(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石を周設した２つのロータを所定の間隙を保って並列軸支し、前記各ロータの外周に所定の空隙を保って電機子を配置し、且つロータ同士が相対向して形成された電機子の無配置部において各ロータの異磁極面を相対向させて磁気カップリングを構成すると共に前記電機子の空間移動磁界により各ロータを相反転して回転させる２軸同期反転駆動モータにおいて、
２軸の中心線を結ぶ線と直交する対称線に対して、左右の各ロータを駆動する電機子の配置は対称であり、かつ、前記対称線に対して対称な位置にある電機子巻線は同相で且つ異磁極となるように電機子鉄芯に突極集中巻きされ、該電機子鉄芯は固定子ヨークの内周に配置されて一つのモータを形成したことを特徴とする２軸同期反転駆動モータ。
【請求項２】
２つのロータ外周の間隙距離δ０はロータ外周と電機子内周との空隙距離δ１に対し、その１乃至３倍の距離を有することを特徴とする請求項１記載の２軸同期反転駆動モータ。
【請求項３】
前記電機子の内周面は非磁性の絶縁材で一体にモールドされ、前記各ロータ外周と前記モールド材の間の空隙距離δ２は、２つのロータ外周の間隙距離δ０に対してδ０＞２δ２の関係にあり、２つのロータがモールド材を挟んで対向したことを特徴とする請求項１記載の２軸同期反転駆動モータ。
【請求項４】
ロータ同士が相対向して形成された電機子の無配置部において、各ロータの軸方向に貫通孔を設け流体の通路としたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の２軸同期反転駆動モータ。
【請求項５】
前記２つのロータを駆動する前記電機子巻線は、１つの駆動装置に接続されていることを特徴とする請求項１記載の２軸同期反転駆動モータ。
【請求項６】
前記電機子巻線に供給される電流は３相であり、そのうちの２相の電流を前記電機子巻線に順次通電することを特徴とする請求項１記載の２軸同期反転駆動モータ。
【請求項７】
前記２つのロータの永久磁石の極対数はそれぞれ３であり、前記２つのロータの周囲にそれぞれ配置される前記電機子は６つであることを特徴とする請求項１記載の２軸同期反転駆動モータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は２軸同期反転駆動モータに係り、特に２軸ギアポンプ、ルーツブロア、スクリュー圧縮機等の２軸を同時に反転して回転させることを必要とする回転機器の駆動モータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このような２軸を同時に反転させることを必要とする機器の駆動モータは、通常１軸で駆動し、ギアにより２軸を同期反転駆動する方法が一般的である。
しかしながら、２軸を同時に同期反転させる駆動モータが特開平４−１７８１４３号公報に提案されている。この方式のモータは、永久磁石を外周に周設した２つのロータを外周面が互いに接触又は近接対向するように配置され、且つ各ロータの異磁極面が相対向吸引して磁気カップリングを構成し、前記各ロータの外周に所定の間隙を保って電機子を配置し、該電機子の空間移動磁界により前記ロータを反転して回転させるものである。この方式の駆動モータによれば、ギアを使用することなしに、直接２軸を同期反転駆動することができる。又、ギヤが必要でないため、２つのロータ間に機械的な接続部分を有することなく２軸を同期反転駆動することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記方式のモータによれば、電機子には通電電流に基づいた磁気力を生じる回転空間移動磁界が形成され、またロータ相互間に磁気カップリング力が作用するが、このロータに作用する回転駆動磁界の強さは巻線の不均一性及びロータに周設した永久磁石の着磁の不均一性等により必ずしも一定とはならず、前記２つのロータ間に作用する均一な回転力を生じさせることが困難である。このため、２つのロータを非接触に配置した場合、各ロータ及びロータを支持する軸受にはそれぞれラジアル方向にアンバランスな荷重が加わる。従って、上記公報に開示されたモータでは、必ずしも均一ではない荷重力が加わるため、安定に高速回転で２軸を同期反転させることは容易ではなかった。
【０００４】
本発明は係る従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、２つのロータを所定の間隙を設けて安定に同期反転させることのできる２軸同期反転駆動モータを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の２軸同期反転駆動モータは、永久磁石を周設した２つのロータを所定の間隙を保って並列軸支し、前記各ロータの外周に所定の空隙を保って電機子を配置し、且つロータ同士が相対向して形成された電機子の無配置部において各ロータの異磁極面を相対向させて磁気カップリングを構成すると共に前記電機子の空間移動磁界により各ロータを相反転して回転させる２軸同期反転駆動モータにおいて、２軸の中心線を結ぶ線と直交する対称線に対して、左右の各ロータを駆動する電機子の配置は対称であり、かつ、前記対称線に対して対称な位置にある電機子巻線は同相で且つ異磁極となるように電機子鉄芯に突極集中巻きされ、該電機子鉄芯は固定子ヨークの内周に配置されて一つのモータを形成したことを特徴とする。
【０００６】
電機子の配置としてロータ２軸の対称線を左右対称に、同相且つ逆極となる突極集中巻きされた電機子を、共通の固定子ヨーク内周に配置して、１個のモータとして結線することにより、１台の通常の３相ブラシレス直流モータと全く同じ駆動装置によって効率良く駆動することができる。そして、上記本発明のモータの構成により、通電中にロータ同士で構成する磁気カップリングの磁界に干渉して、トルクリップル、振動等を発生することなく、逆に通電により磁気カップリング力を強めながら円滑にロータを回転させることができる。
【０００７】
又、２つのロータ外周の間隙距離δ０はロータ外周と電機子内周との空隙距離δ１に対し、その１乃至３倍の距離を有することが好ましい。これにより、磁気カップリング力と空間移動磁界とのバランスの取れた電機子及びロータの配置を達成でき、効率を高めることができる。又、ロータ同士に所定の間隙距離を設けたので、軸受の負担を軽減し、ロータ同士の着磁波形のズレによるトルクリップルを小さくできる。
【０００８】
又、前記電機子の内周面は非磁性の絶縁材で一体にモールドされ、前記各ロータ外周と前記モールド材の間の空隙距離δ２は、２つのロータ外周の間隙距離δ０に対してδ０＞２δ２の関係にあり、２つのロータがモールド材を挟んで対向することが好ましい。
【０００９】
固定子を一体に樹脂・ゴム等でモールドし、２つのロータの間にモールド材のバリヤを形成してロータ同士がぶつからないようにしたので、組立時にロータ磁石同士がぶつかり、磁石を破損させることを防止できる。
【００１０】
又、ロータ同士が相対向して形成された電機子の無配置部において、各ロータの軸方向に貫通孔を設け流体の通路とするようにしてもよい。
【００１１】
これにより、ロータ同士が対向する電機子の無配置部に必然的に生じてしまう２ヶ所のデッドスペースを有効利用することができる。例えば、２軸容積式ポンプの吸込・排出の為の流体通路として用いることで、モータの冷却も兼用することにより、極めて単純で安価な機電一体構造の２軸容積式ポンプ・モータを得ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照しながら説明する。
【００１３】
図１は、本発明の第１の実施形態の２軸同期反転駆動モータの構造を示す。２つのロータは、それぞれ永久磁石を軸心に対称に等間隔で磁束がラジアル方向に発生するように周設している。すなわち、本実施例においては２つのロータの永久磁石の極対数はそれぞれ３であり、Ｓ，Ｎ，Ｓ，Ｎ，Ｓ，Ｎの６極をそれぞれのロータの周囲に設けている。
【００１４】
２つのロータ軸心間の中心線Ｂ及びその線Ｂにロータ間で直交する対称線Ｃに対称な構造を有する電機子を備えたステータコア１が一体的に固定配置されている。ステータコア１にはそれぞれ、巻線４を備えた電機子鉄芯３がロータの周面と所定の間隙δ１だけ離隔して配置されている。電機子巻線４は、それぞれＵ，Ｖ，Ｗ，Ｕ’，Ｖ’，Ｗ’（ここでＵ’はＵの逆相であり、Ｖ’はＶの逆相であり、Ｗ’はＷの逆相であることを示す）の６スロットに分割されており、図２に示すように直列に接続された等しいターン数の巻線であるＵ１，Ｕ２，と、Ｖ１、Ｖ２，と、Ｗ１，Ｗ２との２組の巻線が中心線Ｂに対して上下対称に配置されている。左右の電機子は対称線Ｃに対して対称であり、互いに同一相で逆相の関係にある。ここで、巻線４は図２に示すように等しいターン数の巻線であるＵ１，Ｕ２が直列に接続され、その逆相であるＵ１’，Ｕ２’の直列接続が並列に接続されＵ相を構成している。Ｖ相及びＷ相についても同様であり、全体としてＵ，Ｖ，Ｗの各相がＹ形に結線されている。
【００１５】
図１において、２つのロータを所定の軸間距離ｌを保って配置していて、各ロータはそれぞれその外周にＮ，Ｓ交互に且つ等間隔に６極に着磁された永久磁石５を周設している。各ロータ外周の６極の永久磁石のうちそれぞれ対称線Ｃを挟んで対向する２極ずつを磁気カップリングとして使用し、残る４極ずつをモータとして駆動磁極に使用することは、前述の従来技術と同様である。この状態においてロータ外周同士が所定の間隙距離δ０を保って相対向するが、必ず互いの異磁極面を対向吸引して安定すると共に磁気カップリングとなり、互いに逆方向にのみ容易に同期回転できる。
【００１６】
２つのロータを各ロータの永久磁石が接触又は近接するように配置することは、実用的ではない。永久磁石の機械加工は一般的でないので、各ロータ外周の寸法精度は一般に良くなく、この状態で接触又は近接させると永久磁石は部分的に摩擦を起こし、磁石が磨耗したり、割れたりし易い。又若干のクリアランスを設けても、各ロータ間に作用する強力な吸引力により軸受に負担が加わり、軸受寿命が短くなる。又、２つの永久磁石を周設したロータの着磁波形も現実的には完全に均一とはならず、２つの磁石間の着磁波形のズレが磁気カップリングとして同期反転する際にトルクリップルとなり易く、モータとして駆動する際にもこのトルクリップルにより脱調したり、振動し易くなる。
【００１７】
逆に２つのロータ間のクリアランスを大きくし過ぎると、磁気カップリング力が低下する。実用的には電機子内周とロータ外周との空隙距離をδ１、２つのロータ外周間の空隙距離をδ０としたとき、δ０≒（１〜３）δ１程度であれば、２つの磁石間の吸引力と各ロータと電機子間の吸引力がほぼキャンセルされ、磁気カップリング力も充分大きく且つトルクリップルも小さく実用的である。
【００１８】
図１に示すモータにおいては、磁気カップリングに用いる２極のロータ磁石に対して、残る４極のロータ磁石に対して、各々６極の同一形状の電機子（ここで言う電機子とは電機子鉄芯３とそれに各々突極集中巻きした電機子巻線４で構成される）、即ち、全体で１２個の電機子にて、１つのモータを構成している。このモータの電機子の配置の特徴は、２軸間中心線Ｂのｌ／２の位置で直交する対称線Ｃを対称にして左右全く対称となるように６極ずつ配置し、且つ左右対称位置の電機子巻線４は同相で且つ逆向きに電機子鉄芯３に突極集中巻きされるか、或いは同方向に突極集中巻きしながら、互いに逆方向の通電を行うことにより、逆相の関係とする。これで１つのモータとして駆動することが可能になる。各電機子は共通の固定子ヨーク２に嵌めこまれ、位置決めされている。このように本モータは１つの３相モータとして駆動できるので、当然駆動電源装置（ドライバー）も１つでよい。
【００１９】
図１に示すモータの駆動は、ロータ磁極位置に応じて図３乃至８の巻線の電流の流れ（ａ１〜ａ６）及びロータの回転（ｂ１〜ｂ６）に示すように、６通りの通電の切換えを繰り返すことにより、電機子が発生する空間移動磁界により各ロータを矢印の方向に反転させて回転を継続することができる。図３乃至図８の（ａ１〜ａ６）に示す通電方法は、通常のブラシレス直流モータの通電方法と全く同じ方法である。ロータ磁極位置を検知する方法も同様にホール素子等を使ったり、各相の逆起電圧を利用する方法等を使用できる。
【００２０】
又、本モータの電機子の配置のように同一相で左右対称且つ逆極に配置することにより、ロータ同士が対向する位置にあるＵ１とＵ１'およびＷ２とＷ２'相は通電により必ず異磁極となるので、固定子ヨーク２を通じて共に磁力を強め合い、さらに各ロータの異磁極を各々同時に吸引することにより、２つのロータ間の磁気カップリング力は通電によりさらに強め合うことになる。
【００２１】
ところで、上記従来技術に記載されているように、各ロータに対して１つのモータ、即ち「２つの完全なモータを形成する」という考えに立つと、例えば図１において回転方向順にＵ１→Ｖ１→Ｗ１→Ｕ２→Ｖ２→Ｗ２と送られ、最後にＷ２→Ｕ１へ戻る為の巻線が必要となると考えるのが一般的である。しかしながら、本発明のモータの電機子レイアウトにおいて、Ｗ２・Ｕ１間が必ず不連続な形状となるので、このＷ２→Ｕ１へ戻る為の巻線が存在すると、ロータ同士が吸引対向して磁気カップリング作用を行っている磁界と、Ｗ２→Ｕ１間の巻線が発生する磁界が干渉してしまい、トルクリップルや振動を発生してしまう。本発明においてはこの磁界の干渉の問題について解決している。つまり本発明において、各電機子巻線は電機子に突極集中巻きされており、Ｗ２→Ｕ１，Ｗ２’→Ｕ１’へ戻る為の巻線は存在しない。Ｗ２相とＵ１相およびＷ２’相とＵ１’相は互に独立していても、隣接するＵ１相とＵ１’相およびＷ２相とＷ２’相は通電により必ず異磁極となるので、固定子ヨークおよび吸引対向したロータ磁石の磁路を通じて磁路が閉じるので、Ｗ２→Ｕ１，Ｗ２’→Ｕ１’へ戻る巻線は不要となる。そればかりかロータ同士が吸引対向して磁気カップリング作用を行っている磁界は、通電により干渉を受けずにむしろより強められるのである。
【００２２】
なお本実施形態で示したロータ磁極の数、電機子数およびその組合せは、例えばロータ磁極数各４、電機子数６等のように、他にも考えられる。しかしながら、モータのレイアウト上この実施形態は最もスペースを有効利用し、且つ良好な効率が得られる好ましい一例である。
【００２３】
図９は、本発明の第２の実施形態の２軸同期反転駆動モータを示す。図９に示すモータにおいては、従来技術の欠点であるモータ組立て時に直接ロータ同士がぶつかって永久磁石が破損することの無い構成を採用している。即ち、電機子と固定子ヨークと一体になった固定子を樹脂あるいはゴム等で一体にモールドし、その時電機子の内周と同径あるいはロータ外径より大きく且つ電機子内径よりも小さい位置にモールド材の内周面を作るように、且つモールド材の内径δ２に対してδ０＞２δ２とすることにより、２本のロータ間にモールド材７のバリヤ部７ａを形成することができる。このバリヤ部７ａにより組立時にロータ同士がぶつかろうとしてもモールド材のバリヤ部７ａが間に挟まり、永久磁石５が直接ぶつかって破損することを防止できる。なおバリヤ部７ａの中央部分はδ０の大きさによっては非常に薄くなるので、一部を予め欠落させた形状としても効果はあまり変わらない。
【００２４】
又、着磁されたロータ磁石を電機子で構成された固定子に挿入して組立てる際、磁石の吸引力は強力であり、（ａ）ロータ同士あるいは（ｂ）ロータと電機子が容易にぶつかり合い、磁石が傷ついたり、破損し易いという問題もある。本発明のモータでは、電機子の内周と同径あるいは電機子内周よりも小さな径となるように樹脂・ゴム等の材質のモールドを電機子全体に施すことにより、この問題を解決している。つまりロータ外周とモールド材内周のクリアランスδ２を
δ０＞２δ２
としたとき、２つのロータ間にモールド材バリヤが存在するか、或いはバリヤの中央部が一部欠落した形状であっても、組立中にロータ同士が直接ぶつかって破損することを防止できる。
【００２５】
又、図９においては、ロータ同士が相対向して形成された電機子無配置部に生じるデッドスペースに設けた貫通孔８ａ，８ｂが示されている。即ち、モールド材７の電機子無配置部に貫通孔８ａ，８ｂを設けている。上記のデッドスペースは、ロータ同士が相対向して形成された電機子の無配置部で且つロータ対向部を挟んで上下２ヶ所に本発明のモータ構成から必然的に生じる特有のものである。
【００２６】
一方で、２軸同期反転駆動モータが駆動するポンプにおいては取扱う流体の吸込口と排出口が必要であり、そこでモータ内部を軸方向に貫通する穴を設けて流体の通路とし、且つルーツポンプ、ギヤポンプ等の吸込口、排出口と兼用することは位置的にも都合が良い。又、モータを貫通する穴に流体を通ずることはモータの冷却にも役立ち、モータに特別な冷却装置を設ける必要が無くなるという利点も生じる。更に、この貫通孔は前述のモールド材の中に配置すれば電機子巻線の発生する熱がモールド材７を伝達して良好に排出され、さらに冷却効果が上がる。
【００２７】
図１０及び図１１は、本発明のモータを採用したルーツポンプを示す。ところで本発明の２軸同期反転駆動モータのその用途の大部分は、２軸反転を必要とする容積式ポンプである。中でもルーツ形ポンプ、ギヤポンプ等は２つのポンプロータ９が噛み合う中央部の上下に、吸込口、排出口を必要とするから、モータ中に生じるこの上下２ヶ所のデッドスペースをこのポンプの吸込口と排出口を通る流体通路８ａ，８ｂとして利用することが好ましい。図示するルーツポンプは、２本の主軸６に永久磁石５を周設したロータ６を備え、固定子ヨーク２に配設された巻線４を備えた電機子鉄芯３により回転駆動される２軸同期反転駆動モータを備える。このモータは電機子内周部及び電機子無配置部がモールド材７により充填されている。主軸６は軸受１１により支持され、図中の右側にルーツ形ロータ９を備え、送液が行われる。モータ内部には軸方向に貫通する２ヶ所の貫通孔８ａ，８ｂを設け、ルーツ形ロータ９を備えたポンプ室に吸込口８ａ及び排出口８ｂとして開口している。従って、電機子巻線４に通電することにより、ロータ（主軸）６が回転し、ルーツ形ロータ９が回転して、貫通孔８ａ，８ｂを通してポンプによる送液が行われる。
【００２８】
このモータにおいては、電機子３，４は通電により発熱するが、貫通孔８ａ，８ｂを流れる流体によりモータを冷却することができる。
【００２９】
尚、図９には前述のモールド材７ａに直接貫通孔を設けた例を記載しているが、モールド材を充填することなく、空間にパイプ等を配置してもよい。
【００３０】
尚、上記実施の形態においては、好ましい実施例を示したに過ぎず、本発明の趣旨を逸脱することなく、種々の変形実施例が可能なことは勿論である。モータ内に設けられた貫通孔は、ポンプ吸込・排出流路としてではなく、単純にモータを冷却する冷媒通路として利用しても勿論よい。又、この実施形態においては、流体の吸込流路、排出流路として利用し、このモータを使用した非常に単純な構造のルーツ形ポンプの事例を示したが、この用途に限定するものではない。
【００３１】
【発明の効果】
総じて本発明によれば、安定性が高く、且つ実用的な、２軸同期反転駆動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の実施形態の２軸同期反転駆動モータの構造を示す断面図である。
【図２】上記モータの巻線の結線を示す図である。
【図３】（ａ）は、図２の結線の電流の流れを示し、（ｂ）は、図１のモータの電機子巻線の電流の流れとロータの回転を示す図である。
【図４】（ａ）は、図２の結線の電流の流れを示し、（ｂ）は、図１のモータの電機子巻線の電流の流れとロータの回転を示す図である。
【図５】（ａ）は、図２の結線の電流の流れを示し、（ｂ）は、図１のモータの電機子巻線の電流の流れとロータの回転を示す図である。
【図６】（ａ）は、図２の結線の電流の流れを示し、（ｂ）は、図１のモータの電機子巻線の電流の流れとロータの回転を示す図である。
【図７】（ａ）は、図２の結線の電流の流れを示し、（ｂ）は、図１のモータの電機子巻線の電流の流れとロータの回転を示す図である。
【図８】（ａ）は、図２の結線の電流の流れを示し、（ｂ）は、図１のモータの電機子巻線の電流の流れとロータの回転を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態の２軸同期反転駆動モータの構造を示す断面図である。
【図１０】図９に示すモータを備えたルーツポンプの縦断面図である。
【図１１】図１０のＡＡ断面を示す図である。
【符号の説明】
１        モータフレーム
２        固定子ヨーク
３        電機子鉄芯
４        電機子巻線
５        永久磁石（ロータマグネット）
６        ロータ
７        モールド材
７ａ      モールド材のバリア部
８ａ      貫通孔（吸込用）
８ｂ      貫通孔（排出用）
９        ルーツ形ロータ
１１        軸受
Ｂ        中心線
Ｃ        対称線
ｌ        ２軸間距離
δ０              ２つのロータ間の外周の間隙距離
δ１       ロータ外周と電機子内周の空隙距離
δ２       ロータ外周とモールド材内周の空隙距離
【図１】
0004014336.tif 000002
【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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