JP2011109785A - Axial motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アキシャルモータに関する。 The present invention relates to an axial motor.
従来から、工作機械やポンプ等の駆動源として、モータの回転軸方向においてステータとロータとが対向配置されたアキシャルモータが広く用いられている(例えば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, axial motors in which a stator and a rotor are arranged to face each other in the direction of the motor rotation axis have been widely used as drive sources for machine tools and pumps (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1に記載のアキシャルモータは、コイルが巻回された複数のティース部を有するステータと、ティース部に対向配置された複数の永久磁石を有するロータとを備えている(段落[0016]、図1参照)。このアキシャルモータは、対向配置されたティース部と永久磁石との間に発生する磁束の作用により、ロータがステータに対して回転する構成とされている。
アキシャルモータは、ロータとステータとが回転軸の半径方向に対向配置されるラジアルモータに比べて、薄型化、小型化が容易であるというメリットを有している。
The axial motor described in
An axial motor has the merit that it is easy to reduce the thickness and size as compared with a radial motor in which a rotor and a stator are arranged to face each other in the radial direction of the rotating shaft.
上述のように、特許文献1に記載のアキシャルモータでは、ロータ側に永久磁石が設けられている。この場合、アキシャルモータの長期の使用により、ロータの回転による遠心力によって、永久磁石がロータから剥がれ落ちてしまう場合がある。このように、ロータ側に永久磁石が設けられている形態では、アキシャルモータの耐久性が低いといった問題がある。
As described above, in the axial motor described in
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、耐久性を向上させることができるアキシャルモータを提供することを目的とする。 In view of the circumstances as described above, an object of the present invention is to provide an axial motor capable of improving durability.
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るアキシャルモータは、ロータと、ステータとを具備する。
前記ロータは、回転軸の周方向に沿って第1のピッチで配置された複数のロータ歯を有し、前記回転軸回りに回転可能である。
前記ステータは、複数のステータ歯と、コイルと、永久磁石とを有し、前記回転軸の軸方向で前記ロータと対向配置される。
前記複数のステータ歯は、前記ロータ歯に対向する対向面をそれぞれ含み、前記周方向に沿って前記第1のピッチと異なる第2のピッチで配置される。
前記コイルは、前記各ステータ歯の周囲にそれぞれ巻回されたコイルであって、前記周方向に沿う方向で互いに隣り合う前記コイルに位相の異なる電力が供給される。
前記永久磁石は、前記各ステータ歯の前記対向面上にそれぞれ設けられ、前記周方向に沿って磁極が交互に異なるように配置される。
In order to achieve the above object, an axial motor according to an embodiment of the present invention includes a rotor and a stator.
The rotor has a plurality of rotor teeth arranged at a first pitch along the circumferential direction of the rotating shaft, and is rotatable about the rotating shaft.
The stator includes a plurality of stator teeth, a coil, and a permanent magnet, and is disposed to face the rotor in the axial direction of the rotating shaft.
The plurality of stator teeth each include a facing surface facing the rotor teeth, and are arranged at a second pitch different from the first pitch along the circumferential direction.
The coils are coils wound around the respective stator teeth, and electric power having different phases is supplied to the coils adjacent to each other in the direction along the circumferential direction.
The permanent magnets are provided on the facing surfaces of the stator teeth, and are arranged so that the magnetic poles are alternately different along the circumferential direction.
本発明では、ステータ歯に巻回されたコイルに電力が供給されると、回転軸の周方向に沿って配置されたステータ歯にそれぞれ磁束が発生する。回転軸の周方向に沿う方向で互いに隣り合うコイルには、位相の異なる電力が供給されるので、互いに隣り合うコイルには、時間的に変化する、原則的に異なる強さの磁束が発生する。
コイルにより発生した磁束は、ステータ歯の対向面上にそれぞれ設けられた永久磁石の磁束に作用する。永久磁石は、回転軸の周方向に沿って磁極が交互に異なるように対向面上に配置されているので、コイルに発生した磁束により、回転軸の周方向に沿って、永久磁石の磁束が強められたり、弱められたりする。
これにより、回転軸の周方向に沿って磁束の強弱が発生し、かつ、この磁束の強弱は、時間的に変化することになる。このような、回転軸の周方向に沿った磁束の強弱の時間的な変化により、ステータ歯のピッチ(第1のピッチ)と異なるピッチ(第2のピッチ)で配置されたロータ歯が誘導されるので、ロータが回転軸回りを回転する。
In the present invention, when electric power is supplied to the coils wound around the stator teeth, magnetic fluxes are respectively generated in the stator teeth arranged along the circumferential direction of the rotating shaft. The coils that are adjacent to each other in the direction along the circumferential direction of the rotating shaft are supplied with electric power having different phases, and thus the magnetic fluxes that change in time and have different strengths in principle are generated in the adjacent coils. .
The magnetic flux generated by the coil acts on the magnetic flux of the permanent magnets provided on the opposing surfaces of the stator teeth. Since the permanent magnets are arranged on the opposing surface so that the magnetic poles are alternately different along the circumferential direction of the rotating shaft, the magnetic flux of the permanent magnet is changed along the circumferential direction of the rotating shaft by the magnetic flux generated in the coil. Be strengthened or weakened.
Thereby, the strength of the magnetic flux is generated along the circumferential direction of the rotating shaft, and the strength of the magnetic flux changes with time. Due to the temporal change in the strength of the magnetic flux along the circumferential direction of the rotating shaft, the rotor teeth arranged at a pitch (second pitch) different from the pitch of the stator teeth (first pitch) are induced. Therefore, the rotor rotates around the rotation axis.
このように、本発明では、アキシャルモータのステータ側に永久磁石を配置することで、ロータの回転を実現している。これにより、ロータの回転による遠心力により、永久磁石がロータから剥がれ落ちてしまうこともなくなり、アキシャルモータの耐久性を向上させることができる。 Thus, in the present invention, the rotation of the rotor is realized by arranging the permanent magnet on the stator side of the axial motor. As a result, the permanent magnet does not peel off from the rotor due to the centrifugal force generated by the rotation of the rotor, and the durability of the axial motor can be improved.
以上説明したように、本発明によれば、耐久性を向上させることができるアキシャルモータを提供することができる。 As described above, according to the present invention, an axial motor capable of improving durability can be provided.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
<第1実施形態>
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<First Embodiment>
図1は、本発明の第1実施形態に係るアキシャルモータを示す模式的な側方断面図である。
図1に示すように、アキシャルモータ100は、回転軸3回りに回転可能なロータ1と、回転軸3の軸方向でロータ1と対向配置されたステータ2とを備える。ロータ1は、ロータ1の背面側に固定された取り付け具4を介して回転軸3に固定されており、これにより、回転軸3を中心軸として回転可能とされる。回転軸3は、図示しない軸受によって軸支される。
FIG. 1 is a schematic side cross-sectional view showing an axial motor according to a first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the
本明細書中の説明では、回転軸3の軸の向く方向を軸方向、回転軸3の周囲の方向を周方向、回転軸3の半径方向を径方向として説明する。
In the description of the present specification, the direction in which the axis of the
図2は、アキシャルモータ100をロータ1側から見た斜視図であり、図3は、アキシャルモータ100をステータ2側から見た斜視図である。図2では、図面を見やすいように、ロータ1の一部が破断されて図示されている。同様に、図3では、図面を見やすいように、ステータ2の一部が破断されて図示されている。なお、図2以降では、回転軸3等の部材については、図面を見やすく示すため省略する。
2 is a perspective view of the
図4は、ロータ1をステータ2側から見た平面図であり、図5は、ステータ2をロータ1側から見た平面図である。図6は、ステータ2の一部が分解された様子を示す分解斜視図である。
4 is a plan view of the
これらの図に示すように、ロータ1は、リング状のロータ本体11と、ロータ本体11からステータ2側に突出するように設けられた複数のロータ歯12を有する。
ロータ歯12は、回転軸の周方向に沿って、所定のピッチ(第1のピッチ)で、複数個設けられる。本実施形態では、ロータ歯12は、45度ピッチで、8個設けられている(図4参照)。
As shown in these drawings, the
A plurality of
ロータ歯12は、ロータ1の内周側から外周側にむけて徐々に周方向での幅が広くなるように設けられている。
The
ロータ1は、鉄、ケイ素鋼などの強磁性体によって構成される。ロータ1は、鉄などの強磁性体の薄板が、回転軸3の径方向で積層された積層体構造とされる。
ロータ1が、強磁性体の薄板が径方向で積層された積層構造とされることで、磁束の変化による渦電流の発生を抑制することができる。これにより、エネルギーの損失を低減することができる。
The
Since the
ステータ2は、リング状のステータ本体211と、ステータ本体211からロータ1側に突出するように設けられた複数のステータ歯212(図6参照)とを含むステータコア21を有する。また、ステータ2は、ステータ歯212の外周面にそれぞれ巻回されたコイル22と、ステータ歯212の、ロータ歯12に対向する対向面212a上にそれぞれ設けられた永久磁石23とを有する。
The
ステータ歯212は、回転軸3の周方向に沿って、ロータ歯12のピッチとは異なるピッチ(第2のピッチ)で、複数個設けられる。本実施形態では、ステータ歯212は、60度ピッチで、6個設けられている(図5参照)。
A plurality of
ステータ歯212は、ステータ2の内周側から外周側に向けて徐々に周方向での幅が広くなるように設けられている。
The
ステータコア21は、ロータ1と同様に、鉄、ケイ素鋼などの強磁性体によって構成されており、強磁性体の薄板が、回転軸3の径方向で積層された積層体構造とされる。
ステータコア21が、回転軸3の径方向で積層された積層構造とされることで、磁束の変化による渦電流の発生を抑制することができ、エネルギーの損失を低減することができる。
Like the
Since the
ステータ歯212に巻回されたコイル22には、周方向に沿って順番にU相、V相、W相の3相の交流電力が供給される。すなわち、周方向で互いに隣り合うコイル22には、異なる位相の交流電力が供給される。
The
永久磁石23は、磁極がロータ1側を向くように、かつ、周方向に沿って磁極が交互に異なるように配置される。1つのステータ歯212に対しては、N極がロータ1側を向くN極の永久磁石23NとS極がロータ1側を向くS極の永久磁石23Sと含む、一対の永久磁石23N、23Sが配置される。すなわち、永久磁石23は、1つのステータ歯に対して、それぞれ2つずつ設けられる。
The
一対の永久磁石23N、23Sは、ステータ歯212と同様に、内周側から外周側に向けて周方向での幅が広くなるように形成されている。一対の永久磁石23N、23Sは、ステータ歯212の対向面212aと同等の面積とされており、対向面212aの全面を覆うように設けられる。
The pair of
永久磁石23は、個々に分離されており、この個々に分離された永久磁石23が接着剤などにより、ステータ歯212の対向面212a上に接着される。
The
次に、アキシャルモータの動作について説明する。 Next, the operation of the axial motor will be described.
図7は、交流電力がコイル22に供給されていない場合の、アキシャルモータ100の動作を説明するための図である。図7では、アキシャルモータ100をリニアに展開した様子が示されており、また、交流電力がコイル22に供給されていない場合の磁束の流れが示されている。
FIG. 7 is a diagram for explaining the operation of the
図8は、交流電力がコイル22に供給された場合の、アキシャルモータ100の動作を説明するための図である。図8(A)〜図8(C)には、アキシャルモータ100をリニアに展開した様子が示されており、それぞれ、U相、V相、W相のコイル22に流れる電流が最大である場合の磁束の流れが示されている。
FIG. 8 is a diagram for explaining the operation of the
図9は、U相、V相、W相のコイル22に流れる電流の変化を示す図であり、図8を説明するための補足図である。
FIG. 9 is a diagram showing changes in the current flowing through the U-phase, V-phase, and W-
なお、図7〜図9の説明では、便宜的に、U相、V相、W相の交流電力が供給されるコイルをそれぞれ、U相、V相、W相のコイル22U、22V、22Wと呼ぶ。また、U相、V相、W相のコイルが巻回されたステータ歯をU相、V相、W相のステータ歯212U、212V、212Wと呼ぶ。同様に、U相、V相、W相のステータ歯212U、212V、212Wに設けられた一対の永久磁石をU相、V相、W相の一対の永久磁石23U、23V、23Wと呼ぶ。U相、V相、W相の一対の永久磁石23U、23V、23Wのうち、N極の永久磁石と、S極の永久磁石とを特に区別する場合には、U相N極、U相S極、V相N極、V相S極、W相N極、W相S極の永久磁石23UN、23US、23VN、23VS、23WN、23WSと呼ぶ(図8参照)。
In FIG. 7 to FIG. 9, for convenience, coils supplied with U-phase, V-phase, and W-phase AC power are respectively referred to as U-phase, V-phase, and W-
なお、図8では、ステータ歯を区別するために、便宜的に左から順番に4つずつ、12A〜12Dの符号が付されている。
In FIG. 8, in order to distinguish the stator teeth, for convenience,
図7に示すように、3相のコイル22U、22V、22Wに交流電力が供給されていない状態では、コイルによる磁束は発生せず、3相の一対の永久磁石23U、23V、23Wによる磁束のみが発生する。この場合、3相の一対の永久磁石23U、23V、23Wの磁束がロータ歯12に作用することになるが、ステータ2が発生する磁力を受けたロータ1の力がバランスする位置でロータ1は静止している。本実施形態では、4つのロータ歯12に対して3つのステータ歯212が対応するように、ロータ1に働く力がバランスする。
As shown in FIG. 7, when AC power is not supplied to the three-
次に、3相のコイル22U、22V、22Wに交流電力が供給された場合について説明する。
Next, a case where AC power is supplied to the three-
まず、図8(A)を参照して、U相のコイル22Uに流れる電流が最大である瞬間の、ステータ歯212とロータ歯12との位置関係ついて説明する。
First, the positional relationship between the
この場合、U相のコイル22Uに流れる電流が最大であり、V相、W相のコイル22V、22Wには、U相のコイル22Uに流れる電流の半分の電流が、U相のコイル22Uに流れる電流と逆向きに流れる(図9(A)参照)。これにより、U相のステータ歯212Uに下向きに、V相のステータ歯212Vに上向きに、W相のステータ歯212Wに上向きに、それぞれ磁束が発生する。この場合、U相のステータ歯212Uに生じる磁束が最大となり、V相のステータ歯212V、W相のステータ歯212Wには、U相のステータ歯212Uに発生する磁束の半分の磁束がそれぞれ発生する。
In this case, the current flowing through the
3相のコイル22U、22V、22Wにより3相のステータ歯212U、212V、212Wに発生した磁束は、3相の一対の永久磁石23U、23V、23Wの磁束に作用する。
The magnetic flux generated in the three-
U相に着目すると、U相のコイル22UによりU相のステータ歯212Uにより発生した磁束は、U相N極の永久磁石23UNの磁束を強め、U相S極の永久磁石23USの磁束を弱める。V相に着目すると、V相のコイル22VによりV相のステータ歯212Vにより発生した磁束は、V相N極の永久磁石23VNの磁束を弱め、V相S極の永久磁石23VSの磁束を強める。W相に着目すると、W相のコイル22WによりW相のステータ歯212Wにより発生した磁束は、W相N極の永久磁石23WNの磁束を弱め、W相S極の永久磁石23WSの磁束を強める。
Focusing on the U phase, the magnetic flux generated by the U
これにより、アキシャルモータ100の磁束の流れは、図8(A)に示すような流れとなる。この磁束の流れをU相を起点として説明すると、U相のコイル22UによりU相のステータ歯212Uに発生した磁束は、U相N極の永久磁石23UNの磁束を強め、このU相N極の永久磁石を介してロータ歯12Aへ流れ込む。ロータ1側に流れ込んだ磁束は、分岐し、分岐した一方の磁束は、ロータ歯12Cを介してV相S極の永久磁石23VSへ流れ込む。分岐した他方の磁束は、ロータ歯12Dを介してW相S極の永久磁石23WSへ流れ込む。
Thereby, the flow of the magnetic flux of the
V相のステータ歯212Vに流れ込んだ磁束は、V相のコイル22Vにより強められ、W相のステータ歯212Wに流れ込んだ磁束は、W相のコイル22Wにより強められる。これらの磁束は、合流し、合流した磁束は、U相のステータ歯212Uに流れ込む。そして、U相のステータ歯212Uに流れ込んだ磁束は、U相のコイル22Uにより強められて、U相N極の永久磁石23UNを介して、再びロータ歯12Aへ流れ込む。
The magnetic flux flowing into the V-
U相N極の永久磁石化23UNからロータ歯12Aに流れ込む磁束は、ロータ歯12Aの中心に垂直に流れ込むので、この磁束による力は、ロータ1の回転方向でバランスされている。ロータ歯12CからV相S極の永久磁石23VSに流れ込む磁束による力と、ロータ歯12DからW相S極の永久磁石23WSに流れ込む磁束による力とは、ロータ1の回転方向に逆向きで、かつ同様の大きさであるので、これらの力は相殺される。
Since the magnetic flux flowing into the
すなわち、U相に流れる電流が最大である瞬間においては、ステータ歯212と、ロータ歯12の位置関係は、図8(A)に示す位置関係でバランスされている。
That is, at the moment when the current flowing through the U phase is maximum, the positional relationship between the
この状態から、時間が経過し、U相、V相、W相のコイル22U、22V、22Wに流れる電流が変化することにより、U相、V相、W相のステータ歯212U、212V、212Wに発生する磁束が変化する。これに伴い、磁束が強められる永久磁石23と、磁束が弱められる永久磁石23が変化し、ステータ2側から発生する磁束も変化することになる。この磁束の変化に伴って、ステータ歯212と異なるピッチで配置されたロータ歯12が誘導されて、ロータ1が回転軸3回りを回転される。
From this state, as time elapses and the current flowing through the U-phase, V-phase, and W-
図8(B)を参照して、U相に流れる電流が最大である瞬間から時間が経過し、V相に流れる電流が最大となった場合について説明する。 With reference to FIG. 8B, a case will be described in which time elapses from the moment when the current flowing in the U phase is maximum and the current flowing in the V phase becomes maximum.
この場合、V相のコイル22Vに流れる電流が最大であり、U相、W相のコイル22U、22Wには、V相のコイル22Vに流れる電流の半分の電流が、V相のコイル22Vと逆向きに流れる(図9(B)参照)。これにより、V相のステータ歯212Vに下向きに磁束が発生し、U相のステータ歯212U及びW相のステータ歯212Wに上向きに、V相のステータ歯212Vに発生する磁束の半分の磁束が発生する。
In this case, the current flowing through the V-
これにより、V相N極の永久磁石23VNの磁束、U相S極の永久磁石23USの磁束及びW相S極の永久磁石23WSの磁束が強められ、V相S極の永久磁石23VSの磁束、U相N極の永久磁石23UNの磁束及びW相N極の永久磁石23WNの磁束が弱められる。 As a result, the magnetic flux of the V-phase N-pole permanent magnet 23VN, the magnetic flux of the U-phase S-pole permanent magnet 23US, and the magnetic flux of the W-phase S-pole permanent magnet 23WS are strengthened, and the magnetic flux of the V-phase S-pole permanent magnet 23VS, The magnetic flux of the U-phase N-pole permanent magnet 23UN and the magnetic flux of the W-phase N-pole permanent magnet 23WN are weakened.
図8(B)に示す磁束の流れをV相を起点として説明する。V相のコイル22VによりV相のステータ歯212Vに発生した磁束は、V相N極の永久磁石23VNの磁束を強め、V相N極の永久磁石23VNを介してロータ歯12Bへ流れ込む。ロータ1側に流れ込んだ磁束は、分岐し、分岐した一方の磁束は、ロータ歯12Aを介してU相S極の永久磁石23USへ流れ込む。分岐した他方の磁束は、ロータ歯12Dを介してW相S極の永久磁石23WSへ流れ込む。
The flow of magnetic flux shown in FIG. 8B will be described starting from the V phase. The magnetic flux generated in the V-
U相のステータ歯212Uに流れ込んだ磁束及びW相のステータ歯212Wに流れ込んだ磁束は、U相のコイル22U及びW相のコイル22Wにより強められる。これらの磁束は、合流して、V相のステータ歯212Vに流れ込み、V相のコイル22Vにより強められ、V相N極の永久磁石23VNを介して、再びロータ歯12Bへ流れ込む。
The magnetic flux flowing into the
V相N極の永久磁石化23VNからロータ歯12Bに流れ込む磁束による力は、ロータ1の回転方向でバランスされている。ロータ歯12AからU相S極の永久磁石23USに流れ込む磁束による力と、ロータ歯12DからW相S極の永久磁石23WSに流れ込む磁束による力とは、ロータ1の回転方向に逆向きで、かつ同様の大きさであるので、これらの力は相殺される。つまり、V相に流れる電流が最大である場合、ステータ歯212と、ロータ歯12の位置関係は、図8(B)に示す位置関係でバランスされている。
The force due to the magnetic flux flowing into the
この状態から時間が経過し、U相、V相、W相のコイル22U、22V、22Wに流れる電流が変化することにより、ステータ2側から発生する磁束が変化することによって、ステータ歯12が誘導されてロータ1が回転される。
As time elapses from this state and the current flowing through the U-phase, V-phase, and W-
図8(C)を参照して、V相に流れる電流が最大である瞬間から時間が経過し、W相に流れる電流が最大となった場合について説明する。 With reference to FIG. 8C, a case will be described in which time elapses from the moment when the current flowing in the V phase is maximum and the current flowing in the W phase becomes maximum.
この場合、W相のコイル22Wに流れる電流が最大であり、U相、V相のコイル22U、22Vには、W相のコイル22Wに流れる電流の半分の電流が、W相のコイル22Wと逆向きに流れる(図9(C)参照)。これにより、W相のステータ歯212Wに下向きに磁束が発生し、U相のステータ歯212U及びV相のステータ歯212Vに上向きに、W相のステータ歯212Wに発生する磁束の半分の磁束が発生する。
In this case, the current flowing through the W-
これにより、W相N極の永久磁石23WNの磁束、U相S極の永久磁石23USの磁束及びV相S極の永久磁石23VSの磁束が強められ、W相S極の永久磁石23WSの磁束、U相N極の永久磁石23UNの磁束及びV相N極の永久磁石23VNの磁束が弱められる。 Thereby, the magnetic flux of the W-phase N-pole permanent magnet 23WN, the magnetic flux of the U-phase S-pole permanent magnet 23US and the magnetic flux of the V-phase S-pole permanent magnet 23VS are strengthened, and the magnetic flux of the W-phase S-pole permanent magnet 23WS, The magnetic flux of the U-phase N-pole permanent magnet 23UN and the magnetic flux of the V-phase N-pole permanent magnet 23VN are weakened.
図8(C)に示す磁束の流れをW相を起点として説明する。W相のコイル22WによりW相のステータ歯212Wに発生した磁束は、W相N極の永久磁石23WNの磁束を強め、W相N極の永久磁石23WNを介してロータ歯12Cへ流れ込む。ロータ1側に流れ込んだ磁束は、分岐し、分岐した一方の磁束は、ロータ歯12Aを介してU相S極の永久磁石23USへ流れ込む。分岐した他方の磁束は、ロータ歯12Bを介してV相S極の永久磁石23VSへ流れ込む。
The flow of magnetic flux shown in FIG. 8C will be described starting from the W phase. The magnetic flux generated in the W-
U相のステータ歯212Uに流れ込んだ磁束及びV相のステータ歯212Vに流れ込んだ磁束は、U相のコイル22U及びV相のコイル22Vにより強められる。これらの磁束は、合流して、W相のステータ歯212Wに流れ込む。
The magnetic flux flowing into the
W相N極の永久磁石化23WNからロータ歯12Cに流れ込む磁束による力は、ロータ1の回転方向でバランスされている。ロータ歯12AからU相S極の永久磁石23USに流れ込む磁束による力と、ロータ歯12BからV相S極の永久磁石23VSに流れ込む磁束による力とは、ロータ1の回転方向に逆向きで、かつ同様の大きさであるので、これらの力は相殺される。従って、W相に流れる電流が最大である場合、ステータ歯212と、ロータ歯12の位置関係は、図8(C)に示す位置関係でバランスされている。
The force caused by the magnetic flux flowing from the W-phase N-pole permanent magnetized 23WN into the
この状態から時間が経過し、U相、V相、W相のコイル22U、22V、22Wに流れる電流が変化することにより、ステータ2側から発生する磁束が変化することによって、ステータ歯12が誘導されてロータ1が回転される。
As time elapses from this state and the current flowing through the U-phase, V-phase, and W-
そして、再び、U相に流れる電流が最大となる。このようなサイクルによって、3相のコイル22U、22V、22Wに交流電流が供給されている場合には、ロータ1は、回転軸3回りを回転し続ける。
Again, the current flowing in the U-phase is maximized. When an alternating current is supplied to the three-
以上説明したように、本実施形態では、アキシャルモータ100のステータ2側に永久磁石を配置することで、ロータ1の回転を実現している。これにより、ロータ1の回転による遠心力により、永久磁石23がロータ1から剥がれ落ちてしまうこともなくなり、アキシャルモータ100の耐久性を向上させることができる。
As described above, in this embodiment, the
さらに、本実施形態では、ロータ1及びステータコア21が、回転軸の径方向で積層された積層構造とされているので、磁束の変化による渦電流の発生を抑制することができ、エネルギーの損失を低減することができる。
<第2実施形態>
Furthermore, in this embodiment, since the
Second Embodiment
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
上述の第1実施形態では、コイル22がステータ歯212に直接巻回される場合について説明した。一方、第2実施形態では、コイル22がインシュレータを介してステータ歯212に巻回される点、及びインシュレータが永久磁石23をステータ歯212に固定するように構成されている点で第1実施形態と異なっている。従って、その点を中心に説明する。なお、第2実施形態以降の説明では、上述の第1実施形態と同様の構成及び機能を有する部材については、同一符号を付し、説明を簡略化または省略する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
In the first embodiment described above, the case where the
図10は、本実施形態に係るインシュレータを説明するための図であり、ステータ歯212、永久磁石23、インシュレータの断面図である。図10では、断面をステータの外周側から見た様子が示されている。なお、図10では、コイル22を省略して図示している。
FIG. 10 is a view for explaining the insulator according to the present embodiment, and is a cross-sectional view of the
図10に示すように、第2実施形態では、ステータ本体211とステータ歯212との境界部(ステータ歯212の付け根部分)において、ステータ歯212の外周に沿って嵌合溝213が設けられている。この嵌合溝213は、ステータ歯212の外周の全周に亘って設けられる。また、第2実施形態では、ステータ歯212の対向面212a上に設けられた一対の永久磁石23N、23Sの外周の縁部には、全周に亘って、外側に向けて傾斜するテーパ面23aが設けられている。
As shown in FIG. 10, in the second embodiment, a
インシュレータ24は、ステータ歯212の外周面を覆い、コイル22が巻回される筒状部241と、筒状部241の上部の縁部に設けられ、筒状部241から外側に突出する上部フランジ部242と、筒状部241の下部の縁部に設けられ、筒状部241から外側に突出する下部フランジ部243とを有する。上部フランジ部242と、下部フランジ部243とは、筒状部241の各縁部の全周に亘って設けられる。すなわち、インシュレータ24は、コイルボビンとしての機能も有する。
The
また、インシュレータ24は、筒状部241の上部の縁部に設けられ、筒状部241から内側に突出する第1の爪244と、筒状部241の下部の縁部に設けられ、筒状部241から内側に突出する第2の爪245とを有する。第1の爪244及び第2の爪245は、筒状部241の各縁の全周に亘って設けられる。
The
第1の爪244には、一対の永久磁石23N、23Sのテーパ面23aと同等の角度で傾斜するテーパ面244aが設けられている。この第1の爪244のテーパ面244aが、一対の永久磁石23N、23Sのテーパ面23aと当接することで、第1の爪244が一対の永久磁石23N、23Sを上方から押さえつける。
The
第2の爪245は、ステータコア21に設けられた嵌合溝213に嵌合される。これにより、インシュレータ24がステータ歯212から抜け落ちてしまうことを防止することができ、インシュレータ24をステータ歯212に確実に固定することができる。
インシュレータ24は、樹脂等の絶縁材料で構成されており、ステータ歯212とコイル22とを確実に電気的に絶縁することができる。
The
The
以上説明したように、本実施形態では、第2の爪245により、インシュレータ24がステータ歯212に確実に固定されており、かつ、第1の爪244により、一対の永久磁石23N、23Sを上方から押さえつけることができる。これにより、一対の永久磁石23N、23Sをステータ歯212に確実に固定することができ、アキシャルモータ100の耐久性をさらに向上させることができる。
As described above, in the present embodiment, the
上述の説明では、第1の爪244は、筒状部241の上部の縁の全周に亘って設けられるとして説明した。しかし、これに限られず、第1の爪244は、筒状部241の上部の縁に沿って、間欠的に設けられていてもよい。この場合、一対の永久磁石23N、23Sの外周側に設けられたテーパ面23aも、一対の永久磁石23N、23Sの縁部に沿って、間欠的に設けられていてもよい。
In the above description, the
同様に、第2の爪245も、筒状部241の下部の縁の全周に亘って設けられる場合に限られず、筒状部241の下部の縁に沿って間欠的に設けられていてもよい。この場合、ステータコア21に設けられた嵌合溝213もステータ歯212の外周に沿って間欠的に設けられていてもよい。
Similarly, the
インシュレータ24は、1つの部材により一体的に構成される形態であってもよく、ステータ歯212の外周面に沿う方向で分割された複数の部材が組み合わされて構成される形態であってもよい。インシュレータ24が複数の部材により構成される形態の場合、複数の部材がステータ歯212に嵌め込まれて組み合わされた後、インシュレータ24にコイル22が巻回されると、組み立てが容易になる。
一方、インシュレータ24が1つの部材により構成される形態の場合、インシュレータ24にコイル22が巻回された後、コイル22が巻回されたインシュレータ24がステータ歯212に嵌め込まれるようにすると、組み立てが容易になる。しかし、必ずしもそれに限られず、インシュレータ24がステータ歯212に嵌め込まれてから、コイル22がインシュレータ24に巻回されてもよい。
<第3実施形態>
The
On the other hand, in the case where the
<Third Embodiment>
次に、本発明の第3実施形態について説明する。
第3実施形態では、ロータ歯及びステータ歯の数(ピッチ)が上述の各実施形態と異なっている。また、一枚のリング状部材が着磁されて複数の永久磁石が形成されている点で、上述の各実施形態と異なっている。従って、その点を中心に説明する。
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
In the third embodiment, the numbers of rotor teeth and stator teeth (pitch) are different from those of the above-described embodiments. Further, the present embodiment is different from the above-described embodiments in that a single ring-shaped member is magnetized to form a plurality of permanent magnets. Therefore, this point will be mainly described.
図11は、第3実施形態に係るロータを示す斜視図である。図12は、第3実施形態に係るステータを示す斜視図である。図13は、ステータを示す分解斜視図である。図14は、リング状磁石をロータ側から見た平面図である。 FIG. 11 is a perspective view showing a rotor according to the third embodiment. FIG. 12 is a perspective view showing a stator according to the third embodiment. FIG. 13 is an exploded perspective view showing the stator. FIG. 14 is a plan view of the ring magnet as viewed from the rotor side.
図11に示すように、第3実施形態に係るロータ6は、リング状のロータ本体61と、ロータ本体61からステータ5側に突出する4つのロータ歯62とを有する。ロータ歯62は、回転軸3の周方向沿って90度ピッチで配置される。
As shown in FIG. 11, the
図12〜図14に示すように、第3実施形態に係るステータ5は、リング状のステータ本体511と、ステータ本体511からロータ61側に突出するように設けられた3つのステータ歯512とを含むステータコア51を有する。3つのステータ歯512は、回転軸3の周方向に沿って、120度ピッチで配置される。また、ステータ5は、ステータ歯512に巻回された3つのコイル52と、ステータ歯512の対向面512a上に設けられたリング状磁石53とを有する。
As shown in FIGS. 12 to 14, the
リング状磁石53は、磁極がロータ61側を向くように、かつ、回転軸3の周方向に沿って磁極が交互に異なるように配置された複数の永久磁石531を有する。永久磁石531は、鉄などの強磁性体でなる薄板状のリング状部材が、回転軸3の周方向に沿って、磁極が交互に異なるように着磁されて形成される。
The ring-shaped
N極の永久磁石531N及びS極の永久磁石531Sで構成される一対の永久磁石531N、531Sは、ステータ歯512と同様に、周方向に沿って120度ピッチで3つ設けられる(図14参照)。一対の永久磁石531N、531Sは、内周側から外周側に向けて周方向での幅が広くなるように形成されており、ステータ歯512の対向面512aと同等の面積とされている。3組の一対の永久磁石531N、531Sの間には、3つの未着磁部532が形成される。
A pair of
3組の一対の永久磁石531N、531Sは、それぞれ3つのステータ歯512の対向面512aに接着剤などによって接着される。
The three pairs of
第3実施形態では、リング状磁石53の未着磁部532によって、コイル52を上方から押さえつけることができる。これにより、コイル52がステータ歯512から抜け落ちてしまうことを防止することができるので、アキシャルモータの耐久性を向上させることができる。
In the third embodiment, the
また、本実施形態は、上記第1の実施形態に係るアキシャルモータ100の永久磁石23のように、個々に分離され、個々に永久磁石23がステータコア21に接着されるのとは異なる。本実施形態では1つのリング状磁石53がステータコア51に接着されればよいので、アキシャルモータの製造が容易になる。
Further, the present embodiment is different from the case where the
第3実施形態の説明では、ステータ歯512、コイル52及び一対の永久磁石531N、531Sがそれぞれ3つである場合の形態について説明したが、これらの数については、特に限定されない。
<各種変形例>
In the description of the third embodiment, the case where there are three
<Various modifications>
上述の各実施形態では、アキシャルモータが、一対のロータ1及びステータ2(またはステータ5)で構成される場合について説明した。しかし、これに限られず、アキシャルモータは、2対以上のロータ1及びステータ2(またはステータ5)で構成されていても構わない。
In each of the above-described embodiments, the case where the axial motor includes the pair of
図15及び図16は、アキシャルモータが2対のロータ1及びステータ2で構成される場合の一例を示す側面図である。
FIGS. 15 and 16 are side views showing an example in which the axial motor is composed of two pairs of the
図15に示すように、アキシャルモータ200は、2つのロータ1が背面側で対向配置され、各ロータ1に各ステータ2が対向配置されて構成される。アキシャルモータ200では、各ステータ2によって各ロータ1が吸引される力が、回転軸3の軸方向で相殺されるので、ロータ1をスムーズに回転させることができる。
As shown in FIG. 15, the
図16に示すように、アキシャルモータ300は、2つのステータ2が背面側で対向配置され、各ステータ2に各ロータ1が対向配置されて構成される。
As shown in FIG. 16, the
上述の各実施形態の説明では、ロータ歯12(または、ロータ歯62、以下同様)と、ステータ歯212(または、ステータ歯512、以下同様)との個数の比率が4:3とされる場合について説明した。
In the description of each of the embodiments described above, the ratio of the number of rotor teeth 12 (or
しかし、ロータ歯12と、ステータ歯212との個数の比率は、これに限られない。原則的には、ロータ歯12の数とステータ歯212の数とが異なっていれば(ロータ歯12のピッチとステータ歯212のピッチとが異なっていれば)、ロータ1を適切に回転させることは可能である。
However, the ratio of the number of
ロータ歯12及びステータ歯212の数として少ない数が選択された場合には、ロータ1を高速に回転させることができる点で有利であり、多い数が選択された場合、ロータ1の回転を精密に制御することができる点で有利である。
When a small number is selected as the number of
なお、ロータ歯12及びステータ歯212の数として、少ない数が選択され、高速のアキシャルモータとされる場合には、上記した4:3の比率により、高速に適したアキシャルモータを作成することができる。
When a small number is selected as the number of
上述の各実施形態の説明では、永久磁石23(または、永久磁石531、以下同様)は、ステータ歯212(または、ステータ歯512、以下同様)ごとに、周方向に沿ってN極S極、N極S極、N極S極・・・の順番で配列される場合について説明した(図5、図14等参照)。しかし、これに限られず、永久磁石23は、ステータ歯212ごとに、周方向に沿ってN極S極、S極N極、N極S極、・・の順番で配列されていてもよい。なお、この場合においても、1つのステータ歯212に対しては、永久磁石23は、磁極が周方向で交互に異なるように配置されている。
In the description of each of the above-described embodiments, the permanent magnet 23 (or the
上述の各実施形態の説明では、1つのステータ歯212(または、ステータ歯512、以下同様)に対して、一対の永久磁石23N、23S(または、一対の永久磁石531N、531S、以下同様)が配置されるとして説明した。すなわち、1つのステータ歯212に対して、2つの永久磁石23N、23Sが配置されるとして説明した。
In the description of each embodiment described above, a pair of
しかし、これに限られず、1つのステータ歯212に対して、1つの永久磁石23が配置されていてもよい。あるいは、1つのステータ歯212に対して、3つ以上の永久磁石23が配置されていてもよい。なお、これらの場合にも、永久磁石23は、回転軸の周方向に沿って磁極が交互に異なるように配置される。このような場合にも、ロータ歯12及びステータ歯212の数(ピッチ)を適宜調整することでロータを回転させることは可能である。
However, the present invention is not limited to this, and one
1、6…ロータ
2、5…ステータ
3…回転軸
11、61…ロータ本体
12、12A、12B、12C、12D、62…ロータ歯
21、51…ステータコア
22、22U、22V、22W、52…コイル
23、23N、23S、23UN、23US、23VN、23VS、23WN、23WS、531、531N、531S…永久磁石
24…インシュレータ
53…リング状磁石
100、200、300…アキシャルモータ
211、511…ステータ本体
212、212U、212V、212W、512…ステータ歯
212a、512a…対向面
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記ロータ歯に対向する対向面をそれぞれ含み、前記周方向に沿って前記第1のピッチと異なる第2のピッチで配置された複数のステータ歯と、前記各ステータ歯の周囲にそれぞれ巻回されたコイルであって、前記周方向に沿う方向で互いに隣り合う前記コイルに位相の異なる電力が供給されるコイルと、前記各ステータ歯の前記対向面上にそれぞれ設けられ、前記周方向に沿って磁極が交互に異なるように配置された永久磁石とを有し、前記回転軸の軸方向で前記ロータと対向配置されるステータと
を具備するアキシャルモータ。 A rotor having a plurality of rotor teeth arranged at a first pitch along a circumferential direction of the rotation axis, and rotatable about the rotation axis;
A plurality of stator teeth each including a facing surface facing the rotor teeth and arranged at a second pitch different from the first pitch along the circumferential direction, and wound around each of the stator teeth. A coil that is supplied with electric power having a different phase to the coils adjacent to each other in a direction along the circumferential direction, and is provided on the facing surface of each stator tooth, along the circumferential direction. An axial motor comprising: a permanent magnet arranged so that magnetic poles are alternately different from each other; and a stator arranged opposite to the rotor in the axial direction of the rotating shaft.
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