JP2011010421A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】非接触の給電構造を採用してモータの長寿命化を図りながら、高度な位置検出や電流制御を必要とせずに好適な回転駆動を得ることができるモータを提供する。
【解決手段】一次側コイル２０と電磁誘導にて駆動電力を発生させる二次側コイル１８がロータ１３の回転方向に複数個並設されて構成された整流子１７がロータ１３に設けられ、各二次側コイル１８とロータ１３の各駆動用コイル１６とが対応するもの同士で導通される。二次側コイル１８にて発生した駆動電力が各駆動用コイル１６に供給されて磁界が発生し、その磁界により回転するロータ１３とともに整流子１７が回転することで、一次側コイル２０に対向する二次側コイル１８が順次移動して各駆動用コイル１６への駆動電力の供給態様が変化し、各駆動用コイル１６に回転のための磁界が発生するように構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転のための磁界を発生させるコイルが巻回されたロータに非接触で給電を行う構造を備えたモータに関するものである。

ブラシ付きＤＣモータにおいては、例えば特許文献１にて示されているように、ロータコアに回転のための磁界を発生させるコイルがされるとともに、該コイルが整流子のセグメント（整流子片）に接続され、そのセグメントに給電ブラシが接触することで、外部から給電ブラシ及び整流子（セグメント）を介してロータのコイルに給電が行われる構成となっている。しかしながら、ロータの回転時には、整流子のセグメント上を給電ブラシが摺接して磨耗するため、モータの寿命は短い。

これに対し、ＤＣブラシレスモータは、ステータコアに回転のための磁界を発生させるコイルが巻回され、マグネットを有するロータを回転させるべく、該ロータの回転位置の検出とともにステータのコイルの通電切り替えを制御装置が行う構成となっている。つまり、上記した給電ブラシ及び整流子（セグメント）による機械的な整流に替えて、制御装置による電気的な整流を行う構成としているため、磨耗部品が無く、モータの寿命は長い。

特開２００５−５２９３号公報

しかしながら、ブラシレスモータにおいて、ブラシ付きＤＣモータのようにロータの円滑な回転を得るためには、位置検出や電流制御を高度に行うことが必要となるため、制御装置が高コストとなりがちである。そのため、モータを駆動源として使用する装置を安価に構成するのには不向きであった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、非接触の給電構造を採用してモータの長寿命化を図りながら、高度な位置検出や電流制御を必要とせずに好適な回転駆動を得ることができるモータを提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、回転のための磁界を発生させる駆動用コイルが複数個巻回されてなるロータを備えたモータであって、一次側コイルと電磁誘導にて駆動電力を発生させる二次側コイルが前記ロータの回転方向に複数個並設されて構成された整流子が前記ロータに一体回転するように設けられ、前記各二次側コイルと前記各駆動用コイルとが対応するもの同士で導通されて、前記二次側コイルにて発生した駆動電力が前記各駆動用コイルに供給されて磁界が発生するとともに、その磁界により回転する前記ロータとともに前記整流子が回転することで、前記一次側コイルに対向する前記二次側コイルが順次移動して前記各駆動用コイルへの駆動電力の供給態様が変化し、前記各駆動用コイルに回転のための磁界が発生するように構成されたことをその要旨とする。

この発明では、一次側コイルと電磁誘導にて駆動電力を発生させる二次側コイルがロータの回転方向に複数個並設されて構成された整流子がロータに設けられ、各二次側コイルとロータの各駆動用コイルとが対応するもの同士で導通される。そして、二次側コイルにて発生した駆動電力が各駆動用コイルに供給されて磁界が発生し、その磁界により回転するロータとともに整流子が回転することで、一次側コイルに対向する二次側コイルが順次移動して各駆動用コイルへの駆動電力の供給態様が変化し、各駆動用コイルに回転のための磁界が発生する。つまり、このモータは、一次側コイルが給電ブラシに相当し、整流子の二次側コイルがセグメント（整流子片）に相当するブラシ付きＤＣモータと同様に回転駆動される構成で、回転するロータ側への給電が一次側コイルと二次側コイルとの電磁誘導にて非接触で行われる。そのため、ブラシ付きＤＣモータのようにロータの円滑な回転が得られながら、回転するロータ側への給電については非接触であるため磨耗部品を使用しなくて済む。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のモータにおいて、前記一次側及び二次側コイルの少なくとも一方には、コア部材が備えられたことをその要旨とする。
この発明では、一次側及び二次側コイルの少なくとも一方にはコア部材が備えられるため、漏れ磁束を低減でき、高効率なモータが得られる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のモータにおいて、前記一次側コイルに少なくともコア部材が備えられるものであり、前記コア部材は前記二次側コイルの軸線方向両側から挟む形状をなしていることをその要旨とする。

この発明では、一次側コイルに少なくとも備えられるコア部材は、二次側コイルの軸線方向両側から挟む形状をなしている。そのため、一次側コイルの漏れ磁束をより確実に低減でき、一層高効率なモータが得られる。

本発明によれば、非接触の給電構造を採用してモータの長寿命化を図りながら、高度な位置検出や電流制御を必要とせずに好適な回転駆動を得ることができるモータを提供することができる。

本実施形態におけるモータの概略構成図である。 別例におけるモータの概略構成図である。 別例におけるモータの概略構成図である。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１は、本実施形態のモータ１０を示す。本実施形態のモータ１０は、直流電源ＶDCからの電力供給を受けて回転駆動するＤＣモータよりなり、ステータ１１側は、図示しないヨークハウジングの内側面に複数個（複数磁極）のマグネット１２が固定されてなる。マグネット１２の内側にはロータ１３が回転可能に収容されている。

ロータ１３は、回転軸１４に固定されるロータコア１５の所定のティースに導線を巻回してなる複数個の駆動用コイル１６を備えている。各駆動用コイル１６は、ロータコア１５において周方向に等角度間隔に並設されており、該駆動用コイル１６が巻回されたロータコア１５部分が前記マグネット１２と径方向に対向している。

また、ロータ１３には整流子１７が回転軸１４に固定されており、該整流子１７は、回転軸１４を中心とした同心円上に複数個の二次側コイル１８が等角度間隔に並設されてなる。各二次側コイル１８は、その軸線Ｌ２が回転軸１４の軸線Ｌ１と平行となるように整流子１７に対して設けられている。各二次側コイル１８は、各駆動用コイル１６の対応する端末線とそれぞれ接続、若しくは駆動用コイル１６を構成する導線にて連続して構成されている。

このような構成の整流子１７に対してハウジング内には、複数個の給電部１９が互いに所定角度間隔を有して移動不能に配設されている。各給電部１９は、一次側コイル２０が磁性金属よりなるＣ字状のコア部材２１に装着されて構成されており、該コア部材２１は、その開放部分が整流子１７の二次側コイル１８を軸線Ｌ２方向両側から挟むようにして配置されている。つまり、一次側コイル２０への通電によりコア部材２１の開放部間に生じる磁束が整流子１７の二次側コイル１８を軸線Ｌ２方向に通過するように構成され、電磁誘導作用により一次側コイル２０から二次側コイル１８に駆動電力が供給されるようになっている。一次側コイル２０には制御装置２２からの直流駆動電力が供給され、該駆動電力は直流電源ＶDCからの電力供給に基づいて制御装置２２にて生成されている。

このような構成の本実施形態のモータ１０は、制御装置２２から直流駆動電力が給電部１９の一次側コイル２０に供給されると、一次側コイル２０にて生じた磁束を受けた整流子１７の二次側コイル１８に電磁誘導による駆動電力が生じ、該二次側コイル１８と導通している駆動用コイル１６に供給される。駆動用コイル１６では回転のための磁界が発生し、マグネット１２との吸引や反発によりロータ１３が回転する。

ロータ１３が回転すると整流子１７も回転し、該整流子１７の二次側コイル１８も回転方向に移動するため、一次側コイル２０にて生じる磁束を受ける二次側コイル１８が隣接の二次側コイル１８に切り替わり、該二次側コイル１８と導通している駆動用コイル１６に駆動電力の供給が切り替わる。これにより、ロータ１３に生じる磁界が切り替わって新たな回転力が生じ、該ロータ１３の回転が継続される。因みに、隣接する２個の二次側コイル１８に跨って一次側コイル２０からの磁束を受けるとき、隣接する２個の二次側コイル１８に各端末線が接続される駆動用コイル１６は整流期間となる。このような事象が繰り返されることで、ロータ１３が回転駆動するようになっている。

つまり、本実施形態のモータ１０は、一次側コイル２０が給電ブラシに相当し、整流子１７の二次側コイル１８がセグメント（整流子片）に相当するブラシ付きＤＣモータと同様に回転駆動される構成で、回転するロータ１３側への給電は、一次側コイル２０と二次側コイル１８との電磁誘導にて非接触で行う構成となっている。そのため、ブラシ付きＤＣモータのようにロータ１３の円滑な回転が得られながら、回転するロータ１３側への給電については非接触であるため磨耗部品を使用しなくて済む。

また、制御装置２２において一次側コイル２０の電流値を大小させる電流制御を行うと、これに応じて二次側コイル１８にて生じる駆動電流が変化する。これにより、ロータ１３の回転速度が変化する。従って、制御装置２２による一次側コイル２０の電流制御により、ロータ１３の回転速度制御も可能となっている。

次に、本実施形態の特徴的な作用効果を記載する。
（１）本実施形態では、一次側コイル２０と電磁誘導にて駆動電力を発生させる二次側コイル１８がロータ１３の回転方向に複数個並設されて構成された整流子１７がロータ１３に設けられ、各二次側コイル１８とロータ１３の各駆動用コイル１６とが対応するもの同士で導通されている。そして、二次側コイル１８にて発生した駆動電力が各駆動用コイル１６に供給されて磁界が発生し、その磁界により回転するロータ１３とともに整流子１７が回転することで、一次側コイル２０に対向する二次側コイル１８が順次移動して各駆動用コイル１６への駆動電力の供給態様が変化し、各駆動用コイル１６に回転のための磁界が発生するようになっている。つまり、本実施形態のモータ１０は、一次側コイル２０が給電ブラシに相当し、整流子１７の二次側コイル１８がセグメントに相当するブラシ付きＤＣモータと同様に回転駆動される構成で、回転するロータ１３側への給電が一次側コイル２０と二次側コイル１８との電磁誘導にて非接触で行われるようになっている。そのため、高度な位置検出や電流制御を必要とせずにブラシ付きＤＣモータのようにロータ１３の円滑な回転を得ることができ、しかも回転するロータ１３側への給電については非接触であるため磨耗部品を使用しなくて済み、モータ１０の長寿命化に寄与できる。

（２）本実施形態では、一次側コイル２０にコア部材２１が備えられているため、漏れ磁束を低減でき、しかもこのコア部材２１は二次側コイル１８の軸線Ｌ２方向両側から挟む形状をなすため、一次側コイル２０の漏れ磁束をより確実に低減でき、一層高効率なモータ１０の構成とすることができる。

尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、一次側コイル２０にコア部材２１を設けたが、二次側コイル１８にコア部材を設けてもよい。また、両者にコア部材を設けてもよい。

・上記実施形態では、一次側コイル２０を装着したコア部材２１を二次側コイル１８の軸線Ｌ２方向両側から対向させて構成したが、例えば図２に示すように、一次側コイル２０を二次側コイル１８の軸線Ｌ２方向一方にのみ対向させる構成としてもよい。

・上記実施形態では、二次側コイル１８の軸線Ｌ２が回転軸１４の軸線Ｌ１と平行となるように設定したが、二次側コイル１８の向きはこれ限らず、例えば図３に示すように、二次側コイル１８の軸線Ｌ２が径方向に向くように設定してもよい。尚、同図３では、一次側コイル２０が二次側コイル１８の径方向外側に配置され、一次側コイル２０を二次側コイル１８の径方向一方にのみ対向させている。

・上記実施形態のモータ１０の構成において、上記別例以外で適宜変更してもよい。

１０…モータ、１３…ロータ、１６…駆動用コイル、１７…整流子、１８…二次側コイル、２０…一次側コイル、２１…コア部材、Ｌ２…軸線。

Claims (3)

1. 回転のための磁界を発生させる駆動用コイルが複数個巻回されてなるロータを備えたモータであって、
   一次側コイルと電磁誘導にて駆動電力を発生させる二次側コイルが前記ロータの回転方向に複数個並設されて構成された整流子が前記ロータに一体回転するように設けられ、
   前記各二次側コイルと前記各駆動用コイルとが対応するもの同士で導通されて、前記二次側コイルにて発生した駆動電力が前記各駆動用コイルに供給されて磁界が発生するとともに、その磁界により回転する前記ロータとともに前記整流子が回転することで、前記一次側コイルに対向する前記二次側コイルが順次移動して前記各駆動用コイルへの駆動電力の供給態様が変化し、前記各駆動用コイルに回転のための磁界が発生するように構成されたことを特徴とするモータ。
2. 請求項１に記載のモータにおいて、
   前記一次側及び二次側コイルの少なくとも一方には、コア部材が備えられたことを特徴とするモータ。
3. 請求項２に記載のモータにおいて、
   前記一次側コイルに少なくともコア部材が備えられるものであり、前記コア部材は前記二次側コイルの軸線方向両側から挟む形状をなしていることを特徴とするモータ。

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