JP5056920B2 - コアレス電気機械装置 - Google Patents
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相対的に移動可能な第1と第2の部材を有するコアレス電気機械装置であって、ローターであり、永久磁石を有する第1の部材と、ステーターであり、空心の電磁コイルと、積層構造を有するコイルバックヨークと、ケースと、を有する第2の部材と、を備え、前記ローターと前記ステーターは、前記ローターの回転軸を中心とする同心円筒形状を有しており、前記永久磁石と前記電磁コイルは、前記ローターと前記ステーターの対向する円筒面に対向して配置されており、前記電磁コイルは、前記電磁コイルにおいて前記第1の部材を相対的に移動方向に移動させる力を生じさせる有効コイル領域と、コイルエンド領域とを有しており、前記コイルバックヨークは、円筒形状を有しており、前記電磁コイルの前記永久磁石と反対側の面側に配置されており、前記有効コイル領域を覆い、前記コイルエンド領域を覆っておらず、前記コイルバックヨークは、前記ローターの回転軸と平行な凹部であって、前記円筒形状の前記電磁コイル側の内壁に設けられ、前記円筒形状の外壁まで達していない凹部と、前記電磁コイルの極間において前記極間を中心に凸となる突起部とを有しており、前記永久磁石は、前記永久磁石から前記電磁コイルに向かう方向及び前記移動方向のそれぞれと垂直な方向の両端部に前記ローターの回転軸と平行な方向への磁束の漏れを抑制するサイドヨークを備えている、コアレス電気機械装置。
[実施形態2]
実施形態1に記載のコアレス電気機械装置において、前記円筒形状は、穴あき円盤を前記第1の部材の移動方向と垂直な方向に積層することにより形成されている、コアレス電気機械装置。
[実施形態3]
実施形態1に記載のコアレス電気機械装置において、前記円筒形状は、幅よりも小さい厚さを有する板を厚さ方向に螺旋状に巻くことにより形成されている、コアレス電気機械装置。
[実施形態4]
実施形態2または3に記載のコアレス電気機械装置において、前記穴あき円盤または前記幅よりも小さい厚さを有する板は、鋼板材で形成されており、前記鋼板材の厚さは、0.1mm以下である、コアレス電気機械装置。
[実施形態5]
実施形態1〜4のうちのいずれか一つに記載のコアレス電気機械装置において、前記永久磁石から前記電磁コイルに向かう方向に前記永久磁石を投影したときの前記ケースの投影領域に前記コイルバックヨークが設けられ、前記ケースの投影領域外には、前記コイルバックヨークが設けられていない、コアレス電気機械装置。
[実施形態6]
実施形態5に記載のコアレス電気機械装置において、前記ケースのうち前記投射領域を除いた部分は、非導電性材料で構成されている、コアレス電気機械装置。
[実施形態7]
実施形態1〜6のうちのいずれか一つに記載のコアレス電気機械装置において、さらに、前記回転軸を支持する軸受けを有し、前記軸受けは、非導電性材料で構成されている、コアレス電気機械装置。
[実施形態8]
実施形態7に記載のコアレス電気機械装置において、前記軸受けは、非導電性材料で構成されたボール部を有する、コアレス電気機械装置。
[実施形態9]
実施形態1〜8のうちのいずれか一項に記載のコアレス電気機械装置において、前記コイルバックヨークは、外気に露出している、コアレス電気機械装置。
[実施形態10]
コアレス電気機械装置であって、永久磁石を有するローターと、前記ローターを回転させる力を生じさせる有効コイル領域と、コイルエンド領域とを有し、空芯である電磁コイルを有するステーターと、前記有効コイル領域を覆い、前記コイルエンド領域を覆っていないコイルバックヨークと、前記ローターとステーターと前記コイルバックヨークとを囲うケースと、を備え、前記有効コイル領域は、前記永久磁石から前記電磁コイルに向けて前記永久磁石を投影したときの投影領域であり、前記コイルバックヨークは、前記ローターの回転方向と平行な厚さ0.1mm以下の鋼板材を積層して形成されており、前記コイルバックヨークは、前記ローターの回転軸と平行な凹部であって、前記円筒形状の前記電磁コイル側の内壁に設けられ、前記円筒形状の外壁まで達していない凹部と、前記電磁コイルの極間において前記極間を中心に凸となる突起部とを有しており、前記ケースは、前記コイルバックヨークと重ならない部分において、非導電性材料で構成されており、前記永久磁石は、前記永久磁石から前記電磁コイルに向かう方向及び前記移動方向のそれぞれと垂直な方向の両端部に前記ローターの回転軸と平行な方向への磁束の漏れを抑制するサイドヨークを備えている、コアレス電気機械装置。
[適用例1]
相対的に移動可能な第1と第2の部材を有するコアレス電気機械装置であって、前記第1の部材に配置された永久磁石と、前記第2の部材に配置された空芯の電磁コイルと、前記第2の部材に配置された積層構造を有するコイルバックヨークと、を備え、前記電磁コイルは、前記永久磁石と前記コイルバックヨークとの間に配置されており、前記電磁コイルは、前記電磁コイルにおいて前記第1の部材を相対的に移動方向に移動させる力を生じさせる有効コイル領域と、コイルエンド領域とを有しており、前記コイルバックヨークは、前記有効コイル領域を覆い、前記コイルエンド領域を覆っていない、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、渦電流の発生を抑えることが出来るので、渦電流損によるロスを低減し、大トルクを実現できる。
適用例1に記載のコアレス電気機械装置において、前記有効コイル領域は、前記永久磁石から前記電磁コイルに向けて前記永久磁石を投影したときの投影領域である、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、永久磁石の磁束を有効に使うことが出来るので、ロスを低減し、大トルクを実現できる。
適用例1または適用例2に記載のコアレス電気機械装置において、前記コイルバックヨークは、前記第1の部材の移動方向と垂直な方向に積層された複数の鋼板材を有する、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、コイルバックヨークが、移動部の移動方向と平行な層構造を有する積層鋼板材を有するので、移動方向と垂直方向の渦電流の生成を抑制することができる。
適用例3に記載のコアレス電気機械装置において、前記鋼板材の厚さは、0.1mm以下である、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、積層鋼板材の厚さは、0.1mm以下であるので、渦電流に発生を抑制しやすい。
請求項4に記載のコアレス電気機械装置において、前記鋼板材の厚さは、約0.1mmである、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、積層鋼板材の厚さは、約0.1mmであってもよい。
適用例1から適用例5のいずれかに記載のコアレス電気機械装置において、前記永久磁石は、前記永久磁石から前記電磁コイルに向かう方向及び前記移動方向のそれぞれと垂直な方向の両端部にサイドヨークを備える、電気機械装置。
この適用例によれば、サイドヨークにより磁石の側面方向への磁束の漏れを抑制できる。
適用例1から適用例6までのうちのいずれか1つの適用例に記載のコアレス電気機械装置において、 前記第1の部材は、前記永久磁石を有するローターであり、前記第2の部材は、前記空心の電磁コイルと、前記コイルバックヨークと、ケースと、を有するステーターであり、前記ローターと前記ステーターは、前記ローターの回転軸を中心とする同心円筒形状を有しており、前記永久磁石と前記電磁コイルは、前記ローターと前記ステーターの対向する円筒面に対向して配置されており、前記永久磁石から前記電磁コイルに向かう方向に前記永久磁石を投影したときの前記ケースの投影領域に前記コイルバックヨークが設けられ、前記ケースの投影領域外には、前記コイルバックヨークが設けられていない、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、渦電流の発生を抑制し、渦電流損によるロスを少なくすることが可能となる。
適用例1から適用例6までのうちのいずれか1つの適用例に記載のコアレス電気機械装置において、前記第1の部材は、前記永久磁石を有するローターであり、前記第2の部材は、前記空心の電磁コイルと、前記コイルバックヨークと、ケースと、を有するステーターであり、前記ローターと前記ステーターは、前記ローターの回転軸に垂直な第1と第2の円盤形状を有しており、前記永久磁石と前記電磁コイルは、前記ローターと前記ステーターの対向する円盤面に対向して配置されており、前記永久磁石から前記電磁コイルに向かう方向に前記永久磁石を投影したときの前記ケースの投影領域に前記コイルバックヨークが設けられ、前記ケースの投影領域外には、前記コイルバックヨークが設けられていない、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、いわゆるアキシャルギャップ型の電気機械装置に適用が可能である。
適用例7に記載のコアレス電気機械装置において、前記投影方向は、前記回転軸を中心とする放射方向である、コアレス電気機械装置。
適用例7または適用例9に記載のコアレス電気機械装置において、前記コイルバックヨークは、円筒形状を有しており、前記円筒形状は穴あき円盤を積層することにより形成されている、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、コイルバックヨークは、穴あき円盤を積層することにより、円筒状に形成されている。渦電流は、穴あき円盤の面に沿って生成するので、渦電流を少なくすることが可能となる。
適用例7または適用例9に記載のコアレス電気機械装置において、前記コイルバックヨークは、円筒形状を有しており、前記円筒形状は、幅よりも小さい厚さを有する板を厚さ方向に螺旋状に巻くことにより形成されている、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、コイルバックヨークは、板を螺旋状に巻いて形成されているので、穴あき円盤を円筒形にそろえる必要がなく、成形や製造が容易となる。
適用例10または適用例11に記載のコアレス電気機械装置において、前記コイルバックヨークは、前記円筒形状の前記電磁コイル側の側面に切り欠き部を有する、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、コイルバックヨークは電磁コイル側の側面に切り欠き部を有するので、切り欠き部により渦電流を抑制することができる。
適用例12に記載のコアレス電気機械装置において、前記切り欠き部は、前記円筒形状の前記電磁コイルと反対側の側面まで達している、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、切り欠き部は円筒形状の前記電磁コイルと反対側の側面まで達しているので、渦電流を抑制する効果が大きい。
適用例7、適用例9から適用例13まで、のうちのいずれか1つの適用例に記載のコアレス電気機械装置において、前記コイルバックヨークは、前記回転軸の方向に向かって突き出ている突起を備え、前記電磁コイルは、前記突起の前記回転軸側に配置されている、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、突起に磁束を集中させることが出来る。その結果、電磁コイルを流れる電子に与えるローレンツ力を大きくすることが出来、トルクを増大させることが可能となる。また、突起と突起の間は、バックヨークの厚さが薄くなるので、突起間の渦電流を抑制できる。
適用例14に記載のコアレス電気機械装置において、前記突起は、前記回転軸を中心として、点対称に配置されている、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、コギングトルクを軽減し、振動の少ない回転運動を実現することが可能となる。
適用例8に記載のコアレス電気機械装置において、前記投射方向は、前記回転軸と平行な方向である、コアレス電気機械装置。
適用例8または適用例16に記載のコアレス電気機械装置において、前記コイルバックヨークは、穴あき円盤形状を有しており、前記穴あき円盤形状は、細長い平板をゼンマイバネ状に巻くことにより形成されている、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、コイルバックヨークの穴あき円盤形状は、細長い平板をゼンマイバネ状に巻くことにより形成されているので、穴あき円盤の放射方向の渦電流の発生を抑制し易い。
適用例17に記載のコアレス電気機械装置において、前記穴あき円盤形状は、前記電磁コイル側の面に切り欠き部を有する、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、コイルバックヨークは切り欠き部を有するので、切り欠き部により渦電流を抑制することができる。
適用例18に記載のコアレス電気機械装置において、前記切り欠き部は、前記穴あき円盤形状の前記電磁コイルと反対側の面まで達している、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、切り欠き部は穴あき円盤形状の電磁コイル側と反対側の面まで達しているので、渦電流を抑制する効果が大きい。
適用例7から適用例19のいずれか1つの適用例に記載のコアレス電気機械装置において、前記ケースのうち、前記投射領域を除いた部分は、非導電性材料で構成されている、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、前記端面部、前記側面部のうち、前記投射領域を除いた部分は、非導電性材料で構成されているので、渦電流損の発生を抑制し、渦電流損による影響を少なくすることが可能となる。その結果、電気機械装置の発熱を抑制することも可能となる。
適用例7から適用例20のいずれか1つの適用例に記載のコアレス電気機械装置において、さらに、前記回転軸を支持する軸受けを有し、前記軸受けは、非導電性材料で構成されている、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、軸受けは、非導電性材料で構成されているので、渦電流損の発生を抑制し、渦電流損による影響を少なくすることが可能となる。その結果、電気機械装置の発熱を抑制することも可能となる。
適用例21に記載のコアレス電気機械装置において、前記軸受けは、非導電性材料で構成されたボール部を有する、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、軸受けは、非導電性材料で構成されたボール部を有するので、ボール部における渦電流損の発生を抑制し、渦電流損による影響を少なくすることが可能となる。その結果、電気機械装置の発熱を抑制することも可能となる。
適用例7から適用例22のうちのいずれか1つの適用例に記載のコアレス電気機械装置において、前記コイルバックヨークは、外気に露出している、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、コイルバックヨークが渦電流損により発熱しても、容易に放熱できる。
適用例1から適用例6までのうちのいずれか一項に記載のコアレス電気機械装置において、前記第1の部材は、内部に磁石を有する棒状構造を有し、前記材2の部材は、前記材1の部材を軸とする周回方向に巻かれた電磁コイルを有し、前記第1の部材に沿って移動し、前記コイルバックヨークは、前記第2の部材の移動方向と平行な層を有する積層構造を有している、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、本発明は、回転型のモーターだけでなく、リニアモーター、シャフトモーターにも適応することが可能である。
コアレス電気機械装置であって、永久磁石を有するローターと、前記ローターを回転させる力を生じさせる有効コイル領域と、コイルエンド領域「とを有し、空芯である電磁コイルを有するステーターと、前記有効コイル領域を覆い、前記コイルエンド領域を覆っていないコイルバックヨークと、前記ローターとステーターと前記コイルバックヨークとを囲うケースと、を備え、前記有効コイル領域は、前記永久磁石から前記電磁コイルに向けて前記永久磁石を投影したときの投影領域であり、前記コイルバックヨークは、前記ローターの回転方向と平行な厚さ0.1mm以下の鋼板材を積層して形成されており、前記ケースは、前記コイルバックヨークと重ならない部分において、非導電性材料で構成されている、コアレス電気機械装置。
図1は、第1の実施例のコアレスモーターの構成を示す説明図である。図1(A)は、コアレスモーター10を回転軸に平行な面で切った断面であり、図1(B)は、コアレスモーター10を回転軸に垂直な面で切った断面である。コアレスモーター10は、ラジアルギャップ構造のインナーローター型モーターである。このコアレスモーター10では、ステーター15が外側に配置されている。ステーター15の内側には、略円筒状の空間が形成されており、この略円筒状の空間には、略円筒状のローター20が配置されている。
図16は、第2の実施例を示す説明図である。第2の実施例は、第1の実施例と比較すると、ケーシング110において円筒形状部分111を有していない点が異なっている。そして、第2の実施例は、コイルバックヨーク115が、ケーシング110の外に突出している。コイルバックヨーク115の構成は、第1の実施例と同じである。そして、突出したコイルバックヨーク115の外側には、熱伝導性樹脂510が形成されている。第2の実施例の構成であっても、コイルバックヨーク115に生じる渦電流を少なくして、コアレスモーターの効率を向上させることが可能となる。また、第2の実施例では、コイルバックヨーク115がケーシング110の外に突出しているので、渦電流損による発熱が生じても、放熱しやすい。また、本実施例では、バックヨーク115に外側に、熱伝導性樹脂510を備えているので、渦電流損により生じた熱を、熱伝導性樹脂510を介して放熱し易くなっている。
図17は、第3の実施例を示す説明図である。第3の実施例は、コアレスブラシモーターである。第1、第2の実施例では、電磁コイル100がステーター15に設けられ、永久磁石200がローター20に設けられていた。これに対し、第3の実施例では、電磁コイル100がローター20に設けられ、永久磁石200がステーター15に設けられている。すなわち、第1、第2の実施例では、永久磁石が回転するが、第3の実施例では、電磁コイル100が回転する。第3の実施例では、回転する電磁コイル100に流れる電流の向きを変えるためのコミューター170と、コミューター170に接触するブラシ160を備えている。電磁コイル100の永久磁石200と反対側には、コイルバックヨーク115が設けられている。
図19は、第4の実施例のコアレスモーターの構成を模式的に示す説明図である。図19(A)は、コアレスモーター10を回転軸に平行な面で切った断面であり、図19(B)は、コアレスモーターを回転軸に垂直な面(19B−19B切断面)で切った断面である。
また、上記説明では、ラジアルギャップ構造のモーターを例にとって説明したが、アキシャルギャップ構造のモーターであっても同様の適用が可能である。図23は、第5の実施例であるアキシャルギャップ型モーターの構成を示す説明図である。ローター20とステーター15は、ローター20の回転軸230に垂直な第1と第2の円盤形状を有している。そして、永久磁石200と電磁コイル100は、ローター20とステーター15の対向する円盤面に対向して配置されている。永久磁石200から電磁コイル100に向かって磁束線201を投射したときの投射領域(有効長領域113)に磁性体部材を有している。なお、アキシャルギャップ構造の場合、有効長領域113は、穴あき円盤形状を有しており、端面部に設けられている。なお、有効長領域113は、電磁コイル100が有する2つのコイルエンドのうちの第1のコイルエンドと、第2のコイルエンドとの間の部分と重なっていてもよく、永久磁石200を回転させながら回転軸230と平行な方向に投射したときの投射領域と重なっていてもよい。
図24は、第6の実施例を示す説明図である。第6の実施例は、アキシャルギャップ型モーターである。図24(A)は、アキシャルギャップ型モーター10(以下、単に「モーター10」とも呼ぶ。)を回転軸230と平行な面で切ったときの断面図を示している。図24(B)は、ローターの平面図を示し、図24(C)は、電磁コイル100Aの平面図を示し、図24(D)は、電磁コイル100Bの平面図を示し、図24(E)は、コイルバックヨーク115Aの平面図を示している。第6の実施例は、第5の実施例で説明したアキシャルギャップ型モーターと、いくつかの異なる点を除き、ほぼ同じ構成を有している。そこで、以下の説明では、第5の実施例と同じ構成のものについては、同じ符合を付し、説明を省略する。
図26は、第7の実施例を示す説明図である。第7の実施例は、アキシャルギャップ型モーターである。図26(A)は、アキシャルギャップ型モーター10(以下、単に「モーター10」とも呼ぶ。)を回転軸230と平行な面で切ったときの断面図を示している。図26(B)は、モーター10を回転軸と平行な方向から見た図である。
図27は、コイルバックヨークの構成例を示す説明図である。図27(A)に示すコイルバックヨーク115は、図25に示す方法で作成したコイルバックヨークである。図27(B)は、一方の面に切り欠き部115Sを備えるコイルバックヨークを示す。なお、モーター10へのコイルバックヨーク配置時には、この切り欠き部115Sが電磁コイル100A(100B)に隣接する面側に位置するように、コイルバックヨーク115が配置される。このコイルバックヨーク115は、図27(A)に示すコイルバックヨーク115に対して、例えば、ワイヤ放電加工機等を用いて切り込みを入れることにより製造することが可能である。図27(C)は、切り欠き部115Sが他方の面まで達している切り欠き部115Cを有するコイルバックヨークを示す。このコイルバックヨーク115は、図27(A)に示すコイルバックヨークに対して、例えば、ワイヤ放電加工機等を用いて切り込みを入れることの他、打ち抜きプレスにより製造することも可能である。図27(D)は、一方の面に切り欠き部115Sを複数備えるコイルバックヨークを示す。この場合、複数の切り欠き部115Sは、互いに回転対称となる位置に設けられていることが好ましい。なお、切り欠き部115Sと切り欠き部115Cとは、混在していてもよい。ただし、他方の面まで達している切り欠き部115Cは、1個であることが好ましい。他方の面まで達している切り欠き部115Cが複数あると、コイルバックヨーク115が2分されてしまうからである。
図29は、第9の実施例を示す説明図である。第9の実施例は、第4の実施例の円筒形部材113に第8の実施例と同様に、切り欠き部を設けたものである。図29(A)の円筒形部材113は、第4の実施例に示す円筒形部材である。図29(B)は、図29(A)の円筒形部材113の内壁側に切り欠き部113BSを設けたものである。図29(C)は、図29(A)の円筒形部材113に対し、内壁から外壁に達する切り欠き部113BCを設けたものである。このように、円筒形部材113に切り欠き部113BS、113BCを設けてもよい。これにより、渦電流を抑制し、渦電流損を少なくすることが可能となる。なお、本実施例では、板を厚さ方向に螺旋状に巻くことにより形成されている円筒形部材113を例に取り説明したが、穴あき円盤が多数積層された積層構造を有する円筒形部材や、無垢の円筒形部材に切り欠き部113BS、113BCを設けてもよい。
図30は、第10の実施例を示す説明図である。第10の実施例は、リニアモーターである。リニアモーター12は、可動部16と固定部21とを備える。固定部21は、2つの磁石200と、磁石バックヨーク202と、を備える。2つの磁石200は、磁石バックヨーク202を挟むように配置されている。2つの磁石200の磁束の向きは、磁石バックヨーク202側がS極、外側(磁石バックヨーク202と反対側)がN極となっている。なお、N極、S極は逆であってもよい。また、磁石200は、移動方向と平行なスリットを備えていてもよい。
図31は、第11の実施例を示す説明図である。第11の実施例は、シャフトモーター13である。シャフトモーター13は、磁石シャフト205と、移動体17と、を備える。磁石シャフト205は、磁石200と、非磁性体ケース250と、ストッパー260と、を備える。磁石200は、複数あり、非磁性体ケース250中に、直列に並べて配置されている。各磁石200の磁化の方向は、磁石シャフト205の長さ方向であり、交互に向きが180°入れ替わっている。すなわち、隣接する磁石200は、同じ極(N極同士、S極同士)が向かい合っている。そのため、2つの磁石200からの磁束は2つの磁束の間で反発する。結果として、隣接する磁石200の間における磁束の向きは、磁石シャフト205を中心とした放射方向となる。ストッパー260は、磁石シャフト205の両端に配置されており、移動体17が磁石シャフト205から抜けないようにする。
図32は、第12の実施例を示す説明図である。図32(A)は、回転軸230の方向(z方向)から見た図であり、図32(B)は、回転軸230の方向と垂直な方向(x方向)から見た図である。なお、第12の実施例では、図32(B)に示すように、電磁コイルを配置する領域が、電磁コイル100Aが配置される領域と電磁コイル100Bが配置される領域とに分かれている。そのため、図32(A)では、電磁コイル100Aのみが見える状態である。第12の実施例は、第1の実施例と比較するとコイルバックヨーク115の形状が異なっている。すなわち、第12の実施例におけるコイルバックヨーク115は、電磁コイル100Aの極間で重なる部分において、極間を中心に凸となる突起部115dを有している。なお本実施例では、隣り合う突起部115dの間の凹んだ部分を谷部115eと呼ぶ。この構成は、電磁コイル100Bについても同様である。以下、本実施例では、電磁コイル100A、100Bを合わせて電磁コイル100と呼ぶ。本実施例では、コイルバックヨーク115が突起部115dを有しているため、永久磁石200側の面に段差が生じる。そこで、本実施例では、コイルバックヨーク115の永久磁石200側に熱伝導性の樹脂500をモールドすることにより、コイルバックヨーク115の永久磁石200側の面を滑らかにしている。
図33は、磁場解析のモデルを示す説明図である。図33(A)は、回転軸230の方向と垂直な方向(x方向)から見た図であり、図33(B)は、回転軸230の方向(z方向)から見た図である。このモデルでは、6個の永久磁石200と、回転軸230と、磁気センサー300と、コイルバックヨーク115と、を備える。永久磁石200は、回転軸230の周りに配置されており、磁化の方向は、回転軸230を中心とする放射方向である。コイルバックヨーク115は、略円筒形を有しており、永久磁石200と一定の間隔を空けて配置されている。そこで、電磁コイル100が設けられる空間領域の磁束密度を計測するために、ホール素子により構成された磁気センサー300で、永久磁石200の外周表面からコイルバックヨーク115間までの距離(L1)に応じた磁束密度を観測する。
尚、JNEXとJNHF材の材料構成を以下に示す。
JNEX材:鋼板材全域に6.5%のSiを含有加工
JNHF材:鋼板材の両面域の各25%に6.5%のSiを含有加工(中心部50%は未Si)
本発明は、各種の装置に適用可能である。例えば、本発明は、ファンモーター、時計(針駆動)、ドラム式洗濯機(単一回転)、ジェットコースタ、振動モーターなどの種々の装置のモーターに適用可能である。本発明をファンモーターに適用した場合には、上述した種々の効果(低消費電力、低振動、低騒音、低回転ムラ、低発熱、高寿命)が特に顕著である。このようなファンモーターは、例えば、デジタル表示装置や、車載機器、燃料電池式パソコン、燃料電池式デジタルカメラ、燃料電池式ビデオカメラ、燃料電池式携帯電話などの燃料電池使用機器、プロジェクタ等の各種装置のファンモーターとして使用することができる。本発明のモーターは、さらに、各種の家電機器や電子機器のモーターとしても利用可能である。例えば、光記憶装置や、磁気記憶装置、ポリゴンミラー駆動装置等において、本発明によるモーターをスピンドルモーターとして使用することが可能である。また、本発明によるモーターは、移動体やロボット用のモーターとしても利用可能である。
11…被測定モーター
12…リニアモーター
13…シャフトモーター
15…ステーター
16…可動部
17…移動体
20…ローター
21…固定部
100、100A、100B…電磁コイル
101A、101B…コイルエンド
110…ケーシング
111…円筒形状部分
112…円盤形状部分
113…中央部(有効長領域、円筒形部材)
113BS、113BC…切り欠き部
115a…穴あき円盤
115b…板
115C、115S…切り欠き部
115…コイルバックヨーク
115d…突起部
115e…谷部
116…コイルバックヨーク
117…コイルケース
115BC、115BS…切り欠き部
150…板
151、151a、151b、151c、152…凸
160…ブラシ
170…コミューター
200…永久磁石
201…磁束線
202…磁石バックヨーク
230…回転軸
240…軸受け
241…ベアリングボール
260…コイルバネ
300…磁気センサー
310…回路基板
510…熱伝導性樹脂
3100…プロジェクタ
3110…光源
3140…液晶ライトバルブ
3150…クロスダイクロイックプリズム
3160…投写レンズ系
3170…冷却ファン
3180…制御部
3200…携帯電話
3220…ファン
3230…燃料電池
3300…自転車
3310…モーター
3320…制御回路
3330…充電池
3400…ロボット
3410…第1のアーム
3420…第2のアーム
3430…モーター
3500…鉄道車両
3510…モーター
3520…車輪
Claims (10)
- 相対的に移動可能な第1と第2の部材を有するコアレス電気機械装置であって、
ローターであり、永久磁石を有する第1の部材と、
ステーターであり、空心の電磁コイルと、積層構造を有するコイルバックヨークと、ケースと、を有する第2の部材と、
を備え、
前記ローターと前記ステーターは、前記ローターの回転軸を中心とする同心円筒形状を有しており、
前記永久磁石と前記電磁コイルは、前記ローターと前記ステーターの対向する円筒面に対向して配置されており、
前記電磁コイルは、前記電磁コイルにおいて前記第1の部材を相対的に移動方向に移動させる力を生じさせる有効コイル領域と、コイルエンド領域とを有しており、
前記コイルバックヨークは、円筒形状を有しており、前記電磁コイルの前記永久磁石と反対側の面側に配置されており、前記有効コイル領域を覆い、前記コイルエンド領域を覆っておらず、
前記コイルバックヨークは、前記ローターの回転軸と平行な凹部であって、前記円筒形状の前記電磁コイル側の内壁に設けられ、前記円筒形状の外壁まで達していない凹部と、前記電磁コイルの極間において前記極間を中心に凸となる突起部とを有しており、
前記永久磁石は、前記永久磁石から前記電磁コイルに向かう方向及び前記移動方向のそれぞれと垂直な方向の両端部に前記ローターの回転軸と平行な方向への磁束の漏れを抑制するサイドヨークを備えている、コアレス電気機械装置。 - 請求項1に記載のコアレス電気機械装置において、
前記円筒形状は、穴あき円盤を前記第1の部材の移動方向と垂直な方向に積層することにより形成されている、コアレス電気機械装置。 - 請求項1に記載のコアレス電気機械装置において、
前記円筒形状は、幅よりも小さい厚さを有する板を厚さ方向に螺旋状に巻くことにより形成されている、コアレス電気機械装置。 - 請求項2または3に記載のコアレス電気機械装置において、
前記穴あき円盤または前記幅よりも小さい厚さを有する板は、鋼板材で形成されており、
前記鋼板材の厚さは、0.1mm以下である、コアレス電気機械装置。 - 請求項1〜4のうちのいずれか一項に記載のコアレス電気機械装置において、
前記永久磁石から前記電磁コイルに向かう方向に前記永久磁石を投影したときの前記ケースの投影領域に前記コイルバックヨークが設けられ、前記ケースの投影領域外には、前記コイルバックヨークが設けられていない、コアレス電気機械装置。 - 請求項5に記載のコアレス電気機械装置において、
前記ケースのうち前記投射領域を除いた部分は、非導電性材料で構成されている、コアレス電気機械装置。 - 請求項1〜6のうちのいずれか一項に記載のコアレス電気機械装置において、さらに、
前記回転軸を支持する軸受けを有し、
前記軸受けは、非導電性材料で構成されている、コアレス電気機械装置。 - 請求項7に記載のコアレス電気機械装置において、
前記軸受けは、非導電性材料で構成されたボール部を有する、コアレス電気機械装置。 - 請求項1〜8のうちのいずれか一項に記載のコアレス電気機械装置において、
前記コイルバックヨークは、外気に露出している、コアレス電気機械装置。 - コアレス電気機械装置であって、
永久磁石を有するローターと、
前記ローターを回転させる力を生じさせる有効コイル領域と、コイルエンド領域とを有し、空芯である電磁コイルを有するステーターと、
前記有効コイル領域を覆い、前記コイルエンド領域を覆っていないコイルバックヨークと、
前記ローターとステーターと前記コイルバックヨークとを囲うケースと、を備え、
前記有効コイル領域は、前記永久磁石から前記電磁コイルに向けて前記永久磁石を投影したときの投影領域であり、
前記コイルバックヨークは、前記ローターの回転方向と平行な厚さ0.1mm以下の鋼板材を積層して形成されており、
前記コイルバックヨークは、前記ローターの回転軸と平行な凹部であって、前記円筒形状の前記電磁コイル側の内壁に設けられ、前記円筒形状の外壁まで達していない凹部と、前記電磁コイルの極間において前記極間を中心に凸となる突起部とを有しており、
前記ケースは、前記コイルバックヨークと重ならない部分において、非導電性材料で構成されており、
前記永久磁石は、前記永久磁石から前記電磁コイルに向かう方向及び前記移動方向のそれぞれと垂直な方向の両端部に前記ローターの回転軸と平行な方向への磁束の漏れを抑制するサイドヨークを備えている、コアレス電気機械装置。
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