JP2016086471A - インダクタ型モータ - Google Patents

Abstract

【課題】軸方向の寸法に依らず所望の出力特性を実現するための設計が可能なインダクタ型モータを提供すること。【解決手段】電線が巻回されたコイル２５によって励磁されるステータ歯２１１、２２２を含むステータブロック２と、Ｎ極及びＳ極が設けられた回転子４と、を備えるインダクタ型モータ１であって、ステータブロック２では、コイル２５によって異なる磁極に励磁されるステータ歯２１１、２２２が面一をなして周方向に交互に配置された配置面２００が形成され、回転子４では、異なる磁極を呈する領域が周方向に交互に形成された着磁面４００が軸方向の端面に設けられており、配置面２００に対して着磁面４００が対面する状態で、回転子４とステータブロック２とが組み合わされている。【選択図】図３

Description

本発明は、回転子に永久磁石を採用したインダクタ型モータに関する。

従来、回転子に永久磁石を採用したインダクタ型モータが知られている。インダクタ型モータとしては、例えば、図８に示すごとく、外周面において周方向に交互にＮ極及びＳ極が現れる略円柱状のロータ（回転子）８３に対してステータブロック８１・８２を外挿配置したインダクタ型モータが知られている（例えば特許文献１参照。）。このインダクタ型モータ８では、ステータ８１１・８１２により励磁コイル８１０を挟持したステータブロック８１と、ステータ８２１・８２２により励磁コイル８２０を挟持したステータブロック８２と、が２段にスタックされている。

各ステータ８１１、８１２、８２１、８２２は、ロータ８３の軸方向に沿って突出するステータ歯を略同一円周上に複数有している。ステータブロック８１（８２）では、互いに向けて突出するステータ歯同士が噛み合うように、ステータ８１１（８２１）とステータ８１２（８２２）とが対向配置されている。このインダクタ型モータ８では、ステータ歯の並びを平面上に展開した図９のごとく、ステータブロック８１に対してステータブロック８２の位相、すなわち回転方向（周方向）の位置がずれている。ステータブロック８１とステータブロック８２との位相差Ｇは、例えば、ステータ歯の形成ピッチＰの４分の１に当たる回転角に設定される。

このインダクタ型モータ８が備える励磁コイル８１０（８２０）に通電すると、対向するステータ８１１（８２１）及びステータ８１２（８２２）が異なる極性に磁化される。通電中のステータブロック８１（８２）では、同一円周上に配列されたステータ歯が周方向に交互にＮ極あるいはＳ極を呈することになる。

所定シーケンスに沿って正負が入れ替わる駆動電流を励磁コイル８１０、８２０に通電すると、各ステータ歯の極性が時間的に交互に切り替わる。このように各ステータ歯の極性が交互に切り替わると、ロータ８３のＮ極あるいはＳ極と各ステータ歯との間で吸引力あるいは反発力が交互に発生する。インダクタ型モータ８では、上記のごとくステータブロック８１、８２の位相が回転方向にずれているため、各ステータ歯から作用する吸引力及び反発力によってロータ８３に所定方向の回転トルクが生じ、ロータ８３が回転する。

特開平１０−８４６６３号公報

しかしながら、上記従来のインダクタ型モータでは、ロータ８３の外周面にステータ歯が対面する箇所の面積を確保することが所望の出力特性を実現するために重要である一方、ロータ８３の軸方向の寸法を小さくすると、ロータ８３の外周面にステータ歯が対面する箇所の面積を十分に確保できず、所望の出力特性の実現が困難になるという問題がある。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、軸方向の寸法に依らず所望の出力特性を実現するための設計が可能なインダクタ型モータを提供しようとするものである。

本発明は、電線が巻回されたコイルによって励磁されるステータ歯を含むステータブロックと、Ｎ極及びＳ極が設けられた回転子と、を備えるインダクタ型モータであって、
前記ステータブロックでは、前記コイルによって異なる磁極に励磁されるステータ歯が面一をなすように周方向に交互に配置された配置面が形成され、
前記回転子では、Ｎ極及びＳ極が周方向に交互に形成された磁極面が軸方向の端面に設けられており、
前記回転子の磁極面に対して前記ステータブロックの配置面が対面しているインダクタ型モータにある（請求項１）。

本発明のインダクタ型モータでは、前記ステータ歯が周方向に交互に配置された前記配置面と、前記回転子の軸方向の端部に設けられた前記磁極面と、が対面している。そして、該磁極面と前記配置面との間に生じる磁気的な力によって、前記回転子が回転する。

このインダクタ型モータでは、前記磁極面と前記配置面との対面箇所の面積の大小が、実現される出力特性と密接な関係を呈する傾向にある。この対面箇所は、前記回転子の軸方向の端面に位置しているので、前記回転子の軸方向の寸法に依存することなくその面積を確保できる。したがって、本発明のインダクタ型モータでは、従来のものとは異なり、実現できる出力特性が前記回転子の軸方向の寸法に依存する度合いが低くなっている。

以上のように、本発明のインダクタ型モータは、軸方向の寸法に依らず所望の出力特性を実現するための設計が可能なインダクタ型モータである。

本発明のインダクタ型モータでは、前記磁極面と前記配置面との対面箇所の面積を確保するに当たって、前記回転子の軸方向の寸法に制約を受けるおそれが少ないが、前記回転子の径方向の寸法に対する依存度が高くなっている。前記回転子の径方向の寸法が大きく大径の回転子の場合ほど、前記対面箇所の面積を確保し易くなる。本願発明のインダクタ型モータの構成は、例えば軸方向の寸法が短い扁平形状のモータを実現しようとする際、特に有効になる。

本発明の好適な一態様のインダクタ型モータが備えるステータブロックでは、前記配置面とは反対側の前記コイルの端面側を経由してコイルの内周側の端部と外周側の端部とに至る磁気経路が形成されており、
前記配置面において周方向に配置されたステータ歯のうちの互い違いの一方のステータ歯は、前記磁気経路の内周側の端部から磁気的に延設され、他方のステータ歯は、前記磁気経路の外周側の端部から磁気的に延設されている（請求項２）。

この場合には、前記配置面において周方向に配置されたステータ歯のうちの１つおきの一方のステータ歯と、１つおきの他方のステータ歯と、の磁極性を異ならせるように前記コイルによって励磁できる。

本発明における好適な一態様のインダクタ型モータでは、前記回転子に対して軸方向に隣り合って前記コイルが配置されている（請求項３）。
特に、前記回転子の磁極面に対面するように前記コイルを配置すると良い。この場合には、前記コイルの磁力を効率良く前記回転子に作用できる。

本発明における好適な一態様のインダクタ型モータにおけるステータブロックでは、前記配置面において、径方向の外周側で支持されて内周側に向けて突出する第１のステータ歯と、径方向の内周側で支持されて外周側に向けて突出する第２のステータ歯と、が周方向に交互に配置され、
前記第１のステータ歯が突出方向に末窄まり形状を呈する一方、前記第２のステータ歯は、突出方向に末広がりの形状、あるいは突出方向に等幅の形状、あるいは前記第１のステータ歯よりも末窄まりの比率が小さい末窄まりの形状を呈する（請求項４）。

この場合には、前記第１のステータ歯及び前記第２のステータ歯の形状を異ならせることで、前記配置面において内周側に向けて突出する前記第１のステータ歯の大きさと、外周側に向けて突出する前記第２のステータ歯の大きさと、を同様に近づけることができる。各ステータ歯の大きさを同様に近づければ、例えば回転中の出力トルクの変動を抑制して滑らかな回転を実現できる。

本発明における好適な一態様のインダクタ型モータでは、前記回転子の軸方向の両側に前記磁極面が設けられ、該回転子の軸方向の両側に前記ステータブロックが配設されている（請求項５）。

各磁極面に対応して、それぞれ、ステータブロックを設けることで、高出力特性を実現できる。さらに、各ステータブロックの間で、ステータ歯の励磁周期の位相を表す電気角を適切に設定すれば、回転中のトルク変動を抑制して滑らかな回転を実現できる。

実施例１における、インダクタ型モータを示す斜視図 実施例１における、インダクタ型モータの組み付け構造を示す組立図。 実施例１における、インダクタ型モータの断面構造を示す断面図。 実施例１における、モータマグネットの磁極面を示す正面図。 実施例１における、ステータブロックの配置面を示す正面図。 実施例１における、ステータブロックの断面構造を示す断面図（図５中のＡ−Ａ線矢視断面図） 実施例１における、他のインダクタ型モータの断面構造を例示する断面図。 従来のインダクタ型モータの組み付け構造を示す組立図。 従来のインダクタ型モータにおけるステータ歯の噛み合い構造を平面上に展開した展開図。

本発明の実施の形態につき、以下の実施例を用いて具体的に説明する。
（実施例１）
本例は、インダクタ型モータ１に関する例である。この内容について、図１〜図６を用いて説明する。

本例のインダクタ型モータ１は、図１〜図３に示すごとく、電線が巻回されたコイル２５によって励磁されるステータ歯２１１、２２２を含むステータブロック２と、Ｎ極及びＳ極が設けられた回転子４と、を含むインダクタ型のモータである。
ステータブロック２では、コイル２５によって異なる磁極に励磁されるステータ歯２１１、２２２が面一をなすように周方向に交互に配置された配置面２００が形成されている。
回転子４では、Ｎ極及びＳ極が周方向に交互に形成された磁極面の一例である着磁面４００が軸方向の端面に設けられている。
このインダクタ型モータ１では、配置面２００に対して着磁面４００が対面する状態で、回転子４とステータブロック２とが組み合わされている。
以下、この内容について詳しく説明する。

本例のインダクタ型モータ１は、図１〜図３に示すごとく、いわゆるパーマネントマグネット型（永久磁石型）のブラシレス６極モータである。インダクタ型モータ１の回転子４は、所定のシーケンスでコイル２５に通電したとき、その通電シーケンスに同期して回転する。なお、インダクタ型モータ１の極数としては、本例の６極のほか、１２極、２４極等、様々な極数を設定することができる。

インダクタ型モータ１は、回転子４やステータブロック２等をモータケース５０に収容したものである（図２及び図３参照。）。ステータブロック２は、回転子４を挟み込むように軸方向両側に配置されている。２つのステータブロック２の間隔は、間隙に配置された円筒状のスペーサ５５によって所定長さに規制され、これにより、回転子４とステータブロック２との間隙が所定長さに設定されている。

スペーサ５５には、両側のステータブロック２の周方向の相対位置を規制するための図示を省略する位置決め構造が設けられている。この位置決め構造により、２つのステータブロック２の間の周方向の角度のズレが所定量に規制されている。本例では、極数６極で電気角９０度を実現するため、（全周３６０度÷６極）×（電気角９０度÷１周期３６０度）なる計算式で定まる１５度にステータブロック２間の角度のズレ量が設定されている。

モータケース５０は、図１〜図３に示すごとく、ＳＰＣＥ（冷間圧延鋼板）により形成された円筒状の部品である。なお、モータケース５０の軸方向両側の開口端は、ステータブロック２を構成する後述する側端プレート２７により封止されている。

回転子４は、図１〜図３に示すごとく、インダクタ型モータ１の回転軸であるモータシャフト４１を、略円柱状のマグネットロータ４０に貫通配置したものである。マグネットロータ４０は、非磁性材料よりなる内周側の支持部４０３に対して、永久磁石である略ドーナツ状のマグネット部４０１を外周側に組み合わせ構成されている。モータシャフト４１は、内周側の支持部４０３に貫通固定されている。

略円柱状のマグネットロータ４０では、軸方向の両端面に着磁面４００が形成されている（図４参照。）。円環状を呈する着磁面４００は、周方向等間隔の１２領域に区分されており、周方向に交互にＮ極とＳ極が現れるように着磁されている。なお、本例では、材質ネオジウムよりなるマグネットロータ４０を採用した。マグネットロータ４０の材質としては、上記のほか、フェライト、サマリウムコバルト等を採用することができる。

ステータブロック２は、図２及び図３に示すごとく、コイル２５、第１及び第２のステータ２１、２２、側端プレート２７等によって構成されている。ステータブロック２では、ステータ２１とステータ２２とが側端プレート２７を介して磁気的に接続されて磁気経路が形成されている。

コイル２５は、電線を巻回した略円筒状の巻き線である。コイル２５には、図示しない電線を介して交流電流が供給される。なお、コイル２５は、図示しない樹脂製のボビンの外周に巻回されている。ステータブロック２においては、略円筒状のボビンに対してほぼ隙間なく第２のステータ２２が内挿され、これにより、コイル２５が固定されている。

側端プレート２７は、磁性材料である鋼板ＳＰＣＥよりなる略円板状の部材である。その中心部には、回転子４の回転出力軸となるモータシャフト４１を軸支する軸受メタル５４が貫通配置されている。この側端プレート２７には、ステータ２１、２２の周方向の相対位置を規制するための後述する位置決め構造が設けられている。

軸受メタル５４は、鉄系金属材料よりなるすべり軸受である。軸受メタル５４は、円柱形状の一方の端部にフランジ状のつば５４０を設けて形成されている。軸受メタル５４は、このフランジ状のつば５４０が軸方向外側に位置するように取り付けられ、側端プレート２７に打ち込みする際の嵌入位置が、このつば５４０によって規制される（図２参照。）。嵌入された軸受メタル５４の先端は、側端プレート２７の反対面から突出するようになっており、その突出部分の外周面がステータ２２の支持面として機能する。

第１のステータ２１は、図２及び図３に示すごとく、磁性材料である鋼板ＳＰＣＥを元にしたプレス加工品である。ステータ２１は、底面に孔が開口する略カップ形状を呈し、コイル２５に外挿される。ステータ２１の底面には、外周側から内周側に向けて突出する第１のステータ歯２１１が周方向に等間隔で１２箇所設けられている。

ステータ歯２１１の突出形状は、全て同じであり、末窄まりの楔形を呈している（図５参照。）。底面の孔は、１２本のステータ歯２１１によって取り囲まれた孔であり、星型多角形に似た形状を呈している。なお、組立状態のステータ２１は、モータケース５０にほぼ隙間なく内挿され、これにより、モータシャフト４１の軸方向に直交する位置が規定される。

第２のステータ２２は、図２及び図３に示すごとく、第１のステータ２１と同様、磁性材料である鋼板ＳＰＣＥを元にしたプレス加工品である。ステータ２２は、コイル２５に外挿される第１のステータ２１とは相違し、コイル２５に内挿される。ステータ２２は、略円筒状のコイル２５に内挿される円筒状のスプール部２１５と、スプール部２１５の軸方向の一方の端部から径方向外周側に突出する第２のステータ歯２２２と、を含んで構成されている。

ステータ歯２２２は、スプール部２１５を中心として周方向等間隔で１２本設けられている。各ステータ歯２２２は、共通仕様であり、突出方向に直交する寸法が等幅の略短冊状の形状を有している（図５参照。）。なお、組立状態のステータ２２では、側端プレート２７から内側に突出する軸受メタル５４に対してほぼ隙間なくスプール部２１５が外挿され、これにより、モータシャフト４１の軸方向に直交する位置が規定される。

ステータブロック２は、コイル２５に対して、第２のステータ２２のスプール部２１５を内挿配置すると共に、第１のステータ２１を外挿配置したものである。第１及び第２のステータ２１、２２は、ステータ歯２１１、２２２とは反対側の端部で側端プレート２７に当接し、これにより、ステータ歯２１１、２２２の軸方向の位置が規制される。

側端プレート２７に対する各ステータ２１、２２の当接箇所には、ステータ２１、２２の周方向位置を規制するための図示しない位置決め構造が設けられている。側端プレート２７を介在してステータ２１、２２の軸方向及び周方向の相対位置が規制された状態では、図５及び図６に示すごとく、ステータ歯２１１及びステータ歯２２２が面一をなして配置面２００を形成し、この配置面２００においてステータ歯２１１、２２２が周方向に交互に配置されて噛み合う状態となる。なお、図５及び図６では、ステータブロック２のみを図示し、他の構成の図示を省略している。

本例のインダクタ型モータ１の組立に当たっては、まず、軸受メタル５４を予め嵌入した側端プレート２７に対して、コイル２５及び２種類のステータ２１、２２を組み合わせたステータブロック２を２つ準備する。このとき、上述の位置決め構造を備える側端プレート２７の所定位置にステータ２１、２２を組み合わせれば、軸方向及び周方向においてステータ２１及びステータ２２の相対位置を所定位置に規制できる。これにより、ステータ歯２１１、２２２が面一をなして配置面２００を形成し、周方向に互い違いに噛み合う状態を実現できる。

ステータ歯２１１、２２２を先端側にして一方のステータブロック２をモータケース５０に収容する。なお、モータケース５０とステータブロック２との間には、周方向の位置決め構造がないので、モータケース５０に対するステータブロック２の周方向位置は任意となる。

続いてモータケース５０の反対側の開口端から回転子４とスペーサ５５とを収容する。上記のようにステータブロック２とスペーサ５５との間には、周方向位置を規制するための位置決め構造が設けられている。スペーサ５５を収容する際には、この位置決め構造が有効に機能するようにステータブロック２に対してスペーサ５５を組み合わせる。

次に、もう一方のステータブロック２をモータケース５０の開口端から収容する。このとき、ステータブロック２とスペーサ５５との間の位置決め構造を利用して、スペーサ５５に対して所定の周方向位置となるようにステータブロック２を組み合わせる。このようにスペーサ５５に対して２つのステータブロック２の周方向位置を正しく組み合わせれば、２つのステータブロック２について周方向の相対位置を所定位置に規制できる。

このように組み立てたインダクタ型モータ１では、回転子４の軸方向両側に配置された２つのステータブロック２について、ステータ歯２１１、２２２の周方向位置が１５度ずつずれており、この角度ズレは６極モータにおける電気角９０度に相当している。また、２つのステータブロック２の軸方向の間隙はスペーサ５５によって規制され、ステータ歯２１１、２２２が面一をなす配置面２００に対して回転子４の着磁面４００が所定の隙間を空けて対面する状態が実現されている。

以上のように組み立てたインダクタ型モータ１では、図示しない電線を介して各ステータブロック２のコイル２５に交流電流を供給すれば、電気角９０度のズレをもって各ステータブロック２のステータ歯２１１、２２２を励磁できる。このように適切な電気角を設定できれば、回転停止中に通電を開始した際、回転子４を所定方向に回転できる。

以上のような構成のインダクタ型モータ１では、ステータ歯２１１、２２２の配置面２００と、回転子４の軸方向の端面に形成された着磁面４００と、が対面しており、着磁面４００と配置面２００との間に生じる磁気的な力によって回転子４が回転する。このインダクタ型モータ１では、着磁面４００と配置面２００との対面箇所の面積を確保することで所望の出力特性を実現できる。このインダクタ型モータ１では、従来の一般的なインダクタ型モータとは相違し、実現できる出力特性が回転子４の軸方向の寸法に依存する度合いが低くなっている。

このインダクタ型モータでは、着磁面４００と配置面２００との対面箇所の面積を確保するに当たって、回転子４の軸方向の寸法ではなく径方向の寸法に対する依存度が高くなっている。回転子４の径方向の寸法を大きく、すなわち比較的大径の回転子４の場合ほど、上記の対面箇所の面積を確保し易くなる。したがって、本例のインダクタ型モータ１の構成は、軸方向の寸法が短い扁平形状のモータを実現しようとする際、特に有効になる。

図５及び図６を参照して上記したごとく、各ステータ歯２１１、２２２は配置面２００において周方向に配置され、第１のステータ歯２１１が外周側で支持されている一方、第２のステータ歯２２２は内周側で支持されている。各ステータ歯２１１、２２２は、図５中の破線によって仮想的に図示する付け根部分が円に沿って配列されている一方、外周側で支持される第１のステータ歯２１１の方が大径の円となっている。第１及び第２のステータ歯２１１、２２２を比べた場合、第１のステータ歯２１１の方が付け根部分が幅広となり、第２のステータ歯２２２の方は付け根部分が幅狭となる。

そこで、本例のインダクタ型モータ１では、第１のステータ歯２１１を末窄まりのくさび形状とする一方、第２のステータ歯２２２の形状を等幅の略矩形状とすることで、配置面２００における各ステータ歯２１１、２２２の面積を同様に近づけ、回転子４の滑らかな回転を実現している。

本例では、スペーサ５５とステータブロック２との間に位置決め構造を設け、これにより、２つのステータブロック２の間の周方向の位置関係を規制して所望の電気角を実現している。スペーサ５５を利用した位置決め構造に代えて、側端プレート２７とモータケース５０との間に周方向位置を規制するための位置決め構造を設けることも良い。モータケース５０の内周面とステータブロック２の外周面との間に周方向の位置決め構造を設けることも良い。なお、本例では電気角として９０度を採用しているが、電気角の量については適宜変更可能である。

図７のように、マグネットロータ４０の外周側にコイル２５を外挿配置すると共に、マグネットロータ４０の着磁面４００に対面するようにステータ歯２１１、２２２を内周側に伸ばして配置面２００を形成する構成を採用することも良い。この場合には、軸方向の寸法が短い扁平のインダクタ型モータを実現できる可能性がある。なお、同図では、モータケース等の図示を省略してある。

本例では、磁性材料である鋼板ＳＰＣＥを基にしてステータ２１、２２を形成しているが、これに代えて、ＳＰＣＤ、ＳＧＣＤ、ＳＵＹＢ等の磁性材料により形成しても良い。

以上、実施例のごとく本発明の具体例を詳細に説明したが、これらの具体例は、特許請求の範囲に包含される技術の一例を開示しているにすぎない。言うまでもなく、具体例の構成や数値等によって、特許請求の範囲が限定的に解釈されるべきではない。特許請求の範囲は、公知技術や当業者の知識等を利用して前記具体例を多様に変形、変更、あるいは適宜組み合わせた技術を包含している。

１ インダクタ型モータ
２ ステータブロック
２００ 配置面
２１ 第１のステータ
２１１ 第１のステータ歯
２２ 第２のステータ
２２２ 第２のステータ歯
２５ コイル
２７ 側端プレート
４ 回転子
４０ マグネットロータ
４００ 着磁面（磁極面）
４１ モータシャフト
５０ モータケース
５４ 軸受メタル
５５ スペーサ

Claims (5)

1. 電線が巻回されたコイルによって励磁されるステータ歯を含むステータブロックと、Ｎ極及びＳ極が設けられた回転子と、を備えるインダクタ型モータであって、
   前記ステータブロックでは、前記コイルによって異なる磁極に励磁されるステータ歯が面一をなすように周方向に交互に配置された配置面が形成され、
   前記回転子では、Ｎ極及びＳ極が周方向に交互に形成された磁極面が軸方向の端面に設けられており、
   前記回転子の磁極面に対して前記ステータブロックの配置面が対面しているインダクタ型モータ。
2. 請求項１において、前記ステータブロックでは、前記配置面とは反対側の前記コイルの端面側を経由してコイルの内周側の端部と外周側の端部とに至る磁気経路が形成されており、
   前記配置面において周方向に配置されたステータ歯のうちの互い違いの一方のステータ歯は、前記磁気経路の内周側の端部から磁気的に延設され、他方のステータ歯は、前記磁気経路の外周側の端部から磁気的に延設されているインダクタ型モータ。
3. 請求項１又は２において、前記回転子に対して軸方向に隣り合って前記コイルが配置されているインダクタ型モータ。
4. 請求項３において、前記ステータブロックでは、前記配置面において、径方向の外周側で支持されて内周側に向けて突出する第１のステータ歯と、径方向の内周側で支持されて外周側に向けて突出する第２のステータ歯と、が周方向に交互に配置され、
   前記第１のステータ歯が突出方向に末窄まり形状を呈する一方、前記第２のステータ歯は、突出方向に末広がりの形状、あるいは突出方向に等幅の形状、あるいは前記第１のステータ歯よりも末窄まりの比率が小さい末窄まりの形状を呈するインダクタ型モータ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項において、前記回転子の軸方向の両側に前記磁極面が設けられ、該回転子の軸方向の両側に前記ステータブロックが配設されているインダクタ型モータ。

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