JP7202339B2 - 非円形の固定子を備えるモータ - Google Patents

Description

本願の例示的かつ非限定的実施形態は概して電動モータに関し、より具体的には、非円形の固定子を備えるモータに関する。

背景

電動モータは一般的に、自動機械装置の様々な可動要素に並進運動や回転運動を伝達するために用いられる。用いられる電動モータは通常、固定要素（固定子）と共に組み立てられた回転要素（回転子）を備える。回転要素と固定要素との間に、または回転要素に直接、磁石が配置される。固定要素の軟鉄心にコイルが巻き付けられ、磁石の近傍に配置される。

電動モータを運転すると、電流がコイルに流れ、磁界が生成されて磁石に作用する。磁界が磁石に作用すると、回転要素の一方の側が押されると同時に他方の側が引かれることにより、固定要素に対して回転要素が回転する。回転の効率は、用いる磁気部品の形状や、電動モータの製造に用いる材料の性質に、少なくとも部分的に基づく。

摘要

以降の摘要は、単に例として示されたものである。この摘要は本願の特許請求の範囲を制限するものではない。

一態様によると、装置は、回転子と固定子とを備えるモータを備える。前記回転子は、少なくとも部分的に、前記固定子の回転子収容領域内に配置される。前記固定子は、少なくとも１つのコイル巻線および歯を備える。前記少なくとも１つのコイル巻線は、前記歯の少なくとも一部に配置される。前記歯は、第１組の歯および第２組の歯を含む。前記第１組の歯は、前記第２組の歯より、前記回転子収容領域から径方向に長い。

別の例示的態様によると、方法は、歯を備える固定子部材を形成することを含んでもよい。前記固定子は、回転子収容領域を有してもよく、前記歯は、第１組の歯および第２組の歯を含んでもよい。前記第１組の歯は、前記第２組の歯より、前記回転子収容領域から径方向に長くてもよい。前記方法は、前記歯の少なくとも一部に、少なくとも１つのコイル巻線を配置することをさらに含んでもよい。

一例示的態様によると、装置は、回転子と固定子とを備えるモータを備えてもよい。前記回転子は、少なくとも部分的に、前記固定子の回転子収容領域内に配置されてもよい。前記固定子は、歯を備える固定子部材と、前記回転子収容領域から離間した少なくとも１つの部品収容領域とを有してもよい。前記歯は、第１組の歯および第２組の歯を含んでもよい。前記第１組の歯は、前記第２組の歯より、前記回転子収容領域から径方向に長くてもよい。前記第２組の歯は、前記第１組の歯より、前記少なくとも１つの部品収容領域の近くに配置される。前記固定子部材に、少なくとも１つのコイル巻線を設けてもよい。前記少なくとも１つの部品収容領域内に、少なくとも１つの部品を移動可能に配置してもよい。

前述の態様や他の特徴は以降の記述で説明されるが、次の添付図面を参照している。

図１Ａは、モータアセンブリの一例示的実施形態の等角投影図である。

図１Ｂは、図１Ａにおけるモータアセンブリの固定子の等角投影図である。

図１Ｃは、図１Ａにおけるモータアセンブリの固定子コアの等角投影図である。

図１Ｄは、図１Ａにおけるモータアセンブリの固定子の断面図である。

図２Ａは、モータアセンブリの一例示的実施形態の等角投影図である。

図２Ｂは、図２Ａにおけるモータアセンブリの固定子の等角投影図である。

図２Ｃは、図２Ａにおけるモータアセンブリの固定子コアの等角投影図である。

図２Ｄは、図２Ａにおけるモータアセンブリの固定子および回転子の断面図である。

図３Ａは、モータアセンブリの一例示的実施形態の等角投影図である。

図３Ｂは、図３Ａにおけるモータアセンブリの固定子の等角投影図である。

図３Ｃは、図３Ａにおけるモータアセンブリの固定子コアの等角投影図である。

図３Ｄは、図３Ａにおけるモータアセンブリの固定子および回転子の断面図である。

図４は、モータアセンブリの一例示的実施形態の上面図である。

図５は、モータアセンブリの一例示的実施形態の上面図である。

図６は、モータアセンブリの一例示的実施形態の上面図である。

図７は、モータアセンブリの一例示的実施形態の上面図である。

図８Ａは、モータアセンブリの一例示的実施形態の等角投影断面図である。

図８Ｂは、図８Ａにおけるモータアセンブリの固定子コアの等角投影断面図である。

図８Ｃは、図８Ａにおけるモータアセンブリの回転子部分の等角投影断面図である。

図９Ａは、モータアセンブリの一例示的実施形態の等角投影断面図である。

図９Ｂは、図９Ａにおけるモータアセンブリの固定子コアの等角投影図である。

図９Ｃは、図９Ａにおけるモータアセンブリの断面図である。

図９Ｄは、図９Ａにおけるモータアセンブリの固定子コアの等角投影断面図である。

図９Ｅは、図９Ａにおけるモータアセンブリの固定子コアの部分的な等角投影断面図である。

図１０は、ロボット駆動部の等角投影図である。

図１１は、ロボット駆動部の等角投影図である。

図１２は、ロボット駆動部の下面図である。

図１３は、ロボット駆動部の側面図である。

図１４は、ロボット駆動部の等角投影図である。

図１５は、ロボット駆動部の側面図である。

図１６は、ロボット駆動部の分解等角投影図である。

図１７は、ロボット駆動部の分解等角投影図である。

図１８は、ロボット駆動部の分解等角投影図である。

実施形態の詳細説明

図１Ａを参照すると、例示的実施形態の特徴を有するモータアセンブリ１０の等角投影図が示されている。これらの特徴を、図面に示す例示的実施形態を参照して説明するが、他の様々な実施形態によっても実現可能であることを理解されたい。また、任意の適切なサイズ、形状、または種類の要素や材料を使用可能である。

また、図１Ｂを参照すると、図１Ａにおけるモータアセンブリ１０の固定子１２の等角投影図が示されている。また、図１Ｃを参照すると、図１Ａにおけるモータアセンブリ１０の固定子コア１４の等角投影図が示されている。また、図１Ｄを参照すると、図１Ａにおけるモータアセンブリ１０の固定子１２の断面図が示されている。これらの特徴を、図面に示す例示的実施形態を参照して説明するが、他の様々な実施形態によっても実現可能であることを理解されたい。また、任意の適切なサイズ、形状、または種類の要素や材料を使用可能である。例えば、図示のとおり、モータ１０は径方向磁束モータとして設計されている。別の実施形態では、軸方向磁束モータまたはハイブリッドの３次元磁束モータとして設計してもよい。本明細書において開示する実施形態の特徴は、軟磁性材料を含む鉄心を備える任意のモータ、システム、または部品において同様に適用可能である。

モータ１０およびその内部の下位部品は、以下の参照文献に開示されている特徴を有してもよい。これらの参照文献はすべて、参照することにより全体が本願に組み込まれる。米国特許出願第１４／５０１，６０３号（名称「構造化磁性材料を利用する構造物と方法（Structures Utilizing a Structured Magnetic Material and Methods for Making）」、２０１４年９月３０日出願）、米国特許出願第１４／５０１，６６８号（名称「構造化磁性材料を利用する構造物と方法（Structures Utilizing a Structured Magnetic Material and Methods for Making）」、２０１４年９月３０日出願）、米国特許出願公開公報第２０１４／０００９０２５号（名称「ハイブリッド界磁電動モータ（Hybrid Field Electric Motor）」、２０１４年１月９日公開）、米国特許出願公開公報第２０１３／００００８６１号（名称「絶縁粒子から構造的磁性材料を製造するためのシステム及び方法（System and Method for Making Structured Magnetic Material from Insulated Particles）」、２０１３年１月３日公開）、米国特許出願公開公報第２０１３／０００４３５９号（名称「構造的材料を製造するためのシステム及び方法（System and Method for Making a Structured Material）」、２０１３年１月３日公開）、米国特許出願公開公報第２０１３／０００２０８５号（名称「構造的磁性材料（Structured Magnetic Material）」、２０１３年１月３日公開）、米国特許出願公開公報第２０１４／０１０３７５２号（名称「ハイブリッドモータ（Hybrid Motor）」、２０１４年４月１７日公開）、米国特許出願公開公報第２０１３／０２９２０８１号（名称「統合された粒子絶縁を伴う構造的磁性材料を製造するためのシステム及び方法（System and Method for Making a Structured Magnetic Material with Integrated Particle Insulation）」、２０１３年１１月７日公開）、米国特許出願公開公報第２０１３／００００８６０号（名称「粒子層の堆積により構造的磁性材料を製造するためのシステム及び方法（System and Method for Making a Structured Magnetic Material via Layered Particle Deposition）」、２０１３年１月３日公開）、および米国特許出願公開公報第２０１３／００００４４７号（名称「統合された粒子絶縁を伴う構造的磁性材料を製造するためのシステム及び方法（System and Method for Making a Structured Magnetic Material with Integrated Particle Insulation）」、２０１３年１月３日公開）。

図１Ａにおいて、モータ１０は、実質的に楕円形の固定子１２と共に示されている。固定子１２は、固定子コア１４および巻線１６を備える。図１Ａから図１Ｄに示す実施形態において、固定子１２は、固定子の短歯１８および長歯２０を有する鉄心１４と共に示されている。別の態様では、歯１８、２０は同じ長さであっても、さらに異なる長さであってもよい。長歯２０は、例えば、任意の電流からより大きいトルク出力を得るために、巻線の巻数が短歯より多くてもよい。あるいは、長歯２０の巻数は短歯の巻数と同じでもよいが、全体的な相抵抗を低減するために、長歯２０により太い電線を用いてもよい。あるいは、より太い電線をすべての歯（長歯および短歯）に用いて、全体的な巻数を従来の円形モータと同等またはそれ以上に維持してもよい。例えば、三相モータにおいて、各相の巻線をそれぞれ同じ数の短歯と長歯に設けてもよい。あるいは、固定子歯の数は１２に限定されない。図示する実施形態において、回転子２２は円筒形であり、回転子鉄心２４および回転子磁石２６を備えている。あるいは、回転子は任意の適切な形状であってもよい。図１Ａには、モータ１０を構成する回転子２２と固定子１２の組合せが示されている。モータ１０はフレームレスモータとして示されている。別の態様では、回転子２２と固定子１２は、回転子２２に適切な軸受と、回転子２２に連結された出力部材と共に、フレームに収納されてもよい。図示する実施形態には、２つの長さの固定子歯が示されている。別の態様では、長さの差がより大きいまたは小さい歯に、それら異なる長さの歯に応じて差異がより大きいまたは小さい巻線を設けて提供してもよい。本実施形態において、装置は、回転子２２と固定子１２とを備えるモータ１０として示されている。回転子２２は、少なくとも部分的に、固定子１２の回転子収容領域３０内に配置される。固定子１２は、少なくとも１つのコイル巻線１６および歯１８、２０を備える。少なくとも１つのコイル巻線１６は、歯１８、２０の少なくとも一部に配置される。これらの歯は、第１組の歯２０および第２組の歯１８を含む。第１組の歯２０は、第２組の歯１８より、回転子収容領域３０から径方向に長い。ここで、固定子は、歯を形成する固定子部材を含んでもよい。歯のそれぞれの基部３２は、固定子部材の外周壁３４を形成する部分に配置されてもよい。外周壁３４は、略楕円形、略三角形、略正方形、略矩形、または略多角形のうち１つの形状を有してもよい。別の態様では、任意の適切な形状であってもよい。別の態様では、少なくとも１つのコイル巻線１６を第１組の歯および第２組の歯に配置してもよい。少なくとも１つのコイル巻線１６は、第２組の歯上より第１組の歯上の巻数のほうが多くてもよく、および／または、少なくとも１つのコイル巻線１６は、第２組の歯１８上より第１組の歯２０上の電線のほうが太くてもよい。

図２Ａを参照すると、三角形の固定子６２を備えるモータアセンブリ６０の等角投影図が示されている。また、図２Ｂを参照すると、図２Ａにおけるモータアセンブリ６０の固定子６２の等角投影図が示されている。また、図２Ｃを参照すると、図２Ａにおけるモータアセンブリ６０の固定子コア６４の等角投影図が示されている。また、図２Ｄを参照すると、図２Ａにおけるモータアセンブリ６０の固定子６２の断面図が示されている。図２Ａに示すモータ６０において、固定子６２は三角形であり、固定子コア６４および巻線６６を備える。図２Ａから図２Ｄに示す実施形態において、固定子６２は、固定子の短歯６８および長歯７０を有する鉄心６４と共に示されている。別の態様では、歯６８、７０は同じ長さであっても、さらに異なる長さであってもよい。長歯７０は、例えば、任意の電流からより大きいトルク出力を得るために、巻線の巻数が短歯より多くてもよい。あるいは、長歯７０の巻数は短歯の巻数と同じでもよいが、全体的な相抵抗を低減するために、長歯７０により太い電線を用いてもよい。あるいは、より太い電線をすべての歯（長歯および短歯）に用いて、全体的な巻数を従来の円形モータと同等またはそれ以上に維持してもよい。例えば、三相モータにおいて、各相の巻線をそれぞれ同じ数の短歯と長歯に設けてもよい。あるいは、固定子歯の数は１２に限定されない。図示する実施形態において、回転子７２は円筒形であり、回転子鉄心７４および回転子磁石７６を備えている。あるいは、回転子は任意の適切な形状であってもよい。図２Ａには、モータ６０を構成する回転子７２と固定子６２の組合せが示されている。モータ６０はフレームレスモータとして示されている。別の態様では、回転子７２と固定子６２は、回転子７２に適切な軸受と、回転子７２に連結された出力部材と共に、フレームに収納されてもよい。図示する実施形態には、複数の長さの固定子歯が示されている。別の態様では、長さの差がより大きいまたは小さい歯に、それら異なる長さの歯に応じて差異がより大きいまたは小さい巻線を設けて提供してもよい。本実施形態において、装置は、回転子７２と固定子６２とを備えるモータ６０として示されている。回転子７２は、少なくとも部分的に、固定子６２の回転子収容領域８０内に配置される。固定子６２は、少なくとも１つのコイル巻線６６および歯６８、７０を備える。少なくとも１つのコイル巻線６６は、歯６８、７０の少なくとも一部に配置される。これらの歯は、第１組の歯７０および第２組の歯６８を含む。第１組の歯７０は、第２組の歯６８より、回転子収容領域８０から径方向に長い。ここで、固定子は、歯を形成する固定子部材を含んでもよい。歯のそれぞれの基部８２は、固定子部材の外周壁８４を形成する部分に配置されてもよい。外周壁８４は、略楕円形、略三角形、略正方形、略矩形、または略多角形のうち１つの形状を有してもよい。別の態様では、任意の適切な形状であってもよい。別の態様では、少なくとも１つのコイル巻線６６を第１組の歯７０および第２組の歯６８に配置してもよい。少なくとも１つのコイル巻線６６は、第２組の歯上より第１組の歯上の巻数のほうが多くてもよく、および／または、少なくとも１つのコイル巻線６６は、第２組の歯上より第１組の歯上の電線のほうが太くてもよい。

図３Ａにおいて、モータ１１０は、実質的に正方形の固定子１１２と共に示されている。固定子１１２は、固定子コア１１４および巻線１１６を備える。図３Ａから図３Ｄに示す実施形態において、固定子１１２は、固定子の短歯１１８および長歯１２０を有する鉄心１１４と共に示されている。別の態様では、歯１１８、１２０は同じ長さであっても、さらに異なる長さであってもよい。長歯１２０は、例えば、任意の電流からより大きいトルク出力を得るために、巻線の巻数が短歯１１８より多くてもよい。あるいは、長歯１２０の巻数は短歯１１８の巻数と同じでもよいが、全体的な相抵抗を低減するために、長歯１２０により太い電線を用いてもよい。あるいは、より太い電線をすべての歯（長歯および短歯）に用いて、全体的な巻数を従来の円形モータと同等またはそれ以上に維持してもよい。例えば、三相モータにおいて、各相の巻線をそれぞれ同じ数の短歯と長歯に設けてもよい。あるいは、固定子歯の数は１２に限定されない。図示する実施形態には、回転子１２２は円筒形であり、回転子鉄心１２４および回転子磁石１２６を備えている。あるいは、回転子は任意の適切な形状であってもよい。図３Ａには、モータ１１０を構成する回転子１２２と固定子１１２の組合せが示されている。モータ１１０はフレームレスモータとして示されている。別の態様では、回転子１２２と固定子１１２は、回転子１２２に適切な軸受と、回転子１２２に連結された出力部材と共に、フレームに収納されてもよい。図示する実施形態には、２つの長さの固定子歯が示されている。別の態様では、長さの差がより大きいまたは小さい歯に、それら異なる長さの歯に応じて差異がより大きいまたは小さい巻線を設けて提供してもよい。本実施形態において、装置は、回転子１２２と固定子１１２とを備えるモータ１１０として示されている。回転子１２２は、少なくとも部分的に、固定子１１２の回転子収容領域１３０内に配置される。固定子１１２は、少なくとも１つのコイル巻線１１６および歯１１８、１２０を備える。少なくとも１つのコイル巻線１１６は、歯１１８、１２０の少なくとも一部に配置される。これらの歯は、第１組の歯１２０および第２組の歯１１８を含む。第１組の歯１２０は、第２組の歯１１８より、回転子収容領域１３０から径方向に長い。ここで、固定子は、歯を形成する固定子部材を含んでもよい。歯のそれぞれの基部１３２は、固定子部材の外周壁１３４を形成する部分に配置されてもよい。外周壁１３４は、略楕円形、略三角形、略正方形、略矩形、または略多角形のうち１つの形状を有してもよい。別の態様では、任意の適切な形状であってもよい。別の態様では、少なくとも１つのコイル巻線１１６を第１組の歯１１８および第２組の歯１２０に配置してもよい。少なくとも１つのコイル巻線１１６は、第２組の歯１２０上より第１組の歯１１８上の巻数のほうが多くてもよく、および／または、少なくとも１つのコイル巻線１１６は、第２組の歯１２０上より第１組の歯１１８上の電線のほうが太くてもよい。

図４を参照すると、ポール１６６、１６８のサブセット上に巻線１６４を設けた固定子１６２を備える、モータアセンブリ１６０の一例示的実施形態の上面図が示されている。図４においては、楕円形の固定子１６２と、回転子１７０が示されている。１２個の固定子歯のうち、６個の歯のみに巻線を設けている。あるいは、歯および／または巻線をより多くまたはより少なく設けてもよい。本実施形態では、例えばＺモータにおける、大型の回転子と、それに伴う大型のボールねじに対応できる。あるいは、図面および本明細書の記述に関する形状等を用いた同様の実施形態も可能である。ここでは、例えば、コイルなしの歯１６８を設けることによってコギングトルクを最小化可能であってもよい。図示する装置において、少なくとも１つのコイル巻線１６４を第１組の歯１６６に配置し、第２組の歯１６８には配置しなくてもよい。別の態様では、より多いまたはより少ない巻線を備える歯をより多くまたはより少なく設けてもよい。例えば図５に示すように、特定の方向に沿って、固定子にポールまたは巻線を設けないようにしてもよい。

図５を参照すると、モータアセンブリ２１０の一例示的実施形態の上面図が示されている。図５には、図４に示す固定子と同様であるが、特定の固定子部分２１２、２１４に歯を設けていない固定子が示されている。本実施形態では、例えば、大型の回転子と、大型のボールねじの実装に対応できる。また、本実施形態は、例えば図面および本明細書の記述に関する他の形状にも適用可能である。図５の装置２１０において、歯２１６は、回転子収容領域２１８に向かって径方向内側に延在してもよい。ここで歯２１６は、回転子収容領域２１８の２つの対向する側面２１２、２１４の、例えば、約４０～１００度あるいは他の適切な角度または角度範囲の円弧に沿って設けなくてもよい。

図６を参照すると、モータアセンブリ２６０の一例示的実施形態の上面図が示されている。モータ２６０は、例えば、Ｚモータのボールねじ等の他の部品２６６を別途実装するための、切欠き２６４を有する固定子２６２を備える。さらに、切欠き２６８を対称的に設けてもよい。あるいは、より多いまたはより少ない切欠きを設けてもよい。図６において、図４の変形を示してもよい。ここでは、固定子の対向する側面に切欠２６４、２６６を設け、ロボットアセンブリにおけるＺモータのボールねじ等の他のアセンブリ部品を実装できるようにしている。本開示は、上記の他の図に適用することもできる。本装置において、固定子２６２は、歯２７２を形成する固定子部材２７０を備えてもよい。この固定子部材は、回転子収容領域２７４から離間した少なくとも１つの部品収容領域２６４を有してもよい。少なくとも１つの部品収容領域２６４は、その中に部品２６６が移動可能に配置されるようなサイズおよび形状を有してもよい。ここで、少なくとも１つの部品収容領域２６４は、回転子収容領域２７４の中心軸２８２と平行な中心軸２８０を有してもよい。少なくとも１つの部品収容領域２６４は、固定子部材２６２の側面外周壁２８６に開放側面２８４を有してもよい。さらに、少なくとも１つの部品収容領域２６４は、例えば図７に示すように、固定子部材の上側面および下側面以外は実質的に閉塞されていてもよい。また、図７を参照すると、モータアセンブリ２６０'の別の例示的実施形態の上面図が示されている。ここで、固定子２６２'は、実装を容易にするため、例えばＺモータボールねじ２８０に対応するための、穴２６４'と共に示されている。図７に示す実施形態において、固定子２６２'は、Ｚモータ等の他のモータからのボールねじ２８０を貫通させるための穴２６４'を備える。本開示は、上記の他の図に適用することもできる。ここで、少なくとも１つの部品収容領域２６４内に、少なくとも１つの部品２８０を移動可能に配置してもよい。少なくとも１つの部品２８０は、少なくとも１つの部品収容領域２６４内にねじ山があるロッドであってもよい。このロッドは、少なくとも１つの部品収容領域内で回転するように構成されてもよい。少なくとも１つの部品収容領域は、固定子がロッドに沿って縦方向に上下移動するように構成されてもよい。図１０から図１８に示すように、本装置は、固定子を収容するモータハウジングをさらに備えてもよい。このモータハウジングは、ロッドの回転によってモータハウジングがロッドに沿って縦方向に上下移動するように、ロッドのねじ山に結合されてもよい。

図８Ａを参照すると、モータアセンブリ３１０の一例示的実施形態の等角投影断面図が示されている。モータアセンブリ３１０は固定子３１２および回転子３１４を備え、回転子３１４は第１の部分３１８および第２の部分３２０を有する。ここでは、例として、非円筒形の空隙を有する非円形の固定子が示されている。また、図８Ｂを参照すると、図８Ａにおけるモータアセンブリの固定子コア３１６の等角投影断面図が示されている。また、図８Ｃを参照すると、図８Ａにおけるモータアセンブリの回転子部分３２０の等角投影断面図が示されている。図８Ａから図８Ｃは、例えば、コイル３２４を通る全体的な磁束フローを増加させるために、非円筒形の空隙３２２を有する回転子と固定子の組合せを示している。ここで、固定子３１２は凸状の固定子歯３２６を備え、回転子３１４は凹状の回転子磁石３３０およびヨーク３３２を備える。さらに、組み立てを容易にするために、回転子は２つの部分３１８、３２０から成ってもよい。本開示は、上記の他の図に適用することもできる。ここで、回転子収容領域の固定子３１２と回転子３１４との間に隙間３２２を設けてもよく、隙間３２２は、均一な円筒形ではない形状を有する。ここで、回転子３１４は第１の上側部材３２０および第２の下側部材３１８を備えてもよい。これらの部材は、逆方向を向いた略円錐形を有する。別の態様では、他の形状を用いてもよい。

図９Ａから図９Ｅを参照すると、３次元の磁束フローを促進する特徴を有する例示的な非円形の固定子が示されている。図９Ａを参照すると、固定子３６２および回転子３６４を備えるモータアセンブリ３６０の一例示的実施形態の等角投影断面図が示されている。また、図９Ｂを参照すると、図９Ａにおけるモータアセンブリ３６０の固定子コア３６６の等角投影図が示されている。また、図９Ｃを参照すると、図９Ａにおけるモータアセンブリ３６０の断面図が示されている。また、図９Ｄを参照すると、図９Ａにおけるモータアセンブリの固定子コア３６６の等角投影断面図が示されている。また、図９Ｅを参照すると、図９Ａにおけるモータアセンブリの固定子コア３６６の部分的な等角投影断面図が示されている。図９Ａから図９Ｅにおいて、２つの次元３７２、３７４においてテーパ状にされた固定子歯３６８およびコイル３７０が示されている。これによって、巻数をより多くするための空間が設けられる。ここで、磁束が通る領域をより大きくするために、固定子外壁３７６を選択的に軸方向に延在させてもよい。また、磁束が通るより大きな領域に対応するために、固定子シュー３８０の内径も軸方向３８２、３８４に延在させてもよい。この幾何形状によって、より長い磁石３８６を用いることが可能になり、磁束フローが増加する。これらの特徴は、共に、または任意に組み合わせて用いてもよい。本開示は、上記の他の図に適用することもできる。例えば、本装置において、歯の少なくとも一部を、図示するように２つの直交方向に、または他の様式でテーパ状にしてもよい。ここで固定子は、歯３６８を形成する固定子部材３６６と、歯の外側端部にある外周壁３７６と、歯の内側端部にある対応するシュー３８０とを備えてもよい。歯の上側面３９０および下側面３９２は、外周とシューの上側面３９４、３９６および下側面３９８、４００に対して窪んでいてもよい。本装置において、固定子部材は一体型部材であっても、複数の部材で構成されてもよい。

別の態様では、非円形の固定子はスロットレスモータに同様に用いてもよい。例えばこれは、固定子周囲に設ける巻線の巻数を異ならせ、壁の厚さを異ならせることによって達成できる。本開示において、固定子材料は、積層された鉄鋼等の異方性であっても、軟磁性複合材等の等方性であってもよい。また、固定子はモータハウジングとして用いてもよい。例えば、固定子上に取付のための特徴を加工してもよく、機械または駆動部品に固定子を直接取り付けてもよい。別の態様では、三角形、楕円形、正方形等の任意の適切な形状に、任意の適切な歯と磁石の組合せを設けてもよい。例えば、６歯構成、１２歯構成、２４歯構成等である。同様に、コイル数を減らした任意の適切な非円形の固定子（上記のいずれか、または任意の適切な断面形状を有するもの）を設けてもよい。同様に、例えばボールねじを装着するために窪んだ形状を有する、任意の適切な非円形の固定子、または、例えばボールねじを装着するための貫通穴を有する非円形の固定子を設けてもよい。同様に、積層された固定子を備える任意の適切な非円形のモータ、または、複合的な固定子を備える非円形のモータを設けてもよい。同様に、例えば窪んだコイル等の３次元磁束の特徴を有する任意の適切な非円形のモータ、または、例えば円錐形状または非円形のスロットレスモータ等の、ハイブリッド界磁の特徴を有する非円形のモータを設けてもよい。同様に、モータハウジングを組み込んだ任意の適切な非円形の固定子を設けてもよい。以下に示すように、例えば、Ｚ軸の実施形態、θ軸の実施形態等において、ロボットに楕円形または非円形のモータを用いてもよい。

図１０および図１１を参照すると、ロボット駆動部５１０の等角投影図が示されている。また、図１２を参照すると、ロボット駆動部５１０の下面図が示されている。また、図１３を参照すると、ロボット駆動部５１０の側面図が示されている。また、図１４を参照すると、ロボット駆動部５１０の等角投影図が示されている。また、図１５を参照すると、ロボット駆動部５１０の側面図が示されている。また、図１６から図１８を参照すると、ロボット駆動部５１０の分解等角投影図が示されている。ロボット５１０は、米国特許第８，７１６，９０９号（名称「放熱固定子を備えるロボット（Robot with Heat Dissipating Stator）」、２０１５年５月６日発行）に開示されている特徴を有してもよく、この参照文献は参照することにより全体が本願に組み込まれる。ロボット５１０は、Ｚモータアセンブリを備えるハウジング５１２と、ハウジング５１２の下部に連結されたハウジング５１４とを備える。Ｚモータアセンブリおよびハウジング５１４は、本明細書において開示する非円形の固定子およびモータアセンブリの特徴を有してもよい。Ｔモータアセンブリおよびハウジング５１６は、ハウジング５１２内で垂直方向に移動可能であってもよく、ベローズ５１８に連結してもよく、さらにスライド５２０を介してハウジング５１２に連結してもよい。スライド５２０は、Ｔモータアセンブリとハウジング５１６の動きを垂直方向に制限する。ねじ５２２は、Ｚモータアセンブリおよびハウジング５１４に連結され、それらによって回転させられる。ねじ５２２は、Ｔモータアセンブリおよびハウジング５１６に連結されたナットを備え、このナットは、Ｚモータアセンブリおよびハウジング５１４の回転子によって回転させられるねじ５２２の回転により駆動され、ハウジング５１２内で垂直に移動可能である。Ｔモータアセンブリおよびハウジング５１６は、開示した任意の実施形態のように、回転子と固定子の組合せを備えてもよい。例えば、Ｔモータアセンブリおよびハウジング５１６は、図６および図７等に示すように、１つ以上の積層された回転子と固定子の組合せを備えてもよい。ここで、円形の固定子の構成と比較して、Ｔモータアセンブリおよびハウジング５１６の回転中心の近くに親ねじ５２２を実装してもよい。図１３を参照すると、装置は、Ｔモータアセンブリおよびハウジング５１６の１つ以上の回転子から延在する１つ以上の駆動シャフト５３０と、この駆動シャフトに接続されるロボットアーム５３２をさらに備えてもよい。ここで、取付フランジ５２４をハウジング５１２とベローズ５１８に結合してもよい。これによって、出力シャフト５３０とアーム５３２が真空環境にある場合、大気５２６と真空５２８とを隔離する。ここで、非円形のモータの実施形態を説明するために、図１０から図１８にロボット駆動部５１０を示す。ここで、追加のまたは補完的な部品を効率的に実装できるように、非円形のモータを任意の適切な軸において用いてもよい。例えば、ロボットにおいて、非円形または「フットボール」形状のＺ軸モータを用いてもよく、Ｔ軸モータの中心からボールねじまでの距離を短くするために、貫通穴または半円形の切欠きを有する円形または矩形のＴ軸モータを用いてもよい。ここで、例えば、ボールねじをＴモータに貫通させたり、Ｚモータの形状等によってボールねじ軸からフレームまでの距離を短くしたりする等、スペース効率を利用してモータを実装できるように実装を最適化するために、ロボット内に１つ以上の非円形のモータを設けてもよい。

一例示的態様によると、装置は、回転子と固定子とを備えるモータを備える。前記回転子は、少なくとも部分的に、前記固定子の回転子収容領域内に配置される。前記固定子は、少なくとも１つのコイル巻線および歯を備える。前記少なくとも１つのコイル巻線は、前記歯の少なくとも一部に配置される。前記歯は、第１組の歯および第２組の歯を含む。前記第１組の歯は、前記第２組の歯より、前記回転子収容領域から径方向に長い。

前記装置において、前記固定子は、前記歯を形成する固定子部材を含んでもよい。前記歯のそれぞれの基部は、前記固定子部材の外周壁を形成する部分に配置されてもよい。前記外周壁は、略楕円形、略三角形、略正方形、略矩形、または略多角形のうち１つの形状を有する。

前記装置において、前記固定子は、前記歯を形成する固定子部材を備えてもよい。前記固定子部材は、前記回転子収容領域から離間した少なくとも１つの部品収容領域を有してもよい。前記少なくとも１つの部品収容領域は、その中に部品が移動可能に配置されるようなサイズおよび形状を有してもよい。

前記装置において、前記少なくとも１つの部品収容領域は、前記回転子収容領域の中心軸と平行な中心軸を有してもよい。

前記装置において、前記少なくとも１つの部品収容領域は、前記固定子部材の側面外周壁に開放側面を有してもよい。

前記装置において、前記少なくとも１つの部品収容領域は、前記固定子部材の上側面および下側面以外は実質的に閉塞されていてもよい。

前記装置において、前記歯は、前記回転子収容領域に向かって径方向内側に延在してもよい。前記歯は、前記回転子収容領域の２つの対向する側面の約４０～１００度の円弧に沿って設けなくてもよい。

前記装置において、少なくとも１つのコイル巻線を前記第１組の歯に配置し、前記第２組の歯には配置しなくてもよい。

前記装置において、前記少なくとも１つのコイル巻線を前記第１組の歯および前記第２組の歯に配置してもよい。前記少なくとも１つのコイル巻線は、前記第２組の歯上より前記第１組上の巻数のほうが多くてもよく、および／または、前記少なくとも１つのコイル巻線は、前記第２組の歯上より前記第１組の歯上の電線のほうが太くてもよい。

前記装置において、前記回転子収容領域の前記固定子と前記回転子との間に隙間を設けてもよく、前記隙間は、均一な円筒形ではない形状を有する。

前記装置において、前記回転子は、第１の上側部材および第２の下側部材を備えてもよい。これらの部材は、逆方向を向いた略円錐形を有する。

前記装置において、前記歯の少なくとも一部は、２つの直交方向にテーパ状であってもよい。

前記装置において、前記固定子は、前記歯を形成する固定子部材と、前記歯の外側端部にある外周壁と、前記歯の内側端部にある対応するシューとを備えてもよい。前記歯の上側面および下側面は、前記外周と前記シューの上側面および下側面に対して窪んでいてもよい。

前記装置において、前記固定子部材は一体型部材であってもよい。

前記装置は、前記回転子から延在する駆動シャフトと、前記駆動シャフトに接続されるロボットアームとをさらに備えてもよい。

別の例示的態様によると、方法は、歯を備える固定子部材を形成することを含んでもよい。前記固定子は、回転子収容領域を有してもよく、前記歯は、第１組の歯および第２組の歯を含んでもよい。前記第１組の歯は、前記第２組の歯より、前記回転子収容領域から径方向に長くてもよい。前記方法は、前記歯の少なくとも一部に、少なくとも１つのコイル巻線を配置することをさらに含んでもよい。

一例示的態様によると、装置は、回転子と固定子とを備えるモータを備えてもよい。前記回転子は、少なくとも部分的に、前記固定子の回転子収容領域内に配置されてもよい。前記固定子は、歯を備える固定子部材と、前記回転子収容領域から離間した少なくとも１つの部品収容領域とを有してもよい。前記歯は、第１組の歯および第２組の歯を含んでもよい。前記第１組の歯は、前記第２組の歯より、前記回転子収容領域から径方向に長くてもよい。前記第２組の歯は、前記第１組の歯より、前記少なくとも１つの部品収容領域の近くに配置される。前記固定子部材に、少なくとも１つのコイル巻線を設けてもよい。前記少なくとも１つの部品収容領域内に、少なくとも１つの部品を移動可能に配置してもよい。

前記装置において、前記少なくとも１つの部品は、前記少なくとも１つの部品収容領域内にねじ山があるロッドであってもよい。前記ロッドは、前記少なくとも１つの部品収容領域内で回転するように構成されてもよい。前記少なくとも１つの部品収容領域は、前記固定子が前記ロッドに沿って縦方向に上下移動するように構成されてもよい。

前記装置は、前記固定子を収容するモータハウジングをさらに備えてもよい。このモータハウジングは、ロッドの回転によってモータハウジングがロッドに沿って縦方向に上下移動するように、ロッドのねじ山に結合されてもよい。

なお、前述した説明は単なる例に過ぎないことにも注意されたい。種々の変形および修正を当業者が考えることができる。例えば、特許請求の範囲にある種々の従属請求項に記載の特徴は、任意の適切な組合せで互いに組合せ可能である。加えて、前述した様々な実施形態からの特徴を選択的に組み合わせて新たな実施形態とすることも可能である。したがって本願は、添付の特許請求の範囲に含まれる変更や修正、変形等のすべての事項を包含するものである。

Claims (18)

1. 装置であって、
   モータを備え、前記モータは、
   回転子と、
   固定子と、
   を備え、前記回転子は少なくとも部分的に前記固定子の回転子収容領域内に配置され、前記固定子は、
   歯を備える固定子部材と、前記回転子収容領域から離間した前記少なくとも１つの部品収容領域とを備え、前記歯は、第１組の歯および第２組の歯を含み、前記第１組の歯は、前記第２組の歯より、前記回転子収容領域から径方向に長く、前記第２組の歯は、前記第１の歯より、前記少なくとも１つの部品収容領域の近くに配置され、
   前記固定子は更に、
   前記固定子部材に設けた少なくとも１つのコイル巻線と、
   前記固定子を収容するモータハウジングと、
   を備え、
   前記モータは更に、前記少なくとも１つの部品収容領域内に、該少なくとも１つの部品収容領域内で動くことが可能に配置された少なくとも１つの部品を備え、
   前記少なくとも１つの部品は、前記少なくとも１つの部品収容領域内にネジ山があるロッドであり、
   前記モータハウジングは、前記ロッドの回転によって前記モータハウジングが前記ロッドに沿って前記ロッドの長手方向に移動するように、前記ロッドの前記ネジ山に結合される、
   装置。
2. 前記ロッドは、前記少なくとも１つの部品収容領域内で回転するように構成され、前記少なくとも１つの部品収容領域は、前記固定子が前記ロッドに沿って縦方向に上下移動するように構成される、
   請求項１に記載の装置。
3. 請求項１に記載の装置と、
   前記回転子に結合される駆動シャフトと、
   を備え、
   前記駆動シャフトは前記モータハウジングから該モータハウジングの外部に突出し、
   前記モータハウジングは少なくとも１つの第２の部品収容領域を有し、該少なくとも１つの第２の部品収容領域は、前記少なくとも１つの部品のうちの少なくとも１つを、内部で動くことが可能なように保持する、
   ロボット駆動部。
4. 請求項３に記載のロボット駆動部と、前記駆動シャフトに連結されたロボットアームとを備えるロボット。
5. チャンバに接続される駆動部ハウジングを備え、前記モータハウジングの前記駆動部ハウジングへの接続部は、前記モータハウジングが前記駆動部ハウジング上をスライドすることを可能にするように構成され、
   前記ネジ山を有する前記ロッドは、前記モータハウジングに接続されたネジを備え、前記ネジが回転すると前記モータハウジングが移動するようにされる、
   請求項３に記載のロボット駆動部。
6. 前記駆動部ハウジング及び前記ネジに接続され、前記ネジを回転させるネジ用モータを備える、請求項５に記載のロボット駆動部。
7. 前記歯のそれぞれの基部は、前記固定子部材の部分であって前記固定子部材の外周壁を形成する部分に配置され、前記外周壁は楕円状の形状を有する、請求項１に記載の装置。
8. 前記少なくとも１つの部品収容領域は、前記固定子部材の側面外周壁に開放側面を有する、請求項７に記載の装置。
9. 前記少なくとも１つの部品収容領域は、前記回転子収容領域の中心軸と平行な中心軸を有する、請求項１に記載の装置。
10. 前記少なくとも１つの部品収容領域は、前記固定子部材の上側面および下側面以外は実質的に閉塞されている、請求項１に記載の装置。
11. 方法であって、
    歯を備える固定子部材を準備することを含み、前記固定子部材は回転子収容領域を有し、前記歯は、第１組の歯および第２組の歯を有し、前記第１組の歯は、前記第２組の歯より、前記回転子収容領域から径方向に長く、前記固定子部材は、前記回転子収容領域から離間した前記少なくとも１つの部品収容領域を有し、前記第２組の歯は、前記第１の歯よりも、前記少なくとも１つの部品収容領域の近くに配置され、
    前記方法は更に、
    少なくとも１つのコイル巻線を、前記歯の少なくともいずれかに配することと、
    前記少なくとも１つの部品収容領域に少なくとも１つの部品を配することと、
    を含み、
    前記少なくとも１つの部品は、前記少なくとも１つの部品収容領域内で、軸方向に回転するように構成され、
    前記少なくとも１つの部品は、前記少なくとも１つの部品収容領域内にネジ山があるロッドであり、
    前記ロッドは、前記少なくとも１つの部品収容領域内で回転するように構成され、前記少なくとも１つの部品収容領域は、前記固定子が前記ロッドに沿って縦方向に上下移動するように構成される、
    方法。
12. 前記固定子部材を収容するモータハウジングを準備することを更に含み、
    前記モータハウジングは、前記ロッドの回転によって前記モータハウジングが前記ロッドに沿って縦方向に上下移動するように、前記ロッドの前記ネジ山に結合される、
    請求項１１に記載の方法。
13. 方法であって、
    モータハウジングを有するモータと、歯を備える固定子部材と、前記歯の少なくともいくつかに配される少なくとも１つのコイル巻線とを準備することを含み、
    前記固定子部材は回転子収容領域を有し、前記歯は、第１組の歯および第２組の歯を有し、前記第１組の歯は、前記第２組の歯より、前記回転子収容領域から径方向に長く、前記固定子部材は、前記回転子収容領域から離間した前記少なくとも１つの部品収容領域を有し、前記第２組の歯は、前記第１の歯よりも、前記少なくとも１つの部品収容領域の近くに配置され、
    前記方法は更に、前記少なくとも１つの部品収容領域に少なくとも１つの部品を配することを含み、前記少なくとも１つの部品は、前記少なくとも１つの部品収容領域内で、軸方向に回転するように構成され、
    前記方法は更に、駆動部ハウジングを前記モータハウジングに接続することを更に含み、
    前記接続は、前記モータハウジングが前記駆動部ハウジング上をスライドすることを可能にし、前記少なくとも１つの部品は、前記モータハウジングに接続されたネジを備え、前記ネジが回転すると前記モータハウジングが移動するようにされる、
    の方法。
14. 前記駆動部ハウジング及び前記ネジに、前記ネジを軸方向に回転させるように構成されるネジ用モータを接続することを更に含む、請求項１３に記載の方法。
15. 前記固定子部材を準備することは、前記少なくとも１つの部品収容領域に開放側面を設けることであって、前記固定子部材の側面外周壁に開放側面を設けることを含む、請求項１１に記載の方法。
16. 装置であって、
    モータを備え、前記モータは、
    第１の部品収容領域を有するモータハウジングと；
    回転子と；
    前記モータハウジング内に配される固定子と；
    を備え、前記回転子は少なくとも部分的に前記固定子の回転子収容領域内に配置され、前記固定子は、
    歯を備える固定子部材と、前記回転子収容領域から離間した第２の部品収容領域とを備え、前記歯は、第１組の歯および第２組の歯を含み、前記第１組の歯は、前記第２組の歯より、前記回転子収容領域から径方向に長く、前記第２組の歯は、前記第１の歯より、前記第２の部品収容領域の近くに配置され、
    前記固定子は更に、前記固定子部材に設けた少なくとも１つのコイル巻線を備え、
    前記モータは更に、前記第１の部品収容領域及び前記第２の部品収容領域の両方の中に動くことができるように配される第１のネジを有し、前記第１のネジが回転するにつれて前記モータが前記第１のネジに沿って縦方向に移動するように、前記モータハウジングと前記第１のネジとの間の接続部が設けられる、
    装置。
17. チャンバに接続される駆動部ハウジングを備え、前記モータハウジングの前記駆動部ハウジングへの接続部は、前記モータハウジングが前記駆動部ハウジング上をスライドすることを可能にするように構成される、請求項１６に記載の装置。
18. 前記駆動部ハウジングと前記ネジとの間に接続され、前記ネジを回転させるネジ用モータを備える、請求項１７に記載の装置。

Images