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公開番号2025180714
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-12-11
出願番号2024088241
出願日2024-05-30
発明の名称静電モータ
出願人株式会社デンソー,トヨタ自動車株式会社,株式会社ミライズテクノロジーズ
代理人弁理士法人ゆうあい特許事務所
主分類H02N 1/00 20060101AFI20251204BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】簡素な構造で、軽量化を図るようにした静電モータ1を提供する。
【解決手段】
静電モータ1では、ステータ電極50a～50h、51a～51h、52a～52h、53a～53hの全ての極性が負極に設定される。このため、ステータ10に沿面放電が発生しない。ロータ電極60a～60h、61a～61h、62a～62hの全ての極性が、正極および負極のうち一方の極性から他方の極性に順次切り替えられる。このため、ロータ20にも沿面放電が発生しない。よって、ステータ10、ロータ20において、電気絶縁部材を排除することができる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
軸線（Ｓ）を中心とする円周方向に等間隔に並べられている複数のステータ電極（５０、５０ａ～５０ｈ、５１ａ～５１ｈ、５２ａ～５２ｈ、５３ａ～５３ｈ）を有するステータ（１０）と、
前記軸線を中心とする円周方向に等間隔に並べられている複数のロータ電極（６０ａ～６０ｈ、６１ａ～６１ｈ、６２ａ～６２ｈ、６０）を有し、前記ステータに対して前記軸線を中心とする回転方向（Ｋａ）の一方側に回転が自在になるように構成されているロータ（２０）と、
前記複数のステータ電極および前記複数のロータ電極のうち一方の複数の電極を複数の一方側電極とし、前記ステータ電極および前記ロータ電極のうち前記複数の一方側電極以外の電極を複数の他方側電極とした場合において、
前記複数の一方側電極の極性を正極および負極のうちいずれか一方の極性に設定し、前記複数の他方側電極の極性を、前記正極および前記負極のうち一方の極性から他方の極性に順次切り替えることにより、前記複数のロータ電極および前記複数のステータ電極の間に生じる静電気力による引力によって前記ロータを前記回転方向の一方側に回転させる回転トルクを前記ロータに発生させる制御部（２）と、
を備える静電モータ。
続きを表示（約 3,500 文字）【請求項２】
前記複数のステータ電極において前記回転方向に隣り合う２つのステータ電極のうち前記回転方向の一方側に位置するステータ電極を、一方側ステータ電極とし、前記隣り合う２つのステータ電極のうち前記回転方向の他方側に位置するステータ電極を、他方側ステータ電極とし、前記回転方向において前記一方側ステータ電極および前記他方側ステータ電極の間の中間位置を、回転方向中間位置（Ｚｘ）とした場合において、
前記複数のロータ電極における前記軸線を中心とする角度を検出する角度センサ（３４）を備え、
前記複数のステータ電極と前記複数のロータ電極とは、同一の間隔で前記円周方向に並べられており、
前記複数のステータ電極が前記複数の一方側電極であり、前記複数のロータ電極が前記複数の他方側電極であり、
前記複数のステータ電極のそれぞれの極性が前記制御部によって負極に設定されており、
前記制御部は、前記角度センサの検出角度に基づいて、前記回転方向中間位置および前記一方側ステータ電極の間における前記軸線を中心とする第１角度範囲（ｆｂ）内に、前記複数のロータ電極が位置すると判定したとき、前記複数のロータ電極の極性を正極に設定することによって前記ロータに前記回転トルクを発生させ、
前記制御部は、前記角度センサの検出角度に基づいて、前記他方側ステータ電極および前記回転方向中間位置の間における前記軸線を中心とする第２角度範囲（ｆａ）内に、前記複数のロータ電極が位置すると判定したとき、前記複数のロータ電極の極性を負極に設定することによって前記ロータを慣性によって前記回転方向の一方側に回転させる請求項１に記載の静電モータ。
【請求項３】
前記複数のステータ電極において前記回転方向に隣り合う２つのステータ電極のうち前記回転方向の一方側に位置するステータ電極を、一方側ステータ電極とし、前記隣り合う２つのステータ電極のうち前記回転方向の他方側に位置するステータ電極を、他方側ステータ電極とし、前記回転方向において前記一方側ステータ電極および前記他方側ステータ電極の間の中間位置を、回転方向中間位置（Ｚｘ）とした場合において、
前記複数のロータ電極における前記軸線を中心とする角度を検出する角度センサ（３４）を備え、
前記複数のステータ電極と前記複数のロータ電極とは、同一の間隔で前記円周方向に並べられており、
前記複数のステータ電極が前記複数の一方側電極であり、前記複数のロータ電極が前記複数の他方側電極であり、
前記複数のステータ電極のそれぞれの極性が前記制御部によって正極に設定されており、
さらに前記制御部は、前記角度センサの検出角度に基づいて、前記回転方向中間位置および前記一方側ステータ電極の間における前記軸線を中心とする第１角度範囲（ｆｂ）内に、前記複数のロータ電極が位置すると判定したとき、前記複数のロータ電極の極性を負極に設定することによって前記ロータに前記回転トルクを発生させ、
前記制御部は、前記角度センサの検出角度に基づいて、前記他方側ステータ電極および前記回転方向中間位置の間における前記軸線を中心とする第２角度範囲（ｆａ）内に、前記複数のロータ電極が位置すると判定したとき、前記複数のロータ電極の極性を正極に設定することによって前記ロータを慣性によって前記回転方向の一方側に回転させる請求項１に記載の静電モータ。
【請求項４】
前記複数のステータ電極において前記回転方向に隣り合う２つのステータ電極のうち前記回転方向の一方側に位置するステータ電極を一方側ステータ電極とし、前記隣り合う２つのステータ電極のうち前記回転方向の他方側に位置するステータ電極を他方側ステータ電極とし、前記回転方向において前記一方側ステータ電極および前記他方側ステータ電極の間の中間位置を回転方向中間位置（Ｚｘ）とした場合において、
前記複数のロータ電極における前記軸線を中心とする角度を検出する角度センサ（３４）を備え、
前記複数のステータ電極と前記複数のロータ電極とは、同一の間隔で前記円周方向に並べられており、
前記複数のロータ電極が前記複数の一方側電極であり、前記複数のステータ電極が前記複数の他方側電極であり、
前記複数のロータ電極のそれぞれの極性が前記制御部によって負極に設定されており、
前記制御部は、前記角度センサの検出角度に基づいて、前記回転方向中間位置および前記一方側ステータ電極の間における前記軸線を中心とする第１角度範囲（ｆｂ）内に、前記複数のロータ電極が位置すると判定したとき、前記複数のステータ電極の極性を正極に設定することによって前記ロータに前記回転トルクを発生させ、
前記制御部は、前記角度センサの検出角度に基づいて、前記他方側ステータ電極および前記回転方向中間位置の間における前記軸線を中心とする第２角度範囲（ｆａ）内に、前記複数のロータ電極が位置すると判定したとき、前記複数のステータ電極の極性を負極に設定することによって前記ロータを慣性によって前記回転方向の一方側に回転させる請求項１に記載の静電モータ。
【請求項５】
前記複数のステータ電極において前記回転方向に隣り合う２つのステータ電極のうち前記回転方向の一方側に位置するステータ電極を一方側ステータ電極とし、前記隣り合う２つのステータ電極のうち前記回転方向の他方側に位置するステータ電極を他方側ステータ電極とし、前記回転方向において前記一方側ステータ電極および前記他方側ステータ電極の間の中間位置を回転方向中間位置（Ｚｘ）とした場合において、
前記複数のロータ電極における前記軸線を中心とする角度を検出する角度センサ（３４）を備え、
前記複数のステータ電極と前記複数のロータ電極とは、同一の間隔で前記円周方向に並べられており、
前記複数のロータ電極が前記複数の一方側電極であり、前記複数のステータ電極が前記複数の他方側電極であり、
前記複数のロータ電極のそれぞれの極性が前記制御部によって正極に設定されており、
前記制御部は、前記角度センサの検出角度に基づいて、前記回転方向中間位置および前記一方側ステータ電極の間における前記軸線を中心とする第１角度範囲（ｆｂ）内に、前記複数のロータ電極が位置すると判定したとき、前記複数のステータ電極の極性を負極に設定することによって前記ロータに前記回転トルクを発生させ、
前記制御部は、前記角度センサの検出角度に基づいて、前記他方側ステータ電極および前記回転方向中間位置の間における前記軸線を中心とする第２角度範囲（ｆａ）内に、前記複数のロータ電極が位置すると判定したとき、前記複数のステータ電極の極性を正極に設定することによって前記ロータを慣性によって前記回転方向の一方側に回転させる請求項１に記載の静電モータ。
【請求項６】
前記軸線が延びる方向を軸線方向としたとき、前記複数のステータ電極は、それぞれ、前記複数のロータ電極に対して前記軸線方向（Ｓｚ）にずれて配置されている請求項１に記載の静電モータ。
【請求項７】
前記複数のステータ電極は、それぞれ、前記複数のロータ電極に対して前記軸線を中心とする径方向（Ｃｙ）にずれて配置されている請求項１に記載の静電モータ。
【請求項８】
前記複数のステータ電極は、それぞれ、一体化されている一体化構成物を構成している請求項１に記載の静電モータ。
【請求項９】
前記複数のロータ電極は、それぞれ、一体化されている一体化構成物を構成している請求項１に記載の静電モータ。
【請求項１０】
前記ステータは、前記複数のステータ電極のうち１つ以上のステータ電極が接続されている複数のステータ支持部（１１）を備え、
前記ロータは、前記複数のロータ電極のうち１つ以上のロータ電極が接続されている複数のロータ支持部（２１）を備え、
前記軸線が延びる方向を軸線方向としたとき、前記複数のステータ支持部は、それぞれ、前記軸線方向に並べられ、かつ連結されており、
前記複数のロータ支持部は、それぞれ、前記軸線方向に並べられ、かつ連結されている請求項１に記載の静電モータ。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、静電モータに関するものである。
続きを表示（約 4,100 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、静電モータにおいて、複数の第１ステータ電極と複数の第２ステータ電極とを備えるステータと、このステータに対して軸線方向に配置されて複数のロータ電極を備えるロータとを備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。複数の第１ステータ電極と複数の第２ステータ電極とは、１つずつ、軸線を中心とする円周方向に交互に並べられている。
【０００３】
複数のロータ電極は、それぞれ、複数の第１ステータ電極および複数の第２ステータ電極に対して軸線を中心とする径方向に配置されている。複数の第１ステータ電極に正電圧が与えられ、複数の第２ステータ電極に負電圧が与えられる。ロータ電極が第１ステータ電極に対して回転方向の他方側に位置するとき、ロータ電極には負電圧が与えられる。これにより、ロータ電極には、第１ステータ電極に対する静電気力による引力に起因してロータを回転方向の一方側へ回転させるトルクが生じる。
【０００４】
その後、ロータ電極が第１ステータ電極に対して回転方向の一方側に位置するときには、ロータ電極には正電圧が与えられる。このことにより、ロータ電極は、第１ステータ電極に対する静電気力による反力と第２ステータ電極に対する静電気力による引力に起因してロータを回転方向の一方側へ回転させるトルクが生じる。このように、ロータ電極に与える電圧を、正電圧および負電圧のうち一方から他方へ切り替えることにより、ロータ電極、ひいては、ロータを回転させる回転トルクを発生させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１３－４８５５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記静電モータにおいて、ロータ電極に与える電圧を正電圧および負電圧のうち一方から他方へ切り替えることにより、ロータを回転させる回転トルクが発生させる。しかしながら、複数の第１ステータ電極に正電圧が与えられ、複数の第２ステータ電極に負電圧が与えられる。このため、静電モータの出力を高くするには、複数の第１ステータ電極と複数の第２ステータ電極との間に電圧差を大きくすることが必要になる。
【０００７】
この場合、複数の第１ステータ電極と複数の第２ステータ電極との間の電気絶縁を確保することが困難となる。したがって、複数の第１ステータ電極と複数の第２ステータ電極との間の沿面放電の発生を抑えるために、複数の第１ステータ電極と複数の第２ステータ電極との間に電気絶縁部材を配置することが必要になる。これにより、静電モータの重量が重くなる。
本開示は上記点に鑑みて、軽量化を図るようにした静電モータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の１つの観点によれば、静電モータは、
軸線（Ｓ）を中心とする円周方向に等間隔に並べられている複数のステータ電極（５０、５０ａ～５０ｈ、５１ａ～５１ｈ、５２ａ～５２ｈ、５３ａ～５３ｈ）を有するステータ（１０）と、
軸線を中心とする円周方向に等間隔に並べられている複数のロータ電極（６０、６０ａ～６０ｈ、６１ａ～６１ｈ、６２ａ～６２ｈ）を有し、ステータに対して軸線を中心とする回転方向（Ｋａ）の一方側に回転が自在になるように構成されているロータ（２０）と、
複数のステータ電極および複数のロータ電極のうち一方の複数の電極を複数の一方側電極とし、ステータ電極およびロータ電極のうち複数の一方側電極以外の電極を複数の他方側電極とした場合において、
複数の一方側電極の極性を正極および負極のうちいずれか一方の極性に設定し、複数の他方側電極の極性を、正極および負極のうち一方の極性から他方の極性に順次切り替えることにより、複数のロータ電極および複数のステータ電極の間に生じる静電気力による引力によってロータを回転方向の一方側に回転させる回転トルクをロータに発生させる制御部（２）と、を備える。
【０００９】
したがって、複数の一方側電極の極性が全て正極および負極のうちいずれか一方の極性に設定され、複数の他方側電極の極性が、全て、正極および負極のうち一方の極性から他方の極性に順次切り替えられる。このため、複数のステータ電極において、沿面放電が発生することを抑えることができる。複数のロータ電極において、沿面放電が発生することを抑えることができる。これにより、複数のステータ電極、複数のロータ電極のそれぞれに、電気絶縁部材が設けられていない。したがって、複数のステータ電極、複数のロータ電極のそれぞれにおいて、電気絶縁部材を排除することにより、軽量化を図るようにした静電モータを提供することができる。
なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本開示の第１実施形態における静電モータの全体構成を示す斜視図であり、複数のステータ電極、および複数のロータ電極の配置関係の説明を補助するための斜視図である。
図１の第１実施形態における静電モータにおいて軸線を含む仮想面で切断した断面図であり、複数のステータ電極、および複数のロータ電極の配置関係の説明を補助するための図である。
図１の第１実施形態における静電モータの上面図であり、複数のステータ電極、および複数のロータ電極の配置関係の説明を補助するための図である。
図１の第１実施形態における静電モータのロータを作動させるためのインバータ回路の電気回路構成を示す電気回路図である。
図１の第１実施形態における静電モータにロータ電極およびステータ電極の配置関係、ロータ電極およびステータ電極のそれぞれの極性、ロータ電極に与えられる電圧、および、ロータに生じる回転トルクを示す図である。
図１の第１実施形態における静電モータにおいて、時間と電気角との関係、ロータ電極に与えられる電圧と時間との関係、ロータ電極に生じる回転トルクと時間との関係を示す図である。
対比例における静電モータの全体構成を示す斜視図であり、複数のステータ電極、および複数のロータ電極の配置関係の説明を補助するための斜視図である。
図７の対比例における静電モータにおいて、時間と電気角との関係、ロータ電極に与えられる電圧と時間との関係、ロータ電極に生じる回転トルクと時間との関係を示す図である。
図１の第１実施形態における静電モータの電極構成の最適化の説明に用いるテータ電極およびロータ電極の間の距離、ロータに生じる静電気力および回転方向位置の関係を示す図である。
図１の第１実施形態における静電モータにおいて、回転トルクおよび極数の関係を示す図である。
本開示の第２実施形態における静電モータのロータを作動させるためのインバータ回路の電気回路構成を示す電気回路図である。
図１１の第２実施形態における静電モータにおいて、時間と電気角の関係、ロータ電極に与えられる電圧と時間との関係、ロータ電極に生じる回転トルクと時間との関係を示す図である。
本開示の第３実施形態における静電モータのロータを作動させるためのインバータ回路の電気回路構成を示す電気回路図である。
図１３の第３実施形態における静電モータにおいて、時間と電気角の関係、ロータ電極に与えられる電圧と時間との関係、ロータ電極に生じる回転トルクと時間との関係を示す図である。
本開示の第４実施形態における静電モータのロータを作動させるためのインバータ回路の電気回路構成を示す電気回路図である。
図１５の第４実施形態における静電モータにおいて、時間と電気角の関係、ロータ電極に与えられる電圧と時間との関係、ロータ電極に生じる回転トルクと時間との関係を示す図である。
本開示の第５実施形態における静電モータにおいて軸線を含む仮想面で切断した断面図であり、複数のステータ電極、および複数のロータ電極の配置関係の説明を補助するための図である。
図１７の第５実施形態における静電モータにおいて複数のステータ電極、および複数のロータ電極の配置関係を示す図であり、複数のステータ電極、および複数のロータ電極を軸線に直交する仮想面で切断した断面図である。
本開示の第６実施形態における静電モータにおいて軸線を含む仮想面で切断した断面図であり、複数のステータ電極、および複数のロータ電極の配置関係の説明を補助するための図である。
本開示の第７実施形態における静電モータの全体構成を示す斜視図であり、複数のステータ電極、および複数のロータ電極の配置関係の説明を補助するための斜視図である。
図２０の第７実施形態における静電モータのステータの構成の説明を補助するための斜視図である。
図２０の第７実施形態における静電モータのステータの構成の説明を補助するための断面図である。
図２０の第７実施形態における静電モータのロータの構成の説明を補助するための斜視図である。
本開示の第８実施形態における静電モータの全体構成を示す斜視図であり、複数のステータ電極、および複数のロータ電極の配置関係の説明を補助するための斜視図である。
図２４の第８実施形態における静電モータを構成する１つのモータ本体部を示す斜視図である。
図２４の第８実施形態におけるモータ本体部を構成するステータ本体部を示す斜視図である。
図２４の第８実施形態におけるモータ本体部を構成するロータ本体部を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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