(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸心に対し直交する径方向に突出する突極を有するとともにこの突極の突出端に磁気受部を有するロータと、このロータを内部に収納してなり、回転軸心の延伸方向に並列させて１対に設けた磁極及びこれら磁極を磁気的につなぐ接続部を有し前記磁気受部との間で磁路を形成可能なステータコア、並びに前記ステータコアの磁極がそれぞれ異なる極性となるように励磁するコイルを周方向に複数個有するステータとを具備するモータであって、
前記ステータコアの外周側の軸方向少なくとも一端部に外傾斜面を有するとともに、該ステータコアの内周側に前記外傾斜面とほぼ平行な内傾斜面を有し、前記コイルを前記外傾斜面と前記内傾斜面との間で巻き回してなることを特徴とするモータ。
【請求項２】
回転軸心に対し直交する径方向に突出する突極を有するとともにこの突極の突出端に磁気受部を有するロータとともに用いられるものであって、このロータを内部に収納してなり回転軸心の延伸方向に並列させて１対に設けた磁極及びこれら磁極を磁気的につなぐ接続部を有し前記磁気受部との間で磁路を形成可能なステータコア、並びに前記ステータコアの磁極がそれぞれ異なる極性となるように励磁するコイルを周方向に複数個有するステータであって、
前記ステータコアの外周側の軸方向少なくとも一端部に外傾斜面を有するとともに、該ステータコアの内周側に前記外傾斜面とほぼ平行な内傾斜面を有し、前記コイルを前記外傾斜面と前記内傾斜面との間で巻き回してなることを特徴とするステータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸心に対し直交する径方向に突出する突極を有するロータと、このロータを内部に収納してなるステータとを具備するモータ、及びこのようなモータに好適に用いられるステータに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロータと、このロータを内部に収納してなるステータとを具備するモータにおいて、従来はロータに永久磁石を設けるとともにステータにコイルを設け、ステータのコイルに順次通電することによりロータの永久磁石との間に電磁力を発生させてロータを回転させる構成が用いられてきた（例えば、特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開２００８−２２５９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前記特許文献１記載の構成では、ステータコアを回転軸に直交する周方向に複数設けるとともにこのステータコアの外周部間を接続するヨークを設け、前記ステータコアに回転軸に直交する径方向に向かう磁力線を発生させるべくコイルを巻き回し、このコイル、前記ヨーク、及びロータを通過するとともに回転軸と直交する磁路を形成するようにしている。
【０００４】
ところで、近年では、ロータの全体を磁性体により構成するとともに、永久磁石を省略し、ステータのコイルに通電してロータとの間に吸引力を発生させ、この吸引力によりロータを回転させる構成のものが考えられてきている。
【０００５】
しかし、前記特許文献１記載の構成から永久磁石を省略すべくロータの全体を磁性体により構成した場合でも、回転軸と直交する磁路を形成することにより、あるコイルには径方向外向きに磁束を通し、別のコイルには径方向内向きの磁束を通すため、ステータコアの外周部間及びロータの磁極間を接続するヨークを必ず必要とする。それにも関わらず、このヨークはトルクの発生には直接寄与しない。そこで、このようなヨークを省略し、このようなモータの出力を保ちつつ全体としての直径を小さくする要望が存在する。
【０００６】
本発明は、このような課題を解決すべく構成するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち本発明に係るモータは、回転軸心に対し直交する径方向に突出する突極を有するとともにこの突極の突出端に磁気受部を有するロータと、このロータを内部に収納してなり、回転軸心の延伸方向に並列させて１対に設けた磁極及びこれら磁極を磁気的につなぐ部分を有し前記磁気受部との間で磁路を形成可能なステータコア、並びに前記ステータコアの磁極がそれぞれ異なる極性となるように励磁するコイルを周方向に複数個有するステータとを具備するモータであって、前記ステータコアの外周側の軸方向少なくとも一端部に外傾斜面を有するとともに、該ステータコアの内周側に前記外傾斜面とほぼ平行な内傾斜面を有し、前記コイルを前記外傾斜面と前記内傾斜面との間で巻き回してなることを特徴とする。
【０００８】
このようなものであれば、コイルがステータコアの回転軸心の延伸方向に並列させて１対に設けた磁極をそれぞれ異なる極性となるように励磁し、ロータの磁気受部との間で回転軸方向に延伸する磁路を形成することにより、磁路をステータコア及びロータの内部のみで完結させることができる。従って、ステータコアの外周部間を接続するヨークを設けることなく磁路を形成させることができ、出力を保ちつつモータの小型化及び軽量化を図ることができる。また、ロータについても、磁極間を周方向に接続するヨークを設ける必要がないため、ロータの質量や慣性モーメントを小さくできる。
【０００９】
【００１０】
【００１１】
【００１２】
【００１３】
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係るモータの構成によれば、コイルがステータコアの回転軸心の延伸方向に並列させて１対に設けた磁極をそれぞれ異なる極性となるように励磁し、ロータの磁気受部との間で回転軸方向に延伸する磁路を形成することにより、磁路をステータコア及びロータの内部のみで完結させることができる。従って、ステータコアの外周部間を接続するヨークを設けることなく磁路を形成させることができ、出力を保ちつつモータの小型化及び軽量化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の説明に先立ち、本発明に関連する第一の参考例を、図面を参照して説明する。
【００２０】
本参考例に係るモータＭ１は、図１に斜視図、図２に正面図をそれぞれ示すように、また、図３に図２におけるｘ−ｘ断面を模式的に示すように、ステータ１と、そのステータ１の内部に配置されるロータ２と、ロータ２の中心を貫通して取り付けられる回転軸３とを備えている。なお、図１においては、ステータ１及びロータ２の構成を明確に図示するために、回転軸３を回転可能に支持する軸受け部やステータ１を構成するコイル５の外部接続部等については、図示を省略している。
【００２１】
ステータ１は、ステータコア６と、そのステータコア６の内面に沿って設けられる複数のコイル５とを備えてなる。また、このステータ１は、このモータＭを収納するためのハウジング（図示略）に支持させている。
【００２２】
ステータコア６は、図２に示すように、例えば磁性体の粉体を圧縮して成形した圧粉コアであり、本参考例では略直方体状である。このステータコア６は、軸方向中央部の内周側にコイル５を収納可能な凹部であるコイルスロット６ｘを有する。ここで、本参考例では、ステータコア６は３０度間隔で計１２個設けられている。そして、このステータコア６は、回転軸心の延伸方向に並列させて１対に設けた磁極６１ａ、６１ｂと、これら磁極６１ａ、６１ｂを磁気的につなぐ接続部６２とを有する。また、前記コイルスロット６ｘは、前記接続部６２の内周側に形成している。なお、前記図３には、従来のステータコアにおけるコイルを想像線により示している。
【００２３】
コイル５は、上述したステータコア６のコイルスロット６ｘに収納するようにしているとともに、このコイルスロット６ｘの底面、前記ステータコア６の両側面、及び前記ステータコア６の外側面を包囲する形状に配置している。すなわち、このコイル５に通電すると、軸方向への磁界が発生する。なお、本参考例では、このコイル５の内周端面は、ステータコア６の内周端面と略面一にしている。
【００２４】
このような構成のステータ１に対して、ロータ２は、中心部に回転軸３を挿通させてなる芯部７と、この芯部７から回転軸３の軸心に対し直交する径方向に突出する突極８とを有する。前記突極８には、その突出端に、回転軸３に沿って延伸する磁気受部９を設けている。
【００２５】
前記突極８は、本参考例では４５度間隔で計８本延伸させて設けている。
【００２６】
前記磁気受部９は、前記突極８の突出端から前後方向にそれぞれ延伸させて設けた板状をなし、計８箇所に設けている。そして、この磁気受部９の外側面９ａは前記ステータコア６の内側面６ａと対向し、コイル５に通電された際にこのコイル５及びステータコア６により形成される電磁石との間で磁路を形成する。
【００２７】
そして、それぞれ９０度ずつ離間する４個の前記コイル５に通電しロータ２の磁気受部９を吸引させることにより回転軸３を回転させ、磁気受部９がコイル５に完全に対向した時点でコイル５への通電を打ち切り、隣接するコイル５に通電し磁気受部９を吸引させることにより回転軸３をさらに回転させる制御を繰り返すことによりこのようなモータＭを運転するようにしている。
【００２８】
このようなモータＭ１の構成によれば、コイル５がステータコア６を回転軸方向に励磁し、ロータ２の磁気受部９との間で磁路を形成することにより、磁路をステータ１のステータコア６及びロータ２の磁気受部９の内部のみで完結させることができる。従って、ステータコア６の外周部間を接続するヨークを設けることなく磁路を形成させることができ、出力を保ちつつモータＭ１の小型化及び軽量化を図ることができる。加えて、前記図３の想像線に示すような、ステータコアを回転軸と直交する方向に励磁する態様と比較して、コイルをステータコアに巻き回す際の１回あたりの長さを短くできるとともに、ステータ１の軸方向寸法を短くできる。
【００２９】
さらに、ロータ２の磁気受部９を、突極８の突出端から回転軸心方向に突出させて設けているので、磁気受部９の回転軸心方向寸法は確保しつつ、突極８の回転軸心方向寸法を磁気受部９より小さくすることにより、ロータ２の軽量化を図ることができる。
【００３０】
なお、本参考例に係るロータ２に代え、例えば図４に示すように、軸方向直交断面形状を全ての部位で同一とし、中心部に回転軸３を挿通させてなる芯部Ｘ７と、この芯部Ｘ７から回転軸３の軸心に対し直交する径方向に突出する突極Ｘ８とを有するとともに突極Ｘ８の突出端面近傍を磁気受部Ｘ９としての機能を有するロータＸ２を採用してもよい。このような構成であれば、積層鋼板を利用してロータを形成できる。
【００３１】
加えて、図５に示すように、中心部に回転軸３を挿通させてなる芯部Ｙ７と、この芯部Ｙ７から回転軸３の軸心に対し直交する径方向に突出する突極Ｙ８とを有するとともに、突極Ｙ８の突出端から磁気受部Ｙ９を一方向のみに延長して設けたロータＹ２を採用してもよい。
【００３２】
また、図６に示すように、本参考例に係るロータの磁気受部９を、周方向に積層した電磁鋼板９１を利用して形成してもよい。このような態様であっても、芯部７及び突極８からなる部分と、磁気受部とをそれぞれ電磁鋼板を積層させて形成できる。
【００３３】
次いで、本発明に関連する第二の参考例について以下に述べる。
【００３４】
本参考例に係るモータＭ２は、図７に斜視図、図８に正面図をそれぞれ示すように、また、図９に図８におけるｘ−ｘ断面を模式的に示すように、ステータ１と、そのステータ１の内部に配置されるロータ２と、ロータ２の中心を貫通して取り付けられる回転軸３とを備えている。なお、図７においては、ステータ１及びロータ２の構成を明確に図示するために、回転軸３を回転可能に支持する軸受け部やステータ１を構成するコイル５の外部接続部等については、図示を省略している。また、前述した第一の参考例におけるものに対応する部位には、同一の名称及び符号を付している。
【００３５】
以下、前述した第一の参考例との相違点について述べると、本参考例では、コイル５の外周側の軸方向幅は、該コイル５の内周側の軸方向幅より大きくしている。具体的には、コイル５をステータコア６に巻き回す際、内周側はコイルスロット６ｘに収納するとともに、外周側は軸方向一端部側から他端部側に漸次移動するようにしている。なお、前記図９には、前述した第一の参考例におけるコイル５を想像線により示している。なお、本参考例でも、このコイル５の内周端面は、ステータコア６の内周端面と略面一にしている。
【００３６】
本参考例に係るモータＭ２のその他の部位は、前述した第一の参考例に係るモータＭ１と同様の構成を有する。
【００３７】
このようなモータＭ２の構成によれば、前述した第一の参考例に係るモータＭ１の構成に係る効果に加え、以下に述べるような効果が得られる。すなわち、前記ステータコア６に巻き回すコイル５の外周側の軸方向幅を、該コイル５の内周側の軸方向幅より大きくしているので、コイル５の外周側及び内周側の軸方向幅を等しくしてコイル５を巻き回した前述した第一の参考例に係るものと比較して、コイル５の巻き数を保ちつつ外周側におけるコイル５の重なり合いを少なくでき、従って出力を保ちつつステータ１全体としての外径をさらに小さくすることができる。
【００３８】
なお、第一の参考例と同様に、本参考例に係るロータに代え、図４に示すような軸方向直交断面形状を全ての部位で同一とし、突極Ｙ８の突出端面近傍が磁気受部Ｘ９として機能するロータＸ２や、図５に示すような突極Ｙ８の突出端から磁気受部Ｙ９を一方向のみに延長して設けたロータＹ２を採用してもよく、図６に示すように周方向に積層した電磁鋼板９１を利用してロータ２の磁気受部を形成してもよい。
【００３９】
さらに、本参考例の他の変形例として、上述したステータコア６に代え、以下に述べるような、また、図１０に斜視図を示すような構成のステータコアＡ６を利用したステータＡ１を用いる態様が考えられる。このステータコアＡ６は、前記図１０に示すように、また、側面図を図１１の（ａ）、前記図１１の（ａ）におけるｚ−ｚ断面図を同図の（ｂ）にそれぞれ示すように、軸方向両側端部に向かうにつれ厚さ寸法を漸次小さくしているとともに、外周側の幅寸法が内周側の幅寸法より大きな軸方向視台形状を形成してなり、さらに軸方向すなわち長手方向中央部の内周側にコイルスロットＡ６ｘを有し、回転軸心の延伸方向に並列させて１対に設けた磁極６１ａ、６１ｂと、これら磁極６１ａ、６１ｂを磁気的につなぐ接続部６２とを有するステータコア本体Ａ６０と、前記コイルスロット６ｘを挟んでステータコア本体Ａ６０の磁極６１ａ、６１ｂの内側端部を周方向に延伸させて形成したフランジＡ６３とを具備する。このような構成であれば、ステータコアＡ６の高さをさらに低減し、ステータＡ１の外径を小さくすることができる。加えて、磁路の形成に直接関係ない部位であるステータコア本体Ａ６０の外周端側の軸方向両端部を切り欠いた形状として材料を節約しつつ、磁極６１ａ、６１ｂの内側端部を周方向に延伸させてフランジＡ６３を形成することにより、フランジＡ６３によりロータ２に対向する部分の面積を確保しつつその他の部分を小型化でき、従ってステータコアＡ６のさらなる小型化及び軽量化を図ることができる。なお、フランジＡ６３については、ステータＡ１の内周側端部より軸方向に延伸させてもよい。
【００４０】
次いで、本発明の一実施形態について以下に述べる。
【００４１】
本実施形態に係るモータＭ３は、図１２に斜視図を示すように、ステータ１と、そのステータ１の内部に配置されるロータ２と、ロータ２の中心を貫通して取り付けられる回転軸３とを備えている。なお、図１２においては、ステータ１及びロータ２の構成を明確に図示するために、回転軸３を回転可能に支持する軸受け部やステータ１を構成するコイル５の外部接続部等については、図示を省略しているとともに、コイル５はブロック状に表記している。また、前述した第一の参考例におけるものに対応する部位には、同一の名称及び符号を付している。
【００４２】
以下、前述した第一の参考例との相違点について述べると、本実施形態に係るステータ１は、斜視図を図１３、側面図を図１４に示すように、以下に述べる形状のステータコア６を有する。このステータコア６は、例えば磁性体の粉体を圧縮して成形した圧粉コアであり、回転軸心の延伸方向に並列させて１対に設けた磁極６１ａ、６１ｂと、これら磁極６１ａ、６１ｂを磁気的につなぐ接続部６２とを有するステータコア本体６０と、このステータコア６の磁極６１ａ、６１ｂの内側端部を周方向に延伸させ、また長手方向中央に向けても延伸させて形成したフランジ６３とを具備する。前記ステータコア本体６０は、外周側の軸方向両端部に外傾斜面６ａを有するとともに、内周側に前記外傾斜面６ａとほぼ平行な内傾斜面６ｂを有する。さらに、このステータコア本体６０には、軸方向中央部の内周側にコイル５を収納可能な凹部であるコイルスロット６ｘを設けている。また、このステータコア６は、前記コイル５を前記外傾斜面６ａと前記内傾斜面６ｂとの間で巻き回してなる。そして、本実施形態では、ステータコア６は３０度間隔で計１２個設けられている。
【００４３】
本実施形態に係るモータＭ３のその他の部位は、前述した第一の参考例に係るモータと同様の構成を有する。
【００４４】
このようなモータＭ３の構成によれば、前述した第一の参考例に係るモータＭ１の構成に係る効果に加え、以下に述べるような効果が得られる。すなわち、前記ステータコア６の外周側の軸方向両端部に外傾斜面６ａを有するとともに、該ステータコア６の内周側に前記外傾斜面とほぼ平行な内傾斜面６ｂを有し、前記コイル５を前記外傾斜面６ａと前記内傾斜面６ｂとの間で巻き回してなるので、磁束はステータコア６の外傾斜面６ａと内傾斜面６ｂとの間を通過するので磁路を短くでき、ステータ１をさらに軽量化できる。さらに、コイル５を前記ステータコア６の外側端より内側に収めているので、ステータ１のさらなる小型化を図ることもできる。そして、前記コイル５を、前記ステータコア６の奥行き方向両端６ｄ及び外側端６ｃに収まる範囲で最大限の回数ステータコア６に巻き回しているので、ステータ１の小型化を図りつつモータＭ３の出力を確保できる。
【００４５】
なお、本実施形態に係るステータコア６は、圧粉コアでなく、図１５に示すように、周方向に積層した電磁鋼板６ｐを利用して形成してもよい。
【００４６】
また、本実施形態に係るステータコア６に代え、図１６に示すような軸方向一方側の端部のみに外傾斜面６０ａ及び内傾斜面６０ｂを設けたステータコア６０を採用してもよい。
【００４７】
なお、本発明は以上に述べたような実施形態に限られない。
【００４８】
また、本発明に関連する第三の参考例として、上述した実施形態に係るロータ２に代え、以下に述べるようなロータ２０を採用したものが挙げられる。
【００４９】
このロータ２０は、図１７に斜視図、また、図１８に上述した実施形態に係るステータと組み合わせた状態の縦断面図をそれぞれ示すように、中心部に回転軸３を挿通させてなる芯部２０７と、この芯部２０７から回転軸３の軸心に対し直交する径方向に突出する突極２０８と、この突極２０８の突出端からさらに回転軸３に沿って延伸する磁気受部２０９とを有するものであって、磁気受部２０９の厚さ寸法を、軸方向両端部に向かい漸次小さくしている。なお、前記図５に示すような突極Ｙ８の突出端から磁気受部Ｙ９を一方向のみに延長して設けたロータＹ２において、磁気受部Ｙ９の厚さ寸法を、突極から遠ざかるにつれ漸次小さくしてもよい。
【００５０】
このようなロータ２０を採用すれば、磁気受部２０９の軸方向両端部には磁路を形成可能な最低限の厚みだけ確保し、軸方向中央部の厚み寸法は突極２０８と接合強度を確保すべく大きくとることにより、モータの出力を保ちつつ、また、ロータ２０の剛性を確保しつつ、ロータ２０の軽量化を図ることができる。
【００５１】
そして、以下に述べるように、また、図１９に縦断面図を示すように、前記ロータ２０の磁気受部２０９を軸方向少なくとも一端部で内周側に延長して延長部２０９１を設けるとともに、前記ステータコア６を内周側に延長させて前記ロータ２０の延長部２０９１と対向する延長コア６４を設ける構成を採用してもよい。すなわち、ロータの磁気受部２０９の軸方向少なくとも一端部から内周側に延長して設けた延長部２０９１、及びステータコア６を内周側に延長させるとともに前記延長部２０９１と対向させて設けた延長コア６４を具備する延長磁路形成部を設けてもよい。
【００５２】
このような構成を採用すれば、前記延長磁路形成部にも、すなわち前記延長部２０９１と前記延長コア６４との間にも磁気吸引力を作用させることができるので、モータＭの出力を向上させることができる。
【００５３】
なお、前記図１９では前述した実施形態に係るステータ１及び前述した図１７及び図１８に係る実施態様に係るロータ２０を利用した態様を示しているが、もちろん、前述した実施形態に係るステータ１に代えて前述した第一又は第二の参考例に係るステータ１のステータコア６に延長コアを設けてもよい。さらに、本発明の他の実施形態として、前述した実施形態に係るロータ２に延長部を設けたものも挙げられる。そして、ステータ及びロータの軸方向両端部に延長部及び延長コアをそれぞれ設けてももちろんよい。
【００５４】
さらに、図２０に示すように、ロータＸ２０の突極Ｘ２０８の突出端から磁気受部Ｘ２０９を一方向のみに延長して設けているとともに、ステータコア６の前記磁気受部Ｘ２０９を延長させて設けた側と反対側の端部に延長コア６４を内周側に延長して設けても、同様の効果が得られる。
【００５５】
その他、本発明の趣旨を損ねない範囲で種々に変更してよい。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明に関連する第一の参考例に係るモータを示す斜視図。
【図２】同参考例に係るモータを示す正面図。
【図３】図２におけるｘ−ｘ断面を模式的に示す図。
【図４】同参考例の変形例に係るロータを示す斜視図。
【図５】同参考例の変形例に係るロータを示す斜視図。
【図６】同参考例の変形例に係る磁気受部を示す斜視図。
【図７】本発明に関連する第二の参考例に係るモータを示す斜視図。
【図８】同参考例に係るモータを示す正面図。
【図９】図５におけるｙ−ｙ断面を模式的に示す図。
【図１０】同参考例の変形例に係るステータを示す斜視図。
【図１１】同参考例の変形例に係るステータコアを示す図。
【図１２】本発明の一実施形態に係るモータを示す斜視図。
【図１３】同実施形態に係るステータを示す斜視図。
【図１４】同実施形態に係るステータを示す側面図。
【図１５】同実施形態の変形例に係るステータコアを示す図。
【図１６】同実施形態の変形例に係るステータコアを示す図。
【図１７】本発明に関連する第三の参考例に係るモータのロータを示す斜視図。
【図１８】同参考例の変形例に係るモータを示す縦断面図。
【図１９】同参考例の変形例に係るモータを示す縦断面図。
【図２０】同参考例の変形例に係るモータを示す縦断面図。
【符号の説明】
【００５７】
Ｍ３…モータ
１…ステータ
２、２０…ロータ
５…コイル
６…ステータコア
８、２０８…突極
９、２０９…磁気受部
【図１】
0005388458.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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
0005388458.tif 000016
【図１６】
0005388458.tif 000017
【図１７】
0005388458.tif 000018
【図１８】
0005388458.tif 000019
【図１９】
0005388458.tif 000020
【図２０】
0005388458.tif 000021