JPS60219945A - 永久磁石型同期電動機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は永久磁石型同期電動機に関するものである。

〔発明の技術的背景〕

従来の永久磁石型同期電動機の典型的構成金示せば第１
５図および第１６図に示すとおりである。この電動機１
においては、円筒状のフレーム７とその両端開口部を塞
ぐ両軸受ブラケット２お工び５とＫｘつてハウジングを
形成している。７Ｌ／−４７の内面側には固定子鉄心８
が取付けられ、この固定子鉄心８と協働する永久磁石型
回転子４は軸９に固定され、軸受３および６を介して軸
受ブラケット２，５に対し回転自在に支承されている。

回転子４の外周面には固定子８に若干のエアギャップを
介して対向するように局方向に分布して永久磁石ｌＯが
配置されている。固定子鉄心８は交流励磁することによ
って回転磁界を生ずるための固定子巻線１１を備えてい
る。この電動機の出力はハウジング外に突出した出力軸
９を介して取出さｎる。

〔背景技術の問題点〕

周知のごとくこの種の電動機の出力Ｔは電動機の直径ｋ
　０％軸方向長さをＬとすｎば、Ｄ’Ｌ　の値すなわち
体積に従って理論的に決まってしまい、同一体積のもと
で出力Ｔを理論ｆ直よりも犬きくすることはできない。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、与えられた体積に対して、より大きな
出力を取出し得る永久磁石型同期電動様を提供すること
、与えられた出力に対して、より小型に構成できる永久
磁石型同期電動機を提供することにある。

〔発明の概要〕

上記目的全達成するために本発明は、カップ状に形成さ
れた回転子ヨークの円筒部の内周面上および外周面上に
それぞ扛周方向に分布して配置された内側永久磁石およ
び外側永久磁石を南する回転子と、前記内側永久磁石の
内側にそれとエアギャップを介して対向する工うに配置
さｎた内側固定子と、前記外側永久磁石の外側にそれと
エアギャップを介して対向するように配置された外側固
定子と全備え、前記内側固定子と内側永久磁石とが協働
してアウターロータ型の第１の電動機部全構成し、前記
外側固定子と外側永久磁石とが協働して前記回転子ヨー
クを共有するインナーロータ型の第２の電動機部を構成
したことを特徴とするものである。

また、本発明は、内側固定子に放熱用中心空洞を形成す
るとともに、一端側を前記中心空洞に熱的に密接に挿入
し、他端側をその中心空洞の外部に露出させ、その露出
部に放熱フ、ンを設けてなるヒートパイプを備えたこと
全特徴とするものである。

さらに本発明は、回転子ヨークの円筒部自由端にリング
状ヨークを介して周方向に分布して配置さｎた端面側永
久磁石と、この端面側永久磁石に軸方向エアギャップを
介して対向する工うに配置された端面側固定子とをさら
に設け、この端面側固定子と前記端面側永久磁石とが協
働してアキシャルギャップ型の第８の電動機部を構成し
たことを特徴とするものである。

〔発明の実施例〕

第１図および第２図は本発明の一実施例金示すものであ
る。図示の永久磁石型同期電動機２０は中心固定子ヨー
ク３４と、その一端から放射方向に延びるフランジ２９
と、中心固定子ヨーク３４の他端から軸受２１ヲ介して
軸方向に延びる出力軸ムと、この出力１１１１２４から
放射方向に軸受２３を介して延びるフランジ２２と、両
フランジ２２　、２９の周端部相互間に配置された円筒
状のフレーム２６とを備えている。

両フランジ２２　、２９およびフレーム２６は′電動機
２０のハウジングを形成している。出力軸冴には、ハウ
ジング内において両軸受２１　、２３の間で放射方向に
延びる端面部と、この端面部の端縁から軸方向に延びる
円筒部とからなる全体としてカップ状の回転子ヨーク２
５が固定されている。回転子ヨーク２５の円筒部には内
外両局面上にそれ内側永久磁石３工お工び外側永久磁石
２８が配置されてｂる。これらの永久磁石３１　、２８
は周方向に分布して交互に異極になるように配置されｆ
ｃ複数の単位永久磁石から彦っている。

固定子ヨーク３４上には内側永久磁石３１に放射方向の
エアギャップ（ラジアルエアギャップ）を介して対向す
るように内側固定子鉄心３０が設けら扛、またフレーム
２６には外側永久磁石部にラジアルエアギャップを介し
て対向する↓うに外側固定子鉄心２７が設けられている
。各固定子鉄心２７　、３０には交流励磁にニジ回転磁
界を形成するための固定子巻線３２　、３３が設けられ
ている。以上の構成にエリ、内側固定子鉄心３０ヲ含む
内側固定子と内側永久磁石３１を含む内側回転子との間
にアウターロータ型の電動機部が構成され、外側固定子
鉄心２７を含む外側固定子と外側永久磁石部を含む外側
回転子との間にインナーロータ型の電動機部が構成され
ることになる。両型動機部の回転方向および同期速度は
互いに等しくなるように設計される。個々の電動機部の
設計方法は、第１５図に示すような従来型のものと何ら
変わりは無い。

出力軸Ｕからは両型動機部の出力の和に相当する出力を
取出すことができる。このようにして、外形を大して犬
きくすることなく、すなわち電動機２台分の外形に比べ
ればはるかに小さな外形のもとで〜電動機２台分の出力
を取出すことができる。

第８図は、第２図と同様に、内外両側の永久磁石３１　
、２８における単位永久磁石の配置中心軸ａ。

ｂｌ一致させた場合の磁束分布状態を表わしたものであ
る。破線矢印で示す工うに、内側永久磁石３Ｊお工び外
側永久磁石部による磁束は、内側および外側の両型動機
部ごとに、Ｎ極の単位永久磁石から出発してエアギャッ
プ、固定子、エアギャップ、Ｓ極の隣接単位永久磁石、
回転子ヨークと順次通って元へ戻るＬうな閉磁路を通る
。いま仮に永久磁石による回転子ヨーク内の磁束分布が
正弦波をなしているものとして、回転子ヨーク２５に磁
気飽和音生じない工うにするためには第５図に示す工う
に両側の磁束分布φあお工びφ３１に工って飽和しない
比較的厚さ’ｅ２５の厚い回転子ヨーク２５が必要とな
る。ここで回転子ヨーク２５の厚さ”２５を第６図に示
すように半減すると磁束分布φあとφ３、との間に重な
９部分すなわちクロスハツチング部分が生じ、と扛が磁
気飽和を生じさせることになる。

そこで第４図に示すように外側永久磁石あの中心軸と内
側永久磁石３１の中心軸との間に電気角９０’（磁極数
をＰとすれば機械角は８６０°／（２Ｐ）＝−１８０゜
／Ｐに相当する。図示のとと〈Ｐ＝８の例では、機械角
は１８０７８　＝　２２．５°である。）のずれ角を持
たせれば、回転子ヨーク２５中の磁束分布φあおよびφ
３□は第７図に示すように重なり部分すなわち磁気飽和
はは２んど生じない。こｎがら分かる工うに、第４図の
構成によれば、第６図の場合と同じ回転子ヨーク厚さｔ
２５で実質的に磁気飽和を防止することができる。この
ことは換言すれば、磁気飽和を生じさせることなく回転
子ヨーク２５の厚さを第８図の構成の場合に比べて半減
することができることを意味する。回転子ヨーク２５を
薄くすることはまたその重量軽減にもつながり、この電
動機をたとえばサーボアクチュエータとして用いる場合
に高応答性を得るために慣性を小さくする上で大きな意
味金持つことになる。さらに、回転子ヨーク２５を薄く
することができｎば、同一大きさのもとでは、回転子ヨ
ークを薄くした分だけ永久磁石の厚さを厚くすることが
できることを意味し、それによってギャップエネルギー
ヲ高くシ、高出力の電動機を構成することができること
につながる。このことは、同一出力のもとで考えれば、
電動機外形を小さくすることができることを意味する。

第８図および第９図は中心固定子ヨーク４４に放熱手段
を設けた実施例を示すものである。外側固定子はフレー
ムを介して外気に放熱することが答易にできるが、内側
固定子はそうはいかない。そこで、この実施例では中心
固定子ヨーク４４に中心空洞４６を形成し、これを利用
して中心固定子ヨーク必の内周面に密接させて多数の放
熱フィン４５を９設けている。他の部分の構造は第１図
および第２図の実施例のものと変わりカニ無い。すなわ
ち、回転子ヨーク４０．軸受４１、内側固定子鉄心４２
、内側永久磁石４３は、それぞれすでに述べた回転子ヨ
ーク２５、軸受２１、内側固定子鉄心３０、内側永久磁
石３１に準じて構成すｎは↓い。

第８図および第９図の構成によれば、内部１固定子鉄心
４２の発生熱を中心固定子ヨーク２５お工び放熱フィン
４５を介して良好に排出することができるので、理論出
力をフルに発揮させることができる。

第１０図はさらに積極的な放熱手段を講じ１こ実施例を
示すものである。この実施例においては固定子ヨーク本
の中心空洞に、ヨーク内周面に熱的に密接する工うに、
それ自体公知のヒートパイプ５０の一端側全挿入してい
る。このヒートパイプ５０の他端側は固定子ヨーク４４
の中心空洞外に露出され、その露出部に多数の放熱フィ
ン５１が配設さｎている。放熱フィン５１は自然冷却で
も相当の冷却効果（放熱効果）があるが、これをさらに
向上させるためには風冷式とするのが工く、第１０図に
はその実施例も示されている。放熱フィン５１が風路中
に介在される工うに放熱フィン５１を取囲んでフィンカ
バー５ｉヲ配設し、ファン５３に↓り一方の吸気口５４
からの吸気を他方の排気口５５から排出させる過程で放
熱フィン５１からの放熱を促進させる。

第１１図は第１図の実施例に対する変形例を示すもので
ある。この変形例ではハウジングの軸方向長さ、すなわ
ちフレーム２６および固定子ヨーク３４の軸方向長さを
工す長くし、それによって形成される内部空間にアキシ
ャルギャップ型の第３の電動機部を構成したものである
。すなわち回転子ヨーク２５の自由端側を回転子永久磁
石２８　、３１工すもわずかに軸方向に突出させてその
自由端にリング状の第８の回転子ヨーク６１を介して第
３の永久磁石すなわち端面永久磁石６２全周方向に分布
して配設している。この端面側永久磁石６２にアキシャ
ルギャップすなわち軸方向エアギャップを介して対向す
るように固定子巻線６４を有する端面側固定子鉄心６８
がフランジ２９に取付けられている。

第１１図の変形実施例によれば、固定子鉄心２７を含む
外側固定子と永久磁石路を含む外側回転子との間に構成
さ？Ｌるインナーロータ型の第１の電動機部、および固
定子鉄心３０を含む内側固定子と永久磁石３１を含む内
側回転子との間に構成されるアウターロータ型の第２の
電動機部のほかに、さらに固定子鉄心６３を含む端面側
固定子と永久磁石６２を含む端面側回転子との間に構成
されるアキシャルギャップ型の第３の電動機部が共通の
ハウジング内にコンパクトに収納され、それら各電動機
部の出力の和が共通の出力細別から取出される。この構
成によれば単位体積当りの出力をさらに向上させること
ができる。この場合、第８の電動機部の固定子発生熱は
フランジ２９から良好に放出されるので、特別な放熱手
段を講する必要はない。

以上述べたような電動機をサーボアクチュエータとじて
用いるような場合には、電動機つまシはそれによって駆
動される被駆動部の位置や速度を検出することが必要に
なることが多い。そのための検出器を分離独立して構成
したのでは、検出器を含めたアクチュエータ全体が大型
となって好゛ましくない。このような場合に好適な実施
例を第１２〜１４図に示す。

第１２図の実施例は、回転子ヨーク５の円節部外周面上
に検出器回転子７０ヲ取付け、これと協働する検出器固
定子７１ヲフレームあの内周面上に取付けたものである
。固定子７１は励磁巻線と検出巻線金持っており、原理
的にけインナーロータ型の発電機として構成される。

第１３図の実施例は、回転子ヨーク５の円筒部内周面上
に検出器回転子８０を取付け、これと協働する検出器固
定子８１ヲ固定子ヨークあの外周面上に取付けたもので
ある。これはアウターロータ型の発電機の原理に従って
いる。

第１４図の実施例は、検出器回転子９０を回転子ヨーク
δの端面部の、フランジ２２に対向する側に取付け、こ
れと協働する検出器固定子９１ヲフランジｎに取付けた
ものでおり、これはアキシャルギャップ型の発電機の原
理に従ったものである。

いずれの場合（第１２〜１４図）も速度発電機として公
知の構成に従って実現可能である。また、場合によって
は励磁巻線を持っている固定子と検出巻線金持っている
固定子とを分離して有するロータリートランス型の検出
器など、他の型の検出器を用いることもできる。いずれ
にしても、このような構造は電動機自体を小型に構成し
てはじめて実現可能なものである。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、一つの電動機の中に
インナーロータ型の電動機部とアウターロータ型の電動
機部を巧みに組込むことによシ単位体積当シで従来構造
の電ｍ機では不可能であった高出力のものを構成するこ
とができる。さらにヒートパイプを設け、あるいはアキ
シャルギャップ型の第３の電動機部全段けることによシ
、一層高出力の電動＠全提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本発明の一実施例を示す縦断面
図および横断面図、 第３図および第４図は、内側永久磁石と外側永久磁石の
異なる配置構成を示す端面図、第５図、第６図および第
７図は、回転子ヨークにおける種々の場合の磁束分布を
示す説明図、第８回および第９図は、内側固定子の内側
に設けられている固定子ヨークに放熱フィンを配設した
実施例を示す縦断面図および横断面図、第１０図は、ヒ
ートパイプ全役けた実施例を示す縦断面図、 第１１図は、アキシャルギャップ型の第３の電動機部金
膜けた実施例を示す縦断面図、 第１２図、第１３図および第１４図は、位置および速度
を検出するための検出器を組込んだ異なる構成例を示す
縦断面図、 第１５図および第１６図は従来の典型的な永久磁石型同
期電動機の縦断面図および横断面図である。 加、６０・・・永久磁石型同期電動機、２２　、２９・
・・フランジ、Ｕ・・・出力軸、５，４０・・・回転子
ヨーク、２６・・・フレーム、２７・・・外側固定子鉄
心、路・・・外側永久磁石、３０　、３４　、４４・・
・内側固定子ヨーク、４５・・・放熱フィン、５０・・
・ヒートパイプ、６１・・・リング状ヨーク、６２・・
・端面側永久磁石、６３・・・端面側固定子鉄心。 出願人代理人　猪　股　清 第１図 り。 第２図 ８ 第３図 第４図 第８図 第９図 ３ 第１ｏ図 ５０　４４ 第１Ｉ図 ６゜ 第１２図 第１３図 第１４図 第１５図 手続ネ市正書 昭和５９年５月工１日 特許庁長官　若杉和夫　殿 １　事件の表示 昭和５９年　特ｒ［願　第７４４３７８２　発明の名称 永久磁石型同期電動機 ３　補正をする者 事件との関係　特γ［出願人 （６６２）株式会７４　安用電機製作所４　代　理　人 東京都千代ｙ５Ｈ内（ｈ石炉、？、央注２７　補正の対
象　Ｌ−１−１″ 明Ｉｌｌ書の「発明の詳細な説明」の欄。 ８　補正の内容 （１）　明細書中、第１１頁第５行の「半減する」を「
減少させる」と訂正する。 （２）　同、第１１頁第１４行の「エネルギー」を「磁
束密度」と訂正する。 （３）　同、第１５頁第１２〜１３行の「原理的には・
・・構成される。」との記載を次の通りに訂正する。 「回転子７０は、円周上に複数の歯を打抜いた鉄心を積
層して構成されており、全体としてインナーロータ型の
検出器が構成されている。」（４）　同、第１５頁第１
８行の「発Ｎ機の原理に従っている。」を「検出器構造
をなしている。」と訂正する。 （５）　同、第１６頁第３行の「発ｆｆ１ｔｉの・・・
である。 」を［検出器構造をなしている。］と訂正する。 （６）　同、第１６頁第４行の「速度発電機」を「速度
検出器」と訂正する。 以　上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、カップ状に形成された回転子ヨークの円筒部の内周
   面上および外周面上にそｎぞれ周方向に分布して配置さ
   −ｎだ内側永久磁石お工び外側永久磁石を有する回転子
   と、前記内側永久磁石の内側にそれとエアギャップを介
   して対向するように配置された内側固定子と、前記外側
   永久磁石の外側にそ扛とエアギャップを介して対向する
   ↓うに配置された外側固定子とを備え、前記内側固定子
   と内側永久磁石とが協働してアウターロータ型の第１の
   電動機部を構成し、前記外側固定子と外側永久磁石とが
   協働して前記回転子ヨークを共有するインナーロータ型
   の第２の電動機部を構成していることを特徴とする永久
   磁石型同期電動機。 区内側永久磁石と外側永久磁石とが周方向に互いに電気
   角９０°のずれ角をもって配置されていることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の永久磁石型同期電動機
   。 ８、内側固定子の内側に設けられている固定子ヨークに
   放熱用中心空洞を形成し、その固定子ヨークの内側に放
   熱フィンを配設したことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の永久磁石型同期電動機。 ｔカップ状に形成された回転子ヨークの円筒部の内周面
   上および外周面上にそれぞれ周方向に分布して配置され
   た内側永久磁石および外側永久磁石を有する回転子と、
   放熱用中心空洞を有し、前記内側永久磁石の内側にそれ
   とエアギャップを介して対向するように配置された内側
   固定子と、前記外側永久磁石の外側にそれとエアギャッ
   プを介して対向するように配置された外側固定子と、一
   端側を前記内側固定子の中心空洞に熱的に密接に挿入し
   、他端側をその中心空洞の外部に露出させ、その露出部
   に放熱フィンを設けたヒートパイプとを備え、前記内側
   固定子と内側永久磁石とが協働してアウターロータ型の
   第１の電動機部を構成し、前記外側固定子と外側永久磁
   石とが協働して前記回転子ヨークを共有するインナーロ
   ータ型の第２の電動機部を構成していることを特徴とす
   る永久磁石型同期電動機。 ５、カップ状に形成された回転子ヨークの円筒部の内周
   面上お↓び外周面上にそれぞれ周方向に分布して配置さ
   れた内側永久磁石および外側永久磁石を有するとともに
   、前記回転子ヨークの円筒部自由端にリング状ヨークを
   介し周方向に分布して配置された端面側永久磁石ヲ有す
   る回転子と、前記内側永久磁石の内側にそれとエアギャ
   ップを介して対向するように配置された内側固定子と、
   前記外側永久磁石の外側にそれとエアギャップを介して
   対向するように配置された外側固定子と、前記端面永久
   磁石に軸方向エアギャップを介して対向するように配置
   された端面側固定子と全備え、前記内側固定子と内側永
   久磁石とが協働してアウターロータ型の第１の電動機部
   を構成し、前記外側固定子と外側永久磁石とが協働して
   前記回転子ヨークを共有するインナーロータ型の第２の
   電動機部を構成し、前記端面側固定子と端面側永久磁石
   とが協働してアキシャルギャップ型の第８の電動機部を
   構成していることを特徴とする永久磁石型同期電動機。