JP5863549B2 - 積層鉄心端面の検出装置および検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、廃棄されたルームエアコン、冷蔵庫、除湿機等の圧縮機の解体に関するものであり、特に、圧縮機に使用されているモータロータに内蔵された磁石等の回収を行う際に使用される検出装置および検出方法に関わる。

従来、廃棄されたルームエアコン、冷蔵庫、除湿機等の家電製品を解体する場合は、冷媒回路内の冷媒ガスを回収後、主要部品を手作業で取り外し、破砕して選別し、金属、プラスチック等を回収している。圧縮機に関しては、製品から取り出されて電気炉で溶解、または破砕機で破砕されている。また、圧縮機は鉄や銅等の有用金属で構成されているため、素材回収業者等に有価で引き渡されている。

近年、これら圧縮機に使用されているモータが有する金属素材の需要が急激に拡大してきている。ルームエアコン、冷蔵庫、除湿機等の圧縮機に使用されているモータには磁石埋込み型のロータが主に使われており、このロータは、典型例としては、回転時のバランスを取るための黄銅製のロータウェイト、電磁鋼板および磁石で構成されている。黄銅は銅や亜鉛が含有された貴重な金属資源であり、電磁鋼板は鉄損が少なく、主に発電所の発電機、変電所の変圧器、家庭の冷蔵庫、ハイブリッドカー等のモータやノートパソコン等のＩＴ機器の精密モータの鉄芯に幅広く採用され、利用範囲は一層拡大している。また、磁石に関しては、新たな磁石に再生することで様々な製品に利用することができる。

これらの金属材料は原形を保った状態で回収した方が高純度となり価値が高まるため、ルームエアコン、冷蔵庫、除湿機等の圧縮機に使用されているモータに含まれる磁石等の貴重な資源を他の材料と混同させることなく、部品単位で回収することが望ましい。

黄銅や電磁鋼板などの貴重な資源を他の材料と混同させることなく、部品単位で回収するためには、モータロータを構成している積層鋼板と黄銅製ウェイトを結合しているリベットを積層鋼板と黄銅製ウェイトの接合位置で切断することが効果的で、素材ごとの部品に容易に分割ができる。

リサイクルされるモータロータは製造時期、メーカーにより構造や寸法が多種多様なため効率的な切断を行うには、積層鋼板と黄銅製ウェイトとの結合部を効率よく検知して位置決めする必要がある。

このようなモータロータの積層鋼板で形成される円筒様構成体の端面の位置検出を行う方法として、特許文献１に記載の「誘導電動機における回転子の軸方向変位検出装置」のように、モータの固定子の両端面に漏洩磁束検知用の検出コイルを配置した検出素子磁極を設け、回転子の両端部における漏洩磁束を検知するために対象位置に配置し、検出コイルの出力は差動出力となるように接続し、漏洩磁束の不平衡度により回転子の軸方向の変位を検出する方法が提案されている（以下、従来例１と呼ぶ。特許文献１参照）。

また、特許文献２に記載の「モータの位置検出方法およびモータの駆動装置並びにポンプ」のように、ロータの磁極数にあわせてステータの軸方向の一端面に位置検出用コイルをステータの略磁極数分の１に配置し、ロータの回転による磁束密度の変化をこの位置検出用コイルに発生する誘起電圧として検出して、この誘起電圧と軸方向変位量との関係を予め登録して、これを比較することで位置検出する方法が提案されている（以下、従来例２と呼ぶ。特許文献２参照）。

また、特許文献３に記載の「キャンドモータの軸方向変位検出装置」のように、モータ軸端に差動トランスを設けて、モータ固定子とモータ回転子との軸方向位置の相対的な位置変化を検出する方法が提案されている（以下、従来例３と呼ぶ。特許文献３参照）。

特公平８−１３１８３号公報 特開２００９−１７１７１８号公報 特開平８−９３６８１号公報

廃棄されたルームエアコン、冷蔵庫、除湿機等の圧縮機のモータロータはその形状や寸法が多種多様であり、具体的には、モータロータの長さや積層鋼板の外径や埋め込まれた磁石の極数が取り扱う物品によって異なるため、上記従来例１のようなエッジ検出方法では、モータロータの軸方向長さが固定子長さに比べて長すぎたり、もしくは短すぎたりすると有効な検出出力が得られず、モータロータの端面位置の測定が不能になったり、計測誤差が大きくなることがある。

そのため、長さを変えた固定子を複数台用意する必要があり、有意な信号処理ができるまで固定子とモータロータの組み合わせを変えて測定する必要があり、測定時間が長くなるだけでなく、長さの異なった固定子を配置するために余分な装置スペースが必要になり、廃棄されたルームエアコン、冷蔵庫、除湿機等の圧縮機のモータロータのように異なる直径や長さの組合せが多数存在するようなモータロータに対応するのは困難であった。

次に、上記従来例２のようなロータの磁極数にあわせてステータの軸方向の一端面に位置検出用コイルをステータの略磁極数分の１に配置し、ロータの回転による磁束密度の変化をこの位置検出用コイルに発生する誘起電圧として検出して、誘起電圧と軸方向変位位置の関係を予め登録して、これを比較することで位置検出する方法では、対象となる廃棄されたルームエアコン、冷蔵庫、除湿機等の圧縮機のモータロータのように異なる直径や長さの組合せが多数存在し、また、ロータの磁極数も任意で、さらに、固定子の回転子を挿入する穴の直径を固定した場合、回転子であるロータと固定子との隙間に出来るエアーギャップが検出対象であるロータ毎に変化するので、ステータの軸方向の一端面に設けた位置検出用コイルに誘起される電圧が対象となるロータによって全て異なるため、複数のロータ径と複数の磁極数に合わせたステータを複数台用意する必要があり、有意な信号処理ができるまで固定子とモータロータの組み合わせを変えて測定する必要があり、測定時間が長くなるだけでなく、ロータ径と磁極数に適合した固定子を配置するために余分な装置スペースが必要になり、廃棄されたルームエアコン、冷蔵庫、除湿機等の圧縮機のモータロータのように異なる直径や長さの組合せが多数存在するようなモータロータに対応するのは困難であった。

また、１種類のステータで対処するには、全てのロータに対応したテーブルを予め登録する必要があり、メーカー、年式、製品機種の全てに対応することは困難で、事実上対応は不可能であった。

次に、従来例３のようなモータ軸端に差動トランスを設けて、モータ固定子とモータ回転子との軸方向位置の相対的な位置変化を検出する方法では、予め許容寸法内に位置寸法関係が規定されている必要があり、廃棄されたルームエアコン、冷蔵庫、除湿機等の圧縮機のモータロータでは、積層鋼板と黄銅製ウェイトがリベットなどで結合されているため
、モータロータを基準位置で把持して差動トランスの磁性体を計測対象のモータロータに押し当ててモータロータの端面位置を計測しても、黄銅製ウェイトの形状寸法が多種多様で黄銅製ウェイト部の厚みが任意であるため、積層鋼板と黄銅製ウェイトの境界を検出するには予め寸法を機種ごとに登録しておくことが不可欠である。

また、この方法の変形適用として、モータロータを差動トランスの磁性体として動作するように構成するようにしても、磁性体である積層鋼板部分の軸方向長さが任意の寸法のロータを対象にするため、差動トランスの１次コイル、２次コイルの軸方向長さによっては寸法検出ができなくなるので、長さを変えた１次コイル、２次コイルを複数台用意する必要があり、有意な信号処理ができるまで１次コイル、２次コイルとモータロータの組み合わせを変えて測定する必要があり、測定時間が長くなるだけでなく、長さの異なった１次コイル、２次コイルを配置するために余分な装置スペースが必要になり、廃棄されたルームエアコン、冷蔵庫、除湿機等の圧縮機のモータロータの異なる直径や長さの組合せが多数存在するようなモータロータに対応するのは困難であった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、異なる直径や長さの組合せが多数存在するようなモータロータとバランスウェイトの接合位置を検出する方法および検出装置を提供することを目的としている。

この発明にかかる積層鉄心端面の検出装置は、積層鉄心を含むモータロータの円筒面外に、上記モータロータの回転軸を中心として所定の角度で互いに対向する磁極面を各々有し、当該磁極面間の間隔をモータロータのサイズに応じて所望の大きさに設定変更可能であって磁路を形成する２個の鉄心と、上記磁極面の一方の端面に装着された複数の磁束検出素子と、上記磁路を上記モータロータの回転軸方向に移動可能とする磁極駆動機構と、を備え、
上記磁束検出素子が設置されている磁極面は、当該磁極面のうち、上記磁束検出素子が上記磁極面と接している箇所を除いた表面部分において凹状に凹んだ部分を有しており、上記磁極面を所望の間隔に設定して上記磁路を上記モータロータの回転軸方向に移動した場合に、上記磁束検出素子により測定される磁束密度の変化を測定することにより、上記積層鉄心の回転軸方向の境界端面を検出するものである。

この発明によれば、一方の鉄心の磁極面にホール素子や磁気抵抗効果素子などの複数の磁束検出素子を設けた複数の鉄心から構成される磁路によりモータロータを挟み、磁路とモータロータとをモータロータの軸方向に相対的に移動させるので、モータロータの直径が異なった場合でも、磁路の磁極面をモータロータに密着して所定の間隔で設定変更してモータロータの軸方向に走査できるので、隙間の大きさに対応した信号強度の補正や、モータロータの積層鉄心とバランスウェイトとの境界を検出した信号の強さを予め登録しておいた信号強度テーブルと比較するといった操作が不要で、また、有意な信号を測定するために複数の検出機構を備えることなく、ひとつの磁極駆動機構で検出できる。さらに、磁束検出素子の設置している表面以外の部分が凹状に凹んで形成されており、この表面形状効果により、複数の磁束検出素子相互間のクロストーク量が減るといった従来にない顕著な効果を奏するものである。

本発明の実施の形態１による積層鉄心端面の検出装置を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１による積層鉄心端面の検出装置を示す積層鉄心の軸方向と直角な断面図である。 本発明の実施の形態１による積層鉄心端面の検出装置を示す積層鉄心の軸方向と平行な断面図である。 本発明の実施の形態２による積層鉄心端面の検出装置を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１および実施の形態２による検出用鉄心の磁束検出素子を取り付ける端面の形状を示す断面図である。 本発明の実施の形態４による鉄心の磁極端の形状を示す断面図である。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による積層鉄心端面の検出装置を示す斜視図である。第１の鉄心１と、第１の鉄心１の端面である磁極面１１と対抗する別の端面である磁極面１２に２個以上の複数の、ホール素子や磁気抵抗効果素子などの磁束検出素子４を装着した第２の鉄心２とで形成される磁路３は、第１の鉄心１の磁極面１１と対向する第２の鉄心２の磁極面１２との間隔を所望の間隔に変更できるように、第1の鉄心1と第２の鉄心２とを直接接触させて接触状態を保ったまま摺動しつつ、それぞれの鉄心が移動できるように構成している。また、第１の鉄心１には磁界を発生させる励磁コイル５が巻回されている。励磁コイル５を巻回した磁路３は磁極駆動機構６に接合される。なお、励磁コイル５は第２の鉄心２に巻回してもよく、さらに、第１の鉄心1と第２の鉄心２の両方に巻き回して
もよい。

このような構成によれば、第１の鉄心１の磁極面１１と対向する第２の鉄心２の磁極面１２との間隔が伸縮できるので、積層鉄心２１と黄銅製のバランスウェイト２２からなるモータロータ２０を磁路３の磁極面１１と磁極面１２との磁極間に所望の間隔で隙間なく挟み込むと共に、磁極面１１と磁極面１２をモータロータ２０の軸方向に沿って移動できる。

この方式による動作を説明する。まず、モータロータ２０の積層鉄心２１部分を第１の鉄心１の磁極面１１と第２の鉄心２の磁極面１２の間に配置して挟んだ後、磁路３に通すことができる許容磁束密度以下の磁束が発生できるように、励磁コイル５に図示しない励磁電源装置から励磁電流を流す。このときに発生させる磁束は基準値となる磁路３の飽和磁束密度以下になるように磁束検出素子４により磁束密度を測定して、この測定値を基準値と一致するように励磁コイル５に流す励磁電流を図示しない電源装置により流し、この励磁電流値を固定する。

次に、磁路３をモータロータ２０の軸方向に沿って移動させた場合のモータロータの積層鉄心位置と磁路の軸方向位置による磁束密度の変化について図２を用いて説明する。図２において、Ｔは磁極面の積層鉄心の軸方向のサイズ、Ｌは積層鉄心が磁極面と対向する面の積層鉄心の軸方向サイズを示す。磁路３をモータロータ２０の軸方向に沿って移動させると、磁束検出素子４の位置が積層鉄心２１の端面位置から離れるので、磁束検出素子４の検出信号は図２に示すように磁極面１２における磁束密度の変化は積層鉄心２１と磁極面１２とが向かい合う面積の変化に対応して増加するが、励磁コイル５によって発生させている磁束は磁路３の飽和磁束密度以下に設定しているため、磁極面１２に設けた磁束検出素子４が積層鉄心２１の端面の位置を越えても飽和磁束密度を越えることがないので積層鉄心２１の端面から磁束検出素子４を設置している位置への漏洩磁束が無視できるため、磁束検出素子４で検出する磁束密度の検出信号強度は図２（ｂ）に示すように積層鉄心２１の端面位置で減少するので、モータロータ２０の積層鉄心２１とバランスウェイト２２との境界が検出できる。

したがって、同様に、モータロータ２０の直径や長さが変わっても隙間なく所望の間隔で挟み込め、モータロータの軸方向に移動して磁束量の変化を検知するので、廃棄されたルームエアコン、冷蔵庫、除湿機等の家電製品の圧縮機から取出されるような直径や長さの組み合わせが多数存在するようなモータロータの積層鋼板と黄銅製ウェイトとの接合位置の回転軸方向の境界、もしくは積層鋼板単独で形成される円筒様構成体の回転軸方向の端面位置を検出することが出来る（以下においては上記接合位置の境界および上記端面位置を併せて境界端面と呼ぶ）。

図３は本発明の実施の形態１による積層鉄心端面の検出装置を示す積層鉄心の軸方向と直角な断面図である。なお、モータロータ２０の内部構造は外部から直視できないので、任意の状態でモータロータ２０を鉄心で挟んだ場合、モータロータ２０の回転位置は積層鉄心内に装着される磁石２３が積層鉄心２１内を通過する磁束にほぼ沿って位置する状態（ａ）から、積層鉄心内に装着される磁石２３が積層鉄心２１内を通過する磁束に対し横切る位置にある状態（ｂ）までの回転位置の間になる状態で、モータロータの回転軸を中心にして互いに所定の角度、すなわち、１８０度の角度で、鉄心に挟まれて装着されるが、鉄心１の磁極面１１と鉄心２の磁極面１２の形状を、モータロータ２０の円筒面上の接点近傍の磁束が集中する狭い範囲に形成するようにすれば、鉄心１の磁極面１１からモータロータ２０を通過する磁束は磁極面１１から集中してモータロータ２０に入り、モータロータ２０から磁極面１２に集中する様に入るので、内部構造に大きく影響されることはない。なお、この説明では、磁束が磁極面１１からモータロータ２０を経由して磁極面１２に達する向きで説明したが、磁束の向きは本説明と逆向きでも同様の効果を有する。また、この説明では、積層鉄心２１内に装着される磁石の数量を４極の正多角形で示したが、磁極数は４極以外でもよく、磁石の内部配置も例えば星型形状（ｃ）のような配置形状でもよい。

さらに、上記においては、２個の鉄心がモータロータの回転軸を中心にして互いに１８０度の角度で、モータロータの円筒面外に装着された場合を例に説明したが、所定の角度は、これに限らず、１８０度より小さい角度（例えば互いに１２０度の角度）になるよう設定してもよい。このようにすれば、より小さいサイズの鉄心を用いることができ、装置全体を小型化できる利点がある。

実施の形態２
図４は本発明の実施の形態２による積層鉄心端面の検出装置を示す斜視図である。第１の鉄心１と、第１の鉄心１の磁極面１１と対抗する磁極面１２に磁束検出素子４を装着した第２の鉄心２とで形成される磁路３は、第１の鉄心１の磁極面１１と対向する第２の鉄心２の磁極面１２との間隔を変更できるように、第１の鉄心１と第２の鉄心２とを旋回軸７を中心に旋回できるように構成してされている。第１の鉄心１には磁界を発生させる励磁コイル５が巻回されている。励磁コイル５を巻回した磁路３は磁極駆動機構６に接合される。この場合においては、磁極駆動機構６はモータロータ20に対して、相対的に上下方向（モータロータの回転軸方向に同じ）に移動可能に設定されている。モータロータを非磁性の軸(図示せず)に勘合させ、全体として相対的に上下方向に移動させてもよい。

実施の形態３
図５は本発明の実施の形態３による鉄心の磁極面に２個以上(ここでは3個の場合の例)
の複数の磁束検出素子(図中、黒の四角形で示した箇所)を取り付けた状態を示す断面図である。磁束検出素子を複数個設置することで、検出感度や検出精度をより良いものにすることが可能である。

実施の形態４
図６は本発明の実施の形態４による鉄心の磁極端の形状を示す断面図である。図のように、モータロータに対向している鉄心部分のうち、磁束検出素子の設置している表面以外の部分が凹状に凹んで形成されており、この表面形状効果により、複数の磁束検出素子相互間のクロストーク量が減ることが期待できる。

１ 鉄心１、２ 鉄心２、３ 磁路、４ 磁束検出素子、５ 励磁コイル、６ 磁極駆動機構、７ 旋回軸、１１ 磁極面、１２ 磁極面、２０ モータロータ、２１ 積層鉄心、２２ バランスウェイト、２３ 磁石。

Claims (3)

1. 積層鉄心を含むモータロータの円筒面外に、上記モータロータの回転軸を中心として所定の角度で互いに対向する磁極面を各々有し、当該磁極面間の間隔をモータロータのサイズに応じて所望の大きさに設定変更可能であって磁路を形成する２個の鉄心と、
   上記磁極面の一方の端面に装着された複数の磁束検出素子と、
   上記磁路を上記モータロータの回転軸方向に移動可能とする磁極駆動機構と、
   を備え、
   上記磁束検出素子が設置されている磁極面は、当該磁極面のうち、上記磁束検出素子が上記磁極面と接している箇所を除いた表面部分において凹状に凹んだ部分を有しており、
   上記磁極面を所望の間隔に設定して上記磁路を上記モータロータの回転軸方向に移動した場合に、上記磁束検出素子により測定される磁束密度の変化を測定することにより、上記積層鉄心の回転軸方向の境界端面を検出することを特徴とする積層鉄心端面の検出装置。
2. 上記２個の鉄心が旋回軸で結合され、当該旋回軸を中心に上記鉄心が回動可能に設定されていることにより、上記磁極面間の間隔をモータロータのサイズに応じて互いに所望の大きさに設定変更可能としたことを特徴とする請求項１に記載の積層鉄心端面の検出装置。
3. 積層鉄心を含むモータロータの円筒面外に、上記モータロータの回転軸を中心として所定の角度で互いに対向する磁極面を各々有し、当該磁極面間の間隔をモータロータのサイズに応じて所望の大きさに設定変更可能であって磁路を形成する２個の鉄心と、
   上記磁極面の一方の端面に装着された複数の磁束検出素子と、
   上記磁路を上記モータロータの回転軸方向に移動可能とする磁極駆動機構と、
   を備えた装置であって、
   上記磁束検出素子が設置されている磁極面は、当該磁極面のうち、上記磁束検出素子が上記磁極面と接している箇所を除いた表面部分において凹状に凹んだ部分を有している装置を用いて、
   上記磁極面を所望の間隔に設定して上記磁路を上記モータロータの回転軸方向に移動しつつ、上記磁束検出素子により測定される磁束密度の変化を計測することにより、上記積層鉄心の回転軸方向の境界端面を検出する積層鉄心端面の検出方法。

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