WO2012111440A1 - モータ装置 - Google Patents

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正裕 三田
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    • F01D1/00—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines
    • F01D1/24—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines characterised by counter-rotating rotors subjected to same working fluid stream without intermediate stator blades or the like
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/02—Additional mass for increasing inertia, e.g. flywheels
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K49/00—Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes
    • H02K49/10—Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes of the permanent-magnet type
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    • H02K7/10—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/16—Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids

Definitions

  • the present invention relates to a motor device that outputs torque to a rotational load, and more particularly to a motor device that can suppress vibration due to reaction torque.
  • the motor is equipped as a power source for precision stages, semiconductor manufacturing equipment, outdoor units for air conditioners, refrigerators, and other various devices.
  • torque is generated at the start.
  • this torque is received by the motor base, but the motor base is usually deviated from the rotation center axis of the motor. For this reason, when torque is generated at the time of starting the motor, a reaction torque centered on the mounting position of the motor base is applied to the motor in addition to its own rotational torque, causing the motor to vibrate.
  • the rotor of the motor and the rotational load connected to the rotor can be considered as an integral moment of inertia.
  • the motor torque is ⁇
  • the moment of inertia is I
  • the angular velocity is ⁇
  • the torque ⁇ acting on the motor base causes vibrations of the motor and the motor base.
  • Non-Patent Document 1 discloses a magnetic gear mechanism that transmits torque output from a motor.
  • the conventional solution does not fundamentally eliminate the vibration of the motor, and so to speak, is a device that does not transmit the vibration of the motor to other devices.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and by canceling the torque within the system of the motor device, the torque as a reaction force acting on the motor base is reduced, and unnecessary vibration at the time of starting the motor is suppressed.
  • An object of the present invention is to provide a motor device that can perform the above-described operation.
  • a motor device is connected to a double-axis motor with a rotating shaft protruding from both sides, one end side of the rotating shaft, an input shaft to which torque of the double-axis motor is input, and the input shaft
  • a rotation direction converter having an output shaft that rotates in the opposite direction and outputs the torque, and is provided at the other end of the rotation shaft or the output shaft of the rotation direction converter.
  • a motor device is connected to a double-axis motor having a rotating shaft protruding from both sides, one end of the rotating shaft, an input shaft to which torque of the double-axis motor is input, and the input shaft
  • a rotation direction converter having an output shaft that rotates in the opposite direction and outputs the torque, and is provided at the other end of the rotation shaft or the output shaft of the rotation direction converter.
  • a power wheel mounting portion to which a power wheel for balancing reaction torque acting on the input shaft and the output shaft of the rotating direction changer when rotated is mounted.
  • a motor device is characterized by including a power vehicle attached to the power vehicle mounting portion.
  • a motor device is a dual-axis motor with a rotating shaft protruding from both sides, an input shaft connected to one end side of the rotating shaft, and the torque of the dual-axis motor being input to the input shaft.
  • a rotation direction converter having an output shaft that rotates in the opposite direction and outputs the torque, and a rotation load connected to the output shaft of the rotation direction converter or the other end of the rotation shaft,
  • Ia / Ib ⁇
  • the motor apparatus characterized by the above-mentioned. However, Ia: Sum of inertia moments on the input shaft side of the rotational direction converter Ib: Sum of inertia moments on the output shaft side of the rotational direction converter ⁇ : ratio
  • a motor device is a uniaxial motor with a projecting rotating shaft, connected to the rotating shaft, an input shaft to which torque of the uniaxial motor is input, and rotates in the opposite direction with respect to the input shaft.
  • a rotational direction converter having an output shaft for outputting the torque, and a rotational load connected to the output shaft of the rotational direction converter, the single-axis motor, the rotational direction converter, and the moment of inertia of the rotational load.
  • Ia Sum of inertia moments on the input shaft side of the rotation direction changer
  • Ib Sum of inertia moments on the output shaft side of the rotation direction changer
  • ⁇ Number of rotations of the output shaft relative to the number of rotations of the input shaft ratio
  • a motor device is characterized in that the rotational direction converter has a magnetic gear mechanism that transmits torque input to the input shaft to the output shaft.
  • a motor device includes a fixing unit for fixing the biaxial motor, the uniaxial motor, or the rotation direction changer to an external installation object.
  • the rotation direction changer is provided at one end of the rotating shaft of the double-axis motor, when the double-axis motor rotates, the other end of the rotating shaft of the double-axis motor Side and the output shaft of the rotation direction changer rotate in the opposite direction.
  • reaction torques having different directions act on the input shaft side of the rotation direction changer and the output shaft side of the rotation direction changer.
  • the other end of the rotating shaft or the output shaft of the rotating direction converter is provided with a power wheel for balancing the reaction torque acting on the input shaft and the output shaft of the rotating direction converter when both shaft motors rotate. Therefore, the torque applied to the entire motor device cancels out. Therefore, torque that vibrates the motor device does not work when the motor is started.
  • the rotation direction converter is provided on one end side of the rotating shaft of the double-axis motor, when the double-axis motor rotates, the other end side of the rotating shaft of the double-axis motor; It rotates in the opposite direction to the output shaft of the rotation direction changer.
  • both shaft motors rotate, reaction torques that have different directions work on the input shaft side of the rotation direction changer and the output shaft side of the rotation direction changer, but each reaction torque has the same magnitude and reverse direction. It is. Therefore, torque that vibrates the motor device does not work.
  • the rotation direction converter is provided on one end side of the rotation shaft of the single shaft motor, when the single shaft motor rotates, the rotation shaft of the single shaft motor and the output shaft of the rotation direction converter Rotates in the opposite direction.
  • reaction torques that are different in direction act on the input shaft side of the rotation direction changer and the output shaft side of the rotation direction changer, but each reaction torque has the same magnitude but in the opposite direction. is there. Therefore, torque that vibrates the motor device does not work.
  • the rotation direction converter converts the rotation direction of the input shaft and the output shaft by the magnetic gear mechanism, and outputs the torque input at the time of input from the output shaft.
  • the motor device is fixed to the body to be installed by the fixing portion provided in the double-axis motor or the single-axis motor or the rotation direction converter.
  • the present invention it is possible to suppress unnecessary vibration when starting the motor. As a result, vibration and noise are alleviated, and wear of mechanical elements such as bearings can be suppressed.
  • FIG. 10 is a side sectional view showing a configuration example of a motor device according to Modification 1.
  • FIG. 10 is a side sectional view showing a configuration example of a motor device according to Modification 2.
  • FIG. 10 is a side sectional view showing a configuration example of a motor device according to Modification 3.
  • FIG. 10 is a side cross-sectional view illustrating a configuration example of a motor device according to Modification Example 4.
  • FIG. 1 is a side sectional view showing an example of the configuration of the motor device according to the present embodiment.
  • the motor device according to the embodiment of the present invention is connected to a double-axis motor 1 in which a first rotary shaft 10a and a second rotary shaft 10b protrude from both sides, and a second rotary shaft 10b.
  • Rotation direction changer 2 having an input shaft 20a to which torque is input and an output shaft 20b that rotates in the opposite direction with respect to input shaft 20a and outputs torque, and first rotation shaft 10a are provided on both shafts.
  • the motor device according to the present embodiment can be applied to a precision stage, a liquid crystal panel manufacturing device, a semiconductor manufacturing device, a vehicle component, a refrigerator, an air conditioner, etc., but a general device having a rotational load 4 is assumed below. To explain.
  • the double-axis motor 1 has a substantially cylindrical casing in which a stator 11 is fixed. The first and second protrusions projecting on both sides in the center line direction of the casing.
  • a rotor 12 having rotating shafts 10a and 10b is provided.
  • the force wheel mounting portion 13 is, for example, a collar portion that holds the force wheel 3 inserted into the first rotating shaft 10a.
  • a collar part is an example of the carriage attachment part 13, and if it is comprised so that the carriage 3 can be attached, the shape will not be specifically limited.
  • the rotation direction changer 2 includes an input shaft 20a to which the torque of the two-axis motor 1 is input, an output shaft 20b that rotates in the opposite direction with respect to the input shaft 20a, and outputs torque, and the input shaft 20a and the output shaft 20b.
  • the magnetic gear mechanism that reverses the rotation direction of the motor includes an inner rotor 21 connected to the input shaft 20a and an outer rotor 22 connected to the output shaft 20b.
  • the two-axis motor 1 is connected.
  • the second rotary shaft 10b of the double shaft motor 1 and the input shaft 20a of the rotational direction converter 2 are connected by a shaft coupling 7, and the torque of the double shaft motor 1 is input to the rotational direction converter 2.
  • FIG. 1 shows an example in which the second rotary shaft 10b and the input shaft 20a are connected by the shaft coupling 7, the second rotary shaft 10b and the input shaft 20a may be configured integrally. Details of the magnetic gear mechanism will be described later.
  • a rotation direction converter that converts the rotation direction of the double-shaft motor 1 with a magnetic gear mechanism will be described. However, the rotation direction may be converted with a gear mechanism.
  • a rotation load 4 is connected to the output shaft 20 b of the rotation direction changer 2 via a shaft coupling 8.
  • the force wheel 3 is a disk-shaped member having an insertion hole at the center, for example.
  • the power wheel 3 is fitted on the first rotating shaft 10a of the double-shaft motor 1, is mounted on the power wheel mounting portion 13, and is fixed by a bolt 3a.
  • the size and members of the force wheel 3 are not particularly limited, but a shape that allows the frictional force applied to the rotating force wheel 3 to be as small as possible is preferable. Further, in order to cancel the reaction torque applied to the motor device by the small power wheel 3, in addition to the method of increasing the density of the power wheel 3, the plate thickness is increased along the outer peripheral portion of the disk-shaped power wheel. It is desirable to select a shape that can increase the moment of inertia of the vehicle.
  • the moment of inertia of the power wheel 3 that can suppress the occurrence of vibration of the motor device is determined so as to satisfy the following expression (3).
  • Ia ⁇ a Ib ⁇ b (3)
  • Ia is a sum of inertia moments on the input shaft 20a side of the rotation direction converter 2
  • Ib is a sum of inertia moments on the output shaft 20b side of the rotation direction converter 2.
  • Ia is the inertia of the rotating portion including the power wheel 3, the first and second rotating shafts 10a and 10b, the rotor 12, the shaft coupling 7, the input shaft 20a, and the inner rotor 21. It is a moment.
  • Ib is the total sum of the moments of inertia of the rotating portion composed of the outer rotor 22, the output shaft 20 b, the shaft coupling 8, and the rotational load 4.
  • a and b are the rotation speeds of the input shaft 20a and the output shaft 20b of the rotation direction changer 2.
  • the variable ⁇ in the scope of the claims is the ratio of the rotational speed of the output shaft 20b to the rotational speed of the input shaft 20a, that is, b / a.
  • the motor device has a fixing portion 5 for fixing itself to the motor base B.
  • the fixing portion 5 is, for example, a substantially trapezoidal member when viewed from the side fixed to the rotating direction changer 2, and the bottom portion of the fixing portion 5 is fixed to the motor base B with a bolt or the like.
  • FIG. 2 is a schematic assembly diagram illustrating a configuration example of the rotation direction changer 2.
  • the rotation direction changer 2 is an increase / decrease device having a spatial harmonic type magnetic gear mechanism, for example.
  • the rotation direction changer 2 is fitted with a cylindrical inner rotor 21, a cylindrical outer rotor 22 in which the inner rotor 21 fits inside with a gap, and a gap between the inner rotor 21 and the outer rotor 22.
  • An intermediate yoke 23 is provided.
  • three magnetic pole pairs 211 which are composed of an outer peripheral side N-pole magnet 211 a and an S-pole magnet 211 b magnetized in the thickness direction, are arranged along the circumferential direction.
  • the magnet magnetized in the thickness direction means that the outer peripheral surface side and the inner peripheral surface side are magnetized so as to have different polarities.
  • the magnet 211a is magnetized on the N and S poles on the outer circumferential surface side and the inner circumferential surface side
  • the magnet 211b is magnetized on the S and N poles on the outer circumferential surface side and the inner circumferential surface side, respectively.
  • the inner rotor 21 rotates due to the magnetic interaction between the magnetic pole pairs 211 and 221 included in the inner rotor 21 and the outer rotor 22, respectively.
  • the inner rotor 21, which has a smaller number of magnetic poles than the outer rotor 22, rotates at a higher rotational speed than the outer rotor 22 in the direction opposite to the rotational direction of the outer rotor 22 (Tetsuya Ikeda, Kenji Nakamura, Osamu Ichinokura , "A Consideration on the Rotor Structure of Permanent Magnet Type Magnetic Gear," Journal of Magnetic Society, 2009, Vol. 33, No. 2, pp. 130-134).
  • the gear ratio n is 3/7.
  • the gear ratio n is 3/7.
  • the output rotation speed of the rotation direction converter 2 decreases with respect to the input rotation speed to the rotation direction converter 2 of the double-axis motor 1
  • the output rotation speed is larger than the input rotation speed.
  • the present invention can be applied.
  • the intermediate yoke 23 holds ten magnetic bodies 231 that are the sum of the numbers 3 and 7 of the magnetic pole pairs 211 and 221 included in the inner rotor 21 and the outer rotor 22, respectively, along the circumferential direction at equal intervals.
  • the intermediate yoke 23 is manufactured, for example, by fixing each magnetic body 231 to a resin formed in a cylindrical shape (see, for example, pamphlet of International Publication No. 2009/087408).
  • alternating magnetic fields including third-order harmonic components, seventh-order harmonic components, and thirteenth-order harmonic components generated by the magnetic pole pairs 211 and 221 intersect along the radial direction.
  • the magnetic body 231 may be a soft magnetic body made of, for example, a magnetic metal, a plurality of stacked magnetic plates, and a green powder compact.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the operational effects of the motor device according to the present embodiment.
  • the biaxial motor 1 rotates, torque is output from the first and second rotary shafts 10a and 10b.
  • the torque output from the second rotating shaft 10 b is converted in the reverse direction by the rotating direction changer 2 and given to the rotating load 4. That is, the member on the input shaft 20a side and the member on the output shaft 20b side of the rotation direction changer 2 rotate in reverse.
  • the torque ⁇ 1 acting on the member on the input shaft 20a side of the rotation direction changer 2 and the torque ⁇ 2 acting on the member on the output shaft 20b side are equal in magnitude and opposite to each other. Therefore, torque that vibrates the motor device does not work when the motor is started.
  • the spatial harmonic type magnetic gear mechanism has been described as the rotation direction changer 2, but other magnetic gear mechanisms such as a planetary magnetic gear mechanism may be applied to the present invention.
  • a non-magnetic gear mechanism that is, a torque converter having a normal gear mechanism, for example, a planetary gear mechanism, may be applied to the present invention.
  • FIG. 4 is a side sectional view showing a configuration example of the motor device according to the first modification.
  • the example in which the carriage attachment portion 13 is provided on the first rotating shaft 10a of the double-shaft motor 1 and the carriage 3 is attached to the carriage attachment portion 13 has been described.
  • the power wheel 3 may be integrally provided on the first rotating shaft 110 a of the double-axis motor 101.
  • FIG. 5 is a side sectional view showing a configuration example of the motor device according to the second modification.
  • the fixing portion 5 is provided in the rotational direction changer 2 portion.
  • the fixing portion 205 may be provided in the double-axis motor 1.
  • FIG. 6 is a side sectional view showing a configuration example of a motor device according to Modification 3.
  • the example in which the power wheel 3 is provided on the first rotating shaft 10a of the double-shaft motor 1 and the rotating load 4 is provided on the output shaft 20b of the rotating direction changer 2 has been described.
  • a rotational load 304 is provided on the first rotating shaft 310a of the double-shaft motor 301 via the shaft coupling 308, and the power wheel 303 is attached to the output shaft 320b of the rotating direction changer 302. good.
  • the configuration in which the power wheel attachment portion 313 is provided on the output shaft 320b and the power wheel 303 is fixed by the bolt 303a is the same as that of the embodiment.
  • FIG. 7 is a side sectional view showing a configuration example of a motor device according to Modification 4.
  • the fixed portion 5 is provided in the rotation direction converter 302 portion.
  • the fixed portion 405 may be provided in the double-axis motor 301 portion.
  • the configuration including the power wheel 3 or 303 has been described, but the power wheel 3 or 303 is not included, and the input shaft 20a side of the rotation direction changer 2 or 302 and the output You may comprise so that the diameter, weight, specific gravity, etc. of the rotation part which comprises a motor apparatus may be set so that the torque which acts on the shaft 20b or 320b side may be balanced. Further, when the power wheel 3 or 303 is not provided and the rotational load 4 or 304 is provided on the output shaft 20b or 320b of the rotation direction changer 2 or 302, the motor may be configured as a single-axis motor.

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Abstract

　モータ装置の系内でトルクを相殺することによって、モータベースに働く反力としてのトルクを低減し、モータ始動時における不要振動を抑制することができるモータ装置を提供する。　両側から第１及び第２回転軸１０ａ，１０ｂが突出した両軸モータ１と、第２回転軸１０ｂの一端側に接続されており、両軸モータ１のトルクが入力される入力軸２０ａ、入力軸２０ａに対して逆向きに回転して該トルクを出力する出力軸２０ｂを有する回転方向変換機２と、第１回転軸１０ａの端部に設けられており、両軸モータ１が回転した場合に回転方向変換機２の出力軸２０ｂ及び第１回転軸１０ａに働く反作用トルクを均衡させるための勢車３とを備える。

Description

モータ装置
　本発明は、回転負荷へトルクを出力するモータ装置に関し、特に反作用トルクによる振動を抑えることができるモータ装置に関する。
　モータは、精密ステージ、半導体製造装置、空気調和機の室外機、冷蔵庫、その他各種機器の動力源として備えられている。モータを回転させる場合、始動時にトルクが発生する。通常のモータではこのトルクをモータベースで受けているが、モータベースは通常、モータの回転中心軸からずれている。このため、モータの始動時にトルクが発生すると、自身の回転トルク以外に、モータベースの取り付け位置を中心とした反作用トルクがモータに加わり、モータが振動するという問題があった。
　モータの振動を考える場合、モータの回転子及び該回転子に接続された回転負荷を一体の慣性モーメントと考えることができる。モータのトルクをτ、前記慣性モーメントをＩ、角速度をαとした場合、運動の第２法則より、下記式が成立する。
　τ＝Ｉα
　即ち、角速度αでモータが回転するためには、モータの回転子及び回転負荷にトルクτが加わるため、モータが設置されているモータベースには、－τのトルクが反力として加わる。このモータベースに働くトルク－τがモータ及びモータベースの振動を引き起こす。
　この問題を解決する手法として、従来、モータベースの剛性を向上させる方法、緩衝材を挿入する方法(例えば、特許文献１)等が採用されていた。
　非特許文献１には、モータから出力されるトルクを伝達する磁気歯車機構が開示されている。
特開平３－４０４８号公報 池田哲也・中村健二・一ノ倉理、「永久磁石式磁気ギアの回転子構　　造に関する一考察」、磁気学会論文誌、２００９年、３３巻、２号、１３０－１３４頁
　しかしながら、従来の解決方法は、モータの振動を根本的に解消するものでは無く、いわばモータの振動を他の機器に伝えない工夫であり、微小振動が問題になる虞があった。
　本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、モータ装置の系内でトルクを相殺することによって、モータベースに働く反力としてのトルクを低減し、モータ始動時における不要振動を抑制することができるモータ装置を提供することにある。
　第１発明に係るモータ装置は、両側から回転軸が突出した両軸モータと、該回転軸の一端側に接続されており、該両軸モータのトルクが入力される入力軸、該入力軸に対して逆向きに回転して該トルクを出力する出力軸を有する回転方向変換機と、前記回転軸の他端側又は前記回転方向変換機の出力軸に設けられており、前記両軸モータが回転した場合に前記回転方向変換機の入力軸及び出力軸に働く反作用トルクを均衡させるための勢車とを備えることを特徴とする。
　第２発明に係るモータ装置は、前記回転方向変換機の出力軸又は前記回転軸の他端側に接続された回転負荷を備え、前記勢車、前記両軸モータ、前記回転方向変換機及び前記回転負荷の慣性モーメントと、前記回転方向変換機の回転数の比とは下記式を満たす
　Ｉａ／Ｉｂ＝α
　ことを特徴とする。
　但し、
　Ｉａ：前記回転方向変換機の前記入力軸側の慣性モーメントの総和
　Ｉｂ：前記回転方向変換機の前記出力軸側の慣性モーメントの総和
　α：前記入力軸の回転数に対する前記出力軸の回転数の比
　第３発明に係るモータ装置は、両側から回転軸が突出した両軸モータと、該回転軸の一端側に接続されており、該両軸モータのトルクが入力される入力軸、該入力軸に対して逆向きに回転して該トルクを出力する出力軸を有する回転方向変換機と、前記回転軸の他端側又は前記回転方向変換機の出力軸に設けられており、前記両軸モータが回転した場合に前記回転方向変換機の入力軸及び出力軸に働く反作用トルクを均衡させるための勢車が取り付けられる勢車取付部とを備えることを特徴とする。
　第４発明に係るモータ装置は、前記勢車取付部に取り付けられた勢車を備えることを特徴とする。
　第５発明に係るモータ装置は、両側から回転軸が突出した両軸モータと、該回転軸の一端側に接続されており、該両軸モータのトルクが入力される入力軸、該入力軸に対して逆向きに回転して該トルクを出力する出力軸を有する回転方向変換機と、前記回転方向変換機の出力軸又は前記回転軸の他端側に接続された回転負荷とを備え、前記両軸モータ、前記回転方向変換機及び前記回転負荷の慣性モーメントと、前記回転方向変換機の回転数の比とは下記式を満たす
　Ｉａ／Ｉｂ＝α
　ことを特徴とするモータ装置。
　但し、
　Ｉａ：前記回転方向変換機の前記入力軸側の慣性モーメントの総和
　Ｉｂ：前記回転方向変換機の前記出力軸側の慣性モーメントの総和
　α：前記入力軸の回転数に対する前記出力軸の回転数の比
　第６発明に係るモータ装置は、回転軸が突出した一軸モータと、該回転軸に接続されており、該一軸モータのトルクが入力される入力軸、該入力軸に対して逆向きに回転して該トルクを出力する出力軸を有する回転方向変換機と、前記回転方向変換機の出力軸に接続された回転負荷とを備え、前記一軸モータ、前記回転方向変換機及び前記回転負荷の慣性モーメントと、前記回転方向変換機の回転数の比とは下記式を満たす
　Ｉａ／Ｉｂ＝α
　ことを特徴とするモータ装置。
　但し、
　Ｉａ：前記回転方向変換機の前記入力軸側の慣性モーメントの総和
　Ｉｂ：前記回転方向変換機の前記出力軸側の慣性モーメントの総和
　α：前記入力軸の回転数に対する前記出力軸の回転数の比
　第７発明に係るモータ装置は、前記回転方向変換機は、前記入力軸に入力されたトルクを前記出力軸に伝達させる磁気歯車機構を有することを特徴とする。
　第８発明に係るモータ装置は、前記両軸モータ若しくは前記一軸モータ、又は前記回転方向変換機を外部の被設置体に固定するための固定部を備えることを特徴とする。
　第１及び第２発明にあっては、両軸モータの回転軸の一端側には回転方向変換機が設けられているため、両軸モータが回転した場合、両軸モータの回転軸の他端側と、回転方向変換機の出力軸とは逆方向に回転する。モータが回転した場合、回転方向変換機の入力軸側と、回転方向変換機の出力軸側とにはそれぞれ向きが異なる反作用トルクが働く。回転軸の他端側又は回転方向変換機の出力軸には、両軸モータが回転した場合に回転方向変換機の入力軸及び出力軸に働く反作用トルクを均衡させるための勢車が設けられているため、モータ装置全体に加わるトルクは相殺する。よって、モータ始動時にモータ装置を振動させるようなトルクは働かない。
　第３及び第４発明にあっては、勢車取付部を備えており、回転負荷に応じた勢車を適宜取り付けることが可能である。
　第５発明にあっては、両軸モータの回転軸の一端側には回転方向変換機が設けられているため、両軸モータが回転した場合、両軸モータの回転軸の他端側と、回転方向変換機の出力軸とは逆方向に回転する。両軸モータが回転した場合、回転方向変換機の入力軸側と、回転方向変換機の出力軸側とにはそれぞれ向きが異なる反作用トルクが働くが、各反作用トルクは大きさが同じで逆向きである。よって、モータ装置を振動させるようなトルクは働かない。
　第６発明にあっては、一軸モータの回転軸の一端側には回転方向変換機が設けられているため、一軸モータが回転した場合、一軸モータの回転軸と、回転方向変換機の出力軸とは逆方向に回転する。一軸モータが回転した場合、回転方向変換機の入力軸側と、回転方向変換機の出力軸側とにはそれぞれ向きが異なる反作用トルクが働くが、各反作用トルクは大きさが同じで逆向きである。よって、モータ装置を振動させるようなトルクは働かない。
　第７発明にあっては、回転方向変換機は入力軸及び出力軸の回転方向を磁気歯車機構によって変換し、入力時に入力したトルクを出力軸から出力する。磁気歯車機構を備えることによって、歯車機構に比べて騒音及び摩擦を低減することが可能である。
　第８発明にあっては、両軸モータ若しくは一軸モータ、又は回転方向変換機に設けられた固定部によって、モータ装置が被設置体に固定される。
　本発明によれば、モータ始動時における不要振動を抑制することができる。その結果、振動及び騒音が緩和され、例えばベアリング等の機械要素の摩耗を抑えることもできる。
本実施の形態に係るモータ装置の一構成例を示した側断面図である。 回転方向変換機の一構成例を示す模式的組立図である。 本実施の形態に係るモータ装置の作用効果を説明するための説明図である。 変形例１に係るモータ装置の一構成例を示した側断面図である。 変形例２に係るモータ装置の一構成例を示した側断面図である。 変形例３に係るモータ装置の一構成例を示した側断面図である。 変形例４に係るモータ装置の一構成例を示した側断面図である。
　以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
　図１は、本実施の形態に係るモータ装置の一構成例を示した側断面図である。本発明の実施の形態に係るモータ装置は、両側から第１回転軸１０ａ及び第２回転軸１０ｂが突出した両軸モータ１と、第２回転軸１０ｂに接続されており、両軸モータ１のトルクが入力される入力軸２０ａ、入力軸２０ａに対して逆向きに回転してトルクを出力する出力軸２０ｂを有する回転方向変換機２と、第１回転軸１０ａに設けられており、両軸モータ１が回転した場合に回転方向変換機２の入力軸２０ａ及び出力軸２０ｂに働く反作用トルクを均衡させるための勢車３と、回転方向変換機２の出力軸２０ｂに接続された回転負荷４とを備える。本実施の形態に係るモータ装置は、精密ステージ、液晶パネル製造装置、半導体製造装置、車両部品、冷蔵庫、エアコン等に適用することができるが、以下では回転負荷４を有する一般的な装置を想定して説明する。
　両軸モータ１は、固定子１１が内部に固定された略円筒状の筐体を有しており、該筐体の内部には該筐体の中心線方向両側に突出した第１及び第２回転軸１０ａ，１０ｂを有する回転子１２が設けられている。両軸モータ１の第１回転軸１０ａには、勢車３が取り付けられる勢車取付部１３が形成されている。勢車取付部１３は、例えば第１回転軸１０ａに挿入された勢車３を掛止する鍔部である。なお、鍔部は勢車取付部１３の一例であり、勢車３を取り付けることが可能に構成されていれば、その形状は特に限定されない。
　回転方向変換機２は、両軸モータ１のトルクが入力される入力軸２０ａと、入力軸２０ａに対して逆向きに回転してトルクを出力する出力軸２０ｂと、入力軸２０ａ及び出力軸２０ｂの回転方向を逆向きにする磁気歯車機構を構成しており、入力軸２０ａが接続された内側ロータ２１と、出力軸２０ｂが接続された外側ロータ２２とを備え、締結部材６，６にて両軸モータ１に接続されている。両軸モータ１の第２回転軸１０ｂと、回転方向変換機２の入力軸２０ａとは軸継手７で接続されており、両軸モータ１のトルクが回転方向変換機２に入力するように構成されている。図１では、第２回転軸１０ｂと、入力軸２０ａとを軸継手７で接続する例を示しているが、第２回転軸１０ｂ及び入力軸２０ａを一体的に構成しても良い。磁気歯車機構の詳細は後述する。なお、本実施の形態においては、磁気歯車機構にて両軸モータ１の回転方向を変換する回転方向変換機を説明するが、歯車機構にて回転方向を変換するように構成しても良い。回転方向変換機２の出力軸２０ｂには、軸継手８を介して回転負荷４が接続されている。
　勢車３は、例えば、中心に挿通孔を有する円板状の部材である。勢車３は、両軸モータ１の第１回転軸１０ａに挿嵌し、勢車取付部１３に取り付けられ、ボルト３ａで固定されている。勢車３の大きさ及び部材は特に限定されないが、回転する勢車３に加わる摩擦力がなるべく小さくなるような形状が好ましい。また、小さな勢車３でモータ装置に加わる反作用トルクを相殺するためには、勢車３の密度を大きくする方法のほか、円板状の勢車の外周部分に沿って板厚を厚くする等、勢車の慣性モーメントを大きくできる形状を選択するのが望ましい。
　モータ装置の振動発生を抑えることができる勢車３の慣性モーメントは下記式（３）を満たすように決定される。
　Ｉａ×ａ＝Ｉｂ×ｂ…（３）
　ここで、Ｉａは、回転方向変換機２の入力軸２０ａ側の慣性モーメントの総和、Ｉｂは、回転方向変換機２の出力軸２０ｂ側の慣性モーメントの総和である。具体的には、Ｉａは、勢車３と、第１及び第２回転軸１０ａ，１０ｂと、回転子１２と、軸継手７と、入力軸２０ａと、内側ロータ２１とからなる回転部分の慣性モーメントである。Ｉｂは、外側ロータ２２と、出力軸２０ｂと、軸継手８と、回転負荷４とからなる回転部分の慣性モーメントの総和である。
　ａ、ｂは、回転方向変換機２の入力軸２０ａ及び出力軸２０ｂの回転数である。つまり、入力軸２０ａの回転数：出力軸２０ｂの回転数＝ａ：ｂである。なお、特許請求項の範囲における変数αは、入力軸２０ａの回転数に対する出力軸２０ｂの回転数の比、即ちｂ／ａである。
　また、モータ装置は、自身をモータベースＢに固定するための固定部５を有する。固定部５は例えば、回転方向変換機２に固定された側面視略台形状の部材であり、固定部５の底面部分は、モータベースＢにボルトなどで固定されている。
　図２は、回転方向変換機２の一構成例を示す模式的組立図である。回転方向変換機２は、例えば空間高調波型の磁気歯車機構を有する増減速機である。回転方向変換機２は、円筒状の内側ロータ２１と、内側ロータ２１が間隙を有して内側に嵌る円筒状の外側ロータ２２と、内側ロータ２１及び外側ロータ２２間に間隙を有して嵌る中間ヨーク２３とを備える。
　内側ロータ２１の外周面には、厚さ方向に着磁された外周面側Ｎ極の磁石２１１ａ及びＳ極の磁石２１１ｂからなる磁極対２１１が円周方向に沿って３個配置されている。
　外側ロータ２２の内周面には、厚さ方向に着磁された内周面側Ｎ極の磁石２２１ａ及びＳ極の磁石２２１ｂからなる磁極対２２１が円周方向に沿って７個配置されている。ここで厚さ方向に着磁された磁石とは、外周面側及び内周面側が異極となるよう着磁されていることを意味する。例えば、磁石２１１ａは、外周面側及び内周面側夫々がＮ極及びＳ極に着磁され、磁石２１１ｂは、外周面側および内周面側夫々がＳ極及びＮ極に着磁されている。
　外側ロータ２２が回転した場合、内側ロータ２１及び外側ロータ２２夫々が有する磁極対２１１、２２１間の磁気的相互作用により、内側ロータ２１が回転する。この場合、外側ロータ２２よりも磁極数の少ない内側ロータ２１は、外側ロータ２２よりも高い回転数で、外側ロータ２２の回転方向と逆方向に回転する（池田哲也・中村健二・一ノ倉理、「永久磁石式磁気ギアの回転子構造に関する一考察」、磁気学会論文誌、２００９年、３３巻、２号、１３０－１３４頁参照）。内側ロータ２１に配置してある磁極対の個数Ｐｈと、外側ロータ２２に配置してある磁極対の個数Ｐｌとの比Ｐｈ／Ｐｌが外側ロータ２２に対する内側ロータ２１のギア比ｎ＝１／αとなる。そして、外側ロータ２２が左回りに１回転した場合、内側ロータ２１が右回りに１／ｎ回転する。図２に示す回転方向変換機２の例では、ギア比ｎが３／７となり、例えば外側ロータ２２が左回りに１回転した場合、内側ロータ２１が右回りに７／３回転する。
　なお、両軸モータ１の回転方向変換機２への入力回転数に対して、回転方向変換機２の出力回転数が少なくなる場合について説明したが、入力回転数に対して出力回転数が多くなる場合にも本発明は適用できる。
　中間ヨーク２３は、内側ロータ２１及び外側ロータ２２夫々が有する磁極対２１１、２２１の個数３及び７の合計となる１０個の磁性体２３１を等間隔に円周方向に沿って保持している。中間ヨーク２３は、例えば円筒状に形成された樹脂に各磁性体２３１を固定して作製される（例えば、国際公開第２００９／０８７４０８号パンフレット参照）。中間ヨーク２３には、磁極対２１１、２２１により発生した３次調波成分、７次調波成分及び１３次調波成分を含む交番磁界が径方向に沿って交差する。磁性体２３１には、例えば、磁性金属、積層した複数の磁性板及び磁性粉の圧粉体等からなる軟磁性体を用いるとよい。
　このように構成されたモータ装置の作用及び効果を説明する。
　図３は、本実施の形態に係るモータ装置の作用効果を説明するための説明図である。両軸モータ１が回転した場合、第１及び第２回転軸１０ａ，１０ｂからトルクが出力される。特に第２回転軸１０ｂから出力されたトルクは、回転方向変換機２でその方向が逆向きに変換され、回転負荷４に与えられる。つまり、回転方向変換機２の入力軸２０ａ側の部材と、出力軸２０ｂ側の部材とが逆回転する。回転方向変換機２の入力軸２０ａ側の部材に働くトルクτ１と、出力軸２０ｂ側の部材に働くトルクτ２は、大きさが等しく逆向きである。従って、モータ始動時にモータ装置を振動させるようなトルクは働かない。
　本実施の形態に係るモータ装置にあっては、モータ始動時における不要振動を抑制し、騒音を防止することができる。また、モータ装置の系内でトルクが相殺されるため、モータベースＢにトルクが働き、モータ装置が振動することを防止することができる。更に、モータ装置に働くトルクを相殺することによって、モータ装置の振動を抑える構成であるため、モータベースＢの接続部分の構造を簡略化することができる。
　また、回転方向変換機２として、空間高調波型の磁気歯車機構を利用しているため、歯車機構を利用する場合に比べて、振動及び騒音、摩擦によるエネルギーロスを低減することができ、ベアリング等の機械要素の摩耗を抑えることもできる。
　なお、本実施の形態では、回転方向変換機２として空間高調波型の磁気歯車機構を説明したが、その他の磁気歯車機構、例えば遊星磁気歯車機構を本発明に適用しても良い。また、磁気歯車機構を説明したが、非磁気歯車機構、つまり通常の歯車機構を有するトルク変換機、例えば遊星歯車機構を本発明に適用しても良い。
（変形例１）
　図４は、変形例１に係るモータ装置の一構成例を示した側断面図である。図１に示す実施の形態では、両軸モータ１の第１回転軸１０ａに勢車取付部１３を設け、該勢車取付部１３に勢車３を取り付ける例を説明したが、図４に示すように、両軸モータ１０１の第１回転軸１１０ａに勢車３を一体的に設けても良い。
（変形例２）
　図５は、変形例２に係るモータ装置の一構成例を示した側断面図である。図１に示す実施の形態においては、固定部５を回転方向変換機２部分に設けていたが、図５に示すように、固定部２０５を両軸モータ１に設けても良い。
（変形例３）
　図６は、変形例３に係るモータ装置の一構成例を示した側断面図である。図１に示す実施の形態においては、両軸モータ１の第１回転軸１０ａに勢車３を設け、回転方向変換機２の出力軸２０ｂに回転負荷４を設けた例を説明したが、図６に示すように、両軸モータ３０１の第１回転軸３１０ａに軸継手３０８を介して回転負荷３０４を設け、回転方向変換機３０２の出力軸３２０ｂに勢車３０３を取り付けるように構成しても良い。出力軸３２０ｂに勢車取付部３１３を設け、勢車３０３をボルト３０３ａで固定する構成は、実施の形態と同様である。
（変形例４）
　図７は、変形例４に係るモータ装置の一構成例を示した側断面図である。変形例３においては、固定部５を回転方向変換機３０２部分に設けていたが、図７に示すように、固定部４０５を両軸モータ３０１部分に設けても良い。
　上述の実施の形態及び変形例においては、いずれも勢車３又は３０３を備える構成を説明したが、勢車３又は３０３を備えず、回転方向変換機２又は３０２の入力軸２０ａ側と、出力軸２０ｂ又は３２０ｂ側に働くトルクが釣り合うように、モータ装置を構成する回転部分の直径、重量、比重等を設定するように構成しても良い。また、勢車３又は３０３を備えず、回転負荷４又は３０４を回転方向変換機２又は３０２の出力軸２０ｂ又は３２０ｂに設けた場合、モータを一軸モータで構成しても良い。
　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものでは無いと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味では無く、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　１　両軸モータ
　２　回転方向変換機
　３　勢車
　４　回転負荷
　５　固定部
　１０ａ　第１回転軸
　１０ｂ　第２回転軸
　１１　固定子
　１２　回転子
　１３　勢車取付部
　２０ａ　入力軸
　２０ｂ　出力軸
　２１　内側ロータ
　２２　外側ロータ
　２３　中間ヨーク
　Ｂ　モータベース
 

Claims (8)

  1. 　両側から回転軸が突出した両軸モータと、
    　該回転軸の一端側に接続されており、該両軸モータのトルクが入力される入力軸、該入力軸に対して逆向きに回転して該トルクを出力する出力軸を有する回転方向変換機と、
    　前記回転軸の他端側又は前記回転方向変換機の出力軸に設けられており、前記両軸モータが回転した場合に前記回転方向変換機の入力軸及び出力軸に働く反作用トルクを均衡させるための勢車と
    　を備えることを特徴とするモータ装置。
  2. 　前記回転方向変換機の出力軸又は前記回転軸の他端側に接続された回転負荷を備え、
    　前記勢車、前記両軸モータ、前記回転方向変換機及び前記回転負荷の慣性モーメントと、前記回転方向変換機の回転数の比とは下記式を満たす
    　Ｉａ／Ｉｂ＝α
    　ことを特徴とする請求項１に記載のモータ装置。
    　但し、
    　Ｉａ：前記回転方向変換機の前記入力軸側の慣性モーメントの総和
    　Ｉｂ：前記回転方向変換機の前記出力軸側の慣性モーメントの総和
    　α：前記入力軸の回転数に対する前記出力軸の回転数の比
  3. 　両側から回転軸が突出した両軸モータと、
    　該回転軸の一端側に接続されており、該両軸モータのトルクが入力される入力軸、該入力軸に対して逆向きに回転して該トルクを出力する出力軸を有する回転方向変換機と、
    　前記回転軸の他端側又は前記回転方向変換機の出力軸に設けられており、前記両軸モータが回転した場合に前記回転方向変換機の入力軸及び出力軸に働く反作用トルクを均衡させるための勢車が取り付けられる勢車取付部と
    　を備えることを特徴とするモータ装置。
  4. 　前記勢車取付部に取り付けられた勢車を備える
    　ことを特徴とする請求項３に記載のモータ装置。
  5. 　両側から回転軸が突出した両軸モータと、
    　該回転軸の一端側に接続されており、該両軸モータのトルクが入力される入力軸、該入力軸に対して逆向きに回転して該トルクを出力する出力軸を有する回転方向変換機と、
    　前記回転方向変換機の出力軸又は前記回転軸の他端側に接続された回転負荷と
    　を備え、
    　前記両軸モータ、前記回転方向変換機及び前記回転負荷の慣性モーメントと、前記回転方向変換機の回転数の比とは下記式を満たす
    　Ｉａ／Ｉｂ＝α
    　ことを特徴とするモータ装置。
    　但し、
    　Ｉａ：前記回転方向変換機の前記入力軸側の慣性モーメントの総和
    　Ｉｂ：前記回転方向変換機の前記出力軸側の慣性モーメントの総和
    　α：前記入力軸の回転数に対する前記出力軸の回転数の比
  6. 　回転軸が突出した一軸モータと、
    　該回転軸に接続されており、該一軸モータのトルクが入力される入力軸、該入力軸に対して逆向きに回転して該トルクを出力する出力軸を有する回転方向変換機と、
    　前記回転方向変換機の出力軸に接続された回転負荷と
    　を備え、
    　前記一軸モータ、前記回転方向変換機及び前記回転負荷の慣性モーメントと、前記回転方向変換機の回転数の比とは下記式を満たす
    　Ｉａ／Ｉｂ＝α
    　ことを特徴とするモータ装置。
    　但し、
    　Ｉａ：前記回転方向変換機の前記入力軸側の慣性モーメントの総和
    　Ｉｂ：前記回転方向変換機の前記出力軸側の慣性モーメントの総和
    　α：前記入力軸の回転数に対する前記出力軸の回転数の比
  7. 　前記回転方向変換機は、
    　前記入力軸に入力されたトルクを前記出力軸に伝達させる磁気歯車機構を有する
    　ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一つに記載のモータ装置。
  8. 　前記両軸モータ若しくは前記一軸モータ、又は前記回転方向変換機を外部の被設置体に固定するための固定部を備える
    　ことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一つに記載のモータ装置。
     
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