JPH0898479A

JPH0898479A - 多軸同期反転駆動モータ

Info

Publication number: JPH0898479A
Application number: JP25469294A
Authority: JP
Inventors: Genichi Sato; 源一佐藤; Yoshinori Kojima; 善徳小島; Kozo Matake; 幸三眞武; Yasushi Kube; 泰史久部
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1994-09-22
Filing date: 1994-09-22
Publication date: 1996-04-12
Anticipated expiration: 2017-05-20
Also published as: JP3283710B2

Abstract

(57)【要約】【目的】２つのロ−タの磁気カップリングによる偏心
加重をバランスさせ、２つのロ−タを高速で安定に同期
反転回転させることが出来る多軸同期反転駆動モ−タを
提供すること。【構成】多軸同期反転駆動モータを空間移動磁界を発
生する電機子２Ａ，２Ｂと、該電機子２Ａ，２Ｂの周り
を該空間移動磁界により回転する永久磁石７を円筒状に
配置したロータ３Ａ，３Ｂとを具備するアウターロータ
型ブラシレスＤＣモータを、２又はそれ以上ロータ３Ａ
とロータ３Ｂとの間に所定の間隔ｔを保って並列に配置
し、各ロータ３Ａ，３Ｂの異磁極面が相対向吸引して磁
気カップリングを構成し、隣接するロータ３Ａ，３Ｂは
互に反対方向に回転するように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は２軸又はそれ以上の多軸
同期反転駆動モ−タに関し、特に２軸ギアポンプ、ル−
プブロア、スクリュウ圧縮機等の多軸を同時に反転して
回転駆動させる機器の駆動モータとして好適な多軸同期
反転駆動モ−タに関するものである。

【０００２】

【従来技術】従来この種の技術としては特開平４−１７
８１４３号公報に開示されたものがある。図６は従来の
２軸同期反転モ−タの構造を示す図で、（Ａ）は側断面
図、（Ｂ）は正断面図を示す。図示するようにこの方式
のモ−タは永久磁石を外周に設置した２つのロ−タ２
３、ロ−タ２４を接触させるか、又は、所定の間隙を保
ち、かつ、各ロ−タの異磁極面が相対向吸引する磁気カ
ップリングを構成するように配置し、前記各ロ−タの外
周に所定の隙間を保って電機子２７を配置し、各ロ−タ
の電機子２７は互いに反対方向に回転する空間移動磁界
（回転磁界）を発生し、前記各ロ−タ２３、ロ−タ２４
を互いに反対方向に回転する。

【０００３】この他に、このような２軸（または多軸）
を同時に反転回転させることを必要とする機器には一台
のモ−タ（一軸）でギアを使用して２軸（又は多軸）を
機械的に同期反転駆動する方法が採られる場合もある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記ギ
ヤ等を使用する方法はタイミングギヤを必要とし小型化
が困難で騒音が大きいという問題がある。

【０００５】また、図６で示すように２つのロ−タ２
３、ロ−タ２４を接触させて並列させて軸２１、２２を
支えた場合も同様に騒音が大きくなる。また、隙間を設
けて軸２１、２２を支えた場合は、２つのロ−タ２３、
ロ−タ２４の間には、磁気カップリング作用による吸引
力が働き、軸受２５、軸受２６はラジアル方向に過大な
偏心加重がかかり高速で安定して回転させることは困難
である。また、外周に電機子２７が設置してあるので、
過大な偏心加重を打ち消すような逆方向の一定の磁気吸
引力を作用させてロ−タ２３、２４のバランスをとるこ
とは構造的に困難であると云う問題がある。

【０００６】更に、上記方式のモ−タによれば２つのロ
−タ２３、ロ−タ２４のそれぞれの外周に電機子２７が
３６０度配置されないので駆動力が劣り、また、各ロ−
タ２３、ロ−タ２４においては偏った駆動力が生じる。
このため、上記特開平４−１７８１４３号公報に開示さ
れたモ−タでは特に駆動力の割りには形状が大きいモ−
タとなる。従って、大きな駆動力を必要とする機器には
不向きであると云う問題もある。

【０００７】本発明は上述の点に鑑みてなされたもの
で、上記問題点を除去し、２つのロ−タの磁気カップリ
ングによる偏心加重をバランスさせ、２つのロ−タを高
速で安定に同期反転回転させることが出来る多軸同期反
転モ−タを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、図１に示すように、多軸同期反転駆動モータ
を空間移動磁界を発生する電機子（２Ａ），（２Ｂ）
と、該電機子（２Ａ），（２Ｂ）の周りを該空間移動磁
界により回転する永久磁石（７）を円筒状に配置したロ
ータ（３Ａ），（３Ｂ）とを具備するアウターロータ型
ブラシレスＤＣモータを、２又はそれ以上ロータ（３
Ａ）とロータ（３Ｂ）との間に所定の間隔（ｔ）を保っ
て並列に配置し、各ロータ（３Ａ），（３Ｂ）の異磁極
面が相対向吸引して磁気カップリングを構成し、隣接す
るロータ（３Ａ），（３Ｂ）は互に反対方向に回転する
ように構成した。

【０００９】また、永久磁石（７）を配置したロータ
（３Ａ），（３Ｂ）の外周に薄い磁性材を用いたヨーク
部（６Ａ），（６Ｂ）を設けたことを特徴とする。

【００１０】また、永久磁石（７）を配置したロータ
（３Ａ），（３Ｂ）の外周に非磁性材料を用いたヨーク
部（６Ａ），（６Ｂ）を設けたことを特徴とする。

【００１１】また、永久磁石（７）を配置したロータ
（３Ａ），（３Ｂ）の外周にヨーク部（６Ａ），（６
Ｂ）を設け該ヨーク部（６Ａ），（６Ｂ）に、図２に示
すように切り欠き部を設けたことを特徴する。

【００１２】また、永久磁石（７）を配置したロータ
（３Ａ），（３Ｂ）の外周面に、図３に示すように内周
面と同様の永久磁石（７’）を周設し、同期反転するこ
とを特徴とする。

【００１３】また、図示するように２つのロ−タ（３
Ａ），（３Ｂ）間の磁気カップリングの吸引力と反対方
向の吸引力を作用させる一対の磁性体（５Ａ），（５
Ｂ）を２つのロータの対向面と反対側にロータと所定の
間隙を保って固定配置することを特徴とする。

【００１４】また、図５に示すように３つ以上のロータ
（３Ａ），（３Ｂ），（３Ｃ）間の磁気カップリングの
吸引力と反対方向の吸引力を作用させる一対の磁性体
（５Ａ），（５Ｂ）を３つ以上のロータの対向面を持た
ない側にロータと所定の間隙を保って固定配置すること
を特徴とする。

【００１５】また、図４に示すようにロータは（３
Ａ），（３Ｂ）、それぞれ異なる磁極数の永久磁石を有
し、該ロータの磁極数比に応じて一定の回転数比で同期
反転することを特徴とする。

【００１６】

【作用】本発明はロータ（３Ａ）、（３Ｂ）の内周に所
定の間隙を保って電機子（２Ａ）、（２Ｂ）を配置する
ことにより、電機子（２Ａ）、（２Ｂ）によって生じる
空間移動磁界がロータ全周にわたって働き、空間移動磁
界の漏れも極力少なくなり効率よく、且つバランスよ
く、隣同士のロ−タ（３Ａ）、（３Ｂ）が同期反転回転
する。

【００１７】また、複数のロータ（３Ａ）、（３Ｂ）の
外周面にあるヨーク部（６Ａ）、（６Ｂ）を薄い磁性材
や非磁性材にしたり、図２に示すように切り欠き部を設
けることにより、ロータ（３Ａ）、（３Ｂ）の永久磁石
の外周面の漏れ磁束の作用で、各々隣り合った複数のロ
ータ（３Ａ）、（３Ｂ）間の磁気カップリングの吸引力
が強化され、複数のロータ（３Ａ）、（３Ｂ）のどちら
か１つのロータに偏って負荷トルクが加わった場合でも
残りの１つの（３Ａ）、（３Ｂ）による磁気カップリン
グの吸引力で同期反転駆動を容易に維持できる。

【００１８】また、２つのロ−タ（３Ａ）、（３Ｂ）に
周設された永久磁石の異磁極間の吸引力とバランスする
反対方向の吸引力を得ることのできる一対の磁性体を、
２つの各ロータの対向面の反対側にロータと所定の間隙
を保って固定配置することにより、磁気カップリングの
吸引力が打ち消され、各ロ−タ（３Ａ）、（３Ｂ）の軸
心に対して対象なバランスしたトルクを得ることができ
る。従って、ロ−タ（３Ａ）、（３Ｂ）は非接触の状態
で静止時においても高速回転時においても、それぞれ各
（３Ａ）、（３Ｂ）及び軸受にはアンバランスな荷重が
取り除かれる。ロ−タ（３Ａ）、（３Ｂ）は所定の間隙
を保って配置されているので高速回転で同期反転させて
も騒音が少なく寿命も長くなる。

【００１９】また、図５に示すように３つ以上（図では
３つ）のロータに周設された永久磁石の異磁極間の吸引
力とバランスする反対方向の吸引力を得ることのできる
一対の磁性体（５Ａ）、（５Ｂ）を、３つ以上のロータ
の対向面を持たない側にロータと所定の間隙を保って固
定配置することにより、磁気カップリングの吸引力が打
ち消され、各ロータ（３Ａ）、（３Ｂ）、（３Ｃ）の軸
心に対して対称なバランスしたトルクを得ることができ
る。従って、ロータ（３Ａ）、（３Ｂ）、（３Ｃ）は非
接触の状態で静止時においても高速回転時においても、
それぞれ各ロータ（３Ａ）、（３Ｂ）、（３Ｃ）及び軸
受にはアンバランスな荷重が取り除かれる。３つ以上の
ロータは所定の間隙を開けて配置されているので高速回
転で同期反転させても長寿命が得られる。

【００２０】また、図３に示すようにロ−タ（３Ａ）、
（３Ｂ）のヨ−ク（６Ａ）、（６Ｂ）の外周面にも内周
面と同様に永久磁石（７´）を設置することにより、各
々隣合った２つのロ−タ（３Ａ）、（３Ｂ）間の磁気カ
ップリングの吸引力が強化され、複数のロ−タ（３
Ａ）、（３Ｂ）にアンバランスな偏った負荷がかかった
場合でも隣りのロ−タ（３Ａ）、（３Ｂ）による磁気カ
ップリング作用で同期反転回転が容易に維持できる。

【００２１】また、図４に示すように、ロータ（３
Ａ）、（３Ｂ）に周設する永久磁石（７）の極数を同一
とせず異ならせることにより、隣合ったロ−タ（３
Ａ）、（３Ｂ）を磁極数比に応じて一定の回転数比で反
転回転させることが出来る。２軸が同一回転数でなく、
スクリュウ圧縮機を駆動する場合等のように一定の回転
数比を保って２軸を高速同期反転回転させることが出来
る。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳
細に説明する。〔実施例１〕図１は本発明の２軸同期反転駆動モ−タの
構造を示す断面図である。２つの回転自在なロ−タ３
Ａ、３Ｂは、それぞれ２ｎ極（図ではｎ＝２）の永久磁
石７が軸心に対称に等間隔で磁束ａ，ｂがラジアル方向
に発生するように、円筒状のヨ−ク６Ａ、６Ｂの内周に
設置されている。即ち、本２軸同期反転駆動モ−タにお
いては２つのロ−タ３Ａ、３Ｂの永久磁石７の極数はそ
れぞれｎ＝２であり、Ｓ、Ｎ、Ｓ、Ｎの４極をそれぞれ
のロ−タ３Ａ、３Ｂのヨ−ク６Ａ、６Ｂの内周に設けて
ある。２つのロ−タ３Ａ、３Ｂ間には所定の間隙ｔ（ク
リアランス）が設けられている。

【００２３】ロ−タ３Ａの内側にはステ−タコア１Ａ及
びコイル４からなる電機子２Ａが固定配置されている。
同様にロ−タ３Ｂの内側にはステ−タコア１Ｂ及びコイ
ル４からなる電機子２Ｂが固定配置されている。ステ−
タコア１Ａ、１Ｂにはそれぞれコイル４を備えた電機子
２Ａ、２Ｂがロ−タ３Ａ、３Ｂの磁極面と所定の間隙を
もって内側に固定配置されている。電機子２Ａ、２Ｂは
それぞれＵ、Ｖ、Ｗ、Ｘ、Ｙ、Ｚの合計６磁極歯を有
し、それぞれのコイル４には例えば三相交流の電流が供
給される。電機子２Ａと電機子２Ｂは中心線ｍに対して
対称に配置されている。

【００２４】ロ−タ３Ａ、３Ｂがそれぞれ反対方向に回
転すると、それぞれのロ−タ３Ａ、３ＢのＮ極及びＳ極
には異磁極面が相対向吸引して磁束ｃにより磁気カップ
リングが構成される。この時の２つのロ−タ３Ａ、３Ｂ
間の吸引力は間隙ｔの大きさに反比例する。この吸引力
を打ち消すためには、それぞれのロ−タ３Ａ、３Ｂを該
吸引力と反対方向に同じ力の大きさで吸引すればよい。
このために２つのロ−タ３Ａ、３Ｂの外側にバランス用
磁性体５Ａ、５Ｂが設けられている。

【００２５】上記バランス用磁性体５Ａ、５Ｂは例えば
鉄心等を用いロ−タ３Ａ、３Ｂの永久磁石７に対して磁
力線ｄ、ｅにより吸引力を発生させるものであればよ
い。バランス用磁性体５Ａ、５Ｂと各ロ−タ３Ａ、３Ｂ
間の磁束ｄ、ｅはロ−タ３Ａ、３Ｂの磁気カップリング
の磁束ｃによる吸引力と同じ大きさで外向きの吸引力を
発生するようにその大きさ及びロ−タ３Ａ、３Ｂ面との
間隔が調整されている。

【００２６】上記構造の２軸同期反転駆動モ−タにおい
て、電機子２Ａとロ−タ３Ａ、及び電機子２Ｂとロータ
３Ｂはそれぞれ同期モ−タを構成している。図１に示す
ように、電機子２Ａには磁極歯Ｕ、Ｖ、Ｗ、Ｘ、Ｙ、Ｚ
に各々コイル４が施されており、電機子２Ｂにも磁極歯
ｕ、ｖ、ｗ、ｘ、ｙ、ｚに各々コイル４が施されてい
る。電機子２Ａのコイル４と電機子２Ｂのコイル４に互
いに反対方向の空間移動磁界（回転磁界）が発生するよ
うに三相交流電流を供給し、ロ−タ３Ｂ、ロ−タ３Ａと
異磁極面が相対向し同期反転回転するように駆動させ
る。

【００２７】この時、ロ−タ３Ａとロ−タ３Ｂとは異磁
極面が相対向吸引して磁気カップリングが構成されるの
でより強力に同期性が保たれ互いに反対方向に回転す
る。また、磁気カップリングの磁束ｃによる吸引力はバ
ランス用磁性体５Ａ、５Ｂの磁束ｄ、ｅによる吸引力で
キャンセルされる。尚、ロ−タ３Ａ及び、ロ−タ３Ｂの
回転速度は三相交流電源の周波数を上げることにより空
間移動磁界の回転速度を上げ、高速で同期反転して回転
することが出来る。

【００２８】上記説明したように上記構造の２軸同期反
転駆動モータは非接触なので騒音も低く、バランス用磁
性体５Ａ、５Ｂの磁束により各ロ−タ３Ａ、３Ｂの軸に
かかる偏心加重も軽減され、トルクも３６０度平均して
強く、従って小型で安定し高速運転が可能となる。

【００２９】〔実施例２〕図２は本発明の２軸同期反転
駆動モ−タの構造を示す図である。本２軸同期反転駆動
モ−タにおいて、ロ−タ３Ａとロータ３Ｂは図示するよ
うに、外周部のヨ−ク６Ａ、６Ｂの一部を切り欠いてい
る。この様にすることにより、ロ−タ３Ａ、ロ−タ３Ｂ
の永久磁石７からの外方向への磁束漏れが増え、磁束ｃ
による磁気カップリングの吸引力が強化される。

【００３０】上記のような構造とすることにより、隣り
合ったロ−タのどちらか１つのロ−タ（ロータ３Ａ又は
ロータ３Ｂ）に偏って負荷が加わった場合でも残りの１
つのロ−タによる磁気カップリングの吸引力で同期反転
して回転させることが出来る。その他の構成は第１実施
例と同じで、同一または相当の構成要素には同一の符号
を付して重複した説明は省略する。

【００３１】〔実施例３〕図３は本発明の２軸同期反転
駆動モ−タの構造を示す断面図である。本２軸同期反転
駆動モ−タは図示するように、ロ−タ３Ａのヨ−ク６Ａ
の外周部及びロ−タ３Ｂのヨ−ク６Ｂの外周部に内周部
と同様に永久磁石７´を設置したものである。

【００３２】上記の構造とすることにより、ロ−タ３Ａ
とロ−タ３Ｂとの磁束ｃの吸引力が強くなり、磁気カッ
プリングが強化される。従って、隣り合ったロ−タのど
ちらか１つのロ−タ（ロータ３Ａ又はロータ３Ｂ）に偏
って負荷トルクが加わった場合でも残りの１つのロ−タ
による磁気カップリングの吸引力で同期反転して回転さ
せることが出来る。その他の構成は図１に示す構造と同
じで、同一または相当の構成要素には同一の符号を付し
て重複した説明を省略する。

【００３３】〔実施例４〕図４は本発明の２軸同期反転
駆動モ−タの構造を示す断面図である。本実施例はロ−
タ３Ａとロ−タ３Ｂの永久磁石７の磁極数を変えて、例
えばロ−タ３Ａを４極、ロ−タ３Ｂを６極のように、ロ
ータ３Ａの磁極とロ−タ３Ｂの磁極比を４：６とする。

【００３４】上記の構造とすることにより、ロ−タ３
Ａ、３Ｂの回転数を３：２に一定の回転数比で同期反転
して回転させることが出来る。その他の構成は第１実施
例と同じで、同一または相当の構成要素には同一の符号
を付して重複した説明を省略する。

【００３５】上記のように本発明の実施例４の２軸同期
反転駆動モ−タはロ−タ３Ａ、ロ−タ３Ｂの磁極比を２
ｎ：２ｍとすることにより、任意の回転数比の２軸同期
反転モ−タを構成することが出来る。

【００３６】〔実施例５〕図５は本発明の多軸同期反転
駆動モ−タの構造を示す断面図である。本多軸同期反転
駆動モ−タは軸数が３の場合を示す。ロ−タ３Ａ、ロ−
タ３Ｂ、ロ−タ３Ｃはそれぞれ隣り合ったロ−タと同期
反転して回転する。この時の電機子２Ａ、２Ｂ、２Ｃの
通電方法は実施例１において説明した通りで、隣同士の
電機子の空間移動磁界（回転磁界）が反対方向になるよ
うに各電機子２Ａ、２Ｂ、２Ｃのコイル４に三相交流電
流を供給する。その他の構成は第１実施例と同じで、同
一または相当の構成要素には同一の符号を付して重複し
た説明を省略する。

【００３７】上記構造の３軸同期反転駆動モ−タは、２
軸同期反転駆動モ−タと同様にそれぞれ隣り合ったロ−
タと同期反転して回転する。なお、この軸数は３軸にこ
だわるものではなく、軸数を更に増やしてもよいことは
当然である。また、本発明の多軸同期反転駆動モータは
本発明の主旨を逸脱することがない範囲で種々の変形実
施例が可能である。

【００３８】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように本発明によ
れば、複数のロータにそれぞれラジアル方向にバランス
のとれた均等な荷重をかけることができるので、複数軸
を高速で安定に同期反転駆動することができ、且つ長寿
命の多軸同期反転駆動モ−タを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の２軸同期反転モ−タの構造
を示す断面図である。

【図２】本発明の実施例２の２軸同期反転モ−タの構造
を示す図である。

【図３】本発明の実施例３の２軸同期反転モ−タの構造
を示す断面図である。

【図４】本発明の実施例４の２軸同期反転モ−タの構造
を示す断面図である。

【図５】本発明の実施例５の３軸同期反転モ−タの構造
を示す断面図である。

【図６】従来の２軸同期反転モ−タの構造を示す図で、
（Ａ）は側断面図、（Ｂ）は正断面図を示す。

【符号の説明】

１Ａステ−タコア１Ｂステ−タコア１Ｃステ−タコア２Ａ電機子２Ｂ電機子２Ｃ電機子３Ａロ−タ３Ｂロ−タ３Ｃロ−タ４コイル５Ａバランス用磁性体５Ｂバランス用磁性体６Ａヨ−ク６Ｂヨ−ク６Ｃヨ−ク７永久磁石７’ 永久磁石

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者久部泰史東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】空間移動磁界を発生する電機子と、該電
機子の周りを該空間移動磁界により回転する永久磁石を
円筒状に配置したロータとを具備するアウターロータ型
ブラシレスＤＣモータを、２又はそれ以上ロータとロー
タとの間に所定の間隔を保って並列に配置し、各ロータ
の異磁極面が相対向吸引して磁気カップリングを構成
し、隣接するロータは互に反対方向に回転することを特
徴とする多軸同期反転駆動モータ。
【請求項２】前記永久磁石を配置したロータの外周に
薄い磁性材を用いたヨーク部を設けたことを特徴とする
請求項１に記載の多軸同期反転駆動モ−タ。
【請求項３】前記永久磁石を配置したロータの外周に
非磁性材料を用いたヨーク部を設けたことを特徴とする
請求項１に記載の多軸同期反転駆動モ−タ。
【請求項４】前記永久磁石を配置したロータの外周に
ヨーク部を設け、該ヨーク部を切り欠いたことを特徴と
する請求項１に記載の多軸同期反転駆動モ−タ。
【請求項５】前記永久磁石を配置したロータの外周面
に内周面と同様の永久磁石を周設し、同期反転すること
を特徴とする請求項１に記載の多軸同期反転駆動モ−
タ。
【請求項６】前記２つのロ−タ間の磁気カップリング
の吸引力と反対方向の吸引力を作用させる一対の磁性体
を前記２つのロータの対向面と反対側にロータと所定の
間隙を保って固定配置することを特徴とする請求項１に
記載の多軸同期反転駆動モ−タ。
【請求項７】前記３つ以上のロータ間の磁気カップリ
ングの吸引力と反対方向の吸引力を作用させる一対の磁
性体を前記３つ以上のロータの対向面を持たない側にロ
ータと所定の間隙を保って固定配置することを特徴とす
る請求項１に記載の多軸同期反転駆動モ−タ。
【請求項８】前記ロータは、それぞれ異なる磁極数の
永久磁石を有し、該ロータの磁極数比に応じて一定の回
転数比で同期反転することを特徴とする請求項１に記載
の多軸同期反転駆動モ−タ。