JP4909720B2 - 軸方向空隙型電動機 - Google Patents

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、回転軸と、前記回転軸の周方向に所定間隔で延出する複数の腕部と、前記腕部に取り付けられる永久磁石またはコイルの一方とを有する回転子と、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子の腕部との間に設けられるとともに、前記回転子を回転可能に支持し、前記回転子の回転中心線に対して直交する前記ケースの面に対して摺動するベアリング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ベアリングを備えたので、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方向に所定の空隙をもって回転子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、複数個ロータ軸方向に配置して、ケース５内に収納し、軸方向空隙型電動機１を構成する。なお、本実施形態では２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、より複数個でも、あるいは１列の電動機部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。各腕部６の先端部には各腕部６を連結するロータ軸２と同軸の円筒状の第２部材７が固定される。第２部材７には、後述するケース５の中心線に直交する面５ｅと、回転子３の回転中心線方向にて対面する位置にベアリング１３が設置される。このベアリング１３は、第１部材として、回転子３がケース５の面５ｅに対してロータ軸２の中心線に直交する方向に変位可能に、かつ回転子３がケース５に対してロータ軸２の中心線回りに回転（自転）可能に支持する。

図１に示すように、回転子３の各腕部６の先端部には、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、例えば中心線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１２ａ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それぞれ設けられる。固定子４は、ヨーク部８と、ヨーク部８から回転子３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。

各電動機部１ａを収納するケース５は、有底円筒形状を有する本体部５ａと、本体部５ａの開口端を塞ぐとともに、ロータ軸２が貫通する貫通孔５ｄを備えた蓋部５ｂと、本体部５ａ及び蓋部５ｂと平行に設置され、ケース５内を軸方向に２つの空間５ｘ、５ｙに区画する中空円板状の仕切板５ｃとから構成される。本体部５ａの底面と蓋部５ｂと仕切板５ｃはケース５の中心線に直交する方向に形成される面５ｅから構成される。

そして、各空間５ｘ、５ｙ内の面５ｅに固定子４が固定され、各固定子４に対面して回転子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との間の中心線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の貫通孔５ｄ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、この貫通孔５ｄの径とロータ軸２の直径との差によって回転子３のケース５に対するロータ軸２の中心線に直交する方向の相対的な変位量が規定される。

回転子３の腕部６をロータ軸２の中心線方向から挟持するように腕部６の両側には、ベアリング１３が配置される。より具体的にはベアリング１３は、ロータ軸２の中心線方向で、腕部６とケース５の面５ｅと間に配置されるとともに、ロータ軸２の中心線に直交する方向でロータ軸２と永久磁石１２との間に配置される。

このベアリング１３は、回転子３がケース５の面５ｅに沿ってケース５の中心線に直交方向に変位することを可能とし、かつ回転子３がケース５の面５ｅ上でのロータ軸２の中心線回りに回転することを可能とする。なお、ベアリング１３としてはスライドベアリング等が考えられるが、これに限らず、回転子３の固定子４に対する変位と回転子３の自転を可能とする手段であればよい。

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、ケース５を図示しない支持部材に固定し、回転子３が固定されるロータ軸２を不図示の被回転部材に接続した状態で固定子４のコイル１０に通電される。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の中心線に直交する方向に変位を可能とするベアリング１３に支持されている。このため、被回転部材の変位に伴いロータ軸２が変位する場合に、ベアリング１３の作用により回転子３は固定子４の中心線に直交する方向に変位することが許容され、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。

さらに、ベアリング１３は、ロータ軸２の中心線に直交する方向においてロータ軸２と永久磁石１２との間で回転子３を支持しているため、ロータ軸２の中心線から径方向に近い位置にベアリング１３を配置でき、回転子３の回転慣性質量を小さくし、ベアリング１３として高回転に適応したベアリングを用いることができる。

一方、回転子３の永久磁石１２と固定子４のコイル１０とをロータ軸２の中心線から直交方向にベアリング１３より離れた位置に配置できるため、電動機部１ａの出力トルクを向上することができる。

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
５ｃ 仕切板
６ 腕部
７ 第２部材
８ ヨーク
９ ティース部
１０ コイル
１２ 永久磁石
１３ ベアリング

Claims (3)

1. 回転軸と、前記回転軸の周方向に所定間隔で延出する複数の腕部と、前記腕部に取り付けられる永久磁石またはコイルの一方とを有する回転子と、
   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子の腕部との間に設けられるとともに、前記回転子を回転可能に支持し、前記回転子の回転中心線に対して直交する前記ケースの面に対して摺動するベアリングを備えたことを特徴とする軸方向空隙型電動機。
2. 前記ケースは、前記回転子の回転軸が貫通する貫通孔を備え、この貫通孔と前記回転軸の径差により前記回転子の前記直交方向の変位量が規定され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. 前記回転子の中心線に直交して配置され、前記ケース内を区画する仕切板を設け、
   この区画された空間内に前記電動機部を所定個数配置した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。