JP4310611B2

JP4310611B2 - Permanent magnet motor

Info

Publication number: JP4310611B2
Application number: JP2002165284A
Authority: JP
Inventors: 透鹿山; 基道大戸; 隆明安村
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2002-06-06
Filing date: 2002-06-06
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2022-06-06
Also published as: JP2004015906A

Description

【０００１】
【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、高加減速の回転運動を要求されるサーボモータとして用いられる永久磁石形モータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
サーボモータ用の永久磁石形モータは、モータ体格に対し大きな最大トルクを発揮するものが望まれる。例えば、このような永久磁石形モータとして、特開平１１−３０８７９３号公報に開示されているハルバッハ磁石配列を使用したもの、また、極異方性のリング磁石を使用したもの等がある。図５は前者、図６は後者の永久磁石形モータの断面図を示したものである。
図５および図６において、１はロータ、２はロータヨーク、３１は主永久磁石、４１は補永久磁石、５１はリング磁石、１０はステータ、１１は巻線、１２はステータヨークである。
図５において、ロータ１は、ロータヨーク２、ハルバッハ磁石配列された主永久磁石３１（角度幅Ｗｍｏ）と補永久磁石４１（角度幅Ｗｓｏ）から構成されている。ステータ１０は、ロータ１と外周側にエアギャップを挟んで配置された巻線１１、ステータヨーク１２から構成されている。なお、ロータ１は、全８磁極で構成されており、磁極ピッチの角度幅はＰ＝４５度に設定されている。主永久磁石３１と補永久磁石４１の角度幅は、図５のような空心の巻線１１で構成される永久磁石形モータにおいてトルクが最大となるＷｍｏ：Ｗｓｏ＝６．５：３．５に設定されている。なお、この角度幅は、ロータ外周側と内周側で同じに設定されている。
図６において、ロータ１は、ロータヨーク２、リング磁石５１から構成されている。ステータ１０は図５と同じである。全８磁極からなるリング磁石５１は、磁極間を円弧状に結ぶ方向を磁化方向とする、いわゆる極異方性に着磁されたものである。
これら従来の永久磁石形モータは、巻線１１にロータ１の磁極に応じた電流を流すことによりステータ１０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。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のハルバッハ磁石配列および極異方性のリング磁石は、ロータヨークへの永久磁石による磁束の低減に有効である。そのため、ロータヨーク厚を薄肉化し、ロータ外径を上げることでトルク向上をはかれるアウタロータ形には有利である。
ところが、従来技術に示した図５および図６のようなインナロータ形には、ロータヨーク厚を薄肉化してもロータ外径に関係無く、アウタロータ形のようなトルク向上が期待できない。むしろ、インナロータ形は、永久磁石を薄肉化した安価なものであってもトルク向上をはかれるものが望まれる。
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、インナロータ形であって、永久磁石が薄肉なものであってもトルクが向上する安価な永久磁石形モータを提供することを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、第１の発明は、鉄心と巻線を配置したステータと、複数の磁極を構成する永久磁石を配置したロータを持つ永久磁石形モータにおいて、前記磁極を、径方向を磁化方向とする主永久磁石と、周方向を磁化方向とする補永久磁石とで構成するとともに、磁極ピッチの角度幅をＰとしたとき、外周側における前記主永久磁石の角度幅Ｗｍｏと前記補永久磁石の角度幅Ｗｓｏを
０．３×Ｐ＜Ｗｍｏ＜Ｐ
Ｗｓｏ＝Ｐ−Ｗｍｏ
とし、内周側における前記主永久磁石の角度幅Ｗｍｉと前記補永久磁石の角度幅Ｗｓｉを、
Ｗｍｉ＝Ｐ
Ｗｓｉ＝０
として構成するようにしたものである。
第１の発明により、永久磁石が薄肉なものであってもトルクを向上させることができる。
第２の発明は、鉄心と巻線を配置したステータと、同じ径位置で周方向に併設して複数の磁極を構成する永久磁石を配置したロータとを持つ永久磁石形モータにおいて、前記磁極を、互い違いに周方向に並べた２つの磁化方向を持つリング磁石によって構成し、前記磁化方向の一方が、径方向であり、前記磁化方向の他方が、前記磁極間を、反ステータ側に張り出す円弧状に結ぶ方向であることを特徴とするものである。
第２の発明により、第１の発明と同じく、リング磁石が薄肉なものであってもトルクを向上させることができる。
【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は本発明の第１の実施例を示す永久磁石形モータの断面図である。以下、本発明の構成要素が従来技術と同じ構成要素については、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、３２は本発明による主永久磁石、４２は本発明による補永久磁石である。
本発明が従来技術と基本的に異なる点は、主永久磁石３２と補永久磁石４２の形状を以下のとおりとしたことである。
すなわち、ロータ１の外周側において、主永久磁石３２の角度幅Ｗｍｏと補永久磁石４２の角度幅Ｗｓｏを
Ｗｍｏ＝０．６５×Ｐ
Ｗｓｏ＝Ｐ−Ｗｍｏ＝０．３５×Ｐ
ロータ１の内周側において、主永久磁石３２の角度幅Ｗｍｉと補永久磁石４２の角度幅Ｗｓｉを
Ｗｍｉ＝Ｐ
Ｗｓｉ＝０
に設定している。
このような構成にすることにより、従来技術よりも主永久磁石の磁極間の漏れ磁束を低減しつつ、トルクに寄与する磁束を増加させることができる。
次に、本発明の第１の実施例によるトルク向上の効果を、図２を用いて説明する。
図２において、横軸はロータ外周側における主永久磁石の角度幅Ｗｍｏ、縦軸はトルクである。
２つのデータは、ロータ内周側における主永久磁石の角度幅をＷｍｉ＝Ｗｍｏ、Ｗｍｉ＝Ｐとしたものである。つまり、前者は従来構成、後者は本実施例構成によるトルクを表している。同図より、Ｗｍｏ＝０．３×ＰからＰの範囲において、ハルバッハ磁石配列を適用しないＷｍｏ＝Ｐに比べ本実施例構成によるトルクが大きく、かつ、従来構成によるトルクよりも大きいことがわかる。つまり、同じ発生トルクに対し、主永久磁石と補永久磁石を薄肉化できることを示している。
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の実施例における永久磁石形モータの断面図である。
図において、５２は本発明によるリング磁石で、同じ径位置で周方向に併設して複数の磁極を構成している。本発明が従来技術と基本的に異なる点は、リング磁石５２の磁化方向を、径方向（ラジアル異方性）と磁極間を、反ステータ側に張り出す円弧状に結ぶ方向（極異方性）の２種類設け、それらを互い違いに周方向にならべたことである。このようなリング磁石により、従来技術よりも磁極間の漏れ磁束を低減しつつ、トルクに寄与する磁束を増加させることができる。
次に、本発明の第２の実施例によるトルク向上の効果を、図４を用いて説明する。
図４において、横軸はリング磁石の厚さ、縦軸はトルクである。
２つのデータは、リング磁石の磁化方向を極異方性の１種類とするもの、ラジアル異方性と極異方性の２種類とするものである。つまり、前者は従来構成によるトルク、後者は本実施例構成によるトルクを表している。同図より、リング磁石の厚さが十分に厚い場合には従来構成のトルクの方が大きいものの、それよりも薄い実用的な範囲では本実施例のトルクの方が大きいことがわかる。つまり、従来構成よりも薄肉なリング磁石で大きなトルクを発揮できることを示している。
以上の実施例においては、全磁極数を８極として示したが、８極以外であっても本発明の効果を同じく発揮できることは言うまでもない。
【０００６】
【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である第１の実施例によれば、ロータ１外周側において、主永久磁石の角度幅Ｗｍｏと補永久磁石の角度幅Ｗｓｏを
０．３×Ｐ＜Ｗｍｏ＜Ｐ
Ｗｓｏ＝Ｐ−Ｗｍｏ＝０．３５×Ｐ
ロータ１の内周側において、主永久磁石の角度幅Ｗｍｉと補永久磁石の角度幅Ｗｓｉを
Ｗｍｉ＝Ｐ
Ｗｓｉ＝０
に設定しているので、従来技術よりも主永久磁石の磁極間の漏れ磁束を低減しつつ、トルクに寄与する磁束を増加させることができる。よって、同じ発生トルクに対し、主永久磁石と補永久磁石を薄肉化でき、安価な永久磁石形モータを提供することができる。
（２）請求項２である第２の実施例によれば、リング磁石に、径方向（ラジアル異方性）と、磁極間を、反ステータ側に張り出す円弧状に結ぶ方向（極異方性）の、２種類の磁化方向を互い違いに周方向に並べて設けているので、従来技術よりも磁極間の漏れ磁束を低減しつつ、トルクに寄与する磁束を増加させることができる。よって、同じ発生トルクに対し、リング磁石を薄肉化でき、安価な永久磁石形モータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す永久磁石形モータの正断面図である。
【図２】本発明と従来技術における主永久磁石の角度幅−トルク特性を示すグラフ図である。
【図３】本発明の第２実施例を示す永久磁石形モータの正断面図である。
【図４】本発明と従来技術におけるリング磁石の厚さ−トルク特性を示すグラフ図である。
【図５】従来技術におけるハルバッハ磁石配列を使用した永久磁石形モータを示す正断面図である。
【図６】従来技術における極異方性のリング磁石を使用した永久磁石形モータを示す正断面図である。
【符号の説明】
１ロータ
２ロータヨーク
３１、３２主永久磁石
４１、４２補永久磁石
５１、５２リング磁石
１０ステータ
１１巻線
１２ステータヨーク[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a permanent magnet type motor used as a servomotor that requires high acceleration / deceleration rotational motion in the FA field such as machine tools and semiconductor manufacturing equipment.
[0002]
[Prior art]
A permanent magnet motor for a servo motor is desired to exhibit a large maximum torque with respect to the motor size. For example, as such a permanent magnet type motor, there are a motor using a Halbach magnet array disclosed in JP-A-11-308793, a motor using a polar anisotropic ring magnet, and the like. FIG. 5 shows the former, and FIG. 6 shows a sectional view of the latter permanent magnet motor.
5 and 6, 1 is a rotor, 2 is a rotor yoke, 31 is a main permanent magnet, 41 is a supplementary permanent magnet, 51 is a ring magnet, 10 is a stator, 11 is a winding, and 12 is a stator yoke.
In FIG. 5, the rotor 1 is composed of a rotor yoke 2, a main permanent magnet 31 (angle width Wmo) and an auxiliary permanent magnet 41 (angle width Wso) arranged in a Halbach magnet. The stator 10 includes a rotor 1 and a winding 11 and a stator yoke 12 that are disposed on the outer peripheral side with an air gap interposed therebetween. The rotor 1 is composed of all eight magnetic poles, and the magnetic pole pitch angle width is set to P = 45 degrees. The angular width of the main permanent magnet 31 and the auxiliary permanent magnet 41 is set to Wmo: Wso = 6.5: 3.5 where the torque is maximum in the permanent magnet type motor composed of the air-core winding 11 as shown in FIG. Is set. This angular width is set to be the same on the outer peripheral side and the inner peripheral side of the rotor.
In FIG. 6, the rotor 1 includes a rotor yoke 2 and a ring magnet 51. The stator 10 is the same as in FIG. The ring magnet 51 composed of all eight magnetic poles is magnetized with a so-called polar anisotropy in which the direction connecting the magnetic poles in an arc shape is the magnetization direction.
In these conventional permanent magnet type motors, a rotating magnetic field is generated in the stator 10 by causing a current corresponding to the magnetic pole of the rotor 1 to flow through the winding 11, and this rotating magnetic field and the magnetic field created by the magnetic pole of the rotor 1 are attracted and repelled. Torque is generated in the rotor 1 by the action.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional Halbach magnet arrangement and the polar anisotropic ring magnet are effective in reducing the magnetic flux by the permanent magnet to the rotor yoke. Therefore, it is advantageous for the outer rotor type in which the rotor yoke thickness is reduced and the outer diameter of the rotor is increased to improve the torque.
However, in the inner rotor type as shown in FIGS. 5 and 6 shown in the prior art, even if the rotor yoke thickness is reduced, the torque improvement as in the outer rotor type cannot be expected regardless of the outer diameter of the rotor. Rather, the inner rotor type is desired to be able to improve the torque even if it is an inexpensive one with a thin permanent magnet.
The present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is to provide an inexpensive permanent magnet type motor which is of an inner rotor type and has an improved torque even if the permanent magnet is thin. It is what.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, a first invention is a permanent magnet type motor having a stator in which an iron core and a winding are arranged, and a rotor in which permanent magnets constituting a plurality of magnetic poles are arranged. It is composed of a main permanent magnet having a magnetization direction and a supplementary permanent magnet having a circumferential direction as the magnetization direction, and when the angle width of the magnetic pole pitch is P, the angular width Wmo of the main permanent magnet on the outer peripheral side and the complement The angle width Wso of the permanent magnet is set to 0.3 × P <Wmo <P
Wso = P-Wmo
And the angular width Wmi of the main permanent magnet and the angular width Wsi of the auxiliary permanent magnet on the inner circumference side,
Wmi = P
Wsi = 0
It is made to comprise as.
According to the first invention, torque can be improved even if the permanent magnet is thin.
A second invention is a permanent magnet type motor having a stator in which an iron core and windings are arranged, and a rotor in which permanent magnets constituting a plurality of magnetic poles are arranged in the circumferential direction at the same radial position. The ring magnets have two magnetization directions that are alternately arranged in the circumferential direction, and one of the magnetization directions is a radial direction, and the other of the magnetization directions protrudes between the magnetic poles to the anti-stator side. It is a direction that is connected in an arc shape.
According to the second invention, as in the first invention, the torque can be improved even if the ring magnet is thin.
[0005]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a sectional view of a permanent magnet motor according to a first embodiment of the present invention. In the following, components having the same constituent elements as those of the prior art are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and only different points will be described.
In the figure, 32 is a main permanent magnet according to the present invention, and 42 is a supplementary permanent magnet according to the present invention.
The fundamental difference of the present invention from the prior art is that the shapes of the main permanent magnet 32 and the auxiliary permanent magnet 42 are as follows.
That is, on the outer peripheral side of the rotor 1, the angular width Wmo of the main permanent magnet 32 and the angular width Wso of the auxiliary permanent magnet 42 are set as follows: Wmo = 0.65 × P
Wso = P-Wmo = 0.35 × P
On the inner peripheral side of the rotor 1, the angular width Wmi of the main permanent magnet 32 and the angular width Wsi of the auxiliary permanent magnet 42 are set as Wmi = P
Wsi = 0
Is set.
By adopting such a configuration, it is possible to increase the magnetic flux contributing to the torque while reducing the leakage magnetic flux between the magnetic poles of the main permanent magnet as compared with the prior art.
Next, the effect of improving the torque according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In FIG. 2, the horizontal axis represents the angular width Wmo of the main permanent magnet on the rotor outer peripheral side, and the vertical axis represents the torque.
In the two data, the angular width of the main permanent magnet on the inner peripheral side of the rotor is Wmi = Wmo and Wmi = P. That is, the former represents the torque according to the conventional configuration, and the latter represents the torque according to the present embodiment. From the figure, it can be seen that in the range of Wmo = 0.3 × P to P, the torque according to the configuration of the present embodiment is larger than the torque according to the conventional configuration compared to Wmo = P where the Halbach magnet arrangement is not applied. That is, it shows that the main permanent magnet and the auxiliary permanent magnet can be thinned with respect to the same generated torque.
Next, a second embodiment will be described.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a permanent magnet type motor according to the second embodiment of the present invention.
In the figure, reference numeral 52 denotes a ring magnet according to the present invention, which forms a plurality of magnetic poles in the circumferential direction at the same radial position. The fundamental difference between the present invention and the prior art is that the direction of magnetization of the ring magnet 52 is a direction (polar anisotropy) connecting the radial direction (radial anisotropy) and the magnetic pole in an arc shape projecting toward the anti-stator side. ) , And arranged them in the circumferential direction alternately . With such a ring magnet, it is possible to increase the magnetic flux contributing to the torque while reducing the leakage magnetic flux between the magnetic poles as compared with the prior art.
Next, the effect of improving the torque according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In FIG. 4, the horizontal axis represents the thickness of the ring magnet, and the vertical axis represents the torque.
Two types of data are data in which the magnetization direction of the ring magnet is one type of polar anisotropy, and two types of radial anisotropy and polar anisotropy. That is, the former represents the torque according to the conventional configuration, and the latter represents the torque according to the configuration of the present embodiment. From the figure, it can be seen that when the thickness of the ring magnet is sufficiently thick, the torque of the conventional configuration is larger, but in the practical range thinner than that, the torque of the present embodiment is larger. That is, it shows that a large torque can be exhibited with a ring magnet thinner than the conventional configuration.
In the above embodiment, the total number of magnetic poles is shown as eight. However, it goes without saying that the effect of the present invention can be exhibited even when the number is other than eight.
[0006]
【The invention's effect】
As described above, the present invention has the following effects.
(1) According to the first embodiment of the present invention, the angular width Wmo of the main permanent magnet and the angular width Wso of the auxiliary permanent magnet are set to 0.3 × P <Wmo <P on the outer peripheral side of the rotor 1.
Wso = P-Wmo = 0.35 × P
On the inner peripheral side of the rotor 1, the angular width Wmi of the main permanent magnet and the angular width Wsi of the auxiliary permanent magnet are set as Wmi = P
Wsi = 0
Therefore, the magnetic flux contributing to the torque can be increased while reducing the leakage magnetic flux between the magnetic poles of the main permanent magnet as compared with the prior art. Therefore, the main permanent magnet and the auxiliary permanent magnet can be thinned with respect to the same generated torque, and an inexpensive permanent magnet type motor can be provided.
(2) According to the second embodiment of the present invention, the radial direction (radial anisotropy) and the direction connecting the magnetic poles in an arc shape projecting toward the anti-stator side (polar anisotropic) Since the two types of magnetization directions are alternately arranged in the circumferential direction, the magnetic flux contributing to the torque can be increased while reducing the leakage magnetic flux between the magnetic poles as compared with the prior art. Therefore, the ring magnet can be thinned for the same generated torque, and an inexpensive permanent magnet motor can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front sectional view of a permanent magnet type motor showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing angular width-torque characteristics of a main permanent magnet according to the present invention and the prior art.
FIG. 3 is a front sectional view of a permanent magnet motor showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing the thickness-torque characteristics of a ring magnet according to the present invention and the prior art.
FIG. 5 is a front sectional view showing a permanent magnet type motor using a Halbach magnet arrangement in the prior art.
FIG. 6 is a front sectional view showing a permanent magnet type motor using a polar anisotropic ring magnet in the prior art.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rotor 2 Rotor yoke 31, 32 Main permanent magnet 41, 42 Supplementary permanent magnet 51, 52 Ring magnet 10 Stator 11 Winding 12 Stator yoke

Claims

鉄心と巻線を配置したステータと、複数の磁極を構成する永久磁石を配置したロータを持つ永久磁石形モータにおいて、
前記磁極を、径方向を磁化方向とする主永久磁石と、周方向を磁化方向とする補永久磁石とで構成するとともに、
磁極ピッチの角度幅をＰとしたとき、外周側における前記主永久磁石の角度幅Ｗｍｏと前記補永久磁石の角度幅Ｗｓｏを
０．３×Ｐ＜Ｗｍｏ＜Ｐ
Ｗｓｏ＝Ｐ−Ｗｍｏ
とし、内周側における前記主永久磁石の角度幅Ｗｍｉと前記補永久磁石の角度幅Ｗｓｉを
Ｗｍｉ＝Ｐ
Ｗｓｉ＝０
としたことを特徴とする永久磁石形モータ。In a permanent magnet type motor having a stator in which an iron core and windings are arranged, and a rotor in which permanent magnets constituting a plurality of magnetic poles are arranged,
The magnetic pole is constituted by a main permanent magnet having a radial direction as a magnetization direction and a supplementary permanent magnet having a circumferential direction as a magnetization direction,
When the angle width of the magnetic pole pitch is P, the angle width Wmo of the main permanent magnet and the angle width Wso of the auxiliary permanent magnet on the outer peripheral side are 0.3 × P <Wmo <P
Wso = P-Wmo
And the angle width Wmi of the main permanent magnet and the angle width Wsi of the auxiliary permanent magnet on the inner peripheral side are Wmi = P
Wsi = 0
A permanent magnet type motor characterized by that.

鉄心と巻線を配置したステータと、同じ径位置で周方向に併設して複数の磁極を構成する永久磁石を配置したロータとを持つ永久磁石形モータにおいて、
前記磁極を、互い違いに周方向に並べた２つの磁化方向を持つリング磁石によって構成し、
前記磁化方向の一方が、径方向であり、
前記磁化方向の他方が、前記磁極間を、反ステータ側に張り出す円弧状に結ぶ方向であることを特徴とする永久磁石形モータ。In a permanent magnet type motor having a stator in which an iron core and a winding are arranged, and a rotor in which permanent magnets constituting a plurality of magnetic poles are arranged side by side at the same radial position ,
The magnetic pole is constituted by a ring magnet having two magnetization directions arranged alternately in the circumferential direction ,
One of the magnetization directions is a radial direction;
2. The permanent magnet motor according to claim 1, wherein the other of the magnetization directions is a direction connecting the magnetic poles in an arc shape projecting toward the anti-stator side.