JP2004242423A - スロットレス永久磁石モータ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ステータヨーク11b、ブラケット16a,17、空心巻線12bを有するステータ10と、永久磁石3を有するロータ1から構成したスロットレス永久磁石モータにおいて、ブラケット16bにリング状の凹部を設け、リング状の凹部に、空心巻線12bとステータヨーク11bの端部を挿入させる。
また、ブラケット16bに設けたリング状の凹部と、空心巻線12bおよびステータヨーク11bの端部の間に、有機材料、もしくは無機材料、もしくは有機材料と無機材料の複合材料を介在させる。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば工作機械や半導体製造装置などのFA分野で、特に速度リプルを嫌う駆動軸に用いられるサーボモータおよびダイレクトドライブモータに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
速度リプルを嫌う駆動軸には、その発生原因となるコギングトルクが極めて小さいスロットレス永久磁石モータが適用されている。例えば、このようなスロットレス永久磁石モータとして、特許文献1に開示されたものや、特許文献2あるいは特許文献3に開示された巻線製造法によって構成されたものがある。図5は従来技術におけるスロットレス永久磁石モータの側断面図であり、図6は図5におけるA部拡大図である。
図において、1はロータ、2はロータヨーク、3は永久磁石、4はシャフト、5は負荷側軸受、6は反負荷側軸受、10はステータ、11aはステータヨーク、12aは空心巻線、13は絶縁紙、14はモールド樹脂、15はフレーム、16aは負荷側ブラケット、17は反負荷側ブラケットである。
前記ロータ1は、ロータヨーク2、ロータヨーク2表面に貼り付けた複数の磁極を有する永久磁石3、シャフト4から構成されている。なお、ロータ1は、シャフト4に取り付けられた負荷側軸受5と反負荷側軸受6によって、ステータ10に対し回転自在に支持されている。
一方、前記ステータ10は、中空円筒状のステータヨーク11a、ステータヨーク11aの内周に配置された空心巻線12a、ステータヨーク11aと空心巻線12a間および空心巻線12aの内周に挿入した絶縁紙13、空心巻線12aと絶縁紙13とステータヨーク11aを一体に固着したモールド樹脂14、ステータヨーク11aの外周を覆うフレーム15、負荷側軸受5と反負荷側軸受6を保持する負荷側ブラケット16aと反負荷側ブラケット17から構成されている。ここで材料として、ステータヨーク11aには交番磁界による鉄損を低減する積層珪素鋼板、絶縁紙13には絶縁性の高いポリアミド系絶縁紙、モールド樹脂14には同じく絶縁性の高いエポキシ系樹脂、フレーム15には熱伝導率の高いアルミ、負荷側および反負荷側ブラケット16a、17には軽量かつ高強度の金属のアルミが使われる。
また、ステータ10の反負荷側には図示しない回転角度センサ、例えば高分解能の光学式エンコーダが取り付けられている。
このようなスロットレス永久磁石モータは、ロータ1の磁極に応じた電流を空心巻線12aに流すことによりロータ1とステータ10間のギャップ部に回転磁界を生じさせ、この回転磁界とロータ1の磁極が作る磁界との吸引、反発作用によってロータ1にトルクを生じさせている。さらには、スロットレス構造であるため、ステータヨーク11aと永久磁石3間のパーミアンス変化にともなうコギングトルクが発生せず、速度リプルの小さいことを特長としている。
また、空心巻線12aには、電流が流れることによって銅損が発生する。この空心巻線12aに発生する銅損、つまり熱は、主にステータヨーク11a、フレーム15をとおり放熱される。従って、空心巻線12aからフレーム15間の熱抵抗によって空心巻線12aの温度上昇が決まる。
【0003】
【特許文献1】
特開昭58−58845号公報
【特許文献2】
特開昭60−216746号公報
【特許文献3】
特開昭62−244251号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところが従来技術におけるスロットレス永久磁石モータには、空心巻線12aに発生する銅損によって以下のような問題が発生するおそれがある。
(1)空心巻線12aの温度上昇が大きくなり、空心巻線12aが焼損する。
(2)空心巻線12aの温度上昇が大きくなるため、空心巻線12aとギャップを介して配置されている永久磁石3が温度上昇し熱減磁する。
(3)空心巻線12aの温度上昇が大きくなるため、反負荷側の光学式エンコーダも温度上昇し、その信号処理回路である集積回路部品の誤動作や熱破損が発生する。
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、空心巻線の温度上昇を低減するスロットレス永久磁石モータを提供することを目的とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、請求項1に記載の第1の発明は、ステータヨーク、ブラケット、空心巻線を有するステータと、永久磁石を有するロータから構成したスロットレス永久磁石モータにおいて、前記ブラケットにリング状の凹部を設け、前記リング状の凹部に、前記空心巻線と前記ステータヨークの端部を挿入させるようにしたものである。
これにより、空心巻線に発生した熱をブラケットに逃がすことができるため、空心巻線の温度上昇を低減することができる。
また、請求項2に記載の第2の発明は、前記ブラケットに設けたリング状の凹部と、前記空心巻線および前記ステータヨークの端部の間に、有機材料、もしくは無機材料、もしくは有機材料と無機材料の複合材料を介在させるようにしたものである。
これにより、ブラケットの凹部と空心巻線およびステータヨークの端部にできた微小空気層を、例えば、熱伝導性の高いグリースで埋めることによって、第1の発明よりも空心巻線に発生した熱をブラケットに逃がすことができる。また、熱伝導性の高い接着剤で埋めることにより、同じく第1の発明よりも空心巻線に発生した熱をブラケットに逃がすことができる。さらには、凹部を設けることによって強度劣化したブラケットを、良熱伝導性接着剤にてステータヨークおよび空心巻線と一体固着し、ステータ全体の強度を確保することができる。
【0006】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
図1は本発明の第1の実施例を示すスロットレス永久磁石モータの側断面図であり、図2は図1のA部拡大図である。以下、本発明の構成要素が従来技術と同じものについては同一符号を付してその説明を省略し、異なる点のみ説明する。図において、11bは本発明によるステータヨーク、12bは空心巻線、16bは負荷側ブラケットである。
本発明が従来技術と基本的に異なる点は、負荷側ブラケット16bにリング状の凹部を設け、ステータヨーク11bと空心巻線12bの負荷側端部を挿入していることである。
前記ステータヨーク11bと空心巻線12bは従来技術のものに比べ、凹部に挿入している分だけ長く作られている。このとき、負荷側ブラケット16bとステータヨーク11bおよび空心巻線12bの間には、空心巻線12bが負荷側ブラケット16bと接触し絶縁劣化しないように、微小空気層が設けられている。
このような構成にすることにより、空心巻線12bから負荷側ブラケット16bまでの熱抵抗を極めて低減することができる。空心巻線12bに発生した熱は、ステータヨーク11bからフレーム15に流れ、さらにはブラケット16bにも流れる。従って、空心巻線12bに発生した熱を分散でき、空心巻線12bの温度上昇を大幅に低減することができる。
また、負荷側ブラケット16bの凹部の外周面はステータヨーク11bが接触するように削られている。負荷側ブラケット16bの凹部にステータヨーク11bと一体になった空心巻線12bを挿入するだけで、空心巻線12bを正確に位置決めすることが可能となっている。
【0007】
次に第2の実施例について説明する。
図3は、本発明の第2の実施例を適用した図1のA部拡大図である。第1の実施例と異なる点は、負荷側ブラケット16bとステータヨーク11bおよび空心巻線12bの間に設けた微小空気層に、良熱伝導性グリース18を介在させたことである。
良熱伝導性グリース18は、例えば、シリコーンオイル基油にシリカ微粉末などを配合したグリース状のいわゆるシリコーンオイルコンパウンドを用いる。一般に、シリコーンオイルコンパウンドは絶縁性にも優れるので、空心巻線12bの絶縁性は保たれる。ここで、空気とシリコーンオイルコンパウンドの熱伝導率を比較すると、空気が0.025W/(m・℃)であるのに対し、シリコーンオイルコンパウンドは約40倍の0.92W/(m・℃)である。
微小空気層に良熱伝導性グリースを介在させることにより、空心巻線12bから負荷側ブラケット16bまでの熱抵抗をさらに低減することができる。その結果、空心巻線12bの温度上昇を第1の実施例よりも低減することができる。
【0008】
次に第3の実施例について説明する。
図4は、本発明の第3の実施例を適用した図1のA部拡大図である。第1および第2の実施例と異なる点は、負荷側ブラケット16bとステータヨーク11bおよび空心巻線12b間の微小空気層もしくは良熱伝導性グリースの代わりに、良熱伝導性接着剤19を介在させたことである。
良熱伝導性接着剤19は、例えば、アルミナを充填したエポキシ系接着剤を用いる。一般に、アルミナ充填のエポキシ系接着剤は絶縁性にも優れるので、空心巻線12bの絶縁性は保たれる。
ここで、アルミナ充填のエポキシ系接着剤と空気との熱伝導率を比較すると、空気が0.025W/(m・℃)であるのに対し、アルミナ充填のエポキシ系接着剤は約50倍の1.15W/(m・℃)である。
微小空気層にこのような良熱伝導性接着剤19を介在させることにより、空心巻線12bから負荷側ブラケット16bまでの熱抵抗を低減することができる。
その結果、空心巻線12bの温度上昇を第1の実施例よりも低減することができる。さらには、凹部を設けることによって強度劣化した負荷側ブラケット16bを、良熱伝導性接着剤19にてステータヨーク11bおよび空心巻線12bと一体固着することにより、ステータ全体の強度を確保することができる。
【0009】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、次のような効果がある。
(1)請求項1に記載の第1の実施例によれば、負荷側ブラケットに設けたリング状の凹部に空心巻線とステータヨークの負荷側端部を挿入することにより、空心巻線に発生した熱を分散することができ、空心巻線の温度上昇を低減することができる。その結果、従来問題となっていた空心巻線の焼損、永久磁石の温度上昇による熱減磁、光学式エンコーダの温度上昇による集積回路部品の誤動作や熱破損を回避することができる。また、負荷側ブラケットの凹部にステータヨークと一体になった空心巻線を挿入するだけで、空心巻線を正確に位置決めすることができる。
(2)請求項2に記載の第2の実施例によれば、負荷側ブラケットの凹部と空心巻線およびステータヨーク間の微小空気層に良熱伝導性グリースを介在させることにより、空心巻線と負荷側ブラケット間の熱抵抗をさらに低減することができ、請求項1よりも空心巻線の温度上昇を低減することができる。
(3)同じく請求項2に記載の第3の実施例によれば、負荷側ブラケットの凹部と空心巻線およびステータヨーク間の微小空気層に良熱伝導性接着剤を介在させることにより、空心巻線と負荷側ブラケット間の熱抵抗をさらに低減することができ、第1の実施例よりも空心巻線の温度上昇を低減することができる。さらには、凹部を設けることによって強度劣化した負荷側ブラケットを、良熱伝導性接着剤にてステータヨークおよび空心巻線と一体固着することにより、ステータ全体の強度を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示すスロットレス永久磁石モータの側断面図である。
【図2】本発明の第1の実施例を示すスロットレス永久磁石モータの要部拡大図である。
【図3】本発明の第2の実施例を示すスロットレス永久磁石モータの要部拡大図である。
【図4】本発明の第3の実施例を示すスロットレス永久磁石モータの要部拡大図である。
【図5】従来技術におけるスロットレス永久磁石モータの側断面図である。
【図6】従来技術におけるスロットレス永久磁石モータの要部拡大図である。
【符号の説明】
1 ロータ
2 ロータヨーク
3 永久磁石
4 シャフト
5 負荷側軸受
6 反負荷側軸受
10 ステータ
11a、11b ステータヨーク
12a、12b 空心巻線
13 絶縁紙
14 モールド樹脂
15 フレーム
16a、16b 負荷側ブラケット
17 反負荷側ブラケット
18 良熱伝導性グリース
19 良熱伝導性接着剤
Claims (2)
- ステータヨーク、ブラケット、空心巻線を有するステータと、永久磁石を有するロータから構成したスロットレス永久磁石モータにおいて、前記ブラケットにリング状の凹部を設け、前記リング状の凹部に、前記空心巻線と前記ステータヨークの端部を挿入させたことを特徴とするスロットレス永久磁石モータ。
- 前記ブラケットに設けたリング状の凹部と、前記空心巻線および前記ステータヨークの端部の間に、有機材料、もしくは無機材料、もしくは有機材料と無機材料の複合材料を介在させたことを特徴とする請求項1記載のスロットレス永久磁石モータ。
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