JP2006074909A - Multishaft motor - Google Patents

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敏之 園田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a multishaft motor that allows the design and structure of the motor to be simplified. <P>SOLUTION: In this multishaft motor, left and right rotors 5 and 7 are placed in correspondence with each other in the axial direction with a stator 9 in-between. The stator 9 includes: a substantially disk-shaped stator body 11; multiple concentrated winding coils 13 for driving; and a core 15 formed of dust magnetic material. The left and right rotors 5 and 7 include substantially disk-shaped rotor bodies 25 and 27 and multiple permanent magnets 29 and 31. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、多軸モータに関する。   The present invention relates to a multi-axis motor.

従来の多軸モータとしては、円筒形のステータの内外に２つのロータを配置したラジアル型のモータが開発されている。すなわち、このモータではロータとステータとが径方向に対向して配置されている。   As a conventional multi-axis motor, a radial motor in which two rotors are arranged inside and outside a cylindrical stator has been developed. That is, in this motor, the rotor and the stator are arranged to face each other in the radial direction.

しかしながら、ラジアル型の多軸モータでは、内外のロータの径が異なるため、ステータ及びロータの設計が複雑である。また、大きなトルクを得ようとした場合等には、軸方向に延設されたステータ及び各ロータを軸方向の両端部で軸支する必要があるため、軸受け部等の設計及び構造も複雑である。   However, in a radial type multi-axis motor, since the inner and outer rotors have different diameters, the design of the stator and the rotor is complicated. In addition, when a large torque is to be obtained, it is necessary to support the stator and each rotor extending in the axial direction at both ends in the axial direction, so the design and structure of the bearing portion and the like are also complicated. is there.

そこで、本発明の解決すべき課題は、モータの設計及び構造を簡略化できる多軸モータを提供することである。   Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide a multi-axis motor that can simplify the design and structure of the motor.

上記の課題を解決するため、請求項１の発明は、複数の駆動軸を有する多軸モータであって、前記各駆動軸に固定されたロータと、ステータとが軸方向に対向して配置されている。   In order to solve the above problems, the invention of claim 1 is a multi-axis motor having a plurality of drive shafts, wherein a rotor fixed to each of the drive shafts and a stator are arranged facing each other in the axial direction. ing.

また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る多軸モータにおいて、前記複数の駆動軸として、互いに反対方向に延設された第１及び第２の駆動軸が設けられ、前記第１の駆動軸に固定された第１のロータと、前記第２の駆動軸に固定された第２のロータとが前記ステータを挟んで対向して配置されている。   According to a second aspect of the present invention, in the multi-axis motor according to the first aspect of the present invention, first and second drive shafts extending in opposite directions are provided as the plurality of drive shafts. A first rotor fixed to one drive shaft and a second rotor fixed to the second drive shaft are arranged to face each other with the stator interposed therebetween.

また、請求項３の発明は、請求項２の発明に係る多軸モータにおいて、前記ステータに設けられる磁心が、金属磁性粉末、又は所定の被膜で覆った金属磁性粉末を樹脂で結合した圧粉磁性体により形成される。   Further, the invention of claim 3 is a multi-axis motor according to the invention of claim 2, wherein the magnetic core provided in the stator is a metal powder, or a powder obtained by bonding a metal magnetic powder covered with a predetermined film with a resin. It is formed of a magnetic material.

請求項１に記載の発明によれば、ロータとステータとが軸方向に対向して配置されているため、ステータ、ロータ、軸受け部等のモータ各部の設計、構造を簡略化することができ、モータの組立工程も簡略化できる。   According to the invention described in claim 1, since the rotor and the stator are arranged to face each other in the axial direction, the design and structure of each part of the motor such as the stator, the rotor, and the bearing portion can be simplified. The motor assembly process can also be simplified.

請求項２に記載の発明によれば、ステータの両側に設ける第１及び第２のロータの径を同一に設定することができ、ロータ及びステータの設計等を簡略化することができる。   According to the second aspect of the invention, the diameters of the first and second rotors provided on both sides of the stator can be set to be the same, and the design of the rotor and the stator can be simplified.

請求項３に記載の発明によれば、圧粉磁性体は、優れた磁気特性を有するとともに、鉄損が小さく、金型による形状形成が容易であり、また磁気特性が等方的であるため、ステータに設ける磁心を容易に形成することができ、この圧粉磁性体を用いることによって、軸方向に対向するステータとロータ間に磁気回路を効率よく形成することができ、モータの効率及び出力等の向上が図れる。   According to the third aspect of the present invention, the dust magnetic material has excellent magnetic properties, has a small iron loss, can be easily formed by a mold, and has isotropic magnetic properties. The magnetic core provided in the stator can be easily formed, and by using this dust magnetic material, a magnetic circuit can be efficiently formed between the stator and the rotor facing in the axial direction, and the motor efficiency and output Etc. can be improved.

図１は、本発明の一実施形態に係る多軸モータの要部構成を模式的に示す軸平行断面図である。この多軸モータは、図１に示すように、互いに反対方向に延設された左右の駆動軸（第１及び第２の駆動軸）１，３と、左右の駆動軸１，３にそれぞれ固定された左右のロータ（第１及び第２のロータ）５，７と、ステータ９とを備えて構成された永久磁石型の同期モータである。左右のロータ５，７は、ステータ９を挟んで軸方向に対向するように配置されている。   FIG. 1 is an axial parallel cross-sectional view schematically showing a main part configuration of a multi-axis motor according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the multi-axis motor is fixed to left and right drive shafts (first and second drive shafts) 1 and 3 extending in opposite directions, and left and right drive shafts 1 and 3, respectively. This is a permanent magnet type synchronous motor configured to include left and right rotors (first and second rotors) 5 and 7 and a stator 9. The left and right rotors 5 and 7 are disposed so as to face each other in the axial direction with the stator 9 interposed therebetween.

ステータ９は、図２に示すように、略円盤状のステータ本体１１と、駆動用の複数の集中巻きコイル１３と、コイル１３と同数の磁心１５とを備えており、ケーシング等の固定部１７に固定される。   As shown in FIG. 2, the stator 9 includes a substantially disc-shaped stator body 11, a plurality of concentrated winding coils 13 for driving, and the same number of magnetic cores 15 as the coils 13, and a fixed portion 17 such as a casing. Fixed to.

ステータ本体１１には、コイル１３及び磁心１５の挿入用の複数の挿入孔１１ａが周方向に間隔をあけて軸方向に貫通するように設けられている。ステータ本体７の中央部には、左右の駆動軸１，３を軸支するための貫通孔１１ｂが設けられている。この貫通孔１１ｂには、左右の駆動軸１，３の端部を軸支するベアリング１９，２１が嵌め込まれる。   The stator body 11 is provided with a plurality of insertion holes 11a for inserting the coil 13 and the magnetic core 15 so as to penetrate in the axial direction at intervals in the circumferential direction. A through hole 11 b for supporting the left and right drive shafts 1, 3 is provided at the center of the stator body 7. Bearings 19 and 21 that pivotally support end portions of the left and right drive shafts 1 and 3 are fitted into the through holes 11b.

コイル１３は、図３に示すように、断面平角形の細長い銅板２３がエッチワイズに集中巻きされて構成されている。巻回されて積層された銅板２３間は、絶縁フィルム等で絶縁されている。また、このように構成されたコイル１３は、絶縁コート等の絶縁処理が施される。このようなコイル１３は、電気接合部の引き出しが容易であるとともに、細線巻きのコイルに比して放熱効率がよいという利点がある。   As shown in FIG. 3, the coil 13 is formed by concentrically winding an elongated copper plate 23 having a rectangular cross section in an etchwise manner. The copper plates 23 wound and laminated are insulated by an insulating film or the like. The coil 13 thus configured is subjected to an insulation process such as an insulation coat. Such a coil 13 has the advantage that the electrical joint portion can be easily pulled out and the heat dissipation efficiency is better than that of a coil with thin wires.

磁心１５は、金属磁性粉末（例えば、鉄粉）、又は所定の被膜（例えば、燐酸化合物被膜）で覆った金属磁性粉末（例えば、鉄粉）を樹脂で結合した圧粉磁性体により形成されている。圧粉磁性体の結合用樹脂としては、例えばポリフェニレンサルファイド、可溶性ポリイミド若しくはさらに他の樹脂、又はこれらの混合物などが用いられる。磁心１５の形成は、圧粉磁性体材料を所定の成型用の型に充填して加圧、圧縮した後、加熱処理することにより行われる。   The magnetic core 15 is formed of a metal magnetic powder (for example, iron powder) or a powder magnetic material in which a metal magnetic powder (for example, iron powder) covered with a predetermined film (for example, phosphoric acid compound film) is bonded with a resin. Yes. For example, polyphenylene sulfide, soluble polyimide or other resin, or a mixture thereof is used as the resin for binding the dust magnetic material. The magnetic core 15 is formed by filling a predetermined magnetic mold material into a predetermined mold, pressurizing and compressing it, and then performing heat treatment.

このような圧粉磁性体は、優れた磁気特性を有するとともに、鉄損が小さく、金型による成型が容易であり、また磁気特性が等方的であるという有利な特性を有している。このため、コイル１３の形状及び寸法に応じた形状等を有する磁心１５を容易に形成できる。   Such a dust magnetic material has excellent magnetic properties, has low iron loss, is easy to mold with a mold, and has isotropic magnetic properties. For this reason, the magnetic core 15 having a shape corresponding to the shape and size of the coil 13 can be easily formed.

なお、ステータ本体１１も圧粉磁性体により形成してもよい。   The stator body 11 may also be formed of a dust magnetic material.

ステータ９の組み立ては、ステータ本体１１の各挿入孔１１ａに予め形成されたコイル１３及び磁心１５を軸方向から嵌め込んで固定することにより行われる。このとき、磁心１５は、コイル１３の内周側の空洞内にぴったりと嵌まり込む。   The assembly of the stator 9 is performed by fitting and fixing the coil 13 and the magnetic core 15 formed in advance in the insertion holes 11a of the stator body 11 from the axial direction. At this time, the magnetic core 15 fits exactly in the cavity on the inner peripheral side of the coil 13.

コイル１３及び磁心１５のステータ本体１１への固定後、コイル１３間等の電気接合及びその接合部の絶縁処理（半導電層処理を含む）等が行われる。このとき、コイル１３間を電気接続する渡り線（図示せず）及び駆動回路（図示せず）は、ステータ本体１１におけるコイル１３の内周側に設けられる。このため、ステータ本体１１の外周部をコイル１３の配置スペースとして有効に利用することができ、モータ出力を維持しつつモータの小型化が図れる。   After the coil 13 and the magnetic core 15 are fixed to the stator main body 11, electrical bonding between the coils 13 and the like, insulation processing (including semiconductive layer processing) of the bonding portion, and the like are performed. At this time, a connecting wire (not shown) and a drive circuit (not shown) for electrically connecting the coils 13 are provided on the inner peripheral side of the coil 13 in the stator body 11. For this reason, the outer peripheral part of the stator main body 11 can be used effectively as an arrangement space for the coil 13, and the motor can be reduced in size while maintaining the motor output.

左右のロータ５，７は、図４及び図５に示すように、略円盤状のロータ本体２５，２７と、そのロータ本体２５，２７に取り付けられる複数の永久磁石２９，３１を備えてそれぞれ構成されている。各ロータ本体２５，２７におけるステータ９との対向面には、永久磁石２９，３１の埋め込み用の複数の凹部（貫通孔でもよい）２５ａ，２７ａが周方向に間隔をあけてそれぞれ設けられている。各ロータ本体２５，２７の中央部には、回転軸１，３が挿入固定される貫通孔２５ｂ，２７ｂが設けられている。永久磁石２９，３１は、凹部２５ａ，２７ａに嵌め込まれて固定される。なお、左右のロータ５，７の径は同一に設定されている。また、ロータ本体２５，２７についても、前記圧粉磁性体により形成してもよい。   As shown in FIGS. 4 and 5, the left and right rotors 5, 7 include substantially disk-shaped rotor bodies 25, 27 and a plurality of permanent magnets 29, 31 attached to the rotor bodies 25, 27, respectively. Has been. A plurality of recesses (may be through holes) 25a and 27a for embedding the permanent magnets 29 and 31 are provided on the surfaces of the rotor main bodies 25 and 27 facing the stator 9 at intervals in the circumferential direction. . Through holes 25b and 27b into which the rotary shafts 1 and 3 are inserted and fixed are provided in the central portions of the rotor main bodies 25 and 27, respectively. The permanent magnets 29 and 31 are fitted and fixed in the recesses 25a and 27a. The diameters of the left and right rotors 5 and 7 are set to be the same. Further, the rotor bodies 25 and 27 may also be formed of the dust magnetic material.

左右のロータ５，７の駆動は、ステータ９の各コイル１３がステータ９の左右両側に生成する磁界と、各ロータ５，７の各永久磁石２９，３１によって生成される磁界との相互作用によって行われる。   The left and right rotors 5 and 7 are driven by the interaction between the magnetic fields generated by the coils 13 of the stator 9 on the left and right sides of the stator 9 and the magnetic fields generated by the permanent magnets 29 and 31 of the rotors 5 and 7. Done.

そして、本実施形態では、左右のロータ５，７の独立駆動を実現するため、左右のロータ５，７に設ける極数（磁石数）を互いに異なった値に設定している。例えば、左側のロータ５には８個の永久磁石２９が設置されて３相交流電流が発生する磁界によって駆動され、右側の永久磁石には４個の永久磁石３１が設置されて６相交流電流が発生する磁界によって駆動されるようになっている。これに対応して、ステータ９には、１２個のスロット（１１ａ）が設けられている。また、各ロータ５，７の永久磁石２９，３１は、周方向に隣接する隣の永久磁石２９，３１とＮ、Ｓの極性が反対になるように設置されている。   In this embodiment, the number of poles (number of magnets) provided in the left and right rotors 5 and 7 is set to a different value in order to realize independent driving of the left and right rotors 5 and 7. For example, eight permanent magnets 29 are installed in the left rotor 5 and driven by a magnetic field that generates a three-phase AC current, and four permanent magnets 31 are installed in the right permanent magnet and a six-phase AC current is generated. Is driven by a magnetic field generated. Correspondingly, the stator 9 is provided with 12 slots (11a). Moreover, the permanent magnets 29 and 31 of each rotor 5 and 7 are installed so that the polarity of N and S may be opposite to the adjacent permanent magnets 29 and 31 adjacent to the circumferential direction.

このような多軸モータの駆動は、図６に示すような左ロータ駆動用の電流成分（例えば、３相交流電流）と右ロータ駆動用の電流成分（例えば、６相交流電流）とを合成してステータ９のコイル１３に供給することによって行われる。左右のロータ駆動用の電流成分の周波数は、対応する左右のロータ５，７の極配置に対応して互いに異なった値に設定されており、これによって、左右のロータ５，７の駆動磁界が互いに干渉することなく、左右のロータ５，７を独立して駆動することができる。   Such a multi-axis motor is driven by combining a current component for driving the left rotor (for example, a three-phase AC current) and a current component for driving the right rotor (for example, a six-phase AC current) as shown in FIG. Then, it is performed by supplying the coil 13 of the stator 9. The frequency of the current component for driving the left and right rotors is set to a value different from each other corresponding to the pole arrangement of the corresponding left and right rotors 5, 7. The left and right rotors 5 and 7 can be driven independently without interfering with each other.

このような多軸モータの適用例としては、例えば、車両における左右の車輪の駆動に用いることが考えられる。この場合、１つの多軸モータにより左右両輪を独立して駆動することができるという利点がある。   As an application example of such a multi-axis motor, for example, it may be used for driving left and right wheels in a vehicle. In this case, there is an advantage that both the left and right wheels can be driven independently by one multi-axis motor.

また、他の適用例としては、ハードディスク等のディスク状の記録媒体の駆動に用いることが考えられる。この場合、１つの多軸モータにより２つの記録媒体を独立して駆動することができるという利点がある。   As another application example, it may be used for driving a disk-shaped recording medium such as a hard disk. In this case, there is an advantage that two recording media can be independently driven by one multi-axis motor.

以上のように、本実施形態に係る多軸モータによれば、左右のロータ５，７がステータ９を挟んで軸方向に対応して配置される構成であるため、左右のロータ５，７の径を同一に設定することができる等の利点があり、その結果、ステータ９、ロータ５，７、軸受け部（１９，２１）等のモータ各部の設計、構造を簡略化することができ、モータの組立工程も簡略化できる。   As described above, according to the multi-axis motor according to the present embodiment, the left and right rotors 5 and 7 are arranged corresponding to the axial direction with the stator 9 interposed therebetween. As a result, the design and structure of each part of the motor such as the stator 9, the rotors 5, 7, and the bearings (19, 21) can be simplified. The assembly process can be simplified.

また、圧粉磁性体は、優れた磁気特性を有するとともに、鉄損が小さく、金型による形状形成が容易であり、また磁気特性が等方的であるため、ステータ９に設ける磁心１５を容易に形成することができ、この圧粉磁性体を用いることによって、軸方向に対向するステータ９とロータ５，７間に磁気回路を効率よく形成することができ、モータの効率及び出力等の向上が図れる。   In addition, since the dust magnetic body has excellent magnetic characteristics, iron loss is small, shape formation by a mold is easy, and magnetic characteristics are isotropic, the magnetic core 15 provided on the stator 9 can be easily formed. By using this dust magnetic material, a magnetic circuit can be efficiently formed between the stator 9 and the rotors 5 and 7 facing each other in the axial direction, and the efficiency and output of the motor are improved. Can be planned.

本発明の一実施形態に係る多軸モータの要部構成を模式的に示す軸平行断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an axial parallel cross-sectional view schematically showing a main configuration of a multi-axis motor according to an embodiment of the present invention. 図１の多軸モータのステータの正面図である。It is a front view of the stator of the multi-axis motor of FIG. 図２のステータに用いられるコイルの斜視図である。It is a perspective view of the coil used for the stator of FIG. 図１の多軸モータの左側のロータの正面図である。It is a front view of the left rotor of the multi-axis motor of FIG. 図１の多軸モータの右側のロータの正面図である。FIG. 2 is a front view of a right rotor of the multi-axis motor of FIG. 1. 図１の多軸モータのステータコイルに供給される電流成分を示す図である。It is a figure which shows the electric current component supplied to the stator coil of the multi-axis motor of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１，３ 駆動軸
５，７ ロータ
９ ステータ
１１ ステータ本体
１３ コイル
１５ 磁心
１９，２１ ベアリング
２５，２７ ロータ本体
２９，３１ 永久磁石 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,3 Drive shaft 5,7 Rotor 9 Stator 11 Stator main body 13 Coil 15 Magnetic core 19, 21 Bearing 25, 27 Rotor main body 29, 31 Permanent magnet

Claims (3)

複数の駆動軸を有する多軸モータであって、
前記各駆動軸に固定されたロータと、ステータとが軸方向に対向して配置されていることを特徴とする多軸モータ。 A multi-axis motor having a plurality of drive shafts,
A multi-axis motor, wherein a rotor fixed to each drive shaft and a stator are arranged to face each other in the axial direction. 請求項１に記載の多軸モータにおいて、
前記複数の駆動軸として、互いに反対方向に延設された第１及び第２の駆動軸が設けられ、
前記第１の駆動軸に固定された第１のロータと、前記第２の駆動軸に固定された第２のロータとが前記ステータを挟んで対向して配置されていることを特徴とする多軸モータ。 The multi-axis motor according to claim 1,
As the plurality of drive shafts, first and second drive shafts extending in opposite directions are provided,
A first rotor fixed to the first drive shaft and a second rotor fixed to the second drive shaft are arranged to face each other with the stator interposed therebetween. Shaft motor. 請求項２に記載の多軸モータにおいて、
前記ステータに設けられる磁心が、金属磁性粉末、又は所定の被膜で覆った金属磁性粉末を樹脂で結合した圧粉磁性体により形成されることを特徴とする多軸モータ。 The multi-axis motor according to claim 2,
A multi-axis motor, wherein a magnetic core provided in the stator is formed of a metal magnetic powder or a powder magnetic material obtained by bonding a metal magnetic powder covered with a predetermined film with a resin.
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