は、この整流中に電源装置が４回オンになることができるように、５に設定される。
ＰＷＭＳＵＭ＝ＰＷＭＴＩＭ
ＰＤＯＦＦＳＵＭ＝ＰＷＮＴＩＭ−ＰＤＯＦＴＩＭ
ＴＩＭＥＲ＝０
（ＰＤＯＦＦＴＩＭは、電動機の電流量を制御するために使用され、制御アルゴリズム（ＳＰＥＥＤ、ＴＯＲＱＵＥ、ＣＦＭなど）において調整される。
【００７４】
整流時間は各ストロボホール変化時に０に設定され、ＨＡＬＬＯＬＤは保存されたホールストロボ値である。
【００７５】
電動機の稼動中、図３１のフロー図は、各整流期間の間に実行される。特に、ステップ７０２で、最初に、電動機がこの電動機位置にいる時間期間が長すぎないか（この場合は３２ｍＳ）どうか確認するために整流時間をチェックする。長すぎる場合には、ロータがロックされたことを示しており、プログラムはステップ７０４のロックロータルーチンに進む。そうでない場合は、次にプログラムは、ステップ７０６にて整流時間がＯＦＦＴＩＭより大きいかどうかをチェックし、大きい場合には、整流期間は９０°電気角より大きいので、プログラムはステップ７０８に分岐して、低電源装置をオフにしてステップ７１０でルーチンから出る。次に、整流時間は、ステップ７１２にてＰＷＮＳＵＭと比較される。ＰＷＭＳＵＭより小さい場合には、整流時間がＰＤＯＦＦＳＵＭ以下であるかどうか確認するためにステップ７１４にて整流時間をチェックし、真である場合、ステップ７１６にてルーチンから出る。そうでない場合は、ルーチンはステップ７０８に分岐する（ステップ７１４が「はい」である場合）。
【００７６】
整流時間がＰＷＭＳＵＭ以上である場合、ステップ７１８で、ＰＷＭＳＵＭ及びＰＤＯＦＦＳＵＭは、次のパルス幅変調期間の準備をするためにＰＷＮＴＩＭが付加され、変数Ａは、ＣＯＵＮＴ８から１に設定される。
【００７７】
Ａがステップ７２０にてゼロに等しい場合、この整流時間のパルス幅変調（４パルス）は完全なものであり、プログラムは、ステップ７０８に分岐して、低電源装置をオフにしてこのルーチンから出る。Ａがゼロに等しくない場合、ＣＯＵＮＴ８（整流当たりのＰＷＭの数を定める変数）がステップ７２２にてＡに設定される。適切な低電源装置がオンにされて、ステップ７１６にてこのルーチンから出る。プロセッサの速度が速いほど、多くの整流期間当たりのＰＷＮカウントを実行することができる。４つの整流期間当たりのＰＷＭは、遅いプロセッサには好適であり、一方、８つの整流期間当たりのＰＷＭは速いプロセッサに好適である。
【００７８】
例示的なタイミング図を図３０に示す。ステップ７０４のロックロータルーチンに入ると、低電源装置は、１．８秒間オフされ、その後、通常の始動試行が行われる。
【００７９】
本発明を様々な特定の実施形態に関して説明したが、当業者であれば、本発明を請求項の精神及び範囲内で変更して実施することができることを理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】ファンの形の電動機の分解立面図。
【図２】組立電動機の垂直断面図。
【図３】右側から見た図１のシュラウドの拡大部分図。
【図４】ロータとステータの接合部における電動機の拡大分解図及び磁束管とロータ軸軸受の側面図。
【図５】シュラウドとのステータ／ロータ部分組立体のスナップ接続を示す電動機の拡大部分図。
【図６】プリント回路基板を破線で示し、シュラウド及び止め具におけるプリント回路基板へのプローブの接続を示す図３の線１３−１３を含む面で見た断面図。
【図７】大きな層板の立面図。
【図８】小さな層板の立面図。
【図９】別の大きな層板の立面図。
【図１０】別の小さな層板の立面図。
【図１１】図８に示す小さな層板上に積み重ねられた図７に示す大きな層板の立面図。
【図１２】図１０に示す小さな層板上に積み重ねられた図９に示す大きな層板の立面図。
【図１３】ファンの形の電動機のロータの分解立面図。
【図１４】図１に示す電動機内で使用される磁石の１つの実施形態の平面図。
【図１５】図１に示す電動機内で使用される磁石の別の実施形態の平面図。
【図１６】図１に示す電動機内で使用される磁石の第３の実施形態の平面図。
【図１７】図１に示す電動機内で使用される磁石の第４の実施形態の平面図。
【図１８】図１に示す電動機内で使用される磁石の第５の実施形態の平面図。
【図１９】本発明によるマイクロプロセッサ制御式単相電動機のブロック図。
【図２０】本発明による図１６の電動機の電源の概略図。或いは、電源回路は、ＤＣ入力又は非倍加ＡＣ入力用に変更することができる。
【図２１】本発明による図１９の電動機のマイクロプロセッサ用低電圧リセットの概略図。
【図２２】本発明による図１９の電動機のＨａｌｌセンサ用ストロボの概略図。
【図２３】本発明による図１９の電動機のマイクロプロセッサの概略図。
【図２４】本発明による図１９の電動機のＨａｌｌセンサの概略図。
【図２５】本発明による図１９の電動機のステータを整流するためのスイッチのＨブリッジアレイの概略図。
【図２６】共振点を除くテーブルによって定義される回転数及びトルクで一定の空気流量で電動機が整流されるモードにおいて、本発明の電動機のマイクロプロセッサの動作を示すフロー図。
【図２７】各電源スイッチの最小オフ時間、すなわちロータの速度に依存する最小オフ時間を有することによって、電流検出が行われなくても電動機の安全な作動区域が維持される稼動モード（始動後）における本発明の電動機のマイクロプロセッサの動作を示すフロー図。
【図２８】速度に基づいて安全作動区域（ＳＱＡ）を与える起動モードを示すタイミング図。
【図２９】速度に基づいて安全作動区域（ＳＱＡ）を与える起動モードを示す、図２８のタイミング図を実施する１つの好適な実施形態のフロー図。
【図３０】速度に基づいて安全作動区域（ＳＱＡ）を与える起動モードを示す、ｒＵＮアップモードを示すタイミング図。
【図３１】起動モードでの予め設定された整流数の後に開始された稼動モードでの本発明の電動機のマイクロプロセッサの動作を示すフロー図であり、ランモードでは、マイクロプロセッサは、一定の整流期間でのＮ回の整流が行われるようにスイッチを整流し、整流期間は、ロータの回転数、トルク、又は一定の空気流量の関数としてＭ回の整流毎に調整される。
【符号の説明】
【００８１】
２０  電動機
２２  ステータ  
２４  ロータ
２６  ハウジング
２８  ハブ
３０  ファンブレード
３２  ロータ軸
３５  ロータ磁石
４０  プリント回路基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【国際調査報告】
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