JP2016010265A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】小型のモータを実現する。【解決手段】モータ１００は、大気圧と異なる圧力に調整される容器内の部材を駆動することに用いられる。モータ１００は、ロータ１０と、ステータ１８と、ケース３４を備えている。ロータ１０は、大気圧と異なる圧力の環境内に配置されている。ステータ１８は、ロータ１０に対向して配置されている。ケース３４は、ロータ１０とステータ１８を収容している。モータ１００では、ロータ１０に対向するケース３４内の空間が樹脂で充填されている。【選択図】図１

Description

本明細書は、モータに関する技術を開示する。特に、大気圧と異なる圧力の環境で用いられるモータに関する技術を開示する。

大気圧と異なる圧力に調整される容器内、例えば、真空容器内の部材を駆動するモータが知られている。このようなモータでは、モータの一部を真空中に配置し、モータの他の一部を大気中に配置することがある。特許文献１には、ロータとステータの間に隔壁を配置したモータが開示されている。隔壁によって、真空容器内の環境と真空容器外の環境を遮断している。特許文献１のモータは、ロータが真空中に位置しており、ステータが大気中に位置している。

特開平３−２７７１４８号公報

特許文献１のモータでは、隔壁のロータ側（真空側）とステータ側（大気側）で圧力差が生じる。この圧力差によって、隔壁には、隔壁がロータ側に変形する力が加わる。そのため、隔壁が変形しないように隔壁の厚みを厚くしたり、隔壁が変形しても隔壁がロータに接触しないようにロータ，ステータ間の距離を長くすることが必要である。どちらの場合もロータ，ステータ間の距離が長くなり、モータのサイズが大きくなる。本明細書は、上記課題を解決するものであり、小型のモータを実現する技術を開示する。

本明細書で開示するモータは、大気圧と異なる圧力に調整される容器内の部材を駆動する。そのモータは、大気圧と異なる圧力の環境内に配置されているロータと、ロータに対向して配置されているステータと、ロータとステータを収容しているケースを備えている。本明細書で開示するモータでは、ロータに対向するケース内の空間が樹脂で充填されている。

上記のモータによると、ロータに対向するケース内の空間が樹脂で充填されているので、ロータが配置されている環境の圧力がロータに対向する部品（ステータ等）が配置されている環境の圧力と異なっていても、モータを介して容器の内外が連通し、容器の内外をガスが移動することを防止できる。すなわち、上記のモータは、ロータとステータの間に隔壁等を設けることなく、ロータを容器内と同じ圧力（大気圧と異なる圧力）の環境に配置し、ステータを大気中に配置することができる。上記のモータは、隔壁等を用いる必要がないので、ロータとステータの間の距離を長くすることが不要であり、従来のモータよりもモータのサイズを小型にすることができる。また、ロータとステータの間に隔壁等を設ける必要がないので、モータの効率を向上させることができる。すなわち、電力損失が低減されたモータを実現することができる。

なお、「ロータが大気圧と異なる圧力の環境内に配置されている」とは、ロータが容器内に配置されていることを意味するものではない。ロータが容器の外部に配置されており、容器内とロータが配置されている部分が連通しており、ロータの周囲の圧力が容器内の圧力（大気圧と異なる圧力）と等しい形態も含む。なお、「大気圧と異なる圧力」は、減圧環境，加圧環境の双方を含む。「減圧環境」とは、真空又は実質的な真空状態を含み、大気圧より圧力が低い環境のことをいう。また、内部の圧力が大気圧より低い容器は、減圧容器と称することがある。「加圧環境」とは、大気圧より圧力が高い環境のことをいう。内部の圧力が大気圧より高い容器は、圧力容器と称することがある。

第１実施例のモータの断面図を示す。 第１実施例のモータの製造工程を示す。 第１実施例のモータの製造工程を示す。 第２実施例のモータの断面図を示す。 図４の破線Ｖで囲った部分の拡大図を示す。 第２実施例のモータの特徴を説明するための図を示す。 第２実施例のモータの変形例の部分断面図を示す。 第２実施例のモータの変形例の部分断面図を示す。 第３実施例のモータの断面図を示す。 図９の破線Ｘで囲った部分の拡大図を示す。 第３実施例のモータの特徴を説明するための図を示す。

以下、本明細書で開示するモータの技術的特徴の幾つかを記す。なお、以下に記す事項は、各々単独で技術的な有用性を有している。

モータは、大気圧と異なる圧力に調整される容器内の部材を駆動する。モータは、減圧されている容器内の部材を駆動してもよいし、加圧されている容器内の部材を駆動してもよい。例えば、モータは、真空容器に取り付けられ、真空容器内の部材を駆動してもよい。あるいは、モータは、圧力容器に取り付けられ、圧力容器内の部材を駆動してもよい。なお、以下の説明では、大気圧と異なる圧力の環境（容器内の環境）を、第１環境と称することがある。

モータは、ロータとステータとケースを備えていてよい。モータは、アキシャルギャップ構造であってもよいし、ラジアルギャップ構造でもよい。アキシャルギャップモータの場合、ロータがステータよりも第１環境側（容器側）に配置されていてよい。ラジアルギャップモータの場合、ロータがステータの内側に配置されていてよい。ロータは、軸受を介してケースに回転可能に支持されていてよい。ステータは、ケースに固定されていてよい。

ロータは、支持部と、プレートと、永久磁石と、出力部を備えていてよい。支持部が、軸受を介してケースに回転可能に支持されていてよい。プレートは、支持部に固定されていてよい。プレートの中心部には貫通孔が設けられていてよい。永久磁石は、プレートの表面に固定されていてよい。永久磁石は、プレートの表面において、プレートの中心部を囲むように配置されていてよい。出力部は、支持部に固定されていてよい。ロータの出力部は、第１環境に露出していてよい。また、ロータ全体が、第１環境に配置されていてもよい。

大気圧と異なる圧力に調整される容器にモータを取り付けたときに、ロータが、モータと容器の取り付け面を越えて容器内に位置していなくてよい。すなわち、容器にモータを取り付けたときに、ロータが、モータと容器の取り付け面に対して、容器とは反対側に位置していてよい。また、プレートが、支持部に対して容器とは反対側で、支持部に固定されていてよい。位置検出器（エンコーダ）が、ロータに取り付けられていてよい。エンコーダは、プレートの貫通孔を通過して、支持部に固定されていてよい。

ステータは、コアとコイルを備えていてよい。コアは、ケースに固定されていてよい。コイルは、コアの周囲に配置されていてよい。ステータは、ロータと間隔をおいてロータに対向する位置に配置されていてよい。より具体的には、ステータは、ロータの永久磁石に対向して配置されていてよい。ステータは、エンコーダを囲むように配置されていてよい。

ケースは、ロータとステータを収容していてよい。ロータの回転軸方向において、ケースの端部にフランジが設けられていてよい。フランジは、容器の取り付け面に固定されてよい。ケースの底面の中央部に、第１貫通孔が設けられていてよい。第１貫通孔の周囲に、ケースの底面から回転軸に沿って延びる延在部が設けられていてよい。さらに、第１貫通孔の周囲に、第２貫通孔が設けられていてよい。複数の第２貫通孔が、ケースの底面に設けられていてよい。また、ケースの底面に、ステータを固定するボルトが通過するボルト孔が設けられていてよい。

ケースの内面に、周囲よりも突出している凸部が設けられていてよい。なお、「周囲より突出している凸部」とは、例えば、ケースの内面に平行な２個の溝を形成し、２個の溝の間の残部が溝の底面から突出している形態も含む。すなわち、凸部とは、周囲との相対的な関係で決定するものであり、必ずしもケースの内面に突起を設けた形態に限定されない。

ロータに対向するケース内の空間が樹脂で充填されていてよい。樹脂によって、容器の内外の環境がモータを介して連通することを防止することができる。具体的には、ケース内の空間を充填している樹脂が、ケース内の隙間を通じてガスが容器の内外を移動することを防止できる。すなわち、ロータが第１環境内に配置されており、ステータが大気中に配置されている場合であっても、ロータとステータの間に隔離板等を配置することなく、容器内の圧力を維持することができる。樹脂は、ステータのロータと対向する表面を覆っていてよい。より具体的には、樹脂が、ロータとステータの隙間に存在してもよい。なお、樹脂は、熱硬化性樹脂であってもよいし、熱可塑性樹脂であってもよい。

樹脂は、ケースの内面に設けられている凸部を覆っていてよい。すなわち、樹脂は、凸部の頂部と側壁に接触していてよい。換言すると、凸部が、樹脂で囲まれていてよい。樹脂は、硬化の過程，又は、硬化後に収縮することがある。樹脂が収縮すると、ケースの内面と樹脂の間に隙間が生じることがある。しかしながら、凸部を覆っている部分の樹脂は、樹脂全体が収縮するために、凸部側に移動しようとする。その結果、凸部を覆っている部分の樹脂は、凸部と接触した状態を維持することができる。ケースの内面に設けられる凸部は、樹脂が収縮したときにケースと樹脂の接触を維持する構造ということができる。

ケースと樹脂の間にＯリングを配置してもよい。樹脂をケースに充填するときにＯリングが圧縮され、樹脂が収縮するときにＯリングが復元する。それにより、樹脂が収縮したときにケースの内面と樹脂の間に隙間が生じても、ケースの内面と樹脂の間の隙間をＯリングで封止することができる。なお、ケースの内面に溝を設け、その溝内にＯリングを配置してもよい。この場合、Ｏリングの径は、溝の深さより大きくてよい。

なお、以下の説明では、減圧容器内にモータを取り付ける例について説明する。しかしながら、本明細書で開示するモータは、圧力容器に取り付けることもできる。

（第１実施例）
図１を参照し、モータ１００の基本的な構造について説明する。モータ１００は、ロータ１０とステータ１８とケース３４を備えている。ロータ１０は、ケース３４内に収容されている。ロータ１０は、軸受８を介してケース３４に回転可能に支持されている。ロータ１０は、回転軸２６の周りを回転する。ロータ１０は、出力部１０ａと支持部１０ｄとプレート１０ｃと永久磁石１０ｂを備えている。支持部１０ｄには、出力部１０ａとプレート１０ｃが固定されている。また、支持部１０ｄには、エンコーダ２８の回転部２８ａも固定されている。回転部２８ａは、プレート１０ｃの中央に設けられている貫通孔を通過して、支持部１０ｄに固定されている。永久磁石１０ｂは、プレート１０ｃの表面に固定されている。永久磁石１０ｂは、回転部２８ａの周りに配置されている。

ステータ１８は、コア１８ａとコイル１８ｂを備えている。ステータ１８は、ケース３４内に収容されている。ステータ１８は、ボルト１６によってケース３４の底面に固定されている。ロータ１０とステータ１８は、間隔をおいて対向している。具体的には、コア１８ａが、永久磁石１０ｂに対向している。ステータ１８は、エンコーダ２８を囲むように配置されている。なお、コイル１８ｂは、後述する樹脂１４で覆われている。

ケース３４にはフランジ４が設けられている。フランジ４は、回転軸２６方向の端部に設けられている。フランジ４を減圧容器（図示省略）の取付面に固定することにより、モータ１００が減圧容器に取り付けられる。なお、モータ１００は、フランジ４と減圧容器の取付面の間にＯリング２を配置した状態で、減圧容器に取り付けられる。そのため、フランジ４と減圧容器の隙間を通じて減圧容器の内外が連通することを防止することができる。フランジ４の内側に、ロータ１０の移動を規制する規制板６が配置されている。規制板６は、ケース３４に固定されている。

ケース３４の底面には第１貫通孔２４，第２貫通孔３０，３２が設けられている。第１貫通孔２４は、ケース３４の底面の中央に設けられており、回転軸２６と同軸である。第１貫通孔２４内に、エンコーダ２８の回転部２８ａが配置されている。延在部３１が、第１貫通孔２４の周囲に設けられている。延在部３１は、ケース３４の底面からロータ１０に向けて延びている。エンコーダ２８の固定部２８ｂは、ケース３４の延在部３１に固定されている。固定部２８ｂは、後述する樹脂１４で覆われている。なお、エンコーダ２８として、ロータリーエンコーダ，レゾルバエンコーダを用いることができる。第１貫通孔２４は、封止板２０よって封止されている。また、ケース３４と封止板２０の間にはＯリング２２が配置されている。Ｏリング２２によって、第１貫通孔２４内の環境（減圧環境）とケース３４の外部の環境（大気）が遮断されている。

第２貫通孔３０，３２は、第１貫通孔２４の周囲に設けられている。配線等（図示省略）が、第２貫通孔３０，３２を通じて、ケース３４の内外を通過することができる。例えば、ステータ１８に接続している配線が、第２貫通孔３０を通じて、ケース３４の外部に至ることができる。また、エンコーダ２８に接続している配線が、第２貫通孔３２を通じて、ケース３４の外部に至ることができる。なお、第２貫通孔３０，３２は、樹脂１４で封止されている。

樹脂１４は、ケース３４の内面とステータ１８の隙間、ステータ１８のコイル１８ｂの周囲、ケース３４の内面とエンコーダ２８の固定部２８ｂの隙間、固定部２８ｂの周囲、第２貫通孔３０，３２に充填されている。また、樹脂１４は、ステータ１８及びエンコーダ２８（固定部２８ｂ）の表面も覆っている。すなわち、樹脂１４は、第１貫通孔２４を除き、ロータ１０に対向するケース３４内の空間の全てに充填されている。樹脂１４は、ロータ１０とステータ１８の間の隙間にも存在している。樹脂１４のロータ１０側の表面は平坦である。なお、図１では、コイル１８ｂ，固定部２８ｂの形状を明確にするために、コイル１８ｂ，固定部２８ｂの周囲を覆っている樹脂１４に対して、部品が存在しない空間を充填している樹脂１４とは異なるハッチングを付している。

ここで、図２及び３を参照し、ケース４３内に樹脂を充填する工程について簡単に説明する。まず、図２に示すように、ボルト１６を用いてステータ２４をケース３４に固定し、エンコーダ２８の固定部２８ｂをケースに取り付ける。その後、ケース３４の底面に下型４２を取り付け、ステータ２４の上方に上型４０を取り付ける。なお、下型４２は、第１貫通孔２４に嵌る突出部４２ａを備えている。突出部４２ａが上型４０に接触することにより、上型４０とステータ１８の間に隙間が設けられる。

次いで、ケース３４の内部を減圧する。このときに、必要に応じてケース３４の温度を調節する。その後、図３に示すように、注入孔４０ａからケース３４内に樹脂１４を充填する。これにより、ケース３４とステータ１８の間の隙間４４、コイル１８ｂ及び固定部２８ｂの周囲の空間、第２貫通孔３０，３２内の空間４６，４８が樹脂で充填される。換言すると、第１貫通孔２４を除き、ケース３４内のロータ１０に対向する空間の全てが樹脂で充填される。

図１に示すように、ケース３４の上方（ロータ１０に対して、ステータ１８とは反対側）は開口している。そのため、モータ１００を減圧容器に取り付けると、ロータ１０の周囲は減圧容器内と同じ圧力になる。すなわち、減圧容器内を減圧すると、ロータ１０の周囲も減圧される。ロータ１０は、減圧容器内と同じ減圧環境内に配置されているということができる。それに対して、ステータ１８は、樹脂１４で覆われている。そのため、減圧容器内を減圧しても、ステータ１８の周囲が減圧されることはない。すなわち、ステータ１８は、大気中に配置されているということができる。モータ１００では、樹脂１４で覆われていない空間が減圧環境であり、樹脂１４で覆われている空間が大気中ということができる。

モータ１００の利点を説明する。上記したように、ロータ１０は、減圧容器内と同じ減圧環境内に配置されている。ロータ１０と対向する部分に配置されている部品（ステータ１８等）は、大気中に配置されている。しかしながら、ロータ１０と対向するケース３４内の空間が樹脂で充填されているので、ロータ１０とステータ１８の間に隔離板等を配置することなく、減圧容器内の環境（減圧環境）と減圧容器外の環境（大気中）を遮断することができる。ロータ１０とステータ１８の間に隔離板等を配置するスペースを確保する必要がないので、ロータ１０とステータ１８の隙間を小さくすることができ、モータ１００の回転軸２６方向の長さを短くすることができる。

モータ１００の他の利点について説明する。上記したように、フランジ４がケース３４の端部に設けられており、フランジ４を減圧容器の取付面に固定することにより、モータ１００が減圧容器に取り付けられる。また、ロータ１０は、ケース３４内に収容されており、ケース３４の端面から突出していない。そのため、モータ１００を減圧容器に取り付けても、モータ１００を構成している部品が減圧容器内のスペースを狭くすることはない。また、モータ１００は、従来よりも回転軸２６方向の長さを短くすることができるので、減圧容器の周囲のスペースを従来よりも広く確保することができる。なお、上記した利点は、以下に説明するモータ２００，３００でも得ることができる。

（第２実施例）
図４及び図５を参照し、モータ２００について説明する。モータ２００は、モータ１００の変形例であり、ケース２３４の形状がモータ１００のケース３４と異なる。モータ２００について、モータ１００と実質的に同じ構造については、モータ１００と同一又は下二桁が同一の参照番号を付すことにより、説明を書略することがある。

図４に示すように、ケース２３４の内面に溝が設けられていることを除き、モータ２００の主要な部品（ロータ１０，ステータ１８等）の構造は、モータ１００と同一である。図５を参照し、ケース２３４の溝２３４ａについて説明する。図５に示すように、ケース２３４の内面に溝２３４ａが設けられている。具体的には、回転軸２６方向において、２個の溝２３４ａが並んで設けられている。溝２３４ａは、回転軸２６の周りを一巡している（図４も参照）。なお、延在部３１にも、２個の溝が並んで設けられている。

モータ２００では、隣り合う溝２３４ａ，２３４ａによって、ケース２３４の内面に凸部２３４ｂが形成されている。樹脂２１４は、溝２３４ａ内にも充填されている。そのため、凸部２３４ｂの周囲は、樹脂２１４によって覆われている。例えば図６のように樹脂２１４が収縮すると、樹脂２１４の体積が減少し、ケース２３４と樹脂２１４の間に隙間が生じる。同様に、溝２３４ａ内の樹脂２１４も収縮し、溝２３４ａの側壁と樹脂２１４の間に隙間が生じる。しかしながら、樹脂２１４は全体が均一に収縮しようとするので、溝２３４ａの外部の樹脂２１４がＡ１方向に収縮する力が、溝２３４ａ内の樹脂２１４を溝２３４ａの側壁に押し付ける。すなわち、樹脂２１４は、凸部２３４ｂの存在空間を狭くするように収縮する。凸部２３４ｂの存在空間が縮小することはないので、結果として、樹脂２１４と凸部２３４ｂの接触が維持される。

モータ２００は、ケース２３４の内面に凸部２３４ｂを設けることにより、樹脂２１４が収縮しても、凸部２３４ｂと樹脂２１４が接触し続けることができる。すなわち、樹脂２１４が収縮することによってケース２３４の内面の多くの位置でケース２３４と樹脂２１４の間に隙間が生じても、減圧容器内の環境（ロータ１０が配置されている環境）と大気を隔離し続けることができる。モータ２００は、モータ１００と比較して、より確実に減圧容器内と大気とを隔離し続けることができる。

図７及び図８を参照し、モータ２００の変形例を示す。図７及び８は、ケース２３４の一部を示しており、モータ２００とは異なる形状の凸部を示している。図７では、ケース２３４に複数の溝２３４ｃが形成されている。溝２３４ｃは、深部に向かうに従って幅が狭くなる形状である。隣り合う溝２３４ｃ，２３４ｃによって形成されている凸部２３４ｄは、ケース２３４の内側に向かうに従って幅が狭くなっている。このような形状の凸部２３４ｄを形成しても、樹脂２１４が収縮するときに、樹脂２１４が凸部２３４ｄの存在空間を狭くするように収縮する。そのため、ケース２３４内に凸部２３４ｄを形成しても、樹脂２１４が収縮したときに、減圧容器内の環境と大気を隔離し続けることができる。

図８では、ケース２３４の底面に凸部２３４ｅが設けられている。このような形態であっても、樹脂２１４が収縮するときに、樹脂２１４が凸部２３４ｅの存在空間を狭くするように収縮する。ケース２３４内に凸部２３４ｅを形成しても、減圧容器内の環境と大気を隔離し続けることができる。図２に示すモータ２００は、凸部２３４ｂのみが形成されているが、凸部２３４ｂに代え、又は、凸部２３４ｂに加え、凸部２３４ｄ，２３４ｅを形成してもよい。

（第３実施例）
図９及び図１０を参照し、モータ３００について説明する。モータ３００は、モータ２００の変形例であり、ケース３３４の形状がモータ２００のケース２３４と異なる。モータ３００について、モータ２００と実質的に同じ構造については、モータ２００と同一又は下二桁が同一の参照番号を付すことにより、説明を書略することがある。

図９及び１０に示しているように、ケース３３４の底部に溝５２が形成されており、溝５２内にＯリング５０が配置されている。図１０に示すように、Ｏリング５０は、溝５２内で変形している。より具体的には、リング５０は、樹脂３１４を充填するときに、樹脂３１４を充填する圧力によって潰れた状態で溝５２内に配置されている。

図１１に示すように、樹脂３１４が収縮すると、Ｏリング５０が配置されていない部分では、ケース３３４と樹脂３１４の間に隙間が生じる。しかしながら、Ｏリング５０が配置されている部分では、樹脂３１４の収縮に伴ってＯリング５０が復元し、Ｏリング５０が樹脂３１４とケース３３４の隙間をシールする。そのため、樹脂３１４が収縮することによってケース３３４の内面の多くの位置でケース３３４と樹脂３１４の間に隙間が生じても、減圧容器内の環境と大気を隔離し続けることができる。なお、図９に示すように、モータ３００は、モータ２００と同様に、ケース３３４の内壁に凸部が設けられている（図４も参照）。そのため、モータ３００は、モータ１００及び２００と比較して、さらに確実に減圧容器内と大気とを隔離し続けることができる。また、ケースの内壁に凸部が設けられていないモータ（例えば、モータ１００）に対して、図９，１０に示している溝５２を形成し、溝５２内にＯリング５０を配置してよい。換言すると、溝５２内にＯリング５０を配置していれば、ケース３３４の内壁に形成されている凸部は削除してもよい。

上記実施例のモータの場合、ロータが減圧環境内に配置されており、ケース内のロータに対向する空間が樹脂で充填されている。すなわち、モータが、減圧環境（減圧容器内の環境）を大気から遮断している。例えば、モータ全体を減圧容器内に配置すれば、ロータに対向する空間を樹脂で充填する必要がない。しかしながら、モータを減圧容器内に配置すると、減圧容器内のスペースが狭くなる。上記実施例のモータは、容器内のスペースを狭くすることなく、減圧容器内の環境を大気から遮断することができる。なお、上記実施例のモータを圧力容器（内部が大気圧よりも高い加圧環境を実現する容器）に取り付けても、容器内のスペースを狭くすることなく、圧力容器内の環境を大気から遮断することができる。

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。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、出願時の請求項に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の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。

１０：ロータ
１４：樹脂
１８：ステータ
３４：ケース
１００：モータ

Claims (5)

1. 大気圧と異なる圧力に調整される容器内の部材を駆動するモータであり、
   大気圧と異なる圧力の環境内に配置されているロータと、
   ロータに対向して配置されているステータと、
   ロータとステータを収容しているケースと、を備えており、
   ロータに対向するケース内の空間が樹脂で充填されているモータ。
2. ケースの内面に、前記樹脂が収縮したときにケースと前記樹脂の接触を維持する構造が設けられている請求項１に記載のモータ。
3. ケースの内面に、周囲よりも前記樹脂側に突出している凸部が設けられている請求項２に記載のモータ。
4. ケースと前記樹脂の間に、Ｏリングが配置されている請求項２又は３に記載のモータ。
5. ケースの内面に溝が設けられており、
   前記Ｏリングが、前記溝内に配置されている請求項４に記載のモータ。

Images