(57)【要約】【課題】低コストかつ低コギングトルクの永久磁石形モータを提供する。【解決手段】巻線１４を有するステータ１０と、複数の磁極数に着磁されたリング磁石を有するロータ１から構成した永久磁石形モータにおいて、リング磁石を中空円筒形の内周側リング磁石４ａとその外周を覆った中空円筒形の外周側リング磁石５ａの２個で構成し、内周側リング磁石４ａの磁極数をＮ（Ｎは自然数）とした場合、外周側リング磁石５ａの磁極数を３×Ｎにするとともに、外周側リング磁石５ａの外径をＤｍ、内周側リング磁石４ａの外径をＤｃ１、内径をＤｂとした場合、０．５  ＜  Ｄｂ／Ｄｍ  ＜  １        において、０．８８  ＜  Ｄｃ１／Ｄｍ  ＜  １    とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻線を有するステータと、複数の磁極数に着磁されたリング磁石を有するロータから構成した永久磁石形モータにおいて、
前記リング磁石を中空円筒形の内周側リング磁石と、前記内周側リング磁石の外周を覆った中空円筒形の外周側リング磁石の２個で構成し、
前記内周側リング磁石の磁極数をＮ（Ｎは自然数）とした場合、前記外周側リング磁石の磁極数を３×Ｎにするとともに、前記外周側リング磁石の外径をＤｍ、前記内周側リング磁石の外径をＤｃ１、内径をＤｂとした場合、
０．５  ＜  Ｄｂ／Ｄｍ  ＜  １
において、
０．８８  ＜  Ｄｃ１／Ｄｍ  ＜  １
としたことを特徴とする永久磁石形モータ。
【請求項２】
巻線を有するステータと、複数の磁数極に着磁されたリング磁石を有するロータから構成した永久磁石形モータにおいて、
前記リング磁石を中空円筒形の内周側リング磁石と、前記内周側リング磁石の外周を覆った中空円筒形の外周側リング磁石の２個で構成し、
前記外周側リング磁石の磁極数をＮとした場合、前記内周側リング磁石の磁極数を３×Ｎにするとともに、前記外周側リング磁石の外径をＤｍ、前記内周側リング磁石の外径をＤｃ２、内径をＤｂとした場合、
０．５  ＜  Ｄｂ／Ｄｍ  ＜  １
において、
０．８８  ＜  Ｄｂ／Ｄｃ２  ＜  １
としたことを特徴とする永久磁石形モータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば工作機械や半導体製造装置などのＦＡ分野で、特に速度リプルを嫌う駆動軸に用いられるサーボモータおよびダイレクトドライブモータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
速度リプルを嫌う駆動軸には、その発生原因となるコギングトルクが極めて小さい永久磁石形モータが適用される。例えば、このような永久磁石形モータとして、例えば特許文献１に開示されるラジアル異方性リング磁石を用いたものがある。図５は従来技術における永久磁石形モータを示す正断面図である。
図において、１はロータ、２はシャフト、３はロータヨーク、４はラジアル異方性リング磁石、１０はステータ、１１はステータヨーク、１２はティース、１３はスロット、１４は巻線である。
ロータ１は、シャフト２、シャフト２外周を覆うロータヨーク３、ロータヨーク３外周を覆う６極に着磁されたラジアル異方性リング磁石４から構成されている。ここで、ラジアル異方性リング磁石４の外周面は円形、内周面は６角形に製作され、それに合わせロータヨーク３の外周は６角形に加工されている。また、ロータ１は、シャフト２に取り付けられた図示しない軸受によって、ステータ１０に対し回転自在に支持されている。
一方、ステータ１０は、一体となったステータヨーク１１とティース１２、スロット１３に巻回された巻線１４から構成されている。例えば、ステータヨーク１１およびティース１２には交番磁界による鉄損を低減する積層珪素鋼板が使われる。
このような永久磁石形モータは、ロータ１の磁極に応じた電流を巻線１４に流すことによりロータ１とステータ１０間のギャップ部に回転磁界を生じさせ、この回転磁界とロータ１の磁極が作る磁界との吸引、反発作用によってロータ１にトルクを生じさせている。
さらには、ラジアル異方性リング磁石４を内周６角形に製造されている、つまり、磁極の中心で厚く、磁極間に近づくに連れ薄くなっていることにより、永久磁石の起磁力分布が正弦波化されている。つまり、ラジアル異方性リング磁石４とティース１２間とのパーミアンス変化にともなうコギングトルクが小さいことを特長としている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−２１３５２１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが従来技術における永久磁石形モータには、以下のような問題が発生した。
ラジアル異方性リング磁石４の内周６角形に合わせ、ロータヨーク３の外周を６角形に製造しなければならない。ロータヨーク３の外周寸法精度はコギンギトルクおよびロータバランスに影響を及ぼすため、数十μｍの加工精度が要求される。したがって、旋盤だけの加工にとどまらず、フライス加工またはワイヤーカット加工が追加され、工数が増えることによるコスト高が生じた。
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、低コストかつ低コギングトルクの永久磁石形モータを提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、請求項１に記載の第１の発明は、巻線を有するステータと、複数の磁極数に着磁されたリング磁石を有するロータから構成した永久磁石形モータにおいて、前記リング磁石を中空円筒形の内周側リング磁石とその外周を覆った中空円筒形の外周側リング磁石の２個で構成し、前記内周側リング磁石の磁極数をＮ（Ｎは自然数）とした場合、前記外周側リング磁石の磁極数を３×Ｎにするとともに、前記外周側リング磁石の外径をＤｍ、前記内周側リング磁石の外径をＤｃ１、内径をＤｂとした場合、
０．５  ＜  Ｄｂ／Ｄｍ  ＜  １
において、
０．８８  ＜  Ｄｃ１／Ｄｍ  ＜  １
としたものである。
この第１の発明では、内周側リング磁石の内周面は円形となっており、ロータヨークを旋盤加工のみで製造することができる。また、内周側リング磁石の３倍高調波起磁力成分を外周側リング磁石の基本波起磁力成分で相殺することにより、コギングトルクの発生原因となる永久磁石の高調波起磁力成分を無くすことができる。よって、低コストかつ低コギングトルクの永久磁石形モータを提供することができる。
また、請求項２に記載の第２の発明は、巻線を有するステータと、複数の磁極数に着磁されたリング磁石を有するロータから構成した永久磁石形モータにおいて、前記リング磁石を中空円筒形の内周側リング磁石とその外周を覆った中空円筒形の外周側リング磁石の２個で構成し、前記外周側リング磁石の磁極数をＮとした場合、前記内周側リング磁石の磁極数を３×Ｎにするとともに、前記外周側リング磁石の外径をＤｍ、前記内周側リング磁石の外径をＤｃ２、内径をＤｂとした場合、
０．５  ＜  Ｄｂ／Ｄｍ  ＜  １
において、
０．８８  ＜  Ｄｂ／Ｄｃ２  ＜  １
としたものである。
この第２の発明では、第１の発明同様、内周側リング磁石の内周面は円形となっており、ロータヨークを旋盤加工のみで製造することができる。また、外周側リング磁石の３倍高調波起磁力成分を内周側リング磁石の基本波起磁力成分で相殺することにより、コギングトルクの発生原因となる永久磁石の高調波起磁力成分を無くすことができる。よって、第１の発明同様、低コストかつ低コギングトルクの永久磁石形モータを提供することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
図１は本発明の第１の実施例を示す永久磁石形モータの正断面図である。
以下、本発明の構成要素が従来技術と同じものについては同一符号を付してその説明を省略し、異なる点のみ説明する。
図において、３ａは第１の実施例によるロータヨーク、４ａは内周側リング磁石、５ａは外周側リング磁石である。なお、内周側リング磁石４ａと外周側リング磁石５ａは複数極に着磁された中空円筒形のラジアル異方性リング磁石である。
第１の実施例が従来技術と基本的に異なる点は、ロータヨーク３ａの外周に内周側リング磁石４ａを覆い、さらにその外周に外周側リング磁石５ａを覆いロータ１を構成している点である。
ここで、内周側リング磁石４ａの磁極数はＮ＝６、外周側リング磁石５ａの磁極数は３×Ｎ＝１８であり、内周側リング磁石４ａと外周側リング磁石５ａはその磁極の中心が一致するように、ロータヨーク３ａと一体に固着されている。
さらには、外周側リング磁石５ａの外径Ｄｍ、内周側リング磁石４ａの外径Ｄｃ１と内径Ｄｂは、コギングトルクの発生原因となる内周側リング磁石４ａの３倍高調波起磁力成分を、外周側リング磁石の基本波起磁力成分で相殺するように決められている。
ここで、Ｎ＝２、４、６、８極において、内周側リング磁石４ａの３倍高調波起磁力成分を外周側リング磁石５ａで相殺することができる内外径寸法比を図２に示す。同図より、
０．５  ＜  Ｄｂ／Ｄｍ  ＜  １
において、
０．８８  ＜  Ｄｃ１／Ｄｍ  ＜  １
の範囲になるように、Ｄｍ、Ｄｃ１、Ｄｂを決めれば良いことがわかる。
ここで、Ｄｂ／Ｄｍ比は、内周側リング磁石４ａと外周側リング磁石５ａを合わせた磁石厚さを表しており、Ｄｂ／Ｄｍが小さいほど磁石厚が大きいことを意味する。したがって、磁石厚が極端に大きすぎず、現実可能なＤｂ／Ｄｍ比である
０．５  ＜  Ｄｂ／Ｄｍ  ＜  １
を条件とした。
このような構成により、内周側リング磁石４ａの内周面は円形となっており、ロータヨーク３ａを旋盤加工のみで製造することができる。
また、内周側リング磁石４ａの３倍高調波起磁力成分を外周側リング磁石５ａの基本波起磁力成分で相殺することにより、コギングトルクの発生原因となる永久磁石の高調波起磁力成分を無くすことができる。よって、低コストかつ低コギングトルクの永久磁石形モータを提供することができる。
次に第２の実施例について説明する。
図３は、本発明の第２の実施例を示す永久磁石形モータの正断面図である。
以下、本発明の構成要素が従来技術と同じものについては同一符号を付してその説明を省略し、異なる点のみ説明する。
図において、３ｂは第２の実施例によるロータヨーク、４ｂは内周側リング磁石、５ｂは外周側リング磁石である。なお、内周側リング磁石４ｂと外周側リング磁石５ｂは複数極に着磁された中空円筒形のラジアル異方性リング磁石である。
第２の実施例が従来技術と基本的に異なる点は、ロータヨーク３ｂの外周に内周側リング磁石４ｂを覆い、さらにその外周に外周側リング磁石５ｂを覆いロータ１を構成している点である。
ここで、外周側リング磁石５ｂの磁極数はＮ＝６、内周側リング磁石４ｂの磁極数は３×Ｎ＝１８であり、内周側リング磁石４ｂと外周側リング磁石５ｂはその磁極の中心が一致するように、ロータヨーク３ｂと一体に固着されている。
さらには、外周側リング磁石５ｂの外径Ｄｍ、内周側リング磁石４ｂの外径Ｄｃ２と内径Ｄｂは、コギングトルクの発生原因となる外周側リング磁石５ｂの３倍高調波起磁力成分を、内周側リング磁石４ｂの基本波起磁力成分で相殺するように決められている。
ここで、Ｎ＝２、４、６、８極において、外周側リング磁石５ｂの３倍高調波起磁力成分を内周側リング磁石４ｂの基本波起磁力成分で相殺することができる内外径寸法比を図４に示す。同図より、
０．５  ＜  Ｄｂ／Ｄｍ  ＜  １
において、
０．８８  ＜  Ｄｂ／Ｄｃ２  ＜  １
の範囲になるように、Ｄｍ、Ｄｃ２、Ｄｂを決めれば良いことがわかる。
このような構成により、第１の実施例同様、内周側リング磁石４ｂの内周面は円形となっており、ロータヨーク３ｂを旋盤加工のみで製造することができる。同じく第１の実施例同様、外周側リング磁石５ｂの３倍高調波起磁力成分を内周側リング磁石４ｂの基本波起磁力成分で相殺することにより、コギングトルクの発生原因となる永久磁石の高調波起磁力成分を無くすことができる。よって、低コストかつ低コギングトルクの永久磁石形モータを提供することができる。
また、第１および第２の実施例では、内周側リング磁石と外周側リング磁石をラジアル異方性リング磁石として説明したが、極異方性リング磁石としても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【０００７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、請求項１および請求項２に記載の第１の実施例および第２の実施例に示す構成にすることにより、次のような効果がある。（１）  内周側リング磁石の内周面は円形となり、ロータヨークを旋盤加工のみで製造することができる。
（２）  また、内周側リング磁石の３倍高調波起磁力成分を外周側リング磁石の基本波起磁力成分で相殺することにより、コギングトルクの発生原因となる永久磁石の高調波起磁力成分を無くすことができる。
（３）  したがって、低コストかつ低コギングトルクの永久磁石形モータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す永久磁石形モータの正断面図である。
【図２】永久磁石の起磁力分布を正弦波化する、第１の実施例の内周側リング磁石と外周側リング磁石の内外径比を表すグラフである。
【図３】本発明の第２実施例を示す永久磁石形モータの正断面図である。
【図４】永久磁石の起磁力分布を正弦波化する、第２の実施例の内周側リング磁石と外周側リング磁石の内外径比を表すグラフである。
【図５】従来技術における永久磁石形モータを示す正断面図である。
【符号の説明】
１  ロータ
２  シャフト
３、３ａ、３ｂ  ロータヨーク
４  ラジアル異方性リング磁石
４ａ、４ｂ  内周側リング磁石
５ａ、５ｂ  外周側リング磁石
１０  ステータ
１１  ステータヨーク
１２  ティース
１３  スロット
１４  巻線
【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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