(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動コイルを囲むように第１および第２の磁気ヨークの複数のヨーク片がスラスト方向に対向して略三角形状に突設されるとともに円周方向に交互で等間隔に配置されている固定子と、前記固定子の外側に回動自在に保持されるとともに磁気の中心を前記固定子の磁気の中心からスラスト方向にずらして配置されたマグネットを有する回転子とを備えたブラシレスモータにおいて、
前記第１の磁気ヨークだけ、前記略三角形状の前記ヨーク片が回転方向前縁側または後縁側に切り欠きを設けて非対称な形状にしたことを特徴とするブラシレスモータ。
【請求項２】
前記第１の磁気ヨークは、前記マグネットが前記固定子の磁気の中心からスラスト方向にずれている側に配置されていることを特徴とする請求項１記載のブラシレスモータ。
【請求項３】
前記第１の磁気ヨークのヨーク片は、磁気ヨークの回転中心と前記ヨーク片の回転方向前縁および後縁とを通るラジアル方向の直線がなすヨーク角度で、前記第２の磁気ヨークのヨーク片の５％ないし２０％切り欠かれていることを特徴とする請求項１記載のブラシレスモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はブラシレスモータに関し、特に自動車用空調装置で車室内の所定位置の空気を吸引して車室内温度をサンプリングするためのファンモータとして使用されるブラシレスモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動車用空調装置の中には、車室内の所定位置における空気温度をサンプリングして車室内の温度が設定温度になるように温度調整しているものがある。空気温度を検出する装置としてインカーセンサが知られている。このインカーセンサは、サーミスタとアスピレータとから構成され、アスピレータは車室内の空気を吸引してサーミスタに導くファンとこのファンを駆動するモータとから構成されている。
【０００３】
図７は従来の吸気ファンモータ付インカーセンサの構成例を示す中央縦断面図である。
従来の吸気ファンモータ付インカーセンサにおいて、ケース１の図中右側方部には、アスピレータダクトが連結される吸気口２を有し、上部には排気口３が形成されている。ケース１の中央部には、ケース１内に吸気口２から排気口３への空気の流れを生成する複数の羽根を持った吸気ファンモータ４が装着されている。この吸気ファンモータ４の上流側と吸気口２との間の空間は、計測室５を構成している。
【０００４】
ケース１の下部には、実装基板６が配置されている。この実装基板６は、計測室５内に配置された感温素子であるサーミスタ７および吸気ファンモータ４用の駆動回路を実装しており、さらに、ケース１の図中左側方部に形成されたコネクタ８の接続ピン９に接続されている。この接続ピン９は、サーミスタ７の出力端子、駆動回路の電源端子などに接続されている。
【０００５】
このような構造の吸気ファンモータ付インカーセンサにおいて、吸気ファンモータ４が回転駆動されると、吸気口２から排気口３への空気の流れが生じる。これにより、計測室５内に配置されたサーミスタ７が吸気口２から流入してくる車室内の空気の温度を検出する。サーミスタ７によって検出された温度信号は、コネクタ８の接続ピン９を介して外部に設けられた図示しない自動車用空調装置の制御装置に供給され、車室内の温度調整に用いられる。
【０００６】
この吸気ファンモータ４のモータ部には、空気の吸い込み口が比較的頭部に近い場所に設置される場合があるため、特に静粛性が要求されており、このことから、ブラシレスモータが使用されている。
【０００７】
図８はブラシレスモータの部分断面側面図である。
ブラシレスモータは、中央にスリーブ１０を有し、その中には、ファン１１の回転軸を支持する軸受が設けられている。スリーブ１０の外側には、駆動コイル１２（図７参照）およびファン１１の回転を検出するサーチコイル（図示しない）が捲回されている。その駆動コイル１２を囲むように２つの磁気ヨーク１３，１４がスリーブ１０に固定されている。磁気ヨーク１３，１４は、スリーブ１０に固定された固定部とその固定部の外周よりスラスト方向に突設された複数の、図示の例では３つのヨーク片１３ａ，１４ａとが一体に形成されている。これらのヨーク片１３ａ，１４ａは、略三角形状をしていて固定部の外周に等間隔に配置されている。２つの磁気ヨーク１３，１４は、それらのヨーク片１３ａ，１４ａが突出している側を対向させ、かつ、対向するヨーク片１３ａ，１４ａが互い違いになるよう配置されている。そして、これら磁気ヨーク１３，１４の外側には、円筒状のマグネット１５がファン１１の筒状垂下部の内側に嵌め込まれている。このマグネット１５は、その磁気の中心が駆動コイル１２および磁気ヨーク１３，１４を含む固定子の磁気中心よりも図の上側に来るように配置されていて、磁気中心のずれによりスラスト方向のファン引き付け力を発生させ、ファン１１を固定子の方へ吸引し、これによって、このブラシレスモータを設置するときに、図示の状態とは逆の状態にしてもファン１１の回転軸がスリーブ１０から脱落しないようにしている。
【０００８】
図９はブラシレスモータの要部を示す底面図である。
磁気ヨーク１３，１４の外側に配置された円筒状のマグネット１５は、磁気ヨーク１３，１４のヨーク片１３ａ，１４ａの数に応じてＮ極およびＳ極が交互に着磁されている。このブラシレスモータは、起動時に駆動コイル１２に極性を切り換えた電圧を印加することにより回転方向の異なる回転トルクを発生させ、両回転方向に回転子であるマグネット１５を振っていって、固定子で発生されるＮ極およびＳ極とマグネット１５のＮ極およびＳ極との吸引と吸引、反発と反発の最大点を越えて回転したときに、その方向に連続して回転し、後はサーチコイル（図示しない）によって検出された回転パルスを駆動回路にフィードバックさせることで、安定して回転するようになる。
【０００９】
また、マグネット１５の外側には、マグネット（または鉄片）１６が配置されている。このマグネット１６は、駆動コイル１２への非通電時に、回転子のマグネット１６と固定子の磁気ヨーク１３，１４とが吸引して停止しているときのマグネット１５の分極位置よりも角度θだけ進角した位置に設けてある。これにより、ファン１１の回転方向上でマグネット１５の磁極中心の停止位置を磁気ヨーク１３，１４の磁極中心から進角させることになるので、起動時に、駆動コイル１２へ交番電圧を印加することによって発生する回転トルクが回転方向によって異なるようになり、起動が確実になって起動時間が短くなる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のブラシレスモータは、起動性を向上させるために、外部に別部品のマグネットまたは鉄片を設けて、回転子の停止時における停止位置を進角させているが、そのための別部品が必要なため、コストが高くなっているとともに構造上の制約が設計上のネックになっているという問題点があった。
【００１１】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、マグネットまたは鉄片などの別部品を設けることなく確実に起動できる低コストのブラシレスモータを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記問題を解決するために、駆動コイルを囲むように第１および第２の磁気ヨークの複数のヨーク片がスラスト方向に対向して略三角形状に突設されるとともに円周方向に交互で等間隔に配置されている固定子と、前記固定子の外側に回動自在に保持されるとともに磁気の中心を前記固定子の磁気の中心からスラスト方向にずらして配置されたマグネットを有する回転子とを備えたブラシレスモータにおいて、前記第１の磁気ヨークだけ、前記略三角形状の前記ヨーク片が回転方向前縁側または後縁側に切り欠きを設けて非対称な形状にしたことを特徴とするブラシレスモータが提供される。
【００１３】
このようなブラシレスモータによれば、第１の磁気ヨークのヨーク片に切り欠きを設けることで、磁極中心が切り欠きが設けられていない側にシフトし、これにより、非通電時におけるマグネットの停止位置がそのシフト下方向に進角するようになる。進角のための別部品を必要としないので、組立性が向上し、コストを低減できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、インカーセンサの吸気ファンモータに適用した場合を例に図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
図１は本発明によるブラシレスモータの部分断面側面図、図２はブラシレスモータの要部を示す底面図、図３は円周方向にある磁気ヨークのヨーク片およびマグネットを展開した説明図である。なお、これらの図において、図８および図９に示すブラシレスモータの構成要素と同じ構成要素については同じ符号を付してある。
【００１６】
ブラシレスモータは、中央にスリーブ１０を有し、その中には、ファン１１の回転軸を支持する軸受が設けられている。スリーブ１０の外側には、図示を省略した駆動コイルとファン１１の回転位置を検出するサーチコイルとが捲回されている。その駆動コイルは、２つの磁気ヨーク１３，１４によって取り囲まれており、これらの磁気ヨーク１３，１４は、図の上下方向から駆動コイルを挟むよう対向してスリーブ１０に固定配置されている。
【００１７】
磁気ヨーク１３，１４は、スリーブ１０に固定された固定部とその固定部の外周よりスラスト方向に突設された３つのヨーク片１３ａ，１４ａとが一体に形成されている。これらのヨーク片１３ａ，１４ａは、略三角形状をしていて固定部の外周に等間隔に配置されている。２つの磁気ヨーク１３，１４は、それらのヨーク片１３ａ，１４ａが突出している側を対向させ、かつ、対向するヨーク片１３ａ，１４ａが交互に位置するようにして離間された状態で配置されている。
【００１８】
これら磁気ヨーク１３，１４の外側には、回転子をなすマグネット１５が回動自在に配置されている。このマグネット１５は、円周方向にＮ極およびＳ極が交互に着磁された円筒形状を有し、ファン１１の筒状垂下部の内側に嵌め込まれて保持されている。このマグネット１５は、そのスラスト方向の磁気の中心が駆動コイルおよび磁気ヨーク１３，１４を含む固定子のスラスト方向の磁気中心よりも図の上側、つまり、ファン１１の回転軸がスリーブ１０内の軸受に挿入される側に来るように配置されている。このように磁気の中心を図の上側にシフトして配置することにより、ファン１１を固定子の方へ吸引させるファン引き付け力を発生させている。これによって、このブラシレスモータを設置するときに、図示の状態とは逆の状態にしても、スラスト方向のファン引き付け力により回転子が固定子の方へ引き付けられているので、ファン１１の回転軸がスリーブ１０から脱落することはない。
【００１９】
本発明によるブラシレスモータの最も特徴的なところは、図の上側に配置された磁気ヨーク１３のそれぞれのヨーク片１３ａを、図の下側に配置された磁気ヨーク１４のそれぞれのヨーク片１４ａと異なる形状にしてある点である。すなわち、磁気ヨーク１３の各ヨーク片１３ａは、それぞれ図の左側の一部に切り欠き１７を設けて円周方向に非対称な形状にしている。これにより、磁気ヨーク１３，１４の円周方向における３つの磁極中心が面積の大きい側、すなわち切り欠き１７が設けられている側と反対の側にずれるようになる。この磁極中心のずれは、図２および図３において、角度θで表されている。したがって、回転停止時におけるマグネット１５は、その磁極中心が角度θだけ進角した位置に停止することになる。
【００２０】
図４は本発明によるブラシレスモータの動作を説明する図である。
この図において、マグネット１５は、ヨーク片１３ａ，１４ａの中心から角度θだけ進角された状態で示している。駆動力は、駆動コイルに通電したときに発生する回転トルクを表しており、ヨーク片１３ａ，１４ａの中心位置で最大、これらヨーク片１３ａ，１４ａの中間位置で最小になっている。ブレーキ力は、マグネット１５とヨーク片１３ａ，１４ａとの間で発生する吸引力によってマグネット１５を停止させようとする力を表している。摺動抵抗は、ファン１１の回転軸とその軸受との間に働く抵抗を表している。そして、合成力は、駆動力からブレーキ力と摺動抵抗とを差し引いた値で、実際にこのブラシレスモータが回転動作しているときの回転トルクを表している。
【００２１】
ここで、上側のヨーク片１３ａにだけ切り欠き１７を有することによって磁気ヨーク１３，１４の磁気中心が角度θだけ進角し、これに伴ってブレーキ力が進角した方向にシフトした特性になっている。これにより、駆動力が最小となる角度の位置でも、合成力としては最小とはならないので、停止状態から起動するときには、必ず回転トルクが発生し、確実に起動することができる。
【００２２】
次に、磁気ヨーク１３，１４のヨーク片１３ａ，１４ａの形状の詳細について説明する。
図５は磁気ヨークのヨーク片の形状を説明する図、図６はヨーク片の切り欠きの量を変化させたときの起動電圧の変化を示す図である。
【００２３】
磁気ヨーク１３，１４は、その円周方向に３つのヨーク片１３ａ，１４ａを有しており、それらの円周方向の幅を、ここでは磁気ヨーク１３，１４の中心とこれらのヨーク片の円周方向両端縁とを通るラジアル方向の直線がなすヨーク角度によって表すものとする。ヨーク角度は、切り欠き１７を持たない磁気ヨーク１４のヨーク片１４ａの場合、６５°にしてある。
【００２４】
一方、磁気ヨーク１３は、ヨーク片１３ａを切り欠くことでそのヨーク角度を小さくしている。このヨーク角度を小さくしてヨーク片１３ａの面積を小さくすると、固定子側で発生する磁力が弱くなって駆動力が小さくなるので、その分、印加電圧を高くしないとブラシレスモータは起動しなくなる。ヨーク片１３ａを切り欠いていった場合に必要な起動電圧がどのように変化するかを調べたのが図６である。
【００２５】
ここでは、図５に示したように、ヨーク角度がＡ1＝６２°，Ａ2＝５５°，Ａ3＝５２°，Ａ4＝４６°になるようにヨーク片１３ａを切り欠いていくと、そのときに必要な起動電圧は、図６に示したように、切り欠き１７の量が少ないときには、ほとんど変化しない状態が続くが、あるポイントを越えると急増することが分かった。この急増のポイントは、ヨーク角度をＡ3＝５２°にしたときとＡ4＝４６°にしたときの間に存在する。以上のことから、起動電圧を変更しない場合には、磁気ヨーク１４におけるヨーク角度の６５°を１００％の基準角とすると、磁気ヨーク１３のヨーク片１３ａは、基準角の５％から２０％程度までの範囲で切り欠くことが可能であることが分かる。
【００２６】
また、上側の磁気ヨーク１３のヨーク片１３ａを切り欠いて面積を減らすことで、固定子のスラスト方向の磁気の中心が下側にシフトしていく。固定子の磁気の中心が下側にシフトしていくことによって、ファン１１の引き付け力が、図６に示したように、増加していく。このことから、ヨーク片１３ａを切り欠くことで、ファン引き付け力を発生させていることになる。このファン引き付け力は、マグネット１６と固定子との物理的な位置関係に加え、ヨーク片１３ａが切り欠き１７を有することで増やす方向に調整が可能である。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、スラスト方向に対向配置された２つの磁気ヨークの一方のヨーク片を切り欠いて円周方向に非対称な形状にした。これにより、ファンの回転方向上でマグネットの磁極中心の停止位置を磁気ヨークの磁極中心から進角させることができるため、回転子の停止時における停止位置を進角させるためのマグネットまたは鉄片などの別部品を外部に設ける必要がなく、組立性が向上し、コストを低減することができる。
【００２８】
また、回転子の停止位置を進角させる目的で設けていた別部品は、その設置位置をスラスト方向に調整することでスラスト方向のファンの引き付け力を調整できたが、別部品が不要になったことで、その調整をヨーク片の切り欠き量で行うこともできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるブラシレスモータの部分断面側面図である。
【図２】ブラシレスモータの要部を示す底面図である。
【図３】円周方向にある磁気ヨークのヨーク片およびマグネットを展開した説明図である。
【図４】本発明によるブラシレスモータの動作を説明する図である。
【図５】磁気ヨークのヨーク片の形状を説明する図である。
【図６】ヨーク片の切り欠きの量を変化させたときの起動電圧の変化を示す図である。
【図７】従来の吸気ファンモータ付インカーセンサの構成例を示す中央縦断面図である。
【図８】ブラシレスモータの部分断面側面図である。
【図９】ブラシレスモータの要部を示す底面図である。
【符号の説明】
１  ケース
２  吸気口
３  排気口
４  吸気ファンモータ
５  計測室
６  実装基板
７  サーミスタ
８  コネクタ
９  接続ピン
１０  スリーブ
１１  ファン
１２  駆動コイル
１３，１４  磁気ヨーク
１３ａ，１４ａ  ヨーク片
１５  マグネット
１７  切り欠き
【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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