(57)【要約】  本発明は、ロータ軸を有するロータと、前端部が閉塞又はシールされた円筒壁部を有するキャンと、ステータとを備え、キャンの円筒壁部がロータとステータの間に挿入されたキャンドモータに関する。回転位置及び必要な場合には回転速度を測定するため、キャンドモータには、レゾルバが組み込まれている。レゾルバは、ロータと共に回転するレゾルバロータと、静止したレゾルバステータとを有している。キャンの円筒壁部は、レゾルバロータとレゾルバステータとの間に位置している。レゾルバにより、特にロータの回転位置、また更にその回転数を正確に測定することが可能になり、これにより、電気整流式直流モータの分野で知られているようなモータ制御が可能になる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータ軸（２４）を備えるロータ（１０）と、前端部において閉塞又はシールされた円筒壁部を有するキャン（１８）と、ステータ（１２）とを具備し、前記キャン（１８）の前記円筒壁部が前記ロータと前記ステータの間に位置するキャンドモータにおいて、回転位置、回転速度、及び／又は回転方向を測定するためのレゾルバを備えたことを特徴とするキャンドモータ。
【請求項２】
前記レゾルバが、前記ロータと共に回転可能なレゾルバロータ（１４）と、静止しているレゾルバステータ（１６）とを有し、前記レゾルバロータと前記レゾルバステータとが隙間により隔てられ、前記キャン（１８）の前記円筒壁部が前記レゾルバロータ（１４）と前記レゾルバステータ（１６）との隙間に位置していることを特徴とする請求項１に記載のキャンドモータ。
【請求項３】
前記ロータ（１０）が前記キャン（１８）の内側に配置され、前記ステータ（１２）が、前記キャン（１８）の前記円筒壁部の外側に配置されていることを特徴とする請求項２に記載のキャンドモータ。
【請求項４】
前記レゾルバロータ（１４）が前記キャン（１８）の内側に配置され、前記レゾルバステータ（１６）が前記キャン（１８）の前記円筒壁部の外側に配置されていることを特徴とする請求項３に記載のキャンドモータ。
【請求項５】
前記レゾルバが、前記ロータ（１０）と前記ステータ（１２）とからなるアセンブリの前端部にこれと同軸に配置され、前記レゾルバロータ（１４）の外径が前記ロータ（１０）の外径より小さく、前記レゾルバステータ（１６）の外径が前記ステータの内径より小さいことを特徴とする請求項４に記載のキャンドモータ。
【請求項６】
前記キャン（１８）の前記円筒壁部が、より半径の小さい部分（３４）を有し、この部分が前記レゾルバロータ（１４）と前記レゾルバステータ（１６）との間に挿入されていることを特徴とする請求項５に記載のキャンドモータ。
【請求項７】
前記レゾルバロータ（１４）が、前記ロータの回転軸に対して回転非対称の形状を有することを特徴とする請求項２から６までのいずれか１項に記載のキャンドモータ。
【請求項８】
前記レゾルバロータ（１４）が多角形の形状を有することを特徴とする請求項２から７までのいずれか１項に記載のキャンドモータ。
【請求項９】
前記レゾルバロータが、磁界に影響を及ぼすのに適した材料により形成されていることを特徴とする請求項２から８までのいずれか１項に記載のキャンドモータ。
【請求項１０】
前記レゾルバステータ（１６）が、複数のステータコイル（２８）を有し、レゾルバロータ（１４）とレゾルバステータ（１６）との協働により、前記ロータ（１０）の回転位置、回転数、及び／又は回転方向に関する信号を発生可能であることを特徴とする請求項２から９までのいずれか１項に記載のキャンドモータ。
【請求項１１】
前記ステータコイル（２８）が、磁界を発生し測定するための励磁コイル及び測定コイルを含むことを特徴とする請求項１０に記載のキャンドモータ。
【請求項１２】
前記キャン（１８）の圧力を安定させるため、前記ステータ（１２）及び／又は前記レゾルバステータ（１５）が前記キャン（１８）の前記円筒壁部の外周面に当接していることを特徴とする請求項２から１１までのいずれか１項に記載のキャンドモータ。
【請求項１３】
前記キャンの圧力を安定させるため、前記ステータ（１２）及び／又は前記レゾルバステータ（１６）に樹脂が塗布されていることを特徴とする請求項１２に記載のキャンドモータ。
【請求項１４】
前記レゾルバが、電子式解析装置と接続されていることを特徴とする先行する請求項のいずれか１項に記載のキャンドモータ。
【請求項１５】
前記円筒壁部が金属により形成されていることを特徴とする先行する請求項のいずれか１項に記載のキャンドモータ。
【請求項１６】
前記円筒壁部と前記閉塞された前端部とを有するキャン（１８）が、液体、特に高圧の液体で満たされていることを特徴とする先行する請求項のいずれか１項に記載のキャンドモータ。
【請求項１７】
前記キャン（１８）の前記円筒壁部が、０．１ｍｍから０．５ｍｍの壁厚を有することを特徴とする先行する請求項のいずれか１項に記載のキャンドモータ。
【請求項１８】
前記キャン（１８）の前記円筒壁部が、導電率の低い金属により形成されていることを特徴とする先行する請求項のいずれか１項に記載のキャンドモータ。
【請求項１９】
前記キャン（１８）の前記円筒壁部の自由端部が、Ｏリングによりシールされていることを特徴とする先行する請求項のいずれか１項に記載のキャンドモータ。
【請求項２０】
前記キャン（１８）の前記円筒壁部の自由端部が外側に向けて屈曲されていることを特徴とする先行する請求項のいずれか１項に記載のキャンドモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に対応するキャンドモータ（Spalttopfmotor）に関する。このようなキャンドモータは、例えば欧州特許第０８４６３６５号明細書（Ｂ１）により公知である。
【背景技術】
【０００２】
反応しやすい液体や高純度水などをポンプで送るためには、駆動モータとポンプ本体とを完全に隔離する必要がある。このような用途では、ステータとロータとの間にキャンを備えたキャンドモータを使用することが知られている。また、ロータを、キャンの内部で静水力学的にあるいは滑り軸受を介して保持することも知られている。キャンドモータの利点は、キャン（Spalttohr oder Spalttopf）により、電気的な駆動部を、回転部材及び搬送媒体から完全に隔離できる点である。軸受の構成により、キャンは、ウェットロータ型及びドライロータ型のどちらにも対応することができる。キャンドモータの設計に当たっては、液圧によってキャンが変形しないよう、キャンが十分な強度を有するよう配慮することが重要である。
【０００３】
独国特許公開第１９８４５８６４号公報（Ａ１）は、ステータのコイルがキャンによって保持されたキャンドモータを開示している。ここでは、コイルは、キャンの円筒状の外周面に接している。キャンは、外側に突出した構成要素を有し、この構成要素の周囲又は内側にコイルが巻かれている。これにより、構成が簡単なキャンドモータが実現される。
【０００４】
欧州特許公開第１０２４５８４号公報（Ａ２）は、遠心ポンプのキャンドモータに関するものであり、モータ軸を支持する２つの軸受がキャンの中に配置されたキャンドモータを開示している。この公報によれば、構造が簡単で、容易に且つ低コストで製造することができるキャンドモータが実現される。
【０００５】
欧州特許第０８４６３６５号明細書（Ｂ１）は、ロータと、ステータと、これらロータとステータとの間に配置されたキャンと、少なくとも２つの軸受装置とを備えたキャンドモータを開示している。軸受装置の少なくとも一方は軸受駆動装置として構成され、ロータを駆動及び軸支するための電磁式駆動装置及び磁気軸受装置を有している。ステータには、ロータの位置を測定するためのセンサが設けられており、ロータの軸方向及び半径方向の位置を測定し、制御することができるようになっている。ロータの位置制御は能動的な磁気軸受を介して行われ、ロータは回転自在である。但し、上記センサは、ロータの回転位置、回転速度及び回転方向の測定に適したものではなく、また、そのような測定を行うように構成されたものでもない。
【０００６】
欧州特許第０７５８１５４号明細書（Ｂ１）は、ロータとステータとを備え、さらに、これらロータとステータとの間に挿入され、ロータを囲むように設けられたキャンを備えたキャンドモータを開示している。ここでは、キャンにかかる液圧によるキャンの膨張を防ぐため、ステータは、充填材で満たされたステータ室の中に配置されている。充填材は、特に、ゴム又は高分子材料である。
【０００７】
欧州特許第０７１３２８２号明細書（Ｂ１）は、ロータとステータとの間にキャンを配置し、キャンにより搬送媒体の先端部分と電気駆動部とを隔離したポンプ用キャンドモータを開示している。キャンの壁厚が薄くても構造上十分な強度を確保できるよう、ステータは、キャンの外周面に少なくとも部分的に接するスリーブ状のベースを有している。
【０００８】
従来より、ブラシ付きモータ、三相交流で動作する非同期モータ、又は電気整流式直流モータとして実現される様々なキャンドモータの構造が知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、電気整流式直流モータとして実現可能であって、ロータの回転位置、回転速度、及び／又は回転方向を正確に測定でき、これによりモータを所望の回転方向に回転させ、加えてモータの回転速度又は回転数をきわめて低い回転数に至るまで正確に制御することができるキャンドモータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この課題は、請求項１に記載された特徴を有するキャンドモータによって解決される。
【００１１】
本発明によるキャンドモータは、ロータ軸を備えるロータと、前端部において閉塞又はシールされた円筒壁部を有するキャンと、ステータとを具備し、キャンの円筒壁部がロータとステータの間に位置している。ロータの回転位置、回転数、及び必要な場合には回転方向を測定できるよう、本発明では、キャンドモータと一体のレゾルバを備えている。このレゾルバは、好ましくは、ロータと共に回転するレゾルバロータと、固定されたレゾルバステータとを有し、キャンの円筒壁部がレゾルバロータとレゾルバステータとの間に位置している。レゾルバを備えることで、特に、ロータの回転位置、回転数及び回転速度を正確に測定することができ、従って、キャンドモータを、電気整流式直流モータの分野で知られている方法と同様に制御することができる。モータの回転数及び回転位置を基準とするこの制御方法は、例えば独国特許出願第１０１３０１３０．８号に記載されている。
【００１２】
いわゆるレゾルバを用いて回転位置、回転数及び回転速度を測定する場合、アナログ式のセンサ信号が発せられるため、例えばホールセンサのように分解能が限られているデジタル式センサよりも高い分解能が得られる。レゾルバは、３つの正弦波センサ信号を発生させ、これらの信号により、ロータ軸の位置及び回転方向を測定することができる。レゾルバが構造上有するもうひとつの利点は、キャンの壁部を支持できることであるが、これについては後に詳しく説明する。
【００１３】
レゾルバを備えた動力システムの機能については、例えば、Peter F. Brosch著「最新静止インバータドライブ（Moderne Stromrichterantriebe）」、第２４５頁〜第２４９頁に記載されている。この文献に記載されているように、レゾルバには、複数（例えば２つ）の正弦波信号を発するシステムが設けられており、レゾルバの励磁コイルに電流が流され、電圧信号が測定される。レゾルバを用いることで、位置測定を連続的に行うことができる。この文献は、ここに引用する。
【００１４】
キャンドモータに十分な強度を与えるため、円筒壁部は、金属、特に、非磁性で且つ導電性の低い金属により製造することが好ましい。例えば、非磁性で且つ導電性を有する特殊鋼又は樹脂を用いることが好ましい。
【００１５】
好ましい実施の形態では、キャンドモータはポンプ用モータとして設けられる。また、ロータはウェットロータ型であって、キャンはレゾルバステータ及びステータを搬送媒体から隔離している。レゾルバステータは、図に示すように励磁コイルと測定コイルを有しているが、これについては後述する。円筒壁部及び閉塞され又はシールされた前端部からなるキャンは、搬送媒体（特に、高圧液体）で満たされている。但し、搬送媒体は、高圧の液体でなくても良く、必要に応じて空気であっても良い。キャンドモータの特徴は、キャンが実質的に閉塞されていることである。従って、キャンが閉塞された前方壁部を有している場合もあり、また、キャンの前端部が軸受又はこれに類する部材によってシールされている場合もある。
【００１６】
キャンドモータは、インナーロータ型として実現されることが好ましく、この場合には、ロータはキャンの内側に配置され、ステータはキャンの円筒壁部の外側に配置されることが好ましい。但し、本発明の範囲には、アウターロータ型の構造も含まれる。インナーロータ型の場合、レゾルバロータはキャンの内側に配置され、レゾルバステータはキャンの円筒壁部の外側に配置される。
【００１７】
本発明によるキャンドモータでは、レゾルバは、ロータとステータとからなるアセンブリの前端部に、このアセンブリと同軸に配置される。レゾルバロータの外径は、ロータの外径より小さく、レゾルバステータの外径は、ステータの内径より小さい。キャンの壁厚は、好ましくは０．１ｍｍ〜０．５ｍｍであり、特に好ましくは約０．３ｍｍである。
【００１８】
本発明によるレゾルバロータは、好ましくは、ロータの回転軸に対して回転対称でない形状（例えば多角形）を有し、また、磁界との間で相互作用を生じるのに適した材質により形成されている。
【００１９】
本発明によるレゾルバステータは、好ましくは、複数のステータコイルを有し、レゾルバロータとレゾルバステータとの協働によって、ロータの回転位置、回転数及び／又は回転方向に関する信号を発信することができる。本発明の一つの実施の形態では、レゾルバステータコイルは、磁界を発生させ、測定するための励磁コイル及び測定コイルを有している。
【００２０】
さらに、本発明によるレゾルバは、通常は、外部の電子式解析装置と接続されていることが好ましい。
【００２１】
圧力を安定させるため、ステータ及び／又はレゾルバステータを、キャンの円筒壁部の外側に嵌め込んでも良い。加えて、ステータ及び／又はレゾルバステータに例えば合成樹脂を塗布することにより、圧力を更に安定させるようにしても良い。
次に、本発明の好ましい実施の形態を、図面に沿って説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明によるキャンドモータは、好ましくはポンプの駆動に利用されるものであるが、これに限定されるものではなく、例えば、送風機の駆動装置にも適しており、また、特に自動車のダンパーシステムなどの駆動装置にも適している。また、一般に、液中での使用、又は爆発性ガスなどの物質が介在する環境での使用にも適している。
【００２３】
図に示す本発明によるキャンドモータは、ロータ１０と、ステータ１２と、レゾルバと、キャン１８とを有しており、レゾルバは、レゾルバロータ１４とレゾルバステータ１６とを有している。
【００２４】
ロータ１０は、鉄心２０と、永久磁石２２と、ロータ軸２４とを有している。ステータ１２は、ステータ本体に９個のステータ極を備えたものであり、模式的に図示されている。分かり易くするため、コイルは省略されている。
【００２５】
レゾルバロータ１４は、ロータ軸２４の前端部に、駆動側の端部と対向するように取り付けられている。レゾルバロータ１４は、ロータ１０と共に回転し、磁性材料やマグネットなどのような磁界を変化させる素子である。レゾルバロータ１４は、図２に示すように、複数の磁極を備え、その回転により磁極に変化を及ぼす多角形（好ましくは、四角形、三角形又は他の非対称の形状）の環状永久磁石であることが好ましい。
【００２６】
図に示す実施の形態では、レゾルバステータ１６は、ステータ極３０に取り付けられたコイル２８を備えている。コイル２８は、図示されない電流励磁端子に接続されており、磁界を発生し測定するための励磁コイル及び測定コイルを有している。レゾルバロータ１４の回転位置によって磁界が影響を受けるため、ロータ１０の回転位置を測定することが可能になる。
【００２７】
本発明によるキャンドモータの好ましい実施の形態では、レゾルバは、レゾルバロータ１４及びレゾルバステータ１６からなる、いわゆる「バリアブルリラクタンスレゾルバ」である。図２は、このようなレゾルバの概略図である。
【００２８】
レゾルバステータ１６には、励磁コイル（又は一次コイル）及び測定コイル（又は二次コイル）が設けられている。レゾルバロータ１４は多角形であるため、レゾルバロータ１４とレゾルバステータ１６との間隔は均一ではなく、ロータ自身の座標上におけるロータの回転位置によって変化する。ロータ１０の回転により、レゾルバロータ１４がレゾルバステータ１６に対して回転すると、レゾルバロータ１４とレゾルバステータ１６との間隔が変化し、その結果コイル同士の相互作用にも変化が生じる。
【００２９】
「一次回路」の励磁コイルに高周波の交流電圧を与えると、「二次回路」の測定コイルでは、レゾルバロータの回転とともに、前記高周波と同一周波数の振幅変調交流電圧が誘導される。周波数の振幅は、隙間によって決まるコイル間の結合の度合い、すなわちレゾルバステータ１６に対するレゾルバロータ１４の相対位置（回転位置）により決定される。言い換えれば、「一次回路」と「二次回路」との結合の変化によりレゾルバロータ１４（従ってキャンドモータのロータ１０）の回転数、回転方向及び回転位置の測定を可能にするトランスとして作用する。
【００３０】
レゾルバロータ１４とレゾルバステータ１６とは、同心の隙間を介して隔離されているので、ロータに関する測定は無接点で行われる。
【００３１】
キャン１８は、２つの部分３２，３４からなる円筒壁部を有している。第一の部分３２はロータ１０の永久磁石２２の外周に配置され、第２の部分３４はレゾルバロータ１４の外周に配置されており、ロータ１０及びレゾルバロータ１４がキャン１８の内側で回転自在となっている。ロータ１０とステータ１２との隙間、及びレゾルバロータ１４とレゾルバステータ１６との隙間は、できる限り小さく保たれている。
【００３２】
キャン１８の壁部は、できるだけ薄くしつつ、キャン１８の内部で生じる液圧、特に油圧に耐えうる強度を確保しなければならない。キャン１８の壁部は、特に、非磁性で導電性を有する特殊鋼又は他の導電性の低い金属により形成されることが好ましい。このようにすれば、キャン１８に十分な強度を与えることができ、さらに、磁界への影響が最小限に抑えられるため、渦電流の発生が回避され、又は最小限に抑制される。本発明の好ましい実施の形態では、壁部の厚さは０．１ｍｍ〜０．５ｍｍであり、特に、約０．３ｍｍであることが好ましい。キャン１８の構成に関して考慮すべきことは、本発明によるレゾルバの駆動電流及び測定電流が、モータの駆動電流に対し、オーダーが４桁ほど小さいことである。壁部の材質や厚さの選択に際しては、測定電流が小さい（数ｍＡ）場合でも、解析可能な測定信号が得られるよう配慮しなければならない。
【００３３】
キャンの壁圧を薄くしつつ十分な強度を確保するために、本発明の好ましい実施の形態では、ステータ１２並びにレゾルバステータ１６は、キャン１８の外周面を支えるように形成されている。更に、ステータ１２及び／又はレゾルバステータ１６のコイルに樹脂を塗布し、支持面を形成するようにしても良い。
【００３４】
本発明によるキャンドモータにおいて、レゾルバロータ１４及びレゾルバステータ１６によるロータの回転位置及び／又は回転数の測定に対し、キャン１８が及ぼす影響について試験を行った。その結果、測定信号への影響は、測定信号の解析を妨げるほど大きくないことが分かった。
【００３５】
本発明の好ましい実施の形態によれば、キャン１８をロータ１０上に被せる際にロータ１０を破損することがないよう、キャン１８の自由端部３６が僅かに外向きに屈曲されている。キャン１８を密閉するため、例えばＯリングその他の部材を設けることができる。
【００３６】
後述する請求項により定義される本発明には、様々な改良を加えることができる。例えば、本発明によるキャンドモータは、上述した「バリアブルリラクタンス」レゾルバに代えて、古典的なレゾルバ（すなわち、複数の磁界制御素子を有するレゾルバロータを備え、さらに、例えば直流モータの永久磁石のように複数の磁極を備えたレゾルバ）を用いても良い。本発明によるキャンドモータは、電気整流式直流モータとして実現されることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明によるキャンドモータの分解斜視図である。
【図２】図１のキャンドモータに取り付け可能なレゾルバの外形を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０  ロータ
１２  ステータ
１４  レゾルバロータ
１６  レゾルバステータ
１８  キャン
２０  鉄心
２２  永久磁石
２４  ロータ軸
２８  コイル
３０  ステータ極
３２，３４  部分
３６  自由端部
【図１】
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【図２】
2005513992.tif 000004
【国際調査報告】
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2005513992.tif 000008
2005513992.tif 000009
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