JP2004015906A - 永久磁石形モータ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】鉄心と巻線を配置したステータと、複数の磁極を構成する永久磁石を配置したロータを持つ永久磁石形モータにおいて、磁極を、径方向を磁化方向とする主永久磁石と、周方向を磁化方向とする補永久磁石とで構成するとともに、磁極ピッチの角度幅をPとしたとき、外周側における主永久磁石の角度幅Wmoと補永久磁石の角度幅Wsoを、 0.3×P < Wmo < P
Wso = P−Wmo とし、内周側における主永久磁石の角度幅Wmiと補永久磁石の角度幅Wsiを Wmi = P Wsi = 0 として構成する。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば工作機械や半導体製造装置などのFA分野で、高加減速の回転運動を要求されるサーボモータとして用いられる永久磁石形モータに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
サーボモータ用の永久磁石形モータは、モータ体格に対し大きな最大トルクを発揮するものが望まれる。例えば、このような永久磁石形モータとして、特開平11−308793号公報に開示されているハルバッハ磁石配列を使用したもの、また、極異方性のリング磁石を使用したもの等がある。図5は前者、図6は後者の永久磁石形モータの断面図を示したものである。
図5および図6において、1はロータ、2はロータヨーク、31は主永久磁石、41は補永久磁石、51はリング磁石、10はステータ、11は巻線、12はステータヨークである。
図5において、ロータ1は、ロータヨーク2、ハルバッハ磁石配列された主永久磁石31(角度幅Wmo)と補永久磁石41(角度幅Wso)から構成されている。ステータ10は、ロータ1と外周側にエアギャップを挟んで配置された巻線11、ステータヨーク12から構成されている。なお、ロータ1は、全8磁極で構成されており、磁極ピッチの角度幅はP=45度に設定されている。主永久磁石31と補永久磁石41の角度幅は、図5のような空心の巻線11で構成される永久磁石形モータにおいてトルクが最大となるWmo:Wso=6.5:3.5に設定されている。なお、この角度幅は、ロータ外周側と内周側で同じに設定されている。
図6において、ロータ1は、ロータヨーク2、リング磁石51から構成されている。ステータ10は図5と同じである。全8磁極からなるリング磁石51は、磁極間を円弧状に結ぶ方向を磁化方向とする、いわゆる極異方性に着磁されたものである。
これら従来の永久磁石形モータは、巻線11にロータ1の磁極に応じた電流を流すことによりステータ10に回転磁界を生じさせ、この回転磁界とロータ1の磁極が作る磁界との吸引、反発作用によってロータ1にトルクを生じさせている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
従来のハルバッハ磁石配列および極異方性のリング磁石は、ロータヨークへの永久磁石による磁束の低減に有効である。そのため、ロータヨーク厚を薄肉化し、ロータ外径を上げることでトルク向上をはかれるアウタロータ形には有利である。
ところが、従来技術に示した図5および図6のようなインナロータ形には、ロータヨーク厚を薄肉化してもロータ外径に関係無く、アウタロータ形のようなトルク向上が期待できない。むしろ、インナロータ形は、永久磁石を薄肉化した安価なものであってもトルク向上をはかれるものが望まれる。
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、インナロータ形であって、永久磁石が薄肉なものであってもトルクが向上する安価な永久磁石形モータを提供することを目的とするものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、第1の発明は、鉄心と巻線を配置したステータと、複数の磁極を構成する永久磁石を配置したロータを持つ永久磁石形モータにおいて、前記磁極を、径方向を磁化方向とする主永久磁石と、周方向を磁化方向とする補永久磁石とで構成するとともに、磁極ピッチの角度幅をPとしたとき、外周側における前記主永久磁石の角度幅Wmoと前記補永久磁石の角度幅Wsoを
0.3×P < Wmo < P
Wso = P−Wmo
とし、内周側における前記主永久磁石の角度幅Wmiと前記補永久磁石の角度幅Wsiを、
Wmi = P
Wsi = 0
として構成するようにしたものである。
第1の発明により、永久磁石が薄肉なものであってもトルクを向上させることができる。
第2の発明は、鉄心と巻線を配置したステータと、複数の磁極を構成する永久磁石を配置したロータとを持つ永久磁石形モータにおいて、前記磁極を、径方向と、前記磁極間を円弧状に結ぶ方向の2つの磁化方向を持つリング磁石によって構成するようにしたものである。
第2の発明により、第1の発明と同じく、リング磁石が薄肉なものであってもトルクを向上させることができる。
【0005】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
図1は本発明の第1の実施例を示す永久磁石形モータの断面図である。以下、本発明の構成要素が従来技術と同じ構成要素については、同一符号を付してその説明を省略し、異なる点のみ説明する。
図において、32は本発明による主永久磁石、42は本発明による補永久磁石である。
本発明が従来技術と基本的に異なる点は、主永久磁石32と補永久磁石42の形状を以下のとおりとしたことである。
すなわち、ロータ1の外周側において、主永久磁石32の角度幅Wmoと補永久磁石42の角度幅Wsoを
Wmo=0.65×P
Wso=P−Wmo=0.35×P
ロータ1の内周側において、主永久磁石32の角度幅Wmiと補永久磁石42の角度幅Wsiを
Wmi=P
Wsi=0
に設定している。
このような構成にすることにより、従来技術よりも主永久磁石の磁極間の漏れ磁束を低減しつつ、トルクに寄与する磁束を増加させることができる。
次に、本発明の第1の実施例によるトルク向上の効果を、図2を用いて説明する。
図2において、横軸はロータ外周側における主永久磁石の角度幅Wmo、縦軸はトルクである。
2つのデータは、ロータ内周側における主永久磁石の角度幅をWmi=Wmo、Wmi=Pとしたものである。つまり、前者は従来構成、後者は本実施例構成によるトルクを表している。同図より、Wmo=0.3×PからPの範囲において、ハルバッハ磁石配列を適用しないWmo=Pに比べ本実施例構成によるトルクが大きく、かつ、従来構成によるトルクよりも大きいことがわかる。つまり、同じ発生トルクに対し、主永久磁石と補永久磁石を薄肉化できることを示している。
次に第2の実施例について説明する。
図3は、本発明の第2の実施例における永久磁石形モータの断面図である。
図において、52は本発明によるリング磁石である。本発明が従来技術と基本的に異なる点は、リング磁石52の磁化方向を径方向(ラジアル異方性)と磁極間を円弧状に結ぶ方向(極異方性)の2種類設けたことである。このようなリング磁石により、従来技術よりも磁極間の漏れ磁束を低減しつつ、トルクに寄与する磁束を増加させることができる。
次に、本発明の第2の実施例によるトルク向上の効果を、図4を用いて説明する。
図4において、横軸はリング磁石の厚さ、縦軸はトルクである。
2つのデータは、リング磁石の磁化方向を極異方性の1種類とするもの、ラジアル異方性と極異方性の2種類とするものである。つまり、前者は従来構成によるトルク、後者は本実施例構成によるトルクを表している。同図より、リング磁石の厚さが十分に厚い場合には従来構成のトルクの方が大きいものの、それよりも薄い実用的な範囲では本実施例のトルクの方が大きいことがわかる。つまり、従来構成よりも薄肉なリング磁石で大きなトルクを発揮できることを示している。
以上の実施例においては、全磁極数を8極として示したが、8極以外であっても本発明の効果を同じく発揮できることは言うまでもない。
【0006】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば次のような効果がある。
(1)請求項1である第1の実施例によれば、ロータ1外周側において、主永久磁石の角度幅Wmoと補永久磁石の角度幅Wsoを
0.3×P < Wmo <P
Wso=P−Wmo=0.35×P
ロータ1の内周側において、主永久磁石の角度幅Wmiと補永久磁石の角度幅Wsiを
Wmi=P
Wsi=0
に設定しているので、従来技術よりも主永久磁石の磁極間の漏れ磁束を低減しつつ、トルクに寄与する磁束を増加させることができる。よって、同じ発生トルクに対し、主永久磁石と補永久磁石を薄肉化でき、安価な永久磁石形モータを提供することができる。
(2)請求項2である第2の実施例によれば、リング磁石に径方向(ラジアル異方性)と磁極間を円弧状に結ぶ方向(極異方性)の2種類の磁化方向を設けているので、従来技術よりも磁極間の漏れ磁束を低減しつつ、トルクに寄与する磁束を増加させることができる。よって、同じ発生トルクに対し、リング磁石を薄肉化でき、安価な永久磁石形モータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例を示す永久磁石形モータの正断面図である。
【図2】本発明と従来技術における主永久磁石の角度幅−トルク特性を示すグラフ図である。
【図3】本発明の第2実施例を示す永久磁石形モータの正断面図である。
【図4】本発明と従来技術におけるリング磁石の厚さ−トルク特性を示すグラフ図である。
【図5】従来技術におけるハルバッハ磁石配列を使用した永久磁石形モータを示す正断面図である。
【図6】従来技術における極異方性のリング磁石を使用した永久磁石形モータを示すの正断面図である。
【符号の説明】
1 ロータ
2 ロータヨーク
31、32 主永久磁石
41、42 補永久磁石
51、52 リング磁石
10 ステータ
11 巻線
12 ステータヨーク
Claims (2)
- 鉄心と巻線を配置したステータと、複数の磁極を構成する永久磁石を配置したロータを持つ永久磁石形モータにおいて、
前記磁極を、径方向を磁化方向とする主永久磁石と、周方向を磁化方向とする補永久磁石とで構成するとともに、
磁極ピッチの角度幅をPとしたとき、外周側における前記主永久磁石の角度幅Wmoと前記補永久磁石の角度幅Wsoを
0.3×P < Wmo < P
Wso = P−Wmo
とし、内周側における前記主永久磁石の角度幅Wmiと前記補永久磁石の角度幅Wsiを
Wmi = P
Wsi = 0
としたことを特徴とする永久磁石形モータ。 - 鉄心と巻線を配置したステータと、複数の磁極を構成する永久磁石を配置したロータとを持つ永久磁石形モータにおいて、
前記磁極を、径方向と、前記磁極間を円弧状に結ぶ方向の2つの磁化方向を持つリング磁石によって構成したことを特徴とする永久磁石形モータ。
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