JP4035791B2 - アウターロータ形ギャップワインデイングモータ - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ダイシングマシンなどの半導体産業分野で用いられる超高速回転の工作機に用いられるアウターロータ形のギャップワインデング方式の主軸モータに関し、特にその内郭ヨークの形状に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のアウターロータ形ギャップワインデングモータの構造を、図４、および図４のＹ−Ｙ’断面図である図５に示す。
図中、３１は外郭ヨーク、３２は界磁永久磁石、３３は内郭ヨーク、３４はモータフレーム、３５はブラケット、３６はベアリング、３７は円筒状電機子巻線である。
この従来のモータでは、外郭ヨーク３１と内郭ヨーク３３は一体化されており、アウターロータ構造として、電機子巻線３５が固定、外郭ヨーク３１と内郭ヨーク３３が回転する構造となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが前記の従来技術では、外郭ヨーク３１内側の界磁磁石３２の内面に対し、内郭ヨーク３３の表面が凹凸の無いフラット面であるため、ギャップ中の磁石磁束が末広がりの分布となり、電機子巻線の有効鎖交磁束を低下させるという問題があった。
すなわち、図４に示すようにギャップ磁束ベクトルΦを、モータ軸方向をΦｘ、径方向をΦｙにベルトル分解としたとき、Φｘは無効分であり、Φｙのみが有効鎖交磁束として働くためである。さらに、図５のようにギャップ磁束ベクトルΦを、モータ周方向をΦｔ、径方向をΦｒにベルトル分解としたとき、Φｔは無効分であり、Φｒのみが有効鎖交磁束として働くためである。
そこで、本発明の目的は、ギャップ磁束ベクトルの無効分を低減し、有効鎖交磁束数を多くして、モータの効率を向上させることにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための第１の手段は、円筒状の界磁である外郭ヨークの内側に、界磁永久磁石を等磁極ピッチごとに固定し、前記界磁永久磁石と同心で、その内側にギャップを介し対峙する内郭ヨークを備え、前記界磁永久磁石と前記内郭ヨークとの間のギャップ間に円筒状交流電機子巻線を配設し、この電機子巻線側を固定子、前記内郭ヨーク側を回転子とした、アウターロータ形ギャップワインデイングモータにおいて、前記内郭ヨークにおける、前記界磁永久磁石の軸方向位置に対向する位置の両側２カ所に、内郭ヨークの径が小径となる溝を形成したものである。
また、第２の手段は、円筒状の界磁である外郭ヨークの内側に、界磁永久磁石を等磁極ピッチごとに固定し、前記界磁永久磁石と同心で、その内側にギャップを介し対峙する内郭ヨークを備え、前記界磁永久磁石と前記内郭ヨークとの間のギャップ間に円筒状交流電機子巻線を配設し、この電機子巻線側を固定子、前記内郭ヨーク側を回転子とした、アウターロータ形ギャップワインデイングモータにおいて、前記内郭ヨークに、前記界磁永久磁石の磁極角以下になるような凹部を、界磁磁極数と同数、等ピッチで形成したものである。
前記第２の手段において、前記内郭ヨークにおける、前記界磁永久磁石の軸方向位置に対向する位置の両側２カ所に、内郭ヨークの径が小径となる溝を形成することができる。
前記の溝の幅は、好適には、前記外郭ヨーク、内郭ヨーク間のギャップ長以上に、また溝深さを前記界磁永久磁石の径方向厚み以下にする。
前記第２の手段において、前記内郭ヨークの外周に、非磁性材料の薄肉円筒リングを嵌合させる。
上記手段において、内郭ヨーク側に形成された溝や凹部が、磁気抵抗を増加させるため、結果的に内郭ヨークと界磁永久磁石との対向面の磁束の直進性がよくなり、巻線の有効鎖交磁束数が多くなる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施例を図１に基づいて説明する。図１は第１実施例の側断面図、図２は図１のＸ−Ｘ’断面図である。
これらの図において、１は外郭ヨーク、２は界磁永久磁石、７は円筒状電機子巻線、３は内郭ヨーク、４はモータフレーム、５ａ，５ｂはブラケット、６ａ，６ｂはベアリングである。
内郭ヨーク３には、界磁永久磁石２の軸方向長さＬｍと同スパンで溝８が２カ所加工されており、その幅Ｗｓは、ギャップ長ｌｇより大きく、深さｌｓは、磁石の径方向厚みｌｍより浅くなっている。幅Ｗｓをギャップ長ｌｇより大きくしたのは、これを小さくすると漏洩磁束が増加し、トルクが低下するからである。また、溝の深さｌｓを磁石の径方向厚みｌｍより浅くしたのは、深くした場合、内郭ヨーク３の強度が低下し、好ましくないからである。
また、外郭ヨーク１と内郭ヨーク３は、回転子として一体化されている。
このように構成することにより、磁石磁束は、図１に示すように、溝８により形成された凸部に集中するような分布となり、磁束ベクトルのΦｘ成分は小さくなり、ほとんどがΦｙ成分となる。
図２は、４極のモータの例を示している。磁石磁束は、磁石２ａ→内郭ヨーク３→磁石２ｂ→外郭ヨーク１→磁石２ａという磁路を構成する。
【０００６】
次に、本発明の第２実施例を図３の断面図に基づいて説明する。側断面図は図１と同じである。
図３において、第１実施例と同じ構成については同一の符号を付して説明を省略する。この第２実施例においては、内郭ヨーク３に、界磁永久磁石２の磁極角θｍ以下になるような凹部９を、界磁磁極数と同数、等ピッチで形成したものである。凹部９を界磁永久磁石２の磁極角θｍ以下にしたのは、それ以上にすると磁束を絞り込む効果が低下するからである。これにより、磁石磁束は、内郭ヨーク３の表面部に凸部集中するような分布となり、磁束ベクトルΦのΦｔ成分（図５参照）は小さくなり、ほとんどがΦｒ成分となる。
この第２実施例において、非磁性リング１０を内郭ヨーク３の表面に嵌合することにより、内郭ヨーク３の外周面が円筒となり、高速回転時の風損（空気抵抗損）が極少に軽減される。
なお、この第２実施例においても、第１実施例と同様の溝８を内郭ヨーク３に設けることができる。
【０００７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、溝や凹部を内郭ヨークにおける界磁永久磁石対向面に形成することにより、有効鎖交磁束数を従来構造に対し、多くできるので、大幅なモータの高効率化ができ、モータ発熱を押さえ、モータの温度上昇による構成部品、たとえばベアリング等の信頼性を高め、寿命を長くするという効果があり、信頼性の高い超高速回転の主軸モータ等を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施例を示す側断面図である。
【図２】 図１のＸ−Ｘ’断面図である。
【図３】 本発明の第２実施例を示す断面図である。
【図４】 従来技術におけるモータ構造を示す側断面図である。
【図５】 図４のＹ−Ｙ’断面図である。
【符号の説明】
１ 外郭ヨーク、２ 界磁永久磁石、３ 内郭ヨーク、４ モータフレーム、５ブラケット、６ ベアリング、７ 円筒状電機子巻線、８ 溝、９ 凹部、１０ 非磁性リング、３１ 外郭ヨーク、３２ 界磁永久磁石、３３ 内郭ヨーク、３４ モータフレーム、３５ ブラケット、３６ ベアリング、３７ 円筒状電機子巻線

Claims (4)

1. 円筒状の界磁である外郭ヨークの内側に、界磁永久磁石を等磁極ピッチごとに固定し、前記界磁永久磁石と同心で、その内側にギャップを介し対峙する内郭ヨークを備え、前記界磁永久磁石と前記内郭ヨークとの間のギャップ間に円筒状交流電機子巻線を配設し、この電機子巻線側を固定子、前記内郭ヨーク側を回転子とした、アウターロータ形ギャップワインデイングモータにおいて、
   前記内郭ヨークに、界磁磁極数と同数、等ピッチで凹部を形成し、
   相隣合う凹部の向かい合うそれぞれの周方向の端部と、前記内郭ヨークの中心とを結ぶ角度が、前記界磁永久磁石の磁極角以下であることを特徴とするアウターロータ形ギャップワインデイングモータ。
2. 前記内郭ヨークにおける、前記界磁永久磁石の軸方向位置に対向する位置の両側２カ所に、内郭ヨークの径が小径となる溝を形成したことを特徴とする請求項１記載のアウターロータ形ギャップワインデイングモータ。
3. 前記溝の幅を、前記外郭ヨーク、内郭ヨーク間のギャップ長以上に、また溝深さを前記界磁永久磁石の径方向厚み以下にしたことを特徴とする請求項２記載のアウターロータ形ギャップワインデイングモータ。
4. 前記内郭ヨークの外周に、非磁性材料の薄肉円筒リングを嵌合させたことを特徴とする請求項１記載のアウターロータ形ギャップワインデイングモータ。

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