(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円周方向にＮ、Ｓの極性が交互に位置するように軸方向に着磁され、両面にそれぞれｍ（ｍは整数）個の磁極対を形成した円板状の永久磁石から成るロータと、前記ロータの両面に空隙を介して垂直方向に対向するそれぞれｎ（ｎは整数）個のステータ歯部を有する第１ステータおよび第２ステータと、前記第１ステータと前記第２ステータの間に配設された両ステータを接続するリング状のフレームと、を備えた軸方向空隙形モータにおいて、
前記フレームは、前記第１ステータおよび前記第２ステータの外周に対向して設けた非磁性体からなる第１フレームおよび第２フレームと、前記第１フレームおよび前記第２フレームとの間に挟まれて配設された周方向に移動自在な磁性体からなる中間フレームとより構成され、
前記中間フレームは、円周上に前記ロータの径方向に向かって空隙を介して設けたｎ（ｎは整数）個のフレーム歯部を有しており、
前記フレーム歯部は、個別に前記中間フレーム内を空隙方向に向かって移動自在としたもので構成され、
前記フレーム歯部の位置は、前記第１ステータのステータ歯部および前記第２ステータのステータ歯部に対して前記中間フレームの周方向に１８０／（ｍ×ｎ）度ずつずらして配置されたことを特徴とする軸方向空隙形同期モータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石を備えた軸方向空隙形同期モータに関し、特にコギングトルクを低減するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術では、軸方向空隙形モータは、図３の(a) 、(b) に示すように、円周方向にＮ，Ｓの極性が交互に位置するように軸方向に着磁され、両面にそれぞれｍ（ｍは正数）個の磁極対を形成した円板状の永久磁石から成るロータ３と、ロータ３の両面に空隙を介して対向するそれぞれｎ（ｎは正数）個のステータ歯部１１（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ．．．．）、２１（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ．．．．）を有する第１ステータ１と第２ステータ２と、各ステータ１、２に巻回した電機子コイル５、ロータ３の表面に垂直に配設したシャフト６、第１ステータ１と第２ステータ２の間に配設された両ステータを接続するリング状のフレーム７を備えており、ロータ３を挟み第１ステータ１および第２ステータ２間で発生するコギングトルクを相殺するために、第１ステータ１および第２ステータ２のステータ歯部１１、２１の位置を互いに周方向に１８０／（ｍ×ｎ）度ずらして配置するようにしたものが提案されている（例えば、特開平７ー３３６９６７号公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来技術では、図４に示す第１、第２ステータ間の位置ずれ角度に対するトルクとコギングトルクの関係から、位置ずれ角度が大きくなるにつれコギングトルクは減少し、ある角度にて最小となり、つぎに大きくなっていく。したがって位置ずれをコギングトルクが最小となるよう設定していた。一方トルクは位置ずれが大きくなるにつれ減少していく。そのため、従来技術ではコギングトルクは低減するが、トルクも低減するという問題があった。また、図５に示すロータの回転角度に対する軸方向のギャップ吸引力の関係からわかるように、ロータの回転角度が変化するごとに軸方向のギャップ吸引力が変動するためモータが振動する問題もあった。
そこで、本発明はトルクを低下させることなく、コギングトルクを低減することができる軸方向空隙形モータを提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために、本発明は、円周方向にＮ、Ｓの極性が交互に位置するように軸方向に着磁され、両面にそれぞれｍ（ｍは整数）個の磁極対を形成した円板状の永久磁石から成るロータと、前記ロータの両面に空隙を介して垂直方向に対向するそれぞれｎ（ｎは整数）個のステータ歯部を有する第１ステータおよび第２ステータと、前記第１ステータと前記第２ステータの間に配設された両ステータを接続するリング状のフレームと、を備えた軸方向空隙形モータにおいて、前記フレームは、前記第１ステータおよび前記第２ステータの外周に対向して設けた非磁性体からなる第１フレームおよび第２フレームと、前記第１フレームおよび前記第２フレームとの間に挟まれて配設された周方向に移動自在な磁性体からなる中間フレームとより構成され、前記中間フレームは、円周上に前記ロータの径方向に向かって空隙を介して設けたｎ（ｎは整数）個のフレーム歯部を有しており、前記フレーム歯部は、個別に前記中間フレーム内を空隙方向に向かって移動自在としたもので構成され、前記フレーム歯部の位置は、前記第１ステータのステータ歯部および前記第２ステータのステータ歯部に対して前記中間フレームの周方向に１８０／（ｍ×ｎ）度ずつずらして配置されたものである。
上記手段により、第１フレームおよび第２フレームとの間において、ロータの径方向に向かってフレーム歯部を有する周方向に移動自在な磁性体からなる中間フレームを配設し、各フレーム歯部は、個別に中間フレーム内を空隙方向に向かって移動自在とすることで、第１、第２ステータとロータ間に発生するコギングトルクを、ロータの磁石と中間フレーム間に逆位相のコギングトルクを発生させ相殺するので、トルクを低下させることなくコギングトルクを低減することができる。
【０００５】
【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の（ａ）は、本発明の実施例を示す軸方向空隙形モータの側断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
本発明の軸方向空隙形モータは、６極４スロットの第１ステータと第２ステータとからなるものであって、従来例と同じ構成要素には同一符号を付してその説明を省略し、異なる構成要素には新たな符号を付している。
従来例と異なるのは、第１ステータ１および第２ステータ２の外周に対向して非磁性体からなる第１フレーム１２および第２フレーム２２が設けられ、この第１フレーム１２および第２フレーム２２との間に周方向に移動自在な磁性体からなる中間フレーム４を挟んで配設しており、この中間フレーム４は、円周上にロータ３の径方向に向かって空隙を介してｎ（ｎは整数）個のフレーム歯部４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄを設けてある点である。
また、中間フレーム４内には、フレーム歯部４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄが配設される位置に図示しない雌ねじを設け、一方、フレーム歯部４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄの外周にはそれぞれ図示しない雄ねじを設けて、各フレーム歯部をネジ部により個別に対向するロータの空隙方向に向かって微小に移動自在としたものである。ここで、特にフレーム歯部の移動手段は上記のように限定されるものではない。
さらに、フレーム歯部４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄの位置を中間フレーム４の周方向に１８０／（ｍ×ｎ）度ずつずらして配置したものである。
このような構成において、コギングトルクはロータ１回転あたり、ロータとステータ歯部の吸引力により磁極数（６）とスロット数（４）の最小公倍数である１２周期の山をもつ波形となる。また、ロータ３と中間フレーム４のフレーム歯部４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ間にも同様に磁気吸引力による１２周期の山をもつコギングトルクを発生２する。したがって、第１ステータ１のステータ歯部１１、第２ステータ２のステータ歯部２１とフレーム歯部４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄを両者のコギングトルクが相殺するように配置する。
次に動作について説明する。
図２の（ａ）はステータ歯部とフレーム歯部の位置ずれ角度に対するトルク、コギングトルクの関係を示す図、（ｂ）はステータ歯部とフレーム歯部の位置ずれ角度の関係を示す説明図である。コギングトルクが最小になる配置でもピークトルクは減少しない。なおロータ３の着磁むら、第１、第２ステータ１、２の加工誤差、組立誤差のためにコギングトルク波形が基本波形からずれる場合がある。この場合は中間フレーム４と第１、第２ステータ１、２の周方向配置の微調整、およびフレーム歯部４１a 〜４１d の径方向ギャップ長を個別に調整することによりコギングトルクを低減することができる。
実際に実機を用いてその特性の確認をしたところ、コギングトルクは従来例と同等に低減し（定格トルクの３％以下）、且つ、トルクは１２０％増の結果が得られた。また図５に示すように、軸方向の吸引力は一定となり、モータが振動する問題も解決した。
【０００６】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、ステータとロータ間に発生するコギングトルクを、ロータの磁石と中間フレーム間に逆位相のコギングトルクを発生させ相殺することにより、トルクを低下させることなくコギングトルクを低減できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の実施例を示す軸方向空隙形同期モータの側断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
【図２】（ａ）はステータ歯部とフレーム歯部の位置ずれ角度に対するトルク、コギングトルクの関係を示す図、（ｂ）はステータ歯部とフレーム歯部の位置ずれ角度の関係を示す説明図である。
【図３】（ａ）は従来例を示す軸方向空隙形同期モータの側断面図、（ｂ）は（ａ）のロータとステータの周方向展開図である。
【図４】従来例の第１、第２ステータ間の位置ずれ角度に対するトルク、コギングトルクの関係を示す図である。
【図５】ロータ回転角度に対する軸方向吸引力を示す図である。
【符号の説明】
１：第１ステータ
１１：ステータ歯部
１２：第１フレーム
２：第２ステータ
２１：ステータ歯部
２２：第２フレーム
３：ロータ
４：中間フレーム
４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ：フレーム歯部
５：電機子コイル
６：シャフト
【図１】
0004026199.tif 000002
【図２】
0004026199.tif 000003
【図３】
0004026199.tif 000004
【図４】
0004026199.tif 000005
【図５】
0004026199.tif 000006