JP4200400B2 - 軸方向空隙型マイクロモータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば民生用ＯＡ機器または産業用ＦＡ機器等のマイクロモータに使用されると共に、永久磁石を備えた軸方向空隙型マイクロモータに関し、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、ＯＡ機器やＦＡ機器等のマイクロモータに使用される軸方向空隙型マイクロモータは、図５に示すようになっている。
図において、軸方向空隙型マイクロモータは、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、両面にそれぞれ複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し、かつ扇形形状を有してそれぞれ複数個のステータ歯部７１、８１を有する第１ステータ７および第２ステータ８と、各ステータ７、８に巻回した電機子巻線９と、ロータ３の表面に垂直に配設したシャフト５と、第１ステータ７と第２ステータ８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６と、軸受５１とを備えている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来技術では、各ステータ７、８は、各々のステータ歯部７１、８１の形状が扇形でしかも歯部の径方向長さが狭いため、一つの歯部あたりに巻回する電機子巻線９のターン数を多く取ることができず、巻回された電機子巻線９間における電磁的な空隙が大きくなる。その結果、ロータ３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し、ロータ３を挟み第１ステータ７および第２ステータ８間でコギングトルクが大きくなり、トルク変動率も大きくなるという問題があった。
そこで、本発明はコギングトルクの発生を抑え、トルク変動率を小さくすることができる軸方向空隙型マイクロ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、請求項１記載の本発明は、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と共に、それぞれｎ（ｎは整数）個のステータ歯部と前記ステータ歯部に巻回して成る電機子巻線を有する第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型マイクロモータにおいて、前記ステータ歯部をモータの軸方向から見て、インボリュート曲線状に形成してあることを特徴とするものである。
また、請求項２記載の本発明は、請求項１記載の軸方向空隙型マイクロモータにおいて、前記第１ステータおよび前記第２ステータのステータ歯部の位置を、互いに周方向に１８０／（ｍ×ｎ）度ずらして配置したものである。
上記手段により、インボリュート形状に形成した各ステータ歯部に電機子巻線を巻回する構成にしたため、一つの歯部あたりに巻回する電機子巻線のターン数を多く取ることができ、巻回された電機子巻線間における電磁的な空隙を小さくできる。その結果、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ことはないので、ロータを挟み第１ステータおよび第２ステータ間でコギングトルクを小さくできる、これにより、トルク変動率も小さくすることができる。
【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は、本発明の第１の実施例を示す軸方向空隙型マイクロモータであって、（ａ）はモータ構成を示す断面図、（ｂ）はステータの上面図である。なお、従来と同じ構成要素については同じ符号を付してその説明を省略し、異なる点のみを説明する。
図において、従来と異なる点は以下のとおりである。
すなわち、１は第１ステータ、２は第２ステータ、１１、２１は各ステータ１、２上に設けたステータ歯部、４は各ステータ歯部１１、２１に巻回した電機子巻線であって、ステータ歯部１１、２１をモータの軸方向から見て、インボリュート曲線状に形成してある。ここで、ステータ歯部１１、２１をインボリュート曲線状に加工するには次のような方法をとる。
図２は図１におけるインボリュート曲線状に加工が施されたステータ歯部の部分断面図である。インボリュート曲線Ａは仮想円Ｂに巻き付けた仮想糸Ｃをときほぐして行く際に、仮想糸Ｃの端が図中イの位置から反時計回りに３０°、６０°、９０°、１２０°すなわち図中ロ→ハ→ニ→ホの様に移動して描く曲線である。このように図２に示すインボリュート曲線状に囲まれた斜線部分をステータ歯部１１、２１とし、そのステータ歯部１１、２１に電機子巻線４を巻回し、図１（ｂ）に示すような各ステータ１、２を構成する。
次に、動作を説明する。
各ステータ１、２は、ステータ歯部１１、２１間の円周方向の電磁空隙を少なくした構成にしたため、各ステータ歯部１１、２１に巻回された電機子巻線４に電流を印加した際、ロータ３は、第１ステータ１および第２ステータ２間で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ことなく円滑に回転する。
次に、本発明の第２の実施例を説明する。
図３は、本発明の第２の実施例を示すロータとステータの周方向展開図である。
なお、図ではｍ＝６個の磁極対を形成した永久磁石からなるロータ３と、ｎ＝４個のステータ歯部１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄを形成した第１ステータ１と、同じく４個のステータ歯部２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄを形成した第２ステータ２とを備えたモータの例を示している。
すなわち、第１の実施例と異なる点は、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）度ずらして配置した点であり、図中、このときの位置ずれ角をαとしている。このようにすることで、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効果的に相殺することができる。なお、動作については第１の実施例と基本的に同じなので説明を省略する。
次に、本発明による軸方向空隙型マイクロモータのトルク変動率について説明する。
本発明の実施例のうち、第１の実施例によるマイクロモータを実際に試作し、その効果を試験により確認した。図４は、本発明と従来のトルク変動率の比較を示すグラフである。図に示すように、従来のトルク変動率の値が５％から、本発明では２％に減り、トルク変動率が小さくなることがわかった。
したがって、各ステータ歯部の形状をインボリュート形状にすると共に、電機子巻線をインボリュート曲線上に形成されたステータ歯部に巻回する構成にしたので、一つの歯部あたりに巻回する電機子巻線のターン数を多く取ることができ、巻回された電機子巻線間における電磁的な空隙を小さくできる。その結果、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ことなく、ロータを挟み第１ステータおよび第２ステータ間でコギングトルクを小さくできる、また、これにより、トルク変動率も小さくすることができる。
【０００６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、ステータ歯部をインボリュート曲線状にしたので、ロータを挟み各ステータ間で起こるコギングトルクの発生を抑え、トルク変動率を小さくすることができる軸方向空隙型マイクロモータを得る効果がある。
また、各ステータのステータ歯部の位置を互いに周方向にずらして配置したので、コギングトルクをより効果的に相殺することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す軸方向空隙型マイクロモータであり、（ａ）はモータ構成を示す断面図、（ｂ）はステータの上面図である。
【図２】図１におけるインボリュート曲線状に加工が施されたステータ歯部の部分断面図である。
【図３】本発明の第２の実施例を示すロータとステータの周方向展開図である。
【図４】本発明と従来のトルク変動率の比較を示すグラフである。
【図５】従来の軸方向空隙型マイクロモータであって、（ａ）はモータ構成を示す断面図、（ｂ）はステータの上面図である。
【符号の説明】
１ 第１のステータ
２ 第２のステータ
１１ステータ歯部
２１ ステータ歯部
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ 永久磁石
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ 永久磁石
３ ロータ
４ 電機子捲線
５ シャフト
６ フレーム
Ａ インボリュート曲線
Ｂ 仮想円
Ｃ 仮想糸

Claims (2)

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と共に、それぞれｎ（ｎは整数）個のステータ歯部と前記ステータ歯部に巻回して成る電機子巻線を有する第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型マイクロモータにおいて、
   前記ステータ歯部をモータの軸方向から見て、インボリュート曲線状に形成してあることを特徴とする軸方向空隙型マイクロモータ。
2. 前記第１ステータおよび前記第２ステータのステータ歯部の位置を、互いに周方向に１８０／（ｍ×ｎ）度ずらして配置した請求項１記載の軸方向空隙型マイクロモータ。

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