JP2014054167A - コアレスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】コアレスモータを軽量化する。
【解決手段】コアレスモータは、外ヨーク１，２と、該外ヨークの内側に配置されたマグネット３と、外ヨークとマグネットの間に回転可能に配置され、マグネットの内側に配置された出力軸１１と一体回転するカップ型コイル４とを有する。外ヨークは、マグネットおよびカップ型コイルを収容するハウジング１と、ハウジングの肉厚よりも大きな肉厚を有するように形成され、ハウジングの内側にマグネットに対向するように設けられた補助ヨーク２とにより構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種装置における駆動源として用いられたり携帯型装置におけるバイブレータとして用いられたりするコアレスモータに関する。

コアレスモータを小型化する方法として、磁性材料により形成されたハウジングの外形のうち、磁束があまり通らない不要部分を除去する方法がある。

例えば、特許文献１には、もともと均一な肉厚の円筒形状を有していたハウジングに、その外面の一部を平面状に切削することで薄肉部を形成したコアレスモータが開示されている。このコアレスモータでは、永久磁石の着磁方向を薄肉部に垂直な方向とすることで、出力を維持したまま小型化を図っている。

特開平０６−２１７５０５号公報

しかしながら、特許文献１にて開示されたコアレスモータでは、小型化は達成できても、軽量化の観点からは、ハウジングのうち切削により除去されたわずかな部分の重さ分のみ軽量化されるに過ぎず、効果的に軽量化されるとは言い難い。コアレスモータを搭載した装置の小型化および軽量化のためにも、コアレスモータにも、小型化だけでなく、さらなる軽量化が求められている。

本発明、効果的に軽量化することを可能にしたコアレスモータおよびこれを搭載した装置を提供する。

本発明の一側面としてのコアレスモータは、外ヨークと、該外ヨークの内側に配置されたマグネットと、外ヨークとマグネットの間に回転可能に配置され、マグネットの内側に配置された出力軸と一体回転するカップ型コイルとを有する。そして、外ヨークは、マグネットおよびカップ型コイルを収容するハウジングと、ハウジングの肉厚よりも大きな肉厚を有するように形成され、ハウジングの内側にマグネットに対向するように設けられた補助ヨークとにより構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、外ヨークのうち磁気回路として必要な肉厚は補助ヨークとハウジングの合計の肉厚により確保されるが、その肉厚の多くは補助ヨークの肉厚であるので、磁気回路に寄与しない部分を多く含むハウジングを極力薄く形成することができる。したがって、コアレスモータの効果的な軽量化が可能である。

本発明の実施例１であるコアレスモータの（ａ）軸方向に沿った断面図、（ｂ）径方向に沿った断面図および（ｃ）磁束線図。 本発明の実施例２であるコアレスモータの（ａ）軸方向に沿った断面図、（ｂ）径方向に沿った断面図および（ｃ）磁束線図。 本発明の実施例３であるコアレスモータの径方向に沿った断面図。 従来のコアレスモータの（ａ）軸方向に沿った断面図、（ｂ）径方向に沿った断面図および（ｃ）磁束線図。 本発明の実施例４であるコアレスモータの（ａ）軸方向に沿った断面図、（ｂ）径方向に沿った断面図および（ｃ）磁束線図。

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。ただし、まず実施例の説明に先立って、図４（ａ），（ｂ）を用いて従来のコアレスモータの構成について説明する。図４（ａ）はコアレスモータを軸方向に沿って切断したときの断面を示し、図４（ｂ）はコアレスモータを径方向に沿って切断したときの断面を示している。なお、図４（ａ）には、マグネット１０３と外ヨークを兼ねたハウジング１０１との間に作用する磁力線を矢印で示している。

ハウジング１０１のうち、１０１ａで示す部分は磁気回路を構成する部分であり、１０１ｂおよび１０１ｃで示す部分は磁気回路には寄与しない部分である。言い換えれば、ハウジング１０１のうち部分１０１ａが磁気回路を構成する外ヨークに相当し、部分１０１ｂは単なる前側の構造部分で、１０１ｃは単なる後側の構造部分である。図４（ｃ）には、軸方向に沿った断面でのマグネット１０３の着磁方向と磁気回路（磁力線）とを示している。

また、１０４はカップ状コイルであり、１０５は内ヨークである。

従来のコアレスモータでは、コストダウンの観点から、ハウジング１０１は磁気回路を構成する外ヨークの部分１０１ａに必要な肉厚を基本肉厚として、プレス加工により製作されることが多い。しかし、厚い肉厚を必要とする磁気回路を構成する部分１０１ａのみを厚く仕上げることは難しく、磁気回路に寄与しない部分１０１ｂ，１０１ｃまでも必要以上に厚い肉厚に形成されてしまう。このため、ハウジング１０１の重量が大きくなり、この結果、コアレスモータの軽量化が困難である。

次に、図１（ａ），（ｂ）を用いて本発明の実施例１であるコアレスモータの構成について説明する。図１（ａ）はコアレスモータを軸方向に沿って切断したときの断面を示し、図１（ｂ）はコアレスモータを径方向に沿って切断したときの断面を示している。

これらの図において、１は磁性材料により形成された外ヨークの一部を構成するハウジングである。ハウジング１は、後述する各部材（マグネット３、カップ型コイル４および内ヨーク５等）を収容する形状を有し、図１（ｂ）に示すように、出力軸１１に直交する互いに異なる（直交する）２方向のうち一方における該出力軸１１を挟んだ両側に配置された２つの曲面部１ａと、該２方向のうち他方における該出力軸１１を挟んだ両側に配置された２つの平面部１ｂとを有する。ハウジング１をこのような形状に形成することで、図４（ａ），（ｂ）に示したようにハウジングが円筒形状に形成されている場合に比べて、コアレスモータを小型化することができる。

２は磁性材料により形成された外ヨークの他の一部を構成する補助ヨークである。言い換えれば、本実施例では、外ヨークを、ハウジング１と、該ハウジング１とは別部材として形成された補助ヨーク２とにより構成している。

各補助ヨーク２は、ハウジング１の肉厚（特に、各曲面部１ａと各平面部１ｂの肉厚）よりも大きな肉厚を有するように半円筒形状に形成され、ハウジング１の内側（内面）に、後述するカップ型コイル４の外面に対向するように固定されている。より具体的には、図１（ｂ）に示すように、２つ設けられた補助ヨーク２は、出力軸１１を挟んだ両側に配置されており、それぞれが各曲面部１ａの内側（内面）および２つの平面部１ｂの内側（内面）であってカップ型コイル４が近接した中央領域１ｃを除いた領域に固定されている。

マグネット３は、円筒形状に形成されて、外ヨーク（補助ヨーク２）の内側に配置されている。図１（ｃ）には、軸方向に直交する断面でのマグネット３の着磁方向と磁気回路（磁力線）とを示している。マグネット３の着磁方向は、ハウジング１の各平面部１ｂに直交する方向である。

本実施例では、ハウジング１は２つの曲面部１ａと２つの平面部１ｂを含む形状を有するが、このハウジング１に半円筒形状の２つの補助ヨーク２とを組み合わせて外ヨークを構成しているため、外ヨークにおけるマグネット３に対向する面をほぼ円形に近い形状とすることができる。このため、図１（ｃ）に示すように、図４（ｃ）に示した外ヨーク（ハウジング１０１）を円筒形状に形成した従来のコアレスモータにおいて発生する磁束線と比べてほとんど差がない磁力線を発生させることができる。

カップ型コイル４は、外ヨーク（補助ヨーク２）とマグネット３の間に回転可能に配置され、マグネット３の内側に配置された出力軸１１と一体回転する。

内ヨーク５は、カップ型コイル４と出力軸１１との間に配置され、ハウジング１と該ハウジング１に固定された保持板７とにより保持されている。６は２つの軸受けであり、出力軸１１（カップ型コイル４）を回転可能に保持している。１０はコイル４に給電するための整流子（コミテータ）であり、８はブラシホルダである。ブラシホルダ８は、整流子１０と接触するブラシ９を備えた端子を保持している。

このように構成されたコアレスモータでは、図１（ｃ）に示す磁気回路内にて、ブラシホルダ８に保持された端子およびブラシ９、さらに整流子１０を介してカップ型コイル４に給電することで、カップ型コイル４および出力軸１１が回転する。

そして、このコアレスモータは、各種装置における駆動源として用いられたり携帯型装置におけるバイブレータとして用いられたりする。図１（ａ）には、被駆動部材４０を含む装置に駆動源としての搭載されたコアレスモータが、その出力軸１１から取り出した出力（回転）によって被駆動部材４０を駆動する場合を示している。

本実施例では、前述したように、外ヨークをハウジング１と補助ヨーク２とに分割して構成している。そして、磁気回路に寄与しない部分を多く含むハウジング１の肉厚は、強度上で必要な厚さになるよう極力薄く設定する一方、補助ヨーク２にハウジング１の肉厚よりも厚い肉厚を持たせ、補助ヨーク２とハウジング１との合計の肉厚によって磁気回路に必要な肉厚が確保されるようにしている。これにより、従来に比べても、磁気回路に寄与しない部分の肉厚を大きく削減することができ、コアレスモータの効果的な軽量化が可能となる。したがって、該コアレスモータを搭載した装置の一層の軽量化が可能となる。

なお、補助ヨーク２は、磁性材料の素材に対して切削加工を行うことで製作可能である。ただし、補助ヨーク２の内面と外面とが同心の円弧面である場合には、肉厚が一定であるので、板金に対してプレス加工を行い、板金から切断することでも製作が可能である。

また、本実施例では、ハウジング１と補助ヨーク２とを別部材として構成した場合について説明したが、焼結加工によってハウジング１に相当する部分と補助ヨーク２に相当する部分とを有する一体の部材として外ヨークを製作することも可能である。この場合も、外ヨークがハウジングと補助ヨークによって構成されていると言える。

図２（ａ），（ｂ）を用いて、本発明の実施例２であるコアレスモータの構成について説明する。図２（ａ）はコアレスモータを軸方向に沿って切断したときの断面を示し、図２（ｂ）はコアレスモータを径方向に沿って切断したときの断面を示している。また、図２（ｃ）には、軸方向に沿った断面でのマグネット３の着磁方向と磁気回路（磁力線）とを示している。本実施例において、実施例１の構成要素と共通する構成要素には、実施例１と同符号を付して説明に代える。

本実施例では、マグネット２３を中空ではない円柱形状に形成している。２０はマグネット２３を保持し、ハウジング１に固定するためのハウジングホルダである。なお、本実施例では、実施例１で用いていた内ヨーク５は用いていない。

本実施例では、カップ型コイル４を回転可能に保持する軸受け２６ａをマグネット２３に内包させ、別の軸受け２６ｂをブラシホルダ８に設置している。これにより、図２（ｃ）に示すように、マグネット２３を円柱形状に形成しても、実施例１（図１（ｃ））と同様に、図４（ｃ）に示した外ヨークを円筒形状に形成した従来のコアレスモータにおいて発生する磁束線と比べてほとんど差がない磁力線を発生させることができる。

図３を用いて、本発明の実施例３であるコアレスモータの構成について説明する。図３はコアレスモータを径方向に沿って切断したときの断面を示している。本実施例において、実施例１の構成要素と共通する構成要素には、実施例１と同符号を付して説明に代える。

本実施例では、実施例１のハウジング１と基本的に同じ形状を有するハウジング３１のうち２つの平面部３１ｂに内側に突出するように円弧状に曲げられた曲げ部１ｄを形成している。曲げ部１ｄを形成することで、補助ヨーク２のハウジング１からの脱落を防止できるとともに、外ヨークにおいてマグネット３に対向する面をより円形に近づけることができる。このため、曲げ部１ｄ付近の磁束密度が向上し、モータのトルク増加につながる。

以上の実施例では、マグネットの極数が２極の場合について説明したが、マグネットの極数は４極であってもよい。本発明の実施例４として、マグネットの極数が４極であるコアレスモータについて、図５（ａ），（ｂ）を用いて説明する。

図５（ａ）はコアレスモータを軸方向に沿って切断したときの断面を示し、図５（ｂ）はコアレスモータを径方向に沿って切断したときの断面を示している。

これらの図において、５１は磁性材料により形成された外ヨークの一部を構成するハウジングである。ハウジング５１は、後述する各部材（マグネット５３、カップ型コイル５４および内ヨーク５５等）を収容する形状を有し、図５（ｂ）に示すように、出力軸６１に直交する互いに異なる（直交する）第１の２方向のそれぞれにおける該出力軸６１を挟んだ両側に配置された４つの曲面部５１ａを有する。また、ハウジング５１は、出力軸６１に直交する互いに異なる（直交する）２方向であって、上記第１の２方向とは４５°位相が異なる第２の２方向のそれぞれにおける該出力軸６１を挟んだ両側に配置された４つの平面部５１ｂを有する。ハウジング５１をこのような形状に形成することで、図４（ａ），（ｂ）に示したようにハウジングが円筒形状に形成されている場合に比べて、コアレスモータを小型化することができる。

５２は磁性材料により形成された外ヨークの他の一部を構成する補助ヨークである。言い換えれば、本実施例では、外ヨークを、ハウジング５１と、該ハウジング５１とは別部材として形成された補助ヨーク５２とにより構成している。

各補助ヨーク５２は、ハウジング５１の肉厚（特に、各曲面部５１ａと各平面部５１ｂの肉厚）よりも大きな肉厚を有するように１／４円筒形状に形成され、ハウジング５１の内側（内面）に、後述するカップ型コイル５４の外面に対向するように固定されている。より具体的には、図５（ｂ）に示すように、４つ設けられた補助ヨーク５２は、上記第１の２方向において出力軸６１を挟んだ両側に配置されており、それぞれが各曲面部５１ａの内側（内面）および４つの平面部５１ｂの内側（内面）であってカップ型コイル５４が近接した中央領域５１ｃを除いた領域に固定されている。

マグネット５３は、円筒形状に形成されて、外ヨーク（補助ヨーク５２）の内側に配置されている。図５（ｃ）には、軸方向に直交する断面でのマグネット５３の着磁方向と磁気回路（磁力線）とを示している。マグネット５３の着磁方向は、ハウジング５１の各平面部５１ｂに直交する方向である。

本実施例では、ハウジング５１は４つの曲面部５１ａと４つの平面部５１ｂを含む形状を有するが、このハウジング５１に１／４円筒形状の４つの補助ヨーク５２とを組み合わせて外ヨークを構成しているため、外ヨークにおけるマグネット５３に対向する面をほぼ円形に近い形状とすることができる。このため、図５（ｃ）に示すように、図４（ｃ）に示した外ヨーク（ハウジング１０１）を円筒形状に形成した従来のコアレスモータにおいて発生する磁束線と比べて大きな差がない磁力線を発生させることができる。

カップ型コイル５４は、外ヨーク（補助ヨーク５２）とマグネット５３の間に回転可能に配置され、マグネット５３の内側に配置された出力軸６１と一体回転する。

内ヨーク５５は、カップ型コイル５４と出力軸６１との間に配置され、ハウジング５１と該ハウジング５１に固定された保持板５７とにより保持されている。５６は２つの軸受けであり、出力軸６１（カップ型コイル５４）を回転可能に保持している。６０はコイル５４に給電するための整流子（コミテータ）であり、５８はブラシホルダである。ブラシホルダ５８は、整流子６０と接触するブラシ５９を備えた端子を保持している。

このように構成されたコアレスモータでは、図５（ｃ）に示す磁気回路内にて、ブラシホルダ５８に保持された端子およびブラシ５９、さらに整流子６０を介してカップ型コイル５４に給電することで、カップ型コイル５４および出力軸６１が回転する。

そして、このコアレスモータは、各種装置における被駆動部材の駆動源として用いられたり（図１（ａ）参照）、携帯型装置におけるバイブレータとして用いられたりする。

本実施例では、前述したように、外ヨークをハウジング５１と補助ヨーク５２とに分割して構成している。そして、磁気回路に寄与しない部分を多く含むハウジング５１の肉厚は、強度上で必要な厚さになるよう極力薄く設定する一方、補助ヨーク５２にハウジング５１の肉厚よりも厚い肉厚を持たせ、補助ヨーク５２とハウジング５１との合計の肉厚によって磁気回路に必要な肉厚が確保されるようにしている。これにより、従来に比べても、磁気回路に寄与しない部分の肉厚を大きく削減することができ、コアレスモータの効果的な軽量化が可能となる。したがって、該コアレスモータを搭載した装置の一層の軽量化が可能となる。

なお、補助ヨーク５２は、磁性材料の素材に対して切削加工を行うことで製作可能である。ただし、補助ヨーク５２の内面と外面とが同心の円弧面である場合には、肉厚が一定であるので、板金に対してプレス加工を行い、板金から切断することでも製作が可能である。

また、本実施例では、ハウジング５１と補助ヨーク５２とを別部材として構成した場合について説明したが、焼結加工によってハウジング５１に相当する部分と補助ヨーク５２に相当する部分とを有する一体の部材として外ヨークを製作することも可能である。この場合も、外ヨークがハウジングと補助ヨークによって構成されていると言える。

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

小型で軽量なコアレスモータを提供できる。

１，３１、５１ ハウジング
２、５２ 補助ヨーク
３，２３，５３ マグネット
４，５４ コイル
５，５５ 内ヨーク
６，２６ａ，２６ｂ，５６ 軸受け
１１，６１ 出力軸

Claims (7)

1. 外ヨークと、
   該外ヨークの内側に配置されたマグネットと、
   前記外ヨークと前記マグネットの間に回転可能に配置され、前記マグネットの内側に配置された出力軸と一体回転するカップ型コイルとを有するコアレスモータであって、
   前記外ヨークは、
   前記マグネットおよび前記カップ型コイルを収容するハウジングと、
   前記ハウジングの肉厚よりも大きな肉厚を有するように形成され、前記ハウジングの内側に前記マグネットに対向するように設けられた補助ヨークとにより構成されていることを特徴とするコアレスモータ。
2. 前記ハウジングは、前記出力軸に直交する互いに異なる２方向のうち一方における該出力軸を挟んだ両側に配置された２つの曲面部と、前記２方向のうち他方における前記出力軸を挟んだ両側に配置された２つの平面部とを有し、
   前記出力軸を挟んだ両側に配置された２つの前記補助ヨークのそれぞれが、前記各曲面部の内側および前記２つの平面部の内側であって前記カップ型コイルが近接した領域を除いた領域に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のコアレスモータ。
3. 前記ハウジングは、前記出力軸に直交する互いに異なる第１の２方向のそれぞれにおける該出力軸を挟んだ両側に配置された４つの曲面部と、前記出力軸に直交する互いに異なる２方向であって前記第１の２方向とは位相が異なる第２の２方向のそれぞれにおける該出力軸を挟んだ両側に配置された４つの平面部とを有し、
   前記第１の２方向のそれぞれにおいて前記出力軸を挟んだ両側に配置された４つの前記補助ヨークのそれぞれが、前記各曲面部の内側および前記４つの平面部の内側であって前記カップ型コイルが近接した領域を除いた領域に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のコアレスモータ。
4. 前記マグネットの着磁方向は、前記ハウジングの前記各平面部に直交する方向であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のコアレスモータ。
5. 前記補助ヨークは、前記ハウジングとは別部材として形成されて、前記ハウジングの内面に固定されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のコアレスモータ。
6. 前記補助ヨークは、焼結加工により前記ハウジングと一体に形成された部材であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のコアレスモータ。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載のコアレスモータを搭載したことを特徴とする装置。