JP2005287191A - 永久磁石モータ - Google Patents

Abstract

【課題】 軸方向において、真円からずれた固定子内径の変形を真円に近づけるように修正し、固定子と回転子との間の空隙長が、軸方向のどの位置でも、周方向で均一となるようにしてコギングトルクを低減することを目的とする。
【解決手段】 円筒状のフレーム１と、フレーム１の内周に固定され、径方向に突出した複数のティースを有する固定子コア２と、固定子コア２内部に、固定子コア２と同軸に配設された回転子４とを備えた永久磁石モータにおいて、フレーム１は、その内周面に、軸方向のいずれの位置においても、固定子コア２内径の変形を真円に近づけるための突起３を有する構造とする。
【選択図】 図１

Description

この発明は、永久磁石モータに関し、特に、コギングトルクを低減した永久磁石モータに関するものである。

現在、高制御性を求められているサーボモータ等では、コギングトルクと呼ばれるトルクむらの問題がある。コギングトルクは、固定子のコイル電流を零にして回転子を外部力により回転させたときに発生するトルクの変動分に相当する。このように、コギングトルクはサーボモータの位置決め精度低下の主な原因となる。従って、高精度モータを作る際にコギングトルクを減らすことが重要な課題となっている。

固定子は、フレーム内に焼きばめ等によって固定されるが、フレームによる応力によって、固定子鉄心が変形し、内径形状が変形する場合がある。この変形に起因して、コギングトルクが発生する。そこで、特許文献１に記載の平滑電機子巻線型モータでは、フレームの内周面に溝を設け、固定子の外周面に突起を設けて、溝と突起とを嵌合させ、焼きばめによって溝と突起とを結合し、固定子コアの変形に起因するコギングトルクを小さくしている。

特開２０００−２４５１２４号公報（第２−３頁、図１）

モータの作製工程の中で、固定子の内径形状が真円からずれた状態に変形する。この真円からずれた変形は、軸方向において様々な形状に変化するため、固定子と回転子との間の空隙長の不均一状態が、軸方向においても様々な周方向位置で存在する。

従来、上記特許文献１のように、真円からずれた固定子内径の変形が、軸方向において一様なものであるとしているので、変形を阻止する対策を講じても、コギングトルクの低減効果は十分とはいえない。

この発明は、軸方向において、真円からずれた固定子内径の変形を真円に近づけるように修正し、固定子と回転子との間の空隙長が、軸方向のどの位置でも、周方向で均一となるようにしてコギングトルクを低減することを目的としたものである。

この発明に係る永久磁石モータは、円筒状のフレームと、上記フレームの内周に固定され、径方向に突出した複数のティースを有する固定子と、上記固定子内部に、上記固定子と同軸に配設された回転子とを備え、
上記フレームは、その内周面の軸方向のいずれの位置においても、上記固定子内径の変形を真円に近づけるための突起を有するものである。

また、円筒状のフレームと、上記フレームの内周に固定され、径方向に突出した複数のティースを有する固定子と、上記固定子内部に、上記固定子と同軸に配設された回転子とを備え、
上記フレームは、その内周面に複数の突起を有し、上記突起は、周方向及び軸方向に所定ピッチでずらして配置されているものである。

また、円筒状のフレームと、上記フレームの内周に固定され、径方向に突出した複数のティースを有する固定子と、上記固定子内部に、上記固定子と同軸に配設された回転子とを備え、
上記フレームは、その内周面の軸方向において複数の凹部を有し、上記凹部は相互に連結されるとともに、周方向及び軸方向に所定ピッチでずらして配置されているものである。

この発明に係る永久磁石モータによれば、フレームは、その内周面の軸方向において、上記固定子内径の変形を真円に近づけるための突起を有するので、コギングトルクを低減することができる。

また、フレームは、その内周面に複数の突起を有し、突起は、周方向及び軸方向に所定ピッチでずらして配置されているので、コギングトルクを低減することができるとともに、フレームから受ける圧力がフレーム周方向全体から突起のみに軽減されるので、ロストルク（トルク脈動のＤＣ成分）を低減することができる。

また、フレームは、その内周面の軸方向において複数の穴を有し、上記穴は相互に連結されるとともに、周方向及び軸方向に所定ピッチでずらして配置されているので、コギングトルクを低減することができるとともに、ロストルクを低減することができる。

実施の形態１．
図１は、この発明に係る永久磁石モータの実施の形態１を示す正面図（ａ）及び側面図（ｂ）であり、図２は、永久磁石モータの軸方向３点における固定子の内径を示す図であり、図２（ａ）は、一方の軸方向端面近傍の位置、図２（ｂ）は、軸方向のほぼ中央の位置、図２（ｃ）は、他方の軸方向端面近傍の位置で測定した結果である。

図１に示したように、この実施の形態１における永久磁石モータは円筒状のフレーム１と、フレーム１の内部に固定された固定子鉄心２と、固定子コア２の内部に、固定子コア２と同軸に配置された回転子４とを備えている。

回転子４は、８極(４極対)に着磁されたリング磁石を有する。固定子コア２は、内径方向に突出したティースを有する分割コア２ａを１２個連結してなる。分割コア２ａは、薄鋼板をプレス等で打ち抜いて形成したコア片を積層して形成される。コア片を積層して形成された分割コア２ａは直線状に連結されて直線状の固定子コア２が形成され、分割コア２ａのティース間に形成されるスロット間にコイルを装着した後、直線状の固定子コア２は、図示のように、分割コア２ａの連結部で屈曲することによって円環状にされ、両端が溶接により固定される。

このように、固定子コア２は、直線状の固定子コア２を、分割コア２ａの連結部で屈曲することによって円環状にし、両端を溶接により固定しているので、図２に示したように、内径が真円ではなく、分割コア２ａが傾斜する、或いは内径が大きな部分ができる等、真円から変形した形状になり、しかも、その変形形状は軸方向で様々な形状になる。また、この軸方向の変形形状は、製品列によって、ほぼ類似した形状になる。

フレーム１はアルミニウムあるいは鉄からなり、フレーム１の内周面には、突起３が設けられている。突起３は、固定子コア２の内径の変形と焼きばめ時におけるフレーム１による固定子コア２の変形に合わせ、軸方向において、変形を修正する箇所に設ける。例えば、分割コア２ａの傾斜を修正するための突起部３ａ、あるいは内径が大きくなった部分を押さえて真円に近づける、あるいは焼きばめ時のフレーム１による固定子コア２の変形を修正するための突起部３ｂが軸方向における修正箇所に設けられる。

固定子コア２は、フレーム１に挿入されて、焼き嵌めによって固定される。この時、突起３は、軸方向において、突起部３ａ及び突起部３ｂが傾斜した分割コア２ａ及び内径が大きくなった部分の分割コア２ａを押さえ、また、フレーム１の変形による固定子コア２の変形を修正することによって、軸方向のいずれの位置においても、固定子コア２の内径形状が真円に近づく。

なお、図１において、突起３を誇張して示しているが、その径方向厚さは数μｍ〜数十μｍであり、フレーム１内周面と固定子コア２外周面との間のギャップはほとんどないものになる。

この実施の形態１によれば、回転子４と固定子コア２との間の空隙が、軸方向のいずれの位置においても、周方向で均一になりコギングトルクが低減される。

また、この効果は焼き嵌めだけでなく、圧入およびモールドのような樹脂による成型などの場合でも同様の効果が得られる。フレーム１の突起３は、位置決めの自由度の点から、溶接により形成するのが好ましい。

実施の形態２．
図３及び図４は、この発明に係る永久磁石モータの実施の形態２を示す正面図（ａ）及び平面図（ｂ）である。

分割コア２ａに用いる薄鋼板は、磁気異方性を有するものである。薄鋼板を積層した場合、固定子コア２の周方向の位置によって磁気特性が異なることになり、これが原因でコギングトルクが発生する。

通常、この磁気異方性に起因するコギングトルクを低減するとともに、ロストルクを低減するために、薄鋼板からなるコア片を軸中心に回転させて積層する、いわゆる回し積みが行われる。

この実施の形態２では、図３及び図４に示したように、フレーム１の内周に複数の突起３を設け、突起３を、周方向及び軸方向に所定ピッチで配設している。この構成においては、突起３によって固定子コア２に応力が加えられ、歪みによって解放されきれなかった部分には残留応力として残り、この部分の磁気特性が劣化する。応力による磁気特性の劣化は、磁気異方性による磁気特性の差に比較して大きく、また、磁気特性が良い部分における応力による磁気特性の劣化の度合いは、磁気特性が悪い部分における応力による磁気特性の劣化の度合いに比べて大きくなり、ほぼ同程度の磁気特性となるので、この構成によれば、固定子コア２の分割コア２ａ単位で見た場合の磁気特性を均一化することができる。すなわち、回し積みと同様の効果が得られる。また、磁気特性が劣化して磁束が通りにくい部分を、図示のような、周方向及び軸方向に所定ピッチでずらして配置しているので、周方向における磁気抵抗を、軸方向のいずれの位置においてもほぼ均一にすることができ、また、突起３を分散して配置しているので、フレーム１内における固定子コア２の固定を安定なものとすることができる。

また、突起３相互間の凹部には応力が加えられないので、磁気特性が劣化しない部分が形成され、この部分は磁気抵抗が小さくなり、図中の矢印で示すように磁束が通過するようになるため、ロストルクも低減する。

この実施の形態２によれば、回し積みと同様の効果が得られ、コギングトルクを低減することができるとともに、ロストルクをも低減することができる。

突起３は、各ティースに対応して設けられ、各ティースに対応して設けられるのが、磁束を周方向へ通り易くする上で好ましい。

実施の形態３．
図５及び図６は、この発明に係る永久磁石モータの実施の形態３を示す正面図（ａ）及び平面図（ｂ）である。

上記実施の形態２では、フレーム１の内周面に複数の突起３を設け、突起３を、周方向及び軸方向に所定ピッチでずらして配設したが、図４及び図５に示したように、フレーム１内周面に複数の凹部５を設け、凹部５を相互に連結させるとともに、周方向及び軸方向に所定ピッチでずらして配設している。

この実施の形態３の場合、凹部５は固定子コア２に応力を加えないので、穴５と対向する固定子コア２部分の磁気特性は劣化せず、凹部５がない部分の磁気特性が劣化する。階段状に形成されている凹部５相互間の連結部が磁束の通り道となって、図５及び図６の矢印で示すように磁束が通過する。

この実施の形態３によれば、上記実施の形態２と同様、回し積みと同様の効果が得られ、コギングトルクを低減することができるとともに、ロストルクをも低減することができる。

凹部５は、各ティースに対応して設けられ、各ティースに対応して設けるのが、磁束を周方向へ通り易くする上で好ましい。

実施の形態４．
図７は、この発明に係る永久磁石モータの実施の形態４を示す正面図である。この実施の形態３は、上記実施の形態１の突起３の形状に関するものである。

突起３の形状を四角とすることによって、四角の角が固定子コア２の周面に対して楔として作用し、固定子コア２の回転を阻止する回り止めとなる。突起３の形状は、四角形だけに限らず多角形でも同様な効果を得ることができる。

また、突起３の形状を丸形とすることによって、固定子コア２に対して点接触となり少しの外圧で内径の形状を変化させることができるので、フレームの肉厚を薄くすることができる。

この発明に係る永久磁石モータは、工作機械等のサーボモータ、車両用モータ、昇降機用モータ等に適用し、コギングトルクを低減することができる。

この発明に係る永久磁石モータの実施の形態１を示す正面図（ａ）及び平面図（ｂ）である。 永久磁石モータの軸方向３点における固定子の内径を示す図である。 この発明に係る永久磁石モータの実施の形態２を示す正面図（ａ）及び平面図（ｂ）である。 この発明に係る永久磁石モータの実施の形態２を示す正面図（ａ）及び平面図（ｂ）である。 この発明に係る永久磁石モータの実施の形態３を示す正面図（ａ）及び平面図（ｂ）である。 この発明に係る永久磁石モータの実施の形態３を示す正面図（ａ）及び平面図（ｂ）である。 この発明に係る永久磁石モータの実施の形態４を示す正面図である。

符号の説明

１ フレーム、２ 固定子コア、２ａ 分割コア、３ 突起、３ａ，３ｂ 突起部、
４ 回転子、５ 凹部。

Claims (7)

1. 円筒状のフレームと、上記フレームの内周に固定され、径方向に突出した複数のティースを有する固定子と、上記固定子内部に、上記固定子と同軸に配設された回転子とを備え、
   上記フレームは、その内周面の軸方向のいずれの位置においても、上記固定子内径の変形を真円に近づけるための突起を有することを特徴とする永久磁石モータ。
2. 上記突起の断面形状が多角形であることを特徴とする請求項１記載の永久磁石モータ。
3. 上記突起の断面形状が丸形であることを特徴とする請求項１記載の永久磁石モータ。
4. 円筒状のフレームと、上記フレームの内周に固定され、径方向に突出した複数のティースを有する固定子と、上記固定子内部に、上記固定子と同軸に配設された回転子とを備え、
   上記フレームは、その内周面に複数の突起を有し、上記突起は、周方向及び軸方向に所定ピッチでずらして配置されていることを特徴とする永久磁石モータ。
5. 上記突起は、上記ティースと対応して配置されていることを特徴とする請求項４記載の永久磁石モータ。
6. 円筒状のフレームと、上記フレームの内周に固定され、径方向に突出した複数のティースを有する固定子と、上記固定子内部に、上記固定子と同軸に配設された回転子とを備え、
   上記フレームは、その内周面において軸方向に複数の凹部を有し、上記凹部は相互に連結されるとともに、周方向及び軸方向に所定ピッチでずらして配置されていることを特徴とする永久磁石モータ。
7. 上記凹部は、上記ティースと対応して配置されていることを特徴とする請求項６記載の永久磁石モータ。

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