(57)【要約】      （修正有）【課題】渦電流損を低減してコギングトルク及びトルクリップルを低減することによって、その出力を安定させる。【解決手段】ステータと、ロータと該ロータ中に内蔵された複数の磁気部品とを備え、それらの磁気部品はそれぞれ回動可能なロータの鉄心内の複数の収容空間４２中に設けられ、それぞれが同一の収容空間４２中に設けられた少なくとも２つの磁石５１，５２を有し、該収容空間４２中にこれらの磁石５１，５２の間に介在して位置する仕切部６０によって、これらの磁石５１，５２同士を離間させる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータと、    
ロータ鉄心及び複数の収容空間を有し、前記ロータ鉄心は前記ステータに対して自身の幾何学中心を回動軸として回動可能で、且つこれらの収容空間は等分に前記ロータ鉄心中にそれぞれ設けられるロータと、    
これらの収容空間中にそれぞれ設けられ、且つ少なくとも２つの磁石を有する複数の磁気部品と、    
これらの磁石の隣接の同士間にそれぞれ介在される複数の仕切部と、    
を備える永久磁石モータ。    
【請求項２】
前記ロータ鉄心はこれらの磁気部品の磁気軸の中央位置上の径方向軸線に対応して、各前記磁気部品の磁気軸との間に第1の夾角で離間する請求項１に記載の永久磁石モータ。    
【請求項３】
これらの収容空間はそれぞれ所定の径方向上の長さを有する孔であって、各前記収容空間の径方向上の長軸との間に前記第1の夾角で離間するように、前記ロータ鉄心はこれらの収容空間の幾何学中心位置上の前記径方向軸線に位置する請求項２に記載の永久磁石モータ。    
【請求項４】
前記第1の夾角は９０度〜８５度の範囲にある請求項２または３に記載の永久磁石モータ。    
【請求項５】
前記磁気部品の複数の磁石同士の形状や寸法サイズは同一でも良いし、異なっても良い請求項１に記載の永久磁石モータ。    
【請求項６】
前記ロータはそれぞれ前記収容空間の側壁上から突き出し、且つこれらの磁石の隣接同士間に介在される複数の突出を有する請求項１に記載の永久磁石モータ。    
【請求項７】
これらの仕切部はそれぞれこれらの磁気部品の隣接の磁気部品と隣接する一端と前記収容空間の側壁との間に介在される請求項１に記載の永久磁石モータ。    
【請求項８】
これらの磁気部品の両端と前記収容空間の側壁との間に位置するこれらの仕切部の形状や寸法サイズは同一でも良いし、異なっても良い請求項７に記載の永久磁石モータ。    
【請求項９】
これらの仕切部はそれぞれ空気、接着剤、エポキシ樹脂、絶縁紙またはプラスチック板である請求項１、７または８に記載の永久磁石モータ。    
【請求項１０】
複数のコイルを更に備え、これらのコイルを前記ステータ鉄心上に分散的にまたは集中的に巻き付けるように、前記ステータがステータ鉄心を有する請求項１に記載の永久磁石モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はモータに関して、特に永久磁石モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
旋盤、フライス盤等の工作機械は、ワークやブレードを安定に回転動作させ、ワークを適切に加工するように、安定な出力を有する主軸モータを動力源として採用する必要がある。
【０００３】
従来の工作機械には、コストと効率間のレードオフのために、非同期誘導モータを工作機械の主軸モータとするのが一般であるが、技術の発展に伴って、同期永久磁石モータを工作機械の主軸モータとして選択するようになっている。
【０００４】
誘導モータに対して、永久磁石モータは主軸モータとしての効率が高く、かつ弱め界磁制御の技術によってその動作範囲(Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｐｏｗｅｒ Ｓｐｅｅｄ Ｒａｎｇｅ, ＣＰＳＲ)を高めるが、永久磁石モータのコギングトルクによるモータの振動および騒音以外、主軸モータの安定な出力にも影響を与え、コギングを抑えるために、従来技術として、ＵＳ８,９８１,６１１Ｂ２に記載の技術のように、内蔵式磁石の両側隙間の形状に差を与え、トルクを相殺して、トルクの抑制効果を果たす。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の主な目的は、渦電流損を低減してコギングトルク及びトルクリップルを低減することによって、その出力を安定させる永久磁石モータを提供する。
【０００６】
この目的を実現するために、本発明は、ステータと、ロータと該ロータ中に内蔵された複数の磁気部品とを備える永久磁石モータを提供し、それらの磁気部品はそれぞれ回動可能なロータの鉄心内の複数の収容空間中に設けられ、それぞれが同一の収容空間中に設けられた少なくとも二つの磁石を有し、１つの仕切部を該収容空間中に位置させこれらの磁石の間に介在させることによって、これらの磁石同士を離間させ、該磁気部品ごとの磁束分布範囲を広げる。
【０００７】
該仕切部はそれぞれ非磁性体であり、空気、プラスチック、紙、エポキシ樹脂或いは接着剤等の非磁性材を挙げて、そのうち、組立加工性の点から、各該磁気部品が有する複数の磁石を、接着剤を有する該仕切部で予め組み立て一体にし、対応する収容空間中へ挿入するのが好ましい。
【０００８】
該永久磁石モータのトルクリップル特性を調整して主軸モータの安定な出力の要求を満たすために、これらの磁気部品の磁気軸と該ロータ鉄心の回動軸の径方向間に第1の夾角で離間し、各該磁気部品の磁気広がり角を増大し、その磁束分布範囲を広げて、モータの隣接極同士間の磁力線が連続して流れ、トルクリップルを低減でき、該第1の夾角の角度は、直角であってもよく、９０度〜８５度の間の何れの角度であってもよい。
【０００９】
また、個別の磁気部品の複数の磁石同士は同じまたは異なる形状または寸法サイズを有するので、産業上の要求される異なるトルク特性に対応できるように、磁力の流れの分布状態を変更でき、さらにこれらの磁気部品のそれぞれ隣接する磁気部品の両端及び該収容空間の側壁間に、それぞれ該仕切部を挟んで設けられる。
【００１０】
なお、これらの磁石同士の間に異極が隣接するようにこれらの収容空間中にそれぞれ設けられ、隣接する磁石の異極間の距離を維持するために、上記の仕切部による間隔で離間する以外に、さらに該ロータに該収容空間の側壁上に凸設し、且つ隣接する磁石の異極間に介在する複数の突出を設けることによって、これらの磁石に対する位置決め効果を果たす。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は本発明の第1の好適な実施例の斜視図である。
【図２】図２は本発明の第1の好適な実施例の図１の２-２切断線に沿う断面図である。
【図３】図３は図２の一部拡大図である。
【図４】図４は本発明の第1の好適な実施例の磁力線図である。
【図５】図５は本発明の第２の好適な実施例の断面図である。
【図６】図６は本発明の第２の好適な実施例の磁力線図である。
【図７】図７は従来技術に対する本発明の第２の好適な実施例のリップル改善率を示すヒストグラムである。
【図８】図８は本発明の第３の好適な実施例の断面図である。
【図９】図９は本発明の第３の好適な実施例の磁力線図である。
【図１０】図１０は本発明の第４の好適な実施例の断面図である。
【図１１】図１１は本発明の第４の好適な実施例の磁力線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
まず、図１〜図３に示すように、本発明の第1の好適実施例で提供した永久磁石モータ(１０)では、主にステータ(２０)と、複数のコイル(３０)と、ロータ(４０)と、複数の磁気部品(５０)と複数の仕切部(６０)とを備える。
【００１３】
該ステータ(２０)はリング状のステータ鉄心(２１)を有し、これらのコイル(３０)が巻き付ける複数のスロット(２２)が放射状に該ステータ鉄心(２１)の内側のリング面上に設置される。これらのコイル(３０)を分散的に巻きつけるように、それぞれ対応のスロット(２２)中に巻き付ける。他の実施例中に、これらのコイルを集中的に巻きつけるように、それぞれ対応するスロット中に巻き付ける。ただし、該ステータ(２０)とこれらのコイル(３０)についての具体的な技術内容は、従来の技術内容であり、かつ本発明の技術的な特徴ではないので、その説明を省略し、その具体的な技術内容は本発明の技術分野に属する当業者が本発明の出願前に知っているものとする。
【００１４】
該ロータ(４０)は複数の円環形の珪素鋼板同士が同軸に順次重ね接続されてなる一定の厚みを有する環形塊状体であるロータ鉄心(４１)を有し、該ロータ鉄心(４１)の軸方向の両端の間に、径方向に延伸して適切な長さで長尺形状になる磁石溝と呼ばれる複数の孔状収容空間(４２)が等分に貫通して、複数の突点状の突出(４３)が対になってそれぞれこれらの収容空間(４２)の長軸の両側の側壁(４２１)上に凸設される。
【００１５】
これらの磁気部品(５０)はそれぞれ長尺状になって、且つこれらの収容空間(４２)中にそれぞれ設置され、これらの磁気部品(５０)の長軸の両端と該収容空間(４２)の長軸の両端の側壁(４２２)とが不等距離で離間し、これらの収容空間(４２)の長軸の両端のこれらの磁気部品(５０)で塞がらない隙間空間(４２３)(４２４)同士の形状や寸法が異なる。そして、該ロータ鉄心(４１)はこれらの磁気部品(５０)の磁気軸(５０１)の中央位置上の径方向軸線(４１１)に対応して、それぞれ対応の磁気軸(５０１)との間に第1の夾角(α)で離間し、且つ本実施例中に、これらの磁気部品(５０)の磁気軸(５０１)はこれらの収容空間(４２)の長軸とは同軸にするので、これらの収容空間(４２)について、該第1の夾角(α)は該収容空間(４２)の長軸(４２５)の軸方向と該ロータ鉄心(４１)の径方向の軸線(４１１)間に存在し、該第1の夾角(α)の具体的な数値は８５度以上、９０度以下の範囲に特定される。
【００１６】
さらに、これらの磁気部品はそれぞれ大きさが異なる２つの条状磁石(５１)(５２)を有し、これらの磁石(５１)(５２)同士は異極が隣接するように対応の収容空間(４２)中に挿入され、制約されて該ロータ鉄心(４１)中に内蔵され、該ロータ(４０)の対になる突出(４３)はこれらの磁石(５１)(５２)の間に介在され、これによってこれらの磁石(５１)(５２)を位置決めて、これらの磁石(５１)(５２)同士を離間させる。
【００１７】
これらの仕切部(６０)は非磁性体の材料、例えば空気、接着剤、エポキシ樹脂、絶縁紙或プラスチック板等の非磁性体のいずれか一つまたはそれらの組み合わせからなり、該収容空間(４２)中のこれらの磁石(５１)(５２)の隣接同士間またはこれらの隙間空間(４２３)(４２４)中に設置される。具体的には、本実施例中に、これらの磁石(５１)(５２)を設置する前に、絶縁紙やプラスチック板等のシート状体(６１)をこれらの磁石(５１)(５２)の隣接同士間に挿入し、これらの磁石(５１)(５２)同士間は離間状態になり、接着剤(６２)でこれらの磁石(５１)(５２)と挿入した絶縁紙やプラスチック板とを結合させ、これらの磁石(５１)(５２)及びその間に介在する仕切部(６０)を予め組み立てから、予め組み立た部材を対応する収容空間(４２)中に設置させ、最後にエポキシ樹脂(６３)をこれらの収容空間(４２)の塞がれない空間中へ充填させ、パッキングを行うとともに、これらの隙間空間(４２３)(４２４)中にこれらの磁気部品(５０)の磁気軸(５０１)の両端に位置する仕切部(６０)を成形する。
【００１８】
上記部材の組合せによって、該永久磁石モータ(１０)は主に以下の主要効果を有する。
【００１９】
第1に、複数の磁石でそれぞれの各該磁気部品(５０)が構成され、体積が小さい磁石の加工が容易で経済的な効果がある以外に、複数の小さい磁石で磁石の渦電流損を低減でき、モータの効率が向上する。
【００２０】
第２に、仕切部(６０)で隣接の磁石(５１)(５２)間を離間させる技術内容によって、仕切部を使用せずに直接隣接する磁石(５１)(５２)という技術内容に対して、磁気広がり角が増大し、大きい磁束分布を得て、主軸モータの産業応用に適合するモータのトルク特性を得る。
【００２１】
第３に、接着剤で予め組み立てる技術内容によって磁石間の結合強度を高め、接着剤で予めに組み立てなくても、これらの収容空間(４２)中に設置された磁石(５１)(５２)は、後工程で注入したエポキシ樹脂のパッキングによる仕切部(６０)でも安定した結合状態になる。
【００２２】
第４に、これらの突出(４３)によって磁石の位置決めおよび磁石間の間隔の維持を実現することができる。
【００２３】
第５に、該第1の夾角(α)の存在によってこれらの磁気部品(５０)の磁気広がり角が大きくなり、上記の第２の効果と相乗して、モータの効率をさらに向上させるとともに、図４に示すように、隣接の磁気部品(５０)間の磁力線の流れが連続的になり、トルクリップルを低減できる。
【００２４】
上記の実施例以外に、本発明の主要な技術的特徴に基づく場合、これらの仕切部の構成について、これらの磁石とこれらの隙間空間の形状や寸法サイズ等を異なるモータ特性要求に応じて変更でき、且つこのように変更しても本発明の磁気広がり角の増大効果を達成できる。
【００２５】
上記の変更として図５〜図１１に示す他の実施例中に記載のものを挙げ、図５、図６の本発明の第２の好適な実施例を示す断面図及び磁力線図に記載の技術内容として、これらの磁気部品(５０ａ)は同一の形状や寸法の複数の磁石(５１ａ)を有して、収容空間(４２ａ)の長軸の両端の隙間空間(４２３ａ)(４２４ａ)の形状や寸法も同一になり、同時に第1の好適な実施例中の突点の位置決め構造を有しない。
【００２６】
ただし、図７に示すように、該第２の好適な実施例の従来のリップル問題に対する改善について、２０ｒｐｍ及びＮ/２で低速リップル値は従来５.９であったのに対して、第２の好適な実施例では４.８になり、６０００ｒｐｍ及びＮでの高速リップル値は従来５.８であったのに対して、第２の好適な実施例では４.４になり、顕著な改善が見られる。
【００２７】
なお、図８、図９に示す本発明の第３の好適な実施例の断面図及びその磁力線図に記載のものについて、隙間空間(４２３ｂ)(４２４ｂ)の形状や寸法が同一であり、同時に第1の好適な実施例中の突点位置決め構造を有しない点は第1の好適な実施例と異なる。
【００２８】
また、図１０、図１１に示す本発明の第４の好適な実施例の断面図及びその磁力線図に記載のものについて、隙間空間(４２３ｃ)(４２４ｃ)の形状や寸法が同一ではない点は第２の好適な実施例と異なる。
【符号の説明】
【００２９】
１０ 永久磁石モータ    
２０ ステータ    
２１ ステータ鉄心    
２２ スロット    
３０ コイル    
４０ ロータ    
４１ ロータ鉄心    
４１１ 径方向軸線    
４２、４２ａ 収容空間    
４２１ 長軸両側の側壁    
４２２ 長軸両端の側壁    
４２３、４２３ａ、４２３ｂ、４２３ｃ、４２４、４２４ａ、４２４ｂ、４２４ｃ 隙間空間    
４２５ 長軸    
４３ 突出    
５０、５０ａ 磁気部品    
５０１ 磁気軸    
５１、５１ａ、５２ 磁石    
６０ 仕切部    
６１ シート状体    
６２ 接着剤    
６３ エポキシ樹脂    
α 第1の夾角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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