JP2022149399A - 磁気ギアードモータおよび磁気ギアードモータの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回転する構造体の簡略化を図ることができると共に、高性能の磁気ギアードモータを提供する。
【解決手段】磁気ギアードモータは、磁極対を有する回転子１０と、コイル２２により磁極対を形成して回転磁界を生じさせる固定子２０と、周方向に設定された隙間を介して配置された複数の磁極片３１を有して、固定子２０と回転子１０との間の磁束を変調して回転磁界の回転速度を変化させて回転子１０に伝達する変調磁極群３０と、を備え、変調磁極群３０は、断熱部４０を介して固定子２０に固定されて、断熱部４０により固定子２０に対する変調磁極群３０の相対位置が固定されるものである。
【選択図】図１

Description

本願は、磁気ギアードモータおよび磁気ギアードモータの製造方法に関するものである。

近年、高トルク密度を実現した磁束変調型の磁気減速機である磁気ギアが研究開発されている。そして、この磁気ギアと巻線型固定子とを一体にした磁気歯車型回転電機である磁気ギアードモータが研究開発されている。この磁気ギアードモータでは、固定子コイルによって高速側ロータを回転させ、その高速側ロータに配置された磁石の磁束を変調磁極で変調させることで、低速側ロータを回転させる。これによって、低速側ロータは、高速側ロータの速度比（減速比）だけ増加したトルクを得られるため、高トルク密度化を図れる。このような高トルク密度化を図れる磁気ギアードモータとして、以下のような技術が開示されている。

即ち、従来の磁気ギアードモータとしての磁気歯車型回転電機は、複数の永久磁石磁極を有する第１の永久磁石界磁と、それとは極数の異なる複数の永久磁石磁極を有する第２の永久磁石界磁と、複数の磁性極片を有する変調磁極と、第１の永久磁石界磁と相互作用する複数の巻線を有する巻線型固定子とからなる。巻線型固定子と変調磁極との間には第１の永久磁石界磁が設けられる。巻線型固定子のほかに変調磁極が固定された場合、第１の永久磁石界磁が巻線型固定子の作る回転磁界と同期して回転し、第２の永久磁石界磁はギヤ比により決まる速度で回転する（例えば、特許文献１参照）。

特許第５７２３９８７号公報

上記従来の磁気ギアードモータでは、高速側ロータである第１の永久磁石、低速側ロータである第２の永久磁石、変調磁極、巻線型固定子、の主に４つの構造体を備え、第１の永久磁石、第２の永久磁石、の回転する構造体を２つ備える。このように、回転する構造体が２つ以上存在しているため、これら回転する構造体を保持するための構造が複雑化するという課題があった。
更に、上記従来の磁気ギアードモータの構成では、巻線型固定子および変調磁極を回転しないように固定する場合において、固定子に対する変調磁極の相対位置ずれが生じる場合がある。この場合、トルク脈動が増大して性能が低下するという課題があった。

本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、構造が簡略化された高性能の磁気ギアードモータと、この磁気ギアードモータを製造するための磁気ギアードモータの製造方法を提供することを目的とする。

本願に開示される磁気ギアードモータは、
周方向に磁極対を有する回転子と、
前記回転子に対して径方向に隙間を介在して同軸上に配置され、電磁石として機能するコイルを有して、該コイルにより周方向に磁極対を形成して回転磁界を生じさせる固定子と、
前記固定子と前記回転子との間に設けられ、それぞれ周方向に設定された隙間を介して配置された複数の磁極片を有して、前記固定子と前記回転子との間の磁束を変調して前記回転磁界の回転速度を変化させて前記回転子に伝達する変調磁極群と、を備え、
前記変調磁極群は、断熱部を介して前記固定子に固定されて、該断熱部により前記固定子に対する前記変調磁極群の相対位置が固定される、
ものである。
また、本願に開示される磁気ギアードモータの製造方法は、
軸方向一端側に突出する突出部を備えた金型を、該突出部が前記変調磁極群と前記固定子との間に挿入されるように前記変調磁極群の軸方向他端側に配置し、
前記金型の前記突出部により、前記ティース部の周方向端部および径方向内側端部と、前記変調磁極群の周方向端部および径方向外側端部と、を支持した状態で、
前記変調磁極群と前記固定子との間に樹脂をモールド成形して前記モールド樹脂部を形成して、該モールド樹脂部により前記固定子に対する前記変調磁極群の相対位置を固定する、
ものである。

本願に開示される磁気ギアードモータおよび磁気ギアードモータの製造方法によれば、構造が簡略化された高性能の磁気ギアードモータと、この磁気ギアードモータを製造するための磁気ギアードモータの製造方法が得られる。

実施の形態１による磁気ギアードモータの概略構成を示す軸方向に平行な方向における断面図である。 実施の形態１による磁気ギアードモータの概略構成を示す軸方向に垂直な方向における断面図である。 実施の形態１による磁気ギアードモータの概略構成を示す斜視図である。 実施の形態１による固定子鉄心の概略構成を示す斜視図である。 実施の形態１による固定子鉄心の概略構成を示す上面図である。 実施の形態１による変調磁極群の概略構成を示す斜視図である。 実施の形態１による変調磁極群の概略構成を示す上面図である。 実施の形態１による回転子の概略構成を示す斜視図である。 実施の形態１による磁気ギアードモータの回転子の概略構成を示す上面図である。 実施の形態１による磁気ギアードモータの回転子が有する磁極を説明するための図である。 実施の形態２による磁気ギアードモータの概略構成を示す斜視図である。 実施の形態２による磁気ギアードモータの固定子とモールド樹脂部の概略構成を示す軸方向に平行な方向における断面図である。 実施の形態２による磁気ギアードモータのモールド樹脂部の概略構成を示す斜視断面図である。 実施の形態２によるモールド樹脂部を形成する製造方法を説明するための、磁気ギアードモータの軸方向に平行な方向における断面図である。 実施の形態２によるモールド樹脂部の構成を示すための磁気ギアードモータの一部拡大軸方向に垂直な方向における断面図である。 実施の形態３による磁気ギアードモータの概略構成を示す軸方向に平行な方向における断面図である。 実施の形態３による磁気ギアードモータの断熱部の構造例を示す軸方向に垂直な方向における断面図である。 実施の形態４による磁気ギアードモータの概略構成を示す軸方向に平行な方向における断面図である。 実施の形態５による磁気ギアードモータの概略構成を示す軸方向に平行な方向における断面図である。 実施の形態５による磁気ギアードモータの概略構成を示す軸方向に平行な方向における断面図である。

以下、本願の磁気ギアードモータおよび磁気ギアードモータの製造方法について図を用いて説明する。
なお、以下の実施の形態では、環状の回転子における各方向を、周方向Ｓ、径方向Ｘ、径方向内側Ｘ１、径方向外側Ｘ２、回転子のシャフトの軸心方向を軸方向Ｙ、そして、図１の図面上における上側を軸方向上側Ｙ１、図１の図面上における下側を軸方向下側Ｙ２とし、他の図も当該方向を基準としてそれぞれを示す。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１による磁気ギアードモータ１００の概略構成を示す軸方向に平行な方向における断面図である。
図２は、実施の形態１による磁気ギアードモータ１００の概略構成を示す軸方向に垂直な方向における断面図である。
図３は、実施の形態１による磁気ギアードモータ１００の概略構成を示す斜視図である。
図１に示すように、本実施の形態の磁気減速機構である磁気ギアードモータ１００は、回転子１０と、非回転子である固定子２０と、変調磁極群３０と、を備える。

本実施の形態の磁気ギアードモータ１００は、径方向内側Ｘ１から径方向外側Ｘ２に向けて、回転子１０、変調磁極群３０、固定子２０、の順に配置されている。
以下、これら回転子１０、変調磁極群３０、固定子２０、の構成についてそれぞれ説明する。

先ず、固定子２０の構成について説明する。
図１～図３に示すように、固定子２０は、電磁鋼板等から構成される固定子鉄心２１と、コイル２２と、固定子鉄心２１とコイル２２とを絶縁する図示しない絶縁材と、を備える。
図４は、実施の形態１による固定子鉄心２１の概略構成を示す斜視図である。
図５は、実施の形態１による固定子鉄心２１の概略構成を示す上面図である。
図４、図５に示すように、固定子鉄心２１は、環状のバックヨーク部２１Ｙと、このバックヨーク部２１Ｙから周方向Ｓに設定された間隔を隔てて、径方向内側Ｘ１に突出する複数のＴ字形状のティース部２１Ｔと、を備える。各ティース部２１Ｔの径方向内側Ｘ１には、周方向Ｓの両側にそれぞれ突出する突出部２１Ｔ１が設けられる。

本実施の形態の固定子鉄心２１は、９個のティース部２１Ｔを備える。各ティース部２１Ｔに対して図示しない絶縁材で絶縁を確保しながら集中巻きにて巻線を巻回して、図１～図３に示したコイル２２が形成される。この各ティース部２１Ｔのコイル２２に対して３相交流電流を通電することで、コイル２２を電磁石として機能させ、このコイル２２により周方向Ｓに複数の磁極対を形成して、回転磁界を生じさせる。本実施の形態では、６極（３極対）の磁界を発生するように構成される。

なお、本実施の形態では、全てのティース部２１Ｔがバックヨーク部２１Ｙと一体形成された固定子鉄心２１を示したが、これに限定されることはない。例えば、固定子鉄心２１は、ティース部２１Ｔ毎に９個に分割された分割固定子鉄心を、最終的に環状になるように１つに組み立てた構成であっても良い。

次に、変調磁極群３０の構成について説明する。
図６は、実施の形態１による変調磁極群３０の概略構成を示す斜視図である。
図７は、実施の形態１による変調磁極群３０の概略構成を示す上面図である。
図６に示すように、変調磁極群３０は、磁極片としての必要数の磁極片３１を有して構成される。
本実施の形体では１８個の磁極片３１を有することで変調磁極群３０を構成する。

磁極片３１は、それぞれが周方向Ｓに設定された隙間を介して均等間隔に配置されている。磁極片３１は軸方向Ｙに同じ断面形状で延在するように構成される。そのため、例えば、磁極片３１を薄板を軸方向Ｙに複数枚積層して構成する場合では、同一形状の薄板を用いることができるため、部品種類数が増えないというメリットを有する。
この変調磁極群３０は、以下に説明するように、断熱部としてのモールド樹脂部４０により固定子２０と一体となって固定される。

前述のように、固定子鉄心２１は、絶縁材でコイル２２との絶縁を確保されながら、そのティース部２１Ｔにコイル２２が巻回される。この後にコイル２２は、樹脂材料によるモールド成形により固定子鉄心２１と一体化されて固定子２０が形成される。本実施の形態では、このモールド成形時において、固定子２０の径方向内側Ｘ１に配置される変調磁極群３０も、このコイル２２と共に固定子鉄心２１とモールド成形される。
このようにすることで、変調磁極群３０と固定子２０とを別々に固定することに比べて、作業工数を減らして、加工時間を削減できる。また固定子２０と変調磁極群３０を固定するための別の部材が不要となる。

こうして、変調磁極群３０は、断熱部としてのモールド樹脂部４０により固定子２０の径方向内側Ｘ１側に固定され、このモールド樹脂部４０により固定子２０に対する相対位置が固定される。そして固定子鉄心２１のティース部２１Ｔの径方向内側Ｘ１と、変調磁極群３０の径方向外側Ｘ２とが径方向Ｘに対向した状態となる。

次に、回転子１０の構成について説明する。
図８は、実施の形態１による磁気ギアードモータ１００の回転子１０の概略構成を示す斜視図である。
図９は、実施の形態１による磁気ギアードモータ１００の回転子１０の概略構成を示す上面図である。
図１０は、実施の形態１による磁気ギアードモータ１００の回転子１０が有する磁極を説明するための図である。
回転子１０は、径方向内側Ｘ１の中心部において回転軸としてのシャフト１１が設けられる。そのシャフト１１の径方向外側Ｘ２において回転子鉄心１２が固定される。さらに回転子鉄心１２の径方向外側Ｘ２において、周方向Ｓに複数の永久磁石１３が固定されている。

図１に示すように、シャフト１１は、軸受５０Ａと軸受５０Ｂとで構成される一対の軸受５０により、その軸方向Ｙの両端が回転可能に支持されている。
軸方向上側Ｙ１に設けられる軸受５０Ａは、前述のモールド樹脂部４０の一部に設けられた窪み部４０Ｈ内に配置される。軸方向下側Ｙ２側に設けられる軸受５０Ｂは、軸方向下側Ｙ２において設けられた、絶縁性の樹脂材料により構成されるブラケット５１に形成された設けられた窪み部５１Ｈ内に配置される。なおブラケット５１はモールド樹脂部４０と嵌め合わされることで、軸受５０Ａとの同軸を確保している。
また前述の固定子２０は、この回転子１０に対して、径方向Ｘに設定された隙間を介在して、同軸上に配置される。
また、図２では、説明の簡略化のために、軸受５０Ａ、軸受５０Ｂ、ブラケット５１等の図示を省略している。

ここで、本実施の形態の回転子１０が備える永久磁石１３は、図１０に示すように、１５極対（３０極）で構成されてラジアル方向に着磁されることで、周方向Ｓに複数の磁極対を形成する。
なお、永久磁石１３の材料としては、希土類、フェライトが考えられる。また、焼結磁石であってもボンド磁石であっても良い。本実施の形態では、リング形状の希土類ボンド磁石を使用した。希土類磁石にすることでエネルギー密度を高め、より製品の小型化に寄与することができる。また、ボンド磁石としたことで、回転子鉄心１２に直接成形する一体成形工法を採用することができ、接着材等で接着固定する場合に比べて、安価な製品を作ることができる。

また、モールド樹脂部４０、ブラケット５１に使用した樹脂材料としては、ＰＰＳ（Ｐｏｌｙ Ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ Ｓｕｌｆｉｄｅ Ｒｅｓｉｎ）、ＰＢＴ（Ｐｏｌｙｂｕｔｙｌｅｎｅｔｅｒｅｐｈｔａｌａｔｅ）、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等が考えられる。この樹脂材料は、変調磁極群３０の固定に使用されるため、非導電性材料とすることが望ましい。こうすることで渦電流を抑制し機器の効率向上に寄与することができる。またブラケット５１は鉄部材、例えばＳＰＣＣ（Ｓｔｅｅｌ Ｐｌａｔｅ Ｃｏｌｄ Ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ）、Ｓ４５Ｃ等であっても良い。

回転子鉄心１２、変調磁極群３０、固定子鉄心２１の材料は電磁鋼板、圧粉鉄心、アモルファス金属、パーメンジュールなどの軟磁性材料で構成される。但し、仕様上、問題がなければＳ４５Ｃ、ＳＳ４００などの強磁性材料であっても良い。アモルファス鉄心、電磁鋼板、Ｓ４５Ｃ、ＳＰＣＣ等といった鉄板は、磁束変化による渦電流を防止するために、薄い板を複数枚積層して使用することが望ましい。

このように構成された磁気ギアードモータ１００においては、前述のように、固定子２０の各ティース部２１Ｔのコイル２２に三相交流電流を通電させる。こうして、コイル２２を電磁石として機能させ、コイル２２により周方向に複数の磁極対を形成して、６極（３極対）の回転磁界を発生するように構成する。これにより、回転子１０に対して回転力が与えられる。

固定子２０と回転子１０との間の磁束は、変調磁極群３０の磁極片３１により変調され、回転速度が変化されたトルクが回転子１０に伝達される。回転子１０は、固定子２０の回転磁束の回転速度に対し、設定された減速比Ｇでの回転速度で回転する。
本実施の形態において、固定子２０のコイルが生じさせる磁極対数をＮｈとし、回転子１０の永久磁石１３により形成される磁極対数をＮｌとし、変調磁極群３０の磁極片３１の数をＮｓとするとき、以下の関係を得られる。
Ｎｌ＝Ｎｓ±Ｎｈ

このようなとき、減速比Ｇは、Ｇ＝Ｎｈ／Ｎｌとなる。これにより、固定子２０で発生した力がＧ倍されて回転子１０のトルクに付加される。
なお、またこれらの、固定子２０の磁極対数Ｎｈ、回転子１０の磁極対数Ｎｌ、磁極片３１の周方向Ｓ間の隙間は、所望の減速比Ｇを生じさせるようにそれぞれ決定されている。本実施の形態１では、Ｎｌ＝１５、Ｎｓ＝１８、Ｎｈ＝３である。つまり、減速比Ｇ＝５となる。

本実施の形態１では、一般的な磁気ギアードモータにおける高速側ロータの機能を、固定子に持たせた。つまり、固定子に設けたコイルを電磁石として機能させることで、一般的な高速側ロータと同等の磁束を発生させて固定子を回転させることなく回転磁界を発生させる。そして変調磁極群により磁束を変調して、減速比Ｇにより決まる速度で回転子を回転させる。こうして、回転する回転体を、回転子のみとする構成が可能となる。

上記のように構成された本実施の形態の磁気ギアードモータは、
周方向に磁極対を有する回転子と、
前記回転子に対して径方向に隙間を介在して同軸上に配置され、電磁石として機能するコイルを有して、該コイルにより周方向に磁極対を形成して回転磁界を生じさせる固定子と、
前記固定子と前記回転子との間に設けられ、それぞれ周方向に設定された隙間を介して配置された複数の磁極片を有して、前記固定子と前記回転子との間の磁束を変調して前記回転磁界の回転速度を変化させて前記回転子に伝達する変調磁極群と、を備え、
前記変調磁極群は、断熱部を介して前記固定子に固定されて、該断熱部により前記固定子に対する前記変調磁極群の相対位置が固定される、
ものである。

このように、回転子に対して径方向に隙間を介在して同軸上に配置され、電磁石として機能するコイルを有して周方向に磁極対を形成して回転磁界を生じさせる固定子を備える。このように、固定子を回転させることなく回転磁界を発生させて、回転子を回転させることができる。ここで、固定子と回転子との間の磁束を変調してこの回転磁界の回転速度を変化させて回転子に伝達する変調磁極群を備えることで、所望の減速比にて回転子を回転できる。こうして、回転子を回転させるためのモータ等の別の機器からの入力（回転力）である高速回転子を不要として、回転する構造体を保持するための軸受、磁極片の固定部品、等に関する構造を簡略化できる。これにより低コスト化を図れる。
以上のように、一般的にはモータと、磁気減速機構とを併用して構成されるものが、本実施形態では、磁気減速機構のみで構成できる。このため、磁気減速機構を含むシステム全体の小型化が可能となる。

さらに、変調磁極群は、断熱部により固定子に対する相対位置が固定された状態で、固定子と一体化されている。これにより、変調磁極群と固定子との相対位置ずれが防止できる。こうして、製造ばらつきに起因するトルクの増減を抑制できる。
さらに、変調磁極が回転しないため、変調磁極と対向する固定子のティース部を常に同じ個体のティース部とできる。変調磁極群が回転する構造である場合、１つの変調磁極片はすべての固定子のティース部と対向し得る構成となる。通常、固定子の各ティース部は、製造ばらつき等により同じ寸法となっていることは難しく寸法誤差が生じ、相対位置のズレを招く。更には、回転による振れ、偏心によっても変調磁極群と固定子との相対位置は変化する。本実施の形態では、変調磁極群は、断熱部により固定子に対する相対位置が固定されているため、このような相対位置のズレに起因するトルク脈動を抑制でき、高性能の磁気ギアードモータを提供できる。

ここで、本実施の形態では、変調磁極群は、固定子と一体化されているが、固定子のコイルには通電により熱が生じる。通常、変調磁極群の磁極片に使用する電磁鋼板は温度特性があり、温度が高くなると飽和磁束密度が低くなり、磁束を有効に使うことができないという特性を有する。そのため、温度変化を抑制するために、所望のトルクを得る目的で磁極片の軸方向の寸法を長くして対応すると、材料使用量が増加し、更に、磁気ギアードモータの体積が増加する問題点が生じる。さらには、変調磁極群の径方向内側に配置している回転子の永久磁石に対しても伝熱されると、永久磁石が減磁する可能性が生じる。減磁しないように固定子のコイルに流す電流を抑制することで発熱を抑制しようした場合、所望のトルクを得るために軸方向寸法を長くして対応する必要が生じる。この場合、材料使用量の増加、磁気ギアードモータの体積増加を招く。

本実施の形態では、変調磁極群は、断熱部を介して固定子に固定される。このように変調磁極群と固定子との間に断熱部を介在させることで、固定子のコイルで発生した熱を変調磁極群まで伝熱させることを低減できる。これにより、所望のトルクを得ることができると共に、材料使用量の低減、磁気ギアードモータの体積縮小化を図れる。

また、上記のように構成された本実施の形態の磁気ギアードモータにおいては、
前記断熱部は、
前記変調磁極群と前記固定子との間に樹脂がモールド成形されて設けられたモールド樹脂部を有して構成される、
ものである。

このように、断熱部として、熱伝導率の低いモールド樹脂を用いることで、断熱性能を向上させることができる。
更に、モールド樹脂部を用いることで、固定子鉄心２１とコイル２２との一体化、変調磁極群３０と固定子２０との一体化とを同時に行える。これにより、作業工数を減らして加工時間を削減できる。また、固定部材と断熱部材とを別々に用意する必要がないため、コスト削減を図れる。
また、モールド樹脂部を絶縁性の樹脂で構成すれば、シャフトの軸受の内輪と外輪が導通する電食を防止することができ、磁気ギアードモータの品質をより高めることが可能である。これは、ブラケットに対しても同様である。

また、上記のように構成された本実施の形態の磁気ギアードモータは、
径方向内側から外側に向けて、前記回転子、前記変調磁極群、前記固定子の順に配置された、
ものである。

このような構成にすることで、インナーロータ型回転電機となり、回転子を径方向外側に配置する構成に比べて、回転子に用いる高価な永久磁石の使用量を抑制することが可能となり、ひいては安価な磁気ギアードモータを提供できる。

また、上記のように構成された本実施の形態の磁気ギアードモータは、
前記固定子により回転磁界が供給されて回転力が与えられる前記回転子のみを回転体として備える、
ものである。

回転子は、設定された減速比にて固定子により回転できるため、このように、回転する構造体を回転子のみとできる。これにより、例えば、摩耗部品である軸受の数を減らすことが可能となり、安価な磁気ギアードモータを提供できる。

また、上記のように構成された本実施の形態の磁気ギアードモータは、
前記固定子の極対数、前記回転子の極対数、前記変調磁極群の前記磁極片の数は、以下関係式を満たすように構成される、
Ｎｓ＝Ｎ１±Ｎｈ
但し、Ｎｓは前記固定子の極対数、Ｎｈは前記回転子の極対数、Ｎ１は前記変調磁極群の前記磁極片の数を示す、
ものである。

こうして、固定子は、外部のモータ等からの回転力が与えられる高速回転子を不要として、設定された減速比にて回転子の回転を制御できる。

実施の形態２．
以下、本願の実施の形態２を、上記実施の形態１と異なる箇所を中心に図を用いて説明する。上記実施の形態１と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。
図１１は、実施の形態２による磁気ギアードモータ２００の概略構成を示す斜視図である。
図１２は、実施の形態２による磁気ギアードモータ２００の固定子２０とモールド樹脂部４４０の概略構成を示す軸方向に平行な方向における断面図である。
図１３は、実施の形態２による磁気ギアードモータ２００のモールド樹脂部４４０の概略構成を示す斜視断面図である。

本実施の形態の磁気ギアードモータ２００において、実施の形態１と異なる点は、モールド樹脂部４４０の軸方向下側Ｙ２側の端部の形状である。実施の形態１では、モールド樹脂部４０は、変調磁極群３０の軸方向下側Ｙ２の端面と軸方向Ｙに同一位置まであった。本実施の形態では、図１２に示すように、モールド樹脂部４４０の軸方向下側Ｙ２の端面は、図１２に示す長さＹｓｅｔ分だけ、固定子２０および磁極片３１の軸方向下側Ｙ２の端面よりも軸方向上側Ｙ１に形成されている。これによりモールド樹脂部４０は、軸方向上側Ｙ１に長さＹｓｅｔ分窪む、凹部としての切欠部４４０Ｋが形成される。
こうして、軸方向下側Ｙ２において変調磁極群３０と固定子２２０との間はモールド樹脂により封止されず、モールド樹脂部４４０の軸方向下側Ｙ２の端面から変調磁極群３０の一部が露出する構造となっている。

以下、このような構成の本実施の形態の磁気ギアードモータ２００の製造方法について説明する。
図１４は、実施の形態２によるモールド樹脂部４４０を形成する製造方法を説明するための、磁気ギアードモータ２００の軸方向に平行な方向における断面図である。
図１５は、実施の形態２によるモールド樹脂部４４０の構成を示すための磁気ギアードモータ２００の一部拡大軸方向に垂直な方向における断面図である。

先ず、変調磁極群３０の磁極片３１を周方向に均等に配置し、その径方向外側Ｘ２において設定された間隔を隔てて固定子鉄心２１を配置させる。この時、固定子鉄心２１は、ティース部２１Ｔにコイル２２を巻き終わった状態である。
ここで、上側金型６０Ｕと下側金型６０Ｄとから構成される金型６０を用意する。
下側金型６０Ｄは、軸方向上側Ｙ１側に、長さＹｓｅｔ分突出する突出部６０Ｐを備える。この突出部６０Ｐが変調磁極群３０と固定子２０との間に挿入されるように、変調磁極群３０と固定子２０の軸方向下側Ｙ２に下側金型６０Ｄを配置する。

ここで、図１５に示すように、ティース部２１Ｔの径方向内側Ｘ１端部の面を当接面Ａ１とし、ティース部２１Ｔの突出部２１Ｔ１の周方向Ｓ側の端部の面を当接面Ａ２とする。また、磁極片３１の径方向外側Ｘ２の端部の面を当接面Ａ３とし、磁極片３１の周方向Ｓ側の端部面を当接面Ａ４とする。

下側金型６０Ｄの突出部６０Ｐは、このティース部２１Ｔの当接面Ａ１、Ａ２と、磁極片３１の当接面Ａ３、Ａ４とにそれぞれ当接する当接面を備える構造となっている。
そして、磁極片３１とティース部２１Ｔとの間の隙間において、下側金型６０Ｄの突出部６０Ｐが挿入されると、磁極片３１は、隙間嵌めによりティース部２１Ｔに対してその径方向Ｘと周方向Ｓが位置決めされる。そして、ティース部２１Ｔの当接面Ａ１、Ａ２および、磁極片３１の当接面Ａ３、Ａ４が、下側金型６０Ｄの突出部６０Ｐによりそれぞれ支持された状態で、変調磁極群３０と固定子２２０との間に樹脂をモールド成形してモールド樹脂部４４０を形成する。

こうして形成されたモールド樹脂部４４０は、図１５に示すように、下側金型６０Ｄの突出部６０Ｐにより決められる寸法で、ティース部２１Ｔの当接面Ａ１、Ａ２を支持する第１支持部Ｂ１、Ｂ２と、磁極片３１の当接面Ａ３、Ａ４を支持する第２支持部Ｂ３、Ｂ４とを備える構成となる。こうして、変調磁極群３０の固定子鉄心２１に対する径方向Ｘおよび周方向Ｓの相対位置が確保される。

上記のように構成された本実施の形態の磁気ギアードモータの製造方法は、
軸方向一端側に突出する突出部を備えた金型を、該突出部が前記変調磁極群と前記固定子との間に挿入されるように前記変調磁極群の軸方向他端側に配置し、
前記金型の前記突出部により、前記ティース部の周方向端部および径方向内側端部と、前記変調磁極群の周方向端部および径方向外側端部と、を支持した状態で、
前記変調磁極群と前記固定子との間に樹脂をモールド成形して前記モールド樹脂部を形成して、該モールド樹脂部により前記固定子に対する前記変調磁極群の相対位置を固定する、
ものである。

このように、金型により、固定子のティース部に対する変調磁極群の位置決めを行うことができるため、相対位置のばらつきを抑制することが可能となり、トルク脈動の低減効果を得られ、性能の安定化に寄与できる。また、固定子のティース部に対する変調磁極群の位置決めを容易に行える。
なお、本実施の形態では、変調磁極群３０と固定子２２０との間において軸方向下側Ｙ２にのみ突出部６０Ｐを挿入した例を示したが、軸方向上側Ｙ１に突出部を挿入してもよいし、軸方向上側Ｙ１と軸方向下側Ｙ２の両方に突出部６０Ｐを挿入してもよい。

実施の形態３．
以下、本願の実施の形態３を、上記実施の形態１と異なる箇所を中心に図を用いて説明する。上記実施の形態１と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。
図１６は、実施の形態３による磁気ギアードモータ３００の概略構成を示す軸方向に平行な方向における断面図である。
実施の形態１と比べ、変調磁極群３０の固定方法が異なる。実施の形態１、２では、変調磁極群と固定子とを断熱する断熱部としてモールド樹脂部４０、４４０を用いた。本実施の形態では、この断熱部として、変調磁極群と固定子との間に空隙部３４０を介在させる。

この空隙部３４０を形成するために、変調磁極群３０は、更に別の部材である断熱部としての連結部材３４０Ａを用いる。
周方向Ｓに均等に配置された複数の変調磁極群３０の軸方向上側Ｙ１と連結部材３４０Ａを接着剤等で固定する。この連結部材３４０Ａは非磁性体から構成されており、例えばステンレス鋼材、樹脂等である。この連結部材３４０Ａと、固定子２０のモールド部をネジで固定している。さらに、変調磁極群３０の軸方向Ｙの長さを固定子鉄心２１の軸方向Ｙの長さよりも長くし、ブラケット５１と変調磁極群３０の軸方向下側Ｙ２をネジで固定する。このようにすることで変調磁極群３０の軸方向Ｙの両端を固定できる。これにより、変調磁極群３０のより強固な固定が可能となる。

上記のように構成された本実施の形態の磁気ギアードモータにおいては、
前記断熱部は、
前記変調磁極群と前記固定子との間に設けられる空隙部を有して構成される、
ものである。

このように熱伝導性が低く断熱性の高い空隙部を、変調磁極群と固定子との間に設けることで、固定子のコイルで発生した熱を変調磁極群まで伝熱させることを低減でき、所望のトルクを得ることができると共に、材料使用量の低減、磁気ギアードモータの体積縮小化を図れる。さらには、この断熱部を構成する要素の１つとして、変調磁極群を固定子のモールド部分に固定する連結部材を用いることで、変調磁極群の固定子に対する相対位置を確保できる。

以下、変調磁極群と固定子とを断熱する断熱部として、モールド樹脂部と空隙の両方を用いた構成例について説明する。
図１７は、実施の形態３による磁気ギアードモータの断熱部の構造例を示す軸方向に垂直な方向における断面図である。
図に示すように、磁極片３１と固定子鉄心２１との間のモールド樹脂部４０内において、軸方向Ｙに延在するよう形成される空隙部３４０Ｈを設けてもよい。
この空隙部３４０Ｈの軸方向Ｙの少なくとも一方の端部を、モールド樹脂部４０の軸方向端部側において開口するように構成すれば、モールド樹脂部４０内における熱を外部に放熱できる。

上記のように構成された本実施の形態の磁気ギアードモータにおいては、
前記断熱部として、前記モールド樹脂部と前記空隙部とを備える構成において、
前記空隙部は、前記モールド樹脂部内において軸方向に延在するよう形成され、該空隙部の少なくとも一方の端部が前記モールド樹脂部の軸方向端部側において開口する、
ものである。

このように軸方向に貫通する空隙部を、モールド樹脂部内に設ける構成とすることで、冷却用の風路ができモールド樹脂部における放熱性を向上できる。さらには、モールド樹脂の使用量が減るため、コスト低減を図れる。

実施の形態４．
以下、本願の実施の形態４を、上記実施の形態１と異なる箇所を中心に図を用いて説明する。上記実施の形態１と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。
図１８は、実施の形態４による磁気ギアードモータ４００の概略構成を示す軸方向に平行な方向における断面図である。
実施の形態４による磁気ギアードモータ４００では、回転子１０にファン４１５が設けられている。また、モールド樹脂部４０において、磁気ギアードモータ４００の外部空間と、回転子１０の周囲の空間とを連通する孔４４０Ｈを設けている。また、ブラケット５１においても、磁気ギアードモータ４００の外部空間と、回転子１０の周囲の空間とを連通する孔４５１Ｈを設けている。

更に、モールド樹脂部４０において、磁極片３１の軸方向下側Ｙ２を支持する第３支持部５４０Ｋが形成されている。この第３支持部５４０Ｋは、その周方向Ｓの両端部分が、磁極片３１間を埋めているモールド樹脂部４０に連結されている。

まずファン４１５は、モールド樹脂部４０により軸受５０Ａを収納するハウジングがある軸方向上側Ｙ１に設けた。このようにすることで、回転子１０の回転と共にファン４１５により流体を回すことができ、磁気ギアードモータ４００の冷却に有利となる。
さらに、このファン４１５を設けた付近のモールド樹脂部４０に、磁気ギアードモータ４００の外部空間と回転子１０の周囲の空間とを連通する孔４４０Ｈを設けているので、回転子１０の周辺で温度が高くなった流体を外部に出すことができ、より冷却に効果的となる。

さらに、ブラケット５１に設けられた孔４５１Ｈにより、ファン４１５が回転することで、磁気ギアードモータ４００の軸方向下側Ｙ２から軸方向上側Ｙ１に向かって流体を連続的に流すことができ、より磁気ギアードモータ４００の冷却効率を向上することができる。

上記のように構成された本実施の形態の磁気ギアードモータにおいては、
前記回転子の回転軸に設けられるファンと、
軸方向の少なくとも一方側に形成される、前記回転子の周りの空間部と該磁気ギアードモータの外部空間部とを連通する孔と、を備える、
ものである。

これにより、磁気ギアードモータの冷却効率をより向上できる。こうして、熱が生じるコイルに対して変調磁極を固定した場合においても、固定子のコイルで発生した熱を効率よく冷却でき、所望のトルクを得ることができる。
また、磁気ギアードモータを効率よく冷却することで、同一体積でより出力を高めること、同一出力で体積を抑制できることができる。また永久磁石の耐熱グレードを下げること、コイルの断面積を小さくして材料費を抑制することも可能となる。

また、上記のように構成された本実施の形態の磁気ギアードモータにおいては、
前記モールド樹脂部は、前記磁極片の軸方向端部を支持する第３支持部を備える、
ものである。

実施の形態２に示したモールド樹脂部４４０では、変調磁極群３０の固定子２０に対する径方向Ｘ、周方向Ｓの位置決めを行った切欠部４４０Ｋが形成されていた。そのため、変調磁極群３０の軸方向下側Ｙ２の端面よりも軸方向下側Ｙ２にはモールド樹脂が存在していなかったが、本実施の形態では、図１８に示したように、変調磁極群３０の軸方向下側Ｙ２の端部を指示する第３支持部５４０Ｋが形成されている。このような構成とすることで、例えば、回転の振動等による変調磁極群３０の軸方向Ｙの位置ずれを防止できる。また、変調磁極群３０のより広い範囲をモールド樹脂により固定することができ、変調磁極群３０の固定強度を増やしたり、冷却効率を増加することが可能となる。

実施の形態５．
以下、本願の実施の形態５を、上記実施の形態１と異なる箇所を中心に図を用いて説明する。上記実施の形態１と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。
図１９は、実施の形態５による磁気ギアードモータ５００の概略構成を示す軸方向に平行な方向における断面図である。

実施の形態１の磁気ギアードモータ１００は、径方向内側Ｘ１から径方向外側Ｘ２に向けて、回転子１０、変調磁極群３０、固定子２０、の順に配置されたインナーロータ型の構成を示した。
本実施の形態の磁気ギアードモータ５００、５００Ａは、径方向内側Ｘ１から径方向外側Ｘ２に向けて、固定子２０、変調磁極群３０、回転子１０の順に配置されたアウターロータ型の構成を有する。固定子２０が発生する磁界の回転数は、回転子１０の回転数よりも高速である。

固定子２０の径方向中心部側には、軸方向に貫通する貫通孔が設けられ、シャフト１１が挿入される。そして、このシャフト１１の径方向外側Ｘ２において固定子鉄心２１が固定されている。実施の形態１と同様に、固定子２０においては、固定子鉄心２１にコイル２２を巻くことによって電磁石が構成される。また、固定子鉄心２１の径方向外側Ｘ２において、変調磁極群３０が周方向Ｓに設定された隙間を介して複数個配置された磁極片３１を有しており、モールド樹脂部４０により固定子２０と一体化して固定されている。

変調磁極群３０に対して、径方向Ｘに隙間を介して対向する位置に永久磁石１３が配置されている。この永久磁石１３は回転子鉄心１２に固定されており、ラジアル方向に着磁されている。この回転子鉄心１２の軸方向Ｙの両端側にブラケット５１が配置され、そのブラケット５１の軸中心部分に一対の軸受５１Ａ、５１Ｂがある。つまり、本実施の形態では、最も径方向外側Ｘ２において回転子１０が回転する。

本実施の形態ではシャフト１１は回転しない。シャフト１１は中空円筒部品であり、その内径部に固定子２０のコイル２２に通電するためのケーブル等を通すことができる。このようにすることで、回転子１０が回転しても通電用のケーブルが巻き込めるという懸念をなくすことができる。

図２０は、実施の形態５による磁気ギアードモータ５００Ａの概略構成を示す軸方向に平行な方向における断面図である。
図２０に示す磁気ギアードモータ５００Ａは、ファン駆動体（換気扇）であり、図１１に示した磁気ギアードモータ５００の回転子１０の径方向外側Ｘ２の端面において、径方向外側Ｘ２に延びる羽根部５１５を取り付けた構造である。
つまり回転子１０を回転させてファンを駆動させることで空気を送り出すことができる。

実施の形態１に示したインナーロータ型では、シャフト１１を軸方向Ｙに伸ばした位置に羽根を取り付ける必要があるため、ファン駆動体としての軸方向長さが長くなってしまう。しかし本実施の形態では、回転子１０の外径部に直接、羽根部５１５を取り付けるだけでよいため、軸方向Ｙの長さを短くしたい製品で有利となる。

また、回転子１０の軸方向Ｙの両端部において固定子２０を収納するファンボス部５１６が設けられている。ファンボス部５１６は軸受５１Ａ、５１Ｂを介してシャフト１１により回転可能に支持され、ファンボス部５１６は、回転子１０の回転に伴って回転する。

上記のように構成された本実施の形態の磁気ギアードモータにおいては、
径方向内側から外側に向けて、前記固定子、前記変調磁極群、前記回転子の順に配置された、
ものである。

このような構成にすることで、アウターロータ型回転電機となり、固定子を径方向外側に配置する場合に比べ、固定子に用いる材料の使用量を抑制できる。

また、上記のように構成された本実施の形態の磁気ギアードモータにおいては、
前記回転子の径方向外側の端面において、径方向外側に延びる羽根部が設けられた、
ものである。

こうして、回転子の径方向外側に別の部材を固定し、その部材と羽根部とを固定する場合にくらべ、部品点数を抑制することが可能である。こうして、構造が簡略化された高性能のファン駆動体を提供できる。

また、上記のように構成された本実施の形態の磁気ギアードモータにおいては、
前記固定子の径方向中心部に設けられた軸方向に貫通する貫通孔に、前記回転子の回転軸が挿入され、
前記回転子の軸方向両端部において前記固定子を収納するファンボス部が設けられ、該ファンボス部は軸受けを介して前記回転軸により回転可能に支持され、該ファンボス部は前記回転子の回転に伴って回転する、
ものである。

このように回転子の径方向外側に羽根部を設けて、磁気ギアードモータの固定子および回転子をファンボス部内に収納している。このように磁気ギアードモータを構成する各部品がファンボス部内に収納させることで、羽根部が回ったときの風路に磁気ギアードモータを構成する各部品がない。これによって、風の損失を大きくすることがなく、電気機器の高効率化を図ることができる。

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１０ 回転子、２０ 固定子、２１ 固定子鉄心、２１Ｙ バックヨーク部、
２１Ｔ ティース部、２２ コイル、３０ 変調磁極群、３１ 磁極片、
４０，４４０ モールド樹脂部（断熱部）、３４０，３４０Ｈ 空隙部（断熱部）、
Ｂ１，Ｂ２ 第１支持部、Ｂ３，Ｂ４ 第２支持部、５４０Ｋ 第３支持部、
４４０Ｋ 切欠部（凹部）、４１５ ファン、４４０Ｈ，４５１Ｈ 孔、
５１５ 羽根部、５１６ ファンボス部、
１００，３００，４００，５００，５００Ａ 磁気ギアードモータ。

Claims (14)

1. 周方向に磁極対を有する回転子と、
   前記回転子に対して径方向に隙間を介在して同軸上に配置され、電磁石として機能するコイルを有して、該コイルにより周方向に磁極対を形成して回転磁界を生じさせる固定子と、
   前記固定子と前記回転子との間に設けられ、それぞれ周方向に設定された隙間を介して配置された複数の磁極片を有して、前記固定子と前記回転子との間の磁束を変調して前記回転磁界の回転速度を変化させて前記回転子に伝達する変調磁極群と、を備え、
   前記変調磁極群は、断熱部を介して前記固定子に固定されて、該断熱部により前記固定子に対する前記変調磁極群の相対位置が固定される、
   磁気ギアードモータ。
2. 前記断熱部は、
   前記変調磁極群と前記固定子との間に樹脂がモールド成形されて設けられたモールド樹脂部、あるいは、前記変調磁極群と前記固定子との間に設けられる空隙部、の少なくとも一方の構成を有して構成される、
   請求項１に記載の磁気ギアードモータ。
3. 前記固定子は、環状のバックヨーク部と、該バックヨーク部から周方向に所定の間隔を隔てて径方向内側に突出する複数のティース部とを備えた固定子鉄心を有し、
   前記コイルは前記ティース部に巻回されて構成され、
   前記断熱部が前記モールド樹脂部を有する構成において、
   前記モールド樹脂部は、前記ティース部の周方向端部および径方向内側端部を支持する第１支持部と、前記変調磁極群の周方向端部および径方向外側端部を支持する第２支持部と、を備える、
   請求項２に記載の磁気ギアードモータ。
4. 前記モールド樹脂部は、前記磁極片の軸方向端部を支持する第３支持部を備える、
   請求項３に記載の磁気ギアードモータ。
5. 前記モールド樹脂部の軸方向両端の端面の内、少なくとも一端側の端面は、前記固定子および前記磁極片の軸方向一端側の端面よりも軸方向他端側に形成される、
   請求項３または請求項４に記載の磁気ギアードモータ。
6. 前記断熱部として、前記モールド樹脂部と前記空隙部とを備える構成において、
   前記空隙部は、前記モールド樹脂部内において軸方向に延在するよう形成され、該空隙部の少なくとも一方の端部が前記モールド樹脂部の軸方向端部側において開口する、
   請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の磁気ギアードモータ。
7. 径方向内側から外側に向けて、前記回転子、前記変調磁極群、前記固定子の順に配置された、
   請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の磁気ギアードモータ。
8. 前記回転子の回転軸に設けられるファンと、
   軸方向の少なくとも一方側に形成される、前記回転子の周りの空間部と該磁気ギアードモータの外部空間部とを連通する孔と、を備える、
   請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の磁気ギアードモータ。
9. 径方向内側から外側に向けて、前記固定子、前記変調磁極群、前記回転子の順に配置された、
   請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の磁気ギアードモータ。
10. 前記回転子の径方向外側の端面において、径方向外側に延びる羽部が設けられた、
    請求項９に記載の磁気ギアードモータ。
11. 前記固定子の径方向中心部に設けられた軸方向に貫通する貫通孔に、前記回転子の回転軸が挿入され、
    前記回転子の軸方向両端部において前記固定子を収納するファンボス部が設けられ、該ファンボス部は軸受けを介して前記回転軸により回転可能に支持され、該ファンボス部は前記回転子の回転に伴って回転する、
    請求項１０に記載の磁気ギアードモータ。
12. 前記固定子により回転磁界が供給されて回転力が与えられる前記回転子のみを回転体として備える、
    請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の磁気ギアードモータ。
13. 前記固定子の極対数、前記回転子の極対数、前記変調磁極群の前記磁極片の数は、以下関係式を満たすように構成される、
    Ｎｓ＝Ｎ１±Ｎｈ
    但し、Ｎｓは前記固定子の極対数、Ｎｈは前記回転子の極対数、Ｎ１は前記変調磁極群の前記磁極片の数を示す、
    請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の磁気ギアードモータ。
14. 請求項５に記載の磁気ギアードモータの製造方法であって、
    軸方向一端側に突出する突出部を備えた金型を、該突出部が前記変調磁極群と前記固定子との間に挿入されるように前記変調磁極群の軸方向他端側に配置し、
    前記金型の前記突出部により、前記ティース部の周方向端部および径方向内側端部と、前記変調磁極群の周方向端部および径方向外側端部と、を支持した状態で、
    前記変調磁極群と前記固定子との間に樹脂をモールド成形して前記モールド樹脂部を形成して、該モールド樹脂部により前記固定子に対する前記変調磁極群の相対位置を固定する、
    磁気ギアードモータの製造方法。

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