自動車用直流電動機、これを用いた自動車用の送風機及び空調装置
【目的】 自動車用の各種直流電動機の電磁共振音の発生を抑制する。
【構成】 送風機用の直流電動機７はＡＣジェネレータの交流を直流に変換して駆動される。電動機７と電動機速度制御回路２とを結線する配線間に、インダクタンス８とコンデンサ９との並列共振回路で構成される交流成分除去回路４が電動機７と直列に接続される。交流成分除去回路４は、インダクタンス８とコンデンサ９との直列共振回路で構成し、これを電動機７と並設接続してもよい。交流成分除去回路４は、ＡＣジェネレータの電源電圧リップルに起因する電動機の電磁共振発生要素たる交流成分を除去し、電磁共振音を抑制する。
【構成】 送風機用の直流電動機７はＡＣジェネレータの交流を直流に変換して駆動される。電動機７と電動機速度制御回路２とを結線する配線間に、インダクタンス８とコンデンサ９との並列共振回路で構成される交流成分除去回路４が電動機７と直列に接続される。交流成分除去回路４は、インダクタンス８とコンデンサ９との直列共振回路で構成し、これを電動機７と並設接続してもよい。交流成分除去回路４は、ＡＣジェネレータの電源電圧リップルに起因する電動機の電磁共振発生要素たる交流成分を除去し、電磁共振音を抑制する。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車用の機器全般にわたり適用可能な直流電動機及びこれを用いた送風機及び空調装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、従来の自動車用空調装置の制御回路では、特開昭５６−１３２１３号公報に開示されるように、電源から電動機速度切換手段と速度制御手段を介して送風機用の直流電動機が接続されるのが一般的な回路であった。電動機速度切換手段と速度制御手段は、車両によって抵抗素子を使用するものと電子回路で構成する方式がとられているが、いずれも電動機両端に印加する電源は、ＡＣジェネレータからの交流を整流器により直流に変換したものが使用される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、自動車用の電源は、エンジン回転に連結したＡＣジェネレータでバッテリに直流電源を供給しているので、整流された直流電源といえどもジェネレータ発電時の変動分は常時変化しているのが普通である。特に、車両の大きなクラスになると発電容量も大きな値を必要とするので、この変動分は比例して大きくなる傾向がある。従って、供給する電源が直流分だけのときには正常な動作を行うが、交流分が加わると種々の問題を発生する。
【０００４】交流分が印加された場合に大きな問題となるのは、制御の不安定よりも、異常騒音である。即ち、直流電動機は直流電圧によって回転する構造をとっているため、交流成分が加わると、このリップル電圧で脈動電流が電機子に流れ電動機内で交番磁束を発生し、電磁力の変動が生じる。
【０００５】このため、電動機本体の固有周波数とリップル電圧の交番周波数が一致する所で電磁共振現象を起こし、電磁共振音となって外部に放散され乗員に不快感を与えていた。また、近年の小形軽量化技術の進展により電動機もこれに追従しているが、反面、電動機本体の剛性が、プラスチック部品の採用によって低下傾向にあるため、より一層電磁共振を起こしやすい状況となっている。
【０００６】本発明は以上の点に鑑みてなされ、その目的は、自動車用の直流電動機やこれを用いた送風機、空調装置の電磁共振に伴う騒音を有効に抑制することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達成するために、自動車用の直流電動機を駆動する回路に、電源電圧リップルに起因して生じる電動機の電磁共振発生要素たる交流成分を除去する回路を設ける。
【０００８】
【作用】直流電動機に供給される直流電源に含まれる交流成分（リップル）は、その周波数がＡＣジェネレータの回転数換言すればエンジン回転数により変化する。交流成分除去回路は、電動機本体の固有周波数の共振点及び共振点前後の交流成分を除去して電動機に直流分だけを供給することで、電動機の電磁共振を抑制する。
【０００９】
【実施例】本発明の実施例を図面に従い説明する。
【００１０】図１は本発明の第１実施例に係り、適用対象として自動車用空調装置の制御回路を示す。
【００１１】図１におけるバッテリ１は図示されないＡＣジェネレータと接続され、バッテリ１と送風機用の直流電動機７との間にある電動機駆動回路Ａには、その電源ラインに電動機速度切換スイッチ２ａを有する電動機速度制御回路２が設けてある。
【００１２】電動機速度制御回路２は、切換スイッチ２ａの操作により高，中，低速の速度制御モードを選択する。電動機速度制御回路２の低速度制御回路出力端３と電動機７との間には、インダクタンス（Ｌ）８とコンデンサ（Ｃ）９との並列共振回路で構成される交流成分除去回路４が直流電動機７に電源ライン及び端子５を介して直列に接続される。
【００１３】交流成分除去回路４のインダクタンス（Ｌ）８とコンデンサ（Ｃ）９の定数は、直流電動機７本体の固有周波数ｆｎとほゞ一致させるべく、次式
【００１４】
【数３】
【００１５】により決定し、ｆ0＝２〜４．５ＫＨｚの範囲をとるよう設定してある。
【００１６】図３はインダクタンス（Ｌ）８とコンデンサ（Ｃ）９で構成する並列共振回路（交流成分除去回路）４のリップル周波数ｆに対する各素子に流れる電流ＩC，ＩLと外部回路に流れ出る電流ＩOの関係を表したもので、前述した如く各素子の定数を直流電動機７本体の固有振動数ｆｎとほゞ一致させるべくｆ0により設定したので、ｆ0及びｆ0前後で外部回路に流れ出る交流電流分ＩOは最小となっている。これは、ＬとＣの並列共振を応用したものである。
【００１７】図１の回路において、交流成分除去回路４の入力端を低速度制御回路出力端３と接続したのは、直流電流分はインダクタンス（Ｌ）を通して外部回路に流れるため、直流電動機の最大電流を避けインダクタンス直流抵抗分アールによるジュール熱｛（ＩL＋Ｉａ）2Ｒ｝での発熱を最小限にすることで回路の小形化を図ったものである。
【００１８】図４は直流電動機７本体の固有振動数値２．５ＫＨｚのリップル電圧が印加された場合の直流電動機７単体の騒音周波数分析である。これによると、リップル電圧が０．２Ｖ以上になるとリップル電圧が印加されない場合に比較して、２．５ＫＨｚに異常なピーク騒音を有することが判る。これに対し図５は図１の本実施例による回路で試験した結果であるが、入力電圧が図示の如く図４と同様に変動しているにもかかわらず、騒音周波数分析に示されるような異常なピーク騒音は発生していない。
【００１９】図２は本発明の第２実施例を示すもので、図１と同様にバッテリ１、電動機速度制御回路２付きの駆動回路Ａ、交流成分除去回路４、直流電動機７等を備えるが、図１との相違は、インダクタンス（Ｌ）８とコンデンサ（Ｃ）９との直列共振回路により交流成分除去回路４を構成し、この交流成分除去回路４を直流電動機７と並列に接続している。この交流成分除去回路４は、図面では、配線の位置関係を明確にするため、直流電動機７の外側にあるように記載しているが、直流電動機７の両端に並設接続している特徴からすれば直流電動機７の正負のブラシ間に内蔵することもできる。
【００２０】本実施例においても上記第１実施例同様の騒音周波数分析試験を試みた（図示省略）結果、第１実施例に比較して交流電流が分流する分だけ若干効果は少なかったがほゞ図５に示されると同様の結果を得ることができた。
【００２１】なお、上記各実施例は自動車用空調装置を一例に説明したが、自動車用の各種直流電動機に適用できる。
【００２２】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、自動車用空調装置その他種々の自動車用の直流電動機に電磁共振発生要素たる交流成分を除去する回路を設けることで、ジェネレータの電源電圧リップルに起因する電動機の騒音（電磁共振音）を有効に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る回路図。
【図２】本発明の第２実施例に係る回路図。
【図３】第１実施例に用いた交流成分除去回路の電流特性図。
【図４】従来の自動車用空調装置制御回路による電源電圧リップル印加時の直流電動機騒音周波数分析試験結果を示す特性図。
【図５】第１実施例に係る自動車用空調装置制御回路による電源電圧リップル印加時の直流電動機騒音周波数分析試験結果を示す特性図。
【符号の説明】
１…バッテリ、２…電動機速度制御回路、２ａ…切換スイッチ（速度切換手段）、３…電動機速度制御回路２の低速度制御回路出力端、４…交流成分除去回路、５…交流成分除去回路の出力端、６…電動速度制御回路の他の出力端、７…直流電動機、８…インダクタンス（Ｌ）、９…コンデンサ（Ｃ）、Ａ…電動機駆動回路。
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車用の機器全般にわたり適用可能な直流電動機及びこれを用いた送風機及び空調装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、従来の自動車用空調装置の制御回路では、特開昭５６−１３２１３号公報に開示されるように、電源から電動機速度切換手段と速度制御手段を介して送風機用の直流電動機が接続されるのが一般的な回路であった。電動機速度切換手段と速度制御手段は、車両によって抵抗素子を使用するものと電子回路で構成する方式がとられているが、いずれも電動機両端に印加する電源は、ＡＣジェネレータからの交流を整流器により直流に変換したものが使用される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、自動車用の電源は、エンジン回転に連結したＡＣジェネレータでバッテリに直流電源を供給しているので、整流された直流電源といえどもジェネレータ発電時の変動分は常時変化しているのが普通である。特に、車両の大きなクラスになると発電容量も大きな値を必要とするので、この変動分は比例して大きくなる傾向がある。従って、供給する電源が直流分だけのときには正常な動作を行うが、交流分が加わると種々の問題を発生する。
【０００４】交流分が印加された場合に大きな問題となるのは、制御の不安定よりも、異常騒音である。即ち、直流電動機は直流電圧によって回転する構造をとっているため、交流成分が加わると、このリップル電圧で脈動電流が電機子に流れ電動機内で交番磁束を発生し、電磁力の変動が生じる。
【０００５】このため、電動機本体の固有周波数とリップル電圧の交番周波数が一致する所で電磁共振現象を起こし、電磁共振音となって外部に放散され乗員に不快感を与えていた。また、近年の小形軽量化技術の進展により電動機もこれに追従しているが、反面、電動機本体の剛性が、プラスチック部品の採用によって低下傾向にあるため、より一層電磁共振を起こしやすい状況となっている。
【０００６】本発明は以上の点に鑑みてなされ、その目的は、自動車用の直流電動機やこれを用いた送風機、空調装置の電磁共振に伴う騒音を有効に抑制することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達成するために、自動車用の直流電動機を駆動する回路に、電源電圧リップルに起因して生じる電動機の電磁共振発生要素たる交流成分を除去する回路を設ける。
【０００８】
【作用】直流電動機に供給される直流電源に含まれる交流成分（リップル）は、その周波数がＡＣジェネレータの回転数換言すればエンジン回転数により変化する。交流成分除去回路は、電動機本体の固有周波数の共振点及び共振点前後の交流成分を除去して電動機に直流分だけを供給することで、電動機の電磁共振を抑制する。
【０００９】
【実施例】本発明の実施例を図面に従い説明する。
【００１０】図１は本発明の第１実施例に係り、適用対象として自動車用空調装置の制御回路を示す。
【００１１】図１におけるバッテリ１は図示されないＡＣジェネレータと接続され、バッテリ１と送風機用の直流電動機７との間にある電動機駆動回路Ａには、その電源ラインに電動機速度切換スイッチ２ａを有する電動機速度制御回路２が設けてある。
【００１２】電動機速度制御回路２は、切換スイッチ２ａの操作により高，中，低速の速度制御モードを選択する。電動機速度制御回路２の低速度制御回路出力端３と電動機７との間には、インダクタンス（Ｌ）８とコンデンサ（Ｃ）９との並列共振回路で構成される交流成分除去回路４が直流電動機７に電源ライン及び端子５を介して直列に接続される。
【００１３】交流成分除去回路４のインダクタンス（Ｌ）８とコンデンサ（Ｃ）９の定数は、直流電動機７本体の固有周波数ｆｎとほゞ一致させるべく、次式
【００１４】
【数３】
【００１５】により決定し、ｆ0＝２〜４．５ＫＨｚの範囲をとるよう設定してある。
【００１６】図３はインダクタンス（Ｌ）８とコンデンサ（Ｃ）９で構成する並列共振回路（交流成分除去回路）４のリップル周波数ｆに対する各素子に流れる電流ＩC，ＩLと外部回路に流れ出る電流ＩOの関係を表したもので、前述した如く各素子の定数を直流電動機７本体の固有振動数ｆｎとほゞ一致させるべくｆ0により設定したので、ｆ0及びｆ0前後で外部回路に流れ出る交流電流分ＩOは最小となっている。これは、ＬとＣの並列共振を応用したものである。
【００１７】図１の回路において、交流成分除去回路４の入力端を低速度制御回路出力端３と接続したのは、直流電流分はインダクタンス（Ｌ）を通して外部回路に流れるため、直流電動機の最大電流を避けインダクタンス直流抵抗分アールによるジュール熱｛（ＩL＋Ｉａ）2Ｒ｝での発熱を最小限にすることで回路の小形化を図ったものである。
【００１８】図４は直流電動機７本体の固有振動数値２．５ＫＨｚのリップル電圧が印加された場合の直流電動機７単体の騒音周波数分析である。これによると、リップル電圧が０．２Ｖ以上になるとリップル電圧が印加されない場合に比較して、２．５ＫＨｚに異常なピーク騒音を有することが判る。これに対し図５は図１の本実施例による回路で試験した結果であるが、入力電圧が図示の如く図４と同様に変動しているにもかかわらず、騒音周波数分析に示されるような異常なピーク騒音は発生していない。
【００１９】図２は本発明の第２実施例を示すもので、図１と同様にバッテリ１、電動機速度制御回路２付きの駆動回路Ａ、交流成分除去回路４、直流電動機７等を備えるが、図１との相違は、インダクタンス（Ｌ）８とコンデンサ（Ｃ）９との直列共振回路により交流成分除去回路４を構成し、この交流成分除去回路４を直流電動機７と並列に接続している。この交流成分除去回路４は、図面では、配線の位置関係を明確にするため、直流電動機７の外側にあるように記載しているが、直流電動機７の両端に並設接続している特徴からすれば直流電動機７の正負のブラシ間に内蔵することもできる。
【００２０】本実施例においても上記第１実施例同様の騒音周波数分析試験を試みた（図示省略）結果、第１実施例に比較して交流電流が分流する分だけ若干効果は少なかったがほゞ図５に示されると同様の結果を得ることができた。
【００２１】なお、上記各実施例は自動車用空調装置を一例に説明したが、自動車用の各種直流電動機に適用できる。
【００２２】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、自動車用空調装置その他種々の自動車用の直流電動機に電磁共振発生要素たる交流成分を除去する回路を設けることで、ジェネレータの電源電圧リップルに起因する電動機の騒音（電磁共振音）を有効に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る回路図。
【図２】本発明の第２実施例に係る回路図。
【図３】第１実施例に用いた交流成分除去回路の電流特性図。
【図４】従来の自動車用空調装置制御回路による電源電圧リップル印加時の直流電動機騒音周波数分析試験結果を示す特性図。
【図５】第１実施例に係る自動車用空調装置制御回路による電源電圧リップル印加時の直流電動機騒音周波数分析試験結果を示す特性図。
【符号の説明】
１…バッテリ、２…電動機速度制御回路、２ａ…切換スイッチ（速度切換手段）、３…電動機速度制御回路２の低速度制御回路出力端、４…交流成分除去回路、５…交流成分除去回路の出力端、６…電動速度制御回路の他の出力端、７…直流電動機、８…インダクタンス（Ｌ）、９…コンデンサ（Ｃ）、Ａ…電動機駆動回路。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 ＡＣジェネレータからの交流を整流器を介して直流に変換し、この直流電源により駆動される自動車用の直流電動機で、前記直流電動機の駆動回路には、電源電圧リップルに起因して生じる電動機の電磁共振発生要素たる交流成分を除去する回路を設けたことを特徴とする自動車用直流電動機。
【請求項２】 請求項１において、前記交流成分除去回路がインダクタンス（Ｌ）とコンデンサ（Ｃ）との並列共振回路から構成され、前記直流電動機の電源ラインに直列に接続したことを特徴とする自動車用直流電動機。
【請求項３】 請求項１において、前記交流成分除去回路がインダクタンス（Ｌ）とコンデンサ（Ｃ）との直列共振回路から構成され、前記直流電動機の両端に並列に接続したことを特徴とする自動車用直流電動機。
【請求項４】 請求項２又は請求項３における前記インダクタンス（Ｌ）と前記コンデンサ（Ｃ）の定数は、電動機の共振周波数をｆ0とすると、
【数１】
により決定したことを特徴とする自動車用直流電動機。
【請求項５】 請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記直流電動機の駆動回路は電動機速度制御回路を備え、この電動機速度制御回路と前記直流電動機とを結線する配線間に前記交流成分除去回路を設けたことを特徴とする自動車用直流電動機。
【請求項６】 請求項５において、前記電動機速度制御回路中の低速度制御回路と前記直流電動機とを結線する配線間に前記交流成分除去回路を配設して、交流成分を電機子電流の小電流時だけ該交流成分除去回路を通すようにしたことを特徴とする自動車用直流電動機。
【請求項７】 ＡＣジェネレータからの交流を整流器を介して直流に変換し、この直流電源により駆動される送風機で、その速度制御回路と送風機用直流電動機とを結線する配線間には、電源電圧リップルに起因して生じる電動機の電磁共振発生要素たる交流成分を除去する回路を、前記直流電動機と直列もしくは並列に設けたことを特徴とする自動車用送風機。
【請求項８】 請求項７において、前記交流成分除去回路がインダクタンス（Ｌ）とコンデンサ（Ｃ）との共振回路から構成され、このインダクタンス（Ｌ）とコンデンサ（Ｃ）の定数は、送風機本体の共振周波数をｆ0とすると、
【数２】
により決定し、ｆ0＝２〜４．５ＫＨｚの範囲をとることを特徴とする自動車用送風機。
【請求項９】 ＡＣジェネレータからの交流を直流に変換して駆動される送風機と、送風機用直流電動機の速度切換手段及び速度制御手段を備えた電動機駆動回路とを備え、前記送風機の駆動回路には、電源電圧リップルに起因して生じる電動機の電磁共振発生要素となる交流成分を除去する回路を設けたことを特徴とする自動車用空調装置。
【請求項１】 ＡＣジェネレータからの交流を整流器を介して直流に変換し、この直流電源により駆動される自動車用の直流電動機で、前記直流電動機の駆動回路には、電源電圧リップルに起因して生じる電動機の電磁共振発生要素たる交流成分を除去する回路を設けたことを特徴とする自動車用直流電動機。
【請求項２】 請求項１において、前記交流成分除去回路がインダクタンス（Ｌ）とコンデンサ（Ｃ）との並列共振回路から構成され、前記直流電動機の電源ラインに直列に接続したことを特徴とする自動車用直流電動機。
【請求項３】 請求項１において、前記交流成分除去回路がインダクタンス（Ｌ）とコンデンサ（Ｃ）との直列共振回路から構成され、前記直流電動機の両端に並列に接続したことを特徴とする自動車用直流電動機。
【請求項４】 請求項２又は請求項３における前記インダクタンス（Ｌ）と前記コンデンサ（Ｃ）の定数は、電動機の共振周波数をｆ0とすると、
【数１】
により決定したことを特徴とする自動車用直流電動機。
【請求項５】 請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記直流電動機の駆動回路は電動機速度制御回路を備え、この電動機速度制御回路と前記直流電動機とを結線する配線間に前記交流成分除去回路を設けたことを特徴とする自動車用直流電動機。
【請求項６】 請求項５において、前記電動機速度制御回路中の低速度制御回路と前記直流電動機とを結線する配線間に前記交流成分除去回路を配設して、交流成分を電機子電流の小電流時だけ該交流成分除去回路を通すようにしたことを特徴とする自動車用直流電動機。
【請求項７】 ＡＣジェネレータからの交流を整流器を介して直流に変換し、この直流電源により駆動される送風機で、その速度制御回路と送風機用直流電動機とを結線する配線間には、電源電圧リップルに起因して生じる電動機の電磁共振発生要素たる交流成分を除去する回路を、前記直流電動機と直列もしくは並列に設けたことを特徴とする自動車用送風機。
【請求項８】 請求項７において、前記交流成分除去回路がインダクタンス（Ｌ）とコンデンサ（Ｃ）との共振回路から構成され、このインダクタンス（Ｌ）とコンデンサ（Ｃ）の定数は、送風機本体の共振周波数をｆ0とすると、
【数２】
により決定し、ｆ0＝２〜４．５ＫＨｚの範囲をとることを特徴とする自動車用送風機。
【請求項９】 ＡＣジェネレータからの交流を直流に変換して駆動される送風機と、送風機用直流電動機の速度切換手段及び速度制御手段を備えた電動機駆動回路とを備え、前記送風機の駆動回路には、電源電圧リップルに起因して生じる電動機の電磁共振発生要素となる交流成分を除去する回路を設けたことを特徴とする自動車用空調装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開平５−９５６９１
【公開日】平成５年（１９９３）４月１６日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平３−２５１６４２
【出願日】平成３年（１９９１）９月３０日
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【公開日】平成５年（１９９３）４月１６日
【国際特許分類】
【出願日】平成３年（１９９１）９月３０日
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
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