JP2004242423A - Slotless permanent magnet motor - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【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、特に速度リプルを嫌う駆動軸に用いられるサーボモータおよびダイレクトドライブモータに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
速度リプルを嫌う駆動軸には、その発生原因となるコギングトルクが極めて小さいスロットレス永久磁石モータが適用されている。例えば、このようなスロットレス永久磁石モータとして、特許文献1に開示されたものや、特許文献2あるいは特許文献3に開示された巻線製造法によって構成されたものがある。図5は従来技術におけるスロットレス永久磁石モータの側断面図であり、図6は図5におけるA部拡大図である。
図において、1はロータ、2はロータヨーク、3は永久磁石、4はシャフト、5は負荷側軸受、6は反負荷側軸受、10はステータ、11aはステータヨーク、12aは空心巻線、13は絶縁紙、14はモールド樹脂、15はフレーム、16aは負荷側ブラケット、17は反負荷側ブラケットである。
前記ロータ1は、ロータヨーク2、ロータヨーク2表面に貼り付けた複数の磁極を有する永久磁石3、シャフト4から構成されている。なお、ロータ1は、シャフト4に取り付けられた負荷側軸受5と反負荷側軸受6によって、ステータ10に対し回転自在に支持されている。
一方、前記ステータ10は、中空円筒状のステータヨーク11a、ステータヨーク11aの内周に配置された空心巻線12a、ステータヨーク11aと空心巻線12a間および空心巻線12aの内周に挿入した絶縁紙13、空心巻線12aと絶縁紙13とステータヨーク11aを一体に固着したモールド樹脂14、ステータヨーク11aの外周を覆うフレーム15、負荷側軸受5と反負荷側軸受6を保持する負荷側ブラケット16aと反負荷側ブラケット17から構成されている。ここで材料として、ステータヨーク11aには交番磁界による鉄損を低減する積層珪素鋼板、絶縁紙13には絶縁性の高いポリアミド系絶縁紙、モールド樹脂14には同じく絶縁性の高いエポキシ系樹脂、フレーム15には熱伝導率の高いアルミ、負荷側および反負荷側ブラケット16a、17には軽量かつ高強度の金属のアルミが使われる。
また、ステータ10の反負荷側には図示しない回転角度センサ、例えば高分解能の光学式エンコーダが取り付けられている。
このようなスロットレス永久磁石モータは、ロータ1の磁極に応じた電流を空心巻線12aに流すことによりロータ1とステータ10間のギャップ部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。さらには、スロットレス構造であるため、ステータヨーク11aと永久磁石3間のパーミアンス変化にともなうコギングトルクが発生せず、速度リプルの小さいことを特長としている。
また、空心巻線12aには、電流が流れることによって銅損が発生する。この空心巻線12aに発生する銅損、つまり熱は、主にステータヨーク11a、フレーム15をとおり放熱される。従って、空心巻線12aからフレーム15間の熱抵抗によって空心巻線12aの温度上昇が決まる。
【0003】
【特許文献1】
特開昭58−58845号公報
【特許文献2】
特開昭60−216746号公報
【特許文献3】
特開昭62−244251号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところが従来技術におけるスロットレス永久磁石モータには、空心巻線12aに発生する銅損によって以下のような問題が発生するおそれがある。
(1)空心巻線12aの温度上昇が大きくなり、空心巻線12aが焼損する。
(2)空心巻線12aの温度上昇が大きくなるため、空心巻線12aとギャップを介して配置されている永久磁石3が温度上昇し熱減磁する。
(3)空心巻線12aの温度上昇が大きくなるため、反負荷側の光学式エンコーダも温度上昇し、その信号処理回路である集積回路部品の誤動作や熱破損が発生する。
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、空心巻線の温度上昇を低減するスロットレス永久磁石モータを提供することを目的とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、請求項1に記載の第1の発明は、ステータヨーク、ブラケット、空心巻線を有するステータと、永久磁石を有するロータから構成したスロットレス永久磁石モータにおいて、前記ブラケットにリング状の凹部を設け、前記リング状の凹部に、前記空心巻線と前記ステータヨークの端部を挿入させるようにしたものである。
これにより、空心巻線に発生した熱をブラケットに逃がすことができるため、空心巻線の温度上昇を低減することができる。
また、請求項2に記載の第2の発明は、前記ブラケットに設けたリング状の凹部と、前記空心巻線および前記ステータヨークの端部の間に、有機材料、もしくは無機材料、もしくは有機材料と無機材料の複合材料を介在させるようにしたものである。
これにより、ブラケットの凹部と空心巻線およびステータヨークの端部にできた微小空気層を、例えば、熱伝導性の高いグリースで埋めることによって、第1の発明よりも空心巻線に発生した熱をブラケットに逃がすことができる。また、熱伝導性の高い接着剤で埋めることにより、同じく第1の発明よりも空心巻線に発生した熱をブラケットに逃がすことができる。さらには、凹部を設けることによって強度劣化したブラケットを、良熱伝導性接着剤にてステータヨークおよび空心巻線と一体固着し、ステータ全体の強度を確保することができる。
【0006】
【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の実施例を示すスロットレス永久磁石モータの側断面図であり、図2は図1のA部拡大図である。以下、本発明の構成要素が従来技術と同じもの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、11bは本発明によるステータヨーク、12bは空心巻線、16bは負荷側ブラケットである。
本発明が従来技術と基本的に異なる点は、負荷側ブラケット16bにリング状の凹部を設け、ステータヨーク11bと空心巻線12bの負荷側端部を挿入していることである。
前記ステータヨーク11bと空心巻線12bは従来技術のものに比べ、凹部に挿入している分だけ長く作られている。このとき、負荷側ブラケット16bとステータヨーク11bおよび空心巻線12bの間には、空心巻線12bが負荷側ブラケット16bと接触し絶縁劣化しないように、微小空気層が設けられている。
このような構成にすることにより、空心巻線12bから負荷側ブラケット16bまでの熱抵抗を極めて低減することができる。空心巻線12bに発生した熱は、ステータヨーク11bからフレーム15に流れ、さらにはブラケット16bにも流れる。従って、空心巻線12bに発生した熱を分散でき、空心巻線12bの温度上昇を大幅に低減することができる。
また、負荷側ブラケット16bの凹部の外周面はステータヨーク11bが接触するように削られている。負荷側ブラケット16bの凹部にステータヨーク11bと一体になった空心巻線12bを挿入するだけで、空心巻線12bを正確に位置決めすることが可能となっている。
【0007】
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の実施例を適用した図1のA部拡大図である。第1の実施例と異なる点は、負荷側ブラケット16bとステータヨーク11bおよび空心巻線12bの間に設けた微小空気層に、良熱伝導性グリース18を介在させたことである。
良熱伝導性グリース18は、例えば、シリコーンオイル基油にシリカ微粉末などを配合したグリース状のいわゆるシリコーンオイルコンパウンドを用いる。一般に、シリコーンオイルコンパウンドは絶縁性にも優れるので、空心巻線12bの絶縁性は保たれる。ここで、空気とシリコーンオイルコンパウンドの熱伝導率を比較すると、空気が0.025W/(m・℃)であるのに対し、シリコーンオイルコンパウンドは約40倍の0.92W/(m・℃)である。
微小空気層に良熱伝導性グリースを介在させることにより、空心巻線12bから負荷側ブラケット16bまでの熱抵抗をさらに低減することができる。その結果、空心巻線12bの温度上昇を第1の実施例よりも低減することができる。
【0008】
次に第3の実施例について説明する。
図4は、本発明の第3の実施例を適用した図1のA部拡大図である。第1および第2の実施例と異なる点は、負荷側ブラケット16bとステータヨーク11bおよび空心巻線12b間の微小空気層もしくは良熱伝導性グリースの代わりに、良熱伝導性接着剤19を介在させたことである。
良熱伝導性接着剤19は、例えば、アルミナを充填したエポキシ系接着剤を用いる。一般に、アルミナ充填のエポキシ系接着剤は絶縁性にも優れるので、空心巻線12bの絶縁性は保たれる。
ここで、アルミナ充填のエポキシ系接着剤と空気との熱伝導率を比較すると、空気が0.025W/(m・℃)であるのに対し、アルミナ充填のエポキシ系接着剤は約50倍の1.15W/(m・℃)である。
微小空気層にこのような良熱伝導性接着剤19を介在させることにより、空心巻線12bから負荷側ブラケット16bまでの熱抵抗を低減することができる。
その結果、空心巻線12bの温度上昇を第1の実施例よりも低減することができる。さらには、凹部を設けることによって強度劣化した負荷側ブラケット16bを、良熱伝導性接着剤19にてステータヨーク11bおよび空心巻線12bと一体固着することにより、ステータ全体の強度を確保することができる。
【0009】
【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に記載の第1の実施例によれば、負荷側ブラケットに設けたリング状の凹部に空心巻線とステータヨークの負荷側端部を挿入することにより、空心巻線に発生した熱を分散することができ、空心巻線の温度上昇を低減することができる。その結果、従来問題となっていた空心巻線の焼損、永久磁石の温度上昇による熱減磁、光学式エンコーダの温度上昇による集積回路部品の誤動作や熱破損を回避することができる。また、負荷側ブラケットの凹部にステータヨークと一体になった空心巻線を挿入するだけで、空心巻線を正確に位置決めすることができる。
(2)請求項2に記載の第2の実施例によれば、負荷側ブラケットの凹部と空心巻線およびステータヨーク間の微小空気層に良熱伝導性グリースを介在させることにより、空心巻線と負荷側ブラケット間の熱抵抗をさらに低減することができ、請求項1よりも空心巻線の温度上昇を低減することができる。
(3)同じく請求項2に記載の第3の実施例によれば、負荷側ブラケットの凹部と空心巻線およびステータヨーク間の微小空気層に良熱伝導性接着剤を介在させることにより、空心巻線と負荷側ブラケット間の熱抵抗をさらに低減することができ、第1の実施例よりも空心巻線の温度上昇を低減することができる。さらには、凹部を設けることによって強度劣化した負荷側ブラケットを、良熱伝導性接着剤にてステータヨークおよび空心巻線と一体固着することにより、ステータ全体の強度を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示すスロットレス永久磁石モータの側断面図である。
【図2】本発明の第1の実施例を示すスロットレス永久磁石モータの要部拡大図である。
【図3】本発明の第2の実施例を示すスロットレス永久磁石モータの要部拡大図である。
【図4】本発明の第3の実施例を示すスロットレス永久磁石モータの要部拡大図である。
【図5】従来技術におけるスロットレス永久磁石モータの側断面図である。
【図6】従来技術におけるスロットレス永久磁石モータの要部拡大図である。
【符号の説明】
1 ロータ
2 ロータヨーク
3 永久磁石
4 シャフト
5 負荷側軸受
6 反負荷側軸受
10 ステータ
11a、11b ステータヨーク
12a、12b 空心巻線
13 絶縁紙
14 モールド樹脂
15 フレーム
16a、16b 負荷側ブラケット
17 反負荷側ブラケット
18 良熱伝導性グリース
19 良熱伝導性接着剤[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a servomotor and a direct drive motor used for a drive shaft which refuses to perform speed ripple, for example, in the field of factory automation (FA) such as machine tools and semiconductor manufacturing equipment.
[0002]
[Prior art]
A slotless permanent magnet motor having an extremely small cogging torque, which causes the occurrence of speed ripple, is applied to a drive shaft that does not like speed ripple. For example, as such a slotless permanent magnet motor, there is a motor disclosed in
In the drawing, 1 is a rotor, 2 is a rotor yoke, 3 is a permanent magnet, 4 is a shaft, 5 is a load-side bearing, 6 is a non-load-side bearing, 10 is a stator, 11a is a stator yoke, 12a is an air-core winding, and 13 is Insulating paper, 14 is a mold resin, 15 is a frame, 16a is a load side bracket, and 17 is a non-load side bracket.
The
On the other hand, the stator 10 was inserted into a hollow
A rotation angle sensor (not shown), for example, a high-resolution optical encoder is attached to the non-load side of the stator 10.
Such a slotless permanent magnet motor generates a rotating magnetic field in a gap between the
In addition, copper loss occurs in the air core winding 12a due to the flow of current. The copper loss, that is, heat generated in the air-core winding 12a is radiated mainly through the
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-58-58845 [Patent Document 2]
JP 60-216746 A [Patent Document 3]
JP-A-62-244251
[Problems to be solved by the invention]
However, in the slotless permanent magnet motor according to the related art, the following problem may occur due to copper loss occurring in the air core winding 12a.
(1) The temperature rise of the air core winding 12a increases, and the air core winding 12a is burned.
(2) Since the temperature rise of the air core winding 12a becomes large, the temperature of the
(3) Since the temperature rise of the air-
The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a slotless permanent magnet motor that reduces a rise in temperature of an air core winding.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, a first invention according to
Thereby, the heat generated in the air core winding can be released to the bracket, so that the temperature rise of the air core winding can be reduced.
According to a second aspect of the present invention, an organic material, an inorganic material, or an organic material is provided between a ring-shaped recess provided in the bracket and an end of the air-core winding and the end of the stator yoke. And a composite material of inorganic materials.
By filling the micro air layer formed in the recess of the bracket, the air core winding, and the end of the stator yoke with, for example, grease having a high thermal conductivity, the heat generated in the air core winding is larger than that in the first invention. Can escape to the bracket. Further, by filling with an adhesive having high thermal conductivity, the heat generated in the air-core winding can be released to the bracket similarly to the first invention. Further, the bracket whose strength has been deteriorated by providing the concave portion can be integrally fixed to the stator yoke and the air core winding with a good heat conductive adhesive, so that the strength of the entire stator can be secured.
[0006]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a side sectional view of a slotless permanent magnet motor showing a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged view of a portion A in FIG. Hereinafter, the same components as those of the prior art will be denoted by the same reference numerals and the description thereof will be omitted, and only different points will be described. In the drawing, 11b is a stator yoke according to the present invention, 12b is an air core winding, and 16b is a load side bracket.
The present invention is basically different from the prior art in that a ring-shaped concave portion is provided in the
The
With such a configuration, the thermal resistance from the air core winding 12b to the
The outer peripheral surface of the concave portion of the load-
[0007]
Next, a second embodiment will be described.
FIG. 3 is an enlarged view of a portion A in FIG. 1 to which the second embodiment of the present invention is applied. The difference from the first embodiment is that a good thermal conductive grease 18 is interposed in a minute air layer provided between the
As the good thermal conductive grease 18, for example, a grease-like so-called silicone oil compound in which silica fine powder or the like is mixed with a silicone oil base oil is used. Generally, the silicone oil compound is also excellent in insulation, so that the insulation of the air core winding 12b is maintained. Here, comparing the thermal conductivity of the air and the silicone oil compound, the air is 0.025 W / (m · ° C.), whereas the silicone oil compound is about 40 times 0.92 W / (m · ° C.). It is.
By interposing good thermal conductive grease in the minute air layer, the thermal resistance from the air core winding 12b to the
[0008]
Next, a third embodiment will be described.
FIG. 4 is an enlarged view of a portion A in FIG. 1 to which the third embodiment of the present invention is applied. The difference from the first and second embodiments is that a good heat conductive adhesive 19 is interposed in place of the fine air layer or the good heat conductive grease between the
As the good thermal conductive adhesive 19, for example, an epoxy adhesive filled with alumina is used. In general, an epoxy-based adhesive filled with alumina is also excellent in insulation, so that the insulation of the air core winding 12b is maintained.
Here, when comparing the thermal conductivity between the alumina-filled epoxy adhesive and air, the air is 0.025 W / (m · ° C.), whereas the alumina-filled epoxy adhesive is about 50 times as large. 1.15 W / (m · ° C.).
By interposing such a good heat conductive adhesive 19 in the minute air layer, the thermal resistance from the air core winding 12b to the
As a result, the temperature rise of the air core winding 12b can be reduced as compared with the first embodiment. Furthermore, the strength of the entire stator can be secured by integrally fixing the load-
[0009]
【The invention's effect】
As described above, the present invention has the following effects.
(1) According to the first embodiment of the present invention, the air-core winding and the load-side end of the stator yoke are inserted into the ring-shaped recess provided on the load-side bracket, so that the air-core winding is formed. The generated heat can be dispersed, and the temperature rise of the air core winding can be reduced. As a result, it is possible to avoid burnout of the air-core winding, thermal demagnetization due to a rise in the temperature of the permanent magnet, and malfunction or thermal damage of the integrated circuit component due to a rise in the temperature of the optical encoder. Further, the air core winding can be accurately positioned only by inserting the air core winding integrated with the stator yoke into the concave portion of the load side bracket.
(2) According to the second embodiment of the present invention, a good heat conductive grease is interposed between the concave portion of the load-side bracket, the air core winding, and the minute air layer between the stator yoke, so that the air core winding is provided. The thermal resistance between the coil and the load-side bracket can be further reduced, and the temperature rise of the air-core winding can be reduced as compared with the first aspect.
(3) According to the third embodiment of the present invention, a good heat conductive adhesive is interposed between the concave portion of the load-side bracket, the air core winding, and the minute air layer between the stator yoke, thereby providing the air core. The thermal resistance between the winding and the load-side bracket can be further reduced, and the temperature rise of the air-core winding can be reduced as compared with the first embodiment. Furthermore, the strength of the entire stator can be ensured by integrally fixing the load-side bracket, whose strength has been deteriorated by providing the concave portion, to the stator yoke and the air-core winding with a good heat conductive adhesive.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side sectional view of a slotless permanent magnet motor showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged view of a main part of the slotless permanent magnet motor according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an enlarged view of a main part of a slotless permanent magnet motor according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an enlarged view of a main part of a slotless permanent magnet motor according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a side sectional view of a slotless permanent magnet motor according to the related art.
FIG. 6 is an enlarged view of a main part of a conventional slotless permanent magnet motor.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (2)
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