(57)【要約】【課題】金属材料からなるキャンを用いた場合でも、モータ効率の向上を図ることのできるキャンドモータを提供する。【解決手段】キャンドモータは、ロータ２、ステータ３、キャン４及び磁性部材５を備える。ステータ３は、ロータ２の径方向外側に配置され、励磁コイルと、該励磁コイルが巻回されるティース３３を有するステータコア３２とを含む。キャン４は、内壁面４Ａと外壁面４Ｂとを有する筒状体であってロータ２とステータ３との間に配置され、ロータ２とステータ３とを隔離する。磁性部材５は、キャン４の内壁面４０Ａ側であって、ティース３３の径方向内側の先端部３３Ｔに対向する位置に配置されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石を含むロータと、
前記ロータに対してギャップを置いて配置され、励磁コイルと、該励磁コイルが巻回されるティースを有するステータコアと、を含むステータと、
前記ロータと前記ステータとの間に配置され、前記ロータと前記ステータとを隔離するキャンと、
前記キャンの前記ロータと対向する壁面側であって、前記ティースの前記ロータを指向する先端部に対向する位置に配置された磁性部材と、
を備えるキャンドモータ。
【請求項２】
請求項１に記載のキャンドモータにおいて、
前記ロータは、回転軸と、該回転軸の周囲に配置された前記永久磁石とを含み、
前記ステータは、前記ロータの径方向外側に配置され、
前記キャンは、内壁面と外壁面とを有する筒状体であって、前記ロータと前記ステータとの間の径方向のギャップ内に配置され、
前記磁性部材は、前記キャンの前記内壁面側であって、前記ティースの径方向内側の先端部に対向する位置に配置されている、キャンドモータ。
【請求項３】
請求項２に記載のキャンドモータにおいて、
前記磁性部材の周方向幅が、前記ティースの前記先端部の周方向幅よりも長く設定され、
前記磁性部材は、前記ティースの前記先端部と径方向に対向する基部と、該基部の周方向の両側から各々周方向に延びる延長部とを備える、キャンドモータ。
【請求項４】
請求項２又は３に記載のキャンドモータにおいて、
前記キャンは、
所定の径方向肉厚を有する第１部分と、
前記磁性部材と前記ティースの前記先端部とが対向する位置に配置され、前記第１部分よりも径方向肉厚が薄肉である第２部分とを含む、キャンドモータ。
【請求項５】
請求項４に記載のキャンドモータにおいて、
前記第２部分は、前記キャンの外壁面を前記対向する位置において径方向内側へ凹没させた第１薄肉部からなり、
前記ティースの前記先端部が、前記第１薄肉部に嵌め込まれている、キャンドモータ。
【請求項６】
請求項４に記載のキャンドモータにおいて、
前記第２部分は、前記キャンの内壁面を前記対向する位置において径方向外側へ凹没させた第２薄肉部からなり、
前記磁性部材が、前記第２薄肉部に嵌め込まれている、キャンドモータ。
【請求項７】
請求項２又３に記載のキャンドモータにおいて、
前記キャンは、前記磁性部材と前記ティースの前記先端部とが対向する位置に配置され、前記先端部を挿通させることが可能な孔部を有する、キャンドモータ。
【請求項８】
請求項７に記載のキャンドモータにおいて、
前記ティースの前記先端部は、径方向内側に突設された１又は複数の突起部を有し、
前記孔部は、前記突起部を挿通させる孔部である、キャンドモータ。
【請求項９】
請求項７又は８に記載のキャンドモータにおいて、
前記キャンは、
所定の径方向肉厚を有する第１部分と、
前記磁性部材と前記ティースの前記先端部とが対向する位置に配置され、前記第１部分よりも径方向肉厚が薄肉である第２部分とを含み、
前記孔部は、前記第２部分に形成されている、キャンドモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータとステータとの間に、両者を隔離するキャンが備えられたキャンドモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
水中モータポンプ装置や真空ポンプ装置等に用いられるモータとして、キャンドモータが用いられている。キャンドモータは、ロータとステータとの間に、両者を隔離するキャンを備える。キャンの介在により、ステータの水密化（水中モータポンプ装置）や、ロータの気密化（真空ポンプ装置）を図ることができる。このような密閉化の目的以外に、ステータの励磁コイルを保護するために、キャンが介在される場合もある。
【０００３】
キャンを介在させると、キャンの径方向の厚み分だけロータとステータとの間のギャップが広くなる。これにより、ロータに侵入できる磁束が少なくなって、モータ出力が低下する。従って、キャンの肉厚を可及的に薄くすることが望ましいが、その反面、水圧や空圧等に耐える強度がキャンには求められる。このため、従来の一般的なキャンドモータにおいては、薄肉で強度を確保できる金属材料からなるキャンが用いられている。
【０００４】
しかし、キャンが導電性を有する場合、ロータとステータとの間の磁場変動によって前記キャンに渦電流が生じ、キャンが発熱して損失を発生させる問題がある。この問題に鑑み、樹脂製のキャン、或いは特許文献１に開示されているように、炭素繊維で強化した樹脂からなるキャンを用いることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−８５９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
樹脂製のキャンを用いた場合、渦電流による損失は回避できるが、径方向の肉厚の薄肉化を十分に図ることはできない。従って、ロータとステータとの間のギャップが広く設定せざるを得ず、力率の低下、漏れ磁束による損失の増加等により、モータ効率の向上が阻害される。
【０００７】
本発明の目的は、モータ効率の向上を図ることのできるキャンドモータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一局面に係るキャンドモータは、永久磁石を含むロータと、前記ロータに対してギャップを置いて配置され、励磁コイルと、該励磁コイルが巻回されるティースを有するステータコアと、を含むステータと、前記ロータと前記ステータとの間に配置され、前記ロータと前記ステータとを隔離するキャンと、前記キャンの前記ロータと対向する壁面側であって、前記ティースの前記ロータを指向する先端部に対向する位置に配置された磁性部材と、を備える。
【０００９】
このキャンドモータによれば、キャンの壁面とロータとの間に磁性部材が配置される。磁性部材は、空気よりも透磁率が高いことから、ステータが発生する磁束は前記磁性部材に引き寄せられることになる。そして、前記磁性部材は、ティースの先端部に対向する位置、つまり磁束がロータに向けて流れ出すべき箇所に対向する位置に配置される。従って、強度確保のため金属材料からなるキャンを用いた場合でも、磁束をロータに流入させ易くすると共に、キャンを通過する磁束を減少させることができる。これにより、キャンでの損失を低減させ、モータ効率を向上させることができる。
【００１０】
上記のキャンドモータにおいて、前記ロータは、回転軸と、該回転軸の周囲に配置された前記永久磁石とを含み、前記ステータは、前記ロータの径方向外側に配置され、前記キャンは、内壁面と外壁面とを有する筒状体であって、前記ロータと前記ステータとの間の径方向のギャップ内に配置され、前記磁性部材は、前記キャンの前記内壁面側であって、前記ティースの径方向内側の先端部に対向する位置に配置されていることが望ましい。
【００１１】
このキャンドモータによれば、ロータとステータとが径方向に配置されるラジアルギャップ型のキャンドモータにおいて、前記磁性部材によりステータが発生する磁束が引き寄せられる構造を実現することができる。
【００１２】
上記のキャンドモータにおいて、前記磁性部材の周方向幅が、前記ティースの前記先端部の周方向幅よりも長く設定され、前記磁性部材は、前記ティースの前記先端部と径方向に対向する基部と、該基部の周方向の両側から各々周方向に延びる延長部とを備えることが望ましい。
【００１３】
このキャンドモータによれば、磁性部材は、前記ティースの前記先端部と対向する基部だけでなく、前記基部から延在する延長部を備える。これにより、磁性部材のロータとの対向面積を大きくすることができるので、より多くの磁束をロータへ流入させ易くなり、モータ効率をさらに向上させることが可能となる。
【００１４】
上記のキャンドモータにおいて、前記キャンは、所定の径方向肉厚を有する第１部分と、前記磁性部材と前記ティースの前記先端部とが対向する位置に配置され、前記第１部分よりも径方向肉厚が薄肉である第２部分とを含むことが望ましい。
【００１５】
このキャンドモータによれば、前記ティースの前記先端部の位置に、薄肉とされたキャンの第２部分が配置される。これにより、前記先端部とロータとの間のギャップを狭くすることができるので、磁気抵抗が減少し、また、ロータに流入しない漏れ磁束を低減させることができる。従って、モータ効率を一層向上させることができる。
【００１６】
この場合、前記第２部分は、前記キャンの外壁面を前記対向する位置において径方向内側へ凹没させた第１薄肉部からなり、前記ティースの前記先端部が、前記第１薄肉部に嵌め込まれている構成とすることができる。
【００１７】
このキャンドモータによれば、前記先端部の前記第１薄肉部への嵌め込みにより、前記先端部をロータに接近させる構造を実現させることができる。
【００１８】
或いは、前記第２部分は、前記キャンの内壁面を前記対向する位置において径方向外側へ凹没させた第２薄肉部からなり、前記磁性部材が、前記第２薄肉部に嵌め込まれている構成とすることができる。
【００１９】
このキャンドモータによれば、前記磁性部材の前記第２薄肉部への嵌め込みにより、前記磁性部材をキャンの内壁面側に配置しつつも、キャンの内壁面とロータとの間のギャップを狭くできる構造を実現させることができる。
【００２０】
上記のキャンドモータにおいて、前記キャンは、前記磁性部材と前記ティースの前記先端部とが対向する位置に配置され、前記先端部を挿通させることが可能な孔部を有する構成とすることができる。
【００２１】
例えば、ステータの励磁コイルを外力や圧力等から保護するために、キャンがロータとステータとの間に介在される場合がある。この場合、高度の密閉性がキャンには求められないので、キャンに径方向へ貫通する孔部を設けることが可能である。上記のキャンドモータによれば、前記孔部へ前記ティースの前記先端部を挿通させることが可能となる。これにより、前記先端部とキャンの内壁面側に配置された磁性部材とを直接接触させることが可能となり、前記先端部とロータとの間のギャップを狭くできると共に、キャンを通過する磁束を一層少なくすることができる。
【００２２】
この場合、前記ティースの前記先端部は、径方向内側に突設された１又は複数の突起部を有し、前記孔部は、前記突起部を挿通させる孔部であることが望ましい。
【００２３】
このキャンドモータによれば、孔部を設けつつも、キャンの密閉性を確保し易くすることができる。
【００２４】
上記のキャンドモータにおいて、前記キャンは、所定の径方向肉厚を有する第１部分と、前記磁性部材と前記ティースの前記先端部とが対向する位置に配置され、前記第１部分よりも径方向肉厚が薄肉である第２部分とを含み、前記孔部は、前記第２部分に形成されていることが望ましい。
【００２５】
このキャンドモータによれば、前記ティースの前記先端部が挿通される前記孔部が形成される第２部分が薄肉とされる。これにより、前記先端部とロータとの間のギャップを狭くすることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係るキャンドモータによれば、例えば金属材料からなるキャンを用いた場合でも、モータ効率の向上を図ることのできるキャンドモータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、キャンドモータの全体構造の一例を示す軸方向断面図である。
【図２】図２（Ａ）は、一般的なキャンドモータの径方向の部分断面図、図２（Ｂ）は前記部分断面図に磁束の流れを付記した図である。
【図３】図３（Ａ）は、本発明の第１実施形態に係るキャンドモータの径方向の部分断面図、図３（Ｂ）は前記部分断面図に磁束の流れを付記した図である。
【図４】図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、磁性部材の変形例を示す図である。
【図５】図５（Ａ）は、磁性部材の適正な周方向幅を説明するための図、図５（Ｂ）は、磁性部材の適正な径方向厚さを説明するための図である。
【図６】図６は、本発明の第２実施形態に係るキャンドモータの径方向の部分断面図である。
【図７】図７は、前記第２実施形態の変形例に係るキャンドモータの径方向の部分断面図である。
【図８】図８は、前記第２実施形態の他の変形例に係るキャンドモータの径方向の部分断面図である。
【図９】図９（Ａ）は、本発明の第３実施形態に用いられるキャンの斜視図、図９（Ｂ）は、前記第３実施形態に係るキャンドモータの径方向の部分断面図である。
【図１０】図１０（Ａ）〜（Ｃ）は、前記第３実施形態に適用されるティースの先端部の形状例を示す斜視図である。
【図１１】図１１は、前記第３実施形態の変形例に係るキャンドモータの径方向の部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
［キャンドモータの全体構成］
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。先ずは、本発明が適用されるキャンドモータの全体構成について説明する。図１は、キャンドモータ１の全体構造の一例を示す軸方向断面図である。図１及び後出の他の図において、Ｘ方向、Ｒ方向、θ方向の方向表示を付している。Ｘ方向は、キャンドモータ１の出力軸（回転軸２１）の軸方向、Ｒ方向はＸ方向と直交し前記出力軸を中心とする径方向、θ方向は前記出力軸回りの周方向を各々示す。
【００２９】
キャンドモータ１は、例えば水中モータポンプ装置や真空ポンプ装置の駆動源として用いられるモータである。キャンドモータ１は、ロータ２と、ロータ２の径方向外側にギャップＧを置いて配置されたステータ３とを含み、ロータ２がステータ３の径方向内側に回転自在に収容されたラジアルギャップ型のモータである。さらにキャンドモータ１は、ロータ２とステータ３との間に配置され、ロータ２とステータ３とを隔離するキャン４を備えている。
【００３０】
ロータ２は、回転軸２１及びロータコア２２を含む。回転軸２１は、キャンドモータ１の出力軸であり、駆動対象のポンプ装置の主軸が連結される。ロータコア２２は、回転軸２１に一体的に取り付けられた円筒状の部材である。ロータコア２２の外周部付近には、複数の永久磁石２３が周方向（θ方向）に配列されている。つまり、回転軸２１の周囲に複数の永久磁石２３が配置されている。複数の永久磁石２３は、ロータコア２２の外周部に磁極を形成するものであり、θ方向に交互に極性が異なるように配列されている。
【００３１】
ステータ３は、励磁コイル３１と、励磁コイル３１が巻回される複数のティース３３を有するステータコア３２とを含む。励磁コイル３１は、絶縁電線をティース３３の外周に必要ターン数だけ巻回してなる。複数のティース３３は、回転軸２１を中心として径方向Ｒに放射状に配置された板状の部材である。ステータコア３２は、円筒型のバックヨークと、このバックヨークの内周壁から径方向Ｒの内側へ周方向θに一定ピッチで突設された複数のティース３３とを備える構造体とすることができる。ステータコア３２としては、複数枚の電磁鋼板の積層体コア、或いは、等方的な磁気特性を有する磁性鉄粉が強固に押し固められてなる圧粉コアなどを用いることができる。
【００３２】
ステータ３は、ステータフレーム１１によって保持されている。ステータフレーム１１は、円筒状のフレーム本体１１１と、このフレーム本体１１１の−Ｘ側端部に連設された円環状の側板１１２及び＋Ｘ側端部に連設された円環状の側板１１３とからなる。一対の側板１１２、１１３によって、フレーム本体１１１の内側には円筒状の収容空間Ｈが形成されている。この収容空間Ｈに、ステータ３が収容されている。すなわち、フレーム本体１１１の内壁面の係合部（図略）に、ステータコア３２（ティース３３）が嵌め込み固定されている。ステータ３の内周側が、側板１１２、１１３の内周縁１１４、１１５と概ね面一となるように、ステータ３はステータフレーム１１に固定されている。
【００３３】
キャン４は、回転軸２１と同心に配置される円筒体であって、内壁面４Ａ（ロータと対向する壁面）と外壁面４Ｂとを備えている。キャン４は、ロータ２とステータ３との間のギャップＧの一部を占有しており、内壁面４Ａはロータ２と空間を置いて対向している。外壁面４Ｂはステータ３と接している。本実施形態では、例えばステンレス鋼などの金属材料によって形成されたキャン４が用いられる。金属材料製のキャン４であれば、所要の強度を確保しつつ径方向Ｒの肉厚を薄くすることができる。従って、ロータ２とステータ３との間のギャップＧを狭くすることができる。
【００３４】
キャン４は、ステータ３が収容されるステータフレーム１１の収容空間Ｈを封止している。具体的には、キャン４はステータフレーム１１を略同一の軸方向Ｘの長さを有し、その−Ｘ側の端部４１はステータフレーム１１の−Ｘ側の側板１１２の内周縁１１４に、また、＋Ｘ側の端部４２は＋Ｘ側の側板１１３の内周縁１１５に、それぞれ密着接合されている。このようなキャン４の介在により、ロータ２とステータ３とは隔離され、キャンドモータ１が水中モータポンプ装置の駆動源として用いられる場合にあっては、ステータ３の水密化を図ることができ、また、キャンドモータ１が真空ポンプ装置の駆動源として用いられる場合にあっては、ロータ２の気密化を図ることができる。
【００３５】
キャン４の内壁面４Ａ側には、各ティース３３に対応付けて、磁性部材５が配置されている。磁性部材５は、ティース３３の軸方向Ｘの長さとほぼ同じ長さを有し、ティース３３の径方向Ｒの内側の先端部に対向する位置に配置されている。この磁性部材５については、後記で詳述する。
【００３６】
ステータフレーム１１の−Ｘ側端部には封止板１２が、＋Ｘ側端部には軸受けホルダー１３が、各々取り付けられている。また、ロータ２の回転軸２１の−Ｘ側端部は−Ｘ側軸受け１４で、＋Ｘ側端部は＋Ｘ側軸受け１５で、各々軸支されている。−Ｘ側軸受け１４は封止板１２で保持され、＋Ｘ側軸受け１５は軸受けホルダー１３で保持されている。
【００３７】
封止板１２は、円板状の蓋部１２１と、蓋部１２１から＋Ｘ方向に突設された円筒型の保持部１２２とを含む。保持部１２２は、その内周面で−Ｘ側軸受け１４を保持すると共に、その外周面でキャン４の−Ｘ側の端部４１において内壁面４Ａを支持している。軸受けホルダー１３は、円板部１３１と、円板部１３１から−Ｘ方向に突設された円筒型の保持部１３２とを含む。保持部１３２は、その内周面で＋Ｘ側軸受け１５を保持すると共に、その外周面でキャン４の＋Ｘ側の端部４２において内壁面４Ａを支持している。
【００３８】
［一般的なキャンドモータの問題点の説明］
図２（Ａ）は、一般的なキャンドモータの径方向の部分断面図、図２（Ｂ）は前記部分断面図に磁束の流れを付記した図である。ステータ３の各ティース３３は径方向Ｒの内側へ延び、その先端部３３Ｔはキャン４の外壁面４Ｂに接している。ティース３３間の間隙は、励磁コイル３１が収容されるスロットＳである。ロータ２の外周面は、径方向ＲにギャップＧを置いてキャン４の内壁面４Ａと対向している。
【００３９】
励磁コイル３１に励磁電流が通電されると、ステータ３からロータ２へ流入出する磁束Ａ１、Ａ２が生じる。磁束Ａ１は、ティース３３の先端部３３Ｔからロータ２へ流入する磁束、磁束Ａ２は、ロータ２の外周面からティース３３の先端部３３Ｔへ流入する磁束である。これらの磁束Ａ１、Ａ２は、ロータ２の回転駆動に貢献する。
【００４０】
但し、ステータ３とロータ２との間にはキャン４が存在するので、磁束Ａ１、Ａ２はキャン４を径方向Ｒに横切る経路を通ることになる。また、励磁コイル３１に励磁電流が通電されると、主たる磁束Ａ１、Ａ２に加えて漏れ磁束ａ１、ａ２も発生する。漏れ磁束ａ１、ａ２は、ロータ２を経由せずに一のティース３３から隣接する他のティース３３へ至る磁束であり、ロータ２の回転駆動に貢献しない。図２（Ｂ）では、キャン４を周方向に通過する漏れ磁束ａ１と、スロットＳ（励磁コイル３１）を通過する漏れ磁束ａ２とを示している。
【００４１】
本実施形態ではキャン４を介在させるので、このキャン４の厚み分だけロータ２とステータ３との間のギャップＧが長くなってしまう。このため、ロータ２に流入する磁束Ａ１、Ａ２の数が減り、漏れ磁束ａ１、ａ２が増える傾向となる。このことは、モータ出力を低下させることに繋がる。
【００４２】
さらに、本実施形態では、キャン４が金属材料からなる。従って、各励磁コイル３１に順次励磁電流が通電され回転磁界が形成されると、磁束Ａ１、Ａ２及び漏れ磁束ａ１によってキャン４中に渦電流が発生する。磁束Ａ１、Ａ２がキャン４を通過することは、キャンドモータの構造上不可避的であるのでやむを得ない。また、磁束Ａ１、Ａ２は、キャン４を径方向Ｒに通過するものであり、通過距離が短いことから、渦電流による損失も比較的小さい。一方、漏れ磁束ａ１は、キャン４を周方向に通過するので通過距離が比較的長くなる。このため、漏れ磁束ａ１の量が多いと渦電流も比較的大きくなり、損失が増加することになる。渦電流が発生しない素材、例えば樹脂からなるキャン４を用いることも考えられるが、薄肉でありながら強度に優れ、且つ安価なキャン４を作製することは困難である。
【００４３】
［第１実施形態］
第１実施形態では、専らキャン４を通過する磁束を可及的に減少させることに着目した実施形態を示す。図３（Ａ）は、本発明の第１実施形態に係るキャンドモータ１の径方向Ｒの部分断面図、図３（Ｂ）は前記部分断面図に磁束の流れを付記した図である。キャンドモータ１の基本構成は上掲の一般的な例と同じであり、ロータ２と、複数のティース３３を有するステータ３と、ロータ２とステータ３との間に配置されたキャン４とを備える。各ティース３３の径方向内側の先端部３３Ｔ（ロータを指向する先端部）は、キャン４の外壁面４Ｂに接している。ロータ２の外周面は、径方向ＲにギャップＧを置いてキャン４の内壁面４Ａと対向している。
【００４４】
これに加え、第１実施形態のキャンドモータ１は、キャン４の殻内に配置された磁性部材５を備えている。磁性部材５は、ステータ３（キャン４）とロータ２との間のギャップＧに、キャン４の内壁面４Ａから径方向Ｒの内側へ突出するように配置されている。
【００４５】
磁性部材５としては、高い透磁率を有する各種の部材を適用することが可能である。磁性部材５として好ましい部材は、電気機器の各種コイルの鉄心コアとして用いられている部材である。例えば、磁性部材５として、複数枚の電磁鋼板の積層体や、磁性鉄粉を押し固めて成型された圧粉材等を用いれば、渦電流を抑制できるので好ましい。電磁鋼板の積層体を用いる場合、その電磁鋼鈑の積層方向は軸方向Ｘである。圧粉材を用いる場合、例えば純鉄粉、鉄基合金粉末（Ｆｅ−Ａｌ合金、Ｆｅ−Ｓｉ合金、センダスト、パーマロイ等）およびアモルファス粉末等の磁性体粉末をリン酸系化成皮膜等の電気絶縁皮膜で被覆されたものを用いることができる。このほか、ＳＳ４００などの鉄鋼材や、磁性を有する各種のＳＵＳＵ材等を、磁性部材５として用いることができる。
【００４６】
磁性部材５は、一つのティース３３に対して一つが配置されている。磁性部材５は、各ティース３３の径方向内側の先端部３３Ｔに対向する位置であって、キャン４の内壁面４Ａに密接して配置されている。つまり、ステータ３（ティース３３）からロータ２に向けて磁束Ａ１が流れ出す位置、乃至は、ロータ２からティース３３へ磁束Ａ１が流入する位置である先端部３３Ｔを覆うように、磁性部材５が配置されている。ティース３３の先端部３３Ｔはキャン４の外壁面４Ｂに接していることから、先端部３３Ｔと磁性部材５とはキャン４の径方向Ｒの厚さ分の距離を隔てて対向している。
【００４７】
磁性部材５は軸方向Ｘに直線状に延び、周方向θに内壁面４Ａの形状に倣って湾曲した形状を有している。図１に示す通り、磁性部材５の軸方向Ｘの長さは、ティース３３の軸方向Ｘの長さとほぼ同じである。磁性部材５の周方向θの幅は、ティース３３の先端部３３Ｔの周方向θの幅よりも長く設定されている。すなわち磁性部材５は、先端部３３Ｔと径方向Ｒに対向する基部５１と、該基部５１の周方向θの両側から各々周方向に延びる延長部５２とを備える。つまり、基部５１が先端部３３Ｔを直下（径方向内側）から覆い、さらに一対の延長部５２が先端部３３Ｔを斜め下方から各々覆う態様である。
【００４８】
図３（Ｂ）を参照して、励磁コイル３１（図３（Ｂ）では励磁コイル３１が収容されるスロットＳを図示している）への通電により、ステータ３は磁束を発生する。この磁束のうち主たる磁束Ａ１は、ティース３３の先端部３３Ｔからロータ２へ流入する。また、ロータ２の外周面からティース３３の先端部３３Ｔへ、磁束Ａ２が流出する。さらに、ステータ３とロータ２との間にはキャン４及びギャップＧが存在するので、隣接するティース３３間で漏れ磁束ａ３、ａ４も発生する。漏れ磁束ａ３はティース３３の先端部３３Ｔ側で発生する漏れ磁束、漏れ磁束ａ４はティース３３の根元側で発生する漏れ磁束である。
【００４９】
本実施形態では、磁性部材５が、キャン４の内壁面４Ａにおいてティース３３の先端部３３Ｔを覆うように、ギャップＧに突出して配置されている。つまり、磁束がロータ２に対して流入出すべき箇所に対向する位置に配置されている。そして、磁性部材５は、ギャップＧ中の空気よりも高い透磁率を有することから、ステータ３が発生する磁束は磁性部材５に引き寄せられることになる。
【００５０】
このため、先端部３３Ｔから発せられた主たる磁束Ａ１は、キャン４及び磁性部材５を径方向Ｒに通過し、ロータ２へ流入する。また、ロータ２から流出した主たる磁束Ａ２は、磁性部材５及びキャン４を径方向Ｒに通過し、先端部３３Ｔへ至る。さらに、漏れ磁束ａ３、ａ４のうち、先端部３３Ｔ側で発生する漏れ磁束ａ３は、磁性部材５の配置によって通過経路が変わる。
【００５１】
先に図２（Ｂ）に基づき説明した通り、ティース３３の先端部３３Ｔ側で発生する漏れ磁束ａ１は、キャン４が金属材料である場合、専らキャン４の内部を周方向θに通過することになる。これに対し、キャン４の内壁面４Ａに磁性部材５が配置されていると、先端部３３Ｔ側の漏れ磁束ａ３は、磁性部材５によってギャップＧへ飛び出すように引き寄せられる。これにより、図３（Ｂ）に示しているように、漏れ磁束ａ３は専ら、一のティース３３に対向した磁性部材５から、ギャップＧを周方向θに通過して、隣接する他のティース３３に対向した磁性部材５へ至る経路を取るようになる。つまり、キャン４の内部を周方向θに通過する漏れ磁束ａ３は、著しく減少する。これにより、キャン４の内部で損失として消費されてしまう磁束を減少させることができる。
【００５２】
従って、本実施形態のキャンドモータ１によれば、薄肉でも強度を確保できる金属材料からなるキャン４を用いた場合であっても、ステータ３が発生する磁束をロータ２に流入させ易くすることができると共に、キャン４を通過する磁束を減少させることができる。これにより、キャン４の肉厚を含めたギャップＧを短くすることができるだけでなく、磁束がキャンを通過することで発生する損失を低減させることができ、キャンドモータ１の効率を向上させることができる。
【００５３】
また、磁性部材５は、先端部３３Ｔと対向する基部５１だけでなく、基部５１の両端から周方向θへ延在する延長部５２を備える。つまり、磁性部材５は、先端部３３Ｔの周方向θの幅よりも大きい周方向θの幅を有している。これにより、磁性部材５のロータ２との対向面積を大きくすることができるので、ロータ２に対してより多くの磁束Ａ１、Ａ２を流入出させ易くなる。このことは、モータ効率をさらに向上させることに寄与する。
【００５４】
磁性部材５の一例は上記の通りであるが、磁性部材５の周方向θの幅、及び径方向Ｒの厚み等については種々の態様を採用することができる。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、変形例に係る磁性部材５Ａ、５Ｂを示す図である。図４（Ａ）に示す磁性部材５Ａは、先端部３３Ｔと同じ周方向θの幅を有する部材である。すなわち、磁性部材５Ａは、図３（Ａ）に示した磁性部材５における延長部５２が存在せず、基部５１だけの部分からなる。延長部５２が存在していると、その磁性部材５に隣接する磁性部材５や、隣接するティース３３への漏れ磁束が大きくなる懸念がある。先端部３３Ｔと同じ周方向θの幅を有する磁性部材５Ａとすれば、前記漏れ磁束を減少させることができる。
【００５５】
さらに進んで、図４（Ｂ）に示す磁性部材５Ｂは、先端部３３Ｔよりも狭い周方向θの幅を有する部材である。このような磁性部材５Ｂであっても、ロータ２に対する対向面積は小さくなるものの、先端部３３Ｔから磁束をギャップＧ側へ引き寄せる効果を得ることが可能である。また、隣接する磁性部材５や、隣接するティース３３への漏れ磁束も小さくすることができる。但し、周方向θの幅が狭すぎると、キャン４を通る磁束を減少させる効果が緩くなる傾向が出る。
【００５６】
磁性部材５は、互いに離間しているティース３３の先端部３３Ｔとロータ２の外周面との間に配置された磁性部材であることから、ロータ２に流入する磁束Ａ１又はローラから流出する磁束Ａ２を誘導する役目を果たすことになる。このため、磁性部材５の周方向θの幅を広くし、ロータ２に対する対向面積を大きくすることが、ロータ２の回転駆動に寄与する磁束を増加させてモータ出力を向上させる点において望ましい。
【００５７】
図５（Ａ）は、磁性部材の適正な周方向θの幅を説明するための図であって、過剰な周方向θの幅を有する磁性部材５０１を例示している。磁性部材５０１は、図３（Ａ）に示した磁性部材５の延長部５２が、さらに周方向θへ延長された態様の部材である。磁性部材５０１は、より広い周方向θの幅を持ち、結果としてより大きい対向面積を有する。しかしながら、隣接する磁性部材５０１間の周方向θの距離が、図３（Ａ）の磁性部材５に比較して近くなってしまう。この場合、磁性部材５０１間の漏れ磁束が大きくなり、ロータ２に流入出する磁束Ａ１、Ａ２を減少させてしまうので、モータ出力が低下する。従って、隣接する磁性部材５間に周方向θの適当な間隔を置くことができるような、周方向θの幅を有する磁性部材５を用いることが望ましい。
【００５８】
図５（Ｂ）は、磁性部材の適正な径方向Ｒの厚さを説明するための図であって、過剰な径方向Ｒの厚さを有する磁性部材５０２を例示している。磁性部材５０２は、図３（Ａ）に示した磁性部材５の径方向Ｒの厚みより、さらに厚い径方向Ｒの厚みを持つ部材である。径方向Ｒの厚みが薄肉すぎる磁性部材であると、先端部３３Ｔから磁束をギャップＧ側へ引き寄せる効果が稀薄になるので好ましくない。
【００５９】
一方、磁性部材５０２のように径方向Ｒの厚みが厚肉すぎると、隣接する磁性部材５０２間の漏れ磁束が大きくなるので好ましくない。すなわち、厚肉すぎる磁性部材５０２を採用すると、隣接する磁性部材５０２の互いに対向する側端面の面積（対向面積）が大きくなってしまい、漏れ磁束を大きくしてしまう。また、厚肉の磁性部材５０２であると、その分だけギャップＧを広幅にする必要も生じる。従って、径方向Ｒに適当な厚みを有する磁性部材５を用いることが望ましい。なお、磁性部材５の肉厚を周方向θにおいて一定とすれば、磁性部材５をギャップＧ中に割り入れる態様となる本実施形態において、磁性部材５の全面をロータ２の外周面に同一のギャップＧで対向させることができる。従って、所定の肉厚を有する磁性部材５の介在効果を最大限に抽出しつつ、ギャップＧを可及的に狭幅とすることができる。
【００６０】
磁性部材５の適正な周方向θの幅、及び適正な径方向Ｒの厚さは、キャンドモータ１の実際の構造、サイズ、駆動条件などによって変化する。従って、好適な磁性部材５の前記幅及び厚さは、実用するキャンドモータ１の実機実験や、シミュレーション等を実行した上で決定することが望ましい。
【００６１】
［第２実施形態］
第２実施形態では、キャン４を通過する磁束を減少させるだけでなく、ロータ２とステータ３との間のギャップＧを第１実施形態よりも狭くすることができる実施形態を示す。図６は、本発明の第２実施形態に係るキャンドモータ１の径方向の部分断面図である。第２実施形態のキャンドモータ１の基本構成は第１実施形態と同じであり、ロータ２と、複数のティース３３を有するステータ３と、ロータ２とステータ３との間に配置されたキャン４と、キャン４の内壁面４Ａ側に配置された磁性部材５とを備えている。
【００６２】
図６に示すキャン４は、外壁面４Ｂを径方向Ｒの内側へ凹没させた複数の凹部４３（第１薄肉部／第２部分）を備えている。凹部４３の配置位置は、磁性部材５とティース３３の先端部３３Ｔとが対向する位置である。凹部４３の周方向θの幅は先端部３３Ｔの周方向θの幅と略同一であり、先端部３３Ｔが凹部４３に嵌め込まれている。
【００６３】
すなわち、第２実施形態のキャン４は、ティース３３間において所定の径方向Ｒの肉厚ｔを有する部分（第１部分）と、磁性部材５と先端部３３Ｔとが対向する位置に配置され、前記第１部分の肉厚ｔよりも径方向Ｒの肉厚が薄肉である凹部４３（第２部分）とを備えている。凹部４３が形成されている部分におけるキャン４の肉厚は、キャン４の強度を低下させない範囲で選択することができ、例えば肉厚ｔの４０％〜８０％程度の厚さとすることができる。
【００６４】
第２実施形態のキャンドモータ１によれば、ティース３３の先端部３３Ｔの対向位置に、キャン４の径方向Ｒの肉厚が薄肉とされた凹部４３が配置される。そして、先端部３３Ｔは凹部４３嵌め込まれている。この嵌め込みにより、先端部３３Ｔとロータ２の外周面との間のギャップを狭くする（先端部３３Ｔをロータ２に接近させる）ことができるので、磁気抵抗が減少する。従って、ロータ２に対して流入出する主たる磁束Ａ１、Ａ２の数を増加させることができる一方で、ロータ２に流入しない漏れ磁束ａ３、ａ４自体を低減させることができる。さらに、磁性部材５の配置によって、上記第１実施形態と同様に、キャン４を通過する漏れ磁束ａ３を減少させることができる。これらによって、キャンドモータ１のモータ効率を一層向上させることができる。
【００６５】
図７は、第２実施形態の変形例に係るキャンドモータ１の径方向の部分断面図である。図６に示した例と相違する点は、キャン４の内壁面４Ａ側に複数の凹部４４（第２薄肉部／第２部分）が配置されている点である。凹部４４は、内壁面４Ａを径方向Ｒの外側へ凹没させてなる。凹部４４の配置位置は、磁性部材５とティース３３の先端部３３Ｔとが対向する位置である。凹部４４の周方向θの幅は磁性部材５の周方向θの幅と略同一であり、磁性部材５が凹部４４に嵌め込まれている。なお、凹部４４は、径方向Ｒにおいて、磁性部材５の一部をギャップＧに突出させることができる程度の深さの溝である。
【００６６】
この変形例によれば、磁性部材５の凹部４４への嵌め込みにより、磁性部材５をキャン４の内壁面４Ａ側に配置しつつも、図６の例に比べて、内壁面４Ａとロータ２の外周面との間のギャップＧを狭くすることが可能となる。その結果として、先端部３３Ｔをロータ２に接近させることができ、磁気抵抗が減少する。従って、ロータ２の駆動に寄与する主たる磁束Ａ１、Ａ２の数を増加させ、且つ、漏れ磁束ａ３、ａ４自体を低減させることができる。また、磁性部材５の配置によって、キャン４を通過する漏れ磁束ａ３を減少させることができる。
【００６７】
図８は、第２実施形態の他の変形例に係るキャンドモータ１の径方向の部分断面図である。図８に示す例は、キャン４に対して、図６に示した凹部４３と、図７に示した凹部４４との双方を具備させた例である。すなわち、図８に示すキャン４は、外壁面４Ｂを径方向Ｒの内側へ凹没させた複数の凹部４３と、内壁面４Ａを径方向Ｒの外側へ凹没させた複数の凹部４４とを備えている。凹部４３、４４の配置位置は、磁性部材５とティース３３の先端部３３Ｔとが対向する位置である。凹部４３には先端部３３Ｔが嵌め込まれ、凹部４４には磁性部材５が嵌め込まれている。この変形例によれば、図６、図７に示したキャンドモータ１の利点を重畳的に得ることができる。
【００６８】
［第３実施形態］
上記第１、第２実施形態では、キャン４が密閉型である場合の例を示した。キャンドモータ１が、水中モータポンプ装置や真空ポンプ装置に適用される用途では、キャン４には高度の密閉性が求められる。しかしながら、ステータ３の励磁コイル３１を外力や圧力等から保護するために、キャン４がロータ２とステータ３との間に介在される場合がある。この場合、高度の密閉性がキャン４には求められないので、キャン４に径方向Ｒへ貫通する孔部を設けることが可能となる。第３実施形態では、キャン４に前記孔部を形成する例を示す。
【００６９】
図９（Ａ）は、本発明の第３実施形態に用いられるキャン４０の斜視図、図９（Ｂ）は、第３実施形態に係るキャンドモータの径方向の部分断面図である。キャン４０は、内壁面４０Ａと外壁面４０Ｂとを有する円筒体であり、内壁面４０Ａから外壁面４０Ｂへ径方向Ｒに貫通する複数のスリット４５（孔部）を備えている。スリット４５の配置位置は、ティース３３の先端部３３Ｔと磁性部材５とが対向する位置である。
【００７０】
スリット４５は、ティース３３の先端部３３Ｔを挿通させることが可能なサイズを有する孔である。すなわち、スリット４５の軸方向Ｘの長さは先端部３３Ｔの軸方向Ｘの長さと略同一であり、スリット４５の周方向θの幅は先端部３３Ｔの周方向θの幅と略同一である。また、複数のスリット４５の周方向θにおける配置ピッチは、ティース３３の周方向θにおける配置ピッチと同じである。なお、スリット４５の軸方向Ｘ及び周方向θのサイズを先端部３３Ｔのサイズよりも十分大きくし、スリット４５に対して先端部３３Ｔが相当の遊びをもって挿通される態様としても良い。
【００７１】
図９（Ｂ）に示すように、ティース３３の先端部３３Ｔはスリット４５に入り込み、先端部３３Ｔの端面がキャン４０の内壁面４０Ａと面一になっている。これにより、先端部３３Ｔとロータ２の外周面とを一層近接させることができる。また、先端部３３Ｔと内壁面４０Ａ側に配置された磁性部材５とを直接接触させることができる。ティース３３と磁性部材５との間にキャン４０が介在しない構造となり、両者間で発生する漏れ磁束を極小とすることができる。従って、ロータ２に対して流入出する主たる磁束Ａ１、Ａ２の数を一層増加させることができる一方で、ロータ２に流入しない漏れ磁束ａ３、ａ４を大幅に低減させることができる。また、キャン４０を周方向θに通過する漏れ磁束ａ３の数も大幅に減少させることができる。
【００７２】
上記の図９（Ａ）及び（Ｂ）の例では、ティース３３の先端部３３Ｔの全体をスリット４５へ貫通させる構造を例示したが、先端部３３Ｔの一部を貫通させる構造としても良い。図１０（Ａ）〜（Ｃ）は、第３実施形態の変形例に適用されるティース３３の先端部３３Ｔの形状例を示す斜視図である。図１０（Ａ）〜（Ｃ）では、先端部３３Ｔを上向きにしてティース３３が描かれており、その先端部３３Ｔには、径方向内側に突設された１又は複数の突起部が備えられている。
【００７３】
図１０（Ａ）には、径方向内側に突設された複数の短冊状の突起部３５が、軸方向Ｘに等ピッチで配列された先端部３３Ｔを有するティース３３が示されている。図１０（Ｂ）には、径方向内側に突設された複数の柱状の突起部３６が、軸方向Ｘに等ピッチで２列に配列された先端部３３Ｔを有するティース３３が示されている。図１０（Ｃ）には、一つの突条部３７（突起部）が径方向内側に突設された先端部３３Ｔを有するティース３３が示されている。図示は省略するが、これら突起部３５、３６、突条部３７に対応した孔部が、つまりこれらを貫通させることができる孔部が、キャン４０に穿孔される。
【００７４】
図１０（Ａ）〜（Ｃ）に示す変形例によれば、キャン４０に穿孔すべき孔部のサイズを、図９（Ａ）、（Ｂ）に示した例よりも小さくすることができる。このため、キャン４０の密閉性を確保し易い構造となる。従って、ティース３３の先端部３３Ｔがキャン４０を貫通させることで、磁束Ａ１、Ａ２のロータ２への流入出を良好なものとしつつ、キャン４０の密閉性をある程度の高いレベルに設定することが可能となる。
【００７５】
図１１は、第３実施形態の他の変形例に係るキャンドモータ１の径方向の部分断面図である。キャン４０がスリット４５を有している点は、図９（Ｂ）の例と同じである。これに加え、図１１の例では、このスリット４５の穿孔位置、つまり磁性部材５とティース３３の先端部３３Ｔとが対向する位置に、先に図７で示したような凹部４４が形成されている。
【００７６】
図１１のキャン４０は、ティース３３間において所定の径方向Ｒの肉厚ｔを有する部分（第１部分）と、磁性部材５と先端部３３Ｔとが対向する位置に配置され、前記第１部分の肉厚ｔよりも径方向Ｒの肉厚が薄肉である凹部４４（第２部分）とを備えている。そして、スリット４５は、凹部４４に形成されている。ティース３３の先端部３３Ｔは、スリット４５を貫通している。また、磁性部材５の径方向Ｒの一部は、凹部４４に収容されている。先端部３３Ｔは、磁性部材５と直接接触している。この変形例によれば、上記の利点に加え、先端部３３Ｔとロータ２の外周面との間のギャップを一層狭くすることができる利点がある。
【００７７】
以上説明した本発明に係るキャンドモータ１によれば、ロータ２とステータ３との間のギャップを狭くするために金属材料からなるキャン４、４０を用いた場合でも、キャン４、４０で消費される磁束数を減らすことができる。従って、キャンドモータ１のモータ効率を向上させることができる。
【００７８】
なお、上記実施形態では、本発明がラジアルギャップ型のキャンドモータ１に適用される例を示した。これは一例であり、本発明は、ロータとステータとが直線状に配置されるリニア型のキャンドモータ、或いはロータとステータとが軸方向に配置されるアキシャルギャップ型のキャンドモータ等にも適用することができる。
【符号の説明】
【００７９】
１  キャンドモータ
２  ロータ
２１  回転軸
２３  永久磁石
３  ステータ
３１  励磁コイル
３２  ステータコア
３３  ティース
３３Ｔ  先端部
３５、３６  突起部
３７  突条部（突起部）
４、４０  キャン
４Ａ、４０Ａ  内壁面
４Ｂ、４０Ｂ  外壁面
４３  凹部（第１薄肉部／第２部分）
４４  凹部（第２薄肉部／第２部分）
４５  スリット（孔部）
５  磁性部材
５１  基部５１
５２  延長部５２
【図１】
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【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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