JP2016027786A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの駆動力が取り出される回転体の回転がコイルへの通電から想定の回転数に達するまでの応答時間が短く、同時に、従来の回転電機と比較して遜色のない効率である回転電機を提供する。
【解決手段】（１）〜（４）の何れかの構造を備えている。（１）第一の環状体４の回転を介してモータの駆動力が取り出される方式で第二の環状体７が回転中心軸２に対して回転可能、（２）第二の環状体の回転を介してモータの駆動力が取り出される方式で第一の環状体が回転中心軸に対して回転可能、（３）回転する第一の環状体と共に回転する回転中心軸を介してモータの駆動力が取り出される方式で第二の環状体が回転中心軸に対して回転可能、（４）回転する第二の環状体と共に回転する回転中心軸を介してモータの駆動力が取り出される方式で第一の環状体が回転中心軸に対して回転可能。
【選択図】図２

Description

この発明は回転電機に関する。

コイルを間に介在させて互いに対向し、いずれか一方が永久磁石を備えている第一の環状体（例えば、インナーコア）と、第二の環状体（例えば、アウターコア）とを備えている回転電機が従来から知られている（例えば、特許文献１）。

図１は従来の回転電機１ｉの一例を表す一部を省略した断面図である。

回転軸となる回転中心軸２が軸受９を介してハウジング８に回転可能に支承されている。図示の実施形態では、軸受９は、回転中心軸２の軸方向に互いに間隔をあけて配置されている軸受９ａと軸受９ｂとから構成されている。

回転中心軸２には同心円状にインナーロータ４が支持されている。インナーロータ４の外周には永久磁石５が取り付けられている。この永久磁石５の外側にコイル６を挟んでアウターロータ７が配置されている。インナーロータ４とアウターロータ７との間に磁界が形成される。この実施の形態では、例えば、インナーロータ４が第一の環状体に相当し、アウターロータ７が第二の環状体に相当する。

図１図示の回転電機１ｉでは、ハブ３を介して回転中心軸２にインナーロータ４が支持され、インナーロータ４にアウターロータ７が固定的に取り付けられている。

コイル６への通電により前記磁界内に電磁力が発生し、当該電磁力により永久磁石５は、例えば、矢印１２の方向へ回転する。永久磁石５の回転に伴い回転中心軸２も矢印１２の方向へ回転する。

ここで、アウターロータ７がインナーロータ４に固定されているので、永久磁石５が矢印１２の方向へ回転する際に、アウターロータ７も永久磁石５の回転に伴って矢印１２の方向へ回転する。

この結果、アウターロータ７の重量の分、回転中心軸２の慣性が大きくなり、コイル６への通電から回転中心軸２の回転が想定の回転数に達するまでの応答時間に影響が生じる。

図１図示の回転電機は、モータの駆動力を回転軸となる回転中心軸２から取り出すものである。

この他に、図１図示の実施形態と同じく、インナーロータとアウターロータとが一緒に回転する形式であって、モータの駆動力をアウターロータから取り出す、いわゆるダイレクトドライブ方式の回転電機も従来から知られている。

いずれの方式においても、モータの駆動力が取り出される回転体が回転する際に、インナーロータもアウターロータも一緒に回転する構造の場合、モータの駆動力が取り出される回転体の慣性が、一緒に回転するインナーロータとアウターロータとの影響を受ける。そして、これが、モータの駆動力が取り出される回転体の回転が想定の回転数に達するまでの応答時間に影響を与えていた。

図１図示のような、インナーロータ４とアウターロータ７とが一体になって回転する方式のものとは異なり、図１図示の構造の回転電機におけるアウターロータに相当するアウターヨークが固定されていて回転しない方式の回転電機も従来から知られている。

この方式では、永久磁石が取り付けられているインナーロータのみが回転する。そこで、図１図示のインナーロータ４とアウターロータ７とが一体になって回転する方式のものよりもロータの慣性モーメントが小さくて済む。この結果、モータの駆動力が取り出される回転体の回転がコイルへの通電から想定の回転数に達するまでの応答時間は、図１図示のインナーロータ４とアウターロータ７とが一体になって回転する方式のものよりも短かった。

しかし、図１図示の構造の回転電機におけるアウターロータに相当するアウターヨークが固定されていて回転せず、永久磁石が取り付けられているインナーロータのみが回転する方式の従来の回転電機の回転電機は、図１図示のインナーロータ４とアウターロータ７とが一体になって回転する方式の回転電機より効率が劣っていた。

特開２０１１−２１７４８４号公報

この発明は、モータの駆動力が取り出される回転体の回転がコイルへの通電から想定の回転数に達するまでの応答時間が短く、同時に、従来の回転電機と比較して遜色のない効率である回転電機を提供することを目的にしている。

この発明が提案する回転電機は、
コイルを間に介在させて互いに対向し、いずれか一方が永久磁石を備えている第一の環状体と第二の環状体とを備えていて、
前記第一の環状体及び前記第二の環状体のいずれか一方または双方が、回転中心軸を中心として回転し、
当該回転する第一の環状体又は前記第二の環状体を介して、あるいは当該回転する第一の環状体又は前記第二の環状体と共に回転する前記回転中心軸を介して、モータの駆動力が取り出される方式の回転電機であって、次の（１）〜（４）の何れかの構造を備えている回転電機である。

（１）前記第一の環状体の前記回転を介して前記モータの駆動力が取り出される方式であって、前記第二の環状体が前記回転中心軸に対して回転可能に配置されている。
（２）前記第二の環状体の前記回転を介して前記モータの駆動力が取り出される方式であって、前記第一の環状体が前記回転中心軸に対して回転可能に配置されている。
（３）前記回転する前記第一の環状体と共に回転する前記回転中心軸を介してモータの駆動力が取り出される方式であって、前記第二の環状体が前記回転中心軸に対して回転可能に配置されている。
（４）前記回転する前記第二の環状体と共に回転する前記回転中心軸を介してモータの駆動力が取り出される方式であって、前記第二の環状体が前記回転中心軸に対して回転可能に配置されている。

この発明によれば、モータの駆動力が取り出される回転体の回転がコイルへの通電から想定の回転数に達するまでの応答時間が短く、同時に、従来の回転電機と比較して遜色のない効率である回転電機を提供することができる。

従来の回転電機の一例を表す一部を省略した断面図である。 本発明の実施の形態１を表す一部を省略した断面図である。 本発明の実施の形態２を表す一部を省略した断面図である。 本発明の実施の形態３を表す一部を省略した断面図である。 本発明の実施の形態４を表す一部を省略した断面図である。 本発明の実施の形態５を表す一部を省略した断面図である。 本発明の実施の形態６を表す一部を省略した断面図である。 本発明の実施の形態７を表す一部を省略した断面図である。 実施の形態７の内部構造を説明する図であって、（ａ）は回転中心軸と共に回転する環状体に環状永久磁石が搭載されている状態を表す斜視図、（ｂ）は（ａ）の環状永久磁石の上側に位置することになるコイルの配置構造の一例を表す斜視図である。 本発明の実施の形態７を表す一部を省略した断面図である。 本発明の回転電機に採用される磁性材製の環状体の形態１を表す斜視図である。 本発明の回転電機に採用される磁性材製の環状体の形態２を表す斜視図である。 本発明の回転電機に採用される磁性材製の環状体の形態３を表す斜視図である。 本発明の回転電機に採用される磁性材製の環状体の形態４を表す斜視図である。 本発明の回転電機と、従来の回転電機における通電開始後の電流値と時間との関係を表すグラフである。 図１５で応答特性を検討した３種類の回転電機についてそれぞれ同一の条件の下で検討した効率曲線を表すグラフである。

以下、添付の図２〜図１０を参照して本発明の実施形態を説明する。

本発明の回転電機は、コイルを間に介在させて互いに対向し、いずれか一方が永久磁石を備えている第一の環状体と第二の環状体とを備えていて、前記第一の環状体及び前記第二の環状体のいずれか一方または双方が、回転中心軸を中心として回転し、当該回転する第一の環状体又は前記第二の環状体を介して、あるいは当該回転する第一の環状体又は前記第二の環状体と共に回転する前記回転中心軸を介して、モータの駆動力が取り出される方式のものである。

本発明の回転電機は、このような方式の回転電機において、次の（１）〜（４）の何れかの構造を備えているものである。

（１）前記第一の環状体の前記回転を介して前記モータの駆動力が取り出される方式であって、前記第二の環状体が前記回転中心軸に対して回転可能に配置されている。
（２）前記第二の環状体の前記回転を介して前記モータの駆動力が取り出される方式であって、前記第一の環状体が前記回転中心軸に対して回転可能に配置されている。
（３）前記回転する前記第一の環状体と共に回転する前記回転中心軸を介してモータの駆動力が取り出される方式であって、前記第二の環状体が前記回転中心軸に対して回転可能に配置されている。
（４）前記回転する前記第二の環状体と共に回転する前記回転中心軸を介してモータの駆動力が取り出される方式であって、前記第一の環状体が前記回転中心軸に対して回転可能に配置されている。

これによって、本発明の回転電機は、インナーロータとアウターロータとが一体になって回転する方式の回転電機よりも応答特性が良好な、アウターヨークが固定されていて回転せず永久磁石が取り付けられているインナーロータのみが回転する方式の従来の回転電機と比較して遜色のない応答特性を発揮することができる。

また、本発明の回転電機は、アウターヨークが固定されていて回転せず永久磁石が取り付けられているインナーロータのみが回転する方式の従来の回転電機よりも効率の面で優れている、インナーロータとアウターロータとが一体になって回転する方式の従来の回転電機と比較して遜色のない効率を発揮できる。

（実施の形態１）
図２は、本発明の実施の形態１を表す一部を省略した断面図である。

回転軸となる回転中心軸２が軸受９を介してハウジング８に回転可能に支承されている。図示の実施形態では、軸受９は、回転中心軸２の軸方向に互いに間隔をあけて配置されている軸受９ａと軸受９ｂとから構成されている。軸受９ａ、軸受９ｂのいずれか一方のみで軸受９を構成する構造にしても良い。

回転中心軸２には同心円状に第一の環状体となるインナーロータ４が支持されている。図示の実施形態では、インナーロータ４は、ハブ３を介して回転軸２に取り付けられている。

インナーロータ４に対して回転中心軸２の径方向における外側で、回転中心軸２に同心円状に第二の環状体となるアウターロータ７が配置されている。

インナーロータ４とアウターロータ７との間で、回転中心軸２に同心円状にコイル６が配置されている。図示の実施形態では、環状のコイル６はハウジング８に支持されている。

インナーロータ４とアウターロータ７との中のどちらか一方は、他方に対向する周側に永久磁石５を備えている。図示の実施形態では、アウターロータ７の内周に対向するインナーロータ４の外周に永久磁石５が配備されている。

こうして、インナーロータ４とアウターロータ７との間に磁界が形成される。

アウターロータ７は、回転中心軸２の一端側（図２における右端側）において、軸受１０を介して回転中心軸２に回転可能に支承されている。これによって、図示の実施形態では、インナーロータ４とアウターロータ７との中の永久磁石５を備えていない方である、アウターロータ７が、回転中心軸２に回転可能に支承されている。

この実施形態では、例えば、インナーロータ４が第一の環状体に相当し、アウターロータ７が第二の環状体に相当することになる。

この実施形態では、軸受１０は、回転中心軸２の軸方向に互いに間隔をあけて配置されている軸受１０ａと軸受１０ｂとから構成されている。軸受１０ａ、軸受１０ｂのいずれか一方のみで軸受１０を構成する構造にしても良い。

アウターロータ７の図１中右側面に、回転中心軸２の軸方向に伸びて、図２中、右方向に突出する支持部７ａが形成されている。この支持部７ａ内に装着されている軸受１０ａ、軸受１０ｂを介して、アウターロータ７が回転中心軸２に回転可能に支承されている。

コイル６へ通電すると、インナーロータ４とアウターロータ７との間に形成されている磁界内に電磁力が発生し、当該電磁力により永久磁石５は、例えば、矢印１２の方向へ回転する。

永久磁石５の回転に伴いインナーロータ４、ハブ３及び回転中心軸２も矢印１２の方向へ回転する。

しかし、径方向で回転中心軸２の外側に位置しているアウターロータ７は、インナーロータ４及び回転中心軸２が回転しても一緒に回転することが無い。アウターロータ７は、軸受１０を介して回転中心軸２に回転可能に支承されているからである。

回転中心軸２が回転してもアウターロータ７が一緒に回転することが無いので、この実施の形態によれば、アウターロータ７がインナーロータ４と一緒に回転する図１図示の従来の回転電機に比較して慣性の小さい回転電機を提供することができる。

これによって、この実施の形態によれば、コイル６への通電から回転中心軸２の回転が想定の回転数に達するまでの応答時間を図１図示のインナーヨークとアウターヨークとが一体で回転する従来の回転電機１ｇよりも早くすることができる。

図１５は、同一の大きさの本発明に係る回転電機と、従来の回転電機について、同一条件の下で行った、通電開始後の電流値と時間との関係を表すグラフである。縦軸に電流値、横軸に通電開始後の時間を表した。電流値と時間は、通電開始後の電流値と時間との関係をより明瞭に認識できるように係数を掛けた数値で表している。

この実施の形態１に係る回転電機１ａの結果はＺ、図１図示の従来の回転電機１ｇの結果はＹ、図１図示の構造の回転電機１ｉにおけるアウターロータに相当するアウターヨークが固定されていて回転しない方式の従来の回転電機の結果はＸで表されている。

アウターヨークが固定されている従来の回転電機は通電開始後Ａ点まで電流値が上昇した。図１図示のインナーヨークとアウターヨークとが一体で回転する従来の回転電機１ｉは通電開始後Ｂ点まで電流値が上昇した。この実施の形態１に係る回転電機１ａでは、通電開始後Ｃ点まで電流値が上昇した。

通電開始後の最大電流値から定常回転状態になるまでの電流収束が早ければ、それだけ応答時間が早いことになる。インナーヨークとアウターヨークとが一体で回転する図１図示の従来の回転電機１ｉの応答時間は、アウターヨークが固定されている従来の回転電機より遅かった。一方、この実施の形態１の回転電機１ａの応答時間は、アウターヨークが固定されている従来の回転電機と遜色のないものであった。

図１６は、図１５に検討結果を示した３種類の回転電機についてそれぞれ同一の条件の下で検討した効率曲線を表すものである。

符号Ｚで示されているこの実施の形態１に係る回転電機１ａの効率は、符号Ｙで示されているインナーヨークとアウターヨークとが一体で回転する図１図示の従来の回転電機１ｉの効率と同程度であることを確認できた。そして、これらは、いずれも、符号Ｘで示されているアウターヨークが固定されている従来の回転電機の効率よりもよかった。

図１５、図１６に示した検討結果から、この実施の形態１の回転電機１ａは、次のような特性を備えていることが確認できた。

応答時間に関しては、この実施の形態１の回転電機１ａは、インナーヨークとアウターヨークとが一体で回転する図１図示の従来の回転電機１ｉよりも改善されていて、アウターヨークが固定されている従来の回転電機と遜色のないものであった。

効率に関しては、この実施の形態１の回転電機１ａは、アウターヨークが固定されている従来の回転電機よりも改善されていて、インナーヨークとアウターヨークとが一体で回転する図１図示の従来の回転電機１ｉと遜色のないものであった。

図２図示の回転電機１ａは、例えば、応答特性が改善されているサーボモータとして使用することができる。

（実施の形態２）
図３を参照して本発明の実施の形態２を説明する。

図３は、実施の形態２に係る回転電機１ｂの一例を表す一部を省略した断面図である。実施の形態１で説明した回転電機１ａの構成と共通するものについては同様の符号を付し、その説明を省略する。

この実施の形態では、第一の環状体となるインナーロータ４がハブ１４、軸受け１５を介して回転中心軸２に回転可能に支承され、一方、第二の環状体となるアウターロータ７は回転中心軸２に支持されて、回転中心軸２と共に回転するようになっている。

また、永久磁石５は、インナーロータ４の外周に対向するアウター７の内周に配備されている。

この実施形態では、例えば、インナーロータ４が第一の環状体に相当し、アウターロータ７が第二の環状体に相当することになる。

この実施の形態でも、軸受１５を、回転中心軸２の軸方向に互いに間隔をあけて配置されている軸受１５ａ、軸受１５ｂの中のいずれか一方のみで構成する構造にしても良い。

コイル６へ通電すると、インナーロータ４とアウターロータ７との間に形成されている磁界内に電磁力が発生し、当該電磁力により永久磁石５は、例えば、矢印１２の方向へ回転する。

永久磁石５の回転に伴いアウターロータ７及び回転中心軸２も矢印１２の方向へ回転する。

しかし、径方向で回転中心軸２の外側に位置しているインナーロータ４は、アウターロータ７及び回転中心軸２が回転しても一緒に回転することが無い。インナーロータ４は、軸受１５を介して回転中心軸２に回転可能に支承されているからである。

回転中心軸２が回転してもインナーロータ４が一緒に回転することが無い。そこで、この実施の形態によれば、モータの駆動力が取り出される回転体が回転する際に、インナーロータもアウターロータも一緒に回転する図１図示の従来の回転電機に比較して慣性の小さい回転電機を提供することができる。

これによって、この実施の形態によれば、コイル６への通電から回転中心軸２の回転が想定の回転数に達するまでの応答時間を従来の回転電機よりも早くすることができる。

図３図示の回転電機１ｂも、例えば、応答特性が改善されているサーボモータとして使用することができる。

（実施の形態３）
図４を参照して本発明の実施の形態３を説明する。

図４は、実施の形態３に係る回転電機１ｃの一例を表す一部を省略した断面図である。実施の形態１で説明した回転電機１ａの構成と共通するものについては同様の符号を付し、その説明を省略する。

実施の形態３は、実施の形態１において、アウターロータ７を回転中心軸２に対して回転可能に支承する軸受１０が、回転中心軸２の径方向においてインナーロータ４の内側に配置されているものである。

すなわち、図３図示の回転電機１ｃは、軸受１０が、回転中心軸２の径方向においてインナーロータ４の内側に配置されている点が、図２図示の回転電機１ａと相違している。

アウターロータ７の図４中、右側面に、回転中心軸２の軸方向に伸びて、図４中、左方向に突出する支持部７ｂが形成されている。この支持部７ｂ内に装着されている軸受１０ａ、軸受１０ｂを介して、アウターロータ７が回転中心軸２に回転可能に支承されている。

この実施形態では、例えば、インナーロータ４が第一の環状体に相当し、アウターロータ７が第二の環状体に相当することになる。

なお、この実施の形態でも、軸受１０ａ、軸受１０ｂのいずれか一方のみで軸受１０を構成する構造にすることができる。

図４図示の実施の形態に係る回転電機１ｃでも、回転中心軸２が回転したときに、径方向で回転軸２の外側に位置しているアウターロータ７が一緒に回転することは無い。

そこで、アウターロータ７が回転軸２の回転に伴って一緒に回転する図１図示の従来の回転電機に比較して慣性の小さい回転電機を提供することができる。これによって、コイル６への通電から回転軸２の回転が想定の回転数に達するまでの応答時間を図１図示の従来の回転電機よりも早くすることができる。

更に、図４図示の実施の形態に係る回転電機１ｃでは、アウターロータ７を回転中心軸２に対して回転可能に支承する軸受１０がインナーロータ４の径方向で内側に配置されている。かかる構造を採用することにより、図２図示の回転電機１ａに比較して回転軸２の軸方向の長さを小さくすることができる。

そこで、より小型の回転電機を提供する上で有利である。

この図４図示の回転電機１ｃも、例えば、応答特性が改善されているサーボモータとして使用することができる。

（実施の形態４）
図５を参照して本発明の実施の形態４を説明する。

図５は、実施の形態４に係る回転電機１ｄの一例を表す一部を省略した断面図である。実施の形態１〜実施の形態３で説明した回転電機１ａ〜１ｃの構成と共通するものについては同様の符号を付し、その説明を省略する。

実施の形態１〜実施の形態３は、いずれも、モータの駆動力を回転中心軸２から取り出すものである。これに対して、実施の形態４では、モータの駆動力を第二の環状体であるアウターロータ７から取り出している。いわゆるダイレクトドライブ方式の回転電機である。

回転中心軸２はハウジング８に支持されている。

第一の環状体となるインナーロータ４、第二の環状体となるアウターロータ７のいずれもが回転中心軸２に対して回転可能に支承されている。

インナーロータ４は、ハブ１４、軸受け１５を介して回転中心軸２に回転可能に支承されている。軸受１５は回転中心軸２の軸方向に互いに間隔をあけて配置されている軸受１５ａと軸受１５ｂとから構成されている。

アウターロータ７の図５中、左側面に、回転中心軸２の軸方向に伸びて、図５中、右方向に突出する支持部７ｃが形成されている。この支持部７ｃ内に装着されている軸受１６ａ、軸受１６ｂを介して、アウターロータ７が回転中心軸２に回転可能に支承されている。

インナーロータ４とアウターロータ７との間で、回転中心軸２に同心円状に配置されるコイル６はハウジング８に支持されている。

インナーロータ４の外周に対向するアウターロータ７の内周に永久磁石５が配備され、インナーロータ４とアウターロータ７との間に磁界が形成される。

この実施形態では、例えば、インナーロータ４が第一の環状体に相当し、アウターロータ７が第二の環状体に相当することになる。

コイル６へ通電すると、インナーロータ４とアウターロータ７との間に形成されている磁界内に電磁力が発生し、当該電磁力により永久磁石５は、例えば、矢印１８の方向へ回転する。

永久磁石５の回転に伴いアウターロータ７も矢印１８の方向へ回転する。モータを駆動する動力は、アウターロータ７が備えているプーリ１７に架け渡したベルト（不図示）を介して取り出すようになる。

アウターロータ７が矢印１８の方向へ回転しても、インナーロータ４は、一緒に回転することが無い。アウターロータ７も、インナーロータ４も、回転中心軸２に回転可能に支承されているからである。

アウターロータ７が回転してもインナーロータ４が一緒に回転することが無いので、この実施の形態によれば、アウターロータ７とインナーロータ４とが一緒に回転する図１図示の従来の回転電機に比較して慣性の小さい回転電機を提供することができる。

これによって、この実施の形態によれば、モータの駆動力を取り出すアウターロータ７の回転が想定の回転数に達するまでのコイル６への通電からの応答時間を図１図示の従来の回転電機よりも早くすることができる。

図５図示の回転電機１ｄも、例えば、応答特性が改善されているサーボモータとして使用することができる。

（実施の形態５）
図６を参照して本発明の実施の形態５を説明する。

図６は、実施の形態５に係る回転電機１ｅの一例を表す一部を省略した断面図である。実施の形態１〜実施の形態４で説明した回転電機１ａ〜１ｄの構成と共通するものについては同様の符号を付し、その説明を省略する。

回転電機１ｅは、ハウジング８が、回転中心軸２の径方向において外側に位置しているアウターロータ７を、回転中心軸２の径方向において外側から覆う保護カバー１１を備えている。この点で、回転電機１ｅは、実施の形態１〜実施の形態４で説明した回転電機１ａ〜１ｄと相違している。

図示の実施形態では、保護カバー１１はハウジング８を回転中心軸２の、図６中、右側から覆い、ハウジング８に装着されることにより、ハウジング８に固定されている。

回転中心軸２は前記一方の側（すなわち、図６中、回転中心軸２の右側）において、軸受９ｄを介して保護カバー１１に回転可能に支承されている。

図６図示の実施の形態に係る回転電機１ｅでは、回転軸となる回転中心軸２が回転したときに径方向で回転中心軸２の外側に位置しているアウターロータ７が一緒に回転することが無い。また、保護カバー１１は軸受９ｄを介して回転中心軸２に支承されているので、回転中心軸２が回転したときに保護カバー１１が一緒に回転することも無い。

そこで、この実施の形態５でも、図１図示の従来の回転電機に比較して慣性の小さい回転電機を提供することができる。これによって、コイル６への通電から回転中心軸２の回転が想定の回転数に達するまでの応答時間を図１図示の従来の回転電機よりも早くすることができる。

なお、この実施の形態５の回転電機１ｅでは、回転中心軸２は、軸受９ａを介してハウジング８に支承されている。また、軸受９ａが配置されている位置よりも回転中心軸２の軸方向で図６中、右方向において、回転中心軸２は、軸受９ｄを介して、ハウジング８に固定されている保護カバー１１に支承される。

そこで、回転中心軸２の軸方向における軸受９ａと軸受９ｄとの間の長さは、実施の形態１〜３における軸受９ａと軸受９ｂとの間の長さよりも大きくとることが可能になる。

これによって、回転軸となる回転中心軸２の回転をより安定させることができる。

また、ハウジング８に固定されている保護カバー１１によって、インナーロータ４、永久磁石５、コイル６及びアウターロータ７へ異物が付着するのを防ぐことができる。

なお、上述した実施の形態１〜実施の形態４でも、回転中心軸２の径方向において外側に位置しているアウターロータ７を、回転中心軸２の径方向において外側から覆う保護カバー１１をハウジング８が備えている構造にすることによって、防塵、等の効果を発揮させることが可能である。

この図６図示の回転電機１ｅも、例えば、応答特性が改善されているサーボモータとして使用することができる。

実施の形態１〜実施の形態３、実施の形態５は、いずれもモータの駆動力を回転軸となる回転中心軸２から取り出すものである。実施の形態４は、モータの駆動力を第二の環状体であるアウターロータ７から取り出す、いわゆるダイレクトドライブ方式の回転電機である。

いずれの方式においても、モータの駆動力が取り出される回転体が回転する際に、第一の環状体であるインナーロータ４、あるいは第二の環状体であるアウターロータ７のどちらか一方は、モータの駆動力が取り出される回転体が回転しても一緒に回転することが無い。そこで、モータの駆動力が取り出される回転体が回転する際に、インナーロータ４、アウターロータ７の双方が一緒に回転する図１図示の従来の回転電機に比較して慣性の小さい回転電機を提供することができる。

これによって、実施の形態１〜５のいずれの回転電機でも、モータの駆動力を取り出す回転体の回転が想定の回転数に達するまでのコイル６への通電からの応答時間を図１図示の従来の回転電機よりも早くすることができる。

（実施の形態６）
図７を参照して本発明の実施の形態６を説明する。

図７は、実施の形態６に係る回転電機１ｆの一例を表す一部を省略した断面図である。実施の形態１〜実施の形態５で説明した回転電機１ａ〜１ｅの構成と共通するものについては同様の符号を付し、その説明を省略する。

回転電機１ｆでは、第一の環状体又は第二の環状体の中で永久磁石５を備えていない第一の環状体又は第二の環状体が、永久磁石５を備えている第二の環状体又は第一の環状体に対向する方向で積層されている複数層の積層構造になっている。そして、この積層構造の中の少なくとも一層が磁性体から構成されている。この点で、回転電機１ｆは、図６図示の実施の形態５（回転電機１ｅ）と相違している。

すなわち、実施の形態６の回転電機１ｆでは、永久磁石５を備えていないアウターロータ７のインナーロータ４外周に対向する内周に、磁性体からなる環状体１３が配備されている。このように、アウターロータ７が、永久磁石５を備えているインナーロータ４に対向する方向で積層されている複数層の積層構造になっていて、この積層構造の中の少なくとも一層が磁性体からなる環状体１３になっている。この点で、回転電機１ｆは、図６図示の実施の形態５（回転電機１ｅ）と相違している。

なお、実施の形態１〜５においては、永久磁石５が配備されている第一の環状体又は第二の環状体に対して、間にコイル６を介在させて、回転中心軸２の径方向で対向している永久磁石５が配備されていない第二の環状体又は第一の環状体は、磁性体で形成されていることが望ましい。第一の環状体（インナーロータ４）と第二の環状体（アウターロータ７）との間に磁界を形成するためである。

この実施の形態７では、第一の環状体又は第二の環状体の中で永久磁石５を備えていない第一の環状体又は第二の環状体を形成する上述した積層構造が、少なくとも一層の磁性体からなる環状体１３を含んで形成されている。そこで、環状体１３に積層される、第一の環状体又は第二の環状体の構造部分については、非磁性材製とすることができる。

上述した構造以外では、図７の実施の形態６の回転電機１ｆは、図６図示の実施の形態５の回転電機１ｅと共通しているので、実施の形態５（図６）で説明したものと同様の作用・効果が発揮される。

すなわち、実施の形態１〜５で説明したように、モータの駆動力が取り出される回転体が回転しても、第一の環状体であるインナーロータ４、あるいは第二の環状体であるアウターロータ７のどちらか一方は、一緒に回転することが無い。そこで、モータの駆動力が取り出される回転体が回転する際に、インナーロータ４、アウターロータ７の双方が一緒に回転する図１図示の従来の回転電機に比較して慣性が小さく、応答時間が早い回転電機を提供することができる。

図６の実施の形態５では、コイル６への通電によって回転するインナーロータ４の外周に配備されている永久磁石５に対向しているアウターロータ７に渦電流が発生することがある。渦電流が発生すると、回転中心軸２に回転可能に支承されていることにより、回転中心軸２、インナーロータ４とは一緒に回転しないアウターロータ７が、インナーロータ４の動きに合わせて、引きずられるように回転することが起こり得る。

実施の形態６では、永久磁石５を備えていない環状体であるアウターロータ７が、少なくとも一層の磁性体からなる環状体１３を含んでいる積層構造になっている。そこで、インナーロータ４が回転した際に、アウターロータ７に発生する渦電流を低減させることができる。これによって、インナーロータ４が回転した際に、アウターロータ７がインナーロータ４の動きに引きずられることが少なくなる。そこで、図６図示の実施の形態５の回転電機１ｅに比較して応答性能を高めることができる。

実施の形態１において従来の回転電機との比較検討結果を図１５で説明したように、本発明の回転電機は、応答時間に関しては、インナーヨークとアウターヨークとが一体で回転する図１図示の従来の回転電機１ｉよりも改善されていて、アウターヨークが固定されている従来の回転電機と遜色のないものである。そして、効率に関しては、アウターヨークが固定されている従来の回転電機よりも改善されていて、インナーヨークとアウターヨークとが一体で回転する図１図示の従来の回転電機１ｉと遜色のないものである。

このような本願発明の回転電機において、更に、第一の環状体又は第二の環状体の中で永久磁石５を備えていない第一の環状体又は第二の環状体が、永久磁石５を備えている第二の環状体又は第一の環状体に対向する方向で積層されている複数層の積層構造になっていて、この積層構造の中の少なくとも一層が磁性体から構成されている構造にするとより有利である。

図７図示の実施の形態６では、回転するインナーロータ４の外周に配備されている永久磁石５に対してより近い位置で対向するように、アウターロータ７が備えている環状板体１３は回転中心軸２の径方向において内側に配備されていた。環状板体１３に積層される、アウターロータ７の構造部分を非導電材製とすることにより、環状板体１３を回転中心軸２の径方向において外側に配備することもできる。

上述した実施の形態１〜５においても、永久磁石５を備えていない第一の環状体（インナーロータ４）又は第二の環状体（アウターロータ７）を、回転中心軸２の径方向で複数層の積層構造とし、当該複数の積層構造の中の少なくとも一層を磁性体からなる環状体１３にすることによって、当該複数層の積層構造からなる第一の環状体（インナーロータ４）又は第二の環状体（アウターロータ７）に発生する渦電流を低減させることができる。これによって、モータの駆動力が取り出される回転体が回転する際に一緒に回転しない前記複数層の積層構造からなる第一の環状体（インナーロータ４）又は第二の環状体（アウターロータ７）が、永久磁石５を備えている第二の環状体（アウターロータ７）又は第一の環状体（インナーロータ４）の回転に引きずられて回転することが少なくなる。これによって、応答性を高めることができる。

この図７図示の回転電機１ｆも、例えば、応答特性が改善されているサーボモータとして使用することができる。

（実施の形態７）
図８は、本発明の実施の形態７を表す一部を省略した断面図である。

実施の形態１〜実施の形態６では円筒型の回転電機の構造で説明を行った。

図８、図９の実施の形態７は、本発明が、扁平モータに適用された一例を説明するものである。

図８、図９図示の実施の形態７では、モータの駆動力を回転軸となる回転中心軸２２から取り出す方式のものを説明する。

回転軸となる回転中心軸２２が軸受２０ａ、２０ｂを介してハウジング２８に回転可能に支承されている。図示の実施形態では、ハウジング２８の側壁２８ａ、２８ｂからそれぞれ回転中心軸２２に沿ってハウジングの内側に向かって突出する支持部２８ｄ、２８ｅが形成されている。この支持部２８ｄ、２８ｅ内に装着されている軸受２０ａ、軸受２０ｂを介して、ハウジング２８が回転中心軸２２に回転可能に支承されている。

ハウジング２８は中央壁２８ｃを有しており、中央壁２８ｃには、回転中心軸２２を中心とする円周方向に相互に所定の間隔をあけて空隙部２９が形成されている。各空隙部２９には、図９（ｂ）図示のように、それぞれ、コイル２６が配備されている。

コイル２６を間に介在させて第一の環状体２４と、第二の環状体２７とが対向している。第二の環状体２７の第一の環状体２４に対向する面には、環状の永久磁石２５が配備されている。

こうして、コイル２６を間に介在させて対向している第一の環状体２４と、第二の環状体２７との間に磁界が形成されている。

第一の環状体２４に対向する面に環状の永久磁石２５を備えている第二の環状体２７は回転中心軸２２を中心として、回転中心軸２２と共に回転するようになっている。

永久磁石を備えていない第一の環状体２４は、永久磁石２５を備えている第一の環状体２７に対向する方向で積層されている複数層の積層構造からなり、当該積層構造の中の少なくとも一層が磁性体からなる層を構成する環状体２４ｂで形成されている。

環状体２４ｂを支持するもう一層の環状支持部２４ａの回転中心軸２２側は、軸受２１ａ、２１ｂを介して回転中心軸２２に回転可能に支承されている。

このように、第一の環状体２４は、回転中心軸２２に回転可能に支承されている。

コイル２６へ通電すると、第一の環状体２４と、第二の環状体２７との間に形成されている磁界内に電磁力が発生し、当該電磁力により永久磁石２５は、例えば、矢印１２の方向へ回転する。

永久磁石２５の回転に伴い第二の環状体２７及び、回転中心軸２２も矢印１２の方向へ回転する。

しかし、第一の環状体２４は、回転中心軸２２に回転可能に支承されているので、第二の環状体２７及び回転中心軸２２が回転しても一緒に回転することが無い。

回転中心軸２２が回転しても第一の環状体２４が一緒に回転することが無いので、この実施の形態によれば、第一の環状体と第二の環状体とが一緒に回転する図１図示の従来の回転電機に比較して慣性の小さい回転電機を提供することができる。

これによって、この実施の形態によれば、コイル２６への通電から回転中心軸２２の回転が想定の回転数に達するまでの応答時間を第一の環状体と第二の環状体とが一体となって回転する従来の扁平モータよりも早くすることができる。

図８、９図示の扁平モータは、例えば、応答特性が改善されているサーボモータとして使用することができる。

（実施の形態８）
図１０は、本発明の実施の形態８を表す一部を省略した断面図である。

図８、図９図示の実施の形態７では、モータの駆動力を回転軸となる回転中心軸２２から取り出す方式のものを説明した。図１０図示の扁平モータは、モータの駆動力を、環状永久磁石を備えている環状体である第二の環状体から取り出している。いわゆるダイレクトドライブ方式の回転電機である。

図８、図９図示の実施の形態７と共通する部分には共通する符号をつけてその説明を省略する。

回転中心軸２２にハウジング２８が支持されている。

ハウジング２８は中央壁２８ｃを有しており、中央壁２８ｃには、実施の形態７で説明した構造と同じく、回転中心軸２２を中心とする円周方向に相互に所定の間隔をあけてコイル２６が配備されている。

コイル２６を間に介在させて第一の環状体２４と、第二の環状体２７´とが対向している。第二の環状体２７´の第一の環状体２４に対向する面には、環状の永久磁石２５が配備されている。

こうして、コイル２６を間に介在させて対向している第一の環状体２４と、第二の環状体２７´との間に磁界が形成されている。

永久磁石を備えていない第一の環状体２４は、永久磁石２５を備えている第二の環状体２７´に対向する方向で積層されている複数層の積層構造からなり、当該積層構造の中の少なくとも一層が磁性体からなる層を構成する環状体２４ｂで形成されている。

環状体２４ｂを支持するもう一層の環状支持部２４ａの回転中心軸２２側は、軸受２１（２１ａ、２１ｂ）を介して回転中心軸２２に回転可能に支承されている。

このように、第一の環状体２４は、回転中心軸２２に回転可能に支承されている。

一方、第二の環状体２７´も、軸受け２１´（２１ｃ、２１ｄ）を介して回転中心軸２２に回転可能に支承されている。

コイル２６へ通電すると、第一の環状体２４と、第二の環状体２７´との間に形成されている磁界内に電磁力が発生し、当該電磁力により永久磁石２５は、例えば、矢印１８の方向へ回転する。

永久磁石２５の回転に伴い第二の環状体２７´も矢印１８の方向へ回転する。モータを駆動する動力は、第二の環状体２７´が備えているプーリ１７に架け渡したベルト（不図示）を介して取り出すようになる。

前記のように第二の環状体２７´が回転しても、第一の環状体２４は、回転中心軸２２に回転可能に支承されているので、第二の環状体２７´と一緒に回転することが無い。

第二の環状体２７´が回転しても第一の環状体２４が一緒に回転することが無いので、この実施の形態によれば、第一の環状体と第二の環状体とが一緒に回転する図１図示の従来の回転電機に比較して慣性の小さい回転電機を提供することができる。

これによって、この実施の形態によれば、コイル２６への通電から第二の環状体２７´の回転が想定の回転数に達するまでの応答時間を第一の環状体と第二の環状体とが一体となって回転する従来の扁平モータよりも早くすることができる。

図１０図示の扁平モータは、例えば、応答特性が改善されているサーボモータとして使用することができる。

（実施の形態９）
図７の実施の形態６で説明したように、永久磁石５を備えていない第一の環状体（インナーロータ４）又は第二の環状体（アウターロータ７）を、永久磁石５を備えている第二の環状体又は前記第一の環状体に対向する方向で積層されている複数層の積層構造とし、当該積層構造の中の少なくとも一層が磁性体からなる構造にすることによってエネルギー効率を高めることができる。

この実施の形態９では、図１１〜図１４を参照して、前述した磁性体からなる環状体１３のいくつかの実施形態について説明する。

磁性体からなる環状体１３は、上述した渦電流の発生を防止する目的から、電気抵抗が大きくて、透磁率の高い材質のものにすることが望ましい。例えば、電磁鋼板を用いることができる。

図１１図示の環状体１３は、薄い電磁鋼板製の環状板３０ａ、３０ｂ、・・・、３０ｎが、環状体１３の軸が伸びる方向（図１１中、上下方向）で複数枚積層されて形成されているものである。

例えば、厚み０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの環状の電磁鋼板３０ａ、３０ｂ、・・・、３０ｎを複数枚積層して、軸方向（図１１中、上下方向）で２．０ｍｍ〜３．０ｍｍの環状体１３とすることができる。

環状体１３は、上述した渦電流の発生を防止する目的から、薄いリング状の部材が積層されている構造であって、積層構造の隣接している部材同士で電気的に接続していない構造にすることが望ましい。

図１３図示のような構造の環状体１３には、更に、溝部を形成しておくことが望ましい。この溝部は、例えば、積層されている各リング状の部材ごとに円周方向の所定箇所に溝部を形成し、図１２図示のように、積層される各リング状の部材における溝部の位置を円周方向に少しずつずらして配置させる。そして、このようにして、環状体１３ａに形成した溝部４１の始端３１ａの位置と、他の溝部である溝部４２の終端３２ｎの位置とが、環状体１３の円周方向において一致していることが望ましい。

図１２において、符号４０ａ、４０ｂで示した線は、溝部４１の始端３１ａの位置と、隣接する溝部４２の終端３２ｎの位置とが、環状体１３の円周方向において一致していることを示すための線である。

プラスチックモールド、あるいは溶接のいずれであっても、各リング状の部材の径方向で固定することが必要になる。このために直線状に溝部や、溶接部を設けてしまうと、磁束の変動が生じ、溝部や、溶接部に磁石が吸着する。このようになると、第一の環状体（例えば、インナーロータ４）と、第二の環状体（例えば、アウターロータ７）との間にコギングが発生してしまう。このような事態が発生することを防止するため、積層される各リング状の部材における溝部の位置を円周方向に少しずつずらして配置させ、環状体１３ａに形成した一の溝部の始端の位置と、他の溝部の終端の位置とが、環状体１３の円周方向において一致するように、スキューした構造の溝部を設ける。

図１２は、環状体１３の円周方向において、隣接している一の溝部の始端の位置と、他の溝部の終端の位置とが、環状体１３の円周方向において一致しているものである。図１３は、環状体１３の円周方向において、一個おきで隣接している一の溝部の始端の位置と、他の溝部の終端の位置とが、環状体１３の円周方向において一致しているものである。図１４は、環状体１３の円周方向において、二個おきで隣接している一の溝部の始端の位置と、他の溝部の終端の位置とが、環状体１３の円周方向において一致しているものである。

以上、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載から把握される技術的範囲において種々の形態に変更可能である。

１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ 回転電機
１ｉ 従来の回転電機
２ 回転中心軸
３、１４ ハブ
４ インナーロータ
５ 永久磁石
６ コイル
７ アウターロータ
７ａ、７ｂ、７ｃ 支持部
８ ハウジング
９、９ａ、９ｂ、９ｄ 軸受
１０、１０ａ、１０ｂ 軸受
１１ 保護カバー
１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ 環状体
１５、１５ａ、１５ｂ、１６、１６ａ、１６ｂ 軸受
２０ａ、２０ｂ、２１ａ、２１ｂ 軸受
２２ 回転中心軸
２４ 第一の環状体
２４ａ 環状支持部
２４ｂ 磁性体から環状体
２５ 環状の永久磁石
２６ コイル
２７、２７´ 第二の環状体
２８ ハウジング
２８ｃ ハウジングの中央壁
２９ 空隙部
３０ａ、３０ｂ、・・・、３０ｆ 薄いリング状の部材
３１ａ、３２ａ、 薄いリング状の部材３０ａが備えている溝部
３１ｎ、３２ｎ、 薄いリング状の部材３０ｎが備えている溝部
４１、４２、４３、４４、４５ 溝部
４０ａ、４０ｂ 仮想線

Claims (10)

1. コイルを間に介在させて互いに対向し、いずれか一方が永久磁石を備えている第一の環状体と第二の環状体とを備えていて、
   前記第一の環状体及び前記第二の環状体のいずれか一方または双方が、回転中心軸を中心として回転し、
   当該回転する第一の環状体又は前記第二の環状体を介して、あるいは当該回転する第一の環状体又は前記第二の環状体と共に回転する前記回転中心軸を介して、モータの駆動力が取り出される方式の回転電機であって、次の（１）〜（４）の何れかの構造を備えている回転電機。
   （１）前記第一の環状体の前記回転を介して前記モータの駆動力が取り出される方式であって、前記第二の環状体が前記回転中心軸に対して回転可能に配置されている。
   （２）前記第二の環状体の前記回転を介して前記モータの駆動力が取り出される方式であって、前記第一の環状体が前記回転中心軸に対して回転可能に配置されている。
   （３）前記回転する前記第一の環状体と共に回転する前記回転中心軸を介してモータの駆動力が取り出される方式であって、前記第二の環状体が前記回転中心軸に対して回転可能に配置されている。
   （４）前記回転する前記第二の環状体と共に回転する前記回転中心軸を介してモータの駆動力が取り出される方式であって、前記第一の環状体が前記回転中心軸に対して回転可能に配置されている。
2. 前記回転中心軸がハウジングに回転可能に支承され、
   前記第一の環状体は、前記回転中心軸に同心円状に配置され、
   前記第二の環状体は、前記第一の環状体に対して前記回転中心軸の径方向で内側あるいは外側で、前記回転中心軸に同心円状に配置され、
   前記コイルは、前記第一の環状体と前記第二の環状体との間で、前記回転中心軸に同心円状に配置され、
   前記永久磁石は、前記第一の環状体又は前記第二の環状体のどちらか一方における他方に対向する周側に配備され、
   前記永久磁石を備えていない前記第一の環状体又は前記第二の環状体は、前記回転中心軸に回転可能に支承されている
   ことを特徴とする請求項１記載の回転電機。
3. 前記回転中心軸がハウジングに支持され、
   前記第一の環状体は、前記回転中心軸に同心円状に配置されて、前記回転中心軸に対して回転可能に支承され、
   前記第二の環状体は、前記第一の環状体に対して前記回転中心軸の径方向で内側あるいは外側で、前記回転中心軸に同心円状に配置されて、前記回転中心軸に対して回転可能に支承され、
   前記コイルは、前記第一の環状体と前記第二の環状体との間で、前記回転中心軸に同心円状に配置され、
   前記永久磁石は、前記第一の環状体又は前記第二の環状体のどちらか一方における他方に対向する周側に配備されている
   ことを特徴とする請求項１記載の回転電機。
4. 前記回転中心軸がハウジングに回転可能に支承され、
   前記コイルが前記ハウジングに支持され、
   前記回転中心軸が伸びる軸方向において、前記コイルを間に介在させて前記第一の環状体と前記第二の環状体とが対向して配備され、
   前記第一の環状体と前記第二の環状体とのいずれか一方は前記回転中心軸に対して回転可能に支承され、他方は、前記回転中心軸に支持され、
   前記回転中心軸に支持されている前記第一の環状体又は前記第二の環状体が回転中心軸を中心として回転することにより前記回転中心軸が回転し、
   前記回転する前記回転中心軸を介して、モータの駆動力が取り出される方式の請求項１記載の回転電機。
5. 前記回転中心軸がハウジングに支持され、
   前記コイルが前記ハウジングに支持され、
   前記回転中心軸が伸びる軸方向において、前記コイルを間に介在させて前記第一の環状体と前記第二の環状体とが対向して配備され、
   前記第一の環状体と前記第二の環状体とはいずれも前記回転中心軸に対して回転可能に支承され、
   前記第一の環状体又は前記第二の環状体のいずれか一方が前記回転中心軸を中心として回転し、
   前記回転する前記第一の環状体又は前記第二の環状体を介して、モータの駆動力が取り出される方式の請求項１記載の回転電機。
6. 前記ハウジングは、前記回転中心軸の径方向において外側に位置している前記第一の環状体又は第二の環状体を、前記回転中心軸の径方向において外側から覆う保護カバーを備えていることを特徴とする請求項２又は３記載の回転電機。
7. 前記永久磁石を備えていない前記第一の環状体又は前記第二の環状体は、前記永久磁石を備えている前記第二の環状体又は前記第一の環状体に対向する方向で積層されている複数層の積層構造からなり、当該積層構造の中の少なくとも一層が磁性体からなることを特徴とする請求項２又は３項記載の回転電機。
8. 前記磁性体からなる層を構成する環状体の周壁面に溝部が形成されていることを特徴とする請求項７記載の回転電機。
9. 前記溝部は、前記回転中心軸が伸びる軸方向に交差する方向で螺旋状に前記環状体の周壁面に、前記環状体の周方向に隣接する前記溝部ごとに所定の間隔をあけて、複数本形成されていることを特徴とする請求項８記載の回転電機。
10. 前記環状体の前記回転中心軸が伸びる軸方向の一方の端部における複数本の前記溝部の中の一の溝部の当該一方の端部における溝部端部の前記環状体の周方向における位置と、前記環状体の前記回転中心軸が伸びる軸方向の他方の端部における複数本の前記溝部の中の他の溝部の当該他方の端部における溝部端部の前記環状体の周方向における位置とが一致することを特徴とする請求項９記載の回転電機。

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