JPH07298546A - ２軸同期反転誘導電動機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ２つの回転軸を磁気カップリングで結合する
ことにより高出力の２軸同期反転駆動を行うことのでき
る２軸同期反転誘導電動機を提供する。 【構成】 回転軸を平行に配置した２つの誘導電動機１
ａ，１ｂにおいて、それぞれのロータ、或いは回転軸２
ａ，２ｂに、２ｎ極（ｎは整数）に着磁された永久磁石
４ａ，４ｂを周設し、各々のロータは前記永久磁石が接
触しないよう所定のクリアランスｔを保って配置され、
且つ各々の異磁極面が相対向吸引して磁気カップリング
を構成し同期して反転する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は２軸同期反転駆動モータ
に係り、特に２軸ギアポンプ、ルーツブロア、スクリュ
ー圧縮機等の２軸を同時に反転して回転させることを必
要とする回転機器の駆動モータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、このような２軸を同時に反転させ
ることを必要とする機器の駆動モータは、通常１軸で駆
動し、ギアにより２軸を同期反転駆動する方法が一般的
である。ところが、２軸を同時に同期反転させる駆動モ
ータが特開平４−１７８１４３号公報に提案されてい
る。この方式のモータは、永久磁石を外周に周設した２
つのロータを所定の間隙を保って配置し、かつ各ロータ
の異磁極面が相対向吸引して磁気カップリングを構成
し、前記各ロータの外周に所定の間隙を保って電機子を
配置し、該電機子の空間移動磁界により前記ロータを反
転して回転させるものである。この方式の駆動モータに
よれば、磁気カップリングによりギアを使用することな
しに、直接２軸を同期反転駆動することができる。又、
ギアが必要でないため、２つのロータ間に機械的な接続
部分を有することなく２軸を同期反転駆動することがで
きる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記方式のモータはト
ルク発生に、電機子の空間移動磁界により前記ロータの
永久磁石の磁極を吸引して回転駆動力を発生させている
ため、組立上の問題から出力は数百Ｗ程度に制限されて
しまう。しかしながら数ｋＷの出力を有し且つギアを使
用せずに２軸を同期反転させたいという必要性が、例え
ばルーツブロア、スクリュー圧縮機などから出ている。

【０００４】本発明はかかる従来技術の問題点に鑑みて
なされたものであり、２つの回転軸を磁気カップリング
で結合して、且つ高出力の２軸同期反転駆動を行うこと
のできる２軸同期反転誘導電動機を提供することを目的
とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の２軸同期反転誘
導電動機は、回転軸を平行に配置した２つの誘導電動機
において、それぞれのロータ、或いは回転軸に、２ｎ極
（ｎは整数）に着磁された永久磁石を周設し、各々のロ
ータ又は回転軸に周設された前記永久磁石が接触しない
よう所定のクリアランスを保って配置され、且つ各々の
異磁極面が相対向吸引して磁気カップリングを構成し同
期して反転することを特徴とする。

【０００６】

【作用】２つの誘導電動機の回転軸又はロータを磁気カ
ップリングにて結合することにより、その２軸間にトル
クのアンバランスが生じても、磁気カップリングを介し
てトルクを補い合うことにより、２つの誘導電動機はほ
ぼ同一の滑りにて運転することが可能となる。 即ち、
第１の軸にかかるトルクが第２の軸にかかるトルクより
も大きい時は、第１の軸に接続された誘導電動機の滑り
が大きくなり回転数を下げようとする。この時第２の軸
の誘導電動機は磁気カップリングを介して負荷を受ける
ことになりやはり滑りが大きくなり、結果として第２の
軸は磁気カップリングを介して第１の軸にトルクを供給
することにより双方が同期して回転することになる。ま
た、この磁気カップリングは、それぞれの回転軸又はロ
ータは誘導電動機の主軸であり、それぞれ動力源を有し
ているので、２軸を同期反転させるための吸引力（カッ
プリング力）である補助的なトルク伝達を行える程度の
ものでよい。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の第１乃至第２実施例について
添付図面を参照しながら説明する。

【０００８】図１は、本発明の第１実施例の２軸同期反
転誘導電動機の構造を示す（Ａ）回転軸に沿った縦断面
図、及び（Ｂ）回転軸に直交する横断面図である。２つ
の誘導電動機１ａ，１ｂはそれぞれインナロータタイプ
であり、主軸２ａ，２ｂは例えばそれぞれのかご型のロ
ータに直結されており、ロータの外側に配置されたステ
ータ電機子の形成する空間移動磁界により回転駆動され
る。２つの誘導電動機１ａ，１ｂの主軸２ａ，２ｂには
円板状の永久磁石固定ヨーク３ａ，３ｂがそれぞれ固定
されており、固定ヨーク３ａ，３ｂの外周には２ｎ極
（ｎは整数）に着磁された磁気カップリング用永久磁石
４ａ，４ｂが、それぞれ軸心に対象に等間隔で磁束がラ
ジアル方向に発生するように周設されている。２つの永
久磁石４ａ，４ｂ間には所定の間隙（クリアランス）ｔ
が設けられている。

【０００９】２つの誘導電動機の回転軸２ａ，２ｂがそ
れぞれ反対方向に回転すると、それぞれの固定ヨーク３
ａ，３ｂ外周の永久磁石４ａ，４ｂのそれぞれのＮ極及
びＳ極間には異磁極面が相対向吸引して磁気カップリン
グが構成される。この時の２つのロータ間の異磁極面間
の磁気吸引力の大きさは間隙ｔ² に反比例する。この吸
引力を打ち消すためには、それぞれのロータ又は回転軸
を該吸引力と反対方向に同じ大きさの力で吸引すればよ
い。このため、２つの固定ヨーク３ａ，３ｂの外周の永
久磁石４ａ，４ｂの磁極面の外側の磁気カップリングに
対向する位置にバランサー用磁性体５ａ，５ｂを備えて
いる。バランサー用磁性体５ａ，５ｂは、例えば高透磁
率の鉄心等であり、固定子ヨーク３ａ，３ｂの外周上の
永久磁石４ａ，４ｂに対して吸引力を発生させるもので
あればよい。バランサー用磁性体５ａ，５ｂはそれぞれ
磁気カップリングの吸引力と同じ大きさの吸引力を反対
方向に発生するようにその大きさ及び外周面との間隔が
調整される。

【００１０】図２は誘導電動機の特性を示すものであ
り、横軸のすべりＳと縦軸のトルクＴとの関係を示すト
ルク特性曲線である。磁気カップリングがない状態にお
いて、例えば誘導電動機１ａ，１ｂの負荷トルクＴがそ
れぞれトルク特性曲線上の７ａ，７ｂの点にあるとす
る。ここで２つの電動機１ａ，１ｂの回転軸２ａ，２ｂ
を磁気カップリングで結合することにより、負荷トルク
の大きい電動機１ａはもう一方の電動機１ｂからトルク
の供給を受け２つの電動機１ａ，１ｂは同一の位相で回
転するように作用し、トルク特性曲線上の７ｃの点で動
作することになる。従って磁気カップリングは双方のト
ルクの差分を補償するだけで済むため、その負担は従来
のステータ電機子の空間移動磁界が磁気カップリングさ
せて回転軸を駆動するのに比べて大幅に軽減される。ま
た、２台の誘導電動機は、同一特性の装置を採用するこ
とが好ましい。１台の電源から電力を２台の誘導電動機
１ａ，１ｂに供給することが同期運転のために好まし
く、インバータなどで可変速駆動する場合においても１
台のインバータで運転することが好ましい。

【００１１】図３は、本発明の第２の実施例の２軸同期
反転誘導電動機の構造を示す回転軸に直交する面の断面
図である。。本実施例では、２台のアウタロータ構造の
誘導電動機のロータ９ａ，９ｂの外周に２ｎ極（ｎは整
数）に着磁された永久磁石が、軸心に対称に等間隔で磁
束がラジアル方向に発生するように周設されている。２
つの永久磁石１０ａ，１０ｂ間には所定の間隙（クリア
ランス）ｔが設けられている。

【００１２】２つのロータ９ａ，９ｂはそれぞれ図示し
ない回転軸に接続され、２軸ギアポンプ或いはルーツブ
ロア等の２軸を同期反転させる。アウタロータタイプの
誘導電動機１２ａ，１２ｂの固定子８ａ，８ｂはそれぞ
れ回転空間移動磁界を形成し、例えばかご型の導体棒か
らなる回転子（ロータ）９ａ，９ｂに誘導電流を生ぜし
め、電源の形成する空間移動磁界の回転数に対して、あ
るすべりＳだけ遅い回転数で回転子９ａ，９ｂを回転駆
動する。

【００１３】２つの誘導電動機のロータ９ａ，９ｂがそ
れぞれ反対方向に回転すると、それぞれのロータ外周の
永久磁石１ａ，１ｂのＮ極及びＳ極間には異磁極面が相
対向吸引して磁気カップリングが構成される。この時の
２つのロータ間の永久磁石１０ａ，１０ｂの吸引力を打
ち消す手段は、第１の実施例と同様に永久磁石１０ａ，
１０ｂの外側にバランサー用磁性体１１ａ，１１ｂを備
えることによって実現される。この場合においても動作
原理は第１の実施例において説明した通りである。

【００１４】本発明の２軸同期反転誘導電動機は２つの
誘導電動機のロータ或いは回転軸に永久磁石を周設し、
各々のロータ或いは回転軸は前述の周設した永久磁石が
接触しないよう所定のクリアランスを保って配置し磁気
カップリングを構成したものである。このため、誘導電
動機が滑りＳをもって回転する性質を利用して、２軸間
にトルクのアンバランスが生じても、相互にトルクを補
いながら同期して回転することが可能になる。このよう
なことからそれぞれの誘導電動機は同一の電源で駆動す
ることが好ましく、駆動用電源は１台で済むこととな
る。しかしながら、１台の電源から２台の誘導電動機を
駆動すると、１台当たりの電源容量が小さくなり、急激
なトルク変動に対しては脱調する恐れがある。このた
め、例えばインバータなどでソフトスタートをかけるの
が好ましい。

【００１５】前述の磁気カップリングを構成する永久磁
石はラジアル方向に着磁され、且つ各々が軸対称に配置
され各々の永久磁石間に作用する吸引力と反対方向の吸
引力を作用する一対のバランサー磁性体を永久磁石同士
の対向面とは反対側に永久磁石と所定のクリアランスを
保って固定配置している。このため、誘導電動機の回転
軸は磁気カップリング側とバランサー磁性体側の双方か
ら吸引力を受けバランスした状態となり、各誘導電動機
のステータ側からはスムーズなロータの回転駆動ができ
る。

【００１６】尚、本実施例においては、ロータの外周に
ラジアル方向に着磁された永久磁石を用いているが、磁
気カップリングを構成する永久磁石がアキシャル方向に
着磁され、且つ各々が軸方向に関して所定のクリアラン
スを保って配置されるようにしてもよい。また、磁気カ
ップリングを構成する永久磁石の磁極をホール素子のよ
うな磁気センサを用いて検出して回転軸の速度又は位相
の状態を検出するようにしてもよい。検出された信号か
ら異常時の誘導電動機の停止等の保護装置として使用す
ることもできる。このように本発明の趣旨を逸脱するこ
となく種々の変形実施例が可能である。

【００１７】

【発明の効果】本発明によれば、ギア等を使用せずに２
軸同期反転駆動を２台の誘導電動機を用いてスムーズに
且つ平等の負荷で行うことが可能となる。また、誘導電
動機を用いることにより高出力の用途にも利用すること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例のインナロータタイプの２
軸同期誘導電動機の（Ａ）縦断面図、（Ｂ）横断面図。

【図２】誘導電動機の動作を説明するためのトルク特性
曲線図。

【図３】本発明の第２実施例のアウタロータタイプの２
軸同期誘導電動機の横断面図。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ インナロータタイプの誘導電動機 ２ａ，２ｂ 回転軸 ３ａ，３ｂ 永久磁石固定ヨーク ４ａ，４ｂ 磁気カップリング用永久磁石 ５ａ，５ｂ バランサー用磁性体 ６ 誘導電動機のトルクカーブ ７ａ 磁気カップリング未使用時の第１の誘導電動機
１ａの動作点 ７ｂ 磁気カップリング未使用時の第２の誘導電動機
１ｂの動作点 ７ｃ 磁気カップリング使用時の誘導電動機１ａ．１
ｂの動作点 ８ａ，８ｂ アウタロータタイプの誘導電動機の固定
子 ９ａ，９ｂ アウタロータタイプの誘導電動機の回転
子 １０ａ，１０ｂ 磁気カップリング用永久磁石 １１ａ，１１ｂ バランサー用磁性体 １２ａ，１２ｂ アウタロータタイプの誘導電動機

フロントページの続き (72)発明者 久部 泰史 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸を平行に配置した２つの誘導電動
   機において、それぞれのロータ、或いは回転軸に、２ｎ
   極（ｎは整数）に着磁された永久磁石を周設し、各々の
   ロータ又は回転軸に周設された前記永久磁石が接触しな
   いよう所定のクリアランスを保って配置され、且つ各々
   の異磁極面が相対向吸引して磁気カップリングを構成し
   同期して反転することを特徴とする２軸同期反転誘導電
   動機。
2. 【請求項２】 前記２つの誘導電動機は、インナロータ
   タイプであり、それぞれの回転軸に永久磁石を周設した
   ことを特徴とする請求項１記載の２軸同期反転誘導電動
   機。
3. 【請求項３】 前記２つの誘導電動機は、アウタロータ
   タイプであり、それぞれの主軸或いはロータに永久磁石
   を周設したことを特徴とする請求項１記載の２軸同期反
   転誘導電動機。
4. 【請求項４】 前記２つの誘導電動機は同一電源で駆動
   されることを特徴とする請求項１記載の２軸同期反転誘
   導電動機。
5. 【請求項５】 前記磁気カップリングを構成する永久磁
   石がラジアル方向に着磁され且つ各々が軸対称に配置さ
   れ各々の永久磁石間に作用する吸引力と反対方向の吸引
   力を作用する一対の磁性体を永久磁石同士の対向面とは
   反対側に永久磁石と所定のクリアランスを保って固定配
   置したことを特徴とする請求項１記載の２軸同期反転誘
   導電動機。
6. 【請求項６】 磁気カップリングを構成する永久磁石を
   磁気センサを用いて速度、または位相検出器として利用
   することを特徴とする請求項１記載の２軸同期反転誘導
   電動機。