JPH0698489A - サーボモータ用ロータ - Google Patents

サーボモータ用ロータ

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JPH0698489A
JPH0698489A JP4244779A JP24477992A JPH0698489A JP H0698489 A JPH0698489 A JP H0698489A JP 4244779 A JP4244779 A JP 4244779A JP 24477992 A JP24477992 A JP 24477992A JP H0698489 A JPH0698489 A JP H0698489A
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JP
Japan
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magnetic
core
ring magnet
rotor
servo motor
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Pending
Application number
JP4244779A
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English (en)
Inventor
Nobuyuki Hirai
伸之 平井
Motoharu Shimizu
元治 清水
Yoshihiro Noguchi
至弘 野口
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Proterial Ltd
Original Assignee
Hitachi Metals Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 コギングトルクが小であり、特性を大幅に向
上させ得るサーボモータ用ロータを提供する。 【構成】 強磁性材料により横断面外周輪郭を実質的に
円形状に形成したコアの外周面に、軸線と平行方向若し
くは傾斜する方向に延びかつ円周方向に異極が交互に現
われるように複数個の磁極を設けたラジアル異方性のリ
ング磁石を固着してなるサーボモータ用ロータにおい
て、円周方向における相隣る磁極間のコアの外周面に磁
気空隙を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えばロボット、NC
工作機械等において可動部材や被加工物の位置決めおよ
び速度制御用として使用されるサーボモータを構成する
ロータに関するものであり、特にラジアル異方性のリン
グ磁石を構成部材とするサーボモータ用ロータに関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】従来のサーボモータ用ロータは、例えば
図4に示すような構成のものが一般的である。図4にお
いて、1はコアであり、例えば鉄鋼材料により円柱状に
形成し、両端部にシャフト2を設ける。3は永久磁石で
あり、横断面をアークセグメント状に形成し、厚さ方向
に着磁し、円周方向に異極が交互に現われるようにコア
1の外周面に、例えば接着剤を介して複数個を固着す
る。図4に示すものは4極のロータの例である。このロ
ータは、内周面に複数個のスロットと、このスロット内
に巻線を介装させてなるステータ(図示せず)内に回転
可能に支持されて、サーボモータとして使用される。
【0003】上記構成のロータにおいては、コア1の外
周面に永久磁石3を固着する組立作業が極めて煩雑であ
ると共に、永久磁石3の位置決めにも多大の工数と時間
を要し、更に位置決め精度の点においても高精度が望め
ない等の問題点がある。
【0004】上記問題点を解決するために、図5に示す
ような構成のサーボモータ用ロータも実用化されてい
る。図5において、4はリング磁石であり、例えばNd
−Fe−B系磁石材料によって形成する。すなわち磁場
中成形手段を介してラジアル方向に異方性化してある。
なおコア1とリング磁石4とは接着剤を介して固着す
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記図5に示すような
構成とすることにより、組立作業が極めて容易となると
共に、磁極の位置精度を向上させ得るという効果が期待
できる。しかしながらこの構成のサーボモータ用ロータ
には、下記のような問題点がある。
【0006】まず磁極間の磁束密度の変化が急峻である
ため、回転むら若しくはコギングトルクが大きくなり、
サーボモータとしての特性に悪影響を及ぼす。図6はリ
ング磁石4の表面の磁束密度を示す図である。図6から
明らかなように、磁極NとSとの極間における曲線の勾
配が大である。サーボモータとしては、一部例外を除い
て上記磁束密度を示す曲線は、正弦曲線若しくは正弦曲
線に近似した曲線であることが望ましい。
【0007】上記のような磁束密度の緩慢な変化をさせ
るために、図4に示すような構成のものにおいては、永
久磁石3の両側端部近傍の厚さ寸法を小に形成する手段
が採られている。あるいは永久磁石3の外周面の曲率半
径を、内周面の曲率半径より小に形成することにより、
磁極間における磁束密度の変化を緩慢にし、サーボモー
タの特性を確保するようにしている。しかしながら図5
に示すような構成のものにおいて、磁極間におけるリン
グ磁石4の厚さ寸法を小にする手段は、極めて煩雑とな
り、成形コスト若しくは加工コストの高騰を招来すると
いう問題点がある。
【0008】一方前記コギングトルクを低減させる手段
として、磁極をスキューさせることも有効である。すな
わち軸方向の磁極を軸線に対して傾斜させて配設する手
段である。このように磁極をスキューさせる手段は、図
4に示す構成のものにおいては、永久磁石3の形状が複
雑となると共に、組立作業が煩雑となり、かつ永久磁石
3の位置精度の低下を招来するが、図5に示す構成のも
のにおいては、成形装置における配向手段および成形後
の着磁ヨークの工夫によって容易に対処できる。
【0009】しかしながら、上記のように磁極をスキュ
ーさせる手段によっても、スキュー角度に限度があり、
コギングトルクを大幅に減少させることができないとい
う問題点がある。一方近年のこの種のサーボモータに要
求される仕様は益々厳しくなってきており、更に高性能
のものの出現が望まれている。
【0010】次に上記と関連して、サーボモータの小型
化かつ高性能化の要求も次第に強まっており、図5に示
すリング磁石4をNd−Fe−B系磁石材料で形成した
ものが実用化されている。しかしながらNd−Fe−B
系磁石材料は負の線膨張係数を持っているため、リング
磁石4が割れるという問題点がある。すなわちコア1は
通常正の線膨張係数を有する鉄鋼材料によって形成され
ているため、サーボモータが高温雰囲気において、若し
くは長時間連続運転後において、例えばロータが120
℃のように高温になった場合には、コア1が膨張する一
方リング磁石4が収縮することとなり、リング磁石4内
に大なる熱応力が発生することとなるのである。
【0011】上記熱応力を吸収するために、コア1とリ
ング磁石4との間に緩衝材を介装することも考えられる
が、コア1はバックヨークとして作用し、磁気回路の構
成部材であるため、コア1とリング磁石4との間に緩衝
材が介装されることにより、磁気抵抗が大となる結果、
リング磁石4の表面磁束密度の低下を招来し、サーボモ
ータの特性が低下するという問題点がある。
【0012】本発明は、上記従来技術に存在する問題点
を解決し、コギングトルクが小であり、特性を大幅に向
上させ得るサーボモータ用ロータを提供することを目的
とするものである。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明においては、強磁性材料により横断面外周輪
郭を実質的に円形状に形成したコアの外周面に、軸線と
平行方向若しくは傾斜する方向に延びかつ円周方向に異
極が交互に現われるように複数個の磁極を設けたラジア
ル異方性のリング磁石を固着してなるサーボモータ用ロ
ータにおいて、円周方向における相隣る磁極間のコアの
外周面に磁気空隙を設ける、という技術的手段を採用し
た。
【0014】本発明において、コアの外周面に溝を設け
ることによって磁気空隙を形成することができる。また
本発明において、磁気空隙の横断面形状を弓形、三日月
形若しくは凸レンズ形に形成することができる。すなわ
ち、コアの外周面に局部的平坦面を形成するか若しくは
局部的円筒面を形成することにより、上記のような横断
面形状を形成できる。
【0015】なお本発明において、リング磁石をNd−
Fe−B系磁石材料によって形成することができる。次
に本発明における磁気空隙の横断面寸法については、ロ
ータを構成するコアおよびリング磁石の横断面寸法と対
応させて選定するが、直径方向の高さ寸法若しくは深さ
寸法を0.03mm以上とすることが好ましい。一方接線方
向の幅寸法は、コアの外径寸法若しくはリング磁石の内
径寸法をd、磁極数をnとした場合にπd/(2n)以
下とすることが好ましい。この値を超えると駆動トルク
に寄与すべき磁束密度が低下するため不都合である。
【0016】
【作用】上記の構成により、磁極間におけるコアとリン
グ磁石との間に磁気空隙が形成され、この部分の磁気抵
抗が磁極と対応する位置のそれより大となり、リング磁
石の外方における表面磁束密度が減少する。従って磁極
間における磁束密度の変化が緩慢となり、正弦曲線に近
似することとなる結果、コギングトルクを減少させ得る
のである。
【0017】また上記磁気空隙を設けることにより、温
度上昇に伴なうリング磁石内の熱応力が分散されるか
ら、リング磁石の割れを防止することができる。
【0018】
【実施例】図1は本発明の実施例を示す要部端面図であ
り、同一部分は前記図5と同一の参照符号で示す。図1
において、5は溝であり、コア1の外周面において、リ
ング磁石4の円周方向における相隣る磁極間に、磁極数
と対応する個数を設ける。コア1は例えばSS41によ
り外径50mmに形成し、溝5の直径方向の深さ寸法を各
々2mmおよび4mmに形成すると共に、接線方向の幅寸法
を12mmに形成した。
【0019】リング磁石4はNd−Fe−B系(日立金
属製 HS−30CR)磁石材料により、外径55mm、
内径50mm(但しコア1と遊合可能に形成)に形成し、
アクリル系接着剤を介してコア1に固着した。なおリン
グ磁石4に設けた磁極は、軸線に対して30°のスキュ
ー角度で着磁してあるため、コア1の外周面に設ける溝
5も上記磁極と対応させて30°のスキュー角度で設け
る。
【0020】図2は上記のように構成したロータのリン
グ磁石4の表面磁束密度を測定した結果を示す図であ
り、例えばN極を挟む溝5、5間を表わしたものであ
る。図2において曲線a,bは夫々前記図1における溝
5の直径方向の深さ寸法を2mmおよび4mmとしたものと
対応する。なお曲線cは前記図5に示す従来の構成のも
のと対応する。
【0021】図2から明らかなように、曲線cにおいて
は極間近傍における磁束密度が大であると共に、勾配が
急峻である。これに対して曲線a,bにおいては、極間
近傍における磁束密度が小であると共に、勾配もまた減
少しており、正弦曲線に近似している。これは前記図1
に示すようにコア1に溝5を設けたことにより、コア1
とリング磁石4との間の磁気抵抗が大となる結果、極間
部分におけるリング磁石4の外方の表面磁束密度が減少
するのである。
【0022】なお上記溝5を設けたことにより、コギン
グトルクは従来のものにおける160g−cmから曲線
a,bに対応するものにおいては各々110g−cm、9
5g−cmに低減していることがわかる。この場合、溝5
の深さを増大することにより、コギングトルクが低減す
るが、溝5の深さをあまり大きくすると、この溝5によ
って形成される磁気空隙による磁気抵抗が大となり、リ
ング磁石4の全体の磁束密度を低下させ、駆動トルクの
低下を招来するため好ましくない。
【0023】次に図1に示すコア1に溝5を設けたこと
によるリング磁石4の割れ防止作用について記述する。
図1において前記のような寸法に形成したコア1および
リング磁石4について、溝5の深さ寸法を種々変えてロ
ータを組立て、これらを恒温槽内において120℃×4
時間保持の苛酷試験を行なった。なお同一仕様および同
一寸法のロータを図4の構成とした従来のものについて
も同様の苛酷試験を行なった。
【0024】この結果、図4に示す構成のロータにおい
ては、供試品10個はリング磁石4にすべて割れの発生
が認められた。これに対して図1に示すように溝5を設
けたロータにおいては、リング磁石4の割れは全く認め
られなかった。これはリング磁石4を負の線膨張係数を
有するNd−Fe−B系磁石材料によって構成したのに
拘らず、溝5を設けたことにより、リング磁石4内に発
生する熱応力が分散されるため、割れの発生を防止でき
るものと推定し得る。なお溝5の直径方向の深さ寸法が
0.03mm以上であれば、リング磁石4の割れを防止でき
ることが確認された。
【0025】図3はコア1とリング磁石4との間に形成
される磁気空隙の形状の変形例を示す要部端面図であ
る。まず図3(a)に示すものは、コア1の外周面に局
部的平坦部6を設けて、磁気空隙の横断面形状を弓形に
形成したものである。次に図3(b)に示すものは、コ
ア1の外周面にその外周面の曲率半径より大なる曲率半
径の局部的円筒面7を設け、磁気空隙の横断面形状を三
日月形に形成したものである。更に図3(c)に示すも
のは、コア1の外周面に凹面状の局部的円筒面8を設
け、磁気空隙の横断面形状を凸レンズ形に形成したもの
である。なお図3(d)に示すものは、図1に示す溝5
の側面を平行面としたものである。
【0026】本実施例においては、リング磁石4をNd
−Fe−B系磁石材料で形成した例を示したが、他の希
土類磁石材料で形成してもよく、またフェライト磁石材
料によって形成してもよい。
【0027】
【発明の効果】本発明は、以上記述のような構成および
作用であるから、下記の効果を奏し得る。
【0028】(1)磁極間近傍に磁気空隙を設けること
により、この部分の磁気抵抗が磁極と対応する位置のそ
れより大となり、リング磁石の外方における表面磁束密
度を減少させ、磁極間における磁束密度の変化を緩慢に
させ得る結果、コギングトルクを大幅に減少させ得る。
【0029】(2)コアとリング磁石との間に磁気空隙
を設けることにより、リング磁石に発生する熱応力を分
散させ得る結果、リング磁石に発生する割れを防止する
ことができ、生産性および信頼性を大幅に向上させ得
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す要部端面図である。
【図2】本発明の実施例におけるロータのリング磁石の
表面磁束密度を測定した結果を示す図である。
【図3】コアとリング磁石との間に形成される磁気空隙
の形状の変形例を示す要部端面図である。
【図4】従来のサーボモータ用ロータの例を示す要部端
面図である。
【図5】従来のサーボモータ用ロータの改良例を示す要
部端面図である。
【図6】図5に示すサーボモータ用ロータのリング磁石
の表面磁束密度を示す図である。
【符号の説明】
1 コア 4 リング磁石 5 溝

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 強磁性材料により横断面外周輪郭を実質
    的に円形状に形成したコアの外周面に、軸線と平行方向
    若しくは傾斜する方向に延びかつ円周方向に異極が交互
    に現われるように複数個の磁極を設けたラジアル異方性
    のリング磁石を固着してなるサーボモータ用ロータにお
    いて、 円周方向における相隣る磁極間のコアの外周面に磁気空
    隙を設けたことを特徴とするサーボモータ用ロータ。
  2. 【請求項2】 コアの外周面に溝を設けることにより磁
    気空隙を形成したことを特徴とする請求項1記載のサー
    ボモータ用ロータ。
  3. 【請求項3】 磁気空隙の横断面形状を弓形、三日月形
    若しくは凸レンズ形に形成したことを特徴とする請求項
    1記載のサーボモータ用ロータ。
  4. 【請求項4】 リング磁石をNd−Fe−B系磁石材料
    によって形成したことを特徴とする請求項1ないし3何
    れかに記載のサーボモータ用ロータ。
JP4244779A 1992-09-14 1992-09-14 サーボモータ用ロータ Pending JPH0698489A (ja)

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