CN103370858B - 电动机装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供通过在电动机装置的系统内抵消转矩，使得作用于电动机底座的反作用力的转矩降低，可以抑制在电动机启动时不需要的振动的电动机装置。该电动机装置包括：双轴电动机（1），具有从两侧突出的第一旋转轴（10a）和第二旋转轴（10b）；旋转方向变换器（2），与第二旋转轴（10b）的一端侧连接并具有输入双轴电动机（1）的转矩的输入轴（20a）和通过相对于输入轴（20a）反向旋转来输出转矩的输出轴（20b）；飞轮（3），设置在第一旋转轴（10a）的端部并在双轴电动机（1）旋转时使作用于旋转方向变换器（2）的输出轴（20b）和第一旋转轴（10a）的反作用转矩平衡。
Description
技术领域
本发明涉及向旋转负载输出转矩的电动机装置，特别是涉及可以抑制由反作用转矩引起的振动的电动机装置。
背景技术
电动机作为动力源装备在精密工作台、半导体制造装置、空调的室外机、冰箱以及其他各种设备中。当电动机旋转时，在启动时产生转矩。在通常的电动机中由电动机底座承受该转矩，但是电动机底座通常偏离电动机的旋转中心轴。因此，电动机启动时如果产生转矩，则除了本身的旋转转矩以外，以电动机底座的安装位置为中心的反作用转矩施加在电动机上，出现电动机振动的问题。
在考虑电动机的振动时，可以将电动机的转子以及与该转子连接的旋转负载考虑为整体的惯性矩。当设电动机的转矩为τ，所述惯性矩为I，角速度为α时，根据牛顿第二运动定律，得到下述式子：
τ=Iα
即，为了使电动机以角速度α旋转，向电动机的转子以及旋转负载施加转矩τ，因此反作用转矩-τ会被施加至设置有电动机的电动机底座。该作用于电动机底座的转矩-τ引起了电动机和电动机底座的振动。
之前采取提高电动机底座的刚性的方法或插入缓冲部件的方法（例如专利文献（1））来作为解决此问题的方法。
非专利文件1中公开了传递由电动机输出的转矩的磁性齿轮机构（MagneticGear）。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平3-4048号公报
非专利文献1：池田哲也·中村健二·一ノ倉理、「永久磁石式磁気ギアの効率向上にに関する一考察（与永久磁铁式磁性齿轮的提高效率有关的研究）」、磁気学会論文誌、2009年、33巻、2号、130-134頁
发明内容
本发明所要解决的问题
但是，现有的解决办法不是从根本上消除电动机的振动，而说起来是设法使电动机的振动不传递到其他设备，仍存在微小振动的问题。
本发明是鉴于这种情况而做出的，提供通过在电动机装置的系统内抵消转矩，使得作用于电动机底座的反作用力的转矩降低，可以抑制在电动机启动时不需要的振动的电动机装置。
解决该问题的手段
第一发明的电动机装置，其特征在于，包括：双轴电动机，具有从两侧突出的旋转轴；旋转方向变换器，与旋转轴的一端侧连接并具有输入双轴电动机的转矩的输入轴和通过相对于输入轴反向旋转来输出转矩的输出轴；以及飞轮，设置在旋转轴的另一端侧或旋转方向变换器的输出轴处并在双轴电动机旋转时使作用于旋转方向变换器的输入轴和输出轴的反作用转矩平衡。
第二发明的电动机装置，其特征在于，具有与旋转方向变换器的输出轴或旋转轴的另一端侧连接的旋转负载，飞轮、双轴电动机、旋转方向变换器以及旋转负载的惯性矩与旋转方向变换器的旋转数之比满足下述式子：
Ia/Ib=α
其中，
Ia为旋转方向变换器的输入轴侧的惯性矩的总和；
Ib为旋转方向变换器的输出轴侧的惯性矩的总和；
α为输出轴的旋转数与输入轴的旋转数之比。
第三发明的电动机装置，其特征在于，包括：双轴电动机，具有从两侧突出的旋转轴；旋转方向变换器，与该旋转轴的一端侧连接并具有输入双轴电动机的转矩的输入轴和通过相对于输入轴反向旋转来输出转矩的输出轴；以及飞轮安装部，用于安装飞轮，飞轮设置在旋转轴的另一端侧或旋转方向变换器的输出轴处并在双轴电动机旋转时使作用于旋转方向变换器的输入轴和输出轴的反作用转矩平衡。
第四发明的电动机装置，其特征在于，具有安装至飞轮安装部的飞轮。
第五发明的电动机装置，其特征在于，包括：双轴电动机，具有从两侧突出的旋转轴；旋转方向变换器，与该旋转轴的一端侧连接并具有输入双轴电动机的转矩的输入轴和通过相对于输入轴反向旋转来输出转矩的输出轴；以及旋转负载，与旋转方向变换器的输出轴或旋转轴的另一端侧连接，双轴电动机、旋转方向变换器以及旋转负载的惯性矩与旋转方向变换器的旋转数之比满足下述式子：
Ia/Ib=α
其中，
Ia为旋转方向变换器的输入轴侧的惯性矩的总和；
Ib为旋转方向变换器的输出轴侧的惯性矩的总和；
α为输出轴的旋转数与输入轴的旋转数之比。
第六发明的电动机装置，其特征在于，包括：单轴电动机，具有突出的旋转轴；旋转方向变换器，与旋转轴连接并具有输入该单轴电动机的转矩的输入轴和相对于输入轴反向旋转并输出转矩的输出轴；以及旋转负载，与旋转方向变换器的输出轴连接，单轴电动机、旋转方向变换器以及旋转负载的惯性矩与旋转方向变换器的旋转数之比满足下述式子：
Ia/Ib=α
其中，
Ia为旋转方向变换器的输入轴侧的惯性矩的总和；
Ib为旋转方向变换器的输出轴侧的惯性矩的总和；
α为输出轴的旋转数与输入轴的旋转数之比。
第七发明的电动机装置，其特征在于，旋转方向变换器具有将被输入到输入轴的转矩传递到输出轴的磁性齿轮机构。
第八发明的电动机装置，其特征在于，具有用于将双轴电动机、单轴电动机或旋转方向变换器固定于外部的被设置体上的固定部。
在第一发明和第二发明中，由于在双轴电动机的旋转轴的一端侧设置了旋转方向变换器，所以在双轴电动机旋转时，双轴电动机的旋转轴的另一端侧与旋转方向变换器的输出轴在相反方向上旋转。当电动机旋转时，各个朝向不同的反作用转矩作用于旋转方向变换器的输入轴侧和旋转方向变换器的输出轴侧。由于旋转轴的另一端侧或旋转方向变换器的输出轴中设置了在双轴电动机旋转时用于使作用于旋转方向变换器的输入轴和输出轴的反作用转矩平衡的飞轮，因此施加在电动机装置整体的转矩被抵消。因此，电动机启动时使电动机装置振动的转矩不起作用。
在第三发明和第四发明中，具有飞轮安装部，可以根据旋转负载适当安装飞轮。
在第五发明中，由于在双轴电动机的旋转轴的一端侧设置了旋转方向变换器，因此在双轴电动机旋转时，双轴电动机的旋转轴的另一端侧与旋转方向变换器的输出轴反向地旋转。当双轴电动机旋转时，各个朝向不同的反作用转矩作用于旋转方向变换器的输入轴侧和旋转方向变换器的输出轴侧，但是各反作用转矩的大小相同且方向相反。因此，使电动机装置振动之类的转矩不起作用。
在第六发明中，由于在单轴电动机的旋转轴的一端侧设置了旋转方向变换器，因此在单轴电动机旋转时，单轴电动机的旋转轴与旋转方向变换器的输出轴向反向地旋转。当单轴电动机旋转时，各个朝向不同的反作用转矩作用于旋转方向变换器的输入轴侧和旋转方向变换器的输出轴侧，但是各反作用转矩的大小相同且方向相反。因此，使电动机装置振动之类的转矩不起作用。
在第七发明中，旋转方向变换器通过磁性齿轮机构变换输入轴和输出轴的旋转方向，从输出轴输出在输入时被输入的转矩。通过装备磁性齿轮机构，与装备齿轮机构相比可以降低噪声和摩擦。
在第八发明中，电动机装置利用设置于双轴电动机或单轴电动机或旋转方向变换器上的固定部固定在被设置体上。
发明效果
根据本发明，可以抑制电动机启动时的不需要的振动。其结果是，减缓振动和噪声，可以抑制例如轴承等的机械元件的磨损。
附图简要说明
图1是示出本实施方式的电动机装置的一构成例的侧截面图。
图2表示是旋转方向变换器的一构成例的示意结构图。
图3是用于说明本实施方式的电动机装置的作用效果的说明图。
图4是示出变形例1的电动机装置的一构成例的侧截面图。
图5是示出变形例2的电动机装置的一构成例的侧截面图。
图6是示出变形例3的电动机装置的一构成例的侧截面图。
图7是示出变形例4的电动机装置的一构成例的侧截面图。
具体实施方式
以下，根据表示本发明实施方式的附图对本发明进行详细说明。
图1是示出本实施方式的电动机装置的一构成例的侧截面图。本发明的实施方式的电动机装置包括：双轴电动机1，具有从两侧突出的第一旋转轴10a和第二旋转轴10b；旋转方向变换器2，具有输入轴20a和输出轴20b，其中输入轴20a与第二旋转轴10b连接并且输入双轴电动机1的转矩，输出轴20b相对于输入轴20a反向地旋转以输出转矩；飞轮3，设置于第一旋转轴10a上并在双轴电动机1旋转时用于使作用于旋转方向变换器2的输入轴20a和输出轴20b的反作用转矩平衡；以及，旋转负载4，与旋转方向变换器2的输出轴20b连接。本实施方式的电动机装置可以适用于精密工作台、液晶面板制造装置、半导体制造装置、汽车部件、冰箱、空调等，以下假设具有旋转负载4的一般装置为例说明。
双轴电动机1中具有定子11被固定在内部的为大致圆筒状的壳体，在该壳体的内部设置有转子12，转子12具有沿该壳体中心线方向从两侧突出的第一、第二旋转轴10a、10b。双轴电动机1的第一旋转轴10a中形成有用于安装飞轮3的飞轮安装部13。飞轮安装部13例如为将插有第一旋转轴10a的飞轮3卡紧的凸缘。另外，凸缘部是飞轮安装部13的一个例子，只要是可以安装飞轮3的构成，其形状没有特别限制。
旋转方向变换器2由输入双轴电动机1的转矩的输入轴20a、相对于输入轴20a反向地旋转并输出转矩的输出轴20b、以及使输入轴20a和输出轴20b的旋转方向相反的磁性齿轮机构所构成，磁性齿轮机构具有与输入轴20a连接的内侧转子21和与输出轴20b连接的外侧转子22并通过结合部件6,6与双轴电动机1连接。双轴电动机1的第二旋转轴10b和旋转方向变换器2的输入轴20a通过联轴器7连接，并且双轴电动机1的转矩被输入至旋转方向变换器2。图1中示出了第二旋转轴10b和输入轴20a通过联轴器7连接的例子，不过也可以将第二旋转轴10b和输入轴20a构成为一个整体。磁性齿轮机构在下文另有详细说明。另外，在本实施方式中，说明了使用磁性齿轮机构变换双轴电动机1的旋转方向的旋转方向变换器，不过也可以构成为使用齿轮机构变换旋转方向。旋转方向变换器2的输出轴20b通过联轴器8与旋转负载4连接。
飞轮3例如为在中心具有插入孔的圆板型部件。飞轮3嵌入双轴电动机1的第一旋转轴10a，安装在飞轮安装部13上并由螺丝3a固定。飞轮3的大小和部件没有特别的限制，不过优选是施加在旋转的飞轮3上的摩擦力尽可能小的形状。另外，为了用小飞轮3抵消施加在电动机装置的反作用转矩，除了增大飞轮3的密度的方法外，还可以沿圆板状的飞轮外周部分加厚板厚等，最好选择可以增加飞轮的惯性矩的形状。
可以抑制电动机装置的振动产生的飞轮3的惯性矩按照满足以下式（3）的方式决定：
Ia×a=Ib×b…（3）
这里，Ia为旋转方向变换器2的输入轴20a侧的惯性矩的总和，Ib为旋转方向变换器2的输出轴20b侧的惯性矩的总和。具体地，Ia为由飞轮3、第一和第二旋转轴10a、10b、转子12、联轴器7、输入轴20a以及内侧转子21所构成的旋转部分的惯性矩。Ib为由外侧转子22、输出轴20b、联轴器8以及旋转负载4所构成的旋转部分的惯性矩。
a、b是旋转方向变换器2的输入轴20a和输出轴20b的旋转数。也就是说，输入轴20a的旋转数：输出轴20b的旋转数=a:b。另外，权利要求书中的变量α为输出轴20b的旋转数对于输入轴20a的旋转数之比，即，b/a。
另外，电动机装置具有用于将自身固定于电动机底座B上的固定部5。固定部5例如为固定在旋转方向变换器2的侧视大致为梯形形状的部件，固定部5的底面部分由螺丝等固定在电动机底座B上。
图2表示是旋转方向变换器2的一构成例的示意结构图。旋转方向变换器2例如为具有空间谐波型的磁性齿轮机构的增减速器。旋转方向变换器2具有圆筒状的内侧转子21、圆筒状的外侧转子22以及中间磁轭23，其中，内侧转子21空出间隙地嵌入外侧转子22的内侧，而中间磁轭23空出间隙地嵌入内侧转子21和外侧转子22之间。
在内侧转子21的外周面沿圆周方向配置了3个磁极对211，该磁极对211由在厚度方向被磁化的外周面侧N极的磁体211a和S极的磁体211b组成。
在外侧转子22的内周面沿圆周方向配置了7个磁极对221，该磁极对221由在厚度方向被磁化的内周面侧N极的磁体221a和S极的磁体221b组成。这里，在厚度方向被磁化的磁体是指按照外周面侧和内周面侧极性不同的方式进行磁化的意思。例如，磁体211a的外周面侧和内周面侧分别被磁化为N极和S极，而磁体211b的外周面侧和内周面侧分别被磁化为S极和N极。
当外侧转子22旋转时，通过内侧转子21和外侧转子22分别具有的磁极对211、221之间的磁力的相互作用，内侧转子21旋转。在此情况下，磁极数目比外侧转子22少的内侧转子21以比外侧转子22高的旋转数在与外侧转子22的旋转方向相反的方向上旋转（参考池田哲也·中村健二·一ノ倉理、「永久磁石式磁気ギアの効率向上にに関する一考察（与永久磁铁式磁性齿轮的提高效率有关的研究）」、磁気学会論文誌、2009年、33巻、2号、130-134頁）。内侧转子21中配置的磁极对的个数Ph与外侧转子22中配置的磁极对的个数Pl之比Ph/Pl为内侧转子21对于外侧转子22的齿轮比n=1/α。另外，外侧转子22向左旋转1圈时，内侧转子21向右旋转1/n圈。在图2所示的旋转方向变换器2的例子中，齿轮比为3/7，比如外侧转子22向左旋转1圈时，内侧转子21向右旋转7/3圈。
另外，说明了旋转方向变换器2的输出旋转数相对于向双轴电动机1的旋转方向变换器2的输入旋转数少的情况，本发明也可以适用于相对于输入旋转数输出旋转数多的情况。
中间磁轭23以等间隔沿圆周方向保持有磁性体231，该磁性体231的个数为内侧转子21和外侧转子22分别具有的磁极对211和磁极对221的个数，即，3个和7个合计为10个。中间磁轭23可以由例如在形成圆筒状的树脂上固定各磁性体231而制成（例如，参考国际公开第2009/087408号小册子）。在中间磁轭23中，包含由磁极对211、221产生的三次谐波成分、七次谐波成分以及十三次谐波成分的交变磁场沿径向交叉。磁性体231可以使用例如磁性金属、层叠的多个磁性板和由磁性粉的粉末压坯构成的软磁性体。
说明像这样构成的电动机装置的作用以及效果。
图3是用于说明本实施方式的电动机装置的作用效果的说明图。双轴电动机1旋转时，从第一和第二旋转轴10a、10b输出转矩。特别是从第二旋转轴10b输出的转矩由旋转方向变换器2变换为与该方向相反的方向，施加于旋转负载4。也就是说，旋转方向变换器2的输入轴20a侧的部件和输出轴20b侧的部件以相反的方向旋转。作用于旋转方向变换器2的输入轴20a侧的转矩τ1和作用于输出轴20b侧的部件的转矩τ2大小相等方向相反。因此，电动机启动时使电动机装置振动的转矩不起作用。
在本实施方式的电动机装置中，可以抑制电动机启动时的不需要的振动，防止噪音。另外，由于电动机装置的系统内转矩相抵消，所以可以防止转矩作用于电动机底座B而出现电动机装置振动的现象。而且，通过抵消作用于电动机装置的转矩，成为抑制电动机装置的振动的构成，因此可以简化电动机底座B的连接部分的构造。
另外，由于使用空间谐波型的磁性齿轮机构作为旋转方向变换器2，因此与使用齿轮机构的情况相比较，可以降低由于振动、噪声和磨损产生的能量损耗，并可以抑制轴承等机械元件的磨损。
另外，本实施方式中，说明了将空间谐波型的磁性齿轮机构作为旋转方向变换器2的情况，不过也可以将其他磁性齿轮机构，例如行星磁性齿轮机构应用于本发明。另外，本发明说明了磁性齿轮机构，不过也可以将非磁性齿轮机构，也就是具有通常齿轮机构的转矩变换器，例如行星齿轮机构应用于本发明。
（变形例1）
图4是示出变形例1的电动机装置的一构成例的侧截面图。图1表示的实施方式中，说明了在双轴电动机1的第一旋转轴10a上设置飞轮安装部13，并在该飞轮安装部13安装了飞轮3，而如图4所示，也可以将飞轮3与双轴电动机101的第一旋转轴110a设计成一体。
（变形例2）
图5是示出变形例2的电动机装置的一构成例的侧截面图。图1表示的实施方式中，将固定部5设置于旋转方向变换器2部分中，也可以如图5所示，将固定部205设置在双轴电动机1上。
（变形例3）
图6是示出变形例3的电动机装置的一构成例的侧截面图。在图1表示的实施方式中，以将飞轮3设置在双轴电动机1的第一旋转轴10a上，将旋转负荷4设置在旋转方向变换器2的输出轴20b上为例进行说明，而如图6所示，也可以构成为通过联轴器308将旋转负载304设置在双轴电动机301的第一旋转轴310a上，将飞轮303设置在旋转方向变换器302的输出轴320b上。将飞轮安装部313设置在输出轴320b上，用螺丝303a固定飞轮303的构成与实施方式相同。
（变形例4）
图7是示出变形例4的电动机装置的一构成例的侧截面图。在变形例3中，将固定部5设置在旋转方向变换器302部分上，而也可以如图7所示，将固定部405设置在双轴电动机301部分上。
上述实施方式以及变形例中，说明了均具有飞轮3或303的构成，该构成也可以不具有飞轮3或303，设定用于构成电动机装置的旋转部分的直径、重量、比重等以使作用于旋转方向变换器2或302的输入轴20a侧和输出轴20b或320b侧的转矩平衡。另外，也可以不具有飞轮3或303，当将旋转负载4或304设置在旋转方向变换器2或302的输出轴20b或320b上时，由单轴电动机构成电动机。
应该认为，在本次公开的实施方式中，所有内容仅为例示而并不是用于限制。本发明的范围并不是上述的说明，而是由权利要求书所示出，谋求包含与权利要求书同样的含义和所请求的范围内所有的变更。
标号说明
Claims (9)
1.一种电动机装置，包括：
双轴电动机，具有从两侧突出的旋转轴；
旋转方向变换器，与所述旋转轴的一端侧连接并具有输入轴和输出轴，所述输入轴输入所述双轴电动机的转矩，所述输出轴通过相对于所述输入轴反向旋转来输出所述转矩；以及
飞轮，设置在所述旋转轴的另一端侧或所述旋转方向变换器的输出轴处，并在所述双轴电动机旋转时使作用于所述旋转方向变换器的输入轴和输出轴的反作用转矩平衡。
2.根据权利要求1所述的电动机装置，包括：
旋转负载，连接至所述旋转方向变换器的输出轴或所述旋转轴的另一端侧，
其中所述飞轮、所述双轴电动机、所述旋转方向变换器以及所述旋转负载的惯性矩与所述旋转方向变换器的旋转数之比满足下述式子：
Ia/Ib＝α
其中，
Ia为所述旋转方向变换器的所述输入轴侧的惯性矩的总和；
Ib为所述旋转方向变换器的所述输出轴侧的惯性矩的总和；
α为所述输出轴的旋转数与所述输入轴的旋转数之比。
3.一种电动机装置，包括：
双轴电动机，具有从两侧突出的旋转轴；
旋转方向变换器，与所述旋转轴的一端侧连接并具有输入轴和输出轴，所述输入轴输入所述双轴电动机的转矩，所述输出轴通过相对于所述输入轴反向旋转来输出所述转矩；以及
飞轮安装部，用于安装飞轮，所述飞轮设置在所述旋转轴的另一端侧或所述旋转方向变换器的输出轴处，并在所述双轴电动机旋转时使作用于所述旋转方向变换器的输入轴和输出轴的反作用转矩平衡。
4.根据权利要求3所述的电动机装置，包括：
具有安装至所述飞轮安装部的飞轮。
5.一种电动机装置，包括：
双轴电动机，具有从两侧突出的旋转轴；
旋转方向变换器，与所述旋转轴的一端侧连接并具有输入轴和输出轴，所述输入轴输入所述双轴电动机的转矩，所述输出轴通过相对于所述输入轴反向旋转来输出所述转矩；以及
旋转负载，与所述旋转方向变换器的输出轴或所述旋转轴的另一端侧连接，
其中所述双轴电动机、所述旋转方向变换器以及所述旋转负载的惯性矩与所述旋转方向变换器的旋转数之比满足下述式子：
Ia/Ib＝α
其中，
Ia为所述旋转方向变换器的所述输入轴侧的惯性矩的总和；
Ib为所述旋转方向变换器的所述输出轴侧的惯性矩的总和；
α为所述输出轴的旋转数与所述输入轴的旋转数之比。
6.一种电动机装置，包括：
单轴电动机，具有突出的旋转轴；
旋转方向变换器，与所述旋转轴连接并具有输入轴和输出轴，所述输入轴输入所述单轴电动机的转矩，所述输出轴通过相对于所述输入轴反向旋转来输出所述转矩；以及
旋转负载，与所述旋转方向变换器的输出轴连接，
其中所述单轴电动机、所述旋转方向变换器以及所述旋转负载的惯性矩与所述旋转方向变换器的旋转数之比满足下述式子：
Ia/Ib＝α
其中，
Ia为所述旋转方向变换器的所述输入轴侧的惯性矩的总和；
Ib为所述旋转方向变换器的所述输出轴侧的惯性矩的总和；
α为所述输出轴的旋转数与所述输入轴的旋转数之比。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的电动机装置，其中
所述旋转方向变换器具有将被输入到所述输入轴的转矩传递到所述输出轴的磁性齿轮机构。
8.根据权利要求1至5中的任一项所述的电动机装置，其中
具有用于将所述双轴电动机或所述旋转方向变换器固定在外部的电动机底座的固定部。
9.根据权利要求6所述的电动机装置，其中
具有用于将所述单轴电动机或所述旋转方向变换器固定在外部的电动机底座的固定部。
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