JP2004023842A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】モータ自体を大型化することなく磁石を大きくし、それによりモータの効率を上げること。
【解決手段】本発明に係るモータ１０は、回転軸１６と、回転軸１６に固定されているとともに回転軸１６の半径方向の磁束が回転軸１６の周方向の所定間隔毎に反転している磁石２２と、磁石２２と対向して配置されているコイル３４と、磁石２２の反コイル側に固定されているヨーク２０とを備える。そして、磁石２２の磁束方向が反転する境におけるヨーク２０の厚さよりもその境から所定距離隔てた位置におけるヨーク２０の厚さを小さくし、その境における磁石２２の厚さよりも前記の所定距離隔てた位置における磁石２２の厚さを大きくしている。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ヨークを備えるモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】図面を参照して従来のモータの構成を説明する。図８は、従来のモータ１００の構成を示す縦断面図である。モータ１００の回転軸１０２には、非磁性体のブッシュ１０４を介して円筒状のヨーク１０６が固定されている。ヨーク１０６の外周には、円筒状の磁石１０８が固定されている。回転軸１０２、ブッシュ１０４、ヨーク１０６、磁石１０８でロータが構成されている。ロータの外周側には、円筒状のステータ１１０が配置されている。ステータ１１０と回転軸１０２との間には、ベアリング１１２，１１４が挿入されている。
図９は、図８のＩＸ−ＩＸ線断面図である。図９に良く示されるように、ステータ１１０の内周には、複数のステータ磁極１１６が形成されている。それぞれのステータ磁極１１６には、コイル１１８が捲回されている。コイル１１８に電流が流れると、ステータ磁極１１６が電磁石になる。
磁石１０８は、着磁の態様から４つの部分１０８ａ〜１０８ｄに分けられている。磁石１０８ａと１０８ｃは、外周側がＮ極、内周側がＳ極となるように着磁している。また磁石１０８ｂと１０８ｄは、外周側がＳ極、内周側がＮ極となるように着磁している。従って磁石１０８ａと１０８ｃでは回転軸１０２の半径方向外向きに磁束が通っており、磁石１０８ｂと１０８ｄでは内向きに磁束が通っている。磁石１０８を通る磁束は、９０度毎に方向が反転している。
ヨーク１０６は、磁石１０８ｂ，１０８ｄの内周側から出た磁束を隣り合う磁石１０８ａ，１０８ｃに効率良く伝達する。ヨーク１０６を挿入することにより、磁石１０８の磁力を強くできる。
【０００３】
上記構成のモータ１００は、所定のタイミングで複数のコイル１１８に順番に電流を流すと、ステータ磁極１１６の電磁石と磁石１０８との間に引き合う力や反発力が生じる。これにより磁石１０８（ロータ）にトルクが生じ、ロータが回転する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】磁石を大きくすると、磁力が大きくなりモータの効率が上がる。しかしながら磁石を大きくすると、モータ自体が大型化してしまう。
【０００５】
本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、モータ自体を大型化することなく磁石を大きくし、それによりモータの効率を上げることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段と作用と効果】上記課題を解決するために創作された請求項１に記載のモータは、回転軸と、回転軸に固定されているとともに回転軸の半径方向の磁束が回転軸の周方向の所定間隔毎に反転している磁石と、磁石と対向して配置されているコイルと、磁石の反コイル側に固定されているヨークとを備える。そして、磁石の磁束方向が反転する境におけるヨークの厚さよりもその境から所定距離隔てた位置におけるヨークの厚さを小さくし、しかもその境における磁石の厚さよりも前記の所定距離隔てた位置における磁石の厚さを大きくしている。
上記の「所定間隔毎」は、等間隔に限られない。またこのモータは、磁石の外周側にコイルが配置されているタイプや、磁石の内周側にコイルが配置されているタイプのいずれでも良い。前者の場合には内側にあるロータが回転し、後者の場合には外側にあるロータが回転する。
従来のモータでは、磁石のどの部分においても磁石の厚さＸが一定であり、またヨークの厚さＹも一定である（図９参照）。本発明に係るモータでは、磁石の磁束方向が反転する境における磁石の厚さとヨークの厚さが従来と同じＸとＹであっても、その境から所定距離隔てた位置におけるヨークの厚さはＹより小さく磁石の厚さはＸより大きい。従って、磁石の厚さとヨークの厚さの和が従来のモータと同じであっても、従来のモータよりもヨークが薄い分だけ磁石が大きい。ヨークは、磁束方向の反転する境の部分には充分に配置されているので、その境から離れた位置でヨークを薄くしても（あるいは無くしても）磁束を伝えることに関して悪い影響は出ない。本発明に係るモータは、大型化することなく、従来のモータよりも効率を上げることができる。
【０００７】
上記のモータは、回転軸とともに磁石がロータを構成し、コイルがステータを構成している。しかしながら逆に磁石がステータを構成し、コイルがロータを構成するモータであっても、本技術を適用できる。そのモータが請求項２に記載されている。このモータは、回転軸と、回転軸に固定されているコイルと、コイルと対向して配置されているとともに回転軸の半径方向の磁束が回転軸の周方向の所定間隔毎に反転している磁石と、磁石の反コイル側に固定されているヨークとを備える。そして、磁石の磁束方向が反転する境におけるヨークの厚さよりもその境から所定距離隔てた位置におけるヨークの厚さを小さくし、その境における磁石の厚さよりも前記の所定距離隔てた位置における磁石の厚さを大きくしている。
このモータは、従来のモータと比べて大型化することなく効率を上げることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】各請求項に記載の発明は下記に示す形態で好適に実施できる。
（形態１）請求項１又は２に記載のモータは、いわゆるインナーロータタイプやアウターロータタイプのいずれでも良い。
（形態２）請求項１又は２に記載のヨークは、断面略四角形状であり、磁束方向が反転する境付近にのみ配置される。この場合、その境付近以外の部分にはヨークが配置されない。
（形態３）請求項１又は２に記載のヨークは、磁束方向が反転する境で最も厚く、その境から離れるほどに徐々に薄くなる。このヨークは、断面が略三角形状（テーパ状）である。
（形態４）請求項１に記載の磁石は、ブッシュを介して回転軸に固定される。
（形態５）請求項１又は２に記載のモータにおいて、コイルを複数配置しても良い。
【０００９】
【実施例】図面を参照して、本発明に係る実施例を説明する。
（第１実施例）図１は、第１実施例に係るモータの構成を示す断面図である。モータ１０は、ロータ１２とステータ１４から構成される。モータ１０は、ロータ１２の外側にステータ１４が配置されるインナーロータタイプである。ロータ１２は、回転軸１６とブッシュ１８とヨーク（バックヨーク）２０と磁石２２から構成される。回転軸１６は、円柱形状を有している。ブッシュ１８は、回転軸１６の外周に固定されており、円筒形状を有している。ヨーク２０は、ブッシュ１８の外周の所定位置に固定されている。ヨーク２０の詳しい形状については後で説明する。磁石２２は、大略円筒形状を有している。磁石２２は、ヨーク２０に固定されているとともに、部分的にブッシュ１８にも固定されている。この構成により磁石２２は、ブッシュ１８を介して回転軸１６に固定されている。
ステータ１４は、ハウジング３２と蓋３０から構成されている。ハウジング３２は、大略円筒形状を有している。ハウジング３２の内周側面には、複数のステータ磁極２８が形成されている（この様子は図２に良く示されている）。蓋３０は、中心に開孔を持つ円板形状を有している。ハウジング３２と回転軸１６との間にはベアリング２４が挿入されている。また蓋３０と回転軸１６との間にはベアリング２６が挿入されている。この構成により回転軸１６は、ステータ１４に対して回転可能に支持されることになる。
【００１０】
図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図を示す。図２に良く示されるように、ハウジング３２の内周側面には複数のステータ磁極２８が形成されている。それぞれのステータ磁極２８には、コイル３４が捲回されている。なお図２では、ステータ磁極とコイルの全てには符号を付していない。コイル３４に電流が流れるとステータ磁極２８は電磁石になる。全てのコイル３４は、磁石２２側にＮ極ができるように捲回されている。
磁石２２は、着磁の態様から４つの部分（磁石）２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄに分けられている。磁石２２ａと２２ｃは、外側がＮ極、内側がＳ極となるように着磁している。従って、磁石２２ａと２２ｃでは、磁束が回転軸１６の半径方向外向きに通っている。磁石２２ｂと２２ｄは、外側がＳ極、内側がＮ極となるように着磁している。従って、磁石２２ｂと２２ｄでは、磁束が回転軸１６の半径方向内向きに通っている。磁石２２は、９０度間隔毎に磁束方向が反転している。
ヨーク２０は、各磁石２２ａ〜２２ｄの境付近に４つ配置されている。即ち、磁束方向が反転する境付近にのみ配置されている。図２では、全てのヨークには符号を付していない。それぞれのヨーク２０は、磁石２２ｂ，２２ｄから出た磁束をその両隣の磁石２２ａ，２２ｃに伝える。４つのヨーク２０は、同じ幅を有し、同じ厚みを有する。
【００１１】
各コイル３４には、所定のタイミングで順に電流が流される。コイル３４に順に電流を流すと、ステータ磁極２８の電磁石と磁石２２との間で引き合う力や反発力が生じ、磁石２２にトルクがかかる。これによりロータ１２が回転する。
【００１２】
図４は、磁石の厚さとヨークの厚さの和を一定（例えば３ｍｍ）としてヨークの厚さを変えたときに、モータで得られるトルクを測定したものである。図４の横軸はヨークの厚さ〔ｍｍ〕であり、縦軸はトルク〔Ｎｍ〕を示す。記号×で示されるプロットポイントを有するグラフＡは、従来の構成（円筒状のヨークを有する構成）のモータにおける測定結果である。また記号○で示されるプロットポイントを有するグラフＢは、第１実施例の構成のモータ１０における測定結果である。記号▲で示されるプロットポイントを有するグラフＣは、後述する第２実施例の構成のモータにおける測定結果である。なお図４のグラフＢとグラフＣは、各ヨーク間の間隔を４０度として測定されたものである。ここでのヨーク間の間隔とは、図２の記号αで示される角度である。
図４に示されるように、従来構成のモータの場合にはヨークの厚さを大きくして磁石を薄くしていくと得られるトルクは減少していく（グラフＡ）。これはヨークを厚くすることによる磁束伝達効率が向上する効果よりも磁石を薄くすることによる起磁力が小さくなる影響の方が大きいからである。
第１実施例の構成のモータの場合には、ヨークを挿入していくとヨークを挿入しない場合よりも大きいトルクが得られる（グラフＢ）。ヨークを挿入することによって境での磁石は薄くなるが、ヨークが存在しない部分（図２の角αで示される部分）では磁石は薄くならず充分な起磁力が得られる。反面、ヨークが必要な境にはヨークが存在するために磁束伝達効率が向上する。これにより大きいトルクが得られる。得られるトルクは、ヨークの厚みが１ｍｍから１．５ｍｍの間のときが最も大きい。
【００１３】
図５は、各ヨーク間の間隔とモータの効率の関係をグラフ化したものである。ここでの間隔とは、上述したように図２の記号αで示される角度である。９０度からαを減算した角度は、一つのヨークの幅を表すことになる。図５の横軸はヨーク間の間隔〔度〕であり、縦軸は効率〔％〕を示す。記号○のプロットポイントを有するグラフＤは、第１実施例の構成のモータ１０における測定結果である。記号▲のプロットポイントを有するグラフＥは、後述する第２実施例に係る構成のモータにおける測定結果である。グラフＤのモータ１０におけるヨークの厚さは１．２５ｍｍである。
グラフＤに示されるように、間隔が９０度の場合には効率が最も低い。間隔を小さくしていくと、効率が大きくなっていくことがわかる。本実施例の構成のモータ１０では、間隔が５５度付近のときに効率が最も大きくなる。即ちヨーク２０の幅が約３５度のときに効率が最も良いことがわかる。
【００１４】
第１実施例のモータ１０は、磁石２２の厚さとヨーク２０の厚さの和が従来のモータと同じであっても、従来のモータよりも磁石２２が大きい。ヨーク２０は、各磁石２２ａ〜２２ｄの境の部分に適当に配置するので、その境から隔てた位置でヨーク２０を無くしても磁束を伝達することに関して悪い影響はない。本実施例に係るモータ１０は、従来のモータと比べて大型化することなく効率を上げることができる。
【００１５】
（第２実施例）次に本発明に係る第２実施例について図面を参照して説明する。図３は、第２実施例に係るモータ５０の断面図を示す。モータ５０のハウジング５２は、第１実施例のハウジングと同じ構造をしている。ロータ５４の磁石５６は、第１実施例と同様に４つの部分（磁石）５６ａ〜５６ｄに分けられている。各磁石間に挿入されているヨーク５８は、断面が略三角形状になっている。即ち、磁束方向の反転する境でヨーク５８の厚さが最も大きく、そこから徐々にヨーク５８の厚さが小さくなっている。
【００１６】
図４のグラフＣに示されるように、第２実施例の構成のモータ５０は、ヨーク５８の厚さが約２．２５ｍｍのときに、最も大きいトルクを得ることができる。ここでの厚さは、各磁石５６ａ〜５６ｄの境におけるヨーク５８の厚さである（ヨーク５８の最も大きい厚さ）。
また図５のグラフＥに示されるように、第２実施例の構成ではヨーク間の間隔が小さくなればなるほど効率が大きくなることがわかる。なお図５のグラフＥは、各磁石５６ａ〜５６ｄの境におけるヨーク５８の厚さを２．２５ｍｍとして測定されたものである。間隔が１５度のとき（即ちヨーク５８の幅が７５度のとき）は、間隔が９０度のときよりも１％ほど効率が良い。
【００１７】
第２実施例のモータ５０は、磁石５６の厚さとヨーク５８の厚さの和が従来のモータと同じであっても、従来のモータよりも磁石５６が大きい。ヨーク５８は、各磁石５６ａ〜５６ｄの境の部分に適当に配置するので、その境から隔てた位置でヨーク５８が薄くなっても磁束を伝達することに関して悪い影響はない。第２実施例に係るモータ５０は、従来のモータと比べて大型化することなく効率を上げることができる。
【００１８】
（第３実施例）次に本発明に係る第３実施例について図面を参照して説明する。図６は、第３実施例に係るモータ７０の構成を示す断面図である。モータ７０は、ロータ７４とステータ７２から構成されている。ロータ７４は、回転軸７６と部材７８とヨーク８０と磁石８２とから構成されている。部材７８は、中心に開孔をもつ円板形状を有しており、回転軸７６に固定されている。部材７８の先端には大略円筒形状の磁石８２が固定されている。この構成により磁石８２は、部材７８を介して回転軸７６に固定されている。磁石８２の外周にはヨーク８０が固定されている。ヨーク８０は、部材７８にも固定されている。
ステータ７２は、ハウジング９４と蓋９０とステータ本体８４とから構成されている。ハウジング９４は、円筒形状を有している。蓋９０は、中心に開孔をもつ円板形状を有している。蓋９０には、ステータ本体８４が固定されている。
ハウジング９４と回転軸７６との間にはベアリング８６が挿入されている。蓋９０と回転軸７６との間にはベアリング８８が挿入されている。この構成により、回転軸７６がステータ７２に対して回転可能に支持されることになる。
【００１９】
図７は、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図を示す。図７に良く示されるように、ステータ本体８４には、４つのステータ磁極９２が形成されている。それぞれのステータ磁極９２にはコイル９６が捲回されている。なお図７においては、ステータ磁極とコイルの全てには符号を付していない。コイル９６に電流を流すと、ステータ磁極９２は電磁石になる。コイル９６は、磁石８２側がＮ極となるようにして捲回されている。
磁石８２は、着磁の態様から６つの部分（磁石）８２ａ，８２ｂ，８２ｃ，８２ｄ，８２ｅ，８２ｆに分けられている。磁石８２ａと８２ｃと８２ｅは、外周側がＳ極、内周側がＮ極となるように着磁している。従って、磁石８２ａと８２ｃと８２ｅでは、磁束が回転軸７６の半径方向内向きに通っている。磁石８２ｂと８２ｄと８２ｆは、外周側がＮ極、内周側がＳ極となるように着磁している。従って、磁石８２ｂと８２ｄと８２ｆでは、磁束が回転軸７６の半径方向外向きに通っている。磁石８２は、６０度間隔毎に磁束方向が反転している。
ヨーク８０は、各磁石８２ａ〜８２ｆの境で最も厚い。そこから離れるほどに薄くなっている（その分磁石８２が厚くなっている）。ヨーク８０は、磁石８２ｂ，８２ｄ，８２ｆから出た磁束をその両隣の磁石８２ａ，８２ｃ，８２ｅに伝達する。
【００２０】
本実施例に係るモータ７０では、各磁石８２ａ〜８２ｆの境における磁石８２の厚さをＸとしヨーク８０の厚さをＹとすると、その境から離れた位置におけるヨーク８０の厚さＹ’はＹより小さく磁石の厚さＸ’はＸより大きい。従来のモータでは、磁石のどの部分でも磁石の厚さＸは一定であり、またヨークの厚さＹも一定であった。本実施例に係るモータ７０は、磁石の厚さとヨークの厚さの和が従来のモータと同じであっても、従来のモータよりもヨーク８０を小さくした分磁石８２を大きくできた。ヨーク８０は、各磁石８２ａ〜８２ｆの境の部分に充分に配置されているので、その境から離れた位置でヨークを薄くしても磁束を伝達することに関して悪い影響は出ない。本実施例に係るモータ７０は、大型化することなく従来のモータと比べて効率を上げることができる。
【００２１】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
上記各実施例では、コイルがステータに含まれ、磁石がロータに含まれる構成のモータを説明した。しかしながら、逆に磁石がステータに含まれ、磁石がロータに含まれる構成のモータにも本発明の技術を適用できる
【００２２】
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例に係るモータの構成を示す断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】第２実施例に係るモータの断面図である。
【図４】ヨークの厚さとトルクの関係を示す。
【図５】ヨーク間の間隔とモータ効率の関係を示す。
【図６】第３実施例に係るモータの構成を示す断面図である。
【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。
【図８】従来のモータの構成を示す断面図である。
【図９】図８のＩＸ−ＩＸ線断面図である。
【符号の説明】
１０・・モータ
１２・・ロータ
１４・・ステータ
１６・・回転軸
１８・・ブッシュ
２０・・ヨーク
２２・・磁石
２８・・ステータ磁極
３２・・ハウジング
３４・・コイル

Claims (2)

1. 回転軸と、回転軸に固定されているとともに回転軸の半径方向の磁束が回転軸の周方向の所定間隔毎に反転している磁石と、磁石と対向して配置されているコイルと、磁石の反コイル側に固定されているヨークとを備えるモータであり、
   磁石の磁束方向が反転する境におけるヨークの厚さよりもその境から所定距離隔てた位置におけるヨークの厚さを小さくし、前記境における磁石の厚さよりも前記の所定距離隔てた位置における磁石の厚さを大きくしたことを特徴とするモータ。
2. 回転軸と、回転軸に固定されているコイルと、コイルと対向して配置されているとともに回転軸の半径方向の磁束が回転軸の周方向の所定間隔毎に反転している磁石と、磁石の反コイル側に固定されているヨークとを備えるモータであり、
   磁石の磁束方向が反転する境におけるヨークの厚さよりもその境から所定距離隔てた位置におけるヨークの厚さを小さくし、前記境における磁石の厚さよりも前記の所定距離隔てた位置における磁石の厚さを大きくしたことを特徴とするモータ。

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