JP5080053B2 - Axial gap motor - Google Patents
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Description
本発明は、軸方向空隙型電動機、特に回転軸の偏芯許容構造を備えた軸方向空隙型電動機に関するものである。 The present invention relates to an axial gap type electric motor, and more particularly to an axial gap type electric motor provided with an eccentricity allowing structure for a rotating shaft.
従来、低速高トルクが要求される電動機に対応する電動機として、回転軸方向に固定子と回転子とが対向して配置される軸方向空隙型電動機がある。従来の軸方向空隙型電動機は、コイルが巻回される固定子と、このコイルに回転軸方向に対向して配置され、複数対の永久磁石が周方向起磁力形に配置される回転子とからなり、固定子コイルに電流を流して回転磁界を発生させ、これに伴い固定子と回転子との間の磁気的な吸引力および反発力によって、回転子を回転させるものである（特許文献１、２参照のこと）。
しかしながら、これら従来の軸方向空隙型電動機では、固定子の中心線と回転子の回転軸中心線とを同一中心線として構成され、たとえば回転子に接続する被回転部材の回転中心線も回転子の回転中心線と同一にする必要が生じるが、組み立て精度等を考慮するとバラツキを除去することができず、この中心線のズレ（偏芯量）を許容するために、例えばオルダムカップリングを回転子と被回転部材間に設置することが行われている。 However, in these conventional axial gap type electric motors, the center line of the stator and the rotation axis center line of the rotor are configured as the same center line. For example, the rotation center line of the rotated member connected to the rotor is also the rotor. It is necessary to make it the same as the rotation center line, but considering the assembly accuracy, etc., the variation cannot be removed, and in order to allow deviation (eccentricity) of this center line, for example, the Oldham coupling is rotated. Installation between the child and the rotated member is performed.
このため、オルダムカップリングの設定に伴い、コストアップや重量増加という課題が生じる。 For this reason, the subject of a cost increase and a weight increase arises with the setting of Oldham coupling.
本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、偏芯許容構造を備えた軸方向空隙型電動機を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide an axial gap type electric motor having an eccentricity allowing structure.
本発明は、永久磁石またはコイルの一方を周方向に所定間隔で複数個設置した回転子と、前記回転子の回転軸の中心線方向に前記永久磁石またはコイルの一方に対向するように前記永久磁石またはコイルの他方を備えた固定子とを備え、前記固定子が前記回転子の回転軸の中心線方向に所定空隙を持って前記回転子に相対するように配置された電動機部を有する軸方向空隙型電動機において、前記回転子と前記固定子とを内装し、その内面に前記固定子を固定するケースと、前記ケースと前記回転軸との間に設けられ、前記ケースの中心線に対する直交方向での前記回転子の前記ケースに対する変位を許容するとともに、前記回転子の回転軸の中心線回りの回転を可能とする弾性部材と、を備え、前記ケースは、前記固定子を固定する第１ケースと、前記弾性部材が固定され、前記ケースの中心線方向にスラストベアリングを介して前記第１ケースに押し付けられる第２ケースと、からなることを特徴とする軸方向空隙型電動機である。 The present invention provides a rotor in which one of permanent magnets or coils is installed at a predetermined interval in the circumferential direction, and the permanent magnet or coil is opposed to one of the permanent magnets or coils in the center line direction of the rotation axis of the rotor. And a stator having the other of a magnet or a coil, and a shaft having an electric motor portion disposed so as to face the rotor with a predetermined gap in the center line direction of the rotation shaft of the rotor. In the direction gap type electric motor, the rotor and the stator are internally provided, a case for fixing the stator to the inner surface thereof, and provided between the case and the rotating shaft, and orthogonal to the center line of the case while allowing displacement with respect to the case of the rotor in the direction, and an elastic member to allow rotation around the longitudinal centerline axis of rotation of said rotor, said casing includes a first fixing the stator 1 piece Graphics and the elastic member is fixed, and a second case, which is pressed against the first case via a thrust bearing in the center line direction of the case, it is an axial air gap type electric motor, characterized in comprising a.
本発明では、回転子の回転中心線とケースの中心線、つまり固定子の中心線とのズレを許容する弾性部材を備えたので、ズレを許容するために回転子と被回転部材間に設けていたオルダムカップリングを廃止することができ、コストの低減や軽量化を図ることができる。 In the present invention, the elastic member that allows the deviation between the rotation center line of the rotor and the center line of the case, that is, the center line of the stator is provided, so that it is provided between the rotor and the rotated member to allow the deviation. The old Oldham coupling can be abolished, and the cost can be reduced and the weight can be reduced.
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図１は、本発明の軸方向空隙型電動機１の構成を示す回転子３の回転中心線を含む断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view including a rotation center line of a rotor 3 showing a configuration of an axial gap type electric motor 1 of the present invention.
本実施形態において、被回転部材に接続するロータ軸２と、ロータ軸２に固定された回転子３と、ロータ軸２の中心線方向に所定の空隙１４をもって回転子３に対向するように設けられた一対の固定子４とからなる電動機部１ａを、第１ケース５ａ内に収納し、この第１ケース５ａを中心線方向から挟持する第２ケース５ｂとから軸方向空隙型電動機１を構成する。なお、本実施形態ではロータ軸２方向に１列の電動機部１ａを備えた軸方向空隙型電動機１を用いて説明するが、これに限らず、複数個の電動機部１ａからなる軸方向空隙型電動機１であってもよい。 In the present embodiment, the rotor shaft 2 connected to the member to be rotated, the rotor 3 fixed to the rotor shaft 2, and the rotor shaft 2 is provided so as to face the rotor 3 with a predetermined gap 14 in the center line direction. The motor unit 1a including the pair of stators 4 is housed in the first case 5a, and the axial gap type motor 1 is configured from the second case 5b that sandwiches the first case 5a from the center line direction. To do. In the present embodiment, the description will be given by using the axial gap type electric motor 1 provided with one row of electric motor parts 1a in the rotor shaft 2 direction. However, the present invention is not limited to this, and the axial gap type is composed of a plurality of electric motor parts 1a. The electric motor 1 may be used.
回転子３は図示しない被回転部材に接続するロータ軸２の中心線に直交する方向に延出する４本の腕部６を備え、これら腕部６は周方向に等間隔（例えば９０°間隔）で配置される。 The rotor 3 includes four arm portions 6 extending in a direction perpendicular to the center line of the rotor shaft 2 connected to a rotation member (not shown). ).
図１に示すように、回転子３の各腕部６には、腕部６を挟み込むように永久磁石１２が取り付けられる。永久磁石１２は、例えば軸方向から見て略扇状に形成され、各腕部６に固定される。また永久磁石１２の端面は、回転子３の中心線に直交する面として形成される。なお、永久磁石１２の数、形状等は本実施形態に限定されるものでないことは言うまでもない。 As shown in FIG. 1, a permanent magnet 12 is attached to each arm portion 6 of the rotor 3 so as to sandwich the arm portion 6. For example, the permanent magnet 12 is formed in a substantially fan shape when viewed from the axial direction, and is fixed to each arm portion 6. The end surface of the permanent magnet 12 is formed as a surface orthogonal to the center line of the rotor 3. Needless to say, the number, shape, and the like of the permanent magnets 12 are not limited to those of the present embodiment.
一対の固定子４は、ロータ軸２の中心線方向にて回転子３の永久磁石１２にそれぞれ対向する位置に設けられる。固定子４は、ヨーク部８と、ヨーク部８から回転子側に突出し、略扇状の形状を有するティース部９と、ティース部９に巻回されるコイル１０とから構成される。ヨーク部８は、ティース部９をケース５に固定するとともに、ティース部９の磁束を周方向に回して別のティース部９へ流す役割を果す。またコイル１０は図示しない絶縁体等を介して、ティース部９から絶縁される。 The pair of stators 4 are provided at positions facing the permanent magnets 12 of the rotor 3 in the center line direction of the rotor shaft 2. The stator 4 includes a yoke portion 8, a teeth portion 9 that protrudes from the yoke portion 8 toward the rotor and has a substantially fan shape, and a coil 10 that is wound around the teeth portion 9. The yoke part 8 plays a role of fixing the tooth part 9 to the case 5 and rotating the magnetic flux of the tooth part 9 in the circumferential direction to flow to another tooth part 9. Further, the coil 10 is insulated from the tooth portion 9 via an insulator or the like (not shown).
ケース５は固定子４が固定される第１ケース５ａと、スラストベアリング７を介して第１ケースを挟持する第２ケース５ｂからなる。第１ケース５ａは、固定子４と同軸上に配置された中空円柱形状の部材であって、その中心線上に沿ってロータ軸２が貫通するべく孔部５ｅが形成される。ティース部８は、第１ケース５ａの中心線に直交する内周面５ｃにそれぞれ固定される。一方、第１ケース５ａの中心線に直交する第１ケース５ａのそれぞれの外周面５ｄにはスラストベアリング７が配置され、スラストベアリング７を介して一対の第２ケース５ｂが中心線方向に第１ケース５ａを挟持する。第１、第２ケース５ａ、５ｂ間にスラストベアリング７を設けることで、回転子３と固定子４との間の中心線方向の空隙１４の寸法を精度よく管理することができる。また、このスラストベアリング７は、第１、第２ケース５ａ、５ｂ間に設けたので、回転子３の慣性質量に影響することがない。なお、第１、第２ケース５ａ、５ｂは一体的に構成してもよい。 The case 5 includes a first case 5 a to which the stator 4 is fixed, and a second case 5 b that sandwiches the first case via a thrust bearing 7. The first case 5a is a hollow cylindrical member arranged coaxially with the stator 4, and a hole 5e is formed so that the rotor shaft 2 penetrates along the center line. Teeth portion 8 is fixed to inner peripheral surface 5c orthogonal to the center line of first case 5a. On the other hand, a thrust bearing 7 is arranged on each outer peripheral surface 5d of the first case 5a orthogonal to the center line of the first case 5a, and the pair of second cases 5b are first in the center line direction via the thrust bearing 7. The case 5a is clamped. By providing the thrust bearing 7 between the first and second cases 5a and 5b, the dimension of the gap 14 in the center line direction between the rotor 3 and the stator 4 can be accurately managed. Further, since the thrust bearing 7 is provided between the first and second cases 5a and 5b, the inertial mass of the rotor 3 is not affected. The first and second cases 5a and 5b may be integrally formed.
第２ケース５ｂは、前述のスラストベアリング７が設置される本体部５ｆと、第２ケース５ｂの中心線に沿って配置される円筒状のフランジ部５ｇとからなり、固定子４の中心線と第２ケース５ｂの中心線を同軸に配置する。フランジ部５ｇの中心線上にロータ軸２の中心線が一致するようにフランジ部５ｇとロータ軸２とが配置され、フランジ部５ｇの内周面５ｈとロータ軸２と外周との間に弾性部材１３が配置される。 The second case 5b includes a main body portion 5f on which the above-described thrust bearing 7 is installed, and a cylindrical flange portion 5g disposed along the center line of the second case 5b. The center line of the second case 5b is arranged coaxially. The flange portion 5g and the rotor shaft 2 are arranged so that the center line of the rotor shaft 2 coincides with the center line of the flange portion 5g, and an elastic member is provided between the inner peripheral surface 5h of the flange portion 5g, the rotor shaft 2 and the outer periphery. 13 is arranged.
弾性部材１３は、ベアリング１３ａとゴムブッシュ１３ｂとにより一体的に構成される。ベアリング１３ａはローラ軸２の外周に嵌合し、ベアリング１３ａの外周側に配置されたゴムブッシュ１３ｂは第２ケース５ｂの内周面５ｈに嵌合される。ベアリング１３ａはロータ軸２と第２ケース５ｂ間の相対回転、つまり固定子４に対する回転子３の相対回転を許容する。また、ゴムブッシュ１３ｂは第２ケース５ｂに対するロータ軸２の第２ケース５ｂの中心線に対する直交方向の変位を許容し、結果として固定子４に対する回転子３の相対変位を可能とする。 The elastic member 13 is integrally configured by a bearing 13a and a rubber bush 13b. The bearing 13a is fitted to the outer circumference of the roller shaft 2, and the rubber bush 13b disposed on the outer circumference side of the bearing 13a is fitted to the inner circumferential surface 5h of the second case 5b. The bearing 13 a allows relative rotation between the rotor shaft 2 and the second case 5 b, that is, relative rotation of the rotor 3 with respect to the stator 4. Further, the rubber bush 13b allows displacement of the rotor shaft 2 in a direction perpendicular to the center line of the second case 5b with respect to the second case 5b, and as a result, enables relative displacement of the rotor 3 with respect to the stator 4.
なお、第１、第２ケース５ａ、５ｂとは、それぞれ図示しない構造物等に固定される。また、第１、第２ケース５ａ、５ｂ間に設けられたスラストベアリング７とともに図示しないリニアガイドを設けることで、第１ケース５ａを構造物に固定する必要がなくなる。さらにまた、第２ケース５ｂは、一対で構成される必要はなく、一方から第１ケース５ａを押し付けるようにしてもよい。 The first and second cases 5a and 5b are fixed to structures or the like (not shown). Further, by providing a linear guide (not shown) together with the thrust bearing 7 provided between the first and second cases 5a and 5b, it is not necessary to fix the first case 5a to the structure. Furthermore, the second case 5b does not need to be configured as a pair, and the first case 5a may be pressed from one side.
そして、第１ケース５ａの相対する内周面５ｃにそれぞれ固定子４が固定され、各固定子４間の空間に回転子３の永久磁石１２が配置され、電動機部１ａが構成される。なお、各電動機部１ａが構成された状態で、回転子３と、回転子３に相対する一対の固定子４との軸方向のそれぞれの空隙１４が所定値となるように設置される。 And the stator 4 is each fixed to the internal peripheral surface 5c which the 1st case 5a opposes, The permanent magnet 12 of the rotor 3 is arrange | positioned in the space between each stator 4, and the motor part 1a is comprised. In addition, in the state where each electric motor unit 1a is configured, the respective gaps 14 in the axial direction between the rotor 3 and the pair of stators 4 opposed to the rotor 3 are set so as to have a predetermined value.
ここで、ケース５の孔部５ｅは、ロータ軸２の直径に対して所定量だけ大きく形成され、前述のように回転子３はロータ軸２の直交方向に変位可能に構成されるが、この孔部５ｅの径とロータ軸２の直径との差、または弾性部材１３を構成するゴムブッシュ１３ｂのロータ軸２の中心線に対して直交方向のたわみ量によって回転子３の中心線に対して直交する方向の相対的な変位量が規定される。 Here, the hole 5e of the case 5 is formed larger than the diameter of the rotor shaft 2 by a predetermined amount, and the rotor 3 is configured to be displaceable in the direction perpendicular to the rotor shaft 2 as described above. The difference between the diameter of the hole 5e and the diameter of the rotor shaft 2 or the amount of deflection in the direction perpendicular to the center line of the rotor shaft 2 of the rubber bush 13b constituting the elastic member 13 with respect to the center line of the rotor 3 A relative displacement amount in the orthogonal direction is defined.
なお、本実施形態では、回転子３に永久磁石を、固定子４にコイルを設置したが、逆に回転子３にコイルを、固定子に永久磁石を設けるようにしてもよい。 In this embodiment, the rotor 3 is provided with a permanent magnet and the stator 4 is provided with a coil, but conversely, the rotor 3 may be provided with a coil and the stator may be provided with a permanent magnet.
次に作用を説明する。 Next, the operation will be described.
本発明の軸方向空隙型電動機１は、例えば、第１、第２ケース５ａ、５ｂを図示しない構造物に固定し、回転子３に固定されるロータ軸２を被回転部材に接続した状態で固定子４のコイル１０に通電する。固定子４のコイル１０に通電されると、回転磁界が発生し、これに伴い固定子４と回転子３との間の磁気的な吸引力および反発力によって、回転子３を所定方向に回転させる。この回転により回転子３に接続する図示しない被回転部材が回転する。 The axial gap type electric motor 1 of the present invention is, for example, in a state in which the first and second cases 5a and 5b are fixed to a structure (not shown) and the rotor shaft 2 fixed to the rotor 3 is connected to the rotated member. The coil 10 of the stator 4 is energized. When the coil 10 of the stator 4 is energized, a rotating magnetic field is generated, and accordingly, the rotor 3 is rotated in a predetermined direction by the magnetic attractive force and repulsive force between the stator 4 and the rotor 3. Let By this rotation, a rotated member (not shown) connected to the rotor 3 rotates.
ロータ軸２は被回転部材に接続されるため、被回転部材に作用する外力がロータ軸２にも作用することになる。本発明では、回転子３が固定子４に対してロータ軸２の中心線に対して直交方向に変位を可能とする弾性部材１３をケース５に備えているため、被回転部材の変位に伴いロータ軸２が変位する場合に、弾性部材１３のゴムブッシュ１３ｂの作用により回転子３の固定子４の中心線に直交する方向の変位が許容され、回転子３は固定子４の中心線に対して偏芯した位置を中心線として回転することができる。 Since the rotor shaft 2 is connected to the rotated member, the external force acting on the rotated member also acts on the rotor shaft 2. In the present invention, the case 3 is provided with the elastic member 13 that enables the rotor 3 to be displaced in a direction orthogonal to the center line of the rotor shaft 2 with respect to the stator 4. When the rotor shaft 2 is displaced, displacement of the rotor 3 in the direction perpendicular to the center line of the stator 4 of the rotor 3 is allowed by the action of the rubber bush 13b of the elastic member 13, and the rotor 3 is aligned with the center line of the stator 4. The position eccentric to the center can be rotated as a center line.
また、ロータ軸２と被回転部材とを接続する場合において、その中心線を一致させる精度の許容範囲を大きく設定することができる。このため、ロータ軸２と被回転部材との間に偏芯を許容する手段、例えばオルダムカップリングを設ける必要がなく、コストの削減、軽量化を図ることができる。 Further, when connecting the rotor shaft 2 and the rotated member, an allowable range of accuracy for matching the center line can be set large. For this reason, it is not necessary to provide a means for allowing eccentricity between the rotor shaft 2 and the rotated member, for example, an Oldham coupling, and cost reduction and weight reduction can be achieved.
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is obvious that various modifications can be made within the scope of the technical idea.
１ 軸方向空隙型電動機
１ａ 電動機部
２ ロータ軸
３ 回転子
４ 固定子
５ ケース
５ａ 第１ケース
５ｂ 第２ケース
６ 腕部
７ スラストベアリング
８ ヨーク
９ ティース部
１０ コイル
１２ 永久磁石
１３ 弾性部材
１３ａ ベアリング
１３ｂ ゴムブッシュ
１４ 空隙
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Axial direction gap | interval motor 1a Electric motor part 2 Rotor shaft 3 Rotor 4 Stator 5 Case 5a 1st case 5b 2nd case 6 Arm part 7 Thrust bearing 8 Yoke 9 Teeth part 10 Coil 12 Permanent magnet 13 Elastic member 13a Bearing 13b Rubber bush 14 gap
Claims (3)
前記回転子の回転軸の中心線方向に前記永久磁石またはコイルの一方に対向するように前記永久磁石またはコイルの他方を備えた固定子とを備え、
前記固定子が前記回転子の回転軸の中心線方向に所定空隙を持って前記回転子に相対するように配置された電動機部を有する軸方向空隙型電動機において、
前記回転子と前記固定子とを内装し、その内面に前記固定子を固定するケースと、
前記ケースと前記回転軸との間に設けられ、前記ケースの中心線に対する直交方向での前記回転子の前記ケースに対する変位を許容するとともに、前記回転子の回転軸の中心線回りの回転を可能とする弾性部材と、を備え、
前記ケースは、前記固定子を固定する第１ケースと、前記弾性部材が固定され、前記ケースの中心線方向にスラストベアリングを介して前記第１ケースに押し付けられる第２ケースと、からなることを特徴とする軸方向空隙型電動機。 A rotor in which one of permanent magnets or coils is installed at a predetermined interval in the circumferential direction;
A stator provided with the other of the permanent magnet or the coil so as to face one of the permanent magnet or the coil in the direction of the center line of the rotation axis of the rotor,
In the axial gap type electric motor having an electric motor portion arranged so that the stator has a predetermined gap in the direction of the center line of the rotation axis of the rotor and faces the rotor,
A case in which the rotor and the stator are internally provided, and the stator is fixed to an inner surface thereof;
Provided between the case and the rotating shaft, allowing displacement of the rotor relative to the case in a direction orthogonal to the center line of the case, and allowing rotation around the center line of the rotating shaft of the rotor and an elastic member to,
The case includes: a first case for fixing the stator; and a second case to which the elastic member is fixed and pressed against the first case via a thrust bearing in a center line direction of the case. A featured axial gap motor.
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