JP2003244910A

JP2003244910A - ２軸同期電動機

Info

Publication number: JP2003244910A
Application number: JP2002038362A
Authority: JP
Inventors: Nobuhito Miyashita; 信人宮下; Yoshinori Kojima; 善徳小島; Takanori Inada; 高典稲田; Kozo Matake; 幸三真武
Original assignee: Ebara Corp; Ebara Densan Ltd
Current assignee: Ebara Corp; Ebara Densan Ltd
Priority date: 2002-02-15
Filing date: 2002-02-15
Publication date: 2003-08-29
Anticipated expiration: 2022-02-15
Also published as: JP3933488B2

Abstract

(57)【要約】【課題】２本のロータの磁気力カップリングによるラ
ジアル方向のアンバランス荷重の問題を解決し、ロータ
を高速で安定して同期反転させることができ、且つコン
パクトな構造とすることができる２軸同期電動機を提供
する。【解決手段】平行に配置した２本のロータを同期して
反転駆動する２軸同期電動機において、ロータ２ａ，２
ｂには、それぞれ永久磁石が配置され、ロータの周囲に
はそれぞれ分割した３個の電機子鉄芯３ａ１，３ｂ１，
３ｃ，３ａ２，３ｂ２，３ｃが配置され、３個の電機子
鉄芯は互いに１２０゜の角度で均等にずらせて配置さ
れ、２本のロータ間に共通の巻線４ｃを備えた電機子鉄
芯を配置し、他の電機子鉄芯には独立の巻線４を備え
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、平行に配置した２
本のロータを同期反転駆動する２軸同期電動機に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、特開昭６１−２８９１４３号のよ
うに２本のロータを平行に配置し、各々のロータの全周
に電機子を設けた２軸型電動機が知られている。この発
明においては、２本のロータはそれぞれ独立に駆動さ
れ、この時電機子の発生する磁界が互いに干渉しないよ
うな巻線関係を開示している。また、特開平４−１７８
１４３号においては、２軸を同期して反転駆動できる２
軸同期電動機が提案されている。この電動機は永久磁石
を周設した２本のロータが接触または近接するように設
けられ、２本のロータは楕円状のケーシング内周面に電
機子巻線を周設した電機子鉄芯内に並列軸支されてい
る。２本のロータは、相対向して形成された歯部の無配
置部において、各ロータの永久磁石の異磁極面を相対向
させた磁気カップリングを構成している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の従来の２軸駆動電動機は、いくつかの欠点を有してい
る。特開昭６１−２８９１４３号においては、２本のロ
ータは永久磁石を配置しておらず、同期して反転させる
ようにはなっていない。従って、２本のロータを同期し
て反転させることは不可能である。また、２本のロータ
を同期して反転駆動する２軸同期電動機は、特開平４−
１７８１４３号に開示されているが、２本のロータは接
触させて並列に軸支するか、隙間を設けて軸支するが、
楕円状の内周形状を持つ電機子構造はロータ駆動時に、
均等な偶力を発生できずロータを軸支する軸受に、偏芯
した荷重をかけることになる。このため、接触した２本
のロータにおいては回転時に、振動や騒音の原因とな
る。また、２本のロータの隙間を設けて配置した場合に
は、永久磁石の磁気吸引力により２本のロータ間には過
大な力がかかり、軸支する軸受に偏芯した荷重が加わる
ことになる。これは軸受の振動や、騒音、寿命について
悪影響を与えるものである。

【０００４】本発明は、係る事情に鑑みて為されたもの
で、２本のロータの磁気力カップリングによるラジアル
方向のアンバランス荷重の問題を解決し、ロータを高速
で安定して同期反転させることができ、且つコンパクト
な構造とすることができる２軸同期電動機を提供するこ
とを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明の２軸同期電動機は、平行に配置した２本
のロータを同期して反転駆動する２軸同期電動機におい
て、前記ロータには、それぞれ永久磁石が配置され、前
記ロータの周囲にはそれぞれ分割した３個の電機子鉄芯
が配置され、前記３個の電機子鉄芯は互いに１２０゜の
角度で均等にずらせて配置され、２本のロータ間に共通
の巻線を備えた電機子鉄芯を配置し、他の電機子鉄芯に
は独立の巻線を備えたことを特徴とする。

【０００６】前記２本のロータの周囲に配置された前記
独立の巻線を備えた２個の電機子鉄芯は、接続鉄芯によ
り連続した磁路が形成されることが好ましい。また、前
記２本のロータ間に配置された共通の巻線を備えた電機
子と、他の電機子とは、非磁性材のくさびを用いて相互
に固定されていることが好ましい。

【０００７】上記本発明によれば、２本のロータが平行
に配置され、それぞれのロータには同極数の永久磁石が
配置されているので、２本のロータ間に共通の巻線を備
えた電機子鉄芯を介して異磁極を磁気カップリングする
ように同期反転させることができる。そして、２本のロ
ータ間の鉄芯に形成されるカップリング磁束は、他の独
立した電機子鉄芯を介して閉磁路が形成される。従っ
て、２本のロータが互いに磁気カップリングして、同期
反転回転力を強めると共に、磁気回路がそれぞれのロー
タの周囲に均等に配置された電機子鉄芯に均等に形成さ
れる。これにより、それぞれのロータには、その周囲に
配置された３個の電機子鉄芯に対して磁気力がバランス
して形成される。従って、２本のロータは同期反転し、
ロータ軸受に過大な偏芯荷重がかからず、高速で安定し
た回転力が得られる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、添付図面を参照しながら説明する。

【０００９】図１は、本発明の実施形態の２軸同期電動
機の回転軸に沿った断面図であり、図２は図１の径方向
に沿った断面図である。ケーシング１には、２本の回転
軸６ａ，６ｂが平行に配置され、それぞれの回転軸６
ａ，６ｂは軸受７により支承されている。図示はしない
が、回転軸６ａ，６ｂに駆動対象のポンプロータ等が接
続される。それぞれの回転軸６ａ，６ｂには、２極の永
久磁石を外表面に周設したロータ２ａ，２ｂが配置され
ている。それぞれのロータ２ａ，２ｂに配置された永久
磁石は、その外周面の片側がＮ極となり、他の片側がＳ
極となる２極を形成するように配置されている。なお、
ここでは２極の永久磁石を備えた例について説明する
が、図３に示すように４極としてもよい。

【００１０】ロータ２ａの２極の永久磁石外周面の更に
外側には、これを取り囲むようにそれぞれ分割した電機
子鉄芯３ａ１，３ａ２，３ｃが配置されている。同様
に、ロータ２ｂの２極の永久磁石外周面の更に外側に
は、これを取り囲むようにそれぞれ分割した電機子鉄芯
３ｂ１，３ｂ２，３ｃが配置されている。各電機子鉄芯
は、それぞれ１２０°ずつずらせて軸対称に配置されて
いる。

【００１１】各電機子鉄芯３ａ１，３ａ２，３ｂ１，３
ｂ２には、それぞれ独立の巻線４を装着している。２本
のロータ２ａ，２ｂ間の中央に配置された電機子鉄芯３
ｃには、共通の巻線４ｃを装着している。ここで、共通
の巻線４ｃの巻数は、独立の巻線４の２倍の巻数となっ
ている。

【００１２】電機子鉄芯３ａ１と３ｂ１とは、図示する
ように接続鉄芯３_ｏにより一体の鉄芯で構成されてい
る。従って、２個の永久磁石（ロータ）２ａ，２ｂおよ
び中央の電機子鉄芯３ｃを介して閉磁路が形成されるよ
うになっている。同様に、電機子鉄芯３ａ２と３ｂ２と
は、図示するように接続鉄芯３_ｏにより一体の鉄芯で構
成されていて、２個の永久磁石２ａ，２ｂおよび中央の
電機子鉄芯３ｃを介して閉磁路が形成されるようになっ
ている。

【００１３】従って、この２軸同期電動機においては、
図２のＣＣ線に沿って、２本のロータ２ａ，２ｂおよび
それぞれのロータを取巻く電機子鉄芯が線対称となるよ
うに配置されている。また、ロータ２ａを取巻く３個の
電機子鉄芯３ａ１，３ａ２，３ｃと、ロータ２ｂを取巻
く３個の電機子鉄芯３ｂ１，３ｂ２，３ｃとは、それぞ
れ軸対称となるように１２０゜の均等振り分けにて配置
されている。ここで中央の電機子鉄芯３ｃは、２軸のロ
ータ２ａ，２ｂの間に配置され、線ＣＣに沿って対称で
あり、ロータ２ａ，２ｂの外周面と磁気カップリングす
るようにそれぞれの電機子鉄芯面が構成されている。

【００１４】上述した２軸同期電動機の構成により、総
電機子数は５個となり、総鉄芯数は３個となり、コンパ
クトな構成となる。電機子鉄芯３ａ１と３ｂ１との接続
鉄芯３_ｏには、逆台形状の凸状部９を備え、また電機子
鉄芯３ｃの上記凸状部９に対面する部分に逆台形状の凸
状部１０を備えている。そして、これらの逆台形状の凸
状部９，１０に嵌合するように、非磁性の金属製のくさ
び５により鉄芯３ｃと一体構造の鉄芯３_ｏとが固定され
ている。

【００１５】これにより、永久磁石ロータの磁気カップ
リングにより形成される磁束が漏れを形成することな
く、閉じた磁路を形成できると共に、各電機子鉄芯同士
を固定することができる。また、くさび５として熱伝導
性の良好な金属材料（例えばステンレス材やアルミ合金
等）を用いることで、電動機駆動時に各巻線に発生する
熱を素早くケーシング１に伝熱し、これにより電動機を
冷却することができる。このため、ケーシング１は、例
えば放熱性の良好なアルミ材料を用いることが好まし
い。

【００１６】次に、上記２軸同期電動機における２軸ロ
ータの回転動作について図３乃至図５を参照して説明す
る。図４に示すように、電機子Ｕ１とＵ２の巻線は、逆
相で且つ直列に接続され、同様に電機子Ｖ１とＶ２の巻
線も逆相で且つ直列に接続されている。電機子Ｗ１とＷ
２の巻線は共通の巻線であり、他の二つの巻線に対して
２倍の巻数にて構成され、これらがＹ接続され、Ｕ相、
Ｖ相、Ｗ相の３相からなる配線が構成される。これによ
り、それぞれのロータ２ａ，２ｂに対して、三相の巻線
が１２０゜ずつの間隔を置いて均等に配置されているこ
とになる。図４（ａ）においては、Ｕ相とＶ相との間に
電流Ｉを流した状態を示し、（ｂ）にはＵ相とＷ相との
間に電流Ｉを流した状態を示し、（ｃ）にはＶ相とＷ相
との間に電流Ｉを流した状態をそれぞれ示している。

【００１７】図５は、通電のタイミング例を示す。ここ
では、３０゜までの間にＵ相とＶ相との間に電流Ｉを供
給し、３０゜から６０゜の間にＵ相とＷ相との間に電流
Ｉを供給する。そして、６０゜から９０゜の間にＶ相と
Ｗ相との間に電流Ｉを供給し、９０度から１２０゜の間
にＶ相からＵ相の間に電流Ｉを供給する。また、１２０
゜から１５０゜の間にＷ相からＵ相に電流Ｉを供給し、
１５０゜から１８０゜の間にＷ相からＶ相に電流Ｉを供
給する。

【００１８】図６は、回転動作における電機子磁極とロ
ータ磁極との関係を示したものである。図を簡略化する
ために、ロータの回転および電機子巻線の通電状態を示
している。図５に示す通電のタイミングに従って、Ｕ
相、Ｖ相、Ｗ相間にそれぞれ電流Ｉを流すと、電機子Ｕ
１，Ｖ１，Ｗ１およびＵ２，Ｖ２，Ｗ２に、ロータ２
ａ，２ｂをそれぞれ反転して回転させる空間移動磁界が
形成される。図６（ａ）では、Ｕ相からＶ相に通電した
場合を示し、電機子Ｕ１の磁極がＮ極となり電機子Ｖ１
の磁極がＳ極となる。同時に、電機子Ｕ２の磁極がＳ極
となり、電機子Ｖ２の磁極がＮ極となる。これにより、
ロータ２ａおよび２ｂはそれぞれ図示する方向に回転駆
動される。

【００１９】図６（ｂ）は、Ｕ相からＷ相に通電をした
場合を示し、図５の通電タイミングにおける３０゜から
６０゜の間に相当する。この場合には、電機子Ｕ１の磁
極がＮ極となり、電機子Ｗ１の磁極がＳ極となり、電機
子Ｕ２の磁極がＳ極となり、電機子Ｗ２の磁極がＮ極と
なる。これにより、ロータ２ａ，２ｂは、それぞれ矢印
で示す方向に回転駆動される。図６（ｃ）は、Ｖ相から
Ｗ相に通電した場合を示し、図５における６０゜から９
０゜の間に相当する。これにより電機子Ｖ１の磁極がＮ
極となり、電機子Ｗ１の磁極がＳ極となり、電機子Ｗ２
の磁極がＮ極となり、電機子Ｖ２の磁極がＳ極となる。
従って、ロータ２ａ，２ｂは、引き続き図示する方向に
回転駆動される。このように、通電のタイミングに従っ
て電流を切り換えることで、ロータ２ａ，２ｂには連続
した同一方向への回転駆動力が付与される。

【００２０】そして、通電に伴うロータ２ａ，２ｂの回
転駆動動作と同時に、ロータ２ａ，２ｂの永久磁石の互
いに異なる磁極面が共通の電機子鉄芯３ｃを介して対面
することとなる。これにより、ロータの永久磁石同士の
磁気カップリング力が作用する。一方で、他の独立した
電機子鉄芯（３ａ１と３ｂ１および３ａ２と３ｂ２）は
共通の接続鉄芯３_ｏを介して一体的に構成されると共に
磁気的に接続されている。従って、永久磁石の他の極も
独立した鉄芯を介して閉磁路が形成され、これにより２
個の永久磁石ロータ間で相互に閉磁路が構成され、磁気
カップリング力が作用する。

【００２１】例えば、図６（ａ）の状態においては、ロ
ータ２ａのＳ極と、ロータ２ｂのＮ極が共通鉄芯３ｃを
介して磁気カップリングし、ロータ２ａのＮ極とロータ
２ｂのＳ極とがそれぞれ電機子鉄芯３ａ１，３ｂ１およ
び接続鉄芯３_ｏを介して磁気カップリングすると共に、
電機子鉄芯３ａ２，３ｂ２および接続鉄芯３_ｏを介して
磁気カップリングする。換言すれば、ロータ２ｂのＮ極
から共通鉄芯３ｃを通りロータ２ａのＳ極に入り、ロー
タ２ａのＮ極から電機子鉄芯３ａ１、接続鉄芯３_ｏ、電
機子鉄芯３ｂ１を通りロータ２ｂのＳ極に戻る閉磁路が
形成され、同様に電機子鉄芯３ａ２，接続鉄芯３_ｏ、電
機子鉄芯３ｂ２を通る閉磁路が形成される。

【００２２】即ち、２個の永久磁石ロータ２ａ，２ｂが
定常的な閉磁路により相互に磁気カップリングした状態
となっている。そして、この２個の永久磁石ロータ２
ａ，２ｂの相互の磁気カップリング力は、それぞれのロ
ータ２ａ，２ｂに対して各電機子鉄芯３ａ１，３ａ２，
３ｃおよび３ｂｌ、３ｂ２，３ｃが軸対称に配置されて
いるので、軸対称に作用する。それ故、永久磁石による
カップリング力および電機子巻線による駆動力ともに、
偏心荷重を発生させることなく、安定したロータの回転
が確保される。

【００２３】なお、本発明の２軸同期電動機は、上述の
図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を
逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿
論である。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ロ
ータを軸支する軸受に対して、偏心荷重をかけずに回転
が可能となり、これにより振動・騒音を低く抑えて高速
で安定した回転が可能となる。また、電機子（鉄芯およ
び巻線）の数を全体で５個とすることができ、極めて単
純な電機子の構造が得られる。

【００２５】これにより、小型コンパクトで、且つ高性
能な２軸同期電動機が得られる。また、分割された電機
子鉄芯を熱伝導性の良好な非磁性のくさびにより固定す
ることで、分割された電機子鉄芯同士の固定力を高める
と共に、電機子巻線の発熱を効率よくモータケーシング
に伝達して放熱することができる。総じて、本発明によ
れば小型コンパクトな構造で、且つ安定した運転動作が
可能な２軸同期電動機が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の２軸同期電動機の軸方向に
沿った断面図である。

【図２】図１に示す２軸同期電動機（２極）の径方向に
沿った断面図である。

【図３】図１に示す２軸同期電動機（４極）の径方向に
沿った断面図である。

【図４】図１に示す２軸同期電動機の各巻線の結線図で
ある。

【図５】各巻線の通電パターンを示すタイムチャートで
ある。

【図６】各巻線の通電状態と、各電機子における磁極の
形成状態と、ロータの回転との関係を示す図である。

【符号の説明】

１モータケーシング２ａ，２ｂ２極の永久磁石ロータ３ａ１，３ａ２，３ｂ１，３ｂ２電機子鉄芯３ｃ共通鉄芯３_ｏ接続鉄芯４巻線４ｃ共通巻線６ａ，６ｂ回転軸７軸受９，１０逆台形状の凹状部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小島善徳神奈川県藤沢市本藤沢４丁目１番１号株式会社荏原電産内 (72)発明者稲田高典神奈川県藤沢市本藤沢４丁目１番１号株式会社荏原電産内 (72)発明者真武幸三神奈川県藤沢市本藤沢４丁目１番１号株式会社荏原電産内Ｆターム(参考） 5H621 BB01 BB02 BB07 BB10 GA01 GA04 GA12 HH01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平行に配置した２本のロータを同期して
反転駆動する２軸同期電動機において、前記ロータには、それぞれ永久磁石が配置され、前記ロ
ータの周囲にはそれぞれ分割した３個の電機子鉄芯が配
置され、前記３個の電機子鉄芯は互いに１２０゜の角度
で均等にずらせて配置され、２本のロータ間に共通の巻
線を備えた電機子鉄芯を配置し、他の電機子鉄芯には独
立の巻線を備えたことを特徴とする２軸同期電動機。
【請求項２】前記２本のロータの周囲に配置された前
記独立の巻線を備えた２個の電機子鉄芯は、接続鉄芯に
より連続した磁路が形成されることを特徴とする請求項
１または２記載の軸同期電動機。
【請求項３】前記２本のロータの周囲に配置された前
記独立の巻線を備えた２個の電機子鉄芯は、接続鉄芯に
より一体的に形成されていることを特徴とする請求項２
記載の２軸同期電動機。
【請求項４】前記２本のロータ間に配置された共通の
巻線を備えた電機子と、他の電機子とは、非磁性材のく
さびを用いて相互に固定されていることを特徴とする請
求項１記載の２軸同期電動機。
【請求項５】前記２本のロータの周囲に配置された前
記独立の巻線を備えた電機子鉄芯は、それぞれの対応す
る相が逆相に接続されていることを特徴とする請求項１
記載の２軸同期電動機。