JPS61173652A - Synchronous motor - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To enhance the performance of a compact synchronous motor by reducing a gap between a yoke and a rotor element adjacent to the yoke smaller than that between the adjacent elements. CONSTITUTION:A gap between a yoke 22 and a rotor element 18a adjacent to the yoke is reduced smaller than a gap L between the adjacent elements 18 and 18a. When the gap l is reduced smaller than the gap l, stator elements disposed thereat can be reduced in thickness. In other words, even if the armature winding of the stator element is reduced to decrease the flowed current, a large torque can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は電機子巻線を有するディスク状のステータエレ
メントと、永久磁石を有するディスク状状のロータエレ
メントとが軸線方向に交互に配置され、こｎらのエレメ
ントの軸線方向さらに外側にディスク状の継鉄が配置さ
れて、永久磁石によりステータニレメン）？通って軸線
方向に磁界が形成されるとともに継鉄により前起磁界の
向きを反転させるようにし九ディスク型同期モータに関
する０ 従来の技術 上記しｔタイプのディスク型同期モータでは、電気装荷
及び磁気装荷を高くすることができ、且つ電機子巻線を
有するステータニレメン）ｋ通って軸線方向に延びる磁
気通路を短くできるので、コンパクトで高出力を得るこ
とができる特徴がある。最近の永久磁石の高性能化、及
びステータエレメントに鉄心を使用することなく電気導
体を高密度で配置することにより、コギングがなく滑ら
かな回転を得たり、大電流でもトルク定数の低下が少く
、高密度の電機子巻線のインダクタンスが小さい几めに
高速回転での出力低下が小さいなどの優またモータが得
られる０ 発明が解決しようとする問題点 このようなディスク型同期モータでは、永久磁石及び継
鉄により形成さルる磁気回路中で、できるだけ多くの磁
束が等しい密度で軸線方向に分布しているのが好ましい
０こ１は、等しい永久磁石七軸縁万同に等間隔に配置す
る限りにおいてに容易に達成さｎることであるが、外側
にある継鉄付近でにそのような磁束分布が乱ｎることが
見出さｆＬ　’ｆＣ，ｏ本発明に永久磁石と継鉄との間
の間隙を設定することにより、コンパクトで属性能の同
期モータｒ得ること？目的とするものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to a stator element in which a disc-shaped stator element having an armature winding and a disc-shaped rotor element having a permanent magnet are arranged alternately in the axial direction. A disk-shaped yoke is placed further outward in the axial direction of the elements, and a stator yoke is attached to the stator by a permanent magnet. A magnetic field is formed in the axial direction through the yoke, and the direction of the magnetic field is reversed by the yoke. Since the magnetic path extending in the axial direction through the stator coil having the armature winding can be made short, it is possible to obtain high output with a compact size. Recent improvements in the performance of permanent magnets and the high-density arrangement of electrical conductors in the stator element without the use of an iron core have resulted in smooth rotation without cogging, and less drop in torque constant even with large currents. Since the inductance of the high-density armature winding is small, it is possible to obtain an excellent motor with small output drop at high speed rotation. In the magnetic circuit formed by the yoke and the yoke, it is preferable that as much magnetic flux as possible be distributed with equal density in the axial direction. Although this can be easily achieved insofar as possible, it has been found that such a magnetic flux distribution is disturbed near the outer yoke. Is it possible to obtain a compact and high performance synchronous motor by setting the gap? This is the purpose.

間咀点ｋｍ決する丸めの手段 本発明による同期モータに、電機子巻線を有するディス
ク状のステータエレメントと、永久磁石を有するディス
ク状のロータエレメントとが軸線方向に交互に配置さｎ
ｌこ１らのエレメントの軸線方向さらに外側にディスク
状の継鉄が配置されて、永久磁石によりステータエレメ
ントを通って軸線方向に向かう磁界が形成されるととも
に継鉄によりこの磁界の向き全反転させるようにしたも
のにおいて、継鉄とこｎに隣接する永久磁石との間の間
隙が、互に隣接するロータエレメント間の間隙よりも小
さくされていることを特徴とする。Means for rounding to determine the distance between km The synchronous motor according to the invention has disc-shaped stator elements with armature windings and disc-shaped rotor elements with permanent magnets arranged alternately in the axial direction.
A disk-shaped yoke is placed further outward in the axial direction of these elements, and a permanent magnet forms a magnetic field that passes through the stator element in the axial direction, and the yoke completely reverses the direction of this magnetic field. In this structure, the gap between the yoke and the adjacent permanent magnet is smaller than the gap between the adjacent rotor elements.

実施例 ｗｃ１図は本発明による同期モータ１０を示し、１２は
その回転軸、１４はステータハウジングである０回転軸
１２とステータハウジング１４とは軸受１６叫會介して
相対的に回転可能になっている。この実施例においては
、回転軸１２には３個のロータエレメント１８が取付け
られ、ステータハウジング１４の内部には４個のステー
タニレメン）２０とその内外側の継鉄２２とが固着され
ている０ロータエレメント１８、ステータエレメント２
０及び継鉄２２は全て同心円のディスク状に形成されて
いて、各ロータエレメント１８と各ステータエレメント
２０とは軸線方向に交互に配置され、且つ微小の間隙で
向き合っている。この向き合っている領域において、各
ステータニレメン）２０には、例えば！２図に示さする
ように渦巻き形状の電機子巻線２４が、ステータエレメ
ントの表面に平行に平面的に放射状に付設さｎている。Embodiment wc1 Figure shows a synchronous motor 10 according to the present invention, where 12 is its rotating shaft and 14 is a stator housing.The rotating shaft 12 and the stator housing 14 are relatively rotatable through a bearing 16. There is. In this embodiment, three rotor elements 18 are attached to the rotating shaft 12, and four stator elements 20 and their inner and outer yokes 22 are fixed inside the stator housing 14. 0 rotor element 18, stator element 2
The rotor elements 18 and the stator elements 20 are arranged alternately in the axial direction and face each other with small gaps. In this facing area, each stator element) 20 has, for example! As shown in FIG. 2, a spiral armature winding 24 is attached radially in a plane parallel to the surface of the stator element.

第２図に示さ几る電機子巻線２４は銅板をプレス成形し
て得らｆ’Ｌ７ｃものであり、このプレス成形品が第２
図に示すように放射状に配置さｎ１°このように配置さ
れたものが絶縁材を介して複数枚積層さｎ１最終的に絶
縁プラスチックにより固化被覆されて、第１図に示すよ
うなディスク状のステータエレメント２０が形成されて
いる。The armature winding 24 shown in FIG. 2 is f'L7c obtained by press-forming a copper plate, and this press-formed product is
As shown in the figure, they are arranged radially.N1°Those arranged in this way are laminated in multiple layers with an insulating material interposed between them.Finally, they are solidified and coated with insulating plastic to form a disk-shaped structure as shown in Figure 1. A stator element 20 is formed.

第２図に示さｎるような電機子巻線２４の放射状配置と
対応して、ロータエレメント１８の外径部は円周方向に
交互にＳ極とＮ極とが着磁さｎ九ディスク状の永久磁石
となっており（第３０）、この外径部の永久磁石は内径
部の非磁性のリング状支持体を介して回転軸１２に支持
さｎる。ロータエレメント１８の永久磁石によＬ　ｉ！
３図に示さｎるように、成るロータエレメント１８ＯＮ
極から、これに隣接するステータエレメント２０Ｑ挾ん
で対向する次のロータニレメン）１８のＳ極に向かう磁
界が形成さ几る。即ち、ステータエレメント２０’ｉ通
ってモータの軸線方向に同かう磁界が形成さｎる。最も
外側にあるステータエレメント２０　ａ　’１４１図の
外側ににロータエレメント１８はなく、その代りに継鉄
２２がある。継鉄２２に、最も外側にあるステータエレ
メント２０ａの内側にある例えばロータニレメン）１８
ａのＮ極から発生し次磁束を受けてこ１を円周方向に通
し、そこから前記ロータエレメント１８ａの前記Ｎ極の
円周方向に隣りにあるＳ極に向ける磁気回路を形成する
ものである。即ち、軸線方向の磁界を反転させるもので
ある。従って、最も外側のステータエレメント２０ａも
軸線方向に磁界を切ることができる。ステータエレメン
ト２０の電機子巻線２４に流される電流の放射方向（半
径方向）の成分が前記軸線方向の磁界を切ることにより
、四−タエレメント１８とステータエレメント２０とに
相対的な回転力が生じることになる。電機子巻線２４は
第２図に示さ几るように高密度に配置さｎることかでき
、永久磁石は円周方向に全体的に着磁されることができ
、そして、ステータエレメント２０ｔ−挾んで対向する
ロータエレメント１８間の磁気通路も直線状に短い。そ
ｎによって、効率的に高出力のモータ１０が得らｎる。Corresponding to the radial arrangement of the armature windings 24 as shown in FIG. (No. 30), and this permanent magnet on the outer diameter part is supported by the rotating shaft 12 via a non-magnetic ring-shaped support member on the inner diameter part. Due to the permanent magnet of the rotor element 18, Li!
As shown in Figure 3, the rotor element 18ON consists of
A magnetic field is formed from the pole toward the S pole of the next rotary element 18 which is sandwiched and faces the adjacent stator element 20Q. That is, a similar magnetic field is formed in the axial direction of the motor through the stator element 20'i. There is no rotor element 18 on the outside of the outermost stator element 20 a '141 in the drawing, but a yoke 22 is present instead. The yoke 22 has a rotary element (for example, a rotary element) 18 located inside the outermost stator element 20a.
A magnetic circuit is formed in which the magnetic flux generated from the N pole of the rotor element 18a is passed through the lever 1 in the circumferential direction and directed from there to the S pole adjacent to the N pole of the rotor element 18a in the circumferential direction. . That is, it reverses the magnetic field in the axial direction. Therefore, the outermost stator element 20a can also cut the magnetic field in the axial direction. The radial direction (radial direction) component of the current flowing through the armature winding 24 of the stator element 20 cuts the magnetic field in the axial direction, thereby increasing the relative rotational force between the quadrature element 18 and the stator element 20. will occur. The armature windings 24 can be densely arranged as shown in FIG. 2, the permanent magnets can be entirely magnetized in the circumferential direction, and the stator elements 20t- The magnetic path between the rotor elements 18 that are sandwiched and opposed to each other is also linear and short. As a result, a high-output motor 10 can be efficiently obtained.

本発明においては、第３図に示されるように、継鉄２２
とこｎに隣接するロータエレメント１８ａとの間の間隙
！會、互いに隣接するロータエレメント１８．１８ａ間
の間隙りよジも小さくしたこと′に特徴とするものであ
る。こ几らの間＠Ｌ、１円には、第１図に示すようにス
テータエレメント２０．２０ａが配置されることは前述
の説明７０≧ら明らかでおろう。即ち、こｎらの間隙Ｌ
　、　ｊ１７’３ｉ軸線方向に向かう磁束を電流が切る
ことによって同期モータ１０に回転力°が生じる。第３
図においては、間隙ｊｔ’ｌｆ間隙りのほぼ部分の−に
なっている。本発明？適用するに際しては、間隙ｊに間
隙りの部分の−より小さいか又は等しいように設定され
るのが好ましい。In the present invention, as shown in FIG.
A gap between this and the adjacent rotor element 18a! The present invention is characterized in that the gap between adjacent rotor elements 18, 18a is also reduced. It will be clear from the above description 70≧ that the stator elements 20, 20a are arranged between the holes @L, 1, as shown in FIG. That is, these n gaps L
, j17'3i A rotational force is generated in the synchronous motor 10 by cutting off the magnetic flux directed in the axial direction. Third
In the figure, the gap jt'lf is -, which is almost the entire gap. Invention? In application, it is preferable that the gap j is set to be smaller than or equal to the part of the gap.

第４図にロータニレメン）１８，１８ａ及び継鉄を第３
図に示さ才しるように配置したときの磁束分布を示す図
である。この場合、ロータニレメン）１８．１８ａ間の
間１’ｌｔ！Ｌは全て等しい。一方、第５図は従来から
考えらｎていたように継鉄２２とその隣接ロータエレメ
ント１８ａとの間の間隙！及ヒロータエレメント１８．
１８ａ間の間ｖｓＬｔ全て等しくしたときの磁束分布を
示す比較のための図である。第４図及び第５図を比較す
ると、間隙ｊ内における磁束分布の状態が大きく変化し
ていることが分る。前述したように、モータに回転力を
与えるのに有効な磁束なモータ軸線方向に向い友もので
ある。モータの軸線方向から偏向している部分は従って
効率の劣る部分である。第４図においては効率の劣る部
分がＥｏで示さｎ１第５図においてＵＥよでさｎている
Ｏ　ＥＯで示さする部分がＥｌで示さする部分よりかな
り小さいことに明白である。即ち、本発明においては等
しい永久磁石を用い友場合に軸線方向に向い友有効な磁
束を増大せしめることができる。Figure 4 shows the rotary element 18, 18a and the yoke.
It is a figure which shows the magnetic flux distribution when arrange|positioning as shown in a figure. In this case, Rotani Remen) 1'lt between 18.18a! All L's are equal. On the other hand, FIG. 5 shows a gap between the yoke 22 and its adjacent rotor element 18a, as previously thought! and Hirota Element 18.
18a is a diagram for comparison showing magnetic flux distribution when vsLt is all made equal. FIG. Comparing FIGS. 4 and 5, it can be seen that the state of magnetic flux distribution within the gap j has changed significantly. As mentioned above, the magnetic flux is effective in providing rotational force to the motor and is directed toward the motor axis. The portion that is deflected from the axial direction of the motor is therefore a portion that is less efficient. In FIG. 4, the less efficient portion is indicated by Eo. In FIG. That is, in the present invention, equal permanent magnets can be oriented in the axial direction to increase the effective magnetic flux.

間隙ｔ２間隙りより小さくすることによって、第１図に
示さｎるようにそこに配置さするステータエレメント２
０ａ’ｉ薄くすることができる０即ち、ステータエレメ
ント２０ａの電機子巻線２４を小さくして流す電流ｋ　
／Ｊ−さくしても大きなトルクが得られることを意味す
る。By making the gap t2 smaller than the gap, the stator element 2 disposed therein as shown in FIG.
0a'i 0 that can be made thinner, that is, the current k that flows through the armature winding 24 of the stator element 20a by making it smaller
/J - means that a large torque can be obtained even if the torque is reduced.

発明の詳細 な説明し友ように、本発明によｎばコンパクトで効率の
優ｎｙｃ同期モータが得られる。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION In accordance with the present invention, a compact and efficient NYC synchronous motor is provided.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図は本発明による同期モータの断面図、第２図に第
１図のステータエレメントの平面図、第３図にロータエ
レメント及び継鉄の配＃を説明する図、第４図は１１３
図における磁束分布図、第５図に比較の友めの磁束分布
図である。 １２・・・・・・回転軸、１４・・・・・・ステータハ
ウジング、１８．１８ａ・・・・・・ロータエレメント
、２０，２０ａ・・・・・・ステータエレメント、２２
・・・・・・継鉄。FIG. 1 is a cross-sectional view of the synchronous motor according to the present invention, FIG. 2 is a plan view of the stator element shown in FIG. 1, FIG. 3 is a diagram explaining the arrangement of the rotor element and yoke, and FIG.
Fig. 5 is a magnetic flux distribution diagram for comparison. 12... Rotating shaft, 14... Stator housing, 18.18a... Rotor element, 20, 20a... Stator element, 22
...Yoke.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 電機子巻線を有するディスク状のステータエレメントと
、永久磁石を有するディスク状のロータエレメントとが
軸線方向に交互に配置され、これらのエレメントの軸線
方向さらに外側にディスク状の継鉄が配置されて、前記
永久磁石により前記ステータエレメントを通って軸線方
向に向かう磁界が形成されるとともに前記継鉄により該
磁界の向きを反転させるようにした同期モータにおいて
、前記継鉄とこれに隣接するロータエレメントとの間の
間隙（ｌ）が、互いに隣接するロータエレメント間の間
隙（Ｌ）よりも小さくされていることを特徴とする同期
モータ。A disk-shaped stator element having an armature winding and a disk-shaped rotor element having a permanent magnet are arranged alternately in the axial direction, and a disk-shaped yoke is arranged further outward in the axial direction of these elements. , a synchronous motor in which a magnetic field is formed in the axial direction through the stator element by the permanent magnet, and the direction of the magnetic field is reversed by the yoke, wherein the yoke and the rotor element adjacent thereto; A synchronous motor characterized in that a gap (l) between adjacent rotor elements is smaller than a gap (L) between adjacent rotor elements.