(57)【要約】【課題】従来のツインロータ型モータにおいては、ステータの機器への取り付けのために、取り付け用穴８０を設けることが可能であるが、モータの特性が十分に発揮され得ない。【解決手段】外側ロータ２０Ａは、外側ロータヨーク２１Ａを内径側まで延伸し、内側ロータ２５Ａを構成する内側ロータヨーク２６Ａと結合され、内外ロータヨーク４０を構成する。この内外ロータヨーク４０は、出力軸４１に結合される。ロータの出力軸が１つであることによって、外側ロータ２０Ａの出力トルクと内側ロータ２５Ａの出力トルクの和がモータの出力軸トルクとなる。モータの出力トルクが大きくなる。外側ロータ２０Ａと内側ロータ２５Ａを結合するための内外ロータヨーク４０を有する。この内外ロータヨーク４０はステータ１０の軸方向片側を覆うように構成される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状のヨーク部と、前記ヨーク部の外径側に設けた複数の外側ティース部及び外側スロット部と、前記ヨーク部の内径側に設けた複数の内側ティース部及び内側スロット部と、前記ヨーク部にトロイダル巻を施した複数のコイルとで構成されるステータと、前記外側ティース部に対向する外側永久磁石を有する外側ロータと、前記内側ティース部に対向する内側永久磁石を有する内側ロータとを有し、さらに前記ステータは、樹脂モールド部を備え、前記樹脂モールド部は、前記コイルを封止するとともに取り付け部を有するモータのロータにおいて、前記外側ロータと前記内側ロータを結合し、かつ前記ステータの出力軸方向の片側を覆う内外ロータヨークを備えたロータとを有し、前記ロータは前記内外ロータヨークを介して前記出力軸に結合する内外ロータヨークを具備するロータ。
【請求項２】
請求項１記載の内外ロータヨークを具備するロータを含むモータ。
【請求項３】
前記コイルは、３相スター結線又は３相デルタ結線のいずれか一方の結線で接続される構成を具備する請求項２記載のモータ。
【請求項４】
前記外側永久磁石と前記内側永久磁石との極対数は同一である構成を具備する請求項２記載のモータ。
【請求項５】
前記外側スロット部と前記内側スロット部とのスロット数は同一であり、前記極対数と前記スロット数の比率は、１対６である構成を具備する請求項４記載のモータ。
【請求項６】
前記外側スロット部と前記内側スロット部とのスロット数は同一であり、前記極対数と前記スロット数の比率は、５対６である構成を具備する請求項４記載のモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内外ロータヨークを具備するロータ及びモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のツインロータ型モータの断面図を図８に示す。この関連技術は、例えば特許文献１に開示されている。
【０００３】
図８は、従来のトロイダル方式のブラシレスモータを示しており、ステータ６０と外側ロータ７０と内側ロータ７５から構成されている。なお、図８は通常の分布巻で使用される極対数Ｐとスロット数Ｎｓの組合せが１：６である４極十二スロットのモータを示している。
【０００４】
ステータ６０は、環状のヨーク部６１と、このヨーク部６１の外径側に設けた複数の外側ティース部６２及び外側スロット部６３と、このヨーク部６１の内径側に設けた複数の内側ティース部６５及び内側スロット部６６とを備えている。そして、ヨーク部６１に外側スロット部６３及び内側スロット部６６の間にトロイダル状に巻回された複数のコイル６４を備えている。
【０００５】
一方、このステータ６０の内外に外側ロータ７０，内側ロータ７５とを備えている。外側ロータ７０は、外側ティース部６２に対向する外側永久磁石７２と外側ヨーク７１より成り、ステータ６０の外側に回転自在に支承されている。内側ロータ７５は、内側ティース部６５に対向する内側永久磁石７７と内側ヨーク７６より成り、ステータ６０の内側に回転自在に支承されている。
【０００６】
コイル６４は、３相スター結線又は３相デルタ結線されている。このコイル６４に通電することにより、外側ロータ７０と内側ロータ７５は、共にコイル６４に流れる電流による磁界によってトルクが発生し所定の方向に回転する。
【０００７】
ステータ６０は、環状のヨーク部６１の外側ティース部６２及び内側ティース部６５と交差する部分に複数の取り付け穴８０を備えている。この取り付け用穴８０は、ヨーク部６１を貫通している。
【０００８】
ツインロータ型モータにおいては、ステータ６０の外側と内側双方にそれぞれ外側ロータ７０および内側ロータ７５が存在するために、通常、ステータ６０を保持するために使用される焼き嵌めや圧入などの固定方法を使用できない。そのため、図８に示すように、取り付け用穴８０を設け、この取り付け用穴８０にボルト（図示せず）などを通すことによって、ステータ６０を機器に固定することが可能となる。
【０００９】
この従来の取り付け方法は、非特許文献１の「ＩＥＥＥ  ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ  ＯＮ  ＩＮＤＵＳＴＲＹ  ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳ，  ＶＯＬ．４０，  ＮＯ．３，  ＭＡＹ／ＪＵＮＥ  ２００４」に開示されている。この非特許文献１に掲載の論文「Ｄｅｓｉｇｎ  ａｎｄ  Ｐａｒａｍｅｔｅｒ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  Ｄｕａｌ−Ｒｏｔｏｒ，  Ｒａｄｉａｌ−Ｆｌｕｘ，  Ｔｏｒｏｉｄａｌｌｙ−Ｗｏｕｎｄ，  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ−Ｍａｇｎｅｔ  Ｍａｃｈｉｎｅｓ」の７７４ページ、「Ａ．  Ｆｌｕｘ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ」の項に、ボルト穴によって漏れ磁束が増加し、ステータコアの磁束密度が１５％低下することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−３７１３３号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】「ＩＥＥＥ  ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ  ＯＮ  ＩＮＤＵＳＴＲＹ  ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳ，  ＶＯＬ．４０，  ＮＯ．３，  ＭＡＹ／ＪＵＮＥ  ２００４」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
この従来のツインロータ型モータにおいては、ステータ６０の機器への取り付けのために、取り付け用穴８０を設けることが可能であるが、このことにより、取り付け用穴８０を設けるためのスペースが、ヨーク部６１のどこかの部分に必要となる。モータ性能への影響を少なくするためには、図８に示したように、ヨーク部６１と外側ティース部６２及び内側ティース部６５との交差する部分に取り付け用穴８０を設けることが望ましい。しかし、特にモータのトルクが大きくなる程、取り付けのためのボルトに要求される強度が必要となり、これに伴い、取り付け用穴８０の径を大きくしなければならない。
【００１３】
このような場合、モータの磁気回路設計上必要とされるヨーク部６１、外側ティース部６２、内側ティース部６５の幅よりも、取り付け強度上で機械的に必要とされる幅の方が大きくなることが生じる。このことにより、例えば外側ティース部６２あるいは内側ティース部６５の幅が大きくなるとスロット面積が小さくなるため、電流密度が増加して信頼性上問題となり、この電流密度増加を抑制するためにスロット面積を大きくすると、内側ロータ７５の外径が小さくなってモータのトルクが低下する。また、ヨーク部６１の幅が大きくなると、内側ロータ７５の外径が小さくなってモータのトルクが低下する。したがって、取り付け用穴８０を設けることにより、モータの特性を十分に確保することが困難となる。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
第１の発明は、環状のヨーク部と、前記ヨーク部の外径側に設けた複数の外側ティース部及び外側スロット部と、前記ヨーク部の内径側に設けた複数の内側ティース部及び内側スロット部と、前記ヨーク部にトロイダル巻を施した複数のコイルとで構成されるステータと、前記外側ティース部に対向する外側永久磁石を有する外側ロータと、前記内側ティース部に対向する内側永久磁石を有する内側ロータとを有し、さらに前記ステータは、樹脂モールド部を備え、前記樹脂モールド部は、前記コイルを封止するとともに取り付け部を有するモータのロータにおいて、前記外側ロータと前記内側ロータを結合し、かつ前記ステータの出力軸方向の片側を覆う内外ロータヨークを備えたロータとを有し、前記ロータは前記内外ロータヨークを介して前記出力軸に結合する内外ロータヨークを具備するロータである。
【００１５】
第２の発明は、第１の発明の内外ロータヨークを具備するロータを含むモータである。
【００１６】
第３の発明は、第２の発明のモータにおいて、前記コイルは、３相スター結線又は３相デルタ結線のいずれか一方の結線で接続される構成を具備するモータである。
【００１７】
第４の発明は、第２の発明のモータにおいて、前記外側永久磁石と前記内側永久磁石との極対数は同一である構成を具備するモータである。
【００１８】
第５の発明は、第４の発明のモータにおいて、前記外側スロット部と前記内側スロット部とのスロット数は同一であり、前記極対数と前記スロット数の比率は、１対６である構成を具備するモータである。
【００１９】
第６の発明は、第４の発明のモータにおいて、前記外側スロット部と前記内側スロット部とのスロット数は同一であり、前記極対数と前記スロット数の比率は、５対６である構成を具備するモータである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の構成により、効率の低下、トルクの低下など、特性が悪化せず、性能の高いモータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の参考例１におけるロータのモータの断面図
【図２】同上のステータの詳細断面図
【図３】図１のＡ−Ｏ断面を示す軸方向断面図
【図４】本発明の実施例１におけるロータヨークのモータの軸方向断面図
【図５】本発明の実施例２におけるロータヨークのモータの軸方向断面図
【図６】本発明の実施例３におけるロータヨークのモータの断面図
【図７】同上のステータの詳細断面図
【図８】従来のツインロータ型モータの断面図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。また、参考例について、図面を参照しながら説明する。
【００２３】
（参考例１）
図１は、参考例１によるツインロータ型モータを示す断面図であり、３相のトロイダル巻状のコイルが施されたブラシレスモータを示している。図１に示すように、本発明のツインロータ型モータは、ステータ１０と外側ロータ２０と内側ロータ２５から構成されている。尚、図１は極対数Ｐとスロット数Ｎｓの組合せが１：６である４極十二スロットのモータを表している。
【００２４】
ステータ１０は、環状のヨーク部１１と、このヨーク部１１の外径側に設けた複数の外側ティース部１２及び外側スロット部１３と、このヨーク部１１の内径側に設けた複数の内側ティース部１５及び内側スロット部１６とを備えている。そしてヨーク部１１に外側スロット部１３及び内側スロット部１６の間にトロイダル状に巻回した複数のコイル１４を備えている。そして図１にハッチングで示す通り、このコイル１４を封止する樹脂モールド部３０を備えている。
【００２５】
一方、このステータ１０の内外に外側ロータ２０，内側ロータ２５とが備えられている。外側ロータ２０は、外側ティース部１２に対向する外側永久磁石２２と外側ヨーク２１より成る。内側ロータ２５は、内側ティース部１５に対向する内側永久磁石２７と内側ヨーク２６より成る。そしてこれら外側永久磁石２２と内側永久磁石２７は、共に４極（極対数Ｐ＝２）に着磁されている。
【００２６】
図２は、図１のステータ１０における樹脂モールド部３０で封止されている部分を取り出した断面図である。コイル１４は、ヨーク部１１に各々の外側スロット部１３及び内側スロット部１６の間にトロイダル状に巻回された個別のコイルのＵ１、Ｖ１、Ｗ１、Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２、Ｕ３、Ｖ３、Ｗ３、Ｕ４、Ｖ４、Ｗ４より成り、３相スター結線又は３相デルタ結線されている。そしてこのコイル１４に通電することにより、外側ロータ２０と内側ロータ２５は、共にトルクが発生し所定の方向に回転する。
【００２７】
図３は、図１におけるＡ−Ｏ断面を表した断面図である。外側ロータ２０は、外側ヨーク２１を内径側まで延伸し、外側ロータ用の出力軸２４に結合され、回転自在に支承されている。内側ロータ２５は、内側ヨーク２６を介して内側ロータ用の出力軸２９に結合され、回転自在に支承されている。外側ティース部１２は、ギャップＧ１を介して外側永久磁石２２と対向し、内側ティース部１５は、ギャップＧ２を介して内側永久磁石２７と対向する。２つの出力軸２４，２９は、異なる回転方向又は異なる回転速度とすることも可能である。
【００２８】
また、ステータ１０は、コイル１４を封止するように樹脂モールド部３０を備えている。この樹脂モールド部３０によって、コイル１４からの放熱性が良くなるという効果がある。
【００２９】
さらに、この樹脂モールド部３０は、取り付け部３１を有する。この取り付け部３１は、樹脂モールド部３０と一体成形とすることが好ましい。この取り付け部３１は、例えば、軸方向に貫通穴を設け、機器へボルト等で固定することができる。機器への取り付け方法は、ボルト止めに限定するものではなく、かしめ、熔着等の方法を使ってもよい。また、図３では台座状の取り付け部３１を示したが、このような形状に限定するものではない。例えば、取り付け部３１は、この台座形状をなくしてコイルを封止する樹脂モールド部３０に直接ボルト止めすること、あるいは下方に複数の突起部を設けて機器に熔着固定することも可能である。
【００３０】
このように、樹脂モールド部３０と一体成形した取り付け部３１を設けることによって、ステータコアのヨーク部１１に貫通穴が不要となり、ステータ１０の形状は、モータ特性を左右する磁気回路設計上の要素のみから決定することが可能となる。従って、機器への取り付けを考慮することによるモータ特性の低下を招くこと無く、高性能なツインロータ型モータを実現することができる。
【実施例１】
【００３１】
図４は本発明の実施例１によるロータのモータの軸方向断面図である。なお、参考例１と同一構成については、同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。本実施例は、参考例１とステータは同一であり、ロータのみが異なる。
【００３２】
図４において、外側ロータ２０Ａは、外側ロータヨーク２１Ａを内径側まで延伸し、内側ロータ２５Ａを構成する内側ロータヨーク２６Ａと結合され、内外ロータヨーク４０を構成する。この内外ロータヨーク４０は、出力軸４１に結合される。
【００３３】
このように、ロータの出力軸が１つであることによって、当然ながら、外側ロータ２０Ａの出力トルクと内側ロータ２５Ａの出力トルクの和がモータの出力軸トルクとなる。従って、モータの出力トルクが大きくなる。
【００３４】
前述の通り、外側ロータ２０Ａと内側ロータ２５Ａを結合するための内外ロータヨーク４０が必要であり、この内外ロータヨーク４０はステータ１０の軸方向片側を覆うように構成される。そのため、ステータコアのヨーク部１１に貫通穴を設けて機器へ固定することは非常に困難となる。本実施例のように樹脂モールド部３０と一体成形した取り付け部３１を設けることによって、機器へ取り付けが極めて容易になる。
【実施例２】
【００３５】
図５は本発明の実施例２によるロータのモータの軸方向断面図である。なお、参考例１及び実施例１と同一構成については、同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。本実施例は、実施例１とロータは同一であり、ステータのみが異なる。
【００３６】
本実施例では、樹脂モールド部３０Ａの形状が参考例１及び実施例１と異なる。即ち、樹脂モールド部３０Ａは、径方向に小さくし、外側ティース部１２及び内側ティース部１５の先端部を露出する構造としている。この露出させる構造は、外側ティース部１２と内側ティース部１５の両方に適用してもよいし、いずれか片方でもよい。
【００３７】
この樹脂モールド部３０Ａは、コイル１４を封止して放熱性を向上させ、コイル１４の温度上昇を抑制する作用も有するが、本実施例ではこの効果を十分得られるだけの必要最小限の樹脂モールド部３０Ａのみで構成できることから、材料の使用量が低減される。
【００３８】
また、外側ティース部１２と内側ティース部１５の先端部を露出することにより、この露出部分をモータ組み立て時の位置決めとして使用することができる。特に、本発明に示すようなロータのモータにおいては、一般のモータに比べて、ステータと外側ロータおよび内側ロータの同軸度などにおいて高精度を必要とする。この時、外側ティース部１２と内側ティース部１５の径方向両面と軸方向端面の一部を組み立ての位置決めに利用できることは、モータを高精度に組み立てることに対して、大きな効果が得られる。
【実施例３】
【００３９】
図６は本発明の実施例３によるロータのモータの断面図である。また図７はステータ１０Ｂにおける樹脂モールド部３０で封止されている部分を取り出した断面図である。なお、参考例１と同一構成については、同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。本実施例は、参考例１と永久磁石の極対数とコイルの巻線仕様が異なる。
【００４０】
本実施例は、極対数Ｐとスロット数Ｎｓの組合せが、Ｐ：Ｎｓ＝５：６である２０極十二スロットのロータのモータを示している。
【００４１】
ステータ１０Ｂの内外に外側ロータ２０Ｂ，内側ロータ２５Ｂが備えられている。外側ロータ２０Ｂは、外側ティース部１２に対向する外側永久磁石２２Ｂと外側ヨーク２１より成る。内側ロータ２５Ｂは、内側ティース部１５に対向する内側永久磁石２７Ｂと内側ヨーク２６より成る。そしてこれら外側永久磁石２２Ｂと内側永久磁石２７Ｂは、共に２０極（極対数Ｐ＝１０）に着磁されている。
【００４２】
また、図７は、当実施例を実現するためのコイル分布を示しており、図２と比較すると、トロイダル状に巻回された個別のコイルのＵ１、Ｖ１、Ｗ１、Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２、Ｕ３、Ｖ３、Ｗ３、Ｕ４、Ｖ４、Ｗ４の分布が、回転方向逆向きとなっている。
【００４３】
本実施例における極対数Ｐとスロット数Ｎｓの組合せがＰ：Ｎｓ＝５：６の場合、参考例１におけるＰ：Ｎｓ＝１：６の組合せのモータとトルク定数は同等となる。一方、極対数が増加することによってステータコアの外側ティース部１２の磁束密度は減少する。このことは、ステータコアで発生する鉄損が減少することを意味し、モータ効率が向上することとなる。
【００４４】
一方、ヨーク部１１に施されたコイル１４Ｂは、図７に示したように、トロイダル状のままでコイル分布のみを変更することで構成できるために、銅損増加などの効率への悪影響や、トルク変動や回転むらといった騒音への悪影響などが発生することがない。
【００４５】
さらには、ステータコアの磁束密度が低下するということは、トルクを低下させずに外側ティース部１２，１５やヨーク部１１の幅を小さく設計することが可能であることを意味する。例えば、外側ティース部１２，内側ティース部１５及びヨーク部１１の幅を小さくし、かつスロット面積が同一となる設計を行えば、内側ロータの外径を大きくすることが可能となるために、モータトルク向上、あるいは効率向上が可能となる。また、ヨーク部１１の幅を小さくすることによって、コイル１４Ｂの周長が減少し、コイルの抵抗値が減少するために銅損が減少するという効果も得られる。
【００４６】
このように、本実施例のモータ構成によって、効率の高いロータのモータを実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明のモータは、ステータにコイルを封止するための樹脂モールド部を備え、これと一体成形した取り付け部を設けることによって、ステータコアのヨーク部に機器取り付けのための貫通穴を不要とする。これによって機器への取り付けを考慮することによるモータ特性の低下を招くこと無く、発生トルクが大きく高効率なツインロータ型モータを提供することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１０  ステータ
１０Ｂ  ステータ
１１  ヨーク部
１２  外側ティース部
１３  外側スロット部
１４  コイル
１４Ｂ  コイル
１５  内側ティース部
１６  内側スロット部
２０  外側ロータ
２０Ａ  外側ロータ
２０Ｂ  外側ロータ
２１  外側ヨーク
２２，２２Ｂ  外側永久磁石
２４，２９，４１  出力軸
２５  内側ロータ
２５Ａ  内側ロータ
２５Ｂ  内側ロータ
２６  内側ヨーク
２７，２７Ｂ  内側永久磁石
３０，３０Ａ  樹脂モールド部
３１  取り付け部
６０  ステータ
６１  ヨーク部
６２  外側ティース部
６３  外側スロット部
６４  コイル
６５  内側ティース部
６６  内側スロット部
７０  外側ロータ
７１  外側ヨーク
７２  外側永久磁石
７５  内側ロータ
７６  内側ヨーク
７７  内側永久磁石
【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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