JPS6142509B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、モータが、永久磁石回転子および固
定子巻線を有し、回転子の回転角度位置を検出す
る１つの検出コイル、および固定子巻線と共に電
源に直列接続された制御可能な電子調節素子が設
けられており、この調節素子が、回転子の回転角
度位置に依存して固定子巻線の起磁力を制御し、
その際帰還増幅器と、帰還路において検出コイル
によつてインダクタンスが決まるLC振動回路と
を有する発振器の、周波数が回転子回転速度より
高い振動が、検出コイルのパラメータ変化によつ
て投入かつしや断可能であり、かつ制御信号が変
調された発振器振動から取出し可能であるように
して、回転子回転によつて生じる検出コイルのパ
ラメータ変化が、調節素子の制御信号に変換可能
であるブラシレスモータの制御装置に関する。

ドイツ連邦共和国特許出願第2527057、９−32
号明細書において、このような制御装置はすでに
提案されており、この制御装置において、回転子
の回転角度位置を検出するため、回転子の磁界が
検出コイルのインダクタンスに作用を及ぼす。そ
の際調節素子の制御信号を回転子の正しい回転角
度位置において発生するため、検出コイルを、固
定子の所定の位置に取付けなければならない。し
かしこの位置は接近し難く、その際コイルが大き
いと、さらに検出コイルの収容は困難になる。

本発明の課題は、初めに述べたような制御装置
を、検出コイルの取付けおよび構成に関して一層
大きな自由度が得られるように改善することにあ
る。

本発明によればこの課題は、次のようにして解
決される。すなわち発振器の振動を投入かつしや
断するため、回転子と共に回転しかつ１つの検出
コイルのそばを通つて回転する金属素子によつ
て、LC振動回路の損失が制御可能であり、前記
金属素子は回転子の端面側に取付けられ、かつ検
出コイルは固定子の巻線頭部の間に取付けられ
る。

この装置において発振器の振動状態は、場合に
よつては検出器コイル内に回転子磁界によつて生
じる誘導にかなりの程度まで無関係である。それ
故に金属素子の位置は、かなり自由に選ぶことが
でき、特に空間的かつ電気的に最適なように、例
えば外部磁界にかなりの程度まで無関係なように
撰ぶことができる。検出コイルのコアは、飽和で
きる必要はなく、かつバイアス磁化する必要もな
い。コイルの構成は相応して簡単にすることがで
きる。それでも発振器の切換感度は比較的高い。

なるべく金属素子は軟鉄から成るようにする。
軟鉄は、比較的高い固有抵抗を有し、かつ相応し
て例えば銅またはアルミニウムより高い損失を有
する。

金属素子が、回転子軸に対して横向きの回転子
の端面に取付けられていると、特に有利である。
端面は、特に容易に接近でき、かつ通常空いてい
る固定子の巻線頭部の間に検出コイルの保持体を
取付けることができる。

検出コイルの有限の寸法を考慮して、検出コイ
ルの信号から180゜だけ位相のずれた制御信号が
取出し可能であるように、金属素子は、回転子の
180゜より小さな回転角度範囲にわたつて電気作
用を及ぼすように広がるようにする。

その際損失を生じる複数の金属素子を円周上に
均一に分散配置することができ、これら金属素子
の数は、回転子または固定子磁極対の数に相応し
ている。それにより均一で高いトルクが得られ
る。

これらの金属素子は、歯付き円板の歯として形
成すれば特に簡単である。

１つのモータ磁極対を使用する際に金属素子
を、空間的にほぼ180゜にわたつて広がつた平ら
なリング部分として形成でき、このリング部分の
幅が、検出コイルの直径にほぼ等しい。このよう
にして検出コイルの最大作用が回転子半回転にわ
たつて得られ、一方次の半回転の間作用しないの
で、回転子１回転の間、発振器は、従つて１つま
たは２つの調節素子および相応した数の固定子巻
線が、投入かつしや断される。

なるべくリング部分の平均長Ｌおよび平均半径
Ｒ、および検出コイルの直径Ｄが、条件 Ｒ・π＞Ｌ＞Ｒ・π−Ｄ を満たすようにする。この寸法によれば、検出コ
イルが有限の寸法を持つているとしても、回転子
半回転の後にその都度正確にスイツチ過程が開始
するように発振器の切換閾値を設定することがで
きる。

金属素子により生じる回転子の不つりあいを除
去するため、つりあいおもりを、金属素子の位置
に対して回転子回転方向に180゜だけずらして回
転子に取付けることができる。

検出コイルは、開いたつぼ形コアを持つことが
でき、このつぼ形コアの開口は、金属素子の方に
向いている。つぼ形コアは、金属素子の方に向い
た開口側以外のすべての側において検出コイルの
巻線をしやへいしており、かつさらに容易に機械
的に取付けられる。

つぼ形コアは、プリント回路板を通り抜けた金
属ピンによつてこのプリント回路板にろう付けす
ることができる。取付けのこの方法は、特に簡単
であり、かつさらに長持ちする。

さらにつぼ形コアと回路板との間に保持板を取
付けることができる。この保持板は、同時に金属
ピンによつてつぼ形コアと回路板との間に保持さ
れ、かつ簡単に固定子に取付けることができる。

この時回転子の片側で支持された回転子軸が、
冷凍機の往復ピストン圧縮機を駆動するため偏心
装置を有し、かつ偏心装置および金属素子の重心
が、回転子軸の回転軸線の一方の側にあり、また
ついあいおもりの重心が他方の側にあり、かつ回
転子軸の軸受けが、つりあいおもりと金属素子と
の間にある。このように偏心質量の遠心力対の回
転モーメントは互いに逆向きに作用するので、軸
受け摩擦力は減少される。

本発明の実施例を以下図面によつて説明する。

第１図によれば、ブラシレス直流モータ２（第
９図）の固定子１（第９図）は、180゜だけ空間
的にずらされた２つの巻線３および４を有する。
それぞれの巻線３，４は、スイツチとして駆動さ
れる電力トランジスタの形をした制御可能な電気
的調節素子５，６と直列に直流電源７に接続され
ている。それぞれの調節素子５，６に対してフラ
イホイールダイオード８，９が逆並列に接続され
ている。永久磁石として形成された回転子１０の
回転角度位置は、回転子１０の一方の端面の前に
配置された検出コイル１１によつて検出され、一
方同じ回転子端面に取付けられた金属素子１２
は、軟鉄から成るリング部分の形をしており、か
つ検出コイル１１のそばを通過して回転する。検
出コイル１１は、発振器１３内のLC振動回路の
インダクタンスを形成している。発振器１３は、
帰還路１５内にLC振動回路がある帰還増幅器１
４から成る。金属部材１２が検出コイル１１のそ
ばを通る間、検出コイル１１の、従つてLC振動
回路の抵抗損失が増大する。増幅器の増幅度およ
び帰還路の伝達特性は、LC振動回路の損失の増
加のため発振器１３の振動条件がもはや満たされ
ず、この付加的な損失が無い際にしか満たされな
いように、互いに調節されている。従つて発振器
１３の振動は、金属部材１２が検出コイル１１の
そばを通過する期間の度毎に、発振器１３の出力
線１６の上に概略的に示す発振器１３の出力信号
の時間経過の図のように停止する。金属素子１２
の長さ、検出コイル１１の直径および発振器１３
のスイツチ閾値は、発振器の振動が回転子１０の
半回転毎に開始および停止するように決められて
いる。発振器出力信号は、制御ユニツト１７にお
いて復調され、かつ出力線１８および１９におい
て180゜だけ位相シフトされた２つの制御信号に
変換され、かつそれぞれトランジスタ５または６
のベースに供給される。従つてトランジスタ５お
よび６は、180゜の間または回転子半回転の間交
互に導通またはしや断する。それに応じて固定子
巻線３および４に、交互に電流が流れるので、こ
れら固定子巻線は、交互に固定子極を形成する。
固定子１と回転子１０との間の空気間隙内の磁束
密度を対称的に分布することによつて、回転子
が、自動的に始動する所定の静止位置を占めるよ
うに考慮されている。

第２図ないし第４図によれば金属素子１２は、
２つのねじ２０およびワツシヤ２１によつて回転
子１０の一方の端面に取付けられている。リング
部分の形の金属素子１２の平均長Ｌは、平均半径
Ｒを有する弧２２上で測定して次式のように決め
られている。

Ｒ・π＞Ｌ＞Ｒ・π−Ｄ その際Ｄは、検出コイル１１（第６図）の直径
である。検出コイル１１の直径は、金属素子１２
の幅にほぼ等しくなつている（第８図）。特に第
３図および第４図からわかるように、回転子１０
の他方の端面につりあいおもり２３が、金属素子
１２と同様に取付けられており、しかもつりあい
おもり２３と金属素子１２との重心が、同一回転
子軸平面にあるが、回転子回転軸の両側にあるよ
うに取付けられている。このようにして金属素子
１２とこの金属素子の取付け装置によつて生じる
回転子の不平衡はつりあうようになる。つりあい
おもり２３および金属素子１２は、同じ形をして
おり、かつ回転子軸から同じ距離のところにあ
る。

例えば第５図ないし第７図に示すように、検出
コイル１１は保持体２４に取付けられており、こ
の保持体は、曲げられた保持板２５および回路板
２６から成り、これらは管リベツト２７によつて
結合されている。検出コイル１１は、つぼ形コア
２８を有し、このコア内に検出コイル１１の巻線
２９が収容されている。回路板２６の下面の４つ
の範囲３０，３１，３２および３３に銅が張付け
られている。つぼ形コア２８の下面に形成された
金属ピン３４および３５は、保持板２５およびを
回路板２６を通り抜けており、かつ検出コイル１
１を保持体２４に取付けるため、範囲３１および
３３にろう付けされている。別の２つの金属ピン
３６および３７は、一方において巻線２９の端部
に、また他方において範囲３０および３２にろう
付けされている。金属ピン３６および３７は、接
続線３８，３９（第１図および第８図）の接続の
ために使われる。

第８図に示すように検出コイル１１は、保持板
２５によつて固定子巻線３および４の頭部間の空
間において、固定子に固定的に結合された部分４
０に取付けられている。金属素子１２と検出コイ
ル１１との間の間隔または空気間隙は、ほぼ0.5
mmである。

第９図によればモータ２は、冷凍機の圧縮機４
１を駆動するため、この圧縮機に連結されてい
る。そのため回転子軸４２は、クランク軸の形を
した偏心装置４３を有し、この偏心装置は、圧縮
機ピストン４４の端部にある円筒形切欠きにおい
て圧縮機ピストン４４の長手軸線に対して横向き
に移動可能に支持された摺動ブロツク４５内に回
転可能に支持されている。偏心装置４３によつて
生じる不つりあいの平衡をとるため、軸４２につ
りあいおもり４６が設けられている。つりあいお
もり２３，４６および偏心装置４３および金属素
子１２の重心は、すべて同一平面内にあるが、つ
りあいおもり２３，４６は、回転子回転軸線の一
方の側に、また偏心装置４３および金属素子には
他方の側にある。このように一方において偏心装
置４３とつりあいおもり４６との、また他方にお
いて金属素子１２とつりあいおもり２３との遠心
力の対によつて作用する回転モーメントは、いわ
ば重心面に対して垂直な軸線のまわりで補償さ
れ、従つてモータ２と圧縮機４１との間で回転子
軸４２を受止める１つの軸受け４７における摩擦
は、最小値に減少される。つりあいおもり２３省
略しかつ相応してつりあいおもり４６を異つた寸
法にした時にも、従つて偏心装置４３および金属
素子１２によつて生じる不つりあいを１つのつり
あいおもりだけで平衡をとる場合にも、同じ作用
が得られる。それに対してつりあいおもり２３を
加えることによつて、すでに量産された回転子軸
４２の寸法をそのままにすることができ、かつ所
望の場合には偏心装置およびつりあいおもり４６
の重心面に関して金属素子１２の別の位置を選ぶ
ことができる。

補充的に次のことを述べておく。すなわち油を
軸の軸線に平行な孔およびらせん状周囲溝を介し
て軸受位置に送るため、圧縮機４１を上にモータ
２を下に置き、かつ回転子軸４２の下端部がカプ
セルの油だめにつかるように、モータ２および圧
縮機４１から成るユニツトは、通常のように密閉
したカプセル内に配置されている。

第１０図による実施例において、固定子１０１
は複数の磁極を有し、これらの磁極上において両
方の巻線３および４（第１図）は、隣接する磁極
が反対の極性ＮおよびＳを有するように巻かれて
いる。その際一方の巻線３がＮ極に対応し、他方
の巻線４がＳ極に対応している。回転子１００
は、交互の極性の同数の磁極を有することができ
る。

この時検出装置は、第１１図に示すような金属
素子１１２を有する。この金属素子は、歯付きリ
ング板の形をしており、このリング板において歯
１１３の数は、固定子１０１または回転子１００
の磁極対の数に等しい。歯は、磁極対と同様に周
のまわりに均一に分布されている。金属素子１２
および１１２は、同様に取付けることができる。
しかし金属素子１１２においてつりあいおもりは
省略できる。

第１０図および第１１図による実施例において
トランジスタのスイツチ周波数は、回転子１０お
よび１００の回転速度が同じならば、第１図の実
施例におけるものより相応して高い。

図示された実施例の変形は本発明の枠内にあ
る。金属素子１２，１１２は、回転子軸４２に直
接取付けることもできる。つぼ形コアの代りに棒
形コアを使つてもよい。コア材料は、フエライト
にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ブラシレス直流モータ用の制御装置
の電気部分を示すブロツク図、第２図は、モータ
の回転子の一方の端面を示す図、第３図は、回転
子の軸線に沿つた断面図、第４図は、回転子の他
方の端面を示す図、第５図は、検出コイル用の保
持体の底面図、第６図は、第５図の保持体を取付
けられた検出コイルと共に示す側面図、第７図
は、第６図による検出コイルを有する保持体の平
面図、第８図は、第９図のＡ−Ａ線に沿つた部分
断面図、第９図は、冷凍機の駆動される圧縮機を
含むモータの部分断面図、第１０図は、モータの
別の実施例の図、第１１図は金属素子の別の実施
例の図である。 １……固定子、１０，１００……回転子、１１
……検出コイル、１２，１１２……金属素子、１
３……発振器、２３，４６……つりあいおもり、
２４……検出コイル保持体、２５……保持板、２
６……プリント回路板、２８……つぼ形コア、４
１……往復ピストン圧縮機、４２……回転子軸、
４３……偏心装置、４７……軸受け。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ モータが、永久磁石回転子および固定子巻線
   を有し、回転子の回転角度位置を検出する１つの
   検出コイル、および固定子巻線と共に電源に直列
   接続された制御可能な電子調節素子が設けられて
   おり、この調節素子が、回転子の回転角度位置に
   依存して固定子巻線の起磁力を制御し、その際帰
   還増幅器と、帰還路において検出コイルによつて
   インダクタンスが決まるLC振動回路とを有する
   発振器の、周波数が回転子回転速度より高い振動
   が、検出コイルのパラメータ変化によつて投入か
   つしや断可能であり、かつ制御信号が変調された
   発振器振動から取出し可能であるようにして、回
   転子回転によつて生じる検出コイルのパラメータ
   変化が、調節素子の制御信号に変換可能であるブ
   ラシレスモータの制御装置において、発振器１３
   の振動を投入かつしや断するため、回転子１０，
   １００と共に回転しかつ１つの検出コイル１１の
   そばを通つて回転する金属素子１２，１１２によ
   つて、LC振動回路の損失が制御可能であり、前
   記金属素子１２，１１２が回転子１０の端面側に
   取付けられかつ前記検出コイル１１が固定子１の
   巻線頭部の間に取付けられていることを特徴とす
   る、ブラシレスモータの制御装置。 ２ 金属素子１２，１１２が軟鉄から成る、特許
   請求の範囲第１項記載の制御装置。 ３ 検出コイルの有限の寸法を考慮して、検出コ
   イルの信号から180゜だけ位相のずれた制御信号
   が取出し可能であるように、金属素子１２，１１
   ２が、回転子の180゜より小さな回転角度範囲に
   わたつて電気作用を及ぼすように広がつている、
   特許請求の範囲第１項記載の制御装置。 ４ 損失を生じる複数の金属素子１１３が、円周
   上に均一に分散配置されており、これら金属素子
   の数が、回転子または固定子磁極対の数に相応し
   ている、特許請求の範囲第３項記載の制御装置。 ５ 金属素子１１３が、歯付き円板の歯である、
   特許請求の範囲第４項記載の制御装置。 ６ １つのモータ磁極対を使用する際に金属素子
   １２が、空間的にほぼ180゜にわたつて広がつた
   平らなリング部分として形成されており、このリ
   ング部分の幅が、検出コイル１１の直径Ｄにほぼ
   等しい、特許請求の範囲第１項記載の制御装置。 ７ リング部分の平均長Ｌおよび平均半径Ｒ、お
   よび検出コイル１１の直径Ｄが、条件 Ｒ・π＞Ｌ＞Ｒ・π−Ｄ を満たしている、特許請求の範囲第６項記載の制
   御装置。 ８ つりあいおもり２３，４６が、金属素子１２
   の位置に対して回転子回転方向に180゜だけずら
   して回転子１０に取付けられている、特許請求の
   範囲第１項記載の制御装置。 ９ 検出コイル１１が、開いたつぼ形コア２８を
   有し、このつぼ形コアの開口が金属素子１２の方
   に向いている、特許請求の範囲第１項記載の制御
   装置。 １０ つぼ形コア２８が、プリント回路板２６を
   通り抜けた金属ピン３４，３５によつてこのプリ
   ント回路板にろう付けされている、特許請求の範
   囲第９項記載の制御装置。 １１ つぼ形コア２８と回路板２６との間に保持
   板２５が取付けられている、特許請求の範囲第１
   ０項記載の制御装置。 １２ 回転子１０の片側で支持された回転子軸４
   ２が、冷凍器の往復ピストン圧縮機４１を駆動す
   るため偏心装置４３を有し、かつ偏心装置４３お
   よび金属素子１２の重心が、回転子軸４２の回転
   軸線の一方の側にあり、またつりあいおもり４６
   の重心が他方の側にあり、かつ回転子軸４２の軸
   受け４７が、つりあいおもり４６と金属素子１２
   との間にある、特許請求の範囲第１項記載の制御
   装置。