JP2004194470A - 公転式アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】駆動軸などの出力変換機構を持たず、低速から高速までの運転が可能で、かつ高トルクが得られる公転式アクチュエータを提供する。
【解決手段】自転拘束機構４により自転が拘束された可動子部材５が、所定の公転半径で公転運動することにより駆動する公転式アクチュエータにおいて、可動子部材５の公転軌道面上に、複数の永久磁石5aを環状に配置して磁気回路を形成し、可動子部材５と隙間を隔てて対向する位置に、円板状の保持部材２を設け、保持部材２の永久磁石に相対向する内外２列の同心円上に、鉄心3aに巻線3bを巻回した複数の固定子３を配設して磁気回路を形成し、保持部材２をブラケット内面に保持してアキシャルギャップ型電動機を構成し、固定子３の各鉄心3aへの通電を順次切替えることにより、公転軌道面に形成された回転磁界により発生した磁束により、可動子部材５を所定の偏心軸を中心として偏心公転運動させる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スクロール圧縮機などに用いられる公転式アクチュエータに係り、詳しくは、アキシャルギャップ型電動機を用いた磁気回路の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、公転運動を出力として得るためには、ステッピングモータやＤＣモータ等の自転運動を出力変換機構により公転運動へと変換するのが一般的であった。一方、可動部を直接、偏心公転運動させる可変ギャップ型モータ、または可変リラクタンス型モータ等が知られている（例えば、特許文献１および、特許文献２参照。）。
これらは、主磁束と同じ方向に発生する電磁力を利用しているために、低速高トルク回転が得られるという特徴を有している。
【０００３】
ところで、空調用のスクロール圧縮機などに使用する場合、駆動軸などの出力変換機構を持たず、低速から高速までの運転が可能で、かつ高トルクが得られる公転式アクチュエータが望まれていた。
【０００４】
しかしながら、上記のステッピングモータやＤＣモータ等の自転運動を出力変換機構により公転運動へと変換する方法では出力変換機構部での摩擦の発生による効率の低下や、装置の小型化が難しいという問題を生じていた。一方、上記の可変ギャップ型モータ、または可変リラクタンス型モータ等では、従来のＤＣモータ等と比較するとギャップ長が大きいために磁束の漏れが多く、ギャップ変動も大きいことから高速回転が困難であるという問題を有していた。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−２０５５１５号公報（第２−５頁、第１−２図）
【特許文献２】
特開平１１−２７５８５１号公報（第３−６頁、第１−２図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題点に鑑みなされたもので、駆動軸などの出力変換機構を持たず、低速から高速までの運転が可能で、かつ高トルクが得られる公転式アクチュエータを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の課題を解決するためなされたもので、自転拘束機構により自転が拘束された可動子部材が、所定の公転半径で公転運動することにより駆動する公転式アクチュエータにおいて、
前記可動子部材の前記公転運動を行う公転軌道面上に、複数の永久磁石を環状に配置して磁気回路を形成し、前記可動子部材と隙間を隔てて対向する位置に、少なくとも１枚の円板状の保持部材を設け、同保持部材の前記永久磁石に相対向する内外２列の同心円上に、円柱状の鉄心に巻線を巻回した複数の固定子を配設して環状の磁気回路を形成し、
前記固定子の前記各巻線への通電を順次切替えて、前記公転軌道面に対して垂直方向に形成された回転磁界にて生じる磁束により、前記可動子部材を所定の偏心軸を中心として偏心公転運動させてなる構成となっている。
【０００８】
また、前記固定子の前記各巻線への通電を、径方向中心線上の相対向する各内側と外側の固定子を一対として、一方の外側固定子から他方の内側固定子に、一方の内側固定子から他方の外側固定子に通電するよう制御部により制御してなる構成となっている。
【０００９】
また、前記固定子の前記各巻線への通電を、径方向の片側の外側固定子と内側固定子を一対とし、両固定子に同方向に磁束が発生するよう制御部により制御してなる構成となっている。
【００１０】
また、自転拘束機構により自転が拘束された可動子部材が、所定の公転半径で公転運動することにより駆動する公転式アクチュエータにおいて、
前記可動子部材の前記公転運動を行う公転軌道面上に、複数の永久磁石を環状の２列に配置して磁気回路を形成し、前記可動子部材と隙間を隔てて対向する位置に、少なくとも１枚の円板状の保持部材を設け、同保持部材の前記永久磁石に相対向する同心円上に、円柱状の鉄心に巻線を巻回した複数の固定子を配設して環状の磁気回路を形成し、
前記固定子の前記各巻線への通電を順次切替えて、前記公転軌道面に対して垂直方向に形成された回転磁界にて生じる磁束により、前記可動子部材を所定の偏心軸を中心として偏心公転運動させてなる構成となっている。
【００１１】
また、前記自転拘束機構が前記可動子部材の磁気回路の中心部にピンを立設すると共に、前記保持板の前記ピンに対向する位置に環状のピン溝を設け、同ピン溝に前記ピンを嵌入してなる構成となっている。
【００１２】
また、前記可動子部材の２列の磁気回路を、径方向に相対向する各内側と外側の前記永久磁石の極性が、互いに逆極性となるよう配置してなる構成となっている。
【００１３】
また、前記可動子部材に渦巻き状の羽を有する旋回スクロールを結合させ、前記旋回スクロールと固定スクロールとを渦巻き部にて互いに組み合わせて、前記旋回スクロールを前記偏心軸の周りに一定の半径で公転させることにより、前記両スクロールの組み合わせにより形成される密閉空間を渦巻き部の外側から中心側へと移動させて前記密閉空間の容積を逐次縮小させて圧縮するスクロール型圧縮機を構成している。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例について添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の公転式アクチュエータの実施例を示す図で、（Ａ）は公転式アクチュエータの断面図、（Ｂ）は可動子部材を保持部材方向から見た正面の断面図、（Ｃ）は固定子を可動子部材方向から見た正面の断面図である。
図１において、公転式アクチュエータは、ブラケット１の内面に保持された円板状の保持部材２と、同保持部材２に少なくとも一端が固定された固定子３と、自転拘束機構４により自転が拘束され、所定の公転半径で公転運動する可動子部材５とで主に構成されている。
【００１５】
前記固定子３は、円柱状の鉄心３ａに巻線３ｂを巻回して構成されており、前記保持部材２に穿設された複数の孔２ａに鉄心３ａの一端が嵌合して固定されている。また，前記固定子３は、図１（Ｃ）に示すように、前記保持部材２の円周方向に８個の固定子３が、等間隔で２列の固定子列として配置され、円周方向に同じ角度で設けられ、環状の磁気回路を形成している。
【００１６】
一方、前記可動子部材５は、前記固定子３の鉄心３ａの端部と所定の隙間を隔てて対向し、複数の円柱状の永久磁石５ａが配設されている。この永久磁石５ａは前記可動子部材５に埋設されており、円周方向で隣接する永久磁石５ａの極性（Ｎ，Ｓ）が異なるように配設され、環状の磁気回路を形成している。
【００１７】
上記構成において、前記永久磁石５ａは、可動子部材５の公転軌道面上に配置され、前記固定子３とにより、アキシャルギャップ型電動機を構成している。
前記固定子３の前記各鉄心３ａへの通電を順次切替えることにより、前記公転軌道面に対して垂直方向に形成された回転磁界により発生した磁束により、前記可動子部材５を所定の偏心軸を中心として偏心公転運動させてなる構成となっている。
【００１８】
次に、前記固定子３の磁気回路を図１により説明する。前記円板状の保持部材２の径方向中心線上の相対向する各内側固定子３Ａと外側固定子３Ｂとにより対をなす磁気回路Ｇ１（図１Ａに示す）を構成し、各鉄心巻線３Ｂへの通電を、一方の外側固定子３Ｂから他方の内側固定子３Ａに、一方の内側固定子３Ａから他方の外側固定子３Ｂに通電するよう制御部（図示せず）により制御してなる構成となっている。
【００１９】
また、図２に示すように、前記固定子３の前記各巻線３Ｂへの通電を、径方向の片側の外側固定子３Ｂと内側固定子３Ａを一対とし、両固定子３Ａ，３Ｂに同方向に磁束が発生するよう制御部（図示せず）により制御してなる構成してもよい。
【００２０】
図３は本発明による更に他の実施例を示したもので、前記可動子部材５の公転運動を行う公転軌道面上に、複数の永久磁石5a1 を環状の２列に配置して磁気回路を形成し、前記可動子部材５と隙間を隔てて対向する位置に、少なくとも１枚の円板状の保持部材２を設け、同保持部材２の前記永久磁石5a1 に相対向する同心円上に、円柱状の鉄心３ａに巻線３ｂを巻回した複数の固定子３を配設して環状の磁気回路を形成し、前記保持部材２をブラケット１内面に保持してアキシャルギャップ型電動機を構成し、前記固定子３の前記各鉄心３ａへの通電を順次切替えることにより、公転軌道面に対して垂直方向に形成された回転磁界により発生した磁束により、前記可動子部材５を所定の偏心軸を中心として偏心公転運動させる構成となっている。
【００２１】
また、前記可動子部材５の２列の磁気回路を、径方向に相対向する各内側と外側の前記永久磁石5a1 の極性（Ｎ，Ｓ）が、互いに逆極性となるよう配置してなる構成となっている。
【００２２】
図４は本発明による公転式アクチュエータをスクロール圧縮機に使用した場合の側断面図である。
前記可動子部材５に渦巻き状の羽を有する旋回スクロール６を結合させ、前記旋回スクロール６と固定スクロール７とを渦巻き部にて互いに組み合わせて、前記旋回スクロール６を前記偏心軸の周りに一定の半径で公転させることにより、前記両スクロール６、７の組み合わせにより形成される密閉空間を渦巻き部の外側から中心側へと移動させて前記密閉空間の容積を逐次縮小させて圧縮するスクロール型圧縮機を構成している。
【００２３】
また、図３に示すように、自転拘束機構が前記可動子部材５の磁気回路の中心部にピン８を立設すると共に、前記保持板２の前記ピン８に対向する位置に環状のピン溝８ａを設け、同ピン溝８ａに前記ピン８を嵌入してなる構成となっている。
【００２４】
次に図５の制御回路のブロック図を用いて動作を説明する。この制御回路は、固定子の巻線として内周部用と外周部用とのグループに分かれ、それぞれが組として駆動される２つの巻線グループと、内周部用の巻線グループ１及び２と外周部用の巻線グループ３及び４とを巻線切換信号によって切り換える駆動信号切換部１０と、ＤＣ電源を入力して巻線２ｂを駆動する駆動部１１と、他の制御機器、例えばエアコンの制御部（図示せず）からの回転制御信号と可動子部材（回転子）の回転位置を検出するロータ位置検出部１２の信号とを入力し、駆動部１１へ巻線２ｂの駆動タイミング信号と駆動信号切換部１０への巻線切換信号とを出力する制御部１３とで構成されている。
固定子の巻線２ｂは、内周部用／外周部用ごとに巻線グループ１及び２／巻線グループ３及び４とに分かれて駆動されるように駆動信号切換部１０に接続されている。各巻線グループ１から４は、それぞれ４つの巻線２ｂからなり、また、各巻線２ｂは図１（Ａ）の配置において、円周方向に１つおきの巻線２ｂが固定子列ごとに直列に接続されている。
【００２５】
制御部１３では、回転制御信号で示される回転速度を目標とし、ロータ位置検出部１２で検出される位置パルスで可動子部材の位置と、また、その周期から現在の回転速度とを検出し、目標となる回転速度となるように駆動部１１へ巻線２ｂの駆動タイミング信号を出力する。駆動タイミング信号は、各巻線グループを時間的に交互に駆動するタイミングや、駆動パルス幅が制御された信号であり、この信号を入力した駆動部１１が巻線グループを駆動することにより可動子部材が回転する。
【００２６】
この時、制御部１３は駆動信号切換部１０に対して３種類の巻線切換信号を回転制御信号に対応して出力する。この３種類の巻線切換信号は、常用回転で使用される巻線グループ１と２との駆動、低速回転で使用される巻線グループ３と４との駆動、高速回転で使用される巻線グループ１から４の全駆動に対応している。つまり、制御部１３は回転制御信号で指示される回転速度に対応し、低トルク回転、常用トルク回転、高トルク回転の３つのゾーンに分類し、それぞれの回転速度ゾーンに対応してこの３つのトルクゾーンを対応させ、巻線切換信号を選択する。そして、各ゾーン内の回転速度範囲では、従来の制御手段であるパルス幅制御や電圧制御を用いて細かく回転速度を制御する。
【００２７】
このような固定子の配置と制御方法とにより、従来の構造では得られなかった広範囲なトルク制御が可能であり、また、内周と外周との２つの固定子列を同時に駆動することにより、従来例よりトルクを増加させることができる。
また、内周の固定子は外周の固定子（従来例の固定子と同じ大きさ）より小さくすることにより駆動電力を小さくできるため、低トルク運転時に効率を向上させることができる。
【００２８】
以上に説明したように、前記可動子部材５の公転運動を行う公転軌道面上に、複数の永久磁石5aを環状に配置して磁気回路を形成し、前記可動子部材５と隙間を隔てて対向する位置に、少なくとも１枚の円板状の保持部材２を設け、同保持部材２の前記永久磁石5aに相対向する内外２列の同心円上に、円柱状の鉄心3aに巻線3bを巻回した複数の固定子３を配設して環状の磁気回路を形成し、前記保持部材２をブラケット１内面に保持してアキシャルギャップ型電動機を構成し、前記固定子３の前記各鉄心3aへの通電を順次切替えることにより、公転軌道面に対して垂直方向に形成された回転磁界により発生した磁束により、前記可動子部材５を所定の偏心軸を中心として偏心公転運動させてなる構成とすることにより、駆動軸などの出力変換機構を持たず、低速から高速までの運転が可能で、かつ高トルクが得られる公転式アクチュエータとなる。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように本発明においては、アキシャルギャップ型電動機を構成して固定子の各鉄心への通電を順次切替えることにより、公転軌道面に対して垂直方向に形成された回転磁界により発生した磁束により、可動子部材を所定の偏心軸を中心として偏心公転運動させてなる構成とすることにより、駆動軸などの出力変換機構を持たず、低速から高速までの運転が可能で、かつ高トルクが得られる公転式アクチュエータとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明における公転式アクチュエータの側断面図、（Ｂ）は可動子部材の裏面図、（Ｃ）は固定子の上面図である。
【図２】本発明の他の実施例を示す公転式アクチュエータの側断面図である。
【図３】本発明の更に他の実施例を示す、（Ａ）は公転式アクチュエータの側断面図、（Ｂ）は固定子の上面図、（Ｃ）は回転子の裏面図である。
【図４】本発明による公転式アクチュエータをスクロール圧縮機に使用した場合の側断面図である。
【図５】本発明による公転式アクチュエータを駆動するためのブロック図である。
【符号の説明】
１ ブラケット
２ 保持部材
３ 固定子
3a 鉄心
3b 巻線
４ 自転拘束機構
５ 可動子部材
６ 旋回スクロール
７ 固定スクロール
８ ピン
8a ピン溝
10 駆動信号切換部
11 駆動部
12 ロータ位置検出部
13 制御部

Claims (7)

1. 自転拘束機構により自転が拘束された可動子部材が、所定の公転半径で公転運動することにより駆動する公転式アクチュエータにおいて、
   前記可動子部材の前記公転運動を行う公転軌道面上に、複数の永久磁石を環状に配置して磁気回路を形成し、前記可動子部材と隙間を隔てて対向する位置に、少なくとも１枚の円板状の保持部材を設け、同保持部材の前記永久磁石に相対向する内外２列の同心円上に、円柱状の鉄心に巻線を巻回した複数の固定子を配設して環状の磁気回路を形成し、
   前記固定子の前記各巻線への通電を順次切替えて、前記公転軌道面に対して垂直方向に形成された回転磁界にて生じる磁束により、前記可動子部材を所定の偏心軸を中心として偏心公転運動させてなることを特徴とする公転式アクチュエータ。
2. 前記固定子の前記各巻線への通電を、径方向中心線上の相対向する各内側と外側の固定子を一対として、一方の外側固定子から他方の内側固定子に、一方の内側固定子から他方の外側固定子に通電するよう制御部により制御してなることを特徴とする請求項１記載の公転式アクチュエータ。
3. 前記固定子の前記各巻線への通電を、径方向の片側の外側固定子と内側固定子を一対とし、両固定子に同方向に磁束が発生するよう制御部により制御してなることを特徴とする請求項１記載の公転式アクチュエータ。
4. 自転拘束機構により自転が拘束された可動子部材が、所定の公転半径で公転運動することにより駆動する公転式アクチュエータにおいて、
   前記可動子部材の前記公転運動を行う公転軌道面上に、複数の永久磁石を環状の２列に配置して磁気回路を形成し、前記可動子部材と隙間を隔てて対向する位置に、少なくとも１枚の円板状の保持部材を設け、同保持部材の前記永久磁石に相対向する同心円上に、円柱状の鉄心に巻線を巻回した複数の固定子を配設して環状の磁気回路を形成し、
   前記固定子の前記各巻線への通電を順次切替えて、前記公転軌道面に対して垂直方向に形成された回転磁界にて生じる磁束により、前記可動子部材を所定の偏心軸を中心として偏心公転運動させてなることを特徴とする公転式アクチュエータ。
5. 前記自転拘束機構が前記可動子部材の磁気回路の中心部にピンを立設すると共に、前記保持板の前記ピンに対向する位置に環状のピン溝を設け、同ピン溝に前記ピンを嵌入してなることを特徴とする請求項１または４記載の公転式アクチュエータ。
6. 前記可動子部材の２列の磁気回路を、径方向に相対向する各内側と外側の前記永久磁石の極性が、互いに逆極性となるよう配置してなることを特徴とする請求項４記載の公転式アクチュエータ。
7. 前記可動子部材に渦巻き状の羽を有する旋回スクロールを結合させ、前記旋回スクロールと固定スクロールとを渦巻き部にて互いに組み合わせて、前記旋回スクロールを前記偏心軸の周りに一定の半径で公転させることにより、前記両スクロールの組み合わせにより形成される密閉空間を渦巻き部の外側から中心側へと移動させて前記密閉空間の容積を逐次縮小させて圧縮するスクロール型圧縮機を構成することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の公転式アクチュエータ。

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