JP2015002664A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】面倒れ方向の慣性を抑制できるモータを提供する。【解決手段】モータ１は、中空円環状の中空シャフト１１と、一端が機台に固定されて片持ち支持されるモータロータ１０と、モータベース２０と、モータステータ３０Ａと、モータステータ３０Ｂと、を備える。モータステータの総和をＳｎとした場合、所定の電気角で位相をずらして配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、片持ちで機台に固定され、中空環状のロータであって、例えば、レーザヘッド回転型の３次元スキャナなどの光学機器、Ｘ線ＣＴ装置のガントリ回転部などの医療機器に使用可能なモータに関する。

特許文献１には、界磁部が回転テーブルの外周端部に配設されロータとなり、対する電機子部が固定されステータとなっているため、回転テーブルは外周端部で駆動される。その結果、小推力で回転テーブルを駆動する、平面対向型（アキシャルギャップ型）のコアレス形式リニアモータ（モータ）の技術が記載されている。

特許文献２には、円環形状の回転枠を連続的に回転するタイプのＸ線コンピュータ断層撮影装置が記載されている。

特開２００６−３３３６５２号公報 特開２００２−０００５９８号公報

しかしながら、特許文献１に記載のモータは、大口径の中空穴を維持しつつも大きな推力を得ようとした場合、ロータ外径側を大径化する必要がある。つまり、特許文献１に記載のモータは、機台からの突出長を抑え難い。また特許文献１に記載のモータは、ステータを２枚のロータで挟み込むことで磁路を形成する必要があり、加えて二枚のロータ同士の磁路を連結するための磁性体からなるベースブロックを設ける必要があり、軽量化し難い。また特許文献１に記載のモータは、ロータ間のステータを挟み込む空隙において十分な磁束量を維持するには、厚い磁石を組み込む必要があるため、軽量化し難い。このため、特許文献１に記載のモータは、面倒れ方向の慣性が大きく共振周波数を上げ難いため、ロータを高速回転することが難しい。また、特許文献２に記載のように、方持ちで機台に固定される場合、モータは、面倒れ方向の慣性を考慮する必要がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、片持ちで機台に固定され、面倒れ方向の慣性を抑制でき、中空環状のロータを有するモータを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し目的を達成するために、本発明のモータは、中空円環状の中空シャフトと、前記中空シャフトの外周かつ円周方向に配列される複数のマグネットを備えるモータロータと、前記モータロータの径方向外側を囲み、一端が機台に固定されて片持ち支持されるモータベースと、前記モータベースの内壁に前記中空シャフトを回転自在に支持する軸受と、前記モータベースに取り付けられ、前記複数のマグネットの一部の極数に磁気ギャップを介して対向する、ステータコアを備える複数のモータステータと、を備え、前記モータステータの総数をＳｎとした場合、下記式（１）のθｅで表す電気角で位相をずらして配置されていることを特徴とする。

θｅ＝３６０°／（２×（Ｓｎ））・・・（１）

上記構成により、モータは、モータステータの端部に起因するコギングトルクがモータステータの位相関係で相殺され、滑らかな回転を得ることができる。

本発明の望ましい態様として、前記複数のステータコアは、前記モータベースの同じ表面に固定され、前記機台寄りに偏って配置されていることが好ましい。

上記構成により、モータは、面倒れ方向の慣性を小さくすることができる。そして、面倒れ方向の慣性が小さく、共振周波数を上げることができるので、モータは、モータロータを高速回転することができる。

本発明の望ましい態様として、前記複数のモータステータは、励磁コイルを備える前記ステータコアと、励磁コイルに通電しない又は励磁コイルを備えない疑似ステータコアとを含むことが好ましい。

上記構成により、モータは、モータステータの端部に起因するコギングトルクが励磁コイルを備えるステータコアと疑似ステータコアとの位相関係で相殺され、滑らかな回転を得ることができる。

本発明の望ましい態様として、前記複数のモータステータは、励磁コイルを備えるステータコアを複数含み、当該励磁コイルに電力を供給するアンプにより駆動され、前記複数のモータステータのうち１つのモータステータと、他のモータステータの少なくとも１つとは、別々の前記アンプで駆動されることが好ましい。

上記構成により、モータは、複数のモータステータ間に電気角のずれがあっても各々のモータステータの通電タイミングに応じたモータ電流を流せるので、滑らかな回転を得ることができる。

本発明の望ましい態様として、前記複数のモータステータは、励磁コイルを備えるステータコアを複数含み、当該励磁コイルに電力を供給するアンプにより駆動され、前記複数のモータステータのうち１つのモータステータは、他のモータステータを駆動するアンプと異なる前記アンプで駆動されることが好ましい。

上記構成により、モータは、複数のモータステータ間に電気角のずれがあっても各々のモータステータの通電タイミングに応じたモータ電流を流せるので、滑らかな回転を得ることができる。

本発明の望ましい態様として、前記モータベースは、前記中空シャフトが貫通しており、前記中空シャフトが露出する外周に、前記マグネットが配置されていることが好ましい。

上記構成により、モータは、中空シャフトに大口径の中空穴を維持しつつも大きな推力を得ようとした場合、モータは、マグネットと、ステータコアとが重複する面積を拡大できる。

また、上記構成により、マグネットとステータコアとは平面対向ではなく周対向になる。そして、モータステータは、コアを有するので、薄い磁石を用いても磁石の動作点を維持できる。そして薄い磁石を用いているため、モータは、面倒れ方向の慣性を小さくできる。また、モータは、ギヤなどの間接的な伝達機構を介さずに直接マグネット側に回転力を与える。そして、モータはいわゆるダイレクトドライブモータとなり、直接負荷体を回転することができる。また、モータは、高精度に位置決めをすることができる。

本発明の望ましい態様として、前記マグネットは、外径側から回転中心に向けてみた形状が矩形であることが好ましい。

上記構成により、表面上に斜めに磁石を貼り付けスキューをつけなくても、モータは、ステータコア端部に起因する強大なコギングトルクを抑制できる。このため、マグネットは、平板をねじったような形状の磁石としなくてもよく、成形が容易でモータのコストを低減することができる。

本発明によれば、片持ちで機台に固定され、面倒れ方向の慣性を抑制でき、中空環状のロータを有するモータを提供することができる。

図１は、実施形態１に係るモータの外観を示す斜視図である。 図２は、実施形態１に係るモータの平面図である。 図３は、図２の側面図である。 図４は、図２に示すＡ−Ｚｒ−Ｂ断面で実施形態１に係るモータの構成を切って模式的に示す部分断面図である。 図５は、図２に示すＣ−Ｚｒ−Ｄ断面で実施形態１に係るモータの構成を切って模式的に示す部分断面図である。 図６は、図２に示すモータステータを拡大して示す部分拡大図である。 図７は、実施形態１に係るモータのマグネットの配列を模式的に示す部分断面図である。 図８は、実施形態１に係るモータのステータコアのティースの配列を模式的に示す部分断面図である。 図９は、実施形態１に係るモータとモータ制御回路との接続を説明するための説明図である。 図１０は、モータステータのステータコア端部に起因して生ずるコギングトルクを示す図である。 図１１は、複数のモータステータがステータコア端部に起因して生ずるコギングトルクを相殺する状態を説明する説明図である。 図１２は、実施形態２に係るモータの平面図である。 図１３は、複数のモータステータがステータコア端部に起因して生ずるコギングトルクを相殺する状態を説明する説明図である。 図１４は、実施形態３に係るモータの平面図である。 図１５は、実施形態４に係るモータの平面図である。 図１６は、複数のモータステータがステータコア端部に起因して生ずるコギングトルクを相殺する状態を説明する説明図である。 図１７は、実施形態５に係るモータの平面図である。 図１８は、実施形態５に係るモータとモータ制御回路との接続を説明するための説明図である。 図１９は、複数のモータステータがステータコア端部に起因して生ずるコギングトルクを相殺する状態を説明する説明図である。 図２０は、本実施形態のモータの適用される光学機器を説明する説明図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係るモータの外観を示す斜視図である。図２は、実施形態１に係るモータの平面図である。図３は、図２の側面図である。図１、図２及び図３に示すように、モータ１は、静止状態に維持される固定子(以下、モータステータという)であるモータステータ３０Ａ及びモータステータ３０Ｂと、モータステータ３０Ａ及びモータステータ３０Ｂに対して回転可能に配置された回転子(以下、ロータという)であるモータロータ１０と、モータステータ３０Ａ及びモータステータ３０Ｂを固定するモータベース２０とを備えている。

モータロータ１０は、中空シャフト１１と、ロータヨーク４１と、マグネット４２とを含む。中空シャフト１１は、中空穴１０Ｈを内壁で囲む中空円環状の円筒体である。中空シャフト１１の回転中心Ｚｒは、中空シャフト１１の内壁の中心又は外壁の中心と一致する。中空シャフト１１は、外部へ回転を伝える出力シャフトとなっている。

モータベース２０は、略板状のハウジングベース２１と、ハウジングベース２１のＹ方向の一端寄りに機台取付部２２があり、Ｙ方向の他端には機台取付部２２がない。実施形態１に係るモータベース２０は、モータステータ３０Ａ及びモータステータ３０Ｂがハウジングベース２１の一方の表面２１ｆに固定されている。機台取付部２２は、機台に取り付けるための雌ねじ又は貫通孔による取付孔２２Ｈを含む。

図２に示すように、機台取付部２２は、光学機器、医療機器等の機器の機台５１の表面５１ｆにボルトなどの固定具２３で固定されている。このため、モータベース２０は、ハウジングベース２１のＹ方向における一端を固定端とし、Ｙ方向における他端を自由端として、片持ち支持されている。このため、モータ１は、モータベース２０の配置上、機台取付部２２寄りにモータステータ３０Ａ及びモータステータ３０Ｂを偏らせて配置し、機台５１から離れた部位にかかるモータステータ３０Ａ及びモータステータ３０Ｂの質量が小さくなるようにすることで、図３に示す面倒れ方向Ｆｖの慣性を抑制することができる。

図４は、図２に示すＡ−Ｚｒ−Ｂ断面で実施形態１に係るモータの構成を切って模式的に示す部分断面図である。図５は、図２に示すＣ−Ｚｒ−Ｄ断面で実施形態１に係るモータの構成を切って模式的に示す部分断面図である。

モータベース２０は、中空シャフト１１が貫通している。軸受装置１４は、モータベース２０の内壁に中空シャフト１１を回転自在に支持する。このため、モータ１は、モータロータ１０をハウジングベース２１、モータステータ３０Ａ及びモータステータ３０Ｂに対して回転させることができる。

軸受装置１４は、背面組み合わせのアンギュラ玉軸受であり、外輪がハウジングベース２１の内壁に固定され、内輪が中空シャフト１１の外周に固定されている。ロータヨーク４１は、図示しないボルトで中空シャフト１１に軸方向に固定することで、中空シャフト１１に嵌め込まれた軸受装置１４の内輪端面同士を密着させる。これにより、軸受装置１４には、予圧が付加される。

軸受装置１４は、背面組み合わせアンギュラ玉軸受である。このため、軸受装置１４が薄肉になり、中空シャフト１１に大口径の中空穴１０Ｈが確保できる。また、アンギュラ玉軸受は、予圧を与えるための機構部品をモータロータ１０に搭載しなくても予圧を与えられる。このため、モータロータ１０が軽量化し、面倒れ方向Ｆｖの慣性を小さくできる。なお、軸受装置１４は、薄肉の背面組み合わせアンギュラ玉軸受を用いた例で説明した。実施形態１に係るモータ１は、軸受装置１４がアンギュラ玉軸受に限定されるものではなく、設置スペースや摩擦トルク、回転速度などによって適宜変更される。例えば軸受装置１４は、単列の４点接触玉軸受又は深溝玉軸受を２個配置して予圧をかける構造としても良い。

中空シャフト１１が露出する外周に、ロータヨーク４１を介して、マグネット４２が配置されている。マグネット４２は、ロータヨーク４１の外周かつ円周方向Ｆｒに沿って複数配列される。マグネット４２は、永久磁石であり、Ｓ極及びＮ極がロータヨーク４１の円周方向Ｆｒに交互に等間隔で配置される。これにより、図２に示すモータロータ１０の極数は、ロータヨーク４１の外周側にＮ極と、Ｓ極とがロータヨーク４１の円周方向に交互に配置された９６極である。マグネット４２の極数は、例示であり、複数あれば良い。マグネット４２は、エネルギー積の高いＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石（ネオジム系磁石）の円弧状の永久磁石である。このため、隣り合うマグネット４２の間に隙間を設け、モータロータ１０の質量を抑制することができる。モータ１は、マグネット４２間の隙間の分、面倒れ方向Ｆｖの慣性を小さくできる。

ロータヨーク４１は、円環状であり、ロータヨーク４１の内周が中空シャフト１１の外周に接し、ロータヨーク４１の外周には、マグネット４２が固定されている。ロータヨーク４１は、例えば低炭素鋼を用いており、薄肉化したロータヨーク４１においても磁路を確保することができる。また、ロータヨーク４１は、薄肉化により面倒れ方向Ｆｖの慣性を小さくできる。ロータヨーク４１は、表面に無電解ニッケルめっきの表面処理が施されている。なお、ロータヨーク４１として、無電解ニッケルめっきが施された円環状の低炭素鋼を用いた例で説明したが、材質及び表面処理が実施形態１に限定されるものではなく、使用環境などの理由により適宜変更される。例えば、ロータヨーク４１は、磁気特性は劣るもののマルテンサイト系ステンレス鋼など他の磁性材でも良い。

マグネット４２は、エポキシ系の接着剤によりロータヨーク４１に接着固定されている。これにより、マグネット４２の材質と、ロータヨーク４１の材質との線膨張係数の差により生ずる応力を緩和できる。例えば、モータロータ１０が大径化して、ロータヨーク４１の直径が大きくなっても、マグネット４２が剥離する磁極剥がれを抑制できる。また、無電解ニッケルめっきによる表面処理されたロータヨーク４１は、エポキシ系の接着剤に対して高い接着強度を得られる。また、表面がエポキシコーティングを施されたマグネット４１をロータヨーク４１に接着することで、マグネット４２の周囲がエポキシ樹脂で覆われ、磁極剥がれを抑制できる。なお、マグネット４２は、エポキシコーティングが施されたＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石（ネオジム系磁石）を用いた例で説明したが、材質及びコーティングが実施形態１に限定されるものではなく、モータが必要なトルク、使用環境又は接着剤との相性などにより適宜変更される。例えば、マグネット４２は、表面が電解ニッケルめっきを施されていても良い。

モータベース２０の中空内壁、ロータヨーク４１及び中空シャフト１１はいずれも環状である。ロータヨーク４１及び中空シャフト１１は、回転中心Ｚｒを中心に同心状に配置されている。

モータステータ３０Ａ及びモータステータ３０Ｂは、連続しておらず、セグメント状である。モータステータ３０Ａは、第１ステータコア３１Ａと、励磁コイル３２とを含む。モータステータ３０Ｂは、第２ステータコア３１Ｂと、励磁コイル３２とを含む。第２ステータコア３１Ｂは、第１ステータコア３１Ａと同じ形状である。モータステータ３０Ａは、第１ステータコア３１Ａに励磁コイル３２が巻きつけられる。モータステータ３０Ｂは、第２ステータコア３１Ｂに励磁コイル３２が巻きつけられる。モータステータ３０Ａ及びモータステータ３０Ｂには、電源からの電力を供給するための配線が接続されており、この配線を通じて励磁コイル３２に対して後述するモータ制御回路９０から電力が供給されるようになっている。

図６は、図２に示すモータステータを拡大して示す部分拡大図である。実施形態１において、モータステータ３０Ｂは、モータステータ３０Ａと同じ構成であるので、説明を省略する。モータステータ３０Ａは、無方向性電磁鋼板の積層材を積層して複数のティース（突極）３１Ｔが円周方向に等間隔に形成された円弧状の積層鉄心である。なお、モータステータ３０Ａの材質は、詳細形状や製造工程などの理由により適宜変更されるものであり、圧粉鉄心など他の電磁材を用いても良い。

マグネット４２と第１ステータコア３１Ａのティース３１Ｔとは平面対向（アキシャルギャップ型）ではなく周対向（ラジアルギャップ型）になる。そして、マグネット４２に薄い磁石を用いても磁石の動作点を維持できるため、モータ１は、モータロータ１０の面倒れ方向Ｆｖの慣性を小さくできる。

例えば、図６に示すように、第１ステータコア３１Ａは、図２に示す開き角θｓが３０°の円弧状のバックヨーク３１Ｙの内径側に向けて突出する、図６に示す９つのティース（突極）３１Ｔを備えている。励磁コイル３２は、線状の電線である。励磁コイル３２は、第１ステータコア３１Ａのティース３１Ｔにインシュレータ（絶縁材料）を介して巻回される。励磁コイル３２は、時計回り（円周方向Ｆｒと逆方向）に、Ｕ相正巻３２Ｕａ、Ｕ相逆巻３２Ｕｂ、Ｕ相正巻３２Ｕａ、Ｖ相正巻３２Ｖａ、Ｖ相逆巻３２Ｖｂ、Ｖ相正巻３２Ｖａ、Ｗ相正巻３２Ｗａ、Ｗ相逆巻３２Ｗｂ及びＷ相正巻３２Ｗａの順で結線される。ティース３１Ｔは、複数のマグネット４２の一部に磁気ギャップＧを介して対向する。

上記構成により、第１ステータコア３１Ａが磁路として働くため、少なくともマグネット４２が円周方向Ｆｒに並ぶ列が１列あれば良い。このため、モータロータ１０が軽量化できる。その結果、モータ１は、面倒れ方向Ｆｖの慣性を小さくできる。

実施形態１に係るモータ１は、モータステータ３０Ａ又はモータステータ３０Ｂと対向する、ロータの極数は、（９６極／（３６０°／３０°））＝８極である。これに対し、モータステータ３０Ａ又はモータステータ３０Ｂは、９つのティース３１Ｔを備えているので、実施形態１に係るモータ１は、表面磁石型の回転型ブラシレスモータに換算して８極９スロットというスロットコンビネーション構成である。

例えば、表面磁石型の回転型ブラシレスモータに換算した、８極９スロットのスロットコンビネーション構成は、磁極数とスロット数の関係が２：３でない分数スロットであり、コギング力は小さく、滑らかに回転する。このように磁極数とスロット数の関係が２：３でない分数スロットの構成は、磁極数とスロット数の関係が２：３である整数スロットの構成と比較して、磁極数とスロット数の最小公倍数が大きな値となるため、スロットコンビネーション起因のコギングトルクを抑えることができる。このように、磁極数とスロット数の最小公倍数は、モータが本来有するスロットコンビネーション起因のコギングトルクの山数であり、コギングトルクの山数が多いほどその振幅は相殺され分散されるため、結果的にコギングトルクの振幅は小さくなる。なお、磁極数とスロット数の関係は、全体形状や磁極形状により適宜変更される。磁極数とスロット数の関係は、例えば、１０極９スロット、１０極１２スロット又は１４極１２スロットなど、他の分数スロット構成としても良い。また、モータが本来有するスロットコンビネーション起因のコギングトルクが問題とならない用途においては、整数スロット構成としても良い。

実施形態１に係るモータ１は、中空シャフト１１に大口径の中空穴１０Ｈを維持しつつも大きな推力を得ようとした場合、中空シャフト１１は、モータベース２０に貫通しているので、中空シャフト１１の外径方向を大径化することなく軸方向（回転中心Ｚｒの軸方向）に伸ばすことができる。このため、モータ１は、マグネット４２と、第１ステータコア３１Ａのティース３１Ｔとが対向する面積を拡大できる。その結果、モータ１は、機台５１からの突出長さの増加を小さく抑えることができる。

図７は、実施形態１に係るモータのマグネットの配列を模式的に示す部分断面図である。図８は、実施形態１に係るモータのステータコアのティースの配列を模式的に示す部分断面図である。マグネット４２は、例えば、回転中心Ｚｒの軸方向の長さ４２ｚと円周方向Ｆｒの幅４２ｗを有している場合、回転中心Ｚｒの軸方向の長さ４２ｚを伸ばすことで推力を増加させることができる。同様に、ティース３１Ｔは、回転中心Ｚｒの軸方向の長さ３１Ｔｚと円周方向Ｆｒの幅３１Ｔｗを有している場合、回転中心Ｚｒの軸方向の長さ３１Ｔｚを伸ばすことで推力を増加させることができる。

図９は、実施形態１に係るモータとモータ制御回路との接続を説明するための説明図である。図９に示すように、外部のコンピュータからモータ回転指令ｉが入力されたとき、モータ制御回路９０は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)９１から３相アンプ（ＡＭＰ：Amplifier）９２に駆動信号を出力し、ＡＭＰ９２からモータ１に駆動電流Ｍｉが供給される。モータ１は、３相正弦波状の駆動電流Ｍｉによりモータステータ３０Ａの励磁コイル３２が励磁され、直接マグネット４２側に回転力を与える。同様に、複数のモータステータ３０Ａ及び３０Ｂは、励磁コイル３２を備えるステータコア３１Ａ、３１Ｂを複数含み、当該励磁コイル３２のそれぞれに電力を供給する２つのＡＭＰ９２により、複数のモータステータ３０Ａ及び３０Ｂのそれぞれが異なるＡＭＰ９２に駆動される。このため、モータ１は、複数のモータステータ３０Ａ、３０Ｂ間に電気角のずれがあっても各々のモータステータ３０Ａ、３０Ｂの通電タイミングに応じたモータ電流を流せるので、滑らかな回転を得ることができる。そして、回転力を受けて、モータロータ１０が回転すると、モータロータ１０の回転角度を検出した円環状のエンコーダ９４等の角度検出器から検出信号Ｓｒが出力される。モータ制御回路９０は、検出信号Ｓｒのデジタル情報に基づいて、ＣＰＵ９１はモータロータ１０が指令位置に到達したか否かを判断し、指令位置に到達する場合、ＡＭＰ９２への駆動信号を停止する。このように、速度指令又は位置指令などのモータ回転指令ｉが入力されたとき、モータ制御回路９０は、モータロータ１０の回転速度又は位置がモータ回転指令ｉ通りとなるように演算し、モータステータ３０Ａに駆動電流Ｍｉを出力する。

図１０は、モータステータのステータコア端部に起因して生ずるコギングトルクを示す図である。図１１は、複数のモータステータがステータコア端部に起因して生ずるコギングトルクを相殺する状態を説明する説明図である。実施形態１に係るモータ１は、図２に示すように、ステータコアを備えるモータステータの総数をＳｎとした場合、モータステータ３０Ａの弧の中心とモータステータ３０Ｂの弧の中心とが下記式（１）のθｅで表す電気角で位相をずらして配置されている。

θｅ＝３６０°／（２×（Ｓｎ））・・・（１）

実施形態１において、モータステータ３０Ａとモータステータ３０Ｂとを備えているので、ステータコアを備えるモータステータの総数が２である。このため、上記（１）式により、θｅで表す電気角は、９０°である。磁対数は、４８である場合、電気角を機械角に換算すると、機械角は、電気角を磁対数で除した値、すなわち、９０°／４８＝１．８７５°になる。一方、モータ１の磁極は９６極であり、電気角１周期は、機械角で、３６０°を極対数４８で除した値、つまり３６０°／４８＝７．５°になる。モータステータ３０Ａとモータステータ３０Ｂとは、７．５°×ｎ＋１．８７５°（但し、ｎは自然数）又は７．５°×ｎ−１．８７５°（但し、ｎは自然数）を満たす、任意の位相関係で配置することができる。実施形態１に係るモータ１は、回転中心Ｚｒをできるだけ機台表面５１ｆに近づけるように、ｎ＝１２とし、モータステータ３０Ａから機械角で９１．８７５°の位相関係でモータステータ３０Ｂを離して配置している。

このため、モータステータ３０Ａとモータステータ３０Ｂとは、図１０に示す電気角１周期内に２周期生じるステータコア端部に起因して生ずるコギングトルクがある。モータステータ３０Ａとモータステータ３０Ｂとは、７．５°×ｎ＋１．８７５°（但し、ｎは自然数）又は７．５°×ｎ−１．８７５°（但し、ｎは自然数）を満たす、任意の位相関係で配置することにより、ステータコア３１Ａ端部に起因して生じるコギングトルク３０Ａと、ステータコア３１Ｂ端部に起因して生じるコギングトルク３０Ｂとを相殺し、図１１に示す合成トルクＷＳが低減することで、滑らかな回転を得ることができる。

そして、マグネット４２と第１ステータコア３１Ａ又は第２ステータコア３１Ｂとは平面対向（アキシャルギャップ型）ではなく周対向（ラジアルギャップ型）になる。そして、薄い磁石を用いても磁石の動作点を維持できるため、面倒れ方向Ｆｖの慣性を小さくできる。また、モータ１は、ギヤなどの間接的な伝達機構を介さずに直接マグネット４２側に回転力を与える。そして、モータ１はいわゆるダイレクトドライブモータとなり、直接負荷体を回転することができる。また、モータは、高精度に位置決めをすることができる。

図７に示すように、マグネット４２は、外径側から回転中心Ｚｒに向けてみた形状が矩形である。実施形態１に係るモータ１は、マグネット４２を、平板をねじったような形状の磁石としなくても良く、成形が容易でモータのコストを低減することができる。

（実施形態２）
図１２は、実施形態２に係るモータの平面図である。図１３は、複数のモータステータがステータコア端部に起因して生ずるコギングトルクを相殺する状態を説明する説明図である。なお、上述した実施形態１で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施形態２に係るモータ１Ａは、モータステータ３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ及び３０Ｄと、モータステータ３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ及び３０Ｄに対して回転可能に配置されたモータロータ１０と、モータステータ３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ及び３０Ｄを固定するモータベース２０とを備えている。モータステータ３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄは、モータステータＡと同じ構成である。図１２に示すように、モータステータ３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ及び３０Ｄの総数をＳｎとした場合、Ｓｎ＝４であり、上記式（１）のθｅで表す電気角で位相をずらして配置されている。

実施形態２において、Ｓｎが４であり、θｅで表す電気角は、４５°である。磁対数は、４８である場合、電気角を機械角に換算すると、機械角は、電気角を磁対数で除した値、すなわち、４５°／４８＝０．９３７５°になる。一方、モータ１の磁極は９６極であり、電気角１周期は、機械角で、３６０°を極対数４８で除した値、つまり３６０°／４８＝７．５°になる。モータステータ３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ及び３０Ｄのそれぞれが、７．５°×ｎ＋０．９３７５°（但し、ｎは自然数）又は７．５°×ｎ−０．９３７５°（但し、ｎは自然数）を満たす、任意の位相関係で配置することができる。実施形態２に係るモータ１は、回転中心Ｚｒをできるだけ機台表面５１ｆに近づけるように、ｎ＝１２とし、モータステータ３０Ａから機械角で９０．９３７５°の位相関係でモータステータ３０Ｂを離して配置している。モータステータ３０Ｂから機械角で８９．０６２５°の位相関係でモータステータ３０Ｃを離して配置している。モータステータ３０Ｃから機械角で９０．９３７５°の位相関係でモータステータ３０Ｄを離して配置している。モータステータ３０Ｄから機械角で８９．０６２５°の位相関係でモータステータ３０Ａを離して配置している。

このため、実施形態２に係るモータ１Ａは、モータステータ３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ同士は、７．５°×ｎ＋０．９３７５°（但し、ｎは自然数）又は７．５°×ｎ−０．９３７５°（但し、ｎは自然数）を満たす、任意の位相関係で配置することにより、モータステータ３０Ａのステータコア端部に起因して生じるコギングトルク３０Ａと、モータステータ３０Ｂのステータコア端部に起因して生じるコギングトルク３０Ｂと、モータステータ３０Ｃのステータコア端部に起因して生じるコギングトルク３０Ｃと、モータステータ３０Ｄのステータコア端部に起因して生じるコギングトルク３０Ｄを互いに相殺し、合成トルクＷＳが低減することで、滑らかな回転を得ることができる。

なお、実施形態１に係るモータ１は、実施形態２に係るモータ１Ａに比べて、モータベース２０の配置上、機台取付部２２寄りにモータステータを偏らせて配置し、機台５１から離れた部位にかかるモータステータの質量が小さくなるようにすることで、図３に示す面倒れ方向Ｆｖの慣性を抑制することができる。

（実施形態３）
図１４は、実施形態３に係るモータの平面図である。なお、上述した実施形態１及び実施形態２で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施形態３に係るモータ１Ｂは、モータステータ３０Ｂを通電しない疑似ステータとしている。モータステータ３０Ｂは、実施形態１に記載のように、モータステータ３０Ａと同じ構成とし、励磁コイル３２に通電しないようにしてもよい。これにより、モータ１Ｂは、モータ１と比較して、ＡＭＰ９２の数が少なくなる。またモータステータ３０Ａとモータステータ３０Ｂとは、７．５°×ｎ＋１．８７５°（但し、ｎは自然数）又は７．５°×ｎ−１．８７５°（但し、ｎは自然数）を満たす、任意の位相関係で配置することにより、ステータコア３１Ａ端部に起因して生じるコギングトルク３０Ａと、ステータコア３１Ｂ端部に起因して生じるコギングトルク３０Ｂとを相殺し合成トルクＷＳが低減することで、滑らかな回転を得ることができる。

また、図１４に示すように、モータステータ３０Ｂは、第１ステータコア３１Ａと同じ形状の第２ステータコア３１Ｂを含むが、励磁コイル３２備えない疑似ステータとしてもよい。このようなモータステータ３０Ｂであっても、またモータステータ３０Ａとモータステータ３０Ｂとは、７．５°×ｎ＋１．８７５°（但し、ｎは自然数）又は７．５°×ｎ−１．８７５°（但し、ｎは自然数）を満たす、任意の位相関係で配置することにより、ステータコア３１Ａ端部に起因して生じるコギングトルク３０Ａと、ステータコア３１Ｂ端部に起因して生じるコギングトルク３０Ｂとを相殺し合成トルクＷＳが低減することで、滑らかな回転を得ることができる。

以上説明したように、モータステータ３０Ｂは、モータステータ３０Ａが有する第１ステータコア３１Ａと同じ形状の第２ステータコア３１Ｂを、擬似ステータとして配置している。実施形態３に係るステータコアは、第１ステータコア３１Ａと同じ形状の第２ステータコア３１Ｂの形状に限定されるものではなく、全体形状などの理由により適宜変更される。例えば、モータロータ１０と、擬似ステータとの間に生じる磁気吸引力及びティース３１Ｔに起因する、電気角１周期内に２周期生ずる強大なコギングトルクを相殺できるのであれば、単純円弧形状などであっても良い。

（実施形態４）
図１５は、実施形態４に係るモータの平面図である。図１６は、複数のモータステータがステータコア端部に起因して生ずるコギングトルクを相殺する状態を説明する説明図である。なお、上述した実施形態１で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施形態４に係るモータ１Ｃは、モータステータ３０Ａ、３０Ｂ及び３０Ｃと、モータステータ３０Ａ、３０Ｂ及び３０Ｃに対して回転可能に配置されたモータロータ１０と、モータステータ３０Ａ、３０Ｂ及び３０Ｃを固定するモータベース２０とを備えている。複数のモータステータ３０Ａ、３０Ｂ及び３０Ｃは、励磁コイル３１を備えるステータコア３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃを複数含み、当該励磁コイル３２のそれぞれに電力を供給する３つのＡＭＰ９２により、複数のモータステータ３０Ａ、３０Ｂ及び３０Ｃのそれぞれが異なるＡＭＰ９２に駆動される。このため、モータ１は、複数のモータステータ３０Ａ、３０Ｂ及び３０Ｃ間に電気角のずれがあっても各々のモータステータ３０Ａ、３０Ｂ及び３０Ｃの通電タイミングに応じたモータ電流を流せるので、滑らかな回転を得ることができる。図１５に示すように、モータステータ３０Ａ、３０Ｂ及び３０Ｃの総数をＳｎとした場合、Ｓｎ＝３であり、上記式（１）のθｅで表す電気角で位相をずらして配置されている。なお、θｅ’も上記（１）で導かれる。

実施形態４において、Ｓｎが３であるのでθｅ、θｅ’で表す電気角は、６０°である。磁対数は、４８である場合、電気角を機械角に換算すると、機械角は、電気角を磁対数で除した値、すなわち、６０°／４８＝１．２５°になる。一方、モータ１の磁極は９６極であり、電気角１周期は、機械角で、３６０°を極対数４８で除した値、つまり３６０°／４８＝７．５°になる。モータステータ３０Ａ、３０Ｂ及び３０Ｃのそれぞれが、７．５°×ｎ＋１．２５°（但し、ｎは自然数）又は７．５°×ｎ−１．２５°（但し、ｎは自然数）を満たす、任意の位相関係で配置することができる。実施形態４に係るモータ１は、回転中心Ｚｒをできるだけ機台表面５１ｆに近づけるように、ｎ＝１２とし、モータステータ３０Ａから機械角で９１．２５°の位相関係でモータステータ３０Ｂを離して配置している。モータステータ３０Ｂから機械角で１３６．２５°の位相関係でモータステータ３０Ｃを離して配置している。

このため、図１６に示すように、実施形態４に係るモータ１Ｃは、モータステータ３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ同士は、７．５°×ｎ＋１．２５°（但し、ｎは自然数）又は７．５°×ｎ−１．２５°（但し、ｎは自然数）を満たす、任意の位相関係で配置することにより、モータステータ３０Ａのステータコア端部に起因して生じるコギングトルク３０Ａと、モータステータ３０Ｂのステータコア端部に起因して生じるコギングトルク３０Ｂと、モータステータ３０Ｃのステータコア端部に起因して生じるコギングトルク３０Ｃと、を互いに相殺し、合成トルクＷＳが低減することで、滑らかな回転を得ることができる。

なお、実施形態４に係るモータ１は、実施形態２に係るモータ１Ａに比べて、モータベース２０の配置上、機台取付部２２寄りにモータステータを偏らせて配置し、機台５１から離れた部位にかかるモータステータの質量が小さくなるようにすることで、図３に示す面倒れ方向Ｆｖの慣性を抑制することができる。

（実施形態５）
図１７は、実施形態５に係るモータの平面図である。図１８は、実施形態５に係るモータとモータ制御回路との接続を説明するための説明図である。図１９は、複数のモータステータがステータコア端部に起因して生ずるコギングトルクを相殺する状態を説明する説明図である。なお、上述した実施形態１で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施形態５に係るモータ１Ｄは、モータステータ３０Ａ、３０Ａ、３０Ｂ及び３０Ｂと、モータステータ３０Ａ、３０Ａ、３０Ｂ及び３０Ｂに対して回転可能に配置されたモータロータ１０と、モータステータ３０Ａ、３０Ａ、３０Ｂ及び３０Ｂを固定するモータベース２０とを備えている。モータ１Ｄの磁極は９６極であり、電気角１周期は、機械角で、３６０°を極対数４８で除した値、つまり３６０°／４８＝７．５°になる。θｍの機械角となるように、モータステータ３０Ａ及び３０Ａのそれぞれが、７．５°×ｎ（但し、ｎは自然数）を満たす、任意の位相関係で配置することができる。また、θｍの機械角となるように、モータステータ３０Ｂ及び３０Ｂのそれぞれが、７．５°×ｎ（但し、ｎは自然数）を満たす、任意の位相関係で配置することができる。

このため、モータステータ３０Ａ及び３０Ａは、同じ電気角で配置されることから、同じＡＭＰ９２で駆動できる。また、モータステータ３０Ｂ及び３０Ｂは、同じ電気角で配置されることから、同じＡＭＰ９２で駆動できる。このように複数のモータステータ３０Ａ、３０Ａ、３０Ｂ及び３０Ｂは、励磁コイル３１を備えるステータコア３１Ａ、３１Ｂを複数含み、当該励磁３１コイルのそれぞれに電力を供給する複数のＡＭＰ９２駆動される。複数のモータステータ３０Ａ、３０Ａ、３０Ｂ及び３０Ｂのうち、２つのモータステータ３０Ａ及び３０Ａは、モータステータ３０Ｂ及び３０Ｂとは異なるＡＭＰ９２で駆動される。そして、モータステータ３０Ａ及び３０Ａが同じ電気角であり、モータステータ３０Ｂ及び３０Ｂが同じ電気角であることから、モータステータの総数をＳｎとした場合、Ｓｎ＝２に相当し、上記式（１）のθｅで表す電気角で位相をずらして配置されている。このため、モータ１は、複数のモータステータ３０Ａ、３０Ｂ間に電気角のずれがあっても各々のモータステータ３０Ａ、３０Ｂの通電タイミングに応じたモータ電流を流せるので、滑らかな回転を得ることができる。

実施形態５において、Ｓｎが２であり、θｅで表す電気角は、９０°である。磁対数は、４８である場合、電気角を機械角に換算すると、機械角は、電気角を磁対数で除した値、すなわち、９０°／４８＝１．８７５°になる。一方、モータ１の磁極は９６極であり、電気角１周期は、機械角で、３６０°を極対数４８で除した値、つまり３６０°／４８＝７．５°になる。モータステータ３０Ａとモータステータ３０Ｂとは、７．５°×ｎ＋１．８７５°（但し、ｎは自然数）又は７．５°×ｎ−１．８７５°（但し、ｎは自然数）を満たす、任意の位相関係で配置することができる。実施形態５に係るモータ１Ｄは、回転中心Ｚｒをできるだけ機台表面５１ｆに近づけるように、ｎ＝１２とし、モータステータ３０Ａから機械角で９１．８７５°の位相関係でモータステータ３０Ｂを離して配置している。

このため、モータステータ３０Ａとモータステータ３０Ｂとは、図１０に示す電気角１周期内に２周期生じるステータコア端部に起因して生ずるコギングトルクがある。モータステータ３０Ａとモータステータ３０Ｂとは、７．５°×ｎ＋１．８７５°（但し、ｎは自然数）又は７．５°×ｎ−１．８７５°（但し、ｎは自然数）を満たす、任意の位相関係で配置することにより、ステータコア３１Ａ端部に起因して生じるコギングトルク３０Ａと、ステータコア３１Ｂ端部に起因して生じるコギングトルク３０Ｂとを相殺し合成トルクＷＳが低減することで、滑らかな回転を得ることができる。

なお、実施形態５に係るモータ１Ｄは、実施形態５に係るモータ１Ａに比べて、モータベース２０の配置上、機台取付部２２寄りにモータステータを偏らせて配置し、機台５１から離れた部位にかかるモータステータの質量が小さくなるようにすることで、図３に示す面倒れ方向Ｆｖの慣性を抑制することができる。

（適用例）
図２０は、本実施形態のモータの適用される光学機器を説明する説明図である。実施形態１〜５に係るモータ１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ及び１Ｄは、３次元スキャナとよばれる光学機器又は、特許文献２に記載の医療機器に適用できる。例えば、３次元スキャナ１００は、被測定物の３次元形状を測定する光学機器であり、実施形態１に係るモータ１と、機台５１と、機台５１の昇降装置５２と、モータ１の上述したモータロータ１０と共に回転する光学ヘッド１０２とを備えている。このように、モータ１は、片持ちで機台に固定されても、面倒れ方向の慣性を抑制できる。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ モータ
１０ モータロータ
１０Ｈ 中空穴
１１ 中空シャフト
１４ 軸受装置
２０ モータベース
２１ ハウジングベース
２１ｆ 表面
２２ 機台取付部
２２Ｈ 取付孔
３０Ａ モータステータ
３０Ｂ モータステータ
３１Ａ 第１ステータコア
３１Ｂ 第２ステータコア
３１Ｔ ティース
３２ 励磁コイル
４１ ロータヨーク
４２ マグネット
５１ 機台
５１ｆ 表面
９０ モータ制御回路
Ｇ 磁気ギャップ
Ｚｒ 回転中心

Claims (7)

1. 中空円環状の中空シャフトと、前記中空シャフトの外周かつ円周方向に配列される複数のマグネットを備えるモータロータと、
   前記モータロータの径方向外側を囲み、一端が機台に固定されて片持ち支持されるモータベースと、
   前記モータベースの内壁に前記中空シャフトを回転自在に支持する軸受と、
   前記モータベースに取り付けられ、前記複数のマグネットの一部の極数に磁気ギャップを介して対向する、ステータコアを備える複数のモータステータと、を備え、
   前記モータステータの総数をＳｎとした場合、複数のモータステータ同士が下記式（１）のθｅで表す電気角で位相をずらして配置されていることを特徴とするモータ。
   θｅ＝３６０°／（２×（Ｓｎ））・・・（１）
2. 前記複数のステータコアは、前記モータベースの同じ表面に固定され、前記機台寄りに偏って配置されていることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
3. 前記複数のモータステータは、励磁コイルを備えるステータコアと、励磁コイルに通電しない又は励磁コイルを備えない疑似ステータコアとを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のモータ。
4. 前記複数のモータステータは、励磁コイルを備えるステータコアを複数含み、当該励磁コイルに電力を供給するアンプにより駆動され、
   前記複数のモータステータのうち１つのモータステータと、他のモータステータの少なくとも１つとは、別々の前記アンプで駆動されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のモータ。
5. 前記複数のモータステータは、励磁コイルを備えるステータコアを複数含み、当該励磁コイルに電力を供給するアンプにより駆動され、
   前記複数のモータステータのうち１つのモータステータは、他のモータステータを駆動するアンプと異なる前記アンプで駆動されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のモータ。
6. 前記モータベースは、前記中空シャフトが貫通しており、
   前記中空シャフトが露出する外周に、前記マグネットが配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のモータ。
7. 前記マグネットは、外径側から回転中心に向けてみた形状が矩形であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のモータ。

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