(57)【要約】【課題】送風機の質量増加を抑えつつ振動を吸収することができる送風機を提供する。【解決手段】位置検出器の回転子１８２は、弾性体１８３を介してモータロータ１４１に連結されているので、その弾性体１８３の弾性変形によって送風機１０の振動を吸収することができる。また、振動吸収のために、仮にモータロータ１４１のような大型の回転体とモータ軸との間に弾性体１８３を設ける場合と比較して、弾性体１８３を小型にすることができ、送風機１０の質量増加を抑えることが可能である。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ軸心（ＣＬｍ）を中心として回転するモータロータ（１４１）と該モータロータに対して相対回転不能とされたモータ軸（１４２）とを有するモータ（１４）と、
前記モータ軸に対して相対回転不能とされ、前記モータに回転させられることによって空気流れを生じさせる羽根車（１６）と、
前記モータ軸心を中心として回転する回転子（１８２）を有し、該回転子の回転角度を検出する位置検出器（１８）とを備え、
前記位置検出器の回転子は、弾性を有する弾性体（１８３）を介して前記モータロータに連結されていることを特徴とする送風機。
【請求項２】
前記回転子の角速度が、前記モータロータ、前記モータ軸、前記羽根車、および前記位置検出器の回転子を含んで構成された回転系（１２）の共振角速度を含む予め設定された共振範囲（Ｗｆ１、Ｗｆ２）内に入っている場合には、前記回転子の回転角度が、前記位置検出器に検出された値の平均値であるとみなす補正を行う制御部（２０）を備えていることを特徴とする請求項１に記載の送風機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送風機において騒音を低減する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
送風機において騒音を低減する１つの方法として、例えば、従来から知られている特許文献１に記載されたモータで、送風機の羽根車を回転させることが考えられる。その特許文献１のモータはブラシレスモータであり、絶縁された電磁鋼板に銅線を巻線してなる固定子と、円筒状に成型された回転子マグネットと出力軸とを連結してなる回転子とを備えている。そして、エラストマーなどの低剛性材が、その回転子マグネットと出力軸に締結される回転子コア部との間に配置され、回転子は、それらが一体成型されることにより構成されている。このような回転子の構成から、モータの中の回転体である回転子自身が、振動を吸収する動吸振器としての機能を有し、例えば回転子の捩り共振であらわれる特定の周波数の回転変動動が低減されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２９７９３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、モータの回転子マグネットは、送風機の中で大型の回転体の１つであるので、モータの回転子すなわちモータロータを動吸振器としての機能させるためには、そのモータロータに組み込まれる低剛性材を或る程度大きなものとする必要があった。すなわち、特許文献１のモータを採用したとすれば、送風機において、モータの質量増加が問題になるおそれがあった。
【０００５】
本発明は上記点に鑑みて、送風機の質量増加を抑えつつ振動を吸収することができる送風機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】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の送風機の発明では、モータ軸心（ＣＬｍ）を中心として回転するモータロータ（１４１）とそのモータロータに対して相対回転不能とされたモータ軸（１４２）とを有するモータ（１４）と、
モータ軸に対して相対回転不能とされ、モータに回転させられることによって空気流れを生じさせる羽根車（１６）と、
モータ軸心を中心として回転する回転子（１８２）を有し、その回転子の回転角度を検出する位置検出器（１８）とを備え、
位置検出器の回転子は、弾性を有する弾性体（１８３）を介してモータロータに連結されていることを特徴とする。
【０００７】
上述の発明によれば、位置検出器の回転子は、弾性を有する弾性体を介してモータロータに連結されているので、その弾性体の弾性変形によって送風機の振動を吸収することができる。また、振動吸収のために、モータロータのような大型の回転体とモータ軸との間に弾性体を設ける場合たとえば特許文献１の電動モータのように弾性体を設ける場合と比較して、弾性体を小型にすることができ、送風機の質量増加を抑えることが可能である。
【０００８】
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した括弧内の各符号は、後述する実施形態に記載の具体的内容との対応関係を示す一例である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態において、送風機１０のモータ軸心ＣＬｍを中心に回転する構成である回転系１２すなわち送風機回転系１２を示した斜視図である。
【図２】図１の送風機１０において、モータ軸心ＣＬｍを含む平面で位置検出器１８を切断した軸方向断面図である。
【図３】図１の送風機１０において、制御部２０と電動モータ１４との間の信号系を示したブロック図である。
【図４】図１の送風機１０において、振動に関わる各要素を模式的に示した模式図である。
【図５】図１の送風機１０において周波数と振動レベルとの関係を示した図である。
【図６】図１の送風機１０から弾性体１８３を取り除いた構成において、周波数と振動レベルとの関係を示した図である。
【図７】図３の制御部２０が行う制御処理を示したフローチャートであって、モータロータ１４１の角速度および位置検出器１８の電気角を取得する制御処理を示したフローチャートである。
【図８】羽根車１６に動吸振器１８５を付加した比較例を示す模式図であって、図４に相当する図である。
【図９】図２の軸方向断面図に相当する図であって、弾性体１８３の配置を図２とは異ならせた変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。
【００１１】
図１は、本発明の実施形態において、送風機１０のモータ軸心ＣＬｍを中心に回転する構成である回転系１２すなわち送風機回転系１２を示した斜視図である。その送風機１０は遠心式送風機であって、例えば車両用空調装置に採用されており、車室内または車室外から空気を吸入しその吸入した空気を車室内へ吹き出すものである。送風機１０は、電動モータ１４と、この電動モータ１４により回転駆動される樹脂製の羽根車１６と、位置検出器１８と、空気吸入口と空気吹出口とが形成され羽根車１６を収容している不図示のケーシングと、電動モータ１４の回転制御を行う制御部２０（図３参照）とを備えている。
【００１２】
なお、図１に示すように、モータ軸心ＣＬｍは、電動モータ１４の回転軸心であると共に、羽根車１６の回転軸心でもあるので、ファン軸心ＣＬｍと呼んでもよい。また、以下の説明では、モータ軸心ＣＬｍの軸方向ＤＲ１をモータ軸心方向ＤＲ１またはファン軸心方向ＤＲ１と呼ぶものとする。
【００１３】
電動モータ１４はブラシレスモータである。そして、電動モータ１４は、送風機１０が有する非回転部材としてのケーシングに対して固定された不図示のモータステータと、そのモータステータの径方向外側に配置されたモータロータ１４１と、モータ軸１４２とを備えている。
【００１４】
モータロータ１４１は、モータ軸心ＣＬｍを中心として回転する。モータ軸１４２は、略円柱形状を成しており、モータロータ１４１の内周側を貫通している。そして、モータ軸１４２は、モータロータ１４１に対して相対回転不能に連結されている。すなわち、モータ軸１４２は、モータロータ１４１と一体的にモータ軸心ＣＬｍを中心として回転する。
【００１５】
羽根車１６は、遠心式多翼ファンである。羽根車１６は、モータ軸心方向ＤＲ１におけるモータ軸１４２の一方の端部すなわち一端部において、そのモータ軸１４２に対して相対回転不能に連結されている。従って、羽根車１６は、モータ軸１４２と一体的にモータ軸心ＣＬｍを中心として回転する。
【００１６】
羽根車１６は、モータ軸心ＣＬｍまわりに配置された複数枚のブレードを備えており、電動モータ１４に回転させられることによって径方向外側へ空気を吹き出す。すなわち、空気流れを生じさせる。
【００１７】
位置検出器１８は具体的にはレゾルバである。位置検出器１８は、図２に示すように、送風機１０のケーシングに対して固定された固定子１８１と、その固定子１８１の径方向内側に配置された回転子１８２とを有している。位置検出器１８の回転子１８２はモータ軸心ＣＬｍを中心として回転する。図２は、モータ軸心ＣＬｍを含む平面で位置検出器１８を切断した軸方向断面図である。また、その回転子１８２はレゾルバの一部品であるので、図１に示すように、モータロータ１４１と比較して、格段に小型のものとなっている。すなわち、回転子１８２の質量および体積は何れもモータロータ１４１と比較して格段に小さい。
【００１８】
また、位置検出器１８の回転子１８２は、モータ軸１４２のうちモータロータ１４１を挟んでモータ軸心方向ＤＲ１の羽根車１６側とは反対側の他端部１４４に連結されており、具体的には図２のようになっている。すなわち、回転子１８２の内周側に形成されたモータ軸連結穴１８２ａ内にモータ軸１４２の他端部１４４が挿入され、弾性を有する弾性体１８３が、モータ軸１４２の径方向においてモータ軸１４２の他端部１４４とモータ軸連結穴１８２ａとの間に介装されている。
【００１９】
そして、その弾性体１８３はモータ軸１４２の他端部１４４まわりの全周にわたって環状に設けられており、位置検出器１８の回転子１８２は、モータ軸１４２と共に回転するように、弾性体１８３を介してモータ軸１４２の他端部１４４に接合されている。すなわち、位置検出器１８の回転子１８２は、弾性体１８３を介してモータロータ１４１に連結されている。弾性体１８３は、例えばゴムまたはゲル状素材などで構成されている。
【００２０】
また、位置検出器１８は、位置検出器１８の回転子１８２の回転角度を検出する。そして、位置検出器１８は、図３に示すように、その回転子１８２の回転角度を表す検出信号を制御部２０へ逐次出力する。図３は、制御部２０と電動モータ１４との間の信号系を示したブロック図である。
【００２１】
上記のようにモータ軸１４２を介して羽根車１６とモータロータ１４１と位置検出器１８の回転子１８２とが直列に連結されているので、送風機回転系１２は、モータロータ１４１、モータ軸１４２、羽根車１６、および回転子１８２を含んで構成されている。
【００２２】
次に、送風機回転系１２の振動特性について説明する。図４は、振動に関わる各要素を模式的に示した模式図である。図４に示すように、送風機回転系１２は、羽根車１６とモータロータ１４１と位置検出器１８の回転子１８２とを、質量を有して回転する質量体として備えている。
【００２３】
また、モータ軸１４２のうち羽根車１６とモータロータ１４１との間の回転中継部分１４６（図１参照）と、位置検出器１８が有する弾性体１８３（図２参照）とが、上記質量体１６、１４１、１８２の振動により主として撓む部分となっている。そして、それらの撓む部分１４６、１８３はそれぞれ、あらゆる方向（回転方向および軸方向）の振動に対してバネおよびダンパとして作用するので、図４では、バネおよびダンパを示す記号で図示されている。
【００２４】
図４のように撓む部分１４６、１８３が２箇所設けられていると、図５に示すように、送風機回転系１２の共振周波数ｆ１、ｆ２が２つ現れることになる。ここで、仮に弾性体１８３が設けられておらずに撓む部分１４６が１箇所であったとすれば、送風機回転系１２の共振周波数ｆ０は図６に示すように１つになるが、その共振周波数ｆ０における振動レベルＡ０は、図５および図６に示すように、本実施形態の弾性体１８３が設けられている構成での最大振動レベルと比較して大きいものとなる。
【００２５】
言い換えれば、本実施形態の送風機１０においては、弾性体１８３によって共振時における振動レベルの低減が図られ、延いては送風機１０の騒音が低減されている。すなわち、送風機１０において、位置検出器１８の回転子１８２および弾性体１８３は、送風機回転系１２の振動を吸収して低減する動吸振器１８５（図４参照）として機能する。
【００２６】
なお、図５は、本実施形態の送風機１０において周波数と振動レベルとの関係を示した図であり、図６は、本実施形態の送風機１０から弾性体１８３を取り除いた構成において、周波数と振動レベルとの関係を示した図である。また、図５の二点鎖線Ｌｆ０は、図６のV部分を転記したものである。また、図５および図６は、モータ軸心ＣＬｍまわりの捩り振動での振動特性を示しているが、他の方向の振動でも図５および図６と同様になる。
【００２７】
次に、図３の制御部２０が実行する制御に関して説明する。制御部２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータとその周辺回路とから構成された電子制御装置であり、ＲＯＭ等に予め記憶されたコンピュータプログラムに従って種々の制御処理を実行する。
【００２８】
また、図３に示すように、制御部２０には、例えば位置検出器１８から上記検出信号が逐次入力され、それと共に、制御部２０からは、例えば電動モータ１４を駆動するためのインバータ２２へ、電動モータ１４を駆動させる制御信号が逐次出力される。そして、制御部２０は、電動モータ１４の回転駆動中には、図７のフローチャートに示す制御処理を非常に短いサイクルタイムで周期的に繰り返し実行する。図７は、制御部２０が行う制御処理を示したフローチャートであって、モータロータ１４１の角速度および位置検出器１８の電気角を取得する制御処理を示したフローチャートである。なお、電気角とは、電気信号の１周期を３６０ｄｅｇとして表現した位相角である。
【００２９】
先ず、図７のステップＳ１０１では、制御部２０は、位置検出器１８の検出信号を取得する。そして、その検出信号に基づいて位置検出器１８の電気角を算出する。言い換えれば、その検出信号を位置検出器１８の電気角へ換算する。従って、このステップＳ１０１で得られる位置検出器１８の電気角は、瞬時値としての位置検出器１８の検出値である。ステップＳ１０１の次はステップＳ１０２へ進む。
【００３０】
ステップＳ１０２では、共振フラグがオンであるか否かを判定する。共振フラグの初期値はオフであり、共振フラグは、後述のステップＳ１０６およびＳ１０７にて設定される。ステップＳ１０２において、共振フラグがオンであると判定した場合には、ステップＳ１０３へ進む。その一方で、共振フラグがオフであると判定した場合には、ステップＳ１０４へ進む。
【００３１】
ステップＳ１０３では、検出値としての回転子１８２の回転角度、詳細にはステップＳ１０１で得られる位置検出器１８の電気角を補正する。上記共振フラグがオンである場合とは、後述するように送風機回転系１２が共振していると想定される場合であるので、位置検出器１８の検出値としての電気角は振れ動いている。そのため、ステップＳ１０３では、位置検出器１８の電気角が、振れ動く位置検出器１８の検出値の極大値と極小値との間の中間の値になるように補正される。その中間の値とは極大値よりも小さく且つ極小値よりも大きい値である。
【００３２】
具体的に上記電気角の補正において、位置検出器１８の電気角は、複数回の制御処理サイクルにわたってステップＳ１０１で瞬時値として得られる位置検出器１８の検出値を平均化した電気角平均値であるとみなされる。例えば、図７の制御処理が繰り返し実行される中でステップＳ１０１の実行毎にステップＳ１０１で得られる位置検出器１８の電気角が一時的記憶装置に記憶されており、上記電気角平均値は、その記憶されている複数サイクル分の電気角のうち最新の所定サイクル分の電気角を平均した値とされる。ステップＳ１０３の次はステップＳ１０４へ進む。
【００３３】
なお、インバータ２２を用いた電動モータ１４の駆動制御には、周知のようにモータロータ１４１の回転位置が逐次把握されている必要があり、例えば、位置検出器１８の電気角は、そのモータロータ１４１の回転位置を把握するために用いられる。そして、電動モータ１４の駆動制御に用いられる位置検出器１８の電気角は、このステップＳ１０３で補正されていればその補正後の電気角であり、補正されていなければステップＳ１０１で得られた電気角である。
【００３４】
ステップＳ１０４では、位置検出器１８の回転子１８２の角速度を演算する。その回転子１８２の角速度は、図１に示す構成から判るように、羽根車１６の角速度およびモータロータ１４１の角速度とも同じである。
【００３５】
例えば、図７のステップＳ１０１またはステップＳ１０３で直近に得られた電気角と、その１つ前の制御処理サイクルで得られた電気角との差が算出される。そして、回転子１８２の角速度は、その位置検出器１８の電気角の差に基づいて算出される。
【００３６】
すなわち、その算出された電気角の差が、回転子１８２の回転角度の差すなわち機械角の差に換算される。そして、その回転子１８２の機械角の差を制御処理サイクルの周期で除して得られた値が、回転子１８２の角速度として算出される。
【００３７】
ステップＳ１０４で上記角速度の算出のために用いられる電気角は、ステップＳ１０３で補正されていればその補正後の電気角であり、補正されていなければステップＳ１０１で得られた電気角である。ステップＳ１０４の次はステップＳ１０５へ進む。
【００３８】
ステップＳ１０５では、ステップＳ１０４で算出された回転子１８２の角速度が送風機回転系１２の共振角速度になっているか否かを判定する。詳細には、その共振角速度に或る程度の幅を持たせて判定している。すなわち、回転子１８２の角速度が上記共振角速度を含む予め設定された共振範囲Ｗｆ１、Ｗｆ２（図５参照）内に入っているか否かを判定する。詳しく言えば、その２つの共振範囲Ｗｆ１、Ｗｆ２内の何れかに入っているか否かを判定する。
【００３９】
上記共振角速度は、図５で言えば共振周波数ｆ１、ｆ２を換算した角速度であり、送風機回転系１２が決まれば決まる値である。そして、共振範囲Ｗｆ１、Ｗｆ２は、その共振角速度に基づいて予め実験的に定められている。
【００４０】
図７のステップＳ１０５において、回転子１８２の角速度が予め設定された共振範囲Ｗｆ１、Ｗｆ２内に入っていると判定した場合には、ステップＳ１０６へ進む。その一方で、回転子１８２の角速度が何れの共振範囲Ｗｆ１、Ｗｆ２からも外れていると判定した場合には、ステップＳ１０７へ進む。
【００４１】
ステップＳ１０６では、共振フラグをオンに設定する。共振フラグが既にオンであれば、そのままオンを継続する。このステップＳ１０６は、回転子１８２の角速度が共振範囲Ｗｆ１、Ｗｆ２内に入っていると判定された場合に実行されるので、共振フラグのオンは、送風機回転系１２が共振する回転状態にあるということを表している。
【００４２】
そして、このステップＳ１０６で共振フラグがオンに設定されると、次回の制御処理サイクルから、ステップＳ１０３での電気角の補正が行われる。そして、そのステップＳ１０３での電気角の補正は、共振フラグがオフに切り替えられるまで継続する。
【００４３】
ステップＳ１０７では、共振フラグをオフに設定する。共振フラグが既にオフであれば、そのままオフを継続する。ステップＳ１０６またはステップＳ１０７が終了すると、図７の制御処理は再びステップＳ１０１から開始される。
【００４４】
なお、上述した図７の各ステップでの処理は、それぞれの機能を実現する手段を構成している。
【００４５】
上述したように、本実施形態によれば、位置検出器１８の回転子１８２は、弾性体１８３を介してモータロータ１４１に連結されているので、その弾性体１８３の弾性変形によって送風機１０の振動を吸収することができる。言い換えれば、動吸振器１８５としても機能する位置検出器１８の回転子１８２および弾性体１８３によって捩り共振を抑制することができ、その捩り共振に起因した騒音を低減することが可能である。
【００４６】
また、振動吸収のために、仮にモータロータ１４１のような大型の回転体とモータ軸１４２との間に弾性体１８３を設ける場合たとえば特許文献１の電動モータのように弾性体を設ける場合と比較して、弾性体１８３を小型にすることができ、送風機１０の質量増加を抑えることが可能である。
【００４７】
また、位置検出器１８には動吸振器１８５として機能を設けずに、図８の模式図に示すように、弾性体１８３を含む動吸振器１８５が、羽根車１６を挟んでモータ軸心方向ＤＲ１のモータロータ１４１側とは反対側に設けられた構成も考えられるが、この図８の構成では、本実施形態と比較して送風機１０の部品数が増えてしまう。すなわち、送風機１０の部品数を抑える観点からも、本実施形態の送風機１０にはメリットがある。なお、図８は、羽根車１６に動吸振器１８５を付加した比較例を示す模式図であって、図４に相当する図である。
【００４８】
また、本実施形態によれば、制御部２０は、回転子１８２の角速度が、送風機回転系１２の共振角速度を含む予め設定された共振範囲Ｗｆ１、Ｗｆ２内に入っている場合には、回転子１８２の回転角度（具体的に言えば、位置検出器１８の電気角）が、位置検出器１８に検出された値の平均値であるとみなす補正を行う。従って、送風機１０の振動に起因した位置検出器１８の検出精度悪化を補うことが可能である。
【００４９】
（他の実施形態）
（１）上述の実施形態において、位置検出器１８はレゾルバであるが、モータロータ１４１の回転位置を検出できればレゾルバでなくてもよい。例えば、位置検出器１８は、回転位置がホール素子によって検出されるセンサマグネットを回転子１８２として有するものであってもよい。
【００５０】
（２）上述の実施形態の図２において、弾性体１８３は、位置検出器１８の回転子１８２とモータ軸１４２との間に設けられており、その回転子１８２とモータ軸１４２とをモータ軸心ＣＬｍの径方向に連結しているが、それ以外の連結の構成であっても差し支えない。例えば、図２の軸方向断面図に相当する図９に示すように、弾性体１８３は、位置検出器１８の回転子１８２とモータ軸１４２とをモータ軸心方向ＤＲ１に連結するように配設されていても差し支えない。
【００５１】
（３）上述の実施形態において、電動モータ１４のモータロータ１４１はアウタロータであるがインナロータなどであってもよく、電動モータ１４は、どのような形式のモータであってもよい。
【００５２】
（４）上述の実施形態において、図７のフローチャートに示す各ステップの処理はコンピュータプログラムによって実現されるものであるが、ハードロジックで構成されるものであっても差し支えない。
【００５３】
なお、本発明は上記した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した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記実施形態において、構成要素等の材質、形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の材質、形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その材質、形状、位置関係等に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００５４】
１４        電動モータ（モータ）
１４１      モータロータ
１４２      モータ軸
１６        羽根車
１８        位置検出器
１８２      回転子
１８３      弾性体
ＣＬｍ      モータ軸心
【図１】
2016036212.tif 000003
【図２】
2016036212.tif 000004
【図３】
2016036212.tif 000005
【図４】
2016036212.tif 000006
【図５】
2016036212.tif 000007
【図６】
2016036212.tif 000008
【図７】
2016036212.tif 000009
【図８】
2016036212.tif 000010
【図９】
2016036212.tif 000011