JP2000324775A - 小型モータ及び小型切削装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型モータが使用される電気機器において、
最適位置に回転子を配置して動力伝達機構を介さないで
負荷を駆動できるようにする。 【解決手段】 固定子鉄心２を、永久磁石で磁化された
回転子１の外周に近接して形成された磁極部２１とこの
磁極部から上記回転子に対して離れる方向に向けて延設
された細長い棒状の磁脚部２２を有する形状とし、この
磁脚部２２にそれぞれコイル３を設けるようにした。こ
れにより回転子の部分を小型化して固定子鉄心を大きく
することができるので、最適位置のスペースに余裕がな
くてもそこに回転子を配置して負荷を直接駆動できると
共に、大きな出力の得られる小型モータが可能となっ
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、小型モータ、特
に直流ブラシレスモータに好適な小型モータ及びこの小
型モータを用いた小型切削装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】小型グラインダーのような加工用の切削
装置や歯科用その他の医療用の切削装置などには、小型
モータが多く使用されており、切削工具を装置先端のヘ
ッド部分に取り付け、これを傘歯車等の歯車を用いた動
力伝達機構を介して駆動する構造が一般的である。また
ビデオやオーディオのレコーダにおけるテープ駆動部で
は、他の部材の配置などの制約のため最適位置にモータ
を配置できず、ベルトやプーリーを介した動力伝達を余
儀なくされることが多い。このため、歯車など動力伝達
機構の摩耗や騒音、装置の大型化等が避けられず、軽量
化も困難でコスト的にも不利になることが多かった。

【０００３】また上述のような小型モータは、鉄心やコ
イルが回転子を取り囲んで環状に設けられたいわゆる軸
対称型が一般的で、外観形状は回転子の軸心を中心とす
る円柱状や円盤状となっており、回転子側を永久磁石と
したブラシレス直流モータの外観も同様である。このブ
ラシレス直流モータは上記のような各種機器に使用され
るほか、高速回転や回転速度の制御が容易であると共に
エアモータ式のような不快な動作音がないため、その特
長を活かして歯科用の切削装置にも使用されており、特
に軸対称型モータは全体をコンパクトにまとめることが
できるので、ハンドピースのヘッド内にモータを収納
し、動力伝達機構を介さないで直接切削工具を取り付け
るようにしたものも知られている。しかしながら、モー
タは小型化すると出力が小さくなると共に効率も低下す
るという特性があり、小型化には限度があって要求を満
足できるような十分な出力を持つモータをスペースに限
りのあるヘッド内に収納することは困難であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この発明はこれらの点
に着目し、使用される装置の最適位置に回転子を配置し
てその出力を取り出すことにより動力伝達機構を介する
必要をなくし、しかも大きな出力を得ることができて上
述の問題点を解決できる小型モータを提供すると共に、
この小型モータを使用した小型切削装置を提供すること
を課題としてなされたものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を達成するた
めに、この出願の第１の発明の小型モータでは、永久磁
石で磁化された回転子と、この回転子に対応してその外
周に近接して形成された磁極部及びこの磁極部から上記
回転子に対して離れる方向に向けて延設された細長い棒
状の磁脚部を有する固定子鉄心と、上記磁脚部に巻装さ
れた複数個のコイル、とを備えている。このような構成
により、使用される装置の最適位置に回転子を配置する
と共に、所定の出力を得るのに必要な大きさの固定子鉄
心を回転子から離れたスペース的に余裕のある位置に配
置することが可能となる。

【０００６】また上記の小型モータにおいて、複数の固
定子鉄心が回転子の回転軸の方向に重ね合わされ、且つ
回転軸の方向から見て所定の角度を隔てて配置された構
成とすることができる。これにより、極数の多いモータ
を容易に実現することができる。

【０００７】第２の発明は第１の発明の小型モータを用
いた小型切削装置に関するものであり、回転子をシャン
クの先端に設けられたヘッド内に配置し、固定子鉄心の
磁脚部とコイルをシャンク内に配置している。このよう
な構成により、出力がヘッドの大きさで制約されること
が少なく、ヘッドを大きくしないで必要な出力を持つ小
型切削装置を得ることが可能となる。

【０００８】また、上記の小型切削装置を医療用、例え
ば歯科用の切削装置に実施することができ、小型で出力
の大きな切削用ハンドピースが得られる。

【０００９】

【発明の実施の形態】次に、この発明の実施の形態につ
いて説明する。図１は基本的な構成を示した正面図であ
り、１は回転子、２は固定子鉄心、３はコイル、４は固
定子、Ｍは小型モータである。

【００１０】回転子１は直径方向に着磁された円筒状の
永久磁石で構成され、中心を軸方向に貫通して回転軸１
１が設けられている。固定子鉄心２は回転子１の外周に
近接して対向配置される磁極面２１ａを有する２個の磁
極部２１、この磁極部２１から上記回転子１に対して離
れる方向に向けて平行に延設されている２本の細長い棒
状の磁脚部２２、磁脚部２２の端面に接合されるヨーク
部２３などで構成されている。コイル３はボビン３１に
巻装されて各磁脚部２２にはめられており、固定子鉄心
２とコイル３で固定子４が構成される。

【００１１】上記の回転子１や固定子４を図示しないブ
ラケットやハウジングと組み合わせて一体に組み立てる
ことにより、小型モータＭが構成されるのであり、完成
後の外観形状は全体が細長い長方形となってその長手方
向の一端に回転子１が配置され、２個のコイル３は回転
子１とは反対側のかなり離れた位置に互いに平行に設け
られた形状となっている。図中、Ｌは固定子４の外形寸
法の長さ、Ｗは幅である。固定子鉄心２は電磁鋼板など
の磁気的に軟質な磁性材の薄板を積層したものである
が、押さえ板やボルトなどの積層構造用の補助材料や、
ヨーク部２３を磁脚部２２に接合するための部材も図示
は省略してある。

【００１２】なお、ヨーク部２３は磁脚部２２にコイル
３をはめた後に磁脚部２２に接合されるが、磁脚部２２
とヨーク部２３を一体のコ字型のものとして磁極部２１
との間で接合するようにしたり、固定子鉄心２の全体を
一体に形成して特殊な巻線機でコイル３を巻くようにす
るなど、適宜の構造を採用することができる。

【００１３】小型モータＭはブラシレス直流モータであ
って動作は通常の軸対称型のものと同様であり、コイル
３に通電される電流による交番磁界によって回転子１が
回転し、コイル３の電流を回転子１の回転に応じて切り
替えることによって回転を続ける。この電流の転流タイ
ミングは、例えばホール素子の利用など周知の手段で回
転子１の回転を検出することによって制御される。

【００１４】この小型モータＭは上述のような構成であ
り、コイル３が回転子１から離れた箇所に偏心して設け
られているので、鉄心とコイルを回転子の外周に環状に
設けた軸対称型よりも回転子１の外周部分の外形寸法、
特に幅Ｗをかなり小さくすることができる。従って、使
用される機器において小型モータＭを配置する場所が狭
くても回転子１の部分だけを所望の位置に配置し、コイ
ル３などの部分は周辺のスペースに余裕のある場所に配
置することが可能となり、機器の形状や他の部材などに
制約されないで所望の最適位置に回転子１を配置し、そ
の位置で出力を取り出すことができる。また、固定子４
は所望の出力を得るのに必要な大きさとすることが容易
であるから、単位体積当たりの出力、すなわち体積出力
比が大きな小型モータＭが得られる。

【００１５】その結果、回転軸１１に負荷を直接連結す
ることが可能となり、摩耗や騒音、装置の大型化等の原
因となる歯車などの動力伝達機構を使用しないで強力な
モータによる負荷の直接駆動が可能となるのである。な
お、このような利点は長さと幅の比Ｌ／Ｗを２倍以上と
した場合に十分に発揮される。

【００１６】また、外形の幅Ｗが制約される場合でも長
さＬに対しては比較的余裕があることが多いので、必要
に応じて鎖線で示すように長さＬを延ばすことができ
る。これによってコイル３の巻数を増やしてアンペアタ
ーンを増加させ、電気装荷を増やして出力を一層増大さ
せることができるため、モータの体積出力比をより大き
くして使用される機器に合わせた高出力モータを得るこ
とが容易となる。更に、長さＬを延ばしてコイルスペー
スを大きくすれば巻線径を太くすることもできるので、
直流抵抗を低下させて抵抗による電力損失を低減するこ
とが可能となり、また全体の表面積が大きくなって放熱
効果が高まるので、この点から出力を向上することもで
きる。

【００１７】図示の例は、Ｎ極とＳ極を１個ずつ有する
２極永久磁石となっている回転子１と、２本の磁脚部２
２を有する固定子４を組み合わせて構成した２相プッシ
ュプル方式の場合であるが、回転子１を回転子鉄心に複
数個の永久磁石を取り付けた多極型とし、あるいは固定
子４を磁脚数の多い多極型とすることは必要に応じて適
宜実施できる。図２は、その一例として磁脚部２２を３
本とした場合の概略構造を示したものである。

【００１８】図３は複数個の固定子４を用いて多極構造
を実現した例であり、図２では図１に示したような固定
子４を２個用い、これらを９０°の角度を隔てて回転子
１の軸方向に重ね合わせてある。このような構造は、例
えば使用される機器のコーナー部分に位置している負荷
を直接駆動したい場合に適しており、個々の固定子鉄心
２は２本の磁脚部を有するものでよいので、複雑な形状
の固定子鉄心を用いるないで多極構造を比較的簡単且つ
低コストで実現できると共に、出力軸を所望の位置に配
置できる利点がある。

【００１９】この発明の小型モータは切削装置などの小
型工具やビデオレコーダのようなＡＶ機器など、各種機
器のモータとして使用できるが、次に回転子をシャンク
の先端に設けられたヘッド内に配置し、固定子鉄心の磁
脚部とコイルをシャンク内に配置した小型切削装置につ
いて説明する。

【００２０】図４は歯科用のハンドピース型切削装置に
おける実施例の概略図であり、５はハンドピース、５ａ
はハンドピース前端のシャンク部、６はシャンク部５ａ
の先端に設けられたヘッド、７は切削工具である。小型
モータＭはその回転子１がヘッド６内に配置され、固定
子４の大部分がシャンク部５ａ内に配置された状態でハ
ンドピース５に内蔵され、切削工具７は回転子１の出力
軸１１に直接取り付けられている。なお、ハンドピース
５には操作用のスイッチなどが設けられるが、この発明
に関係ないので図示は省略してある。

【００２１】シャンク部５ａやヘッド６の内部は固定子
４や回転子１の取り付けに適合した形状になっており、
図５に示すように、固定子４は後端に放熱支持ブロック
４１を連結してシャンク部５ａに挿入され、磁極面２１
ａがヘッド６の軸心と一致した状態で袋ナット４２によ
り固定される。回転子１は出力軸１１の両端にボールベ
アリング１２を取り付けてあり、ヘッド６に収納してキ
ャップ１３で固定される。なお、袋ナット４２を外して
ヨーク部２３を固定子４から取り外すことにより、コイ
ル３を取り出せるような構造にしておけば、コイル３を
取り出してから滅菌のためのオートクレーブ処理を行え
るので、コイル３に耐熱温度の高い材料を用いる必要が
なくコスト的に有利となる。

【００２２】このような構成であるため、従来の軸対称
型モータをヘッド６内に収納する場合と比較すると、回
転子１の大きさがほぼ同じであっても固定子４を大幅に
大型化することができる。従って、出力がヘッド６の大
きさで制約されることは少なく、体積出力比が大きくて
高出力であり、電力損失が少なく放熱も良好な強力モー
タを備えた小型なハンドピース型の切削装置が得られる
ことになる。

【００２３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この出
願の第１の発明の小型モータは、永久磁石で磁化された
回転子と、この回転子に対応してその外周に近接して形
成された磁極部及びこの磁極部から上記回転子に対して
離れる方向に向けて延設された細長い棒状の磁脚部を有
する固定子鉄心と、上記磁脚部に巻装された複数個のコ
イル、とを備えたものである。

【００２４】従って、使用される装置の最適位置に回転
子を配置すると共に、固定子鉄心を大きくして体積出力
比を増大することができ、小型で強力なモータを機器の
形状や他の部材などに制約されないで所望の最適位置に
配置して負荷を直接駆動することが可能となるのであ
り、歯車などの動力伝達機構に起因する摩耗や騒音、装
置の大型化、コスト上昇等をなくすことができる。

【００２５】また上記の小型モータにおいて、複数の固
定子鉄心を重ね合わせて所定の角度を隔てて配置したも
のでは、極数の多いモータを容易に実現することができ
る。

【００２６】第２の発明の小型切削装置は、第１の発明
の小型モータの回転子をシャンク先端のヘッド内に配置
し、固定子鉄心の磁脚部とコイルをシャンク内に配置し
たものである。従って、ヘッドを大きくしないで必要な
出力を持つ小型切削装置を得ることが可能となる。

【００２７】また、上記の小型切削装置を医療用、例え
ば歯科用の切削装置に実施したものでは、エアモータ式
のような不快な動作音がなく、しかも小型で出力の大き
な治療用の切削装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の発明の一実施形態の概略構造を示す平面
図である。

【図２】他の実施形態の概略平面図である。

【図３】更に別の実施形態の概略平面図である。

【図４】第２の発明の一実施形態の概略構造を示す側面
図である。

【図５】同実施形態の実施例の分解斜視図である。

【符号の説明】

Ｍ 小型モータ １ 回転子 １１ 出力軸 ２ 固定子鉄心 ２１ 磁極部 ２２ 磁脚部 ２３ ヨーク部 ３ コイル ４ 固定子 ５ ハンドピース ５ａ シャンク部 ６ ヘッド ７ 切削工具

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 永久磁石で磁化された回転子と、この回
   転子に対応してその外周に近接して形成された磁極部及
   びこの磁極部から上記回転子に対して離れる方向に向け
   て延設された細長い棒状の磁脚部を有する固定子鉄心
   と、上記磁脚部に巻装された複数個のコイル、とを備え
   たことを特徴とする小型モータ。
2. 【請求項２】 複数の固定子鉄心が回転子の回転軸の方
   向に重ね合わされ、且つ回転軸の方向から見て所定の角
   度を隔てて配置されている請求項１記載の小型モータ。
3. 【請求項３】 請求項１記載の小型モータを使用し、そ
   の回転子をシャンクの先端に設けられたヘッド内に配置
   し、固定子鉄心の磁脚部とコイルをシャンク内に配置し
   たことを特徴とする小型切削装置。
4. 【請求項４】 小型切削装置が医療用のものである請求
   項３記載の小型切削装置。