JP2009153374A - ステータ内を通って媒体を誘導する電気モータ - Google Patents

Abstract

【課題】 電気モータ（ステータ内を通って媒体を誘導すること）を提供する。
【解決手段】 本発明は、歯科用または医療用の器具（２）を駆動するための電気モータ（１）であって、シャフト（３）に実装されているロータ磁石（４）と、ステータ（５）と、歯科用器具に媒体を供給するための媒体導管（６、７、８）とを備える電気モータ（１）に関する。該電気モータにおいては、グラム型ステータ巻線（９）が設けられており、少なくとも複数の領域において、媒体導管（６、７、８）がステータ巻線の内側またはステータ巻線の各部分（９ａ、９ｂ）の間を延伸している。
本発明に係る電気モータは非常にコンパクトな構造を特徴とし、この特徴によって使用者は長時間使用したとしても疲労することなく作業し得る。
【選択図】 図２

Description

本発明は歯科用または医療用器具を駆動するための電気モータに関する。

歯科用駆動システムは通常、回転体を受け入れる歯科用または医療用器具と、即時接合部を介して（例えば、ＤＩＮ ＩＳＯ ３９６４に係る接合部）該歯科用または医療用器具に接合され得る駆動用電気モータとを備える。電気モータは、別の即時接合部を介して可撓性の供給管体に接続されるのが好ましい。可撓性の供給管体は、電気モータに対して電力を供給する管体と共に水および空気用の媒体供給導管を有する。このように、３つの別個の構成要素から通常は構成されており、現在の技術水準に従って挿入可能な状態で接合されている。しかしこのような通常の構成には、重量が大きく電気モータの重力中心の位置が好ましくないという問題点がある。使用者（例えば、歯科医または歯科技工士）が歯科用または医療用駆動システムを握る場合、大抵は電気モータ部分を持つ。使用者は、上述したような重量と重力中心の位置に関する問題点のために、比較的短時間で疲労してしまう。

上述の問題点を鑑みて、本発明は、軽量且つコンパクトな構成を持ち、より長時間にわたって歯科医または歯科技工士による施術がより簡単ですむような、歯科用または医療用器具を駆動するための電気モータを供給することを目的とする。

この目的は、請求項１に係る電気モータによって実現される。

本発明は、歯科用または医療用器具を駆動するための電気モータであって、シャフトに実装されているロータ磁石と、ステータと、歯科用または医療用器具に媒体を供給するための媒体導管とを備える電気モータを提供する。グラム（Ｇｒａｍｍｅ）型ステータ巻線が設けられており、少なくとも複数の領域において、媒体導管がステータ巻線の内側または別個の部分の間を延伸している。「ステータ巻線内で」とは、径方向で巻線の最大外径より内側且つ最小外径より外側に媒体導管が設けられると理解されたい。円形以外の形状を取る場合には、どの場合でも、最小の外接円を直径と仮定する。

「歯科用または医療用器具」は、具体的には歯科用、医療用、歯科矯正用または歯科技術関連の手持ち部品（ｈａｎｄ ｐｉｅｃｅ）および角度部品（ａｎｇｌｅ ｐｉｅｃｅ）と理解されたい。

「グラム型ステータ巻線」は、本願においては、グラム法に係るヨーク巻線または環状巻線をステータが備えていることと理解されたい。この技術の利点は、ステータの後方にある受動領域および、永久磁石のロータ磁石に対向する磁気的に活性な領域において、導体が実質的に軸方向に延伸している点にある。このような構成とすることにより、本発明によれば、巻線の直径領域において、ロータとステータヨークとの間の内側、および巻線の誘導戻し領域の外側で、媒体を誘導することが可能となる。このような構成は、ステータ巻線の各部分の間において実現されるのが理想的である。

言い換えると、この巻線のワイヤは、アニュラスのステータコアに巻きつけられるのが好ましいため、（少なくともステータコアの径方向内面と径方向外面において）シャフトに対して実質的に平行である。このため本発明によると、角度変位が可能となる。

ステータ内を通って（ステータヨークによって取り囲まれる領域においても可能である）媒体導管を誘導するという発明によって、ステータは、歯科用または医療用器具を駆動するための電気モータで媒体通路として完全に利用が可能となる。

このため、歯科用または医療用器具を収納するモータまたは手持ち装置の範囲を、径方向に小さくとどめておくことがまず可能となる。

さらなる利点を挙げると、本発明に係るステータ巻線によると、電気モータ（つまり、ステータ磁石およびロータ磁石）をロータ／ロータシャフトの方向において非常に短くすることできる。

このため、本発明によると、長手方向および径方向において物理的なサイズを小さくすることができ、使用者が疲労を感じることなく使用できるという利点が得られる。

これら以外の構造上の利点は、従属請求項に記載されている。

本発明に係る電気モータは、永久磁石同期モータまたはコレクタ（ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ）無しのＤＣモータ（ＢＤＬＣ電気モータ）として構成されているという利点がある。このような構成によって、特に歯科分野において必要とされる高速回転について、比較的損耗が少ないものが得られる。

ステータ巻線の各部分はそれぞれ、別個のコイルを構成するという利点がある。ここで、互いに径方向において反対側にあるコイル同士は接続されてコイル対を形成するとしてもよく、ある位相に切り替えられる。このような構成とすることによって、比較的高効率を達成することができ、構成をコンパクトにすることができ、損耗を低減することができると共に、製造コストを許容可能なレベルにとどめることができる。

各コイルまたは各部分は多層構造で巻き回すことが好ましい。各コイルまたは各部分自体は、特に径方向の物理的空間を節約するべく、重なり合うように配置されないのが好ましい。

ステータはヨークリングを有していることが好ましく、該ヨークリングはステータのコイル体内にあることが好ましい。このように複数の部品から成るモジュラー式とすることによって製造コストが最小限に抑えられ、異なるタイプのコイル体を利用することができ、媒体導管に応じて、つまり媒体導管のサイズまたは経路に応じてコイル体が変更される。

ここでステータ巻線は、実質的にアニュラスの弓形形状を有する、ヨークリングまたはコイル体の一部分に巻きつけられる。ヨークリングは、シートメタルの複数の層から、低コスト且つモジュラー式に、製造されている。ステータ巻線は、樹脂材料またはプラスチック材料を用いて、充填または成形されるのが好ましい。

本発明に係る電気モータは、物理的サイズが非常に小さいにも関わらず、普通に実用化されている接合部を備えている点が非常に大きな利点である。該接合部は、駆動対象の歯科用または医療用器具を受け入れるもので、具体的にはＤＩＮ ＩＳＯ ３９６４に係る接合部である。このために、既存の低コストの器具を接合することができる。そのような電気モータは、器具または手持ち部品および角度部品に対して直接取り付けられ得る。

電気モータのヨークリングは、コイル体によって、径方向の外側または内側を、取り囲まれていることが好ましい。ここで、コイル体の径方向の突起は、媒体導管の誘導構造を良好に画定し、温度がより高いステータ巻線について温度を許容可能なレベルまで降下させるべく、ステータ巻線の各部分間に設けられているとしてもよい。これらの突起は、例えば、アニュラスの弓形部分または平行６面体として設けられるとしてもよい。媒体導管は、ステータまたはコイル体の内部を（例えば、穴または溝／チャネルを通って）、シャフトの長手方向に、延伸するのが好ましい。特に、媒体（空気または水）の加熱は、構造が短いので、無視するとしてもよい。

コイル体は必ずしも設ける必要はない。

媒体導管は、水、電力、空気（特に、圧縮空気）または光を誘導するための媒体導管であるのが好ましい。

シャフトの方向（長手方向）におけるステータの最大範囲に対する、シャフトまでのステータの径方向の範囲の比は、０．８から５の間であることが好ましい。特に、１から３の間であることが好ましく、非常に好ましい実施形態では、１．２から１．６の間である。

上述したステータの範囲（径方向または軸方向）は、各巻線部分の最大寸法であると理解されたい。

ロータ磁石の最大長（シャフト方向におけるロータ磁石の長さ）に対する、シャフトまでのステータの径方向の最大範囲の比は、１から６の間であることが好ましい。より具体的には、１．１から２の間であることが好ましく、特に１．６から１．８の間であることが好ましい。

このような構成とすることによって、本発明に係る電気モータは、電力クラスにしては非常に短い構造として製造され得ることが明らかである。「シャフトまでのステータの径方向の最大範囲」とは、繰り返しになるが、電気的に有効な部分の最大範囲であり、好ましくはステータ巻線の最大範囲である。「シャフト方向におけるロータ磁石の最大長」とは、実際に永久磁石の材料から成る部分のみとして理解されたく、接続用の（例えば、後に磁化される）金属部分を除く。

特に有効な構造の形状を１つ挙げると、接合部を全く利用せずに可撓性の管体に電気モータが接続されることが考えられる。ここで、可撓性の管体は、電気モータから離れている端部において、媒体を供給および制御する駆動制御部を有する。つまり、媒体導管は可撓性の管体内を延伸し、接合部無しで、歯科用または医療用器具の接合部に続くので、可撓性の管体に対して接合部を介して接続される電気モータと可撓性の管体との間に通常は設けられる接合部を少なくとも１つ省略することができる。

特に好ましい実施形態によると、光ファイバ（光を誘導するための媒体導管）は可撓性の管体内を延伸するとしてもよい。このため、駆動制御部に光源を配置することができ、この光は可撓性の管体および電気モータを通して歯科用または医療用器具に誘導される。このような構成とすることによって、本発明に係る可撓性管体モータは、例えば電気モータの領域に光源を接続する必要がなくなるので、さらに小型化され得る。また、光源によって生じる熱に使用者が不快な思いをせずにすむ。接合部のない、可撓性管体モータに関する特に大きな利点は、可撓性の管体から電気モータへの移行部分に設けられる接合部は、光ファイバの場合には光が分散されるために輝度の損失を生じさせるが、そのような接合部が設けられずにすむ点にある。

本発明に係る可撓性の管体は、実質的に無限に長く設計され得るが、可撓性管体モータの最大長（このように、可撓性の管体は、接合部の端から歯科用または医療用器具までの電気モータを含み、駆動制御部までの可撓性の管体の部分を含む）は、１ｍから３ｍの間であってよい。

本発明に係る上記以外の有効な構造は、残りの請求項によって特定される。

以降では図面に基づいて本発明を説明する。図面の内容は以下の通りである。

本発明に係る電気モータを示す図であり、左側に歯科用または医療用器具を接続するための接合部を備える。

本発明に係るステータの一部を示す図である。

本発明に係る可撓性管体モータを示す図である。 本発明に係る可撓性管体モータを示す図である。 本発明に係る可撓性管体モータを示す図である。

器具に一体化されている電気モータを示す図である。

現在の技術水準に係る歯科用システムを示す図である。

図１は、本発明に係る電気モータ１を示す図である。電気モータ１は筐体に収納されていて、該筐体には、ＤＩＮ ＩＳＯ ３９６４に係る接合部１２が歯科用または医療用器具の接続のために取り付けられている。電気モータ１自体は、ロータ磁石４に接続されているシャフト３を備える。これを取り囲むようにステータ５は同心円状に配置されている。媒体導管６および７（水および空気用）ならびに媒体導管８（光用）は、ステータ内を延伸しており、ステータの外部に設けられる必要はない。「光用の媒体導管」は、光ファイバ（例えばガラスファイバ）であってもよいし、歯科用または医療用器具に対する接合部の領域に設けられている光源または光ダイオードへの電力供給線であってもよい。「ステータ内を延伸して」または「ステータ内で」は、媒体導管がステータの電気的に有効な領域の径方向の内側を延伸していると理解されたく、ステータ巻線の最大寸法の径方向における内側と理解されたい。本発明に係る電気モータ用の媒体導管または電力供給線は可撓性の管体内を延伸しており、可撓性の管体は図１には示されていないが右側に存在する。可撓性の管体は電気モータに固着されているとしてもよいし、接合部を介して電気モータに接合されているとしてもよい。媒体導管は、電気モータの端部以降は可撓性の管体の直径を小さくするべく、接合部１２から離れている側において径方向内側に（図３Ａ乃至図３Ｃを参照のこと）突出しているのが好ましい。

電気モータ１は、永久磁石同期モータであって、ここではコレクタ無しのＤＣモータ（ＢＬＤＣモータ）である。

図２は、ステータ５の構成を詳細に示す図である。該ステータは、グラム法に従って巻き回されているステータ巻線９を備える。つまり、ステータ巻線９は、コイル体１１に属するヨークリング１０を径方向に取り囲むコイル体１１の周りに巻きつけられている。巻線ワイヤは、コイル体が形成する外側リングの周囲またはアニュラスのステータコアの周囲に巻きつけられている。図２に示す内容によると、巻線９は、アニュラスの各弓形部分に対応する複数の部分に分割されている。アニュラスの弓形部分に対応する部分（例えば、第１の部分９ａまたは第２の部分９ｂ）は別個のコイルとして構成されるのが好ましい。これら別個のコイルの巻線ワイヤは、実質的にシャフト３の延伸方向に沿って配置されている（シャフト３は、図１に示すように、実質的に接合部１２と並ぶように延伸している）。シャフト３に沿った経路の巻線ワイヤは、径方向の内側または外側にのみ当てはまり、終端側の巻線ワイヤは実質的に径方向において内向きまたは外向きに延伸する。

合計で６つの別個のコイル９ａ、９ｂ等が設けられる。互いに直径方向で対向する別個のコイル同士は接続されてコイル対を形成し、位相に切り替えられる。

部分９ａ、９ｂ等、つまり別個のコイルは、多層構造で巻き回されており、終端領域でも重なり合わない。ステータ巻線は人工樹脂またはプラスチックを用いて成形される。

ステータ５は、径方向において内側および外側をコイル体に取り囲まれているヨークリング１０を備える。コイル体は対応する巻線によって取り囲まれている。

ヨークリング１０は、シートメタルの複数の層から成る構成を有する。

別個の部分９ａ、９ｂ等同士の間において、コイル体は径方向の突起を有する。該突起は径方向において外向きまたは内向き（つまりロータ磁石に向かう方向）である。これらの領域では、光用の媒体導管８、空気用の媒体導管７または水用の媒体導管６の経路は、電気モータから不要な磁界または熱の影響を受けずにすむ。基本的に、媒体導管の数は無限としてもよく、歯科用または医療用器具に追加の接続が必要な場合には電力供給線を設けるとしてもよい。このように、媒体導管はヨークリングの内側または外側において延伸するとしてもよい。媒体導管を、別個の部分、つまりステータ巻線の間に設ける必要は必ずしもなく、ステータ巻線内を延伸するように設けられるとしてもよい。

シャフトの方向におけるステータの最長範囲（シャフトの長手方向における、接合部と並んでおり、軸方向に互いに最も離れたステータ巻線の領域同士の間）に対する、シャフトまでのステータの径方向の範囲（図２に示すステータの最大直径領域、シャフトに対して垂直なステータ巻線の平面内において径方向に最も離れた２点間の斜線として測定される）の比は、１．４である。

ロータ磁石の最大長（実際のロータ磁石の長さのみを考慮）に対する、シャフトまでのステータの径方向の最大範囲（ステータ巻線の領域において最大の直径の長さ）の比は、１．５である。

図３Ａ乃至図３Ｃは、本発明に係る可撓性管体モータのさまざまな例を示す図である。本発明に係る電気モータ１は、筐体内に設けられており、筐体は電気モータ１のために左側にＤＩＮ ３９ ６４に係る接合部１２を有している。本発明に係る電気モータ１は、右側で可撓性の管体１３に直接接続されていて、その間には接合部が設けられていない。そのような接合部は、製造コストが高く、故障の原因になりやすい上、重量が大きくなる理由でもある。空気、水または光用の媒体導管６、７、８は、可撓性の管体１３内を延伸しており、駆動制御部１４に到達する。接合部１２の端から、駆動制御部１４へと続く可撓性の管体１３の終端までの最大距離は２．５ｍである。

尚、光を誘導する媒体導管８は、ガラスファイバー導管（または、電力供給線）として構成されるのが好ましく、駆動制御部から接合部１２まで断続されることなく直接延伸している。この光ファイバに光を与える光源は、駆動制御部に設けられる。このような構成とすることによって、電気モータ１の領域に光源を追加する必要はなくなる。このような追加の光源を設けるには、スペースがさらに必要となり、使用者の手の領域において熱放散を大きくしなければならない。特に、電気モータと可撓性の管体との間の接合部を無くすことによって、このような接合部が光を分散させることによる光の損失が避けられる。

図４は、本発明に係る電気モータが一体化された歯科用または医療用器具２の例を示す図である。本願において「歯科用または医療用器具」とは、電気モータによって駆動されると、物体または歯に対して施術を行うべく、好ましくは歯科医、歯科技工士またはそれらに相当する人物によって利用される装置を意味するものと理解されたい。

図５は、現行の技術水準に係る歯科用システムの構造を示す図である。該システムにおいて、歯科用または医療用器具２はＤＩＮ ＩＳＯ ３９６４に係る接合部を介して、電気モータ１´に接合されている。電気モータ１´は、別の接合部を介して、可撓性の管体１３´に接続されるとしてもよい。

Claims (27)

1. 歯科用または医療用器具（２）を駆動するための電気モータ（１）であって、シャフト（３）に実装されているロータ磁石（４）と、ステータ（５）と、前記歯科用または医療用器具に媒体を供給するための媒体導管（６、７、８）とを備え、
   グラム型ステータ巻線（９）が設けられており、少なくとも複数の領域において、媒体導管（６、７、８）が前記ステータ巻線の内側または前記ステータ巻線の各部分（９ａ、９ｂ）の間を延伸している
   電気モータ。
2. 前記電気モータ（１）は、永久磁石同期モータである
   請求項１に記載の電気モータ。
3. 前記電気モータ（１）は、コレクタ無しのＤＣモータである
   請求項１または２に記載の電気モータ。
4. 前記ステータ巻線（９）の各部分（９ａ、９ｂ）はそれぞれ、別個のコイルに対応する
   請求項１乃至３のいずれかに記載の電気モータ。
5. ６つの別個のコイル（９ａ、９ｂ）が設けられており、互いに直径方向において対向する別個のコイル同士はそれぞれ接続されてコイル対を形成し、前記コイル対を形成する別個のコイルは同位相にスイッチされる
   請求項４に記載の電気モータ。
6. 前記別個のコイルは、多層構造で巻き回される
   請求項４または５に記載の電気モータ。
7. 前記別個のコイルは、重なり合わないように配置される
   請求項４乃至６のいずれかに記載の電気モータ。
8. 前記ステータ（５）はヨークリング（１０）を有する
   請求項１乃至７のいずれかに記載の電気モータ。
9. 前記ヨークリングは前記ステータのコイル体によって取り囲まれている
   請求項８に記載の電気モータ。
10. 前記ステータ巻線は、前記ヨークリング（１０）および／または前記ステータ（５）のコイル体（１１）のアニュラスの弓形部分に、実質的に巻き回されている
    請求項８に記載の電気モータ。
11. 前記ヨークリング（１９）は、シートメタルの複数の層から構成されている
    請求項８から１０のいずれかに記載の電気モータ。
12. 前記ステータ巻線は、プラスチックで充填される
    請求項１乃至１０のいずれかに記載の電気モータ。
13. 前記電気モータ（１）は駆動対象の前記歯科用または医療用器具（２）を受け入れる接合部（１２）を備える
    請求項１乃至１１のいずれかに記載の電気モータ。
14. 前記ヨークリング（１０）は、前記コイル体（１１）によって、径方向において外側および／または内側を取り囲まれる
    請求項８乃至１３のいずれかに記載の電気モータ。
15. 前記コイル体（１１）の径方向の突起は、前記ステータ巻線の各部分（９ａ、９ｂ）の間に設けられている
    請求項１乃至１４のいずれかに記載の電気モータ。
16. 前記媒体導管（６、７、８）は、前記コイル体（１１）内を前記シャフト（３）の長手方向において、延伸している
    請求項１乃至１５のいずれかに記載の電気モータ。
17. 前記媒体導管（６、７、８）は、光、水、電力および／または空気を誘導するための導管である
    請求項１乃至１６のいずれかに記載の電気モータ。
18. 前記シャフト（３）の方向における前記ステータ（５）の電気的に有効な部分の最大範囲に対する、前記シャフト（３）の径方向における前記ステータ（５）の最大範囲の比は、０．８から５の間である
    請求項１乃至１７のいずれかに記載の電気モータ。
19. 前記シャフト（３）の方向における前記ステータ（５）の電気的に有効な部分の最大範囲に対する、前記シャフト（３）の径方向における前記ステータ（５）の最大範囲の比は、１から３の間である
    請求項１乃至１７のいずれかに記載の電気モータ。
20. 前記シャフト（３）の方向における前記ステータ（５）の電気的に有効な部分の最大範囲に対する、前記シャフト（３）の径方向における前記ステータ（５）の最大範囲の比は、１．２から１．６の間である
    請求項１乃至１７のいずれかに記載の電気モータ。
21. シャフト方向における前記ロータ磁石（４）の最大長さに対する、前記シャフト（３）の径方向における前記ステータ（５）の電気的に有効な部分の径方向の最大範囲の比は、１から６の間である
    請求項１乃至２０のいずれかに記載の電気モータ。
22. シャフト方向における前記ロータ磁石（４）の最大長さに対する、前記シャフト（３）の径方向における前記ステータ（５）の電気的に有効な部分の径方向の最大範囲の比は、１．１から２の間である
    請求項１乃至２０のいずれかに記載の電気モータ。
23. シャフト方向における前記ロータ磁石（４）の最大長さに対する、前記シャフト（３）の径方向における前記ステータ（５）の電気的に有効な部分の径方向の最大範囲の比は、１．６から１．８の間である
    請求項１乃至２０のいずれかに記載の電気モータ。
24. 前記電気モータは可撓性の管体に直接接続されており、前記可撓性の管体は、前記電気モータ（１）から離れている端部において、媒体を供給および制御するための駆動制御部を有する
    請求項１乃至２３のいずれかに記載の電気モータ。
25. 光用の媒体導管（８）は前記電気モータ（１）および前記可撓性の管体（１３）の内部を延伸しており、光源は前記駆動制御部に設けられている
    請求項２４に記載の電気モータ。
26. 前記電気モータを含み、歯科用または医療用器具（２）を接合するための接合部（１２）から始まり、前記駆動制御部（１４）の開始部分までを含む、前記可撓性の管体の最大長は、１ｍから３ｍの間である
    請求項２４または２５に記載の電気モータ。
27. 請求項１乃至２６のいずれかに記載の電気モータと、前記電気モータによって駆動される歯科用または医療用器具とを備える歯科用道具。

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