JP7127847B2 - コアレスモータ - Google Patents

Description

この発明はコアレスモータに関する。特に、コアレスモータ内部における回転部（ロータ）の回転運動をコアレスモータの外部に出力するための回転運動伝達機構がコアレスモータ内に内蔵されているコアレスモータに関する。

従来からコアレスモータ及び、コアレスモータ内部における回転部（ロータ）の回転運動をコアレスモータの外部に出力するための回転運動伝達機構に関しては種々の提案が行われている。例えば、特許文献１、２、３、４。

特許文献１記載の発明は、「省エネ型電動自転車ハブモータ」である。偏平型コアレスモータにおけるロータコイルの半径方向内側部分が固定軸に回転可能に支持されている。前記固定軸に回転可能に支持されている、前記ロータコイルの半径方向内側部分が、前記固定軸が伸びる方向で、偏平型コアレスモータから外側に突出している。

前記固定軸が伸びる方向で、偏平型コアレスモータから外側に突出している、前記ロータコイルの半径方向内側部分がサンギヤを構成している。そして、サンギヤを含む遊星回転機構からなる回転運動伝達機構により、前記固定軸の半径方向外側に位置するホイールハブを、前記固定軸の円周方向に回転させるものである。

すなわち、偏平型コアレスモータにおけるロータコイルの回転運動を、固定軸を中心とする、ホイールハブの回転運動に伝達する回転運動伝達機構におけるサンギヤが、偏平型コアレスモータの外側に存在しているものであった。

特許文献２に記載されている発明は、円筒型のコアレスモータ及び、偏平型のコアレスモータであって、以下の構成からなるものである。

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モータの駆動力が取り出される方式のコアレスモータ、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コアレスモータ。

この特許文献２記載の円筒型コアレスモータには減速機などのユニットは内蔵されていない。

特許文献３に記載されている円筒型のコアレスモータは、次の基本的構成を備えている。

コアレスモータの中央で軸方向に伸びていて当該コアレスモータを貫通している固定軸と、
前記固定軸に対して同心円状に配置され、一方の側の端面がステータに支持されていて前記固定軸が伸びる方向に伸びている円筒状コイルと、
前記固定軸に対して同心円状に配置され、前記円筒状コイルを半径方向で互いの間に挟み、どちらか一方の他方に対向する側の面に磁石を備えていて、互いの間に磁気回路を形成する円筒状のインナーヨークとアウターヨークとからなり、半径方向の中心側で前記固定軸に回転可能に支持されているロータ。

特許文献３記載のコアレスモータでは、円筒状のアウターヨークが軸方向における両端部に円板状の部材を備えている。そして、インナーヨークはアウターヨーク内部の空間に存在している。円筒状のアウターヨークが軸方向における両端部に円板状の部材を備えていることにより、インナーヨークが存在しているアウターヨーク内部空間を密閉できるコアレスモータである。

この特許文献３記載の円筒型コアレスモータには減速機などのユニットは内蔵されていない。

特許文献４には、モータ出力軸と所望の出力軸の間に減速機を設けることで、モータから減速された出力を取り出すコアレスモータが記載されている。

特許文献４に記載されている円筒型のコアレスモータは、前記の「モータ出力軸」としてモータ軸、前記の「所望の出力軸」として、前記モータ軸と同一の軸線上に位置している出力軸を備えている。

前記モータ軸はコアレスモータの円筒状コイルを支持していて、円筒状コイルの回転と共に回転する。

特許文献４に記載されている円筒型のコアレスモータでは、円筒状コイルの回転と共に回転するモータ軸の回転運動を、遊星歯車機構からなる回転運動伝達機構によって、出力軸の回転運動に伝達している。

この回転運動伝達機構は、円筒状コイルの半径方向で内側に配備されている。

特許文献４に記載されている円筒型のコアレスモータでは、円筒状コイルの半径方向で内側に配備されている遊星歯車機構からなる回転運動伝達機構における太陽ギヤは、前記モータ軸と同一の軸線上に位置している前記出力軸の側に支持されている。

このように、モータ軸とは別体である出力軸の側に支持されている太陽ギヤが、円筒状コイルの回転と共に回転するモータ軸の出力軸側に配備されているピニオンギヤと噛みあう構造になっている。

中国特許出願公開公報第１０６３８５１３５号公報 特開２０１６－２７７８６号公報 特開２０１７－１８６００６号公報 特開２００９－２８４５８４号公報

上述した円筒型のコアレスモータで、その円筒体の一方の側と、他方の側とにそれぞれ異なる電気機器を配備して上述した円筒型のコアレスモータを使用することが考えられる。

このような場合に、中間に位置する円筒型のコアレスモータを介して一方から他方へ、あるいは他方から一方へ電気信号を送ったり、電力供給を行う、等ができるようになれば有利である。

上述した従来のコアレスモータにおいてはこのような提案は行われていなかった。

そこでこの発明は、円筒側のコアレスモータの一方側から、当該一方側に対向する他方側に向けて電気信号送信や、電力供給などを行うことのできるコアレスモータを提案することを目的にしている。

円筒型のコアレスモータにおける円筒状ハウジングの円筒状部の円周方向回転運動の中心となるシャフト部が、当該シャフト部が伸びる方向で、当該シャフト部内を貫通する空洞部を備えている。この空洞部内に前記コアレスモータの一方の端の側から、対向する他方の端側まで伸びる配管及び／又は配線が施されている構造を採用した。

［１］
円筒状部と当該円筒状部の一方の端から半径方向内側に伸びる円板状部とを備える円筒状ハウジングと、
前記円筒状部の前記半径方向内側で、前記円筒状部が伸びる方向に伸びて、前記円板状部の前記半径方向内側の中心側を回転可能に支持するシャフトと、
前記円筒状部の前記半径方向内側で前記シャフトに対して同心円状に配置され、前記一方に対向する他方の側の端面がステータによって固定的に支持され、前記一方の端の側に向かって伸びている円筒状コイルと、
前記円筒状部の前記半径方向内側で、前記シャフトに対して同心円状に配置され、前記円筒状コイルを半径方向で互いの間に挟み、どちらか一方の他方に対向する側の面に磁石を備えていて、互いの間に磁気回路を形成する円筒状のインナーヨークとアウターヨークとからなり、前記半径方向内側の中心側で前記シャフトに固定的に支持されているロータと、
前記ロータ及び前記シャフトの、前記シャフトの円周方向への回転運動を、前記シャフトを中心とする前記円筒状部の前記円周方向への回転運動に伝達する回転運動伝達機構とを備えていて、
前記回転運動伝達機構を構成する複数のギヤ部材からなる遊星歯車機構において、前記ロータの前記円周方向への回転運動を受けて、前記回転運動の伝達を行う第一段のサンギヤが前記円筒状コイルの半径方向内側に位置し、
前記シャフトが、前記シャフト内を前記シャフトが伸びる方向に貫通する空洞部を備えていて、前記一方の端の側から、対向する前記他方の端側まで伸びる配管及び／又は配線が前記空洞部内に施されている
コアレスモータ。

［２］
前記シャフトは、前記一方の端の側に配備されていて、前記円板状部の前記半径方向内側の中心側を回転可能に支持すると共に、前記ロータの前記半径方向内側の中心側を固定的に支持する第一シャフトと、前記円筒状部の前記半径方向内側で前記第一シャフトと同軸方向に伸びる第二シャフトとを備えていて、
前記回転運動伝達機構を構成する複数のギヤ部材からなる前記遊星歯車機構は、
前記ロータの回転と共に回転する前記第一シャフトの回転運動を前記第二シャフトの回転運動に伝達する第一の遊星歯車機構と、
前記第二シャフトの回転運動を、前記円筒状部の回転運動に伝達する第二の遊星歯車機構とを備えている［１］のコアレスモータ

この発明によれば、円筒側のコアレスモータの一方側から、当該一方側に対向する他方側に向けて電気信号送信や、電力供給などを行うことのできるコアレスモータを提供することができる。

本発明の一実施形態の内部構造を説明する一部を省略した断面図

図１図示のコアレスモータ１は、円筒状ハウジング４、第一シャフト５、第二シャフト６、円筒状コイル７、ロータ１１を備えている。

円筒状ハウジング４は、円筒状部２と円筒状部２の一方の端から半径方向内側に伸びる円板状部３とを備えている。図示の実施形態では、円板状部３は、円筒状部２の右側の端から半径方向内側に伸びている。

円板状部３の半径方向内側の中心側は、第一シャフト５によって回転可能に支持されている。

第一シャフト５は、円筒状部２の半径方向内側で、円筒状部２が伸びる方向に伸びている。図１図示のコアレスモータ１では、第一シャフト５の他に、円筒状部２の半径方向内側で、第一シャフト５と同軸方向に伸びている第二シャフト６も配備されている。

コアレスモータ１を構成する円筒状ハウジング４の円筒状部２は円周方向へ回転する。この円周方向回転運動の中心となるシャフト部が、第一シャフト５と第二シャフト６とによって形成されている構造である。

円筒状コイル７は、円筒状ハウジング４の円筒状部２の半径方向内側で第一シャフト５に対して同心円状に配置されている。円筒状コイル７は、前記一方に対向する他方の側の端面がステータによって固定的に支持され、前記一方の端の側に向かって伸びている。図１では、図１中の左側の端面がステータによって固定的に支持され、図１における右側に向かって伸びている構造になっている。

円筒状コイル７は通電可能な無鉄心コイルである。図示の実施形態では、図１中、第一シャフト５が伸びる方向である長手方向に複数の離間された線状部と絶縁層を介して重畳により形成される導電性金属シートの積層体構造によって円筒状に形成されている。半径方向における厚みは、例えば、５ｍｍ以下で、所定の剛性を備えている。このような円筒状のコイルは、例えば、日本国特許第３７０４０４４号に記載されている製造方法によって製造される。

ロータ１１は、円筒状部２の半径方向内側で、第一シャフト５に対して同心円状に配置され、半径方向内側の中心側で第一シャフト５に固定的に支持されている。こうして、図１図示の実施形態では、円筒状ハウジング４の円筒状部２の円周方向回転運動の中心となるシャフト部を第二シャフト６と共に構成する第一シャフト５は、コアレスモータ１の一方の端の側（図１の右端側）に配備されていて、円板状部３の半径方向内側の中心側を回転可能に支持すると共に、ロータ１１の半径方向内側の中心側を固定的に支持している。

ロータ１１は、円筒状のインナーヨーク９、円筒状のアウターヨーク１０、磁石８を備えている。

インナーヨーク９とアウターヨーク１０とは、円筒状部２の半径方向内側で、第一シャフト５に対して同心円状に配置され、円筒状コイル７を半径方向で互いの間に挟んでいる。図示の実施形態では、アウターヨーク１０のインナーヨーク９に対向する側の面に磁石８が配備されている。これによって、インナーヨーク９とアウターヨーク１０との間に断面ドーナッツ形状の磁界が形成され、磁気回路が形成される。

図示していないが、インナーヨーク９のアウターヨーク１０に対向する側の面に磁石８が配備され、これによって、インナーヨーク９とアウターヨーク１０との間に磁気回路が形成される構成にすることもできる。

第一シャフト５は第一シャフト５内を第一シャフト５が伸びる方向に貫通する空洞部１２を備えている。また、第二シャフト６は第二シャフト６内を第二シャフト６が伸びる方向に貫通する空洞部１３を備えている。空洞部１２と空洞部１３とは第一シャフト５、第二シャフト６が伸びる方向で連続している。これによって、第一シャフト５と第二シャフト６とによって形成されている、円筒状ハウジング４の円筒状部２の円周方向回転運動の中心となるシャフト部は、当該シャフト部内を当該シャフト部が伸びる方向に貫通する空洞部を備えている構造になっている。

第一シャフト５の空洞部１２、第二シャフト６の空洞部１３内には、上述した一方の端の側（図１の右側）から、対向する他方の端側（図１の左側）まで伸びる配管１４及び／又は配線１５が施されている。

これによって、円筒状ハウジング４の円筒状部２の円周方向回転運動の中心となるシャフト部が備えている、当該シャフト部が伸びる方向で、当該シャフト部内を貫通する空洞部内には、コアレスモータ１の一方の端の側（図１の右側）から、対向する他方の端側（図１の左側）まで伸びる配管１４及び／又は配線１５が施されている構造になっている。

空洞部１２、空洞部１３の径の大きさは、第一シャフト５、第二シャフト６に要求される機械的剛性が確保されるならば、第一シャフト５、第二シャフト６の径の範囲内で種々に変更することが可能である。

配線１４としては、例えば、図１におけるコアレスモータ１の右側に配備されている電気機器（不図示）から、コアレスモータ１の左側に配備されている電気機器（不図示）に対して電気信号を送る信号線や、電力供給に使用される電力線などが考えられる。

図１図示のコアレスモータ１において、インナーヨーク９とアウターヨーク１０との間に断面ドーナッツ状の磁界が形成されている下で円筒状コイル７に所定の電流を供給することによりロータ１１及び第一シャフト５は第一シャフト５の円周方向へ回転する。

図１図示のコアレスモータ１は、ロータ１１及び第一シャフト５の回転運動を、第一シャフト５を中心とする円筒状部２の円周方向回転運動に伝達する回転運動伝達機構を備えている。この回転運動伝達機構は複数のギヤ部材からなる遊星歯車機構によって構成されている。

この遊星歯車機構は、ロータ１１の回転と共に回転する第一シャフト５の回転運動を第二シャフト６の回転運動に伝達する第一の遊星歯車機構と、第二シャフト６の回転運動を円筒状部２の回転運動に伝達する第二の遊星歯車機構とを備えている。

この第一の遊星歯車機構において、ロータ１１の円周方向への回転運動を受けて、上述した回転運動の伝達を行う第一段のサンギヤは円筒状コイル７の半径方向内側に位置する構造になっている。

図１図示のコアレスモータ１では、ロータ１１が第一シャフト５の円周方向に回転する際、ロータ１１と共に回転する第一シャフト５の図１における左側の端部の外周面１６が、ロータ１１の円周方向への回転運動を受けて上述した回転運動の伝達を行う第一段のサンギヤを構成するものになっている。外周面１６の部分は、円筒状コイル７の半径方向内側に位置している。

第一段のサンギヤを構成する外周面１６の部分の、第一シャフト５の円周方向への回転運動は、第一段の遊星ギヤ１７、第一段のキャリア１８を介して第二シャフト６に伝えられ、第二シャフト６は第一シャフト５と同一の円周方向に回転する。

図１図示のコアレスモータ１では、第二シャフト６が第一シャフト５と同じく第一シャフト５の円周方向への回転する際、第二シャフト６の図１における左側の端部の外周面１９が、第二シャフト６の回転運動を円筒状部２の回転運動に伝達する第二の遊星歯車機構における第二段のサンギヤを構成するものになっている。

第二段のサンギヤを構成する外周面１９の部分の、第二シャフト６の円周方向への回転運動は、第二段の遊星ギヤ２０、第二段のキャリア２１、歯車部２２を介して円筒状部２に伝えられ、コアレスモータ１を構成する円筒状ハウジング４の円筒状部２は、第一シャフト５と第二シャフト６とによって形成されているシャフト部を中心として、その円周方向へ回転する。

以上に説明したように、この実施形態のコアレスモータ１は、円筒型のコアレスモータ１におけるロータ１１及び第一シャフト５の、第一シャフト５円周方向への回転運動を、第一シャフト５を中心とする円筒状部２の円周方向への回転運動に伝達する回転運動伝達機構を備えている。そして、この回転運動伝達機構を構成する複数のギヤ部材からなる遊星歯車機構において、ロータ１１の円周方向への回転運動を受けて、回転運動の伝達を行う第一段のサンギヤは、円筒状コイル７の半径方向内側に位置する構造になっている。

これによって、小型化されている円筒型のコアレスモータのサイズを大きくすることなしに回転運動伝達機構を円筒型のコアレスモータに内蔵させ、当該コアレスモータのシャフト部の周りのロータ１１の回転運動を、ロータ１１の半径方向外側でシャフト部に対して同心円状に配置されている円筒状部２に伝えることができる。

更に、円筒状ハウジング４の円筒状部２の円周方向への回転運動の中心となるシャフト部は、当該シャフト部が伸びる方向で、当該シャフト部内を貫通する空洞部を備えている。そして、この空洞部内にはコアレスモータ１の一方の端の側（図１の右側）から、対向する他方の端側（図１の左側）まで伸びる配管１４及び／又は配線１５が施されている。配線１４としては、例えば、図１におけるコアレスモータ１の右側に配備されている電気機器から、コアレスモータ１の左側に配備されている電気機器に対して電気信号を送る信号線や、電力供給に使用される電力線などを採用することができる。

これによって、円筒型コアレスコータの円筒状部２をシャフト部の円周方向に回転運動させることのできる本実施形態のコアレスモータ１を一の電機機器と他の電気器との間に介装し、当該一の電機機器から当該他の電気器へ操作に必要な電気信号を送ったり、必要な電力供給を行うことが可能になる。

以上、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、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に変更可能である。

例えば、上述した実施形態では、コアレスモータ１を構成する円筒状ハウジング４の円筒状部２の円周方向回転運動の中心となるシャフト部が、第一シャフト５と第二シャフト６とによって形成されていた。これに替えて、第二シャフト６を採用せず、第一シャフト５のみによって上述したシャフト部が形成されている構成にすることもできる。

この場合にも、ロータ１１及び第一シャフト５の、第一シャフト５円周方向への回転運動を、第一シャフト５を中心とする円筒状部２の円周方向への回転運動に伝達する回転運動伝達機構を構成する複数のギヤ部材からなる遊星歯車機構において、ロータ１１の円周方向への回転運動を受けて、回転運動の伝達を行う第一段のサンギヤを、円筒状コイル７の半径方向内側に位置する構造にし、小型化を図ることができる。

１ コアレスモータ
２ 円筒状部
３ 円板状部
４ 円筒状ハウジング
５ 第一シャフト
６ 第二シャフト
７ 円筒状コイル
８ 磁石
９ インナーヨーク
１０ アウターヨーク
１１ ロータ
１２ 空洞部
１３ 空洞部
１４ 配管
１５ 配線

Claims (2)

1. 円筒状部と当該円筒状部の一方の端から半径方向内側に伸びる円板状部とを備える円筒状ハウジングと、
   前記円筒状部の前記半径方向内側で、前記円筒状部が伸びる方向に伸びて、前記円板状部の前記半径方向内側の中心側を回転可能に支持するシャフトと、
   前記円筒状部の前記半径方向内側で前記シャフトに対して同心円状に配置され、前記一方に対向する他方の側の端面がステータによって固定的に支持され、前記一方の端の側に向かって伸びている円筒状コイルと、
   前記円筒状部の前記半径方向内側で、前記シャフトに対して同心円状に配置され、前記円筒状コイルを半径方向で互いの間に挟み、どちらか一方の他方に対向する側の面に磁石を備えていて、互いの間に磁気回路を形成する円筒状のインナーヨークとアウターヨークとからなり、前記半径方向内側の中心側で前記シャフトに固定的に支持されているロータと、
   前記ロータ及び前記シャフトの、前記シャフトの円周方向への回転運動を、前記シャフトを中心とする前記円筒状部の前記円周方向への回転運動に伝達する回転運動伝達機構とを備えていて、
   前記回転運動伝達機構を構成する複数のギヤ部材からなる遊星歯車機構において、前記ロータの前記円周方向への回転運動を受けて、前記回転運動の伝達を行う第一段のサンギヤが前記円筒状コイルの半径方向内側に位置し、
   前記シャフトが、前記シャフト内を前記シャフトが伸びる方向に貫通する空洞部を備えていて、前記一方の端の側から、対向する前記他方の端側まで伸びる配管及び／又は配線が前記空洞部内に施されている
   コアレスモータ。
2. 前記シャフトは、前記一方の端の側に配備されていて、前記円板状部の前記半径方向内側の中心側を回転可能に支持すると共に、前記ロータの前記半径方向内側の中心側を固定的に支持する第一シャフトと、前記円筒状部の前記半径方向内側で前記第一シャフトと同軸方向に伸びる第二シャフトとを備えていて、
   前記回転運動伝達機構を構成する複数のギヤ部材からなる前記遊星歯車機構は、
   前記ロータの回転と共に回転する前記第一シャフトの回転運動を前記第二シャフトの回転運動に伝達する第一の遊星歯車機構と、
   前記第二シャフトの回転運動を、前記円筒状部の回転運動に伝達する第二の遊星歯車機構とを備えている
   請求項１記載のコアレスモータ

Images