JPH0739331Y2 - 圧縮機用電動機の回転位置検出装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本考案は誘導電動機と、この誘導電動機の回転子で回転
駆動される圧縮要素とを同一のケースに収納して成る圧
縮機に関し、特にこの誘導電動機の回転位置を検出する
検出装置の取付に関するものである。

（ロ）従来の技術 一般に圧縮機用の電動機の回転位置検出装置としては特
開昭63−23585号公報に記載されているようなものがあ
った。この公報に記載されたものは、電動機の回転軸に
歯車もしくはエンコーダーを直結し、これによる回転時
のパルス列を検出するセンサを設けて回転子の回転位置
を検出するものであった。

（ハ）考案が解決しようとする課題 このように構成された電動機の回転位置検出装置ではセ
ンサを直接圧縮機の内部に設けなければならずこのため
センサの対フレオン性、対温度性、対圧力性に問題があ
った。また回転部に永久磁石を用いる必要があり、回転
部に永久磁石を取付ける方法としては、通常接着剤が一
般的に用いられていたが、接着剤を用いた場合は接着剤
の保存、配合、固着処理等の管理や高速回転に対する信
頼性、圧縮機内での対フレオン性、対温度性、対圧力性
などの問題点があり、長期にわたる信頼性が充分に確保
できないものであった。

このような問題点に対して、本考案では通常の汎用タイ
プのセンサや永久磁石を用いても対フレオン性などの問
題が生じない回転位置検出装置を提供するものである。

（ニ）課題を解決するための手段 本考案は電動機と、この電動機に回転軸を介して連結さ
れ、この電動機にて駆動される圧縮要素とを単一の密閉
容器に収容して成る圧縮機において、回転軸と共に回転
する永久磁石に向けて密閉容器の外側から密閉容器の気
密を保持して挿入された有底の筒と、この筒の底に設け
られた磁気検出器と、前記回転軸と共に回転しかつこの
回転軸と回転の中心が一致する円盤と、磁気検出器を覆
いかつ円盤上に固定する非磁性の部材とを備え、回転子
の回転で磁気検出器の出力が変化するように成したもの
である。

また、前記部材には永久磁石を覗く透口が設けられてい
るものである。

（ホ）作用 このように構成された回転位置検出装置では、磁気検出
器の対フレオン性や、ごみや水分等の進入による性能の
劣化や、永久磁石の遠心力による剥離などを防止できる
ものである。

（ヘ）実施例 以下本考案の実施例を図面に基づいて説明する。第１図
は圧縮機の断面図である。この図において１は密閉容器
であり、内部に圧縮要素４と三相誘導電動機３とが収納
されている。三相誘導電動機３は三相巻線が巻かれた固
定子５と、この固定子５から生ずる磁界で回る回転子６
とから成っている。この回転子のシャフト13（回転軸）
には圧縮要素４が接続されている。圧縮要素４はシャフ
ト13をクランク軸２として回転するクランク部14と、こ
のクランク部14によってシリンダ７内を回転するローラ
８と、シリンダ７の開口を封じる上軸受部10及び下軸受
部11と、この上軸受部に取りつけたカップマフラー12と
で構成されている。９はベーンであり、ローラ８に接し
てシリンダ７内を高圧室と低圧室とに区画している。1
6,17はバランサであり、クランク軸２のクランク部14と
動的あるいは静的にバランスするように設けられてい
る。18は吐出管であり、密閉容器１の上壁に取りつけら
れている。

第２図は第１図に示した圧縮機のII−II断面図である。
この図において、19は吐出ポート、20は吸入ポートであ
り、シリンダ７内の空間21,22は夫々高圧室、低圧室に
別れている。又ローラ８は第２図の実線矢印の方向に回
転し、ローラ８がシリンダ７と接する接点位置を回転位
置として360度で表示している。第２図の状態はローラ
８すなわちクランク軸２（シャフト13）の回転位置が18
0度の位置である。

第３図，第４図は実際の圧縮機に圧縮要素４の回転位置
を検出するための位置検出器を取りつけた状態を示す要
部断面図、及び上面図である。この図において、圧縮要
素４はクランク軸２（回転子６のシャフト13）を介して
回転子６と同時に回転するので、実際には回転子６の回
転角を検出すれば圧縮要素４の回転角を検出することが
できる。位置検出器は円盤状のディスク22に接着された
マグネット23と磁気検出器（ホール素子）24とから成っ
ている。ディスク22はボルト25によってシャフト13に回
転の中心が一致するように取りつけられている。このマ
グネット23とホール素子24との位置関係は、第２図に示
した回転角度が“0"度の時にホール素子24が磁気を検出
して出力を変えるようになっている。従って、圧縮要素
４（回転子）が“0"度の回転角毎に出力が変化するもの
である。ホール素子24は圧縮機の密閉容器１の側面側か
ら有底状のパイプ27を挿入してこのパイプ27の奥に設け
ている。又、このパイプ27は密閉容器１に溶接されてお
り圧縮機内部の高圧ガスが漏れないようになっている。

パイプ27は例えばホール素子24が入る位の銅製のもので
あり、一端にキャップを溶接して底を形成している。ま
たホール素子24はパイプ27に入る大きさの基板に装着さ
れた後この基板と共にパイプ27に挿入されている。

第５図はディスク22の上面図であり、第６図は第５図に
示したディスク22のVI−VI断面図である。これらの図に
おいて、50はボルト25が通る穴でありボルト25の段部が
この穴を挾持してディスク22を固定している。（また、
このボルトとディスクとが空回りしないように凹凸を穴
に設けてもよい）従ってこのディスク22は回転子と共に
回転する。51,52は開口であり、圧縮冷媒がディスク22
を通過し易くしている。53は永久磁石23の固定部材（磁
石固定ホルダ）であり、非磁性材から成っている。54,5
5はかしめ部であり、このホルダ53をディスク22に固定
する際にホルダ53のバーリングをディスク22の穴に差し
込んでかしめるものである。56は透口であり、ホルダ53
にて永久磁石23を固定した際に永久磁石23の一部が覗け
るように設けられている。この透口56から永久磁石23を
除くことによって磁石に表示された極性表示等のマーク
を確認することができ、永久磁石23の極性違いを防止で
きるものである。

尚、第７図はホルダ53をディスク22にかしめる前の状態
を示す断面図である。また、第８図は板金の打ち抜きや
折り曲げによって得られるホルダ53の展開図である。

第９図は他の実施例を示すホルダ60を取りつけたディス
クの断面図である。第６図に示すホルダ56との違いは、
ホルダ60をリベット57,58でディスクに取りつけた点に
ある。尚、59は永久磁石を覗く透口である。

第10図は第１図〜第３図に示した圧縮機の運転を制御す
る制御回路図である。この図において、27〜29は誘導電
動機５の固定子巻線でありスター結線されている。この
固定子巻線27〜29に三相交流を通電することによって回
転子５が回転し、ディスク22に取りつけられたマグネッ
ト23が回転する。従って回転子５（圧縮要素）が一回転
するごとにホール素子24の出力が変化し、この変化を位
置検出回路30が信号に変換して制御部31へ出力する。32
〜37はON/0FF動作をするスイッチング素子であり、三相
ブリッジ状に結線され、三相の固定子巻線27〜29に対し
て直流電源39から供給される直流電力を三相交流の電力
に交換して出力する。これらのスイッチング素子（トラ
ンジスタ素子、FET素子、GTO素子などの半導体スイッチ
ング素子）32〜37には夫々蓄積電荷の放電や、固定子巻
線27〜29に生じる循環電流の循環回路を形成するダイオ
ードが接続されている。尚、直流電源39は交流電力を整
流平滑したもの又はバッテリーからの直流電力などのい
ずれであってもよい。またスイッチング素子32〜37はそ
のON/OFF動作がベースドライブ回路38を介して制御部31
からの信号によって制御されている。この制御部は主に
CPU、RAM、I/Oインターフェースなどから構成され、速
度指令回路40からの速度信号に基づく周波数を算出し、
この周波数の交流電力が固定子巻線27〜29に供給される
ようにスイッチング素子32〜37のON/OFF動作を制御す
る。

以下、算出された周波数の交流電力を得るために行うス
イッチング素子32〜37のON/OFF制御について説明する。

第11図はスイッチング素子32〜37へ供給するON/OFF信号
をPWM論理に基づいて作る過程を示す説明図である。所
望の周波数と等しい周波数のsin波形（第11図では三相
のため三波形である）と三角波とを変調してスイッチン
グ素子32〜37のON/OFF信号を得る。この時三角波の周波
数によってブリッジ回路から出力される交流波形の分解
能が決まる。すなわち三角波の周波数を高くすればする
ほど分解能は良くなるが、反面スイッチング素子のスイ
ッチング速度を越えるとスイッチング素子が不動作にな
るので、三角波の周波数は使用するスイッチング素子と
のかね合いから適当な周波数を設定する。この図から分
かるように三角波の振幅及びsin波の振幅を適当に設定
するとスイッチング素子夫々のON/OFF時間を変化する。
即ちブリッジ回路から出力される交流電力の電圧振幅が
変わるものである。尚、この時sin波の周波数に対して
三角波の周波数を変えるようにしてもよい。尚、スイッ
チング信号の生成は上記した方式に限るものではなく所
望の周波数の交流電力を出力できると共にこの交流電力
の出力電圧を交流の一周期中に於いて任意に変更できる
ものであればよい。

従ってこの様な波形発生方式を用いると交流電力はｆ
（出力周波数）、Ｖ（＝出力電圧）、Ph（＝出力位相）
の設定条件に基づいて得られる。即ち、このような条件
に基づいてスイッチング素子32〜37のON/OFF信号が算出
されるものである。尚、ｆは速度指令回路から与えられ
る周波数信号と等しく、Ｖの基本値はV/f＝一定値にな
るようにｆの値に基づいて決められるものであり、この
一定値は誘導電動機即ち圧縮機の運転効率が夫々の周波
数において良くなるように設定される。Phの値が０〜36
0°に変化することによって一周期分の交流電力が出力
される。このPhの進め量ΔPhを大きくすると一周期にお
ける分解能が悪くなり、またこの値を小さくすると分解
能はよくなるが、スイッチング素子の応答可能なスイッ
チング時間と制御部31の処理能力との関係から各周波数
ごとの最適なΔPhの値が予め設定されている。

第12図は周波数ｆの交流電力を出力するときの基本動作
（制御部31の動作）を示すフローチャートである。この
フローチャートにおいて、ステップS1にてまず周波数ｆ
の変更があったか否かを判断する。すなわち速度指令回
路40からの速度信号が変わったか否かを判断する。周波
数ｆの変更があったときにはステップS2へ進みＶ（出力
電圧の基本値）とΔPh（位相の進め量）とを算出する。
次いでステップS3に進む。このステップでは位置検出回
路からの信号があったか否かを判断する。即ち圧縮機の
圧縮要素（誘導電動機の回転子）が“0"の回転角度にな
ったか、否かを判断する。この信号があったときには、
ステップS4へ進む。このステップでは位相Phを“0"にし
て回転子の回転角度の位置合わせを行う。同時に前回入
力した信号と今回入力した信号とから回転子の回転速度
Ｎ、すなわち回転子の速度を算出する。また、ステップ
S3で信号がなかったときにはステップS5へ進む。このス
テップでは位相Phの値をΔPh進める。次いでステップS6
で位相Phが位相PhhとPh1との間にあるか否かを判断す
る。位相PhがステップS6の条件を満たしているときには
ステップS7へ進み、Ｖの値を＋VU（Ｖの値に対して20％
位）増加させ、ｆの値を＋fU（ｆの値に対して５〜７％
位）増加させ、Phの値をPhU（10度位）の値だけ増加さ
せる。ステップS6の条件を満たさないときにはステップ
S8に進み、Ｖの値を−VD（Ｖの値に対して10％位）減少
させ、ｆの値を−fD（ｆの値に対して５〜７％位）減少
させる。このようなステップS6〜ステップS8を実行する
ことによって、回転子がPh1とPhhとの間にあるときには
固定子巻線即ち圧縮機の電動機に供給される交流電力の
周波数及び電圧が増加してこの電動機の駆動トルクが増
加するものである。またこれ以外の時には駆動トルクが
減るものである。従って、圧縮要素が圧縮工程にあり電
動機が大きなトルクを必要とするときにトルクの増加が
行えるものである。尚、Ph1とPhhとの値については後記
する。次いでステップS9へ進み、このステップではステ
ップS4で算出した回転子の回転速度Ｎが速度指令回路か
ら与えられた値より所定値小さい値（ROLL）か否かを判
断する。このROLLの値のＮに対する比率は各周波数ごと
に異なるようにしてもよいし又一定の比率にしてもよ
い。回転速度Ｎが小さいときにはステップS10へ進む。
このステップではＶ、ｆ、Phの値を夫々＋側に補正す
る。次いでステップS11へ進み、このステップではステ
ップS4で算出した回転子の回転速度Ｎが速度指令回路か
ら与えられた値より所定値大きい値（ROLH）か否かを判
断する。このROLHの値のＮに対する比率は各周波数ごと
に異なるようにしてもよいし又一定の比率若しくは一定
の値にしてもよい。回転速度Ｎが大きいときにはステッ
プS12へ進む。このステップではＶ、ｆ、Phの値を夫々
−側に補正する。このステップS10、ステップS12におけ
る補正幅は電圧でコンマ数ボルト、周波数でコンマ数Hz
程度である。ステップS13はスイッチング信号の出力ス
テップである。このステップでは、上記のようなステッ
プによって求められたｆ、Ｖ、Phの値に基づいてステッ
プング素子32〜37のON/OFF状態を一周期の時間/360/Ph
の時間維持するものである。（Phの最小単位を１度とし
たとき）このフローチャートに基づく例えば一周期分の
スイッチング信号は前記した第11図のようになる。

第13図は第12図に示すフローチャートを実行した際に得
られる交流電力の電圧波形図である。この電圧V27、V2
8、V29は誘導電動機の固定子巻線27〜29に印加される電
圧であり、一例として電圧波形が第13図に示す位相状態
にある時について説明する。図中の“0"度は位置検出回
路から信号が出力されたときである。即ち、回転子に設
けたマグネットとホール素子の位置とが一致したときで
ある。この一周期中で位相角がPh1（回転子の回転数か
ら求まる一周期の時間と位相角に対応する時間とからこ
の位相角Phhの位置を求める。）に成った時にＶ＝Ｖ＋V
U、ｆ＝ｆ＋fU、Ph＝Ph＋PhUに成るので、電圧波形は点
線のようにかさ上げされる。この点線の電圧波形は基本
の電圧波形（実線の電圧波形）より出力電圧が大きく、
基本の周波数より周波数が高く、また位相が進んでい
る。すなわち、点線で示す電圧波形の位相角Ph1は実線
で示す電圧波形の位相角Phhより10度位進んでいるもの
である。この位相角がPh1〜Phhの間は圧縮要素の圧縮工
程に該当し、大きなトルクを必要とする区間である。

第14図は圧縮機を駆動しているときの圧縮機の振動状態
を示した振動特性図である。この振動は加速度センサを
圧縮機に取りつけてそのセンサの出力から求めている。
又この時の運転条件は固定子巻線に供給する交流電力の
周波数を30Hzとした時のものである。この図においてOF
F側（点線の左側）は本考案による制御方式を用いない
ときのものであり、ON側（点線の右側）は本考案の制御
方式を用いたときのものである。本考案の制御方式を用
いることによって振動の振幅がLOFFからLON（約1/3に減
っている）に減っているのがわかる。即ち振動が小さく
なっている。

第15図は圧縮機を30Hzで駆動したときの位相角Ph1、Phh
と振動波形との関係を示す特性図である。この図におい
てｉの波形は本考案の制御方式を用いないときの振動波
形である。位相角が130度のところと位相角が270度のと
ころとに振動振幅のピークがある。iiに波形は本考案の
制御方法を用いPh1＝100度、Phh＝250度としたときの振
動波形である。iiiは同じくPh1＝130度、Phh＝270度と
したときの振動波形であり、ivも同様にPh1＝150度、Ph
h＝300度としたときの振動波形である。これらの結果か
らPh1は130位、Phhは270位、Ph1、Phhの値は夫々本考案
による制御方法を用いないときの振動振幅がピークにな
る位相角の付近（圧縮機の圧縮要素が圧縮工程を行って
いるとき）が適当な値であり、圧縮機の振動を小さくす
ることができる。従って、振動が小さくなる分騒音も同
時に小さくすることができる。

尚、上記の実施例では回転位置がPh1、Phhの間で誘導電
動機のトルクを１段増加させたが、この区間でトルクを
２段階にわたって増加させてもよいし、又この区間の前
後の区間を含めて段々にトルクを増加させていくように
してもよい。さらには連続的にトルクが増加するように
してもよい。

第16図，第17図は回転位置検出装置の他の実施例を示す
要部の断面図、及び上面図である。第３図に示した断面
図との違いは有底のパイプ42を密閉容器１の上部、吐出
管18の側から回転子６のシャフト13に沿って挿入したも
のである。42はホール素子、43は圧縮機の密閉端子、44
は取付ボルトであり、樹脂製のカバーが密封端子及びパ
イプ41の開口を覆うように取りつけられるものである。
このパイプ42をカバーで覆うことによりこのパイプ41に
ごみや雨水が浸入するのを防止できる。

（ト）考案の効果 本考案は電動機と、この電動機に回転軸を介して連結さ
れ、この電動機にて駆動される圧縮要素とを単一の密閉
容器に収容して成る圧縮機において、回転軸と共に回転
する永久磁石に向けて密閉容器の外側から密閉容器の気
密を保持して挿入された有底の筒と、この筒の底に設け
られた磁気検出器と、前記回転軸と共に回転しかつこの
回転軸と回転の中心が一致する円盤と、磁気検出器を覆
いかつ円盤上に固定する非磁性の部材とを備え、回転子
の回転で磁気検出器の出力が変化するように成したの
で、ディスクへの永久磁石の取付が容易になり、同時に
正確な位置への取付が容易に行えるようになるものであ
る。

また、前記部材に永久磁石を覗く透口を設けることによ
って、永久磁石の極性判別等のマークを容易に確認で
き、永久磁石の取付ミスを防止できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の制御方式を用いる圧縮機の断面図、第
２図は第１図に示した圧縮機のII−II断面図、第３図は
実際の圧縮機に位置検出器を付けた状態を示す要部断面
図、第４図は第３図に示した圧縮機の上面図、第５図は
第３図に示したディスクの上面図、第６図は第５図に示
したディスクのVI−VI断面図、第７図は第６図に示した
ディスクの組み立て図、第８図は第７図に示したホルダ
の展開図、第９図は他の実施例によるホルダを用いたデ
ィスクの断面図、第10図は第１図〜第３図に示した圧縮
機に用いる制御回路図、第11図は第10図に示すスイッチ
ング素子のON/OFFの変化を示す説明図、第12図は第10図
に示した制御部の動作を示すフローチャート、第13図は
第12図に示すフローチャートを実行した際に得られる交
流電力の電圧波形図、第14図は圧縮機を駆動していると
きの圧縮機の振動状態を示した振動特性図、第15図は圧
縮機を30Hzで駆動したときの振動波形図、第16図はホー
ル素子の取付状態を示す他の実施例の圧縮機の要部断面
図、第17図は第16図に示した圧縮機の上面図である。 １…圧縮機、４…圧縮要素、５…誘導電動機、６…回転
子、22…ディスク、23…マグネット、24…ホール素子、
27〜29…固定子巻線、30…位置検出回路、31…制御部、
32〜37…スイッチング素子、40…速度指令回路、53…ホ
ルダ、59…透口。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】電動機と、この電動機に回転軸を介して連
   結され、この電動機にて駆動される圧縮要素とを単一の
   密閉容器に収容して成る圧縮機において、回転軸と共に
   回転する永久磁石に向けて密閉容器の外側から密閉容器
   の気密を保持して挿入された有底の筒と、この筒の底に
   設けられた磁気検出器と、前記回転軸と共に回転しかつ
   この回転軸と回転の中心が一致する円盤と、前記永久磁
   石を覆いかつ円盤上に固定された非磁性の部材とを備
   え、回転子の回転で磁気検出器の出力が変化するように
   成したことを特徴とする圧縮機用電動機の回転位置検出
   装置。
2. 【請求項２】前記部材には永久磁石を覗く透口が設けら
   れていることを特徴とする実用新案登録請求の範囲第１
   項記載の圧縮機用電動機の回転位置検出装置。