JPS62239852A - 無鉄心ブラシレスシリンドリカルモ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、シリンダ状のステータとロータを持つ永久磁
石式の同期Ｔｉ動機に関する。

従来の技術 シリンドリカルな無鉄心開明電動機は、コイルを円筒状
のステータに取りつける必要があるため、コイルに曲面
加工を行う必要がある。そのため、特に銅板等の導電材
料にコイルパターンを切込みコイルを形成する方式にお
いては、コイルを形成した銅板等の導電材料の円筒状へ
の曲面加工が難しく、従来あまり例がなく、コイルの製
作の容易なディスク状モータがほとんどである。

発明が解決しようとする問題点 ディスク状モータであると、該モータから出力されるト
ルクＴは、ロータの磁石によって発生する磁界とステー
タのコイルに流れる電流とにより発生するローレンツ力
Ｆに、該ローレンツ力Ｆを発生する位置とロータ軸の中
心間の距１１ｉｒを乗じたもの（Ｔ＝Ｆ−ｒ）であるか
ら、ディスク状モータのトルクは、このローレンツ力Ｆ
にステータ又はロータの平均半径ｒを乗じたものになる
。このため、ディスク状モータの外径を大きくしても、
その出力は外径の割には小さいという問題がある。

一方、ロータとステータをシリンダ状にすると、ステー
タコイル位置は常にロータ軸の中心から一定で、その距
離はほぼモータの外径と等しい。即ち、ロータとステー
タをシリンダ状に形成した同期電動機は、ディスク状の
同期電動機と比較して、外径が同一ならば、シリンダ状
の同期電動機の一方が、人さなトルクを発生できること
を意味する（同−ローレンツ力Ｆに対し、ディスク状モ
ータは平均半径を、又シリンドリカルモータは外径を乗
じることによる差）。そのため、大きなトルクを得るた
めには、シリンドリカルなモータの方が外径の割にはデ
ィスク状モータより大きなトルクを得ら京ることになる
。しかし、前述したように、シリンドリカルなモータで
あると、ステータコイルを曲面加工せねばならないとい
う加工上の問題があった。

そこで、本発明の目的は、製造が簡単で大トルクを出力
できる無鉄心ブラシレスシリンドリカルモータを提供す
ることにある。

問題点を解決するための手段 本発明はシリンダ状のステータとロータを持つ永久磁石
式の同期電動いにおいて、上記シリンダ状ロータは透磁
率の高い金属のシリンダ状両面に周方向に極性が交互に
変わり径方向の同一方向に磁束が貫通するよう永久磁石
を接着し、上記ステータはシリンダ状ロータに上記永久
磁石の１極の幅と同一幅で軸方向端部に交互に切残し部
を有する切込みを設けてコイルを形成する導体薄膜を積
層して接着し、該導体薄膜間を直列に接続することによ
って上記問題点を解決した。・ 作　　用 コイルを形成する導体７７９ｇＩに電流を流すと、電流
は導体薄膜の切込み間を交互に逆向きに流れ、かつ、ロ
ータの永久磁石はこの導体薄膜の切込み間の幅と同じ幅
であるから、磁界もこの幅間で反転するため、ロータに
は同一回転方向のローレンツ力が動きロータは回転する
こととなる。コイルを形成する導体薄膜は電流が流れる
幅をロータの永久磁石の１極分の巾と等しくして広くす
ることにより導体薄膜の厚みを薄クシ、かつ、これら導
体薄膜のコイルを直列に接続することによって磁界中の
導体体長を長くし、同体積で形成される他のコイルパタ
ーンにおける導体長と同じ又はそれ以上の長さを１ｑる
ようにして、同等又はそれ以上のローレンツ力を（ｑる
ようにしている。そしてコイルを形成する導体ｉｌｌ　
ｔｌｒＡの厚みが薄いことから、シリンダ状に形成する
ことが容易であり、かつロータとステータはシリンドリ
カルであるため、［］−レンツカを発生するコイルどロ
ータ軸中心間の距離（よモータの外径と概略等しくなる
ため、モータの出力トルクはディスク状モータ等と比較
し大きなトルクを１９ることかできる。

実施例 第１図は本発明の一実施例の平面図、第２図は同一部断
面正面図である。１はシリンダ状のロータで、透磁率の
高い金属で構成され、シリンダ部の両面には第３図のロ
ータ斜視図が示すように永久磁石２が交互に磁（母が変
わるよう接るされている。３は外側ステータのシリンダ
状の外側ヨークで内面には後述する導体薄膜で（１−１
成されたコイル４の積層部４ａが接着されている。又、
５は内側ステータのシリンダ状の内側ヨークで、外周面
には同様に導体７薄膜で構成されたコイル６の積層部６
ａが接着されている。外側ステータのヨーク３と内側ス
テータのヨーク５は一定の間隔をあけてボルト８で相互
に固着され、又、内側ステータのヨーク５とロータ１間
にはクロスローラ軸受７が設けられ、上記ロータ１のシ
リンダ部、即ち、永久磁石２が接着された部分は上記外
側、内側のヨーク３．５間に挿入され、ロータ１の永久
磁石２゜２面と各ステータコイルの積層部４ａ　、５ｑ
面間に各々一定のエアギャップをもって対面し、上記ク
ロスローラ軸受け７によってロータ１は回転自在となっ
ている。なお、９．１０はクロスローラ軸受７を止める
止め具でボルト１１．１２によって各々ヨーク５．ロー
タ１に固着されている。又、１３は薔、１４はロータ１
にロボット等の被駆動体の軸を固着づる取付穴である。

次に、該無鉄心ブラシレスシリンドリカルモータの各部
の構成と製造方法について述べる。

ロータ１は第３図及び第２図の断面図が示すように、透
ｖｊｉ率の高い金属でシリンダ状に形成され、その一端
はフランジ部１ａが設けられ、該フランジ部１ａに設け
られた取付穴１４によって被駆動体の軸に取付けられる
ようになっている。又、シリンダ部の両面には永久磁石
２がその極性が交互に変わるように装着されており、ロ
ータ１の同一円周位置の内面と外面に接着された永久磁
石２の着磁の方向は同一になるよう接着されている。

外側、内側のステータのヨーク３．５に積層されて装着
されたコイル４、及び６は銅などの導体薄膜で構成され
ており、このコイル４．６の構成及びその製造方法をま
ず説明する。Ｑ、１ｍｍ以下の導体簿膜より第４図に示
すようなコイル４，６をエツチングで作成する。即ち、
ロータ１の磁石２の１楊の幅Ｗと等しい間隔に交互に幅
方向に切残し部を設けた切込み２１．２２を設け、該切
込み２１．２２間には過電流防止のための細いスリット
の切込み２３を多数設け、両端には接続用の突出部の端
子２４．２５を設ける。このようなコイル４．６の形状
及び切込み２１〜２３は導体薄膜が０．１ｍｍ以下とい
う薄いものであるから、エツチングによってすべて形成
する。この際、耐熱絶縁性のレジスト、例えばポリイミ
ド系のレジストを用いればエツチングによって第４図に
示したようなコイルパターンを得たとき、レジスト膜が
、各切込部の絶縁及びコイル４．６を積層するときの絶
縁膜として作用する。なお、エツチング処理した後高耐
電、高耐熱性のワニスを切込部に含浸させてより絶縁を
確実に行わせてもよい。

こうして作成されたコイル４．６の両端を絶縁材を介し
て接合し第５図、第６図に示すように外側ステータのヨ
ーク３の内面、内側ステータのヨーク５の外面に接着し
ていく。この際、三相のモータであれば各相を構成する
コイル４，６は切込み２１．２２間の幅Ｗ、即ちロータ
磁石２の１極の幅Ｗの２／３だけずらしてコイル４，６
を接着し、同相を構成するコイル４．６は同位置に接着
し、同相のコイル４．６の隣り合うコイル間の端子２４
と２５を接続して同相のコイルは直列に接続する。例え
ばＵ相を構成するコイル４，６を各ステータのヨーク３
．５に接着すると次にＶ相のコイル４．６を２／３Ｗだ
けずらして接着し、次にこのＶ相のコイル４．６から２
／３ＷだけずらしてＷ相のコイル４，６を接着し、次に
Ｕ相のコイル４，６を、前に接着したし相のコイル位置
と周位置に接着する。以下同様に接着して、コイル４．
６のコイル積層部４ａ、５ａを形成させる。

例えば１相に対し２０枚のコイル４．６を積層し、合計
６０枚のコイル４．６からなるコイルｆｆｉ　Ｆ３部４
ａ　、６ａを１ｑる。

こうして、外側、内側のステータのヨーク３゜５の内面
及び外面にコイル積層部４ａ　、６ａが接着した後、ボ
ルト８によって外側ステータヨーク３と内側ステータヨ
ーク５を第７図、第２図に示すように固着する。次に、
ロータ１のクロスローラ軸受７を固着して、第８図に示
すようにロータ１の永久磁石２が接着されたシリンダ部
を外側。

内側ステータヨーク間に挿入し、ボルト１１でクロスロ
ーラ軸受７の止め具９、及び蓋１３を固着して、ロータ
１と内外のステータを固定して、無鉄心ブラシレスシリ
ンドリカルモータは完成する。

こうした、無鉄心ブラシレスシリンドリカルモータを駆
動すると、ステータコイル４．６は各組直列に接続され
ているため電流は各切込み２２間のロータ磁石１極分の
幅を交互に逆方向に流れ、ロータ１の永久磁石で形成さ
れる磁界の方向もコイル４，６の切込み２１．２２間の
幅と同じ幅で反転するから各切込み間で発生するローレ
ンツ力は、ロータ軸に対して同一回転方向に働きロータ
１を回転させることとなる。

ローレンツカＦｔ、ｔｌａ界の強さをＢ、ｌａ磁界中あ
るコイルの長さを１１コイルに流れる電流の強さをｉと
すると、 Ｆ＝Ｂ−ｊ２−ｉ　　　　　　　　・・・（１）である
。この無鉄心ブラシレスシリンドリカルモータは上記第
１式において、コイルの長さ１を長くするためにコイル
４．６を積層し、それを直列に接続することによって達
成している。そしてコイル４．６の導体の幅を広くした
ことから抵抗が小さくなるか、この小さくなる分だけコ
イル４゜６の導体の厚さを薄くしている。即ち、同体積
のコイルパターンを持つコイルと比較し、この無鉄心ブ
ラシレスシリンドリカルモータのコイル４゜６は、コイ
ル４，６の導体の幅を広くし、その分導体の厚みを薄く
シてコイル４．６を積層することによって、同じ導体長
ｌを１９６ようにしでいる。

その結果、コイル４．６の厚みが薄いことから、コイル
を円筒状に形成することが容易であり、シリンドリカル
なモータの製造上の欠点を排除している。そして、コイ
ル４，６の導体はロータ１の軸心から常に一定な距１１
１ｉｒの位置、即ち、該モータの外径と略等しい距離ｒ
にあるから、従来のディスク状モータと比較して大きな
トルクＴ（−Ｆ・ｒ）を得ることができる。

なお、上記実施例ではステータコイルをロータの両面に
配置したが、どちらか一方の面にのみ配置するようにし
てもよい。又、永久磁石が両面に接着されているロータ
のシリンダ状部を複数設け、該シリンダ状部の両面に上
記シリンダ状のステータを配置してもよい。

発明の効果 以上述べたように、本発明は、コイルの導体の幅を広く
し、かつ、導体の厚みを薄くしたコイルを多数積層して
ステータコイルを形成したから、同体積の他のコイルパ
ターンを持つコイルと比較して１．磁界中の導体の長さ
を変えずに、かつ、コイルの厚みが薄いことから同筒状
のコイル曲面を容易に製作することができ、無鉄心ブラ
シレスシリンドリカルモータを容易にＩｇＪ造すること
ができる。又、シリンドリカルなロータとステータを有
しているから、ローレンツ力を発生するコイルとロータ
軸中心間の距離はモータの外径と概略等しく、外径が同
じのディスク状モータと比較して大きなトルクを１９る
ことかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の平面図、第２図は同一部断
面正面図、第３図は同実施例におけるロータの斜視図、
第４図は同実施例のステータコイルの展開図、第５図は
同実施例における外側ステータのヨークにコイル層を接
着した斜視図、第６図は、同実施例における内側ステー
タのヨークにコイル層を接着した斜視図、第７図は同実
施例における外側、内側ステータを固着したときの斜視
図、第８図は同実施例における外側、内側ステータ間に
〇−夕を挿入するときの組立図。 １・・・ロータ、２・・・永久磁石、３・・・外側ヨー
ク、４．６・・・ステータコイル、５・・・内側ヨーク
、４ａ、６ａ・・・コイル積層部、２１．２２・・・切
込み、２４．２５・・・端子。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリンダ状のステータとロータを持つ永久磁石式
   の同期電動機において、上記シリンダ状ロータは透磁率
   の高い金属のシリンダ状両面に周方向に極性が交互に変
   わり径方向に同一方向に磁束が貫通するよう永久磁石が
   接着され、上記ステータはシリンダ状ロータに上記永久
   磁石の１極の幅と同一幅で軸方向端部に交互に切残し部
   を有する切込みを設けたコイルを形成する導体薄膜を積
   層して接着され、該導体薄膜間は直列に接続されている
   ことを特徴とする無鉄心ブラシレスシリンドリカルモー
   タ。
2. （２）上記ステータは上記シリンダ状ロータの両面に一
   定エアギャップをもって上記シリンダ状ロータの両側に
   配置されている特許請求の範囲第１項記載の無鉄心ブラ
   シレスシリンドリカルモータ。
3. （３）上記ロータは、永久磁石を両面に接着した複数の
   シリンダ部を有し、該シリンダ部の両面には一定エアギ
   ャップをもって上記ステータが配置されている特許請求
   の範囲第２項記載の無鉄心ブラシレスシリンドリカルモ
   ータ。
4. （４）上記導体薄膜の切込み間には過電流防止のための
   スリットが多数設けられている特許請求の範囲第１項、
   第２項、又は第３項記載の無鉄心ブラシレスシリンドリ
   カルモータ。
5. （５）上記導体薄膜のコイルパターンはエッチングによ
   って形成されている特許請求の範囲第１項、第２項、第
   ３項又は第４項記載の無鉄心ブラシレスシリンドリカル
   モータ。