(57)【要約】  本発明は、ステータ内に回転可能に配置される磁化ロータを有するステータを備えたモータに関する。ステータおよびロータは、それぞれ、少なくとも２つの磁極を有する。少なくとも１つのステータ極のロータ極に面する面積が、他のステータ極のものと異なっている。少なくとも２つのステータ極のそれぞれと少なくとも２つのロータ極との間にエアギャップが設けられる。各ステータ極および各ロータ極の間におけるエアギャップの間隔は異なる。少なくとも１つのステータ極の回りに配置されるボビン上にコイルが巻装される。ステータ極の対面面積を変えることによって、大きなボビンおよびコイルをステータ極の回りに配置することが可能になる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つのステータ磁極を有するステータと、
前記ステータ内に回転可能に配備されるロータであり、少なくとも２つのロータ磁極を有するロータであって、前記少なくとも２つのステータ極が、それぞれ、前記少なくとも２つのロータ極に面する異なる面積を有する、ロータと、
前記少なくとも２つのロータ極の各々と前記少なくとも２つのステータ極との間のエアギャップであって、前記少なくとも２つのステータ極の各々と前記少なくとも２つのロータ極との間の前記エアギャップの間隔が異なるエアギャップと、
前記少なくとも２つのステータ極の少なくとも１つ、または、前記少なくとも２つのロータ極の少なくとも１つを含む群から選択される１つを取り巻くコイルと、
を含むモータ。
【請求項２】
前記エアギャップの間隔が、前記ステータ極の１つおよび他のすべてのステータ極の対面面積の差異に依存する、請求項１に記載のモータ。
【請求項３】
前記コイルの幅が前記コイルに隣接する前記ステータ極の幅に依存する、請求項１に記載のモータ。
【請求項４】
前記少なくとも２つのロータ極の各々が少なくとも１つのＮ極および少なくとも１つのＳ極を有し、前記少なくとも１つのＮ極のロータ表面積が、前記少なくとも１つのＳ極のロータ表面積と異なる、請求項１に記載のモータ。
【請求項５】
ハウジングと、
前記ハウジングに回転可能に配備される磁化ロータであって、少なくとも１対の反対極を有するロータと、
前記ハウジングに形成されるステータであって、少なくとも１つのコイル中心極と少なくとも２つの外側の巻線極とを有するステータと、
ボビンに巻装されるコイルであって、前記コイルおよび前記ボビンが前記少なくとも１つのコイル中心を取り巻くコイルと、
前記コイル中心極の各々と前記磁化ロータとの間、並びに、前記外側の巻線極の各々と前記磁化ロータとの間のエアギャップであって、前記エアギャップの寸法がコイル中心極および１つの前記外側の巻線極の間における面積の差異に依存するエアギャップと、
を含むモータ。
【請求項６】
前記少なくとも１つの中心極の各々の幅が、前記少なくとも２つの外側の巻線極の各々の面積よりも大きい、請求項５に記載のモータ。
【請求項７】
前記ボビンに巻装される前記コイルの幅が前記外側の巻線極の面積に依存する、請求項６に記載のモータ。
【請求項８】
前記極対の各々がＮ極およびＳ極を有し、前記Ｎ極のロータ表面積が前記Ｓ極のロータ表面積と異なる、請求項５に記載のモータ。
【請求項９】
前記エアギャップの寸法が、前記少なくとも１つのコイル中心極の面積と、前記少なくとも２つのステータ極の面積とに依存する、請求項５に記載のモータ。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのコイル中心極と前記少なくとも２つのステータ極は高さが異なる、請求項９に記載のモータ。
【請求項１１】
モータステータと、
前記ステータ内に回転可能に配備される磁化ロータであって、少なくとも１対の反対極を有する磁化ロータと、
３つのコイル中心極と６つの外側の巻線極とを有するステータであって、前記コイル中心極は前記ロータの周囲に配置され、前記ロータの周囲における前記コイル中心極の各々の間の間隔は等しく、さらに、
２つの前記外側の巻線極は前記ステータにおいて前記コイル中心極の各々の間に形成され、前記コイル中心極の各々の幅が前記外側の巻線極の各々の幅よりも大きいステータと、
前記コイル中心極の各々と前記磁化ロータとの間、並びに、前記外側の巻線極の各々と磁化ロータとの間のエアギャップと、
を含むモータ。
【請求項１２】
前記ロータと前記コイル中心極の各々との間、並びに、前記ロータと前記外側の巻線極の各々との間の前記エアギャップの寸法が、１つの前記コイル中心極と１つの前記外側の巻線極の幅の差異に依存する、請求項１１に記載のモータ。
【請求項１３】
前記ボビンに巻装される前記コイルの幅が前記外側の巻線極の各々の幅に依存する、請求項１１に記載のモータ。
【請求項１４】
前記磁化ロータが、前記ロータの回りに交互に配備される５つの極対を有する、請求項１１に記載のモータ。
【請求項１５】
前記極対の各々が、等しい表面積を有するＮ極およびＳ極を有する、請求項１４に記載のモータ。
【請求項１６】
前記極対の各々がＮ極およびＳ極を有し、前記Ｎ極のロータ表面積が前記Ｓ極のロータ表面積と異なる、請求項１４に記載のモータ。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は２００５年１０月６日に出願された米国特許出願第１１／２４５，３４０号の利益を主張する。この先行出願の開示は参照によって本出願に組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
本発明は改良されたステータ極を有するブラシレスＤＣモータに関する。
【背景技術】
【０００３】
電気モータは多くの用途に用いられる。この用途には、当然それに限定されないが、所望の作動が構成部品を指令信号に応答して位置決めすることであるような用途が含まれる。これらの用途用の装置は、電気アクチュエータとして分類され、モータのトルクを増倍するために歯車減速装置のようななんらかの形態の機械的利点を組み込むことができる。さらに、電流が停止された時にアクチュエータをデフォルトの位置に戻すために、多くの場合戻りスプリングが用いられる。これらのアクチュエータは、通常、回転部材または静止部材のいずれかに永久磁石を備えたＤＣモータを用いる。この永久磁石が磁界を発生させ、これにモータの電流搬送巻線が反応して有用なトルクと動きとを作り出すことができる。
【０００４】
モータは、その運転に効果を及ぼすいくつかの特性を有する。第１の特性は、与えられたモータの寸法に物理的に使用し得る導体材料（通例銅）の量である。通常、モータには、ステータの回りに巻装される導体材料のいくつかの領域が存在するであろう。一般的に、巻線の質量が増大すると、電気的な加熱損失が低下し、モータはより大きなトルクを供給することができる。モータの運転を規定する第２の因子は無通電時のトルクまたはディテントトルクである。これは、無通電のモータを回転するに要するトルクの量である。このトルクは、ロータの個々の磁極の磁気力とステータの磁極との間の相互作用によって、角度位置の関数として惹起される。ディテントトルクが低ければ、モータを回転するに必要な電磁的モータトルクが小さくなるであろう。実際の用途においては、これによって、戻りスプリングのトルクの低減が可能になり、有用なトルクが増大し、モータの加熱を最小化することができる。
【０００５】
図１は、先行技術において知られるモータ１０の断面平面図である。モータ１０は、作動対象となるモータ１０の一部分を含むステータ１２を有する。ステータ１２の内部に、ステータ１２の内部で回転する可動ロータ１４が配置される。ロータ１４は、その外周面に沿って配置される極１６を有する。ステータ１２は、ロータ１４上の極１６と相互作用するように機能する。図１に示すように、交互に並ぶ外側の巻線極２２を有する３つのコイル中心極２０が配置される。各コイル中心極２０とロータ１４の極１６との間、並びに、各外側の巻線極２２とロータ１４の極１６との間にはエアギャップ２６が設けられる。コイル中心極２０はボビン２１を受け入れるように構成され、そのボビン２１の上には電磁コイル２３が巻装される。ボビン２１は、各中心コイル極２０上に摺動するようにかつそれを取り巻くように構成される。各外側の巻線極は、コイル中心極２０が発生する磁気力を均衡させる機能を有する歯２４を備える。上記の先行技術の設計に関する問題点は、歯２４が、コイル中心極２０の回りに配置することができるボビン２１および電磁コイル２３の幅を抑えることにある。従って、さらに幅の広いボビン２１およびコイル２３の使用を可能にするモータ設計の提供が望まれる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、ステータ内に回転可能に配置される磁化ロータを有するステータを備えたモータに関する。ステータおよびロータは、それぞれ少なくとも２つの磁極を有する。少なくとも１つのステータ極のロータ極に面する幅および面積が、他のステータ極のものと異なっている。少なくとも２つのステータ極のそれぞれと少なくとも２つのロータ極との間にエアギャップが設けられる。各ステータ極および各ロータ極の間のエアギャップの間隔は異なる。少なくとも１つのステータ極の回りに配置されるボビンの上にコイルが巻装される。ステータ極の対面面積を変えることによって、より幅の広いボビンおよびコイルをステータ極の回りに配置することが可能になる。
【０００７】
本発明のさらなる適用領域は以下に述べる詳細説明から明らかになるであろう。以下の詳細説明および特定の実施例は、本発明の好ましい実施態様を示しているが、提示目的用としてのみ考えられており、本発明の範囲を制限する意図を有するものでないことが理解されるべきである。
【０００８】
本発明は以下の詳細説明および添付の図面からより完全に理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
好ましい実施態様に関する以下の説明は、本質的に単なる事例としてのものであり、本発明、その用途、または使用を制限する意図は全く有しない。
【００１０】
図２は本発明の実施形態を表しており、モータ１００を示す。モータ１００は、モータステータ１０２と回転可能な磁化ロータ１０４とを含むモータハウジング１０１を有する。磁化ロータ１０４は、磁化ロータ１０４の外表面の回りに構成される５つの極対１０６を有する。極対１０６は交互に配置されるので、Ｎ極がＳ極に隣り合う。しかし、より少ないあるいはより多い極数および／またはＮ極およびＳ極の異なる構成を有する場合も、本発明の範囲内である。さらに、各極の表面積を変えることも可能である。例えば、Ｓ極の幅をＮ極の幅より広くすること、あるいは、その逆が可能である。
【００１１】
ステータ１０２は、ロータ１０４が回転する時に磁化ロータ１０４の極対１０６と相互作用するように構成される。図２に示すように、ステータ１０２は、６つの外側の巻線極１１２を有する３つのコイル中心極１１０を備える。外側の巻線極１１２およびコイル中心極１１０は交互に配置される。コイル中心極１１０は、磁化ロータ１０４の周囲に等間隔に配置される。極対１０６は、コイル中心極１１０および外側の巻線極１１２に直接近付けてあるいは隣接して配置される。磁化ロータ１０４の極対１０６と個々の各コイル中心極１１０および個々の各外側の巻線極１１２との間にエアギャップ１１４が設けられる。
【００１２】
ボビン１１６の回りに巻装される電磁コイル１１８を有するボビン１１６が各コイル中心極１１０の回りに配置される。本発明のこの特殊な実施形態は歯２４（図１に示す）を有していない。従って、コイル中心極１１０の回りにボビン１１６および電磁コイル１１８を配置するためにより大きな空間を利用し得るので、ボビン１１６の回りに巻装される電磁コイル１１８の幅を広くすることができる。
【００１３】
ステータ１０２の形態を変更することによって、さらに幅の広い電磁コイル１１８の収納が可能になる。図３は、コイル中心極１１０および１つの外側の巻線極１１２の分解図である。コイル中心極１１０の幅と外側の巻線極１１２の幅との間には相違があり、これによって、より幅の広い電磁コイルの組み込みが可能になる。しかし、２つの極間の幅の相違は、外側の巻線極１１２とコイル中心極１１０との磁気力の不均衡をもたらす。この不均衡な磁気力は、コイル中心極１１０におけるエアギャップ１１４と、外側の巻線極１１２におけるエアギャップ１１４とを調整することによって制御できる。図３の例においては、外側の巻線極１１２の幅がコイル中心極１１０の幅よりも小さいので、各当該極間のエアギャップ１１４が異なる。この相違によって磁気力も変化するので、適切に調整すれば、それぞれの当該コイル中心極１１０および外側の巻線極１１２に対する磁気力が均衡するであろう。
【００１４】
ロータ１０４のディテントトルクを制御するもう１つの構成は、極対１０６の表面積または配置を調整することによって実現される。すなわち、個々の各極が異なる表面積を有することも可能である。例えば、Ｎ極の表面積をＳ極よりも大きくして、ディテントトルクを生成することができる。
【００１５】
本発明は、モータのステータが占める空間量を最小化するという利点を提供する。さらに、一層大きな電磁コイル１１８を用いるので、モータのトルクが増大し、および／または、モータの運転中に生じるモータの加熱および摩耗が最小化されるであろう。
【００１６】
図４を参照すると、本発明の別の実施形態が示されている。モータ２００は、ステータ２０２の内部に回転可能に配備されるロータ２０４を備えたステータ２０２を有するものとして表現されている。ロータ２０４は、ロータ２０４上に回転可能に配備される磁極対２０６を有する。ステータ２０２は、コイル中心極２１０および外側の巻線極２１２を有する。図４に示すよりも少数または多数のステータまたはロータの極を有することもこの実施形態の範囲内である。ロータ２０４の極対２０６とステータ２０２の極２１０、２１２との間に、エアギャップ２１４が設けられる。
【００１７】
この実施形態の他の実施形態との違いは、コイル中心極２１０および外側の巻線極２１２の幅がより広いのではなく、それらの高さが異なっていて、コイル中心極２１０が外側の巻線極２１２よりも高い点である。このため、前記の実施形態の場合のようにステータ極２１０の幅が広いのではなく、その全高が長いのである。これによって、ステータ極２１０、２１２とロータ２０４の極２０６との間の対面面積を、前記の実施形態の場合と同様に確保することができる。しかし、この実施形態は、コイル中心極２１０の回りに対するより大きな電磁コイル２１８の巻装を可能にしながら、ステータ極２１０を厚くするのではなく長くするという利点を提供する。
【００１８】
以上、本発明を、ステータ上に巻装されるコイルを有するモータについて説明したが、ロータに配置されるコイルを有するモータに適用することも本発明の範囲内である。このようなモータは、ロータ装着コイルに電気駆動を適用する方法を用いる。このような方法の１つはブラシおよびコミュテータの使用であろう。
【００１９】
以上の本発明に関する説明は本質的に単なる事例としてのものであり、従って、本発明の本旨から逸脱しない変形態は本発明の範囲内であることが想定されている。このような変形態は本発明の本質および範囲から離脱したものと見做されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】先行技術の電磁モータの断面平面図である。
【図２】本発明による電磁モータの断面平面図である。
【図３】図２に示す本発明によるステータのコイル中心極および外側の巻線極の拡大図である。
【図４】本発明の別の実施形態の側面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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