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JP7820737B2 - electric motor - Google Patents
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JP7820737B2 - electric motor - Google Patents

electric motor

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JP7820737B2 JP2023069265A JP2023069265A JP7820737B2 JP 7820737 B2 JP7820737 B2 JP 7820737B2 JP 2023069265 A JP2023069265 A JP 2023069265A JP 2023069265 A JP2023069265 A JP 2023069265A JP 7820737 B2 JP7820737 B2 JP 7820737B2
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義光 酒井
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Description

本発明は、電動機に関するものである。 The present invention relates to an electric motor.

電動機として、軸方向の両端が閉鎖された円筒状のケースと、ケースに軸支されている回転軸と、ケースの内周面に取付けられており回転軸を中心とした等角度の間隔で中心へ向かって突出している複数のティースを有する環状のコアと、コアの各ティースに巻かれているコイルと、各ティースに対面するように回転軸を中心とした等角度の間隔で回転軸に取付けられている複数の永久磁石と、を備えたものが知られている(例えば、特許文献1)。 A known electric motor includes a cylindrical case with both axial ends closed, a rotating shaft journaled in the case, an annular core attached to the inner surface of the case and having multiple teeth protruding toward the center at equiangular intervals around the rotating shaft, a coil wound around each tooth of the core, and multiple permanent magnets attached to the rotating shaft at equiangular intervals around the rotating shaft so as to face each tooth (see, for example, Patent Document 1).

しかしながら、特許文献1のような従来の電動機では、環状のコアにおける中心へ向かって突出している複数のティースそれぞれに、エナメル線のような被覆電線を巻いてコイルを形成しているため、それらコイルの形成に手間がかかり、コストの増加を抑制することが困難であった。 However, in conventional electric motors such as those described in Patent Document 1, coils are formed by winding coated wire, such as enameled wire, around each of the multiple teeth that protrude toward the center of an annular core. This makes forming these coils time-consuming and makes it difficult to prevent costs from increasing.

特開2022-116563号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2022-116563

そこで、本発明は、上記の実情に鑑み、コストの増加を抑制することが可能な電動機の提供を課題とするものである。 In light of the above situation, the present invention aims to provide an electric motor that can suppress cost increases.

上記の課題を解決するために、本発明にかかる電動機は、
「中空のケーシングと、
該ケーシングにより回転可能に軸支されている回転シャフトと、
該回転シャフトの軸芯と同軸上の円環状に形成されており、前記ケーシング内に取付けられているステーターユニットと、
該ステーターユニットとの間に隙間をあけた状態で、前記ケーシング内において前記回転シャフトに取付けられているローターユニットと、
を具備し、
前記ステーターユニットは、
円環状のコア、該コアの全周にわたってトロイダル巻きされている全周コイル、及び、該全周コイルの複数箇所で部分的にトロイダル巻きされており前記軸芯を中心とした等角度間隔に設けられている複数の部分コイル、を有する円環状のコイルユニットと、
該コイルユニットにおける軸方向の一方の端面側において、前記軸芯を中心とした等角度間隔に配置されており、それぞれの磁極を軸方向に向けていると共に、前記コイルユニットの端面と対面する磁極の向きが周方向において交互に逆転している複数のステーター磁石と
を備えており、
前記ローターユニットは、
複数の前記ステーター磁石とは前記コイルユニットを間にした反対側において、前記軸芯を中心とした等角度間隔に配置されており、それぞれの磁極を軸方向に向けていると共に、前記コイルユニットの端面と対面する磁極の向きが周方向において交互に逆転している複数の第一ローター磁石と、
前記コイルユニットの環内において、前記軸芯を中心として複数の前記第一ローター磁石と同じ等角度間隔に配置されており、それぞれの磁極を前記軸芯を中心とした半径方向に向けていると共に、前記コイルユニットの内周面と対面する磁極の向きが周方向において交互に逆転している複数の第二ローター磁石と
を備え
前記第一ローター磁石と前記第二ローター磁石は、前記軸芯を中心とした同じ角度位置に設けられていると共に、
前記第二ローター磁石は、前記コイルユニットの内周面と対面する磁極が、前記軸芯を中心とした同じ角度位置に設けられている前記第一ローター磁石における前記コイルユニットの端面と対面する磁極と同じである」ものである。
In order to solve the above problems, the electric motor according to the present invention comprises:
"A hollow casing,
a rotating shaft rotatably supported by the casing;
a stator unit formed in an annular shape coaxial with the axis of the rotary shaft and attached within the casing;
a rotor unit attached to the rotary shaft within the casing with a gap between the rotor unit and the stator unit;
Equipped with
The stator unit is
an annular coil unit including an annular core, a full-circumference coil wound toroidally around the entire circumference of the core, and a plurality of partial coils that are partially toroidally wound at a plurality of locations on the full-circumference coil and are arranged at equal angular intervals around the axis;
a plurality of stator magnets arranged at equal angular intervals around the axis on one end face side of the coil unit in the axial direction, with their respective magnetic poles facing the axial direction and the orientation of the magnetic poles facing the end face of the coil unit being alternately reversed in the circumferential direction;
The rotor unit comprises:
a plurality of first rotor magnets, which are arranged on the opposite side of the coil unit from the plurality of stator magnets at equal angular intervals around the axis, with their respective magnetic poles facing the axial direction and with the orientation of the magnetic poles facing the end face of the coil unit alternately reversed in the circumferential direction;
a plurality of second rotor magnets arranged within the ring of the coil unit at the same equal angular intervals as the plurality of first rotor magnets around the axis, with their respective magnetic poles facing in a radial direction around the axis, and with the orientation of their magnetic poles facing the inner circumferential surface of the coil unit being alternately reversed in the circumferential direction ;
The first rotor magnet and the second rotor magnet are provided at the same angular position around the axis,
The second rotor magnet has a magnetic pole that faces the inner surface of the coil unit that is the same as the magnetic pole that faces the end face of the coil unit in the first rotor magnet, which is arranged at the same angular position centered on the axis .

本構成の電動機によれば、コイルユニットにおいて、円環状のコアに、全周コイルや部分コイルをトロイダル巻きしているため、従来の電動機のように中心へ向かって突出している複数のティースそれぞれに被覆電線を巻いてコイルを形成する場合と比較して、コイルを容易に形成することができ、電動機にかかるコストの増加を抑制することができる。 In an electric motor with this configuration, the coil unit has a full-circumference coil or partial coil wound toroidally around a circular core. This makes it easier to form the coil compared to conventional electric motors, where coils are formed by winding coated wire around each of multiple teeth that protrude toward the center, and reduces the cost of the electric motor.

本発明にかかる電動機は、上記の構成に加えて、
「一つの前記ステーターユニットと一つの前記ローターユニットとからなるベースユニットを複数組備えており、
各組の該ベースユニットは、
一つの前記回転シャフトに対して、それぞれ配置されていると共に、それぞれの前記ステーターユニットは、前記コイルユニットの外周面を囲むように円筒状に巻かれている外周コイルを備えている」ものである。
In addition to the above configuration, the electric motor according to the present invention has:
"A plurality of base units each consisting of one stator unit and one rotor unit are provided,
The base units of each set are:
Each stator unit is arranged relative to one of the rotating shafts, and each stator unit has an outer circumferential coil wound cylindrically so as to surround the outer circumferential surface of the coil unit.

本構成によれば、一つの回転シャフトに対して、ステーターユニットとローターユニットとを備えたベースユニットを複数組備えているため、ベースユニットが一組の場合と比較して、回転シャフトの回転トルクが高くなる。 With this configuration, multiple sets of base units, each equipped with a stator unit and a rotor unit, are provided for one rotating shaft, resulting in a higher rotational torque for the rotating shaft compared to when there is only one base unit.

また、各組のベースユニットそれぞれに円筒状の外周コイルを備えていることから、例えば二組(二組以上の場合は偶数組が望ましい)のベースユニットを備える場合は同じ半径の二つの外周コイルが同軸上に並んでいるため、二つの外周コイル同士の距離を外周コイルの半径と同じ距離にすることで、二つの外周コイルすなわち一対の外周コイルによりヘルムホルツコイルを構成することが可能となる。これにより、一対の外周コイルによりヘルムホルツコイルを構成するようにした場合、一対の外周コイルに電流を流して同じ向きの磁場を発生させると、一対の外周コイルの軸芯上で均一な磁場を得ることができるため、その磁場により一対の外周コイルの環内それぞれに設けられているコイルユニットなどで発生する磁場を打ち消すことが可能となり、外部への磁気漏れが少ない電動機を提供することができる。 Furthermore, since each set of base units is equipped with a cylindrical outer coil, if two sets of base units are provided (an even number of sets is preferable when more than two sets are used), for example, two outer coils of the same radius are lined up coaxially. By making the distance between the two outer coils the same as the radius of the outer coil, it is possible to form a Helmholtz coil using two outer coils, i.e., a pair of outer coils. As a result, when a Helmholtz coil is formed using a pair of outer coils, passing current through the pair of outer coils to generate a magnetic field in the same direction can produce a uniform magnetic field on the axis of the pair of outer coils. This magnetic field can cancel out magnetic fields generated by coil units and other components located within the rings of the pair of outer coils, making it possible to provide an electric motor with little magnetic leakage to the outside.

以上のように、本発明によれば、コストの増加を抑制することが可能な電動機を提供することができる。 As described above, the present invention provides an electric motor that can suppress cost increases.

本発明の一実施形態である電動機の斜視図である。1 is a perspective view of an electric motor according to an embodiment of the present invention; 電動機の断面図である。FIG. 電動機を主な構成毎に分解して示す分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view showing the electric motor disassembled into its main components. (a)は電動機におけるステーターユニットの斜視図であり、(b)は(a)のステーターユニットを反対側から示す斜視図である。FIG. 2A is a perspective view of a stator unit in an electric motor, and FIG. 2B is a perspective view showing the stator unit in FIG. 2A from the opposite side. (a)はステーターユニットを分解して示す分解斜視図であり、(b)は(a)のステーターユニットを反対側から示す分解斜視図である。1A is an exploded perspective view showing a stator unit in an exploded state, and FIG. 1B is an exploded perspective view showing the stator unit in FIG. 1A from the opposite side. (a)はステーターユニットにおけるコイルユニットのコアの正面図であり、(b)はコアに全周コイルを巻き付けた状態を示す正面図であり、(c)は(b)に部分コイルを巻き付けてコイルユニットにした状態を示す正面図である。(a) is a front view of the core of the coil unit in the stator unit, (b) is a front view showing the state in which a full-circumference coil is wound around the core, and (c) is a front view showing the state in which a partial coil is wound around (b) to form a coil unit. ステーターユニットにおけるステーター磁石の配置を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing the arrangement of stator magnets in a stator unit. (a)は電動機におけるはローターユニットの斜視図であり、(b)は(a)のローターユニットを反対側から示す斜視図である。FIG. 2A is a perspective view of a rotor unit in an electric motor, and FIG. 2B is a perspective view showing the rotor unit in FIG. 2A from the opposite side. ローターユニットにおける第一ローター磁石及び第二ローター磁石の配置を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing the arrangement of a first rotor magnet and a second rotor magnet in a rotor unit.

以下、本発明の一実施形態である電動機1について、図面を参照して詳細に説明する。電動機1は、中空のケーシング10と、ケーシング10により回転可能に軸支されている回転シャフト20と、回転シャフト20の軸芯と同軸上の円環状に形成されており、ケーシング10に取付けられているステーターユニット30と、ステーターユニット30との間に隙間をあけた状態で、ケーシング10内において回転シャフト20に取付けられているローターユニット50と、を具備している。 An electric motor 1, which is one embodiment of the present invention, will be described in detail below with reference to the drawings. The electric motor 1 comprises a hollow casing 10, a rotating shaft 20 rotatably supported by the casing 10, a stator unit 30 formed in an annular shape coaxial with the axis of the rotating shaft 20 and attached to the casing 10, and a rotor unit 50 attached to the rotating shaft 20 within the casing 10 with a gap between the stator unit 30 and the rotor unit 50.

本実施形態の電動機1は、一つのステーターユニット30と一つのローターユニット50とからなる組を、二組備えている。この一組のステーターユニット30及びローターユニット50は、本発明のベースユニットに相当している。以下では、回転シャフト20が延びている方向を軸方向、回転シャフト20の中心軸線を軸芯、その軸芯を中心にした円の円周に沿った方向を周方向、とそれぞれ称する。 The electric motor 1 of this embodiment has two sets of one stator unit 30 and one rotor unit 50. This set of stator unit 30 and rotor unit 50 corresponds to the base unit of the present invention. Below, the direction in which the rotating shaft 20 extends will be referred to as the axial direction, the central axis of the rotating shaft 20 will be referred to as the axis, and the direction along the circumference of a circle centered on that axis will be referred to as the circumferential direction.

まず、ケーシング10は、図1~図3に示すように、軸方向に離隔して設けられている一対の端部プレート11と、一対の端部プレート11の間に設けられている中間プレート12と、各端部プレート11及び中間プレート12それぞれの上辺付近同士を繋いでいる二つの上ケース13と、各端部プレート11及び中間プレート12それぞれの下辺付近同士を繋いでいる二つの下ケース14と、各端部プレート11及び中間プレート12それぞれの側辺付近同士を繋いでいる計四つの側ケース15と、を備えている。 First, as shown in Figures 1 to 3, the casing 10 comprises a pair of end plates 11 spaced apart in the axial direction, an intermediate plate 12 located between the pair of end plates 11, two upper cases 13 connecting the upper edges of each end plate 11 and intermediate plate 12, two lower cases 14 connecting the lower edges of each end plate 11 and intermediate plate 12, and a total of four side cases 15 connecting the side edges of each end plate 11 and intermediate plate 12.

つまり、本実施形態では、一対の端部プレート11の間に中間プレート12が設けられていることから、一つの上ケース13と一つの下ケース14と二つの側ケース15とにより構成される組が、二組設けられている。 In other words, in this embodiment, an intermediate plate 12 is provided between a pair of end plates 11, and therefore two sets of one upper case 13, one lower case 14, and two side cases 15 are provided.

このケーシング10は、組立てた状態で、中間プレート12を間にして軸方向の両側に空間を形成することができ、それぞれの空間には一組のステーターユニット30及びローターユニット50がそれぞれ収容される。 When assembled, this casing 10 can form spaces on both sides in the axial direction with the intermediate plate 12 in between, and each space can accommodate a pair of stator units 30 and rotor units 50.

また、ケーシング10は、回転シャフト20を回転可能に軸支するためのシャフト用軸受16と、ローターユニット50を回転可能に軸支するためのローター用軸受17と、を端部プレート11に備えている。 The casing 10 also includes, on the end plate 11, a shaft bearing 16 for rotatably supporting the rotating shaft 20 and a rotor bearing 17 for rotatably supporting the rotor unit 50.

具体的には、一対の端部プレート11は、軸方向に直交する面と平行な平板状で、外形が正方形に形成されている。端部プレート11は、中央において軸方向に貫通しており回転シャフト20が挿通される貫通孔11aと、中央を中心とした等角度間隔に設けられており軸方向に貫通している複数の通気孔11bと、を有している。複数の通気孔11bは、コイルユニット31からの熱を外部へ逃すためのものである。各端部プレート11には、シャフト用軸受16とローター用軸受17とが取付けられている。 Specifically, the pair of end plates 11 are flat plates parallel to a plane perpendicular to the axial direction and have a square outer shape. The end plates 11 have a through-hole 11a that penetrates the axial direction at the center and through which the rotating shaft 20 is inserted, and multiple vent holes 11b that are arranged at equal angular intervals around the center and penetrate the axial direction. The multiple vent holes 11b are used to release heat from the coil unit 31 to the outside. A shaft bearing 16 and a rotor bearing 17 are attached to each end plate 11.

中間プレート12は、軸方向に直交する面と平行な平板状で、外形が端部プレート11の外形と同じ正方形である。中間プレート12は、中央において軸方向に貫通しており回転シャフト20が挿通される貫通孔12aと、中央を中心とした等角度間隔に設けられており軸方向に貫通している複数の通気孔12bと、を有している。複数の通気孔12bは、ケーシング10内の通気性をよくするためのものである。なお、中間プレート12における軸方向の厚さは、中間プレート12を間にして両側に配置されるステーターユニット30に対して、それぞれのステーターユニット30に設けられている後述する外周コイル41同士の距離が、外周コイル41の半径と同じ距離になるように設定されている。 The intermediate plate 12 is flat and parallel to a plane perpendicular to the axial direction, and has the same square outer shape as the end plates 11. The intermediate plate 12 has a through-hole 12a that penetrates the axial direction at its center and through which the rotating shaft 20 is inserted, and multiple vent holes 12b that penetrate the axial direction and are spaced equiangularly around the center. The multiple vent holes 12b are intended to improve ventilation within the casing 10. The axial thickness of the intermediate plate 12 is set so that the distance between the outer coils 41 (described below) provided on each stator unit 30 is the same as the radius of the outer coils 41, with respect to the stator units 30 arranged on both sides of the intermediate plate 12.

一組の上ケース13、下ケース14、及び二つの側ケース15は、軸方向の長さがそれぞれ同じであり、それぞれの回転シャフト20を向いている面(内側面)が、軸芯を中心にした円弧状に湾曲している。上ケース13、下ケース14、及び二つの側ケース15は、それぞれの内側面から回転シャフト20側へ突出し、内側面に沿って周方向へ延出しているフランジ部18を有している。フランジ部18は、上ケース13、下ケース14、及び二つの側ケース15それぞれにおいて、軸方向の中央よりも一方側へ片寄った位置に設けられている。 The set of upper case 13, lower case 14, and two side cases 15 all have the same axial length, and the surfaces (inner surfaces) facing the rotating shaft 20 are curved in an arc shape centered on the axis. The upper case 13, lower case 14, and two side cases 15 each have a flange portion 18 that protrudes from their inner surfaces toward the rotating shaft 20 and extends circumferentially along the inner surfaces. The flange portion 18 is located on each of the upper case 13, lower case 14, and two side cases 15, offset to one side from the axial center.

また、上ケース13、下ケース14、及び二つの側ケース15それぞれには、フランジ部18から軸方向へ突出している位置決突起18aが少なくとも一つ設けられている。位置決突起18aは、上ケース13、下ケース14、及び二つの側ケース15それぞれにおいて、軸方向の中央側へ向かって突出している。これら位置決突起18aは、ケーシング10に組立てた時に、軸芯を中心とした等角度(ここでは60度)間隔に設けられている。位置決突起18aは、ステーターユニット30における後述する第二カバー部37の位置決切欠部37eに挿入することにより、軸芯周りに対するケーシング10とステーターユニット30との回転角度位置を位置決めすることができる。 The upper case 13, lower case 14, and two side cases 15 each have at least one positioning protrusion 18a protruding axially from the flange portion 18. The positioning protrusion 18a protrudes axially toward the center on the upper case 13, lower case 14, and two side cases 15. When assembled to the casing 10, these positioning protrusions 18a are spaced at equal angular intervals (60 degrees in this case) around the axis. By inserting the positioning protrusion 18a into the positioning notch 37e of the second cover portion 37 of the stator unit 30 (described later), the rotational angle of the casing 10 and stator unit 30 around the axis can be determined.

また、上ケース13、下ケース14、及び二つの側ケース15は、それぞれの内側面から肉厚方向に貫通している複数の通気スリット19を有している。複数の通気スリット19は、コイルユニット31からの熱を外部へ逃すためのものである。これら上ケース13、下ケース14、及び二つの側ケース15は、ステーターユニット30の外周を囲むように設けられている。 The upper case 13, lower case 14, and two side cases 15 also have multiple ventilation slits 19 that penetrate from their respective inner surfaces in the thickness direction. The multiple ventilation slits 19 are intended to allow heat from the coil unit 31 to escape to the outside. The upper case 13, lower case 14, and two side cases 15 are arranged to surround the outer periphery of the stator unit 30.

回転シャフト20は、図3に示すように、軸方向の両端に設けられている円柱状の円柱部21と、両端の円柱部21に挟まれている角柱状の角柱部22と、を有している。円柱部21は、ケーシング10のシャフト用軸受16に挿入することにより軸支される。一方、角柱部22は、ローターユニット50における後述する基部51の角孔部51bに挿入することにより、ローターユニット50を一体回転させることができる。 As shown in Figure 3, the rotating shaft 20 has cylindrical portions 21 at both axial ends and rectangular portions 22 sandwiched between the cylindrical portions 21 at both ends. The cylindrical portions 21 are supported by being inserted into the shaft bearings 16 of the casing 10. Meanwhile, the rectangular portions 22 can be inserted into the rectangular hole portions 51b of the base portion 51 of the rotor unit 50 (described later), allowing the rotor unit 50 to rotate integrally.

ステーターユニット30は、図4及び図5に示すように、円環状のコイルユニット31と、コイルユニット31を覆っているコイルカバー35と、コイルカバー35に取付けられている複数のステーター磁石40と、コイルカバー35の外周に巻かれている外周コイル41と、コイルカバー35に取付けられておりローターユニット50を回転可能に軸支するためのローター用軸受42と、を備えている。 As shown in Figures 4 and 5, the stator unit 30 comprises an annular coil unit 31, a coil cover 35 covering the coil unit 31, a plurality of stator magnets 40 attached to the coil cover 35, an outer coil 41 wound around the outer periphery of the coil cover 35, and a rotor bearing 42 attached to the coil cover 35 for rotatably supporting the rotor unit 50.

コイルユニット31は、円環状のコア32と、コア32の全周にわたってトロイダル巻きされている全周コイル33と、全周コイル33の複数個所で部分的にトロイダル巻きされている複数の部分コイル34と、を備えている(図6参照)。円環状のコイルユニット31は、その内径が、ローターユニット50の後述する基部51の外径よりも大きい。 The coil unit 31 comprises a circular core 32, a full-circumference coil 33 wound toroidally around the entire circumference of the core 32, and multiple partial coils 34 wound toroidally at multiple locations on the full-circumference coil 33 (see Figure 6). The inner diameter of the circular coil unit 31 is larger than the outer diameter of the base 51 (described below) of the rotor unit 50.

コア32は、円環状のコア本体32aと、コア本体32aの内周及び外周それぞれに設けられている円環状のガイド部32bと、を有している。コア本体32aは、電磁鋼板を積層したものである。ガイド部32bは、合成樹脂により形成されている。ガイド部32bは、コア本体32aと接している周面とは反対側の周面における軸方向の両端辺が、全周にわたってR面取りされており、全周コイル33の形成時において被覆電線をトロイダル巻きする際に、被覆電線が直角に折れ曲がることがないものとされている。本実施形態のコア32は、従来の電動機のコアとは異なり、軸芯(中心)に向かって突出しているティースのような突起を有していない。 The core 32 has an annular core body 32a and annular guide portions 32b provided on both the inner and outer peripheries of the core body 32a. The core body 32a is made of laminated electromagnetic steel sheets. The guide portions 32b are made of synthetic resin. Both axial edges of the circumferential surface of the guide portion 32b opposite the surface that contacts the core body 32a are rounded along the entire circumference, preventing the insulated wire from bending at right angles when the insulated wire is toroidally wound to form the full-circumference coil 33. Unlike cores of conventional electric motors, the core 32 of this embodiment does not have any tooth-like protrusions that protrude toward the axis (center).

全周コイル33は、コア32に対して隙間なく全周にわたってトロイダル巻きされている。本実施形態の全周コイル33は、三重巻きされている。複数の部分コイル34は、全周コイル33の上からトロイダル巻きされており、軸芯を中心とした等角度間隔に設けられている。周方向に隣接している部分コイル34同士の間には、隙間が設けられている。なお、その数を限定するものではないが、本実施形態では、複数の部分コイル34を6個設けており、それぞれを三重巻きしている。 The full-circumference coil 33 is toroidally wound around the core 32 without any gaps. In this embodiment, the full-circumference coil 33 is triple-wound. Multiple partial coils 34 are toroidally wound around the full-circumference coil 33 and are arranged at equal angular intervals around the axis. There is a gap between adjacent partial coils 34 in the circumferential direction. While the number is not limited, in this embodiment, six partial coils 34 are provided, each of which is triple-wound.

コイルカバー35は、軸方向へ二つに分割されており、第一カバー部36と第二カバー部37とからなる。 The coil cover 35 is divided into two axially, consisting of a first cover part 36 and a second cover part 37.

第一カバー部36は、円環状のベース部36aと、ベース部36aの外周面及び内周面における軸方向の一方の端部側から半径方向へそれぞれ延出している外フランジ部36b及び内フランジ部36cと、外フランジ部36bから軸芯と同軸上で軸方向におけるベース部36aとは反対側に延出している筒状のボビン部36dと、を備えている。ボビン部36dは、内径がベース部36aの外径よりも大きい。 The first cover portion 36 comprises an annular base portion 36a, an outer flange portion 36b and an inner flange portion 36c extending radially from one axial end of the outer and inner peripheral surfaces of the base portion 36a, respectively, and a cylindrical bobbin portion 36d extending from the outer flange portion 36b coaxially with the shaft core toward the opposite side of the base portion 36a in the axial direction. The bobbin portion 36d has an inner diameter larger than the outer diameter of the base portion 36a.

また、第一カバー部36は、ベース部36aにおける軸方向の両端面のうちボビン部36dに近い側の端面において凹んでおり、軸芯を中心とした等角度間隔に設けられている複数の収容凹部36eと、隣接している収容凹部36e同士の間の部位においてベース部36aを軸方向に貫通している複数の貫通口36fと、を備えている。複数の収容凹部36eには、ステーター磁石40がそれぞれ収容される。複数の収容凹部36eは、軸芯からの距離が、コイルユニット31におけるコア32の軸芯からの距離と略同じであり、ベース部36aの端面からの深さが、ステーター磁石40における磁極の方向(二つの磁極が離隔している方向)の長さと同じである。複数の貫通口36fは、コイルユニット31からの熱を外部へ逃すためのものである。なお、それらの数を限定するものではないが、本実施形態では、複数の収容凹部36e及び複数の貫通口36fを、それぞれ6個ずつ設けている。更に、一つの収容凹部36eは、周方向の長さを、軸芯を中心とした30度の角度範囲に設けている。 The first cover portion 36 is recessed at one of the axial end faces of the base portion 36a, the end face closest to the bobbin portion 36d. The recesses 36e are spaced at equal angles around the axis, and the base portion 36a has multiple through-holes 36f axially penetrating the base portion 36a between adjacent recesses 36e. Each recess 36e accommodates a stator magnet 40. The distance from the axis of the recesses 36e is approximately the same as the distance from the axis of the core 32 of the coil unit 31, and the depth from the end face of the base portion 36a is the same as the length of the stator magnet 40 in the magnetic pole direction (the direction in which the two magnetic poles are separated). The through-holes 36f are used to release heat from the coil unit 31 to the outside. While the number of recesses 36e is not limited, in this embodiment, six recesses 36e and six through-holes 36f are provided. Furthermore, the circumferential length of each accommodating recess 36e is set within an angular range of 30 degrees centered on the axis.

第二カバー部37は、平板で円環状のベース部37aと、ベース部37aの外周縁から軸方向の一方側へ延出している筒状のボビン部37bと、ボビン部37bの外周面における軸方向の基端から半径方向の外方へ延出している外フランジ部37cと、ベース部37aの内周縁から軸方向におけるボビン部37bと同じ方向へ延出している内筒部37dと、を備えている。第二カバー部37のボビン部37bは、外径及び内径が、第一カバー部36のボビン部36dの外径及び内径と同じである。内筒部37dは、ボビン部37bの先端を第一カバー部36のボビン部36dの先端に突き合わせた時に、内筒部37dの先端が第一カバー部36の内フランジ部36cに当接する長さに設定されている。この内筒部37dは、軸方向におけるベース部37a側の端部付近の内径が、反対側の端部付近の内径よりも大きく形成されており、その内径の大きい部分にローター用軸受42が取付けられている。 The second cover portion 37 comprises a flat, annular base portion 37a, a cylindrical bobbin portion 37b extending axially from the outer peripheral edge of the base portion 37a, an outer flange portion 37c extending radially outward from the axial base end of the outer peripheral surface of the bobbin portion 37b, and an inner tube portion 37d extending axially from the inner peripheral edge of the base portion 37a in the same direction as the bobbin portion 37b. The bobbin portion 37b of the second cover portion 37 has the same outer and inner diameters as the bobbin portion 36d of the first cover portion 36. The length of the inner tube portion 37d is set so that when the tip of the bobbin portion 37b is butted against the tip of the bobbin portion 36d of the first cover portion 36, the tip of the inner tube portion 37d abuts against the inner flange portion 36c of the first cover portion 36. The inner diameter of the inner cylinder 37d near the end on the base 37a side in the axial direction is larger than the inner diameter near the opposite end, and the rotor bearing 42 is attached to the part with the larger inner diameter.

また、第二カバー部37は、外フランジ部37cの外周側から軸芯へ向かって切欠かれており、軸芯を中心とした等角度(ここでは30度)間隔に設けられている複数の位置決切欠部37eを備えている。位置決切欠部37eは、上ケース13、下ケース14、及び二つの側ケース15に設けられている位置決突起18aが挿入されることにより、軸芯周りに対するケーシング10とステーターユニット30との回転角度位置を位置決めすることができる。 The second cover portion 37 is also cut out from the outer periphery of the outer flange portion 37c toward the axis, and is provided with multiple positioning notches 37e spaced at equal angular intervals (here, 30 degrees) around the axis. Positioning protrusions 18a provided on the upper case 13, lower case 14, and two side cases 15 are inserted into the positioning notches 37e, allowing the rotational angle positions of the casing 10 and stator unit 30 around the axis to be determined.

更に、第二カバー部37は、ベース部37aにおいて軸方向に貫通しており、軸芯を中心とした等角度間隔に設けられている複数の貫通口37fと、隣接している貫通口37f同士の間の部位においてベース部37aを軸方向に貫通している複数のスリット37gと、を備えている。複数のスリット37gは、軸芯を中心とした円弧状に延びていると共に、その軸芯を中心とした半径方向に複数が列設されている。複数の貫通口37f及び複数のスリット37gは、コイルユニット31からの熱を外部へ逃すためのものである。 Furthermore, the second cover portion 37 has a plurality of through holes 37f that penetrate the base portion 37a in the axial direction and are provided at equal angular intervals around the axis, and a plurality of slits 37g that penetrate the base portion 37a in the axial direction between adjacent through holes 37f. The plurality of slits 37g extend in an arc shape centered on the axis, and are arranged in a row in the radial direction around the axis. The plurality of through holes 37f and the plurality of slits 37g are intended to release heat from the coil unit 31 to the outside.

このコイルカバー35は、第一カバー部36と第二カバー部37とを、それぞれのボビン部36d,37bの先端同士を突き合わせることにより組立てることができる。コイルカバー35に組立てた状態では、二つのベース部36a,37aと、二つの外フランジ部36b,37cと、内筒部37dとで囲まれた円環状の空間を形成することができ、その空間内にコイルユニット31が収容される。また、コイルカバー35は、組立てた状態では、ボビン部36d,37bそれぞれの外周面が連続した同一面となり、その外周面に外周コイル41が巻かれる。 This coil cover 35 can be assembled by butting together the first cover portion 36 and the second cover portion 37 at the tips of the respective bobbin portions 36d, 37b. When assembled to the coil cover 35, an annular space is formed surrounded by the two base portions 36a, 37a, the two outer flange portions 36b, 37c, and the inner cylinder portion 37d, and the coil unit 31 is housed within this space. Furthermore, when the coil cover 35 is assembled, the outer peripheral surfaces of the bobbin portions 36d, 37b form a continuous, flush surface, and the outer coil 41 is wound around this outer peripheral surface.

複数のステーター磁石40は、磁極を軸方向へ向けた状態で、コイルカバー35における第一カバー部36の各収容凹部36eに一つずつ収容されていると共に、それぞれの磁極の向きが周方向において交互に逆転するように向けられている(図7参照)。ステーター磁石40を収容凹部36eに収容して取付けた状態では、軸方向の端面がベース部37aの軸方向の端面と同一面上に位置している。複数のステーター磁石40は、コイルカバー35に取付けることにより、軸芯を中心とした等角度間隔に配置された状態になる。また、複数のステーター磁石40は、ステーターユニット30に組立てた状態で、軸方向の両端面のうち収容凹部36eの開口側の端面が、コイルユニット31における軸方向の一方の端面と接するように対面している(図2参照)。 The multiple stator magnets 40 are housed one by one in each of the housing recesses 36e of the first cover portion 36 of the coil cover 35 with their magnetic poles facing in the axial direction, and the orientation of each magnetic pole is oriented so that it alternates in the circumferential direction (see Figure 7). When the stator magnets 40 are housed and attached in the housing recesses 36e, their axial end faces are located flush with the axial end face of the base portion 37a. By attaching the multiple stator magnets 40 to the coil cover 35, they are arranged at equal angular intervals around the axis. Furthermore, when assembled into the stator unit 30, the end face on the opening side of the housing recess 36e of each of the multiple stator magnets 40 faces and abuts one of the axial end faces of the coil unit 31 (see Figure 2).

外周コイル41は、コイルカバー35における第一カバー部36の外フランジ部36bと第二カバー部37の外フランジ部37cとの間において、ボビン部36d,37bの外周面に巻かれている。この外周コイル41は、ヘルムホルツコイルを構成するためのものである。 The outer coil 41 is wound around the outer surface of the bobbin portions 36d and 37b between the outer flange portion 36b of the first cover portion 36 and the outer flange portion 37c of the second cover portion 37 of the coil cover 35. This outer coil 41 is used to form a Helmholtz coil.

ローターユニット50は、図8に示すように、回転シャフト20が挿通される取付孔51aを有する基部51と、基部51から軸芯と直交する方向の外方へ延出している円盤状の支持板部52と、支持板部52に取付けられている複数の第一ローター磁石53と、基部51に取付けられている複数の第二ローター磁石54と、を備えている。 As shown in Figure 8, the rotor unit 50 comprises a base 51 having an attachment hole 51a through which the rotating shaft 20 is inserted, a disk-shaped support plate 52 extending outward from the base 51 in a direction perpendicular to the axis, a plurality of first rotor magnets 53 attached to the support plate 52, and a plurality of second rotor magnets 54 attached to the base 51.

基部51は、取付孔51aが角孔部51bと丸孔部51cとの二つの部位により構成されている。詳述すると、角孔部51bは、取付孔51aにおける軸方向の一方の端部から反対側の端部へ向かって途中までの部位に設けられており、回転シャフト20における角柱部22の外周形状と一致する内周形状に形成されている。丸孔部51cは、取付孔51aにおける角孔部51bを除いた残りの部位に設けられており、角柱部22の外周よりも大きい直径の内周形状に形成されている。この基部51は、取付孔51aの角孔部51bに回転シャフト20の角柱部22を挿入することにより、回転シャフト20と一体回転することが可能となる。 The base 51 has a mounting hole 51a that is composed of two sections: a square hole section 51b and a round hole section 51c. More specifically, the square hole section 51b is located halfway from one axial end of the mounting hole 51a to the opposite axial end, and has an inner circumferential shape that matches the outer circumferential shape of the prismatic section 22 of the rotating shaft 20. The round hole section 51c is located in the remaining section of the mounting hole 51a excluding the square hole section 51b, and has an inner circumferential shape with a larger diameter than the outer periphery of the prismatic section 22. By inserting the prismatic section 22 of the rotating shaft 20 into the square hole section 51b of the mounting hole 51a, the base 51 can rotate integrally with the rotating shaft 20.

また、基部51は、軸方向における丸孔部51c側の端部付近の外周面に設けられている第一軸支部51dと、軸方向における中央付近の外周面に設けられている第二軸支部51eと、軸方向における第二軸支部51eを間にして第一軸支部51dとは反対側において、角孔部51b側の端部側の外周面から凹んでいる複数の収容凹部51fと、を備えている。 The base 51 also has a first bearing portion 51d provided on the outer peripheral surface near the end on the round hole portion 51c side in the axial direction, a second bearing portion 51e provided on the outer peripheral surface near the center in the axial direction, and multiple storage recesses 51f recessed from the outer peripheral surface on the end side on the square hole portion 51b side, on the opposite side of the first bearing portion 51d in the axial direction, with the second bearing portion 51e in between.

第一軸支部51dは、ケーシング10のローター用軸受17により軸支される。第二軸支部51eは、ステーターユニット30のローター用軸受42に支持される。複数の収容凹部51fは、軸芯を中心とした等角度間隔に設けられており、それぞれに第二ローター磁石54が収容される。複数の収容凹部51fは、基部51の外周面からの深さが、第二ローター磁石54における磁極の方向の長さよりも若干深い。なお、複数の収容凹部51fは、それぞれが基部51における軸方向の一方側へ開放されている。本実施形態では、複数の収容凹部51fが、後述する取付凹部52aの数と同じ6個設けられている。 The first bearing 51d is supported by the rotor bearing 17 of the casing 10. The second bearing 51e is supported by the rotor bearing 42 of the stator unit 30. The multiple accommodating recesses 51f are provided at equal angular intervals around the axis, and each accommodates a second rotor magnet 54. The depth of the multiple accommodating recesses 51f from the outer peripheral surface of the base 51 is slightly deeper than the length of the second rotor magnet 54 in the magnetic pole direction. Each of the multiple accommodating recesses 51f is open to one axial side of the base 51. In this embodiment, six accommodating recesses 51f are provided, the same number as the number of mounting recesses 52a described below.

支持板部52は、基部51における第一軸支部51dと第二軸支部51eとの間の部位に設けられており、外径がコイルユニット31の外径と略同じである。支持板部52は、軸方向を向いている両端面のうち、基部51における複数の収容凹部51fが設けられている側の端面において凹んでおり、軸芯を中心とした等角度間隔に設けられている複数の取付凹部52aと、隣接している取付凹部52a同士の間の部位において軸方向に貫通している複数の貫通口52bと、を備えている。 The support plate 52 is located in the base 51 between the first and second support shafts 51d and 51e, and has an outer diameter that is approximately the same as the outer diameter of the coil unit 31. The support plate 52 is recessed at the end face on the axial side where the multiple storage recesses 51f are located in the base 51, and is equipped with multiple mounting recesses 52a spaced at equal angular intervals around the axis, and multiple through holes 52b that penetrate in the axial direction between adjacent mounting recesses 52a.

複数の取付凹部52aには、第一ローター磁石53がそれぞれ取付けられる。複数の取付凹部52aは、軸芯からの距離が、コイルユニット31におけるコア32の軸芯からの距離と略同じであり、支持板部52の端面からの深さが、第一ローター磁石53における磁極の方向の長さよりも浅い。また、複数の取付凹部52aは、その数が基部51の収容凹部51fの数(ここでは6個)と同じであり、軸芯を中心として収容凹部51fと同じ角度位置に設けられている。複数の貫通口52bは、コイルユニット31からの熱を外部へ逃すためのものである。 A first rotor magnet 53 is attached to each of the multiple mounting recesses 52a. The distance from the axis of the multiple mounting recesses 52a is approximately the same as the distance from the axis of the core 32 in the coil unit 31, and the depth from the end face of the support plate portion 52 is shallower than the length of the first rotor magnet 53 in the magnetic pole direction. The number of multiple mounting recesses 52a is the same as the number of accommodating recesses 51f in the base portion 51 (six in this case), and they are located at the same angular positions as the accommodating recesses 51f around the axis. The multiple through holes 52b are intended to allow heat from the coil unit 31 to escape to the outside.

複数の第一ローター磁石53は、磁極を軸方向へ向けた状態で、支持板部52における各取付凹部52aに一つずつ取付けられていると共に、それぞれの磁極の向きが周方向において交互に逆転するように向けられている(図9参照)。複数の第一ローター磁石53は、支持板部52に取付けることにより、軸芯を中心とした等角度間隔に配置された状態になる。複数の第二ローター磁石54は、軸芯を中心とした半径方向に磁極を向けた状態で、基部51の各収容凹部51fに一つずつ収容されていると共に、それぞれの磁極の向きが周方向において交互に逆転するように向けられている(図9参照)。 The multiple first rotor magnets 53 are mounted one by one in each mounting recess 52a of the support plate 52 with their magnetic poles facing axially, and are oriented so that the orientation of their magnetic poles alternates in the circumferential direction (see Figure 9). By mounting the multiple first rotor magnets 53 on the support plate 52, they are arranged at equal angular intervals around the axis. The multiple second rotor magnets 54 are housed one by one in each housing recess 51f of the base 51 with their magnetic poles facing radially around the axis, and are oriented so that the orientation of their magnetic poles alternates in the circumferential direction (see Figure 9).

また、軸芯を中心とした同じ角度位置に設けられている第一ローター磁石53と第二ローター磁石54は、第一ローター磁石53における支持板部52から遠い側の磁極と、第二ローター磁石54における軸芯を中心とした半径方向の外方を向いている磁極とが、同じ極となるように取付けられている。 The first rotor magnet 53 and second rotor magnet 54 are positioned at the same angular position around the axis, and are attached so that the magnetic pole of the first rotor magnet 53 on the side farther from the support plate portion 52 and the magnetic pole of the second rotor magnet 54 facing radially outward around the axis are the same pole.

続いて、本実施形態の電動機1の組立てについて、主に図1~図3を参照して説明する。まず、上ケース13、下ケース14、及び二つの側ケース15を枠状に組立てた上で、その枠内におけるフランジ部18から位置決突起18aが突出している側にステーターユニット30を挿入する。なお、図2では、各磁石の磁極の違い網掛けの濃淡により表している。 Next, the assembly of the electric motor 1 of this embodiment will be described mainly with reference to Figures 1 to 3. First, the upper case 13, lower case 14, and two side cases 15 are assembled into a frame, and then the stator unit 30 is inserted into the frame on the side where the positioning protrusion 18a protrudes from the flange portion 18. Note that in Figure 2, the differences in the magnetic poles of each magnet are indicated by different shades of shading.

この際に、ステーターユニット30を、その第二カバー部37側から枠内に挿入し、第二カバー部37の位置決切欠部37eに位置決突起18aを挿入させると共に、第二カバー部37をフランジ部18に当接させる。これにより、ステーターユニット30の外周が、上ケース13、下ケース14、及び二つの側ケース15により囲まれた第一仮組体が形成される。本実施形態では、この第一仮組体を二組用意する。なお、二組の第一仮組体は、軸芯を中心にした同じ特定角度の位置に設けられているステーター磁石40の磁極の向きが異なるように組立てる。具体的には、例えば、軸芯を中心にした同じ特定角度の位置において、コイルユニット31へ向いているステーター磁石40の磁極が、一方の第一仮組体ではN極が、他方の第一仮組体ではS極がそれぞれ向いているように組立てる。 At this time, the stator unit 30 is inserted into the frame from the second cover portion 37 side, the positioning protrusions 18a are inserted into the positioning notches 37e of the second cover portion 37, and the second cover portion 37 is abutted against the flange portion 18. This forms a first temporary assembly in which the outer periphery of the stator unit 30 is surrounded by the upper case 13, the lower case 14, and the two side cases 15. In this embodiment, two first temporary assemblies are prepared. Note that the two first temporary assemblies are assembled so that the magnetic poles of the stator magnets 40, which are positioned at the same specific angle around the axis, have different orientations. Specifically, for example, at the same specific angle around the axis, the magnetic poles of the stator magnets 40 facing the coil unit 31 are aligned so that the north pole in one first temporary assembly and the south pole in the other first temporary assembly.

そして、中間プレート11の軸方向の両側に、第一仮組体をそれぞれ取付けて第二仮組体を形成する。この際に、それぞれの第一仮組体を、ステーターユニット30の第一カバー部36が中間プレート11と対面するように向けて取付ける。 Then, a first temporary assembly is attached to each axial side of the intermediate plate 11 to form a second temporary assembly. At this time, each first temporary assembly is attached so that the first cover portion 36 of the stator unit 30 faces the intermediate plate 11.

次に、第二仮組体の軸方向の両外側から、それぞれのステーターユニット30の環内に、支持板部52を軸方向の外方へ向けたローターユニット50の基部51をそれぞれ挿入し、ローターユニット50の第二軸支部51eをステーターユニット30のローター用軸受42に軸支させる。 Next, the bases 51 of the rotor units 50 are inserted into the rings of the respective stator units 30 from both axial outsides of the second temporary assembly, with the support plate portions 52 facing outward in the axial direction, and the second bearing portions 51e of the rotor units 50 are supported by the rotor bearings 42 of the stator units 30.

第二仮組体の軸方向の両側それぞれにローターユニット50を取付けたら、回転シャフト20を軸方向の一方側から二つのローターユニット50の取付孔51aに通して、第二仮組体を貫通している状態にする。この回転シャフト20に二つのローターユニット50を取付ける際に、軸芯を中心にした同じ所定角度の位置に設けられている二つ第一ローター磁石53それぞれの磁極の向きが同じ向きになるように取付ける。 After attaching the rotor units 50 to both axial sides of the second temporary assembly, the rotating shaft 20 is passed through the mounting holes 51a of the two rotor units 50 from one axial side, penetrating the second temporary assembly. When attaching the two rotor units 50 to this rotating shaft 20, the two first rotor magnets 53, which are positioned at the same predetermined angle around the axis, are attached so that the magnetic poles of each are oriented in the same direction.

その後、軸方向の両外側から、第二仮組体の上ケース13及び下ケース14に端部プレート11を取付ける。この際に、端部プレート11に取付けられているシャフト用軸受16及びローター用軸受17に、回転シャフト20の円柱部21及びローターユニット50の第一軸支部51dを、それぞれ軸支させる。このようにすることで、電動機1に組立てることができる。 Then, the end plates 11 are attached to the upper case 13 and lower case 14 of the second temporary assembly from both axially outer sides. At this time, the cylindrical portion 21 of the rotating shaft 20 and the first bearing portion 51d of the rotor unit 50 are supported by the shaft bearing 16 and rotor bearing 17 attached to the end plates 11, respectively. In this way, the electric motor 1 can be assembled.

上記のようにして組立てた電動機1は、ケーシング10における二つの端部プレート11により回転シャフト20が回転可能に軸支されており、この回転シャフト20に二つのローターユニット50が一体回転するように取付けられている。また、この電動機1では、一つのステーターユニット30と一つのローターユニット50とからなる組を二組備えていると共に、その二組が中間プレート12を間にして対称に配置されている。換言すると、それぞれの組において、軸方向における複数のステーター磁石40が設けられている側の端部同士が、互いに向き合うように配置されている。 In the electric motor 1 assembled as described above, the rotating shaft 20 is rotatably supported by two end plates 11 in the casing 10, and two rotor units 50 are attached to this rotating shaft 20 so that they rotate as a unit. This electric motor 1 also has two sets, each consisting of one stator unit 30 and one rotor unit 50, and these two sets are arranged symmetrically with the intermediate plate 12 in between. In other words, in each set, the ends on the axial sides where multiple stator magnets 40 are provided are arranged to face each other.

また、この電動機1は、図2に示すように、ローターユニット50の支持板部52に取付けられている複数の第一ローター磁石53が、ステーターユニット30に設けられている複数のステーター磁石40とはコイルユニット31を間にした反対側に位置している。複数のステーター磁石40及び複数の第一ローター磁石53は、磁極の向きがそれぞれ軸方向に向いている。また、中間プレート12を間にして軸方向の両側それぞれに設けられている複数のステーター磁石40同士は、軸芯と平行に軸方向へ並んでいる二つのステーター磁石40それぞれの磁極が同じ方向を向いている。更に、中間プレート12を間にして軸方向の両側それぞれに設けられている複数の第一ローター磁石53同士は、軸芯と平行に軸方向へ並んでいる二つの第一ローター磁石53それぞれの磁極が同じ方向を向いている。 As shown in FIG. 2, in this electric motor 1, the multiple first rotor magnets 53 attached to the support plate portion 52 of the rotor unit 50 are located on the opposite side of the coil unit 31 from the multiple stator magnets 40 provided in the stator unit 30. The magnetic poles of the multiple stator magnets 40 and the multiple first rotor magnets 53 are oriented in the axial direction. Furthermore, the multiple stator magnets 40 provided on each side of the axial direction with the intermediate plate 12 in between are aligned parallel to the axis, with the magnetic poles of each of the two stator magnets 40 aligned parallel to the axis facing the same direction. Furthermore, the multiple first rotor magnets 53 provided on each side of the axial direction with the intermediate plate 12 in between are aligned parallel to the axis, with the magnetic poles of each of the two first rotor magnets 53 aligned parallel to the axis facing the same direction.

また、ローターユニット50の基部51に取付けられている複数の第二ローター磁石54は、磁極の向きが軸芯を中心とした半径方向を向いた状態で、ステーターユニット30におけるコイルユニット31の環内に位置している。また、複数の第二ローター磁石54は、コイルユニット31の内周面を向いている磁極が、軸芯を中心とした同じ角度位置に設けられている第一ローター磁石53におけるコイルユニット31に向いている磁極と同じである。 The multiple second rotor magnets 54 attached to the base 51 of the rotor unit 50 are positioned within the ring of the coil unit 31 in the stator unit 30 with their magnetic poles facing radially around the axis. The magnetic poles of the multiple second rotor magnets 54 facing the inner circumferential surface of the coil unit 31 are the same as the magnetic poles facing the coil unit 31 of the first rotor magnet 53, which is located at the same angular position around the axis.

従って、中間プレート12を間にして対称に配置されている二組のステーターユニット30及びローターユニット50は、ステーター磁石40、第一ローター磁石53及び第二ローター磁石54それぞれの磁極の向きが、中間プレート12を間にして逆向きになっている。 Therefore, the two sets of stator units 30 and rotor units 50 are arranged symmetrically with the intermediate plate 12 in between, and the magnetic poles of the stator magnets 40, first rotor magnets 53, and second rotor magnets 54 are oriented in opposite directions with the intermediate plate 12 in between.

また、電動機1は、二つのコイルユニット31それぞれの外周を囲むように二つの外周コイル41が設けられている。そして、二つの外周コイル41は、その半径と同じ距離で軸方向に離隔している。従って、二つ(一対)の外側コイル41により、ヘルムホルツコイルが構成されている。 The electric motor 1 also has two outer coils 41 that surround the outer periphery of each of the two coil units 31. The two outer coils 41 are spaced apart in the axial direction by a distance equal to their radii. Therefore, the two (pair) outer coils 41 form a Helmholtz coil.

なお、回転シャフト20(ローターユニット50)が自由に回転できる状態では、ステーターユニット30に設けられているステーター磁石40の磁気により、コイルユニット31を間にして反対側に設けられているローターユニット50の第一ローター磁石53の磁極の向きが、軸方向に離隔しているステーター磁石40の磁極の向きと対応する回転位置で、ローターユニット50が停止する。 When the rotating shaft 20 (rotor unit 50) is free to rotate, the magnetism of the stator magnet 40 provided in the stator unit 30 causes the rotor unit 50 to stop at a rotational position where the magnetic pole orientation of the first rotor magnet 53 of the rotor unit 50 provided on the opposite side of the coil unit 31 corresponds to the magnetic pole orientation of the stator magnet 40 spaced apart in the axial direction.

続いて、本実施形態の電動機1の使用方法について説明する。本実施形態の電動機1は、コイルユニット31における全周コイル33及び複数の部分コイル34の少なくとも一方にパルス電流を流すことにより、ローターユニット50を介して回転シャフト20を回転させることができる。この電動機1は、以下のような原理により回転すると考えられる。本実施形態のコイルユニット31は、円環状のコアに被覆電線をトロイダル巻きして全周コイル33及び複数の部分コイル34を形成しているため、全周コイル33などに電流を流すと、磁束が円環に沿って周方向へ循環し、外部に放出されることは殆んどない。 Next, we will explain how to use the electric motor 1 of this embodiment. The electric motor 1 of this embodiment can rotate the rotating shaft 20 via the rotor unit 50 by passing a pulse current through at least one of the full-circumference coil 33 and the multiple partial coils 34 in the coil unit 31. It is believed that this electric motor 1 rotates based on the following principle. The coil unit 31 of this embodiment forms the full-circumference coil 33 and the multiple partial coils 34 by toroidally winding a coated electric wire around a circular core. Therefore, when current is passed through the full-circumference coil 33, etc., magnetic flux circulates circumferentially along the ring and is rarely released to the outside.

このコイルユニット31に所定以上の電流(電圧)を印加すると、磁気飽和が発生して磁束(磁気)が外部に放出される。ここでは、パルス電流を印加するため、そのパルス幅に対応した短時間の間、コイルユニット31から磁気が放出される。この際に、コイルユニット31を間にして複数の第一ローター磁石53とは反対側に複数のステーター磁石40を設けているため、複数のステーター磁石40からの磁気の影響を受けた磁気がコイルユニット31から外部へ放出される。そして、コイルユニット31から放出された磁気にローターユニット50の第一ローター磁石53及び第二ローター磁石54が反応(吸引・反発)し、これを繰り返すことでローターユニット50(回転シャフト20)が回転する。なお、中間プレート12を間にして軸方向の両側に配置されている二組のステーターユニット30及びローターユニット50は、ステーター磁石40、第一ローター磁石53及び第二ローター磁石54それぞれの磁極の向きを、中間プレート12を間にして逆向きにしているため、回転力を打ち消し合うことはない。因みに、本願発明者等は、本実施形態の電動機1に、パルス電流を印加することで、回転シャフト20が回転することを確認している。 When a current (voltage) greater than a predetermined level is applied to the coil unit 31, magnetic saturation occurs, causing magnetic flux (magnetism) to be emitted to the outside. Here, a pulse current is applied, causing magnetic flux to be emitted from the coil unit 31 for a short period corresponding to the pulse width. Because multiple stator magnets 40 are located on the opposite side of the coil unit 31 from the multiple first rotor magnets 53, magnetic flux is emitted from the coil unit 31 to the outside, influenced by the magnetic flux from the multiple stator magnets 40. The first rotor magnet 53 and second rotor magnet 54 of the rotor unit 50 then react (attract and repel) to the magnetic flux emitted from the coil unit 31, and this cycle is repeated, causing the rotor unit 50 (rotating shaft 20) to rotate. Note that the two stator units 30 and rotor units 50, located on both sides of the axial direction with the intermediate plate 12 in between, have the magnetic poles of the stator magnets 40, first rotor magnet 53, and second rotor magnet 54 facing in opposite directions across the intermediate plate 12, so rotational forces do not cancel each other out. Incidentally, the inventors of the present application have confirmed that applying a pulse current to the electric motor 1 of this embodiment causes the rotating shaft 20 to rotate.

また、この電動機1では、コイルユニット31にパルス電流を印加するタイミングに合わせて、二つの(一対の)外周コイル41に電流を印加するようにしている。これにより、一対の外周コイル41に電流を流して同じ向きの磁場が発生すると、一対の周コイル41の軸芯上で均一な磁場を得ることができるため、その磁場により一対の外周コイル41の環内それぞれに設けられているコイルユニット31などで発生する磁場を打ち消すことが可能となり、外部への磁気漏れが少なくなる。 In addition, in this electric motor 1, current is applied to two (a pair of) outer coils 41 in accordance with the timing of applying pulse current to the coil unit 31. As a result, when current is passed through the pair of outer coils 41 and magnetic fields in the same direction are generated, a uniform magnetic field can be obtained on the axis of the pair of outer coils 41. This magnetic field can cancel out magnetic fields generated by the coil units 31 and other components located within the rings of the pair of outer coils 41, reducing magnetic leakage to the outside.

このように、本実施形態によれば、コイルユニット31において、円環状のコア32に、全周コイル33や部分コイル34をトロイダル巻きしているため、従来の電動機のように中心へ向かって突出している複数のティースそれぞれに被覆電線を巻いてコイルを形成する場合と比較して、コイルを容易に形成することができ、電動機1にかかるコストの増加を抑制することができる。 As such, according to this embodiment, in the coil unit 31, the full-circumference coil 33 and partial coil 34 are toroidally wound around the annular core 32. This makes it easier to form the coils than in conventional electric motors, where coils are formed by winding coated wire around each of multiple teeth that protrude toward the center, and reduces the cost of the electric motor 1.

また、本実施形態によれば、コイルユニット31におけるコア32を、突起のない単純な円環状の形態としているため、複数の突起(ティース)を有する従来の電動機のコアと比較して、コアの製造にかかるコストを低減することができる。 Furthermore, according to this embodiment, the core 32 in the coil unit 31 has a simple annular shape without any protrusions, which reduces the cost of manufacturing the core compared to conventional electric motor cores that have multiple protrusions (teeth).

更に、本実施形態によれば、一つの回転シャフト20に対して、ステーターユニット30とローターユニット50とからなる組を二組備えているため、一組しか備えていない場合と比較して、回転シャフト20の回転トルクが高くなる。 Furthermore, according to this embodiment, two sets of stator units 30 and rotor units 50 are provided for one rotating shaft 20, which increases the rotational torque of the rotating shaft 20 compared to when only one set is provided.

また、本実施形態によれば、ローターユニット50に、コイルユニット31に対して軸方向の一方の端面側に配置された複数の第一ローター磁石53と、コイルユニット31の環内に配置された複数の第二ローター磁石54と、を備えているため、コイルユニット31から外部へ放出される磁力を可能な限り利用することができる。 Furthermore, according to this embodiment, the rotor unit 50 is equipped with a plurality of first rotor magnets 53 arranged on one axial end face side of the coil unit 31, and a plurality of second rotor magnets 54 arranged within the ring of the coil unit 31, making it possible to utilize as much of the magnetic force emitted from the coil unit 31 to the outside as possible.

以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、以下に示すように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可能である。 The present invention has been described above using preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments, and as described below, various improvements and design modifications are possible without departing from the spirit of the present invention.

例えば、上記の実施形態では、ステーターユニット30とローターユニット50とからなる組を二組備えている電動機1を示したが、これに限定するものではなく、ステーターユニット30とローターユニット50とからなる組を一組、或いは、三組以上備えるようにしてもよい。 For example, in the above embodiment, the electric motor 1 is shown to have two pairs of stator units 30 and rotor units 50, but this is not limited to this, and it may have one pair of stator units 30 and rotor units 50, or three or more pairs.

また、上記の実施形態では、複数の部分コイル34の数と、複数のステーター磁石40及び複数の第一ローター磁石53及び複数の第二ローター磁石54それぞれの数と、を同じ数のものを示したが、これに限定するものではなく、部分コイル34の数と磁石の数とを異ならせてもよい。 In addition, in the above embodiment, the number of partial coils 34 is the same as the number of stator magnets 40, first rotor magnets 53, and second rotor magnets 54, but this is not limited to this, and the number of partial coils 34 and the number of magnets may be different.

また、上記の実施形態では、ステーターユニット30に外周コイル41を備えているものを示したが、これに限定するものではなく、外周コイル41を備えていないステーターユニット30としてもよい。 In addition, in the above embodiment, the stator unit 30 is shown equipped with an outer coil 41, but this is not limited to this, and the stator unit 30 may not be equipped with an outer coil 41.

更に、上記の実施形態では、複数の通気孔11b,12bや複数の通気スリット19などを設けて熱を外部へ排出する空冷のものを示したが、これに限定するものではなく、水冷(例えば、水循環方式のウォータージャケットの装備、冷却ジェルの装着)のものとしてもよい。 Furthermore, in the above embodiment, an air-cooled device is shown that uses multiple ventilation holes 11b, 12b and multiple ventilation slits 19 to discharge heat to the outside, but this is not limited to this, and water-cooled devices (for example, a water-circulating water jacket or cooling gel) may also be used.

1 電動機
10 ケーシング
20 回転シャフト
30 ステーターユニット
31 コイルユニット
32 コア
33 全周コイル
34 部分コイル
40 ステーター磁石
41 外周コイル
50 ローターユニット
53 第一ローター磁石
54 第二ローター磁石
REFERENCE SIGNS LIST 1 Electric motor 10 Casing 20 Rotating shaft 30 Stator unit 31 Coil unit 32 Core 33 Full-circumference coil 34 Partial coil 40 Stator magnet 41 Peripheral coil 50 Rotor unit 53 First rotor magnet 54 Second rotor magnet

Claims (2)

中空のケーシングと、
該ケーシングにより回転可能に軸支されている回転シャフトと、
該回転シャフトの軸芯と同軸上の円環状に形成されており、前記ケーシング内に取付けられているステーターユニットと、
該ステーターユニットとの間に隙間をあけた状態で、前記ケーシング内において前記回転シャフトに取付けられているローターユニットと、
を具備し、
前記ステーターユニットは、
円環状のコア、該コアの全周にわたってトロイダル巻きされている全周コイル、及び、該全周コイルの複数箇所で部分的にトロイダル巻きされており前記軸芯を中心とした等角度間隔に設けられている複数の部分コイル、を有する円環状のコイルユニットと、
該コイルユニットにおける軸方向の一方の端面側において、前記軸芯を中心とした等角度間隔に配置されており、それぞれの磁極を軸方向に向けていると共に、前記コイルユニットの端面と対面する磁極の向きが周方向において交互に逆転している複数のステーター磁石と
を備えており、
前記ローターユニットは、
複数の前記ステーター磁石とは前記コイルユニットを間にした反対側において、前記軸芯を中心とした等角度間隔に配置されており、それぞれの磁極を軸方向に向けていると共に、前記コイルユニットの端面と対面する磁極の向きが周方向において交互に逆転している複数の第一ローター磁石と、
前記コイルユニットの環内において、前記軸芯を中心として複数の前記第一ローター磁石と同じ等角度間隔に配置されており、それぞれの磁極を前記軸芯を中心とした半径方向に向けていると共に、前記コイルユニットの内周面と対面する磁極の向きが周方向において交互に逆転している複数の第二ローター磁石と
を備え
前記第一ローター磁石と前記第二ローター磁石は、前記軸芯を中心とした同じ角度位置に設けられていると共に、
前記第二ローター磁石は、前記コイルユニットの内周面と対面する磁極が、前記軸芯を中心とした同じ角度位置に設けられている前記第一ローター磁石における前記コイルユニットの端面と対面する磁極と同じである
ことを特徴とする電動機。
a hollow casing;
a rotating shaft rotatably supported by the casing;
a stator unit formed in an annular shape coaxial with the axis of the rotary shaft and attached within the casing;
a rotor unit attached to the rotary shaft within the casing with a gap between the rotor unit and the stator unit;
Equipped with
The stator unit is
an annular coil unit including an annular core, a full-circumference coil wound toroidally around the entire circumference of the core, and a plurality of partial coils that are partially toroidally wound at a plurality of locations on the full-circumference coil and are arranged at equal angular intervals around the axis;
a plurality of stator magnets arranged at equal angular intervals around the axis on one end face side of the coil unit in the axial direction, with their respective magnetic poles facing the axial direction and the orientation of the magnetic poles facing the end face of the coil unit being alternately reversed in the circumferential direction;
The rotor unit comprises:
a plurality of first rotor magnets, which are arranged on the opposite side of the coil unit from the plurality of stator magnets at equal angular intervals around the axis, with their respective magnetic poles facing the axial direction and with the orientation of the magnetic poles facing the end face of the coil unit alternately reversed in the circumferential direction;
a plurality of second rotor magnets arranged within the ring of the coil unit at the same equal angular intervals as the plurality of first rotor magnets around the axis, with their respective magnetic poles facing in a radial direction around the axis, and with the orientation of their magnetic poles facing the inner circumferential surface of the coil unit being alternately reversed in the circumferential direction ;
The first rotor magnet and the second rotor magnet are provided at the same angular position around the axis,
The magnetic pole of the second rotor magnet that faces the inner circumferential surface of the coil unit is the same as the magnetic pole of the first rotor magnet that faces the end face of the coil unit and is provided at the same angular position around the axis.
An electric motor characterized by:
一つの前記ステーターユニットと一つの前記ローターユニットとからなるベースユニットを複数組備えており、
各組の該ベースユニットは、
一つの前記回転シャフトに対して、それぞれ配置されていると共に、それぞれの前記ステーターユニットは、前記コイルユニットの外周面を囲むように円筒状に巻かれている外周コイルを備えている
ことを特徴とする請求項1に記載の電動機。
a plurality of base units each including one stator unit and one rotor unit;
The base units of each set are:
2. The electric motor according to claim 1, wherein each of the stator units is arranged for one of the rotating shafts, and each of the stator units has an outer coil wound cylindrically so as to surround the outer circumferential surface of the coil unit.
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