JP2008099344A - 軸方向空隙型電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】偏芯許容構造を備えた軸方向空隙型電動機を提供する。
【解決手段】本発明は、固定子４が回転子３の回転軸２の中心線方向に所定空隙を持って前記回転子に相対するように配置された電動機部１ａを有する軸方向空隙型電動機において、前記回転子と前記固定子とを内装し、その内面に前記固定子を固定するケース５と、前記ケースと前記回転軸との間に、前記ケースの中心線に対する直交方向での前記回転子の前記ケースに対する変位を許容するとともに、前記回転子の回転軸回りの回転を可能とする弾性部材１３を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、軸方向空隙型電動機、特に回転軸の偏芯許容構造を備えた軸方向空隙型電動機に関するものである。

従来、低速高トルクが要求される電動機に対応する電動機として、回転軸方向に固定子と回転子とが対向して配置される軸方向空隙型電動機がある。従来の軸方向空隙型電動機は、コイルが巻回される固定子と、このコイルに回転軸方向に対向して配置され、複数対の永久磁石が周方向起磁力形に配置される回転子とからなり、固定子コイルに電流を流して回転磁界を発生させ、これに伴い固定子と回転子との間の磁気的な吸引力および反発力によって、回転子を回転させるものである（特許文献１、２参照のこと）。
特開２００２−１５３０２８号公報 特開平１１‐１８７６３５号公報

しかしながら、これら従来の軸方向空隙型電動機では、固定子の中心線と回転子の回転軸中心線とを同一中心線として構成され、たとえば回転子に接続する被回転部材の回転中心線も回転子の回転中心線と同一にする必要が生じるが、組み立て精度等を考慮するとバラツキを除去することができず、この中心線のズレ（偏芯量）を許容するために、例えばオルダムカップリングを回転子と被回転部材間に設置することが行われている。

このため、オルダムカップリングの設定に伴い、コストアップや重量増加という課題が生じる。

本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、偏芯許容構造を備えた軸方向空隙型電動機を提供することを目的とする。

本発明は、永久磁石またはコイルの一方を周方向に所定間隔で複数個設置した回転子と、前記回転子の回転軸方向に前記永久磁石またはコイルの一方に対向するように前記永久磁石またはコイルの他方を備えた固定子とを備え、前記固定子が前記回転子の回転軸方向に所定空隙を持って前記回転子に相対するように配置された電動機部を有する軸方向空隙型電動機において、前記回転子と前記固定子とを内装し、その内面に前記固定子を固定するケースと、前記ケースと前記回転軸との間に、前記ケースの中心線に対する直交方向での前記回転子の前記ケースに対する変位を許容するとともに、前記回転子の回転軸回りの回転を可能とする弾性部材を備えたことを特徴とする軸方向空隙型電動機である。

本発明では、回転子の回転中心線とケースの中心線、つまり固定子の中心線とのズレを許容する弾性部材を備えたので、ズレを許容するために回転子と被回転部材間に設けていたオルダムカップリングを廃止することができ、コストの低減や軽量化を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の軸方向空隙型電動機１の構成を示す回転子３の回転中心線を含む断面図である。

本実施形態において、被回転部材に接続するロータ軸２と、ロータ軸２に固定された回転子３と、ロータ軸２の中心線方向に所定の空隙１４をもって回転子３に対向するように設けられた一対の固定子４とからなる電動機部１ａを、第１ケース５ａ内に収納し、この第１ケース５ａを中心線方向から挟持する第２ケース５ｂとから軸方向空隙型電動機１を構成する。なお、本実施形態ではロータ軸２方向に１列の電動機部１ａを備えた軸方向空隙型電動機１を用いて説明するが、これに限らず、複数個の電動機部１ａからなる軸方向空隙型電動機１であってもよい。

回転子３は図示しない被回転部材に接続するロータ軸２の中心線に直交する方向に延出する４本の腕部６を備え、これら腕部６は周方向に等間隔（例えば９０°間隔）で配置される。

図１に示すように、回転子３の各腕部６には、腕部６を挟み込むように永久磁石１２が取り付けられる。永久磁石１２は、例えば軸方向から見て略扇状に形成され、各腕部６に固定される。また永久磁石１２の端面は、回転子３の中心線に直交する面として形成される。なお、永久磁石１２の数、形状等は本実施形態に限定されるものでないことは言うまでもない。

一対の固定子４は、ロータ軸２の中心線方向にて回転子３の永久磁石１２にそれぞれ対向する位置に設けられる。固定子４は、ヨーク部８と、ヨーク部８から回転子側に突出し、略扇状の形状を有するティース部９と、ティース部９に巻回されるコイル１０とから構成される。ヨーク部８は、ティース部９をケース５に固定するとともに、ティース部９の磁束を周方向に回して別のティース部９へ流す役割を果す。またコイル１０は図示しない絶縁体等を介して、ティース部９から絶縁される。

ケース５は固定子４が固定される第１ケース５ａと、スラストベアリング７を介して第１ケースを挟持する第２ケース５ｂからなる。第１ケース５ａは、固定子４と同軸上に配置された中空円柱形状の部材であって、その中心線上に沿ってロータ軸２が貫通するべく孔部５ｅが形成される。ティース部８は、第１ケース５ａの中心線に直交する内周面５ｃにそれぞれ固定される。一方、第１ケース５ａの中心線に直交する第１ケース５ａのそれぞれの外周面５ｄにはスラストベアリング７が配置され、スラストベアリング７を介して一対の第２ケース５ｂが中心線方向に第１ケース５ａを挟持する。第１、第２ケース５ａ、５ｂ間にスラストベアリング７を設けることで、回転子３と固定子４との間の中心線方向の空隙１４の寸法を精度よく管理することができる。また、このスラストベアリング７は、第１、第２ケース５ａ、５ｂ間に設けたので、回転子３の慣性質量に影響することがない。なお、第１、第２ケース５ａ、５ｂは一体的に構成してもよい。

第２ケース５ｂは、前述のスラストベアリング７が設置される本体部５ｆと、第２ケース５ｂの中心線に沿って配置される円筒状のフランジ部５ｇとからなり、固定子４の中心線と第２ケース５ｂの中心線を同軸に配置する。フランジ部５ｇの中心線上にロータ軸２の中心線が一致するようにフランジ部５ｇとロータ軸２とが配置され、フランジ部５ｇの内周面５ｈとロータ軸２と外周との間に弾性部材１３が配置される。

弾性部材１３は、ベアリング１３ａとゴムブッシュ１３ｂとにより一体的に構成される。ベアリング１３ａはローラ軸２の外周に嵌合し、ベアリング１３ａの外周側に配置されたゴムブッシュ１３ｂは第２ケース５ｂの内周面５ｈに嵌合される。ベアリング１３ａはロータ軸２と第２ケース５ｂ間の相対回転、つまり固定子４に対する回転子３の相対回転を許容する。また、ゴムブッシュ１３ｂは第２ケース５ｂに対するロータ軸２の第２ケース５ｂの中心線に対する直交方向の変位を許容し、結果として固定子４に対する回転子３の相対変位を可能とする。

なお、第１、第２ケース５ａ、５ｂとは、それぞれ図示しない構造物等に固定される。また、第１、第２ケース５ａ、５ｂ間に設けられたスラストベアリング７とともに図示しないリニアガイドを設けることで、第１ケース５ａを構造物に固定する必要がなくなる。さらにまた、第２ケース５ｂは、一対で構成される必要はなく、一方から第１ケース５ａを押し付けるようにしてもよい。

そして、第１ケース５ａの相対する内周面５ｃにそれぞれ固定子４が固定され、各固定子４間の空間に回転子３の永久磁石１２が配置され、電動機部１ａが構成される。なお、各電動機部１ａが構成された状態で、回転子３と、回転子３に相対する一対の固定子４との軸方向のそれぞれの空隙１４が所定値となるように設置される。

ここで、ケース５の孔部５ｅは、ロータ軸２の直径に対して所定量だけ大きく形成され、前述のように回転子３はロータ軸２の直交方向に変位可能に構成されるが、この孔部５ｅの径とロータ軸２の直径との差、または弾性部材１３を構成するゴムブッシュ１３ｂのロータ軸２の中心線に対して直交方向のたわみ量によって回転子３の中心線に対して直交する方向の相対的な変位量が規定される。

なお、本実施形態では、回転子３に永久磁石を、固定子４にコイルを設置したが、逆に回転子３にコイルを、固定子に永久磁石を設けるようにしてもよい。

次に作用を説明する。

本発明の軸方向空隙型電動機１は、例えば、第１、第２ケース５ａ、５ｂを図示しない構造物に固定し、回転子３に固定されるロータ軸２を被回転部材に接続した状態で固定子４のコイル１０に通電する。固定子４のコイル１０に通電されると、回転磁界が発生し、これに伴い固定子４と回転子３との間の磁気的な吸引力および反発力によって、回転子３を所定方向に回転させる。この回転により回転子３に接続する図示しない被回転部材が回転する。

ロータ軸２は被回転部材に接続されるため、被回転部材に作用する外力がロータ軸２にも作用することになる。本発明では、回転子３が固定子４に対してロータ軸２の中心線に対して直交方向に変位を可能とする弾性部材１３をケース５に備えているため、被回転部材の変位に伴いロータ軸２が変位する場合に、弾性部材１３のゴムブッシュ１３ｂの作用により回転子３の固定子４の中心線に直交する方向の変位が許容され、回転子３は固定子４の中心線に対して偏芯した位置を中心線として回転することができる。

また、ロータ軸２と被回転部材とを接続する場合において、その中心線を一致させる精度の許容範囲を大きく設定することができる。このため、ロータ軸２と被回転部材との間に偏芯を許容する手段、例えばオルダムカップリングを設ける必要がなく、コストの削減、軽量化を図ることができる。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明の軸方向空隙型電動機１の構成を説明する断面図である。

符号の説明

１ 軸方向空隙型電動機
１ａ 電動機部
２ ロータ軸
３ 回転子
４ 固定子
５ ケース
５ａ 第１ケース
５ｂ 第２ケース
６ 腕部
７ スラストベアリング
８ ヨーク
９ ティース部
１０ コイル
１２ 永久磁石
１３ 弾性部材
１３ａ ベアリング
１３ｂ ゴムブッシュ
１４ 空隙

Claims (4)

1. 永久磁石またはコイルの一方を周方向に所定間隔で複数個設置した回転子と、
   前記回転子の回転軸の中心線方向に前記永久磁石またはコイルの一方に対向するように前記永久磁石またはコイルの他方を備えた固定子とを備え、
   前記固定子が前記回転子の回転軸の中心線方向に所定空隙を持って前記回転子に相対するように配置された電動機部を有する軸方向空隙型電動機において、
   前記回転子と前記固定子とを内装し、その内面に前記固定子を固定するケースと、
   前記ケースと前記回転軸との間に、前記ケースの中心線に対する直交方向での前記回転子の前記ケースに対する変位を許容するとともに、前記回転子の回転軸の中心線回りの回転を可能とする弾性部材を備えたことを特徴とする軸方向空隙型電動機。
2. 前記弾性部材は、前記回転軸を支持する第１ベアリングと、前記ベアリングと前記ケース間に設けられるゴム部材とから構成され、前記第１ベアリングと前記ゴム部材とを前記ケースの中心線に対して直交する方向に並設することを特徴とする請求項１に記載の軸方向空隙型電動機。
3. 前記ケースは、前記固定子を固定する第１ケースと、前記弾性部材が固定され、前記第１ケースを前記ケースの中心線方向に押し付ける第２ケースとからなることを特徴とする請求項１に記載の軸方向空隙型電動機。
4. 前記第１、第２ケース間に第１、第２ケース間の相対回転を抑制するリニアガイドを設けることを特徴とする請求項３に記載の軸方向空隙型電動機。