JP2011024366A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】 固定子の円環振動によって発生する振動や音を、回転電機を大型化することなく、また、回転電機の特性を悪化させることなく、低減させることができる回転電機を提供する。
【解決手段】 ヨーク部３ａとティース部３ｂを有する固定子鉄心３と、固定子鉄心３のティース部３ｂに装着された固定子巻線５を備えた固定子２と、固定子鉄心３に形成された空隙部３ｃと、固定子２を支持し、回転軸方向の両端部に負荷側ブラケット６および反負荷側ブラケット７を取付けたフレーム１と、負荷側ブラケット６と反負荷側ブラケット７に、負荷側軸受８と反負荷側軸受９を介して回転自在に支持された回転軸１１を備えた回転子１０を有して回転電機を構成する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、回転電機に関するもので、特に回転電機の固定子の構造に関するものである。

サーボモータなどの回転電機においては、従来からコギングトルクが少なく回転精度のよいものが求められていたが、近年は、騒音の低い回転電機の実現も求められている。
例えば、従来のサーボモータは、一般的に知られているように、固定子と回転子を備え、前記固定子は、固定子鉄心の複数のティース部にボビンなどの絶縁物を介して３相巻線を巻装している。前記回転子は、回転軸と永久磁石を有しており、前記回転軸を、負荷側ブラケットと反負荷側ブラケットに、負荷側軸受および反負荷側軸受を介して回転自在に支持している。

前記３相巻線への印加電圧および電気角周波数は、ＰＷＭ制御によって変化され、前記３相巻線に電流を流すことで発生した回転磁界によって、マグネットトルクとリラクタンストルクが発生し、前記回転子は回転する。

特開２００７−３０６７３５号公報

３相巻線に電流を流し回転磁界を発生させると、回転子にトルクが発生するとともに、固定子と回転子には、径方向にも互いに引き合う力が発生する。３相巻線に、ＰＷＭ制御によって電流を流す場合、電流はキャリア周波数の近傍に高調波を多く含んでおり、固定子の円環振動の周波数がキャリア周波数に近い場合、振動や音が発生することがある。

３相巻線に流れる電流の高調波成分と固定子の円環振動によって発生する振動や音は、固定子の形状を変更し、固定子の円環振動の固有周波数を変更することで低減することが可能である。
つまり、円環振動の固有周波数は、固定子の内外径の大きさや、ヨーク部の厚さなどで変化させることができる。しかしながら、固定子の外径を大きくしヨーク部を厚くすると電動機が大きくなり、ヨーク部の内径を大きくし、ヨーク部を薄くすると固定子の磁気抵抗が大きくなり電動機の特性が悪くなる問題があった。

また、ティース部の幅を変更することで固定子の円環振動の固有周波数を変更することが可能であるが、ティース部の幅を大きくすると巻線の面積占有率が低下することにより電動機の特性が悪くなり、ティース部の幅を小さくすると固定子の磁気抵抗が増加し、電動機の特性が悪くなる問題があった。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、固定子の円環振動によって発生する振動や音を、回転電機を大型化することなく、また、回転電機の特性を悪化させることなく、低減させることができる回転電機を提供することを目的とするものである。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１に記載の発明は、ヨーク部とティース部を有する固定子鉄心と、前記固定子鉄心のティース部に装着された固定子巻線を備えた固定子と、前記固定子鉄心に形成された空隙部と、前記固定子を支持し、回転軸方向の両端部に負荷側ブラケットおよび反負荷側ブラケットを取付けたフレームと、前記負荷側ブラケットと前記反負荷側ブラケットに、負荷側軸受と反負荷側軸受を介して回転自在に支持された回転軸を備えた回転子とを有して回転電機を構成したものである。

請求項２に記載の発明は、前記空隙部が固定子鉄心のヨーク部に周方向に形成されていることを特徴とするものである。

請求項３に記載の発明は、前記固定子鉄心が、ヨーク部とティース部に分割されていることを特徴とする請求項２に記載の回転電機。

請求項４に記載の発明は、前記空隙部が固定子鉄心のティース部に径方向に形成されていることを特徴とするものである。

請求項５に記載の発明は、前記固定子鉄心３のヨーク部が、ティース部ごとに周方向に分割されていることを特徴とするものである。

請求項６に記載の発明は、前記空隙部の内部に磁性材が装着されていることを特徴とするものである。

請求項７に記載の発明は、前記磁性材が磁性流体であることを特徴とするものである。

請求項８に記載の発明は、前記磁性材が絶縁被覆された鉄粉であることを特徴とするものである。

請求項９に記載の発明は、前記固定子鉄心の回転軸方向の両端部に、前記空隙部を有しない固定子鉄心を積層していることを特徴とするものである。

請求項１から請求項５に記載の発明によれば、固定子鉄心のヨーク部やティース部に空隙部を形成したことにより、固定子の円環振動の固有周波数を低くすることができ、ＰＷＭ制御のキャリア周波数から離れることにより振動や音を低減することができる。

請求項６に記載の発明によれば、固定子の円環振動の固有周波数を低くするために形成した前記空隙部に磁性材を挿入することにより、固定子の磁気抵抗を大きくせず回転電機の特性を悪化させることなく振動や音を低減することが可能となる。

請求項７または請求項８に記載の発明によれば、前記空隙部に挿入する磁性材を磁性流体、または絶縁被覆された鉄粉とすることにより、磁性材が固定子鉄心の剛性として寄与することなく、前記固定子の磁気抵抗の増加を抑えて回転電機の特性悪化を防ぎ、かつ、前記固定子の円環振動の固有周波数が増加することを防いで、振動や音を低減することができる。

請求項９に記載の発明によれば、前記固定子鉄心の回転軸方向の両端部に、前記空隙部を有しない固定子鉄心を積層することにより、磁性材を固定子鉄心の空隙部内に封じ込めることができ、組立性が良好になる。

本発明の第１および第２の実施例を示すサーボモータの側断面図である。 図１における正断面図で、フレームは図示を省略している。 本発明の第３の実施例を示す図２相当図である。

以下、本発明の実施の形態を、図に基づいて説明する。

図１は、本発明の第１の実施例を示すサーボモータの側断面図である。図２は、図１における正断面図で、フレームは図示を省略している。
図１において、サーボモータは、モータ部Ｍと、前記モータ部Ｍの反負荷側に配置された回転検出器部Ｅとを備えている。
モータ部Ｍは、フレーム１、固定子２、固定子鉄心３、固定子巻線５、負荷側ブラケット６、反負荷側ブラケット７、負荷側軸受８、反負荷側軸受９、回転子１０、回転軸１１、永久磁石１２などを備えている。また、回転検出器Ｅは、エンコーダ１３とエンコーダカバー１１などを備えている。

フレーム１は、円形や角形などの筒状をしており、内面に固定子２を嵌合固着している。前記固定子２は、固定子鉄心３と、この固定子鉄心３に装着された固定子巻線５とを備えている。前記固定子鉄心３は、リング状のヨーク部３ａと、前記ヨーク部３ａから径方向に突出する複数本のティース部３ｂを有し、前記固定子巻線５は、前記ティース部３ｂに直接あるいは、ボビン（図示せず）などの絶縁物を介して３相巻線（Ｕ相巻線５ａ、Ｖ相巻線５ｂ、Ｗ相巻線５ｃ）が集中巻きで巻装されている。なお、本実施例においては、前記リング状のヨーク部３ａと、前記ティース部３ｂは分割されており、両者は、接着あるいは嵌合により結合されている。
また、前記ヨーク部には、複数個の空隙部３ｃが、磁束の流れをできるだけ妨げないように、磁束の流れに沿うようにして、周方向に等間隔に形成されている。空隙部３ｃの位置は、各ティース部３ｂ間のほぼ中央である。

前記フレーム１には、回転軸方向の両端部に負荷側ブラケット６および反負荷側ブラケット７を取付けており、これらの負荷側ブラケット６および反負荷側ブラケット７に、負荷側軸受８と反負荷側軸受９を介して、回転子１０の回転軸１１を回転自在に支持している。
前記回転子１０は、内部に、例えば希土類磁石からなる永久磁石１２を埋設している。
また、回転軸１１の反負荷側端部には、エンコーダ１３が配置され、反負荷側ブラケット７には、前記エンコーダ１３を保護するエンコーダカバー１４が取付けられている。

前記固定子鉄心３のティース部３ｂに巻装された３相巻線にはＰＷＭ制御で電流が流されるが、電流は高調波成分を含んでおり、特にキャリア周波数の高調波成分は大きく、キャリア周波数と固定子２の円環振動の固有周波数が近い場合には振動や音が発生する。
しかしながら、本実施例では、ヨーク部３ａには複数の空隙部３ｃが形成されており、これらの空隙部３ｃにより固定鉄心の剛性が低下し、固定子２の円環振動の固有周波数は低下する。したがって、固定子２の円環振動の固有周波数がＰＷＭ制御のキャリア周波数から遠ざかることになり、振動や音の発生を抑えることができる。

前記第１の実施例では、前記空隙部３ｃには何も充填されていないため、固定子鉄心３の磁気抵抗が増加し、回転電機の特性が悪化するおそれがある。これを防ぐために、図１および図２に示すように、前記空隙部３ｃに、磁性流体や絶縁被覆された鉄粉などの磁性材４を充填して磁気抵抗の増加を抑えて特性の悪化を防ぐようにしてもよい。この場合、前記磁性材４は、固定子鉄心３の剛性には寄与しないので、第１の実施例と同様に、円環振動の固有周波数を上げることがなく、振動や音の発生を抑えることができる。
前記磁性材４を空隙部３ｃに充填する場合は、固定子鉄心３の回転軸方向の両端部に、前記空隙部３ｃを有しない固定子鉄心３Ａを積層して、前記磁性材４を空隙部３ｃ内に密封すると、磁性材４が空隙部３ｃから抜け出ることがなく、組立性が良好になる。

図３は、本発明の第３の実施例を示す図２相当図である。
前述の第１および第２の実施例では、固定子鉄心３がヨーク部３ａとティース部３ｂに分割されている鉄心構成の場合に、空隙部３ｃを、ヨーク部３ａに周方向に形成することを示した。
この第３の実施例においては、固定子鉄心３のヨーク部３ａが、ティース部３ｂごとに周方向に分割されている鉄心構成の場合を示し、この場合、空隙部３ｃはティース部３ｂに、磁束の流れをできるだけ妨げないように、磁束の流れに沿うようにして、径方向に形成している。また、前記空隙部３ｃには、磁性材４が充填されている。
このようにすることにより、固定子鉄心３のヨーク部３ａが、ティース部３ｂごとに周方向に分割されている鉄心構成の場合にも空隙部３ｃを形成することができ、第１の実施例と同様に、振動や音の発生を抑えることができる。また、空隙部３ｃに磁性材４を充填することにより、磁気抵抗の増加を抑えて回転電機の特性の悪化を防ぐことができる。

Ｍ モータ部
１ フレーム
２ 固定子
３ 固定鉄心
３ａ ヨーク部
３ｂ ティース部
３ｃ 空隙部
３Ａ 空隙部を有しない固定子鉄心
４ 磁性材
５ 固定子巻線
５ａ Ｕ相巻線
５ｂ Ｖ相巻線
５ｃ Ｗ相巻線
６ 負荷側ブラケット
７ 反負荷側ブラケット
８ 負荷側軸受
９ 反負荷側軸受
１０ 回転子
１１ 回転軸
１２ 永久磁石
Ｅ 回転検出器部
１３ エンコーダ
１４ エンコーダカバー

Claims (9)

1. ヨーク部とティース部を有する固定子鉄心と、前記固定子鉄心のティース部に装着された固定子巻線を備えた固定子と、
   前記固定子鉄心に形成された空隙部と、
   前記固定子を支持し、回転軸方向の両端部に負荷側ブラケットおよび反負荷側ブラケットを取付けたフレームと、
   前記負荷側ブラケットと前記反負荷側ブラケットに、負荷側軸受と反負荷側軸受を介して回転自在に支持された回転軸を備えた回転子と、
   を有することを特徴とする回転電機。
2. 前記空隙部が、固定子鉄心のヨーク部に周方向に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 前記固定子鉄心が、ヨーク部とティース部に分割されていることを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
4. 前記空隙部が、固定子鉄心のティース部に径方向に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
5. 前記固定子鉄心３のヨーク部３ａが、ティース部３ｂごとに周方向に分割されていることを特徴とする請求項４に記載の回転電機。
6. 前記空隙部の内部に磁性材が装着されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
7. 前記磁性材が磁性流体であることを特徴とする請求項６に記載の回転電機。
8. 前記磁性材が絶縁被覆された鉄粉であることを特徴とする請求項６に記載の回転電機。
9. 前記固定子鉄心の回転軸方向の両端部に、前記空隙部を有しない固定子鉄心を積層していることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれかの項に記載の回転電機。

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