JPS5996846A

JPS5996846A - 低振動電動機

Info

Publication number: JPS5996846A
Application number: JP20543182A
Authority: JP
Inventors: Yoshitake Suzuki; 鈴木　芳勇; Takuji Tajima; 田島　琢二
Original assignee: Hitachi Seiko Ltd
Current assignee: Via Mechanics Ltd
Priority date: 1982-11-25
Filing date: 1982-11-25
Publication date: 1984-06-04

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、振動を可及的に低く抑えることが要求される
種々の装置に使用される低振動電動機に関する。

超精密加工機、超精密移動台（例えば、ＬＳＩのパター
ン焼付装置等に用いられる移動台）等の装置は、これら
装置の性能上、振動を極度に嫌うものである。このため
、これら装ｆＲｅ駆動する電動機は、通常、装置本体と
は隔離して設置され、電動機と装置とはベルト又は振動
減衰特殊継手等によシ結合されて動力伝達が行なわれ、
これにょシミ動機自体の振動が装置に伝わるのを避けて
いる。このような現状にあっては、電動機自体の振動を
如何に低く抑えるかが問題となる。

第１図は従来の電動機の一部断面図である。図で、ｌは
電動機の出力軸、１ａは出力軸１の負荷接続端、２は出
力軸１に固定された回転子、３は電動機のケーシング、
４はケーシング３に固定された固定子、５は出力軸１と
ケーシング３の間の軸受である。回転子２と固定子４と
は、空隙δ１を介して対向して配置されておシ、固定子
４に交流を供給して回転磁界を発生せしめることにょシ
回転子２が回転する。

ところで、このような電動機自体の振動発生の原因とし
て、一般に次のような事項が考えられる。

（１）１回転子２の材質の不均一等にょ）生ずる回転子
の動的アンバランス。

（２）、出力軸ｌの軸受５の回転精度の不足。

（３）９回転子２と固定子４の偏心による回転力の変動
。

（４）、各部品の加工精度の不足。

（５）０回転磁界と回転子の偏心、即ち、磁気的アンバ
ランス。

以上の振動発生原因のうち（１）〜（４）は機械的原因
である。従来の低振動対策は主としてこれらに対する改
善であシ、これにょシ振動の振幅をミクロンオーダ（１
，５〜３μ）に抑えることが可能となっている。これに
対して、上記振動発生原因（５）については、この磁気
的アンバランスを軽減するため、回転子２と固定子４と
の間の空隙δ１を大きくした特殊電動機が提供されてい
る。

しかしながらこの特殊電動機は、空隙δ１を大きくして
いるので極めて効率が悪く、例えば、３．７ＫＷの出力
の通常の電動機に対し、これと同程度の大きさの特殊電
動機では、その出力は１１５〜１／１゜に低下し、甚だ
しい不利を生じる。一方、このような不利はさらに次の
ような欠点を生じる。即ち、一般に、超精密加工機や超
精密移動台等の装置では、その装置の機能上、運転中に
これを駆動するのに要するトルクは極めて小さく、例え
ば２００〜３００Ｗの電動機の出力トルクで充分である
。しかし、装置の起動時にはその慣性力のため可成シ大
きなトルクを必要とし、上記２００〜３００Ｗの電動機
では所定回転数に達するまで極めて長時間を要する。例
えば、ある装置を駆動するのに３．７ＫＷの電動機を使
用した場合、回転速度２０００ｒ＊ｐｅｍに達する所要
時間は５秒であるが、２００Ｗの電動機では約９２秒を
要する。そして、このような長時間起動では装置の能率
が著しく低下するので、上記の例にしたがえば、前記低
振動電動機は３．７ＫＷの出力のものでなければならな
い。ところが、３．７ＫＷの出力の低振動電動機は、同
一出力の通常の電動機と比較すると、その占有容積は数
倍（５〜１０倍）になるという欠点を生ずるものである
。結局、回転子２と固定子４の空隙δ１を大きく設定し
た従来の低振動電動機では、占有容積を小さくするため
に低出力のものを使用すれば起動に長時間を要し、逆に
、短時間起動のため大きな出力のものを使用すれば、起
動時だけのためにその占有容積が大きくなってしまうと
いう二律背反を生じることとなる。

本発明の目的は、上記従来の問題を解決し、起動トルク
を犬キ＜シて起動時間を短かくすることができ、しかも
小型とすることができる低振動電動機を提供するにある
。

この目的を達成するため、本発明は、回転子の外径と固
定子の内径を出力軸に沿って所定角度の傾斜をもって形
成し、回転子又は固定子のいずれか一方又は両方を出力
軸に沿って容動可能とし、これによシミ動機の起動時と
通常運転時における空隙の寸法を変化させるようにした
ことを特徴きする。

以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明するＱ第２図は本発明の実施例に係る低振動電動機の断面図で
ある。図で、第１図に示す部分と同一部分には同一符号
が付しである。６は出方軸１に固定された回転子で条シ
、その外径は回転子６の右端（第２図で）において最大
で、左端において最小となるように構成されている。そ
して、回転子６の右端から左端へかけての外径の減少の
割合は一定である。第２図では、この外径の変化が直線
状の傾斜となって示されている。７は電動機のエンドブ
ラケット、８はエンドブラケット７に固定されたケーシ
ング、８ａはケーシング８に設けられて冷却水を通す水
ジャケットである。９はケーシング８の内面に、前記回
転子６と対向して設置された固定子である。固定子９の
内径は回転子６の外径と一致するように、即ち、固定子
９の右端の内径が最大、左端の内径が最小であり、がっ
、右端から左端へかけての内径の減少の割合は前記回転
子６の外径減少の割合と同一である。第２図では、この
内径の変化が直線状の傾斜となって示されている。固定
子９はケーシング８の内面に対して、出力軸ｌの軸方向
にのみ摺動できるように適宜の手段、例えばスライディ
ングキーのような手段で取付けられている。１ｏは固定
子摺動部材であシ、固定子９の右端部に適宜数取付けら
れて固定子９の摺動に寄与する。各固定子摺動部材１０
の端部はエンドブラケット７の外方に貫通している。１
１は固定子摺動機構を示し、電動機のエンドブラケット
７に固定されたケースｌｌａに収納されている。ｌｌｂ
は前記固定子摺動部材ｌＯの各端部相互を連結する棒状
又は板状の連結部材、１１ｃは連結部材１１ｂに取付け
られたナツトである。１２はケースｌｌａに回動自在に
取付けられたハンドルであシ、ハンドル１２の先端には
ネジ部１２ａが形成されている。このネジ部１２ａは固
定子摺動機構１１のナツト１１ｃと螺合している。

このような構成の電動機において、ハンドル１２を一方
向に回転すると、そのネジ部１２ａとナツト１１ｃが螺
合してい、るので連結部材１１ｂは第２図において例え
ば左方向に移動する。したがって、固定子摺動部材１０
、固定子９も左方向に移動する。固定子９の移動は出力
軸ｌに対し平行な移動である。ハンドル１２を反対方向
に回転すると、固定子９は上記と逆方向（右方向）に移
動する０このような固定子９の移動にょシ、回転子６と
固定子９の空隙が変化する。この変化を第３図によル説
明する。

第３図は空隙部分における回転子と固定子の断面図であ
る。固定子９が第３図に実線で示す右端位置にあるとき
、回転子６と固定子９の空隙寸法はδ２である。今、ハ
ンドル１２を所定方向に回転し、固定子９を矢印Ｘ方向
に摺動して第３図の一点鎖線位ｆｆｔ（左端位ｉｔ）と
すると、固定子９の摺動は出力軸１の軸線と平行である
ので、当然空隙寸法δ３は増大する。このように、ハン
ドル１２を回動することにょ）回転子６と固定子９の空
隙をその寸法δ２と寸法δ３の範囲内において自由に変
化せしめることができる。

ここで、空隙寸法の変化が電動機の振動に及ばず影響に
ついて考察する。今、回転子をその直径方向に変動させ
る力、即ちラジアル変動力’ｋＦ（Ｋｇ）とすると、こ
の方Ｆは次式で表わされる。

Ｆ−−ＤＬ（５０００”　Ｔ”””・・・（１）まただし、Ｄ：回転子の外径（ｃｍ）Ｌ：回転子の長さくａｍ）Ｂ：空隙の磁束密度（ガウス） Δ：空隙寸法（μｍ） δ：固定子と回転子間の偏心（μｍ）このラジアル変動力の１例を０．７５ＫＷ級の電動機に
ついて算出すると（７ｔだし、各数値は概略の値である
。）、Ｆ　＝−ＨＸ　１０　Ｘ　６　Ｘ　（５ｏｏｏ）２Ｘ−
石Ｔ中１３　、５７（Ｋｐ）となる。空隙寸法を大きく
すると空隙の磁束密度は小さくなるので、前記（１）式
から、空隙寸法を大きくすること忙よシラシアル変動力
を大幅に減少せしめ得ることが明瞭である。ただし、空
隙寸法を大きくすると電動機出方は減少する。上記の例
につき、空隙寸法３００μｍを大きくするとともに、各
部品の精度をさらに向上せしめ、Δ＝６００μｍ、　　
δ＝２０４ｍ、Ｂ＝６０００Ｘ　（３００／６００）”
＝１５００　ガウスとした場合のラジアル変動力Ｆの値
を求めると、となル、ラジアル変動力Ｆは約１１５　に減少する。

このように、空隙寸法を大きくすることにより、ラジア
ル変動力、即ち、振動を発生させる力を減少することが
できる。ただし、これに伴って、電動機固定子コイルの
電流が増大し、又、効率の低下によシミ動機の発熱も増
加するが、前者に対してはハンドル１２の操作と関連し
て入力を減少させる手段を講ずればよく、又、後者に対
しては水ジャケット８ａによシ充分に発熱を防止するこ
とができる。

本実施例では、回転子外径と固定子内径を所定割合で増
加又は減少させ、固定子を出力軸に沿って摺動可能とし
たので、装置の起動時には空隙寸法を小さくすることに
よル起動トルクな大にして起動時間を短縮することがで
き、装置起動後の通常運転時には空隙寸法を大きくする
ことにょシ振動を小さくすることができ、結局、本実施
例の低振動電動機は、従来の低振動特殊電動機と同−専
有容積のものであれば起動時間を短縮することができ、
又、同一起動時間のものであれば専有容積を小さくし小
型とすることができる。

なお、上記実施例においては、固定子を移動するように
したが、回転子を移動してもよく、又、固定子と回転子
の両方を移動してもよいのは当然である。

以上述べたように、本発明では、回転子外径と固定子内
径を所定の割合で増加又は減少させ、回転子および固定
子の一方又は両方を出力軸に沿って移動可能としたので
、低振動電動機の起動トルクを大にして起動時間を短縮
することができ、又、小型とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電動機の一部断面図、第２図は本発明の
実施例に係る低振動電動機の断面図、第３図は空隙部分
における回転子と固定子の断面図である。１・・・・・・出力軸、６・・・・・・回転子、９・・
団・固定子、１０・・・・・・固定子摺動機構、１１・
・・・・・固定子摺動機構、１１ｂ・・・・・・連結部
材、１１ｃ・・・・・・ナツト、１２・・・・・・ハン
ドル、１２ａ・・・・・・ネジ部。

Claims

【特許請求の範囲】

出力軸と、この出力軸に取付けられるとともにその外径
が前記出力軸の一方向に沿って一定の割合で変化する回
転子と、この回転子に対し空隙を介して取付けられると
ともにその内径が前記出力軸の一方向に沿って前記一定
割合で変化する固定子と、前記回転子と前記固定子の少
なくとも一方を前記出力軸に沿って移動する手段とを備
えたことを特徴とする低振動電動機。