JPH10336980A

JPH10336980A - 同期電動機

Info

Publication number: JPH10336980A
Application number: JP14071897A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Nashiki; 政行梨木; Kenji Oshima; 賢治大嶋
Original assignee: Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 1997-05-29
Filing date: 1997-05-29
Publication date: 1998-12-18
Anticipated expiration: 2017-05-29
Also published as: JP3425326B2

Abstract

(57)【要約】ロータ回転位置により磁気抵抗の差があることを利用し
て回転力を発生する同期電動機において、ロータが高速
回転でき、かつ、優れた電動機特性を持つ同期電動機を
得、小型化および低コスト化を実現する。【解決手段】電動機巻線５を有する非回転体であるス
テータ４を内側に、一部を切り欠いた電磁鋼板２を積層
した回転体であるロータ１を外側に配置し、ステータ４
のスロットおよびティースから離れた部分であるロータ
１の外周部で強度補強を行う構造とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＡＣサーボモータ
特にリラクタンスモータとして知られる同期電動機の電
動機構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のリラクタンス力を利用した４極の
同期電動機のロータの例を、断面図にて図９に示す。こ
れは特願平６−９３１９５号に記載した電動機であり、
この電動機は、ロータ軸１６、電磁鋼板２および電磁鋼
板２の一部を切り欠いた部分３で空気もしくは非磁性体
等比透磁率の低い物質から成るロータ１を、電動機巻線
５を有するステータ４の内側に配置する構造となってい
る。１７はステータ４を覆うケースである。

【０００３】電磁鋼板２は、３の切り欠き部を配置する
ことで、磁極と磁極を結ぶ部分、以下磁路と呼ぶ、を形
成している。また、電磁鋼板２は、その外周部で前記の
磁路を、強度確保と加工のしやすさのために接続してい
る。また、図示されていないが、磁極と磁極の中間部に
おいても、強度確保と加工および組立のしやすさのため
に接続することもある。

【０００４】前記ロータ１は、電磁鋼板２の切り欠き部
３に非磁性体等比透磁率の低い物質を挿入配置し、磁気
的な絶縁を高めた構造とすることも好適である。

【０００５】図１０は、前記の構造のロータ１の切り欠
き部３に、非磁性体等比透磁率の低い物質を配置するの
ではなく、永久磁石１８を配置し、磁気的特性を高め、
発生トルクを増加させたロータを、図９同様にステータ
の内側に配置する構造とした、従来の４極の同期電動機
のロータの例である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図９に示すロータ１を
高速回転させた場合、前記ロータ１は、遠心力による電
磁鋼板２の外周にある磁路と磁路の接続部への応力集中
から前記接続部が破断し、破損してしまう。また、ロー
タ１の破損を避けるために、外周接続部の接続幅を増や
したり、磁極の中間部に接続部を備えその接続幅を増や
したりすれば、電動機電流の起磁力による磁束は、前記
外周および磁極の中間部の接続部へ流れ、漏れ磁束とな
り、前記電磁鋼板２の磁路に有効に流れる磁束が減少す
る。その結果、電動機としての特性を低下させ、高速回
転が電磁気的にも困難となる。

【０００７】また、前記ロータ１の電磁鋼板２の切り欠
き部３に非磁性体等比透磁率の低い物質を配置し、磁気
的な絶縁を高めた構造とした場合についても、前記同様
であり、高速回転が機械強度的あるいは電磁気的に困難
となっている。

【０００８】図１０に示した永久磁石１８を配置し、磁
気的特性を高めたロータ１の場合についても、また前記
同様に、高速回転が機械強度的あるいは電磁気的に困難
となっている。

【０００９】したがって、従来技術は、高速回転が機械
強度上困難であり、また、強度補強を施したとしても、
電磁気的に高速回転が困難になるという課題がある。

【００１０】さらに、電動機巻線５を有するステータ４
を冷却し、電動機特性を向上させる場合には、ステータ
４が、ロータ１の外側に配置してあるため、ステータ全
体を冷却するためには広い面積の冷却媒体の流路が必要
となり、電動機としてサイズが大きくなり、また、加工
時間の増大等によりコストも増加してしまうという課題
がある。

【００１１】また、ステータ４の電動機巻線５の巻きや
すさについて考えた時、ロータ１の外側にステータ４が
配置してあるために、スロットは内側を向き、開口部は
スロットの奥側よりも狭くなってしまい、巻線を行うの
に難しい構造となっているという課題もある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】電動機巻線を有する非回
転体であるステータを内側に、一部を切り欠いた電磁鋼
板を積層した回転体であるロータを外側に配置し、ステ
ータのスロットおよびティースから離れた部分であるロ
ータの外周部で強度補強を行う構造とする。

【００１３】また、前記の構造に加え、前記の電磁鋼板
の切り欠き部に中間部材を配置し、強度補強あるいは磁
気的な絶縁を高めた構造、またはその両方が得られる構
造とする。

【００１４】前記の非回転体であるステータを内側に
し、回転体であるロータを外側に配置した構造に加え、
内側に配置したステータの内部に、冷却用の空気あるい
は水あるいは油等を流す流路を配置した構造とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１に本発明の実施形態の例であ
る４極の同期電動機の回転軸に直交する方向の断面図を
示す。

【００１６】２は回転中心線に直交する方向に積層され
た電磁鋼板、６は電磁鋼板２の一部を切り欠いた部分に
配置された中間部材であり、これらで構成されるロータ
１が、電動機巻線５を有するステータ４に対し、接触し
ない程度のギャップを確保してステータ４の外側に配置
してある。また、回転体である前記ロータ１が外部と接
触しないように、前記ロータ１の外周に、図示していな
い非回転体のケースを前記ロータ１と接触しないように
配置する。

【００１７】前記電磁鋼板２の外周部の磁路となる部分
を太くし、前記中間部材６は、例えば、圧縮に強く軽量
な樹脂を充填したものとして、前記電磁鋼板２の隣り合
う磁路と磁路の接続部２ａ、および磁極と磁極の中間の
接続部２ｂは、加工及び組立のしやすさのためだけのわ
ずかな接続幅としている。

【００１８】その結果、前記ロータ１が高速回転して
も、前記電磁鋼板２の各磁路に働く遠心力は前記中間部
材６で支えられ、最終的には前記電磁鋼板２の外周部に
作用するが、前記外周部は太くしてあるので破断するこ
とはない。また、前記接続部の幅がわずかなので、電動
機電流の起磁力による磁束は、漏れ磁束成分が小さく、
前記電磁鋼板２の磁路に有効に流れるので、電動機とし
ての特性を低下させることがなくなり、電磁気的にも高
速回転が可能となる。

【００１９】前記中間部材６の材質は、非磁性体等比透
磁率の低い材質として磁気的な絶縁を高め、ロータ１の
回転方向での磁気抵抗の差を大きくして、発生トルクの
増加が得られる構造とすることも可能である。

【００２０】また、前記中間部材６の材質を永久磁石と
して磁気的な特性を高め、永久磁石に作用する遠心力
は、前記同様に電磁鋼板２の外周部を太くして強度を確
保する構造とすることで、発生トルクの増加が得られ、
かつ、高速回転が可能な構造とすることも可能である。

【００２１】前記中間部材６の固定は、電磁鋼板２の磁
路と磁路の間に単純に挿入しても、圧入しても、また
は、接着剤を利用するなどして固定しても可能である。

【００２２】前記ロータ１が、高速回転時の遠心力に対
して強度的に問題がない場合には、前記電磁鋼板２の外
周部の磁路となる部分を細くしたり、磁極と磁極の中間
の接続部を取り除くことや、前記中間部材６を取り除き
空隙とすることもできる。

【００２３】また、前記電磁鋼板２は、電磁気的に作用
していない前記電磁鋼板２の一部を切り欠いて、イナー
シャ低減のために軽量化することもできる。

【００２４】図２の本発明の実施形態の例は、図１に示
したロータ１の電磁鋼板２の隣り合う磁路と磁路の接続
部２ａ、および磁極と磁極の中間の接続部２ｂを、取り
除いたものである。

【００２５】従来は、電磁鋼板に隣り合う磁路と磁路の
接続部、および磁極と磁極の中間の接続部が必要であっ
たが、遠心力は強度を確保した外周部方向へ働き、個々
の磁路に働く遠心力を中間部材で受けることができるの
で、前記接続部を無くすことが、強度的に可能となる。
前記接続部が無い方が、電磁気的には非常に有利とな
り、電動機特性が向上する。ただし、ロータ各部がバラ
バラになるとロータの組立工程が複雑になるため、組立
上必要な強度が得られる程度の細い接続部を残すことは
有効である。

【００２６】図３に図１、２で示した中間部材６の別の
例を示す。図１、２で示した中間部材６は電磁鋼板２の
切り欠き部の全体を埋める形状であったが、図３に示し
た中間部材６ａ、６ｂおよび６ｃでは、切り欠き部３の
一部のみに配置されている。電磁鋼板２の磁路に作用す
る遠心力が小さい場合や、前記磁路の変形が問題となら
ない場合などにおいては、図３に示した中間部材を切り
欠き部３の一部のみに配置する構造が、ロータの軽量化
および低イナーシャ化が可能となり、有効である。

【００２７】前記電磁鋼板２の磁路は、前記切り欠き部
３に配置する前記中間部材６ａ、６ｂおよび６ｃを固定
するために、その形状に合った凹凸部を備えている。

【００２８】前記中間部材６ａ、６ｂおよび６ｃは、前
記電磁鋼板２の磁路の形状を大きく変えてしまわない限
り、図示した形状以外の形状でも可能である。また、配
置される前記中間部材６ａ、６ｂおよび６ｃの数は、前
記電磁鋼板２の磁路に作用する仕様回転数範囲内での遠
心力の大きさなどにあわせて、設計段階で増減させるこ
とで、過不足のない強度とすることができ、過度の強度
補強による重量の増加やイナーシャの増加を防ぐことが
できる。また、形状については、丸形状が応力の集中も
なく有効である。

【００２９】図４に本発明の実施形態の別の例である４
極の同期電動機の回転軸に直交する方向の断面図を示
す。

【００３０】図４の例は、ロータが高速回転しても破損
しないように、図１で示した電磁鋼板２の外周部の磁路
となる部分を太くするのではなく、前記電磁鋼板２の外
周部に円筒７を備えたものである。この場合、前記円筒
７も前記電磁鋼板２と一体となって回転するのでロータ
１の一部となる。

【００３１】前記電磁鋼板２の外周部の磁路となる部分
は、磁気的に必要最小限な幅とし、高速回転時の強度確
保は、前記円筒７の厚みを調整して行う構造となってい
る。

【００３２】図５に本発明の実施形態の別の例である４
極の同期電動機の回転軸に平行な方向の断面図を示す。

【００３３】図５の例は、図４で示した本発明の実施形
態の一例に、ステータ４の内部に冷却用の空気あるいは
水あるいは油等を流す流路９を備えたものである。ロー
タの構造は、図４で示した本発明の実施形態の例に限定
するものではなく、本発明の実施形態の別の例の場合も
ある。

【００３４】前記流路９を備えた前記ステータ４は、前
記ステータ４に固定したステータ軸１０ａ、１０ｂによ
り、固定部材１２ａ，１２ｂに固定されている。前記ス
テータ軸１０ａ、１０ｂは、軸受１１を備え、電磁鋼板
２、円筒７および前記円筒７に固定された円盤８により
構成されるロータ１を、その軸上で回転可能としてい
る。また、前記ステータ軸１０ａは、電動機巻線５の引
き出し線５ａおよび前記流路９を通す構造となってい
る。前記円筒７は、歯車７ａを備え、前記ロータ１が高
速回転したときの遠心力を受けるための強度補強と、回
転トルクを伝達するための電動機の出力軸としての機能
も果たしている。

【００３５】前記流路９は、前記ステータ４が内側に配
置してあるので、小さい面積でステータ全体を冷却する
ことができ、前記ステータ４の冷却も、電動機中心部に
て集中的に行えるので、電動機として小型で低コストな
ものとなる。

【００３６】また、前記流路９に冷却用の空気あるいは
水あるいは油等を流して行う冷却制御は、図示しないサ
ーモスタット等により温度検出し、必要に応じて温度制
御を行うこともできる。

【００３７】前記電動機巻線５は、前記ステータ４が内
側に配置してあるので、スロットは外側を向き、開口部
はスロットの奥側よりも広くなっているので、ステータ
外周から機械による自動巻きが可能であり、巻き線作業
が低コストできる。

【００３８】図６の例は、図５で示した本発明の実施形
態の一例に、円筒７の一端を電磁鋼板２の外周部での前
記円筒７の外径寸法よりも小さい部分７ｂを、ロータ１
が回転したときの回転トルクを伝達するための部分とし
て備えたものである。１３ａ，１３ｂは、軸受１１の位
置を調節する円筒である。

【００３９】図７の例は、図６で示した本発明の実施形
態の一例に変更を加えたもので、ステータ軸１０ｂを短
くし固定部材での固定を取り除き、円筒７の一端をさら
に延ばし、ロータ１が回転したときの回転トルクを伝達
するための出力軸部分７ｃを備えたものである。

【００４０】図８の例は、図５で示した本発明の実施形
態の一例に変更を加えたもので、図５で示した円盤８と
ステータ軸１０ａ側の軸受１１を取り除き、ロータ１の
支持は、ステータ軸１０ｂ側の軸受１１で行う構造とし
て、さらに、ステータ軸１０ｂを短くし固定部材での固
定を取り除くことで、全体の大きさを小型にしている。
１４、１５はそれぞれ軸受１１の内輪および外輪を押さ
える円盤である。

【００４１】本発明の電動機は、ロータイナーシャが増
えるため、高加減速を必要とするようとする用途におい
ては不利となる面もある。しかし、ロータイナーシャを
含めた負荷イナーシャを問題としないような用途では、
本発明の電動機は、高速回転等において優れた性能を持
った電動機であるといえる。

【００４２】

【発明の効果】本発明の電動機では、遠心力に強いロー
タが得られので、高速回転が可能となり、磁性部の電磁
気的には不要な部分での強度確保が減らせるので、漏れ
磁束が小さくなり、電動機特性が良好となる。

【００４３】また、本発明の電動機では、ロータの非磁
性部での遠心力に対する強度補強が樹脂等で容易にで
き、ステータの冷却も電動機中心部より集中的に行え、
また、ステータの巻き線もステータ外周から直接機械巻
きができるので、小型化および低コスト化が可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の例を示す回転軸に直交す
る方向の断面図である。

【図２】本発明における別のロータの実施形態例を示
す回転軸に直交する方向の断面図である。

【図３】図２に示した中間部材の別の例を示す部分拡
大図である。

【図４】本発明における別のロータの実施形態例を示
す回転軸に直交する方向の断面図である。

【図５】図４に示した本発明の実施形態の例に冷却用
流路を追加した回転軸方向の断面図である。

【図６】図５示した本発明の実施形態の例に一部改造
を加えた部分拡大図である。

【図７】図６示した本発明の実施形態の例に一部改造
を加えた部分拡大図である。

【図８】図５示した本発明の実施形態の例に一部改造
を加えた回転軸方向の断面図である。

【図９】従来の電動機構造の一例を示す回転軸に直交
する方向の断面図である。

【図１０】従来のロータの別の例を示す平面図であ
る。

【符号の説明】

１ロータ、２電磁鋼板、３切り欠き部、４ステ
ータ、６中間部材、７円筒、９冷却流路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ロータの回転方向位置にステータ側から
みた磁気抵抗が異なる複数のロータ磁極が配置された同
期電動機において、電動機巻線を有しロータの内側に配
置されたステータと、隣り合う磁極間に通じているロー
タ内の磁路が複数有り、複数の磁路それぞれが磁気的に
ほぼ絶縁されていて、ステータの外側に配置したロータ
とを備えることを特徴とする同期電動機。
【請求項２】ロータ内の複数の前記磁路は、磁性鋼板
の一部を除去しロータの回転中心線に直交する方向に配
置された磁性鋼板が積層された構造であることを特徴と
する請求項１に記載の同期電動機。
【請求項３】ロータ内の複数の前記磁路の間に、磁気
抵抗の大きい中間部材を備えることを特徴とする請求項
１に記載の同期電動機。
【請求項４】ロータの一部であってその外周部に円筒
を備えることを特徴とする請求項１に記載の同期電動
機。
【請求項５】ロータの内側に配置したステータに、冷
却用の空気あるいは水あるいは油等を流す流路を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の同期電動機。