JP4310611B2 - 永久磁石形モータ - Google Patents
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【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
【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
Claims (2)
- 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。 - 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。
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP2002165284A Expired - Fee Related JP4310611B2 (ja) | 2002-06-06 | 2002-06-06 | 永久磁石形モータ |
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