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公開番号2020099198
公報種別公開特許公報(A)
公開日20200625
出願番号2020021356
出願日20200212
発明の名称コアレスモータ
出願人株式会社シンクテック
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類H02K 21/14 20060101AFI20200529BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】コアレスモータの小型化を可能にする。
【解決手段】コアレスモータ14の中央で軸方向に伸びていて貫通している固定軸2、固定軸に対して同心円状に配置され、一方の側の端面が固定軸に固定されているステータに支持されていて、固定軸が伸びる方向に伸びている円筒状コイル6、固定軸に対して回転可能に配置され、外周面が円筒状コイルの内周面に対向している磁石7を半径方向の外側に備えているロータ3、半径方向において円筒状コイルの外側で、固定軸に対して同心円状に配置されるハウジング円筒状部4を備えていて、ハウジング円筒状部が固定軸を中心として回転する円筒状ハウジング5、円筒状ハウジングに内蔵されていて、固定軸を中心とするロータの回転運動を固定軸を中心とする円筒状ハウジングの回転運動に伝達する回転運動伝達機構、円筒状コイルの外周面に対向するハウジング円筒状部の内周面が磁性材料で形成されている。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項1】
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、一方の側の端面が前記固定軸に固定されている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回転可能に配置され、外周面が前記円筒状コイルの内周面に対向している磁石を半径方向の外側に備えているロータと、
半径方向において前記円筒状コイルの外側で、前記固定軸に対して同心円状に配置されるハウジング円筒状部を備えていて、当該ハウジング円筒状部が前記固定軸を中心として回転する円筒状ハウジングと、
前記円筒状ハウジングに内蔵されていて、前記固定軸を中心とする前記ロータの回転運動を、前記固定軸を中心とする前記円筒状ハウジング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、
前記円筒状コイルの外周面に対向する前記ハウジング円筒状部の内周面が磁性材料で形成されている
コアレスモータ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
この発明はコアレスモータに関する。特に、中心で軸方向に伸びる回転軸が固定されていて、この回転軸に対して半径方向の外側で同心円状に配置される円筒状部を出力回転体とするコアレスモータに関する。
続きを表示(約 6,800 文字)【背景技術】
【0002】
中心で軸方向に伸びる回転軸が固定されていて、この回転軸に対して半径方向の外側で同心円状に配置される円筒状部を出力回転体とするコアレスモータは従来から提案されている(例えば、特許文献1)。
【0003】
特許文献1記載の発明では、円筒状に伸びる円筒状ハウジングの回転中心となって軸方向に伸びる中心軸が前記ハウジング内で終端している。そして、前記中心軸の端部に結合される減速機、等のユニットが前記ハウジング内に配備されている。中心軸を中心とするロータの回転運動が内蔵されている減速機を介して円筒状ハウジングに伝えられるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特許第6278432号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献1のような円筒状のコアレスモータでは、円筒状コイルと、ロータとを備えているものが知られている。円筒状コイルは、回転の中心となる中心軸が伸びる軸方向に伸び、前記中心軸に対して同心円状に配置される。ロータは、円筒状コイルを互いの間に挟み、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を備えていて前記中心軸に対して同心円状に配置される。円筒状コイルは前記中心軸に固定的に支持される。インナーヨークの外周面あるいは、アウターヨークの内周面に磁石が配備される。
【0006】
このような構造のコアレスモータの一例を図1、図2を用いて説明すると次のようになる。
【0007】
図1、図2図示のコアレスモータ1は、固定軸2を中心とするロータ3の回転運動をロータ3の半径方向で外側に位置するハウジング円筒状部4を有する円筒状ハウジング5の回転運動として取り出す形式のものである。
【0008】
固定軸2は、コアレスモータ1の中央で軸方向に伸びていてコアレスモータ1を貫通している。
【0009】
円筒状コイル6は固定軸2が伸びる方向に伸びていて、固定軸2に対して同心円状に配置され、一方の側(図1では左側)の端面がステータに支持されていて固定軸2に固定的に支持されている。
【0010】
円筒状コイル6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、固定軸2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。
【0011】
ロータ3は、固定軸2に対して同心円状に、また、固定軸2に対して回転可能に配置されている。ロータ3は、円筒状コイル6を互いの間に挟み、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を備えている。
【0012】
図1、図2では、インナーヨークの外周面側に、円筒状コイル6の内周面に対向する形式で磁石7が配備されている。
【0013】
インナーヨークの外周面側に固定されている磁石7の外周面と円筒状コイル6の内周面との間、円筒状コイル6の外周面とアウターヨークの内周面との間にはそれぞれ所定のギャップが保持されている。
【0014】
こうして、ロータ3を構成するアウターヨークと、インナーヨークとの間に断面ドーナッツ状の磁界が形成され、磁気回路が形成されている。
【0015】
円筒状ハウジング5は、半径方向において円筒状コイル6の外側で、固定軸2に対して同心円状に配置されるハウジング円筒状部4と、ハウジング円筒状部4の軸方向における両端部側からそれぞれ回転軸2方向に向かって伸びるハウジング側壁部を備えている。ハウジング側壁部の半径方向内側部は軸受を介して固定軸2に回転可能に支持され、これによって円筒状ハウジング5は、固定軸2を中心として回転可能になっている。
【0016】
円筒状ハウジング5には、固定軸2を中心とするロータ3の回転運動を、固定軸2を中心とする円筒状ハウジング5の回転運動に伝達する回転運動伝達機構が内蔵されている。図1、図2図示の実施形態では次のような構造の回転運動伝達機構が内蔵されている。
【0017】
ハウジング円筒状部4の固定軸2の軸方向における端部側の内周面側に内歯歯車8が配備されている。また、円筒状ハウジング5の内部に歯車機構が配備されている。この歯車機構が、固定軸2を中心とするロータ3の回転運動をハウジング円筒状部4の内歯歯車8に伝達し、円筒状ハウジング5を固定軸2を中心として回転させる回転運動伝達機構になる。
【0018】
この歯車機構は、固定軸2に回転可能に配備されていてロータ3の回転運動により回転する太陽歯車9を含む複数のギヤ部材から構成されている。図1、図2図示の実施形態では、遊星減速部11と、最終減速部12とを備えていて2段階で減速する構造になっている。
【0019】
ロータ3を構成しているインナーヨークとアウターヨーク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6に所定の電流を供給することにより発生する起磁力に反発して、磁石7が駆動され、ロータ3が回転する。ロータ3の回転力は、ロータ3の中心部に同軸に設けた太陽歯車9に伝えられ、歯車機構を構成する遊星歯車機構を介して減速され、遊星歯車の出力は、歯車を介して最終減速部の減速段に伝えられ、ハウジング円筒状部4の内歯歯車8に伝達される。
【0020】
こうして、円筒状ハウジング5のハウジング円筒状部4が回転し、ハウジング円筒状部4から出力される。
【0021】
遊星減速部11、最終減速部12を構成する歯車機構の組み合わせにより、円筒状ハウジング5のハウジング円筒状部4は、ロータ3の回転方向と同じ方向、あるいは、逆方向に回転させることができる。
【0022】
図1、図2図示のコアレスモータ1ではインナーヨークの外周面側に、円筒状コイル6の内周面に対向する形式で磁石7が配備されている。このような構造のコアレスモータに替えて、アウターヨークの内周面に、円筒状コイル6の外周面に対向する形式で磁石7が配備されて、ロータ3を構成するアウターヨークと、インナーヨークとの間に断面ドーナッツ状の磁界が形成され、磁気回路が形成されている構造にすることもできる。
【0023】
図1、図2に図示し上述した従来のコアレスモータ1の場合、回転性能などは容易に得られるが、その反面ロータ3の回転慣性が大きくなる。これは、インナーヨークの外周面側に、円筒状コイル6の内周面に対向する形式で磁石7が配備されている構造であっても、アウターヨークの内周面側に、円筒状コイル6の外周面に対向する形式で磁石7が配備されている構造であっても同様である。
【0024】
このような図1〜図2図示の従来のコアレスモータの場合、ロータ3という最も高速で回転する部分が大きく、干渉に伴うトラブルなどもあって小型化することは容易ではない。
【0025】
そこで、この発明は、中心で軸方向に伸びる回転軸が固定されていて、この回転軸に対して半径方向の外側で同心円状に配置される円筒状部を出力回転体とするコアレスモータにおいて、その小型化を可能にすることを目的にしている。
【課題を解決するための手段】
【0026】
[1]
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、一方の側の端面が前記固定軸に固定されている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回転可能に配置され、外周面が前記円筒状コイルの内周面に対向している磁石を半径方向の外側に備えているロータと、
半径方向において前記円筒状コイルの外側で、前記固定軸に対して同心円状に配置されるハウジング円筒状部を備えていて、当該ハウジング円筒状部が前記固定軸を中心として回転する円筒状ハウジングと、
前記円筒状ハウジングに内蔵されていて、前記固定軸を中心とする前記ロータの回転運動を、前記固定軸を中心とする前記円筒状ハウジング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、
前記円筒状コイルの外周面に対向する前記ハウジング円筒状部の内周面が磁性材料で形成されている
コアレスモータ。
【発明の効果】
【0027】
この発明によれば、中心で軸方向に伸びる回転軸が固定されていて、この回転軸に対して半径方向の外側で同心円状に配置される円筒状部を出力回転体とするコアレスモータにおいて、その小型化を可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0028】
従来のコアレスモータの一例の概略構造を説明する断面図。
図1図示の従来のコアレスモータの分解斜視図。
本発明のコアレスモータの一例の概略構造を説明する断面図。
図3図示のコアレスモータの分解斜視図。
【発明を実施するための形態】
【0029】
図3、図4を参照して本発明の一実施形態を説明する。
【0030】
図3、図4図示のコアレスモータ14において、図1、図2図示の従来のコアレスモータと共通する部分には共通する符号を用いてその説明を省略する。
【0031】
図3、図4図示のコアレスモータ14は、固定軸2を中心とするロータ3の回転運動をロータ3の半径方向で外側に位置するハウジング円筒状部4を有する円筒状ハウジング5の回転運動として取り出す形式のものである。
【0032】
固定軸2は、コアレスモータ14の中央で軸方向に伸びていてコアレスモータ14を貫通している。
【0033】
円筒状コイル6は固定軸2が伸びる方向に伸びていて、固定軸2に対して同心円状に配置され、一方の側(図3では左側)の端面がステータに支持されていて固定軸2に固定的に支持されている。
【0034】
ロータ3は、図1、図2図示の従来例におけるアウターヨークに相当する部材を備えておらず、図1、図2図示の従来例におけるインナーヨークに相当する部材の外周面に磁石7が配備されている形態になっている。
【0035】
すなわち、ロータ3は、固定軸2に対して回転可能に配置され、外周面が円筒状コイル6の内周面に対向している磁石7を半径方向の外側に備えている構造になっている。
【0036】
円筒状ハウジング5は、半径方向において円筒状コイル6の外側で、固定軸2に対して同心円状に配置されるハウジング円筒状部4と、ハウジング円筒状部4の軸方向における両端部からそれぞれ回転軸2方向に向かって伸びるハウジング側壁部を備えている。ハウジング側壁部の半径方向内側部は軸受を介して固定軸2に回転可能に支持され、これによって円筒状ハウジング5は、固定軸2を中心として回転可能になっている。
【0037】
図3、図4図示の実施形態では、円筒状コイル6の外周面に対向するハウジング円筒状部4の内周面が磁性材料で形成されている。
【0038】
図3、図4図示の実施形態では、円筒状コイル6の外周面に対向するハウジング円筒状部4の磁性材料で形成されている内周面をケイ素鋼板で形成したケイ素鋼板部13にしている。ケイ素鋼板部13は、表面に絶縁層を有する磁気特性の良いケイ素鋼板の薄い板を図3の固定軸2の延長方向に積み重ねて形成している。円筒状コイル6の外周面に対向するハウジング円筒状部4の内周面がケイ素鋼板部13に形成されている構造としては、例えば、図4図示のように、固定軸2が伸びる軸方向における磁石7の幅に対応する幅をもった円筒状に、表面に絶縁層を有する薄いケイ素鋼板が図3の主軸の延長方向に積層されてなるケイ素鋼板部13が、ハウジング円筒状部4の内周に固定されている構造を採用することができる。
【0039】
図1、図2図示の従来例におけるインナーヨークに相当する部材の外周面に配備されている磁石7の外周面と、円筒状コイル6の内周面との間、円筒状コイル6の外周面と、ハウジング円筒状部4の内周面であるケイ素鋼板部13との間にはそれぞれ所定のギャップが保持されている。
【0040】
図1、図2図示の従来例では、ロータ3を構成する円筒状のインナーヨークとアウターヨークとの間に円筒状コイル6が挟まれていた。
【0041】
図3、図4図示の実施形態では、外周面に磁石7が配備されている図1、図2図示の従来例におけるインナーヨークに相当する部材と、ハウジング円筒状部4の内周面であるケイ素鋼板部13との間に円筒状コイル6が挟まれている。
【0042】
図1、図2図示の従来例では、ロータ3を構成し、円筒状コイル6を互いの間に挟む、円筒状のインナーヨークとアウターヨークとの間に磁気回路が形成されていた。
【0043】
図3、図4図示の実施形態では、円筒状コイル6を互いの間に挟む、外周面に磁石7が配備されている図1、図2図示の従来例におけるインナーヨークに相当する部材と、ハウジング円筒状部4の内周面に形成されているケイ素鋼板部13との間に断面ドーナッツ状の磁界が形成され、磁気回路が形成されることになる。
【0044】
磁石が配備されている円筒状の一方の部材との間で断面ドーナッツ状の磁界を形成する円筒状の他方の部材がケイ素鋼板部13であることから、干渉に伴うトラブルなどの発生を抑制することができる。
【0045】
円筒状ハウジング5には、固定軸2を中心とするロータ3の回転運動を、固定軸2を中心とする円筒状ハウジング5の回転運動に伝達する回転運動伝達機構が内蔵されている。
【0046】
図1、図2図示の従来例と同じく、図3、図4図示の実施形態では次のような構造の回転運動伝達機構が内蔵されている。
【0047】
ハウジング円筒状部4の固定軸2の軸方向における端部側の内周面側に内歯歯車8が配備されており、円筒状ハウジング5の内部に歯車機構が配備されている。この歯車機構は、固定軸2を中心とするロータ3の回転運動をハウジング円筒状部4の内歯歯車8に伝達し、円筒状ハウジング5を固定軸2を中心として回転させる回転運動伝達機構を構成している。
【0048】
この歯車機構は、固定軸2に回転可能に配備されていてロータ3の回転運動により回転する太陽歯車9を含む複数のギヤ部材から構成されている。図3、図4図示の実施形態では、遊星減速部11と、最終減速部12とを備えていて2段階で減速する構造になっている。
【0049】
円筒状コイル6を互いの間に挟む、外周面に磁石7が配備されている図1、図2図示の従来例におけるインナーヨークに相当する部材と、ハウジング円筒状部4の内周面に形成されているケイ素鋼板部13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6に所定の電流を供給する。これにより発生する起磁力に反発して、磁石7が駆動され、ロータ3が回転する。ロータ3の回転力は、ロータ3の中心部に同軸に設けた太陽歯車9に伝えられ、歯車機構を構成する遊星歯車機構を介して減速され、遊星歯車の出力は、歯車を介して最終減速部の減速段に伝えられ、ハウジング円筒状部4の内歯歯車8に伝達される。
【0050】
こうして、円筒状ハウジング5のハウジング円筒状部4が回転し、ハウジング円筒状部4から出力される。
(【0051】以降は省略されています)

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