JPS62236371A - 安定改善装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ディテントルクを存し、またハウジング内に
配置し、強力な変動トルクが重畳される平均トルクを出
力し、回転する負荷、特に家庭用の小機器を駆動する単
相同期モータのロータの回転の安定性を改善する安定改
善装置に関するものである。

単相同期モータは寸法および効率上の理由からまた干渉
抑圧を必要としないことから例えば柑橘類ジュース絞り
器（特開昭５９−８３５８３号公報参照）などの回転動
作を伴う装置の駆動モータとして好適である。単相同期
モータは、主に駆動される負荷が駆動方向とは関係なく
動作機能を発揮する場合に使用される。

単相同期モータにより駆動される家庭用の小機器におい
ては、回転の安定性はモータの回転方向に多かれ少なか
れ左右されることがわかった。即ち安定動作を損なう強
力な変動トルクが平均トルクに重畳される。単相同期モ
ータの始動条件に基づいて、正逆の回転方向の区別をつ
けること）ができる。正の回転方向とは、電流によって
ロータに発生するトルクが初期的にゼロであり、次にロ
ータが（正方向に）僅かな角度ずれた後、ステータコイ
ルが付勢（通電）されていないとき存在する磁気ディテ
ント（ｄｅｔｅｎｔ）　トルクもゼロになりロータが安
定した休止位置をとるようになる回転方向を意味する。

今日まで実現されている同期モータ駆動装置において、
回転の安定性はこの正の回転方向に関してより良く得ら
れることがわかっている。しかし、単相同期モータの場
合は統計的にみると負の回転方向に対応する始動方向が
好ましいものとしている傾向にある。

更に、単相同期モータの他の欠点としては、このような
モータは摩擦負荷がある場合に始動の問題を受けやすい
点である。即ち、摩擦トルクが臨界ディテントトルクよ
り大きい場合、特にロータ磁界の主磁界とステーク磁界
が平行となる位置ではロータが停止してしまう。

臨界ディテントトルクは、ステークコイルが付勢してい
ないときにロータに加わり、ロータを休止位置からロー
タ磁界およびステータ磁界が平行になる位置に回転させ
る磁気トルクを意味する。

回転カッタを有する乾式ひげそり器において、摩擦負荷
はひげそりヘッドにひげかすが溜まることにより相当増
大し、始動に悪影客を与える。従って単相同期モータの
ための始動補助装置を付加し、始動時における摩擦値に
対して休止状態でロバｊ　　　　　−夕磁界とステータ
磁界の主磁界方向が平行とならないようにし、またこの
平行状態からずれたロータ位置で始動が可能になるよう
にすることが知られている。この平行状態からのずれは
カム−ローラ装置により生ずるようにすることができ、
この装置においてばね負荷ローラがロータに連結したカ
ムに作用し、このカムはロータの中心軸線の周りに鏡対
称の形状とし、これによりカムを上記平行状態に一致し
ない休止位置にカムを回転させる（特開昭６０−１８５
５８１号公報参照）。このような始動機構はＥＴＺ、第
３０巻（１９７８年）Ｎｏ、２　　第５６〜６０頁に記
載されており、この記事の第２ｂ図から始動補助装置の
場合、ばねトルクおよびディテントトルクにより生ずる
総脈動トルクは個別なトルク値より大きくなることがわ
かる。従って動作中の速度変動を減少することは考慮し
ていない。更に、このことは振動動作する装置では重要
ではない。しかし、振動動作の時間関係が問題になる場
合このことは重要になる。

単相同期モータは、その同期動作中でもロータの角速度
の変動は相当大きい。この変動の振幅は同期値の約４０
％にもなる。このことは安定動作に関して厳しい条件が
課されないのが一般的である家庭用機器でも、場合によ
ってはこのことが好ましくない機器もある。例えば、回
転カッタを有する乾式ひげそり器において速度が特定最
小速度より小さくなるときにあごひげを捕まえて切断す
る場合に悪影響が出る。更に、このような速度変動は騒
音を発生する。この騒音は振動カッタのひげそり器にも
見られる。

この点に関してドイツ特許第１４８８２６７号はディテ
ントトルクを人工的に抑制した単相同期モータを提案し
ており、このモータは駆動軸に回転自在に付加的に取付
けた磁石を使用し、関連の磁束帰還鉄心とともにこの付
加した磁石の人工ディテントトルクにより成る動作条件
で一方の回転方向でのみ電流トルクの変動を補償し、ト
ルクをほぼ一定にする。

しかし、このことはロータを極めて複雑な構造にし、有
効磁束が５の因数で約分するよう互いに９０°ずれた少
なくとも２個の磁石素子を有するロータとなる。このこ
とはロータ出力を低下することになる。更に、モータに
よて回転させられるべき磁石の容積は、正しい位相の補
償トルクを発生するには相当大きくなる。概して、この
ことは相当大きな総慣性質量モーメントを考慮するとモ
ータの始動特性に強く影響する。更に、補償装置を付加
することにより全体の構造はより一層がさばり、複雑に
なり、効率が低下し、この補償装置は実際コイルのない
第２のモータの形態をとる。

今日まで速度変動および始動の際の高摩擦付加は、始動
特性、ひげそり特性および騒音発生に関する上述の問題
を考慮すると単相同期モータを乾式ひげそり器に使用す
ることを禁じてきた。

従って、本発明の目的は、回転動作する上述の形式の装
置を得るにあり、しかも前車小型、かつ効率的に単相同
期モータの安定性を改善し、モータの角速度変動を大幅
に減少する安定改善装置を得るにある。更に本発明の他
の目的は始動特性を改善するにある。

この目的を達成するため本発明安定改善装置は、負荷伝
動経路の外部で作用するとともにモータの一方向回転で
の通常動作中のモータの電気機械的変動トルクに反作用
する機械的補償トルクをロータに加え、これらトルクの
位相関係を考慮し、ディテントトルクおよび機械的補償
トルクが、ステータ磁界とロータ磁界とが平行になる位
置からロータを十分離れさせるようロータを回転し、始
動摩擦に打勝つ始動が得られるよう構成したことを特徴
とする。

電気機械的解決法に比べると、カム−追従子機構の形式
の場合、この機械的補償トルクは簡単でスペースを節約
でき、しかも経済的に得られる。

付加した機械的補償トルクのためにディテントトルクを
有する単相同期モータがもはや角速度変動を示さないよ
うになると、速度安定性および静粛性に関する特性はｄ
、ｃ、モータまたは同期モータのものに類似するように
なり、従って単相同期モータの適用範囲を広くすること
ができる。

本発明の好適な実施例においては、前記補助ト♂ｉ　　
　　ルクはモータの回転方向に基づいてモータの電気機
械的変動トルクに反作用し、逆方向の回転を阻止する。

更に、本発明の他の好適な実施例においては、前記ロー
タには、負荷伝達経路の外部で付加的に作用するととも
にモータのロータの正方向の回転における電気機械的変
動トルクに反作用する機械的補償トルクの作用を与え、
前記正の回転方向は、電流によりロータに生ずるトルク
が初めはゼロであり、次いで僅かな角度にわたってシフ
トしてステータコイルが付勢されていないとき存在する
磁気的ディテントトルクがゼロになるとともに同時にロ
ータが安定した休止位置をとり、逆方向の回転が阻止さ
れる方向とする。

単相同期モータが正の回転方向でのみ回転することがで
き、しかも機械的補償トルクがロータに作用するとき、
この単相同期モータは動作が静粛で特定の回転方向が必
要とされる装置に適用できることになる。このことは、
例えば一方の側面が強く押し付は合わされるカッタを有
するひげそり器に適用できる。

本発明の更に他の好適な実施例においては、前記付加し
た機械的補償トルクは、ロータ軸に配置したカムとこの
カムに追従かつ圧着する回転自在に支承した１個または
複数個の追従ホイールとを有するカム−追従子機構によ
り生ずる構成とする。

このようなカム−追従子機構は負荷伝達経路、例えば駆
動機構に作用して補償効果を生ずる。１個の追従ホイー
ルを使用する場合、この追従ホイールは付加的なばねに
よりカムに圧着する。２個の追従ホイールを使用する場
合、接触を維持するのにばねは不要であるが、付加的な
機械的トルクを発生させる必要がある。

本発明の更に他の好適な実施例においては、追従ホイー
ルまたは複数個の追従ホイールのうち１個の半径方向表
面に圧着する弾性阻止素子により前記阻止を行い、前記
半径方向表面は、追従ホイールの好ましくない方向に回
転する際前記阻止素子が衝合する阻止表面を有するもの
として形成する。

この場合、前記阻止素子は追従ホイールと同一の素子に
配置した射出成形プラスチック部分として構成するとよ
い。

本発明の更に他の好適な実施例においては、前記電磁モ
ータトルクと機械的補償トルクの変動波形は振幅がほぼ
等しく、所定の好ましくは正の回転方向に関して位相が
逆向きとなる構成とする。

この結果通常動作中変動トルクの変動波形は互いに相殺
し、動作が相当静粛になる。更に付加的に脈動負荷トル
クを発生させる場合（例えば振動動作を行わせる場合の
ように）でも静粛性は同様にして容認しうるちのになる
。

更に、本発明の好適な実施例においては、前記圧力、従
って弾性作用は衝合部に圧着する圧縮ばねにより発生さ
せ、初期圧力およびばね定数は所定カム寸法に対して電
磁モータトルクおよび機械的補償トルクの変動波形がほ
ぼ等しくなるよう選択する。このことにより変動トルク
の補償はより−Ｊ？５経済的で小型な構造のもので行う
ことができるようになる。

更に、本発明の好適な実施例においては、カムの長袖と
永久磁石ロータの磁化方向とがなす角度を、通常の動作
中電磁モータトルクおよび機械的補償トルクの変動波形
の位相が逆向きとなり、振幅が所要の好ましくは正の回
転方向にほぼ等しくなるよう選択する。このことにより
、負荷に対する最適な補償は単にカムを回転することに
より得られることになる。更に脈動負荷トルクに対する
補償も可能となる。

次に図面につき、本発明の好適な実施例を説明する。

第１図には、取付壁１に取付けた単相同期モータ２を示
し、このモータ２は回転軸または駆動軸（ロータ軸）５
により永久的に連結した負荷３を駆動する。この負荷は
、例えば柑橘類のジュース絞り器のプレスコーン、ナイ
フシャーブナの研摩ホイールまたは回転カッタ式の乾式
ひげそり器のカッタセットとすることができる。単相同
期モータ２の動作の安定性を改善するための装置６を単
相同期モータ２の駆動軸５に連係動作させる。この動作
安定改善装置６を第２乃至４図につき詳細１パ　　　　
　に説明する。

第２図に示すように、単相同期モータ２のロータ２ａは
磁極片４ｂ間のエアギャップ４ａ内で回転する。励磁コ
イル４ｄは磁極片４ｂを有するＬ字状のステータ鉄心４
Ｃに設ける。単相同期モータの駆動軸５をロータ２ａの
両端からロータ２ａに直交するよう突出させる（第２図
では図面の平面に直交し貫通方向に指向する）。駆動軸
５の他端は単相同期モータの他端に向かって指向し、第
２図の図面の平面を突き抜けて負荷３を駆動する。

ロータの中心軸線１０に関して鏡対称のカム７を駆動軸
５に取付ける。カムの表面の輪郭を参照符号８で示し、
ロータの中心軸線であるカム長軸を参照符号ｌＯで示す
。

追従ホイール１３をカム−追従子機構１５のころ軸受１
４に支承し、この追従ホイール１３をカム７に圧着させ
る。カム−追従子機構１５は枢軸１８の周りに回動自在
のレバーアーム１６を有する。

図示しない実施例においては、レバーアームをころ軸受
の手前で二股にし、この二股の各脚に追従ホイールを担
持することもできる。この場合鏡対称のカムを双方の追
従ホイールに常に接触させる。

初期圧力を止めねじ２３により調整できる圧縮ばね２１
をレバーアーム１６に作用させる。圧縮ばね２１の中心
軸線２４はカム−追従子機構１５の中心位置でモータの
駆動軸５を通過し、また枢軸１８ところ軸受１４を結ぶ
ライン３６に直交するよう配設する。

追従ホイール１３に設けた弾性を有する摩擦リング４３
の表面３４をカム７の表面８に圧着させる。この圧着の
圧力は、追従ホイール１３が、カム７から離れず、また
ロータ２ａの回転に悪影苦を与える程大きくならない程
度の大きさとする。

圧縮ばね２１により追従ホイール１３を介してカム７、
従ってロータ２ａに加わるトルクは実際の負荷伝達経路
の外部の付加的な機械的補償トルクとしてロータ２ａに
作用する。この機械的補償トルクは、モータの電気機械
的変動トルクに対して例えばロータの正の回転方向に関
して反作用する。この正の回転方向は、電流によりロー
タに生ずるトルクが初期にゼロとなり、次いで僅かな角
度にわたりシフトし、ステータコイルが付勢（通電）さ
れていないとき存在する磁気ディテントトルクが、ゼロ
となり、この位置においてロータの安定休止状態が得ら
れる方向とする。これにより逆（負）の方向の回転は阻
止され、正方向での回転を確実にする。磁気ディテント
トルクは、ステータコイルが付勢されていないときロー
タの磁石の回転に対抗するトルクを意味するものと理解
されたい。ステータコイルが付勢されていないとき、ロ
ータはロータの磁石により生ずる磁気力の結果としてス
テータの磁極片４ｂに対する特定の休止位置に回転する
。

一方向装置４１によりこの実施例においてロータの正方
向の回転が得られ、この一方向装置はカム−追従子機構
１５のレバーアーム１６と追従子ホイール１３との間に
配置し、この追従ホイール１３の周面には例えばゴム製
のＨ擦すング４３を設ける。一方向装置４１は、取付ピ
ン４７、阻止フック４９、および取付ピン４７と阻止フ
ック４９とを連結する弾性ブリッジ５１（第３および４
図参照）を具える阻止素子４５を有するものとして構成
する。取付ビン４７はレバーアーム１６に形成した孔５
３に取付けて保持する。阻止フック４９はレバーアーム
１６に形成した他の孔５５に貫通させ、この孔内で移動
自在にする。弾性ブリッジ５１は常に阻止フック４９を
追従ホイール１３の半径方向表面５７に圧着させる。

追従ホイール１３の半径方向表面５７には窪み５９を成
形する。この窪み５９には周方向に２個の異なる形状の
壁６１．６３を設ける。壁６１は阻止フック４９のため
の阻止壁をなし、従って半径方向表面５７に直交する。

他方の壁６３は阻止フック４９が摺動することができる
傾斜面とする。

この一方向装置はモータの回転方向に基づいて動作する
。ロータ２ａが追従ホイール１３を矢印６５の方向にカ
ム７を介して回転するとき、阻止フック４９は傾斜壁６
３を経て窪み５９から連続的に１１　　　　　抜は出る
ことができる。しかし、カム７が追従ホイールを矢印６
７で示す方向に回転するとき、阻止フック４９は阻止壁
６１に衝合し、追従ホイール１３は阻止される。しかし
追従ホイール１３の摩擦リング４３の表面３４とカム７
との間の摩擦が大き過ぎると追従ホイール１３はロータ
２ａを停止させてしまう。このことは単相同期モータの
回転方向が逆転することを意味する。負荷のための伝動
素子ではなく単なる伝動の補助を行う摩擦リングの弾性
構造により、阻止インパルスは抑止され、この伝動系は
機械的に和らげられる。摩擦リング４３の表面の変形に
より阻止は擬偵連結状態の様相を呈する。一方向装置の
阻止動作は、ロータ２ａが好ましい方向の回転即ち機械
的補償装置が良好な動作上の安定性を示す回転方向にの
み回転を開始するよう選択する。更に、この回転方向で
生ずるノイズは不快でなくなる。また阻止フック４９の
後壁７１は孔５５の壁７３に弾性的に衝合するようにす
る。更に、一方向装置４１のばね定数および質量は、装
置の作動中振動を減少し、阻止フックが追従ホイール１
３に極めて穏やかに掛合するように選択すべきである。

このため弾性ブリッジ５１はプラスチックで形成すると
好適である。弾性ブリッジ５１の圧力はモータの回転が
安定化し、減衰装置を付加する必要がない寸法のものと
する。所要の圧力は予張力を与えた弾性圧力素子を使用
することによって得られる。

ただし、電磁モータトルクおよび機械的補償トルクの変
動波形はほぼ等しい振幅で、所要の、好適には正の回転
方向に位相的に逆向きになるようにする。このことは衝
合部に作用する圧縮ばね２１により弾性作用を生じ、こ
のばねの初期圧力およびばね定数は電磁モータトルクお
よび機械的補償トルクの変動波形の振幅がほぼ等しくな
るよう選択することによって得られる。更に、このこと
はカムの寸法に基づく。ロータの磁石の磁化方向に対す
るカム７の位置はトルク間の位相関係を決定する。従っ
て、カムの長袖ｌＯとロータ２ａの永久磁石の磁化方向
１１とがなす角度βは、装置の通常の動作中選択した回
転方向において電磁モータトルクおよび機械的補償トル
クの振幅がほぼ等しいとき、双方のトルクの変動波形が
逆位相となるよう選択する。総電磁トルクの振幅と位相
角は、基本的には変動トルクおよびディテントトルクの
重ね合わせにより決定することができる。このとき負荷
トルクの脈動も許容される。

動作安定性を改善するこのような装置を使用するとき、
角速度変動は、摩擦トルクおよび慣性トルクにより生ず
るモータの固有変動よりも相当小さく、予め定めた最大
値よりも小さくすることができる。容認できる最大値は
主に使用目的に基づき、補償手段がないモータの場合変
動の最大値は、同期角速度の平均値の４０％にも達する
が、これよりも大幅に小さくすることができ、例えば同
期角速度の平均値の５〜１０％のオーダーにすることが
できる。

始動時の摩擦負荷即ち負荷トルクは補助機構を使用する
とき臨界ディテントトルクを越える。この臨界ディテン
トトルクは、コイルが付勢されていないときロータに加
わり、安定した休止位置からステータの磁界方向とロー
タの磁界方向とが平行になる位置に回転する磁気トルク
である。好適には選択した回転方向に関する通常動作中
の速度変動を減少させる効果と摩擦がある場合の始動特
性を改善する効果の両方を得るよう角度βを選択する。

始動に関して正の回転方向が好ましい。即ちこの正の回
転方向ではディテントトルクおよび機械的補助トルクは
角度βを適正に選択すると互いに増大し合うためである
。

回転する負荷がある場合に安定性を改善するのに上述の
ような装置を単に付加するだけで一方向の角速度の変動
は相当減少する。逆に、逆方向の回転においては無負荷
状態を無視すると変動は相当増大する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、安定改善装置を設けた単相同期モータにより
柑橘類ジュース絞り器の駆動機構を示す略図的説明図、 第２図は、第１図の矢印Ｈの方向から見た側面Ｉ　　　
　　図、 第３図は、単相同期モーフの駆動軸に取付けた鏡対称形
状のカムに追従ホイールが追従するカム−追従子機構を
示す線図、 第４図は、第３図のｎｕ−ＩＩＩ線上の縦断面図である
。 １・・・取付壁　　　　　　２・・・単相同期モータ２
ａ・・・ロータ　　　　　　３・・・負荷４ａ・・・エ
アギャップ　　４ｂ・・・磁極片４ｄ・・・励磁コイル
　　　５・・・駆動軸６・・・安定改善装置　　　７・
・・カム８・・・カムの表面　　　　ｌＯ・・・カム長
軸１１・・・磁化方向　　　　１３・・・追従ホイール
１４・・・ころ軸受　　　　１５・・・カム−追従子機
構１６・・・レバーアーム　　１８・・・枢軸２１・・
・圧縮ばね　　　　２３・・・止めねし４１・・・一方
向装置　　　４３・・・摩擦リング４５・・・阻止素子
　　　　４７・・・取付ビン４９・・・阻止フック　　
　５１・・・弾性ブリッジ５３．５５・・・孔　　　　
５７・・・半径方向表面５９・・・窪み　　　　　　６
１，６３・・・壁−９轡　目 Ｃフ 一

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ディテントルクを有し、またハウジング内に配置し
   、強力な変動トルクが重畳される平均トルクを出力し、
   回転する負荷、特に家庭用の小機器を駆動する単相同期
   モータ（２）のロータ（２ａ）の回転の安定性を改善す
   る安定改善装置において、負荷伝動経路の外部で作用す
   るとともにモータの一方向回転での通常動作中のモータ
   （２）の電気機械的変動トルクに反作用する機械的補償
   トルクをロータ（２ａ）に加え、これらトルクの位相関
   係を考慮し、ディテントトルクおよび機械的補償トルク
   が、ステータ磁界とロータ磁界とが平行になる位置から
   ロータ（２ａ）を十分離れさせるようロータ（２ａ）を
   回転し、始動摩擦に打勝つ始動が得られるよう構成した
   ことを特徴とする安定改善装置。 ２、前記補助トルクはモータの回転方向に基づいてモー
   タの電気機械的変動トルクに反作用し、逆方向の回転を
   阻止することを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
   の安定改善装置。 ３、前記ロータ（２ａ）には、負荷伝達経路の外部で付
   加的に作用するとともにモータ（２）のロータ（２ａ）
   の正方向の回転における電気機械的変動トルクに反作用
   する機械的補償トルクの作用を与え、前記正の回転方向
   は、電流によりロータ（２ａ）に生ずるトルクが初めは
   ゼロであり、次いで僅かな角度にわたってシフトしてス
   テータコイル（４ｄ）が付勢されていないとき存在する
   磁気的ディテントトルクがゼロになるとともに同時にロ
   ータが安定した休止位置をとり、逆方向の回転が阻止さ
   れる方向としたことを特徴とする特許請求の範囲第２項
   に記載の安定改善装置。 ４、前記付加した機械的補償トルクは、ロータ軸（５）
   に配置したカム（７）とこのカム（７）に追従かつ圧着
   する回転自在に支承した１個または複数個の追従ホイー
   ル（１３）とを有するカム追従子機構により生ずる構成
   としたこと を特徴とする特許請求の範囲第１乃至３項のうちのいず
   れか一項に記載の安定改善装置。 ５、追従ホイールまたは複数個の追従ホイールのうち１
   個の半径方向表面（５７）に圧着する弾性阻止素子（４
   ５）により前記阻止を行い、前記半径方向表面は、追従
   ホイールの好ましくない方向に回転する際前記阻止素子
   （４５）が衝合する阻止表面（６１）を有するものとし
   て形成したことを特徴とする特許請求の範囲第２乃至４
   項のうちのいずれか一項に記載の安定改善装置。 ６、前記阻止素子（４５）は追従ホイール（１３）と同
   一の素子に配置した射出成形プラスチック部分として構
   成したことを特徴とする特許請求の範囲第５項に記載の
   安定改善装置。 ７、前記電磁モータトルクと機械的補償トルクの変動波
   形は振幅がほぼ等しく、所定の好ましくは正の回転方向
   に関して位相が逆向きとなる構成としたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１乃至６項のうちのいずれか一項に
   記載の安定改善装置。 ８、前記圧力、従って弾性作用は衝合部に圧着する圧縮
   ばね（２１）により発生させ、初期圧力およびばね定数
   は所定カム寸法に対して電磁モータトルクおよび機械的
   補償トルクの変動波形がほぼ等しくなるよう選択したこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第２乃至７項のうちのい
   ずれか一項に記載の安定改善装置。 ９、カムの長軸（１０）と永久磁石ロータ（２ａ）の磁
   化方向（１１）とがなす角度を、通常の動作中電磁モー
   タトルクおよび機械的補償トルクの変動波形の位相が逆
   向きとなり、振幅が所要の好ましくは正の回転方向にほ
   ぼ等しくなるよう選択したことを特徴とする特許請求の
   範囲第２乃至８項のうちのいずれか一項に記載の安定改
   善装置。 １０、カム（７）の追従ホイール（１３）の周面（３４
   ）は弾性を有するものとして構成したことを特徴とする
   特許請求の範囲第４項に記載の安定改善装置。 １１、追従ホイール（１３）の周面（３４）またはカム
   （７）の弾性は前記周面に取付けた弾性リング（４３）
   により得ることを特徴とする特許請求の範囲第１０項に
   記載の安定改善装置。 １２、前記補償機構は負荷トルクを脈動させる構成とし
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１乃至１１項のう
   ちのいずれか一項に記載の安定改善装置。