(57)【要約】【課題】相励起とロータ位置の正確な同期のために、位置センサ組立体の位置の公差を減少させる電気機械を提供する。【解決手段】電気機械は、フレームと、ロータ組立体を有する。ロータ組立体は、シャフトを含み、少なくとも１つのベアリング及び少なくとも１つの磁石がシャフトに取付けられる。フレームは、ロータ組立体のベアリングが取付けられるベアリングシートを有し、ベアリングシートは、ベアリングを越えて軸線方向に延びて磁石を包囲する。ベアリングシートは、位置センサ組立体を磁石に対して保持するための位置決め特徴部を有する。【選択図】図１
2019075982.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機械であって、
フレームと、
ロータ組立体と、を有し、
前記ロータ組立体は、シャフトと、前記シャフトに取付けられた少なくとも１つのベアリング及び少なくとも１つの磁石を含み、
前記フレームは、前記ロータ組立体のベアリングが取付けられるベアリングシートを含み、前記ベアリングシートは、前記ベアリングを越えるように軸線方向に延び且つ前記磁石を包囲し、前記ベアリングシートは、位置センサ組立体を前記磁石に対して保持する位置決め特徴部を含む、電気機械。
【請求項２】
前記位置センサ組立体は、位置センサと、位置センサホルダを含む、請求項１に記載の電気機械。
【請求項３】
前記位置センサホルダは、前記位置センサを保持するポケットを有する、請求項２に記載の電気機械。
【請求項４】
前記ポケットは、窓を有し、前記位置センサは、前記位置センサの作動面が前記磁石に直接露出されるように、前記ポケット内に位置決めされる、請求項３に記載の電気機械。
【請求項５】
前記位置センサは、ホール効果センサである、請求項２〜４のいずれか１項に記載の電気機械。
【請求項６】
前記磁石の外径は、前記ベアリングシートの内径よりも小さく、前記磁石と前記ベアリングシートの間に環状の空気隙間が形成される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電気機械。
【請求項７】
前記磁石と前記ベアリングシートの間の距離は、０．５ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲内にある、請求項６に記載の電気機械。
【請求項８】
前記位置センサ組立体は、前記環状の空気隙間内に突出し、前記磁石と前記位置センサ組立体の間の距離は、前記磁石と前記ベアリングシートの間の距離よりも小さい、請求項６又は７に記載の電気機械。
【請求項９】
前記磁石と前記位置センサ組立体の間の距離は、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲内にある、請求項８に記載の電気機械。
【請求項１０】
前記位置センサ組立体は、前記電気機械の外ケースに取付けられたプリント回路基板に取付けられる、請求項１〜９のいずれか１項に記載の電気機械。
【請求項１１】
前記外ケースは、前記フレームに取付けられる、請求項１０に記載の電気機械。
【請求項１２】
前記ベアリングシートの外面は、前記外ケースの取付け箇所を構成する、請求項１１に記載の電気機械。
【請求項１３】
前記ベアリングシートの壁は、前記ベアリングシートの端から延びる切欠き部分を有し、前記切欠き部分の縁部は、前記位置決め特徴部を構成する、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の電気機械。
【請求項１４】
前記位置センサ組立体は、軸線方向に延びる溝を有し、前記溝は、前記切欠き部分の縁部を受入れるように構成される、請求項１３に記載の電気機械。
【請求項１５】
前記位置センサ組立体は、前記切欠き部分にスロット式に入るように構成され、前記位置センサ組立体は、前記ベアリングシートの壁の一部を構成する、請求項１３又は１４に記載の電気機械。
【請求項１６】
前記磁石は、センサ用磁石であり、前記電気機械は、前記シャフトに固定された第２の磁石を有し、前記第２の磁石は、前記電気機械のロータコア用永久磁石である、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の電気機械。
【請求項１７】
前記センサ用磁石及び前記第２の磁石は、前記シャフトに且つ前記ベアリングの両側に固定される、請求項１６に記載の電気機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気機械の出力は、相励起とロータ位置の正確な同期に大きく依存する。従って、高速モータ等の電気機械において、モータの角度位置の正確な測定を行うことが重要である。
【０００３】
多くのモータについて、センサの位置の公差は、問題ではない。その理由は、電気機械の寸法が比較的大きく、かくして、センサの位置の公差は、ロータの外周に比べて小さいからである。その結果、センサの位置の任意の公差は、ゼロ交差の電気角において、無視できるオフセットになる。または、電気機械の出力及び／又は効率は重要ではなく、かくして、センサの位置の公差に起因する出力損失は、許容可能であるとみなされる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、比較的小さい電気機械、及び／又は、比較的高効率が必要とされる電気機械において、センサの位置の公差は、重大な問題である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は電気機械を提供し、この電気機械は、フレームと、ロータ組立体と、を有し、ロータ組立体は、シャフトと、シャフトに取付けられた少なくとも１つのベアリング及び少なくとも１つの磁石を含む。フレームは、ロータ組立体のベアリングが取付けられるベアリングシート（ベアリング座部）を含み、ベアリングシートは、ベアリングを越えるように軸線方向に延び且つ磁石を包囲し、また、ベアリングシートは、位置センサ組立体を磁石に対して保持する位置決め特徴部を含む。
【０００６】
結果として、磁石は、ベアリングシートによって保護される。さらに、ベアリングシートは、ロータ組立体のための取付け箇所、並びに、位置センサ組立体のための取付け箇所を構成するので、相対的な位置決めの厳密な管理を、比較的容易に達成することができる。このことは、より正確な位置の測定を電気機械の制御システムに提供し、電気機械の性能を向上させることができる。
【０００７】
位置センサ組立体は、位置センサと、位置センサホルダを含むのがよい。位置センサホルダは、位置センサを保持するポケットを有するのがよい。従って、ポケット内に保持された位置センサは、信頼できるように位置決めされると共に、位置センサホルダによって保護される。
【０００８】
ポケットは、窓を有し、位置センサは、位置センサの作動面が磁石に直接露出されるように、ポケット内に位置決めされるのがよい。従って、位置センサを、磁石に対してより近くに位置決めすることができ、それにより、磁石の角度位置を反映するより強い信号を、位置センサによって発生させることができる。
【０００９】
位置センサは、ホール効果センサであるのがよい。従って、磁石の角度位置、かくして、ロータ組立体の角度位置を正確に検知するための比較的安価な解決法が提供される。
【００１０】
磁石の外径は、ベアリングシートの内径よりも小さく、磁石とベアリングシートの間に、環状の空気隙間を形成するのがよい。従って、磁石は、ベアリングシート内で自由に回転することができる。磁石とベアリングシートの間の距離は、０．５ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲内であるのがよい。
【００１１】
位置センサ組立体は、環状の空気隙間の中に突出するのがよく、それにより、磁石と位置センサ組立体の間の距離は、磁石とベアリングシートの間の距離よりも小さくなる。従って、位置センサ組立体は、磁石に近接して位置決めされ、より強いセンサ出力を得て、ロータ組立体の角度位置のより確かな読み取りを行うことができる。磁石と位置センサ組立体の間の距離は、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲内であるのがよい。
【００１２】
位置センサ組立体は、電気機械の外筒、すなわち、外ケースに取付けられたプリント回路基板に取付けられるのがよい。従って、位置センサは、電気機械を制御するためのプロセッサ等の回路基板上の構成要素に、信号を直接供給することができ、ロータ組立体の角度位置のより正確な読み取りを可能にする。さらに、プリント回路基板は、モータの外ケースに固定されるのがよく、それにより、モータに対するプリント回路基板の任意の移動を抑制して、任意のかかる相対移動の結果として位置センサ組立体の位置センサが損傷を受ける可能性を減少させる。
【００１３】
外ケースは、フレームに取付けられるのがよい。これにより、結果的に、位置センサ組立体を損傷させる任意の相対移動のおそれを更に減少させることになる。
【００１４】
ベアリングシートの外面は、外ケースの取付け箇所を有するのがよい。従って、外ケースは、位置センサホルダ（ホール効果センサホルダ）が固定されるフレームの部分と同じ部分に固定され、それにより、位置センサ組立体、プリント回路基板、フレーム、及び外ケースの間の任意の相対移動のおそれを更に減少させる。かくして、位置センサ組立体に対する任意の損傷のおそれを減少させる。
【００１５】
ベアリングシートの壁は、ベアリングシートの端から延びる切欠き部分を有するのがよく、切欠き部分の縁部は、位置決め特徴部を構成するのがよい。従って、位置センサ組立体は、ベアリングシート内に取付けられ、位置センサホルダによって占められるモータ内の利用可能な空間に対する影響を低減させる。
【００１６】
位置センサ組立体は、軸線方向に延び且つ切欠き部分の縁部を受入れるように構成された溝を有するのがよい。結果として、切欠き部分の縁部を溝に沿って摺動させることによって、位置センサをベアリングシートに組込むことができ、このことは、任意の追加の構成要素を必要とすることなしに、ベアリングシートと位置センサ組立体の間の所望の相対的な位置決めを達成する役割を果たす。
【００１７】
位置センサ組立体は、切欠き部分にスロット式に入るように構成されるのがよく、それにより、位置センサ組立体は、ベアリングシートの壁の一部を構成する。その結果、位置センサ組立体をハウジング内に収容する追加の空間を必要とせず、モータの全体寸法を減少させることができる。
【００１８】
磁石は、センサ用磁石であるのがよく、電気機械は、シャフトに固定された第２の磁石を有するのがよく、第２の磁石は、電気機械のロータコア用の永久磁石である。結果として、位置センサ組立体を永久磁石に近接して位置決めすることを必要とせず、ロータ組立体とステータ組立体の相対位置のより大きい自由度を可能にする。このことは、より小さい直径を有する電気機械を達成するのを助けることができ、また、電気機械の性能を向上させることができる。
【００１９】
センサ用磁石及び第２の磁石は、シャフトに且つベアリングの両側に固定されるのがよい。結果として、シャフト上の複数の構成要素のより良好なバランスを達成することができ、ベアリングの寿命を改善することができる。
【００２０】
本発明がより容易に理解されるように、本発明の実施形態を、例示として、添付図面を参照しながら説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】圧縮機の一部の部分分解斜視図である。
【図２Ａ】組立段階における図１の圧縮機の一部の断面を示す図である。
【図２Ｂ】組立段階における図１の圧縮機の一部の断面を示す図である。
【図３】圧縮機の一部の軸線方向断面図である。
【図４】圧縮機のベアリングシート部分における断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本明細書において、用語「軸線方向」は、電気機械のシャフトの回転軸線と平行な方向を示すのに使用され、「長手方向」とも称される。
【００２３】
図１は、圧縮機１の形態の電気機械の一部の部分分解斜視図である。いくつかの構成要素、例えば、制御電子部品及びステータ組立体は、明瞭のために図示していない。圧縮機１は、フレーム２を有し、モータのステータ組立体及びロータ組立体が、フレーム２に取付けられる。図示していない他の構成要素、例えば、外ケースやディフューザも、フレーム２に取付けられる。
【００２４】
図１に、ロータ組立体の一部が見られる。ロータ組立体は、シャフト４を有し、ロータ組立体を組立てたとき、磁石５がシャフト４に取付けられる。図１の実施形態の磁石５は、センサ用磁石である。ロータ組立体は、図１において見ることができない他の構成要素を含み、かかる構成要素は、ロータコア用永久磁石、第１及び第２のバランスリング、及び、第１及び第２のベアリングを含む。第１及び第２のベアリングは、シャフト４上に且つロータコア用永久磁石の両側に取付けられ、ベアリングシート（ベアリング座部）３のところでフレーム２に固定され、かかるベアリングシート３は、図１よりも後の図面において明瞭に示され且つ後で詳細に説明される。この実施形態では、電気機械が圧縮機１であるので、インペラがシャフト４の一方の端部に取付けられている。インペラは、フレーム２のシュラウド部分６内に収容されている。
【００２５】
位置センサ組立体７が、ホールセンサ８の形態の位置センサと、位置センサホルダ９（本明細書では用語「ホールセンサホルダ」と交換可能に用いられる）を含み、位置センサホルダ９は、位置センサ組立体７を組立てたときにホールセンサ８がセンサ用磁石５に隣接するように、ベアリングシート３のところでフレーム２に固定され、センサ用磁石５は、ベアリングシート３によって包囲される。ベアリングシート３の壁は、切欠き部分１０を含み、位置センサホルダ９は、ベアリングシート３の切欠き部分１０にスロット式に入る。位置センサホルダ９は、溝１１を有し、切欠き部分１０の縁部が、溝１１に受入れられる。従って、切欠き部分１０の縁部は、位置センサ組立体７を適所に保持する位置決め特徴部として作用する。
【００２６】
位置センサホルダ９は、窓１２を有する。ホールセンサ８を位置センサホルダ９に組込んだとき、ホールセンサ８は、位置センサホルダ９のポケット内に保持され、ホールセンサ８の作動面は、窓１２を介してセンサ用磁石５に露出される。
【００２７】
図２Ａ及び図２Ｂは、位置センサ組立体７を示し、位置センサ組立体７は、ベアリングシート３の切欠き部分１０内の適所にスロット式に入る。ベアリング１４、１５が、図２Ａ及び図２Ｂに示されているが、ロータ組立体の他の構成要素は、明瞭のために省略されている。断面図は、ベアリングシート３がベアリング１４を越えるように軸線方向に延びる様子を示し、また、ベアリングシート３がキャビティを構成する様子を示し、磁石５がかかるキャビティ内に位置決めされ、ベアリングシート３が磁石５を包囲する。
【００２８】
切欠き部分１０の縁部は、位置センサホルダ９に設けられた溝１１に係合し、位置センサ８は、図２Ａの矢印Ａによって指示するように、適所まで軸線方向に沿って摺動する。図２Ｂに示すように、位置センサ組立体７を適所に組立てたとき、位置センサ組立体７は、ベアリングシート３の壁の一部を構成する。位置センサ組立体７をベアリングシート３の壁に組込むことによって、ベアリングシートの外径を最小にすることができ、その理由は、位置センサを、センサ用磁石と一緒に、ベアリングシートの内径の内側に収容する必要がないからである。
【００２９】
図３は、圧縮機１の一部における断面を示す。以前の図よりも多い圧縮機１の構成要素を図３に示す。ロータ組立体は、シャフト４を有し、ロータコア用永久磁石１６、センサ用磁石５、インペラ１７、及び第１及び第２のベアリング１４、１５がシャフト４に取付けられ、第１及び第２のベアリング１４、１５は、シャフト４において永久磁石１６の両側に取付けられる。インペラ１７は、フレーム２のシュラウド部分６の内側に配置される。また、図示していない１又は２以上のバランスリングが、好ましくは、シャフト４に且つ永久磁石１６の両側に固定される。
【００３０】
ステータ組立体は、複数のステータコアを含み、巻線は、明瞭のために図示されていない。しかしながら、これらは、ロータコア用永久磁石１６に近接してフレーム２内に形成された細長いスロット内に固定される。
【００３１】
センサ用磁石５は、センサ用磁石５及び永久磁石１６がベアリング１４の両側に取付けられるように、シャフト４に取付けられている。これにより、位置センサ組立体７は、ステータコア等のステータ組立体の構成要素が位置決めされる箇所から離れて、モータ内に位置決めされる。これにより、ステータコアを、ロータコア用永久磁石１６により近づくように配置することを可能にし、より小さい直径を有し且つ向上した性能を有する圧縮機を達成することができる。
【００３２】
位置センサ組立体７は、典型的には、図３の実施形態に示すように、プリント回路基板（ＰＣＢ）に固定され、その結果、ホールセンサからの信号を、プリント回路基板（ＰＣＢ）上に設けられ且つ圧縮機１を制御する制御装置又は他の構成要素に直接供給することができる。プリント回路基板（ＰＣＢ）１８は、圧縮機１におけるインペラ１７と反対側の端部に取付けられる。プリント回路基板（ＰＣＢ）１８は、フレーム２に直接取付けられなくてもよいけれども、外ケース（図示せず）に取付けられ、かくして、フレーム２に取付けられるのがよい。外ケースは、モータケース又は外フレームとも称される。
【００３３】
図４は、圧縮機１のフレーム２の一部のベアリングシート３における断面を示す。図４の断面は、図２Ａ、図２Ｂ及び図３に示した軸線方向断面に対して直交している。この断面は、切欠き部分１０を有するベアリングシート３、位置センサホルダ９、ホールセンサ８、並びに、シャフト４及びセンサ用磁石５の一部を通る。この断面は、また、位置センサホルダ９の窓１２を通っており、ホールセンサ８の作動面がセンサ用磁石５に直接露出されることが分かる。窓１２によって、ホールセンサ８とセンサ用磁石５の間の距離を低減させることができ、その理由は、位置センサホルダ９のいずれの部分も、ホールセンサ８の作動面とセンサ用磁石５の間に来ないからである。
【００３４】
センサ用磁石５の外径は、ベアリングシート３の内径よりも小さく、その結果、センサ用磁石５とベアリングシート３の間に環状の空気隙間２０が存在する。従って、シャフト４及びセンサ用磁石５は、ベアリングシート３内を自由に回転することができる。環状の空気隙間２０の厚さは、図４の距離Ｂで示すように、磁石５とベアリングシート３の間の距離によって定められ、図に示した圧縮機について、０．５ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲内にある。
【００３５】
ベアリングシート３の切欠き部分の縁部は、位置センサホルダ９の溝１１の中に受入れられる。これにより、ホールセンサ８とセンサ用磁石５の間の相対的な位置決めを厳密に管理することを可能にする。ホールセンサ８及びホールセンサホルダ９を含む位置センサ組立体７は、ベアリングシート３の切欠き部分に入り込み、位置センサ組立体７はベアリングシート３の壁の一部を構成する。
【００３６】
位置センサ組立体７は、センサ用磁石５と位置センサ組立体７の間の距離がセンサ用磁石５とベアリングシート３の間の距離よりも小さくなるように、環状の空気隙間２０の中に突出する。特に、図４の距離Ｃによって表わされるように、センサ用磁石５とホールセンサ８の間の距離は、距離Ｂよりも小さい。距離Ｃは、図に示す圧縮機について、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲内にある。ホールセンサ８をセンサ用磁石５の近くに位置決めすることによって、ホールセンサ８は、より強い信号及びセンサ出力を供給することができる。これにより、モータ制御装置に供給される明確で正確な位置の読み取りを可能にする。
【００３７】
これまで特定の実施形態を説明したけれども、特許請求の範囲によって定められる本発明の範囲を逸脱することなしに、種々の変更を行ってもよいことを理解すべきである。例えば、本明細書に図示し且つ説明した実施形態は、別体のセンサ用磁石を有する電気機械を示す。しかしながら、ホールセンサが、別体のセンサ用磁石の代わりにロータコア用永久磁石の位置を感知するように、位置センサ組立体及びロータコアが位置決めされてもよい。この場合、ロータコア用永久磁石は、例えば、ベアリングシートの内側に延び、ロータコア用永久磁石の一部分の軸線方向が位置センサと整列する。
【００３８】
さらに、他の実施形態において、位置センサ組立体は、プリント回路基板（ＰＣＢ）に取付けられる必要はなく、プリント回路基板（ＰＣＢ）から離れて位置決めされてもよい。これにより、電気機械の他の構成要素に対するプリント回路基板（ＰＣＢ）のレイアウト及び位置決めの自由度を高くすることができる。従って、位置センサからの信号は、信号線又は他のケーブルを経由してプリント回路基板（ＰＣＢ）に中継される。加えて、位置センサ組立体を、ベアリングシートの切欠き部分にスロット式に入れる代わりに、位置センサ組立体を、ベアリングシートの位置決め特徴部の上に成形してもよい。
【００３９】
さらなる実施例として、本明細書に図示して説明した実施形態は、インペラを有する圧縮機に向けられている。しかしながら、本発明は、他の形式の電気機械でも有用であり、かかる電気機械は、例えば、インペラ以外の負荷を駆動するのに使用されるブラシレス電気モータである。
【符号の説明】
【００４０】
１  圧縮機
２  フレーム
３  ベアリングシート
４  シャフト
５  センサ用磁石
６  シュラウド部分
７  位置センサ組立体
８  ホール効果センサ（ホールセンサ）
９  位置センサホルダ
１０  切欠き部分
１１  溝
１２  窓
【図１】
2019075982.tif 000003
【図２Ａ】
2019075982.tif 000004
【図２Ｂ】
2019075982.tif 000005
【図３】
2019075982.tif 000006
【図４】
2019075982.tif 000007