JP4026199B2 - 軸方向空隙形同期モータ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石を備えた軸方向空隙形同期モータに関し、特にコギングトルクを低減するものに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来技術では、軸方向空隙形モータは、図3の(a) 、(b) に示すように、円周方向にN,Sの極性が交互に位置するように軸方向に着磁され、両面にそれぞれm(mは正数)個の磁極対を形成した円板状の永久磁石から成るロータ3と、ロータ3の両面に空隙を介して対向するそれぞれn(nは正数)個のステータ歯部11(11a、11b、11c....)、21(21a、21b、21c....)を有する第1ステータ1と第2ステータ2と、各ステータ1、2に巻回した電機子コイル5、ロータ3の表面に垂直に配設したシャフト6、第1ステータ1と第2ステータ2の間に配設された両ステータを接続するリング状のフレーム7を備えており、ロータ3を挟み第1ステータ1および第2ステータ2間で発生するコギングトルクを相殺するために、第1ステータ1および第2ステータ2のステータ歯部11、21の位置を互いに周方向に180/(m×n)度ずらして配置するようにしたものが提案されている(例えば、特開平7ー336967号公報)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来技術では、図4に示す第1、第2ステータ間の位置ずれ角度に対するトルクとコギングトルクの関係から、位置ずれ角度が大きくなるにつれコギングトルクは減少し、ある角度にて最小となり、つぎに大きくなっていく。したがって位置ずれをコギングトルクが最小となるよう設定していた。一方トルクは位置ずれが大きくなるにつれ減少していく。そのため、従来技術ではコギングトルクは低減するが、トルクも低減するという問題があった。また、図5に示すロータの回転角度に対する軸方向のギャップ吸引力の関係からわかるように、ロータの回転角度が変化するごとに軸方向のギャップ吸引力が変動するためモータが振動する問題もあった。
そこで、本発明はトルクを低下させることなく、コギングトルクを低減することができる軸方向空隙形モータを提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために、本発明は、円周方向にN、Sの極性が交互に位置するように軸方向に着磁され、両面にそれぞれm(mは整数)個の磁極対を形成した円板状の永久磁石から成るロータと、前記ロータの両面に空隙を介して垂直方向に対向するそれぞれn(nは整数)個のステータ歯部を有する第1ステータおよび第2ステータと、前記第1ステータと前記第2ステータの間に配設された両ステータを接続するリング状のフレームと、を備えた軸方向空隙形モータにおいて、前記フレームは、前記第1ステータおよび前記第2ステータの外周に対向して設けた非磁性体からなる第1フレームおよび第2フレームと、前記第1フレームおよび前記第2フレームとの間に挟まれて配設された周方向に移動自在な磁性体からなる中間フレームとより構成され、前記中間フレームは、円周上に前記ロータの径方向に向かって空隙を介して設けたn(nは整数)個のフレーム歯部を有しており、前記フレーム歯部は、個別に前記中間フレーム内を空隙方向に向かって移動自在としたもので構成され、前記フレーム歯部の位置は、前記第1ステータのステータ歯部および前記第2ステータのステータ歯部に対して前記中間フレームの周方向に180/(m×n)度ずつずらして配置されたものである。
上記手段により、第1フレームおよび第2フレームとの間において、ロータの径方向に向かってフレーム歯部を有する周方向に移動自在な磁性体からなる中間フレームを配設し、各フレーム歯部は、個別に中間フレーム内を空隙方向に向かって移動自在とすることで、第1、第2ステータとロータ間に発生するコギングトルクを、ロータの磁石と中間フレーム間に逆位相のコギングトルクを発生させ相殺するので、トルクを低下させることなくコギングトルクを低減することができる。
【0005】
【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の(a)は、本発明の実施例を示す軸方向空隙形モータの側断面図、(b)は(a)のA−A’線に沿う断面図である。
本発明の軸方向空隙形モータは、6極4スロットの第1ステータと第2ステータとからなるものであって、従来例と同じ構成要素には同一符号を付してその説明を省略し、異なる構成要素には新たな符号を付している。
従来例と異なるのは、第1ステータ1および第2ステータ2の外周に対向して非磁性体からなる第1フレーム12および第2フレーム22が設けられ、この第1フレーム12および第2フレーム22との間に周方向に移動自在な磁性体からなる中間フレーム4を挟んで配設しており、この中間フレーム4は、円周上にロータ3の径方向に向かって空隙を介してn(nは整数)個のフレーム歯部41a、41b、41c、41dを設けてある点である。
また、中間フレーム4内には、フレーム歯部41a、41b、41c、41dが配設される位置に図示しない雌ねじを設け、一方、フレーム歯部41a、41b、41c、41dの外周にはそれぞれ図示しない雄ねじを設けて、各フレーム歯部をネジ部により個別に対向するロータの空隙方向に向かって微小に移動自在としたものである。ここで、特にフレーム歯部の移動手段は上記のように限定されるものではない。
さらに、フレーム歯部41a、41b、41c、41dの位置を中間フレーム4の周方向に180/(m×n)度ずつずらして配置したものである。
このような構成において、コギングトルクはロータ1回転あたり、ロータとステータ歯部の吸引力により磁極数(6)とスロット数(4)の最小公倍数である12周期の山をもつ波形となる。また、ロータ3と中間フレーム4のフレーム歯部41a、41b、41c、41d間にも同様に磁気吸引力による12周期の山をもつコギングトルクを発生2する。したがって、第1ステータ1のステータ歯部11、第2ステータ2のステータ歯部21とフレーム歯部41a、41b、41c、41dを両者のコギングトルクが相殺するように配置する。
次に動作について説明する。
図2の(a)はステータ歯部とフレーム歯部の位置ずれ角度に対するトルク、コギングトルクの関係を示す図、(b)はステータ歯部とフレーム歯部の位置ずれ角度の関係を示す説明図である。コギングトルクが最小になる配置でもピークトルクは減少しない。なおロータ3の着磁むら、第1、第2ステータ1、2の加工誤差、組立誤差のためにコギングトルク波形が基本波形からずれる場合がある。この場合は中間フレーム4と第1、第2ステータ1、2の周方向配置の微調整、およびフレーム歯部41a 〜41d の径方向ギャップ長を個別に調整することによりコギングトルクを低減することができる。
実際に実機を用いてその特性の確認をしたところ、コギングトルクは従来例と同等に低減し(定格トルクの3%以下)、且つ、トルクは120%増の結果が得られた。また図5に示すように、軸方向の吸引力は一定となり、モータが振動する問題も解決した。
【0006】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、ステータとロータ間に発生するコギングトルクを、ロータの磁石と中間フレーム間に逆位相のコギングトルクを発生させ相殺することにより、トルクを低下させることなくコギングトルクを低減できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明の実施例を示す軸方向空隙形同期モータの側断面図、(b)は(a)のA−A’線に沿う断面図である。
【図2】(a)はステータ歯部とフレーム歯部の位置ずれ角度に対するトルク、コギングトルクの関係を示す図、(b)はステータ歯部とフレーム歯部の位置ずれ角度の関係を示す説明図である。
【図3】(a)は従来例を示す軸方向空隙形同期モータの側断面図、(b)は(a)のロータとステータの周方向展開図である。
【図4】従来例の第1、第2ステータ間の位置ずれ角度に対するトルク、コギングトルクの関係を示す図である。
【図5】ロータ回転角度に対する軸方向吸引力を示す図である。
【符号の説明】
1:第1ステータ
11:ステータ歯部
12:第1フレーム
2:第2ステータ
21:ステータ歯部
22:第2フレーム
3:ロータ
4:中間フレーム
41a,41b,41c,41d:フレーム歯部
5:電機子コイル
6:シャフト
Claims (1)
- 円周方向にN、Sの極性が交互に位置するように軸方向に着磁され、両面にそれぞれm(mは整数)個の磁極対を形成した円板状の永久磁石から成るロータと、前記ロータの両面に空隙を介して垂直方向に対向するそれぞれn(nは整数)個のステータ歯部を有する第1ステータおよび第2ステータと、前記第1ステータと前記第2ステータの間に配設された両ステータを接続するリング状のフレームと、を備えた軸方向空隙形モータにおいて、
前記フレームは、前記第1ステータおよび前記第2ステータの外周に対向して設けた非磁性体からなる第1フレームおよび第2フレームと、前記第1フレームおよび前記第2フレームとの間に挟まれて配設された周方向に移動自在な磁性体からなる中間フレームとより構成され、
前記中間フレームは、円周上に前記ロータの径方向に向かって空隙を介して設けたn(nは整数)個のフレーム歯部を有しており、
前記フレーム歯部は、個別に前記中間フレーム内を空隙方向に向かって移動自在としたもので構成され、
前記フレーム歯部の位置は、前記第1ステータのステータ歯部および前記第2ステータのステータ歯部に対して前記中間フレームの周方向に180/(m×n)度ずつずらして配置されたことを特徴とする軸方向空隙形同期モータ。
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