JP2009268330A - Coreless motor - Google Patents
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Abstract
【課題】モータ内部における磁気抵抗を低減させ、界磁磁束を増大させることにより、モータのさらなる小型化を必要とした場合でも、トルクの維持またはトルクを向上させることができるコアレスモータを提供する。
【解決手段】筐体となる磁性体で構成されたハウジングと、ハウジングに固定され、該ハウジングの軸線方向中心に挿通配置されるシャフトを該ハウジング内部で回転自在に支持する軸受と、軸受の外周に保持固定される界磁用磁石と、ハウジング内に格納されるコイル，および整流子と、を備え、軸受の材質が磁性体であることを特徴とする。
【選択図】図２A coreless motor capable of maintaining torque or improving torque even when further miniaturization of the motor is required by reducing magnetic resistance inside the motor and increasing field magnetic flux.
A housing made of a magnetic material as a housing, a bearing fixed to the housing and rotatably supported in a shaft centered in the axial direction of the housing, and an outer periphery of the bearing A field magnet that is held and fixed to the housing, a coil that is housed in the housing, and a commutator, and the bearing is made of a magnetic material.
[Selection] Figure 2
Description
本発明は、例えば精密機器などの動力源として用いられるコアレスモータに関する。 The present invention relates to a coreless motor used as a power source of, for example, precision equipment.
精密機器などの動力源として用いられる小型直流モータの１つに、円筒状のヨーク内面に空芯コイルが配置され、多極着磁された永久磁石がヨーク内部を回転するコアレスモータ（いわゆるインナーロータモータ）がある。このコアレスモータは、例えば、コアドモータ（鉄心付きモータ）のようなリラクタンストルクが発生しない、整流火花が少なく電気雑音が小さい、ロータ慣性が小さく応答性が良好である、といった様々な利点を有している。 One of the small DC motors used as a power source for precision equipment, etc., is a coreless motor (so-called inner rotor) in which an air-core coil is arranged on the inner surface of a cylindrical yoke and a multi-pole magnetized permanent magnet rotates inside the yoke. Motor). This coreless motor has various advantages such as no reluctance torque, such as a cored motor (motor with iron core), less commutation sparks, less electrical noise, and less rotor inertia and better responsiveness. Yes.
近年、小型直流モータは電子装置の小型化，薄型化に伴い、それに搭載するモータの細型化，薄型化が要求されている。特に超細型のものについては円筒コアレスモータが使用されているが、その一方、更なる性能向上が求められている。図１に従来の小型円筒コアレスモータの外観を示す（開示のモータは、先端部分に振動発生用のアンバランスウエイトＷを付けたものである）。 In recent years, along with miniaturization and thinning of electronic devices, miniaturized DC motors are required to be thinner and thinner. In particular, a cylindrical coreless motor is used for an ultra-thin type, but on the other hand, further performance improvement is required. FIG. 1 shows an external appearance of a conventional small cylindrical coreless motor (the disclosed motor is provided with an unbalanced weight W for generating vibration at the tip portion).
このようなコアレスモータは、コイルに鉄芯がないため、小型化しやすい反面、小型化に伴い磁気的吸引力・反発力が弱くなり、モータが発生するトルクが減少する傾向にある。その対策として、コイルと界磁用磁石の空隙を狭めることによりトルクを増大させた小型モータが考案されている（特許文献１参照）。 Since such a coreless motor has no iron core in the coil, it is easy to miniaturize, but with the miniaturization, the magnetic attractive force / repulsive force becomes weak and the torque generated by the motor tends to decrease. As a countermeasure, a small motor has been devised in which the torque is increased by narrowing the gap between the coil and the field magnet (see Patent Document 1).
しかし、この先さらなるモータの小型化が進むにつれ、特許文献１のような小型モータにおいて空隙をさらに極狭化させるためには、高度な微細加工技術が要求されるとともに、コイルの巻回精度の限界もあるため、製造にはより困難性を極めることとなる。 However, as the motor is further miniaturized in the future, in order to further narrow the air gap in the small motor as in Patent Document 1, an advanced fine processing technique is required, and the limit of the coil winding accuracy is limited. Therefore, it becomes extremely difficult to manufacture.
上記問題点を背景として、本発明の課題は、現在の小型コアレスモータの構成を大幅に変更することなく、モータ内部における磁気抵抗を低減させ、界磁磁束を増大させることにより、モータのさらなる小型化を必要とした場合でも、トルクの維持またはトルクを向上させることができるコアレスモータを提供することにある。 Against the background of the above problems, the object of the present invention is to further reduce the size of the motor by reducing the magnetic resistance inside the motor and increasing the field magnetic flux without significantly changing the configuration of the current small coreless motor. It is an object of the present invention to provide a coreless motor capable of maintaining torque or improving torque even when it is necessary to make it easier.
上記課題を解決するためのコアレスモータは、筐体となる磁性体で構成されたハウジングと、ハウジングに固定され、該ハウジングの軸線方向中心に挿通配置されるシャフトを該ハウジング内部で回転自在に支持する軸受と、軸受の外周に保持固定される界磁用磁石と、ハウジング内に格納されるコイル，および整流子と、を備えるコアレスモータにおいて、軸受の材質が磁性体であることを特徴とする。 A coreless motor for solving the above-mentioned problems supports a housing made of a magnetic body as a housing and a shaft fixed to the housing and inserted and arranged at the center in the axial direction of the housing so as to be rotatable inside the housing. And a commutator. The coreless motor includes a bearing, a field magnet held and fixed on the outer periphery of the bearing, a coil stored in the housing, and a commutator. .
上記構成によって、軸受の材質を磁性体とすることで、トルクに有効に働く界磁用磁石の磁束が増えるため、トルクが向上するという作用効果を得ることができる。 With the above configuration, by using a magnetic material for the bearing, the magnetic flux of the field magnet that effectively works on the torque increases, so that the effect of improving the torque can be obtained.
また、本発明のコアレスモータにおける軸受は、界磁用磁石を支持する部位である磁石添部（軸受添部）と、該磁石添部をハウジングに固定する部位である磁石支持部（軸受基部）とを含んで構成され、磁石添部の材質が磁性体である一方、磁石支持部の材質が非磁性体であるように構成されることを特徴とする。 The bearing in the coreless motor of the present invention includes a magnet attachment portion (bearing attachment portion) that is a portion that supports the field magnet and a magnet support portion (bearing base portion) that is a portion that fixes the magnet attachment portion to the housing. And the material of the magnet support portion is a magnetic material, while the material of the magnet support portion is a non-magnetic material.
上記構成によって、軸受の軸受添部が磁性体で、かつ軸受基部が非磁性体であることにより、磁束ロスが減少し、トルクに有効に働く界磁用磁石の磁束がその分増えるため、トルクが向上するという作用効果を得ることができる。 With the above configuration, since the bearing accessory portion of the bearing is a magnetic body and the bearing base portion is a non-magnetic body, the magnetic flux loss is reduced, and the magnetic flux of the field magnet that effectively works on the torque is increased accordingly. The effect that it improves can be acquired.
また、本発明のコアレスモータにおける界磁用磁石は、磁石添部の周囲に配置され、コイルは、界磁用磁石の外側に、シャフトとともに回転可能なように配置され、コイルには、整流子を介して電流を供給する構成とすることを特徴とする。 The field magnet in the coreless motor of the present invention is disposed around the magnet attachment portion, the coil is disposed outside the field magnet so as to be rotatable together with the shaft, and the coil includes a commutator. The configuration is such that a current is supplied via the.
上記構成によって、上記形態のコアレスモータにおいても本発明の作用効果を得ることができる。 With the above-described configuration, the effects of the present invention can be obtained even in the coreless motor of the above aspect.
また、本発明のコアレスモータは、シャフトの材質が磁性体であることを特徴とする。 In the coreless motor of the present invention, the material of the shaft is a magnetic material.
上記構成によって、シャフトの材質を磁性体、軸受の材質を磁性体とすることで、磁気経路の磁気抵抗が減少するため、主磁束が安定し、トルクが向上するという作用効果を得ることができる。 With the above-described structure, the magnetic material of the shaft and the magnetic material of the bearing reduce the magnetic resistance of the magnetic path, so that the main magnetic flux is stabilized and the torque is improved. .
また、本発明のコアレスモータは、シャフトの材質が非磁性体であることを特徴とする。 The coreless motor of the present invention is characterized in that the shaft is made of a nonmagnetic material.
上記構成によって、シャフトの材質を非磁性体、軸受の材質を磁性体とすることで、トルク向上分はそのままで、シャフトの材質選択の自由度が広がるため、例えば、コアレスモータの周囲の環境によって、出力を外部に取り出すシャフトの材質に磁性体を使えない条件下においても対応でき、汎用性の高いコアレスモータとすることができる。 With the above configuration, the shaft material is non-magnetic material and the bearing material is magnetic material, so the degree of torque improvement remains the same and the degree of freedom in selecting the material of the shaft increases. For example, depending on the environment around the coreless motor Therefore, the shaft material for taking out the output can be handled under the condition that a magnetic material cannot be used, and a highly versatile coreless motor can be obtained.
また、本発明のコアレスモータは、界磁用磁石と軸受との間の隙間に粒子状磁性体が充填されていることを特徴とする。 Further, the coreless motor of the present invention is characterized in that the gap between the field magnet and the bearing is filled with a particulate magnetic material.
上記構成によって、軸受と界磁用磁石間の空隙に粒子状磁性体を配在させることにより、トルクに有効に働く界磁用磁石の磁束がその分増えるため、新たな部品加工を必要とすることなく、トルクを向上させることが可能となる。 With the above configuration, by disposing the particulate magnetic material in the gap between the bearing and the field magnet, the magnetic flux of the field magnet that works effectively on the torque increases by that amount, so new part processing is required. Thus, the torque can be improved.
また、本発明のコアレスモータは、磁性体の比透磁率が１０００以上であることを特徴とする特徴とする。 The coreless motor of the present invention is characterized in that the magnetic material has a relative permeability of 1000 or more.
物質の透磁率と真空の透磁率の比を比透磁率という。コイル内に強磁性体など高い比透磁率をもつ物質をコアとして置くことで同じ磁界に対しても大きな磁束が作られる。鉄，コバルト，ニッケルの比透磁率は１０００以上もあり、このため磁束をよく吸収する。上記構成によって、一般的に安価で入手可能な材料を用いることによって、トルク発生に寄与する磁束を増やすことができ、トルクが向上するという作用効果を得ることができる。 The ratio between the magnetic permeability of the substance and the magnetic permeability of the vacuum is called relative permeability. By placing a material having a high relative permeability such as a ferromagnetic material in the coil as a core, a large magnetic flux can be generated even for the same magnetic field. Iron, cobalt, and nickel have a relative permeability of 1000 or more, and therefore absorb magnetic flux well. With the above-described configuration, by using a material that is generally available at a low cost, it is possible to increase the magnetic flux that contributes to torque generation, and to obtain the effect of improving the torque.
また、本発明のコアレスモータは、磁性体の材質が、磁性化された軟鉄であることを特徴とする。 The coreless motor of the present invention is characterized in that the magnetic material is magnetized soft iron.
上記構成によって、一般的に安価で入手可能な軟鉄を用いることによって、製造コストを大幅に増やすことなく、モータのトルク向上が可能となる。 With the above configuration, it is possible to improve the torque of the motor without significantly increasing the manufacturing cost by using soft iron that is generally available at a low cost.
また、上記課題を解決するためのコアレスモータは、筐体となる磁性体で構成されたハウジングと、ハウジングに固定され、該ハウジングの軸線方向中心に挿通配置されるシャフトを該ハウジング内部で回転自在に支持する軸受と、軸受の外周に保持固定される界磁用磁石と、ハウジング内に格納されるコイル，および整流子と、を備えるコアレスモータにおいて、界磁用磁石と軸受との間の隙間に粒子状磁性体が充填されていることを特徴とする。 In addition, a coreless motor for solving the above-described problems includes a housing made of a magnetic material that serves as a housing, and a shaft that is fixed to the housing and that is inserted and disposed at the center in the axial direction of the housing. A gap between the field magnet and the bearing in a coreless motor comprising: a bearing supported on a magnetic field; a field magnet held and fixed on the outer periphery of the bearing; a coil stored in the housing; and a commutator. Are filled with a particulate magnetic material.
上記構成によって、軸受と界磁用磁石間の空隙に粒子状磁性体を配在させることにより、軸受の材質によらず、トルクに有効に働く界磁用磁石の磁束がその分増えるため、新たな部品加工を必要とすることなく、トルクを向上させることが可能となる。 With the above configuration, by disposing the particulate magnetic material in the gap between the bearing and the field magnet, the magnetic flux of the field magnet that effectively works on the torque increases by that amount regardless of the material of the bearing. It is possible to improve the torque without requiring any parts processing.
以下、本発明に係るコアレスモータの実施形態を、図面を参照しつつ説明する。図２に、コアレスモータ１の軸方向断面図を示す。磁性体にて構成されることで、ヨークの役目も兼ねるハウジング１１内に、界磁用磁石１２，コイル１３，シャフト１４，整流子１５，軸受１６が具備されており、樹脂などで成型されるエンドブラケット１７にて格納されている。 Hereinafter, embodiments of a coreless motor according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 2 shows an axial sectional view of the coreless motor 1. By being composed of a magnetic material, a field magnet 12, a coil 13, a shaft 14, a commutator 15, and a bearing 16 are provided in a housing 11 that also serves as a yoke, and is molded from resin or the like. It is stored in the end bracket 17.
軸受１６は、ハウジング１１に嵌合装着され、該ハウジング１１の軸線方向中心に挿通配置されるシャフト１４を該ハウジング１１内部で回転自在に支持するようになっている。 The bearing 16 is fitted and attached to the housing 11, and rotatably supports the shaft 14 inserted and disposed at the center of the housing 11 in the axial direction.
界磁用磁石１２は円筒形状であり、軸受１６に嵌合装着されている。 The field magnet 12 has a cylindrical shape and is fitted to the bearing 16.
また、コイル１３は、界磁用磁石１２の外側に、シャフト１４とともに回転可能なように配置され、コイル１３には、整流子１５を介して電流が供給される。 The coil 13 is disposed outside the field magnet 12 so as to be rotatable together with the shaft 14, and a current is supplied to the coil 13 via a commutator 15.
コアレスモータ１は、界磁用磁石１２より発せられる磁束と、コイル１３への通電より生じる磁界の磁気的吸引力・反発力により回転しているが、界磁用磁石１２から発せられた磁束は、コイル１３を通過し、ハウジング１１を通過してシャフト１４に対して反対側のコイルを経由して界磁用磁石１２に戻る。小型コアレスモータの場合、界磁用磁石も小さいため、磁化の値も小さくなりやすく、如何に界磁用磁石の磁束をトルクに有効に使うかが重要となってくる。 The coreless motor 1 is rotated by a magnetic flux generated from the field magnet 12 and a magnetic attractive force / repulsive force of a magnetic field generated by energization of the coil 13, but the magnetic flux generated from the field magnet 12 is , Passes through the coil 13, passes through the housing 11, and returns to the field magnet 12 via the coil on the opposite side of the shaft 14. In the case of a small coreless motor, since the field magnet is also small, the value of magnetization tends to be small, and it is important how to effectively use the magnetic flux of the field magnet for torque.
図３にコアレスモータ１の径方向断面図を示す。これは図２の構成におけるｘ−ｘ’断面図であり、コイル有効長部分の断面図である。なお、コイル有効長部分＝電磁力は、磁束とコイル１３に該磁束に垂直に流れるような電流値に比例する形で発生するが、その電磁力に有効に働く部分、即ち、コイル１３の磁束と垂直に電流が流れる部分を本発明において、コイル１３の有効長部分と称する。コアレスモータ１の断面は中心から、シャフト１４，軸受１６，界磁用磁石１２，コイル１３，ハウジング１１の順で構成されており、それぞれの間には空隙が存在する。 FIG. 3 shows a radial sectional view of the coreless motor 1. This is a cross-sectional view taken along the line x-x 'in the configuration of FIG. The coil effective length portion = electromagnetic force is generated in a form proportional to the magnetic flux and the current value flowing in the coil 13 perpendicular to the magnetic flux, but the portion that works effectively on the electromagnetic force, that is, the magnetic flux of the coil 13. In the present invention, a portion where current flows perpendicularly is referred to as an effective length portion of the coil 13. The cross section of the coreless motor 1 is composed of a shaft 14, a bearing 16, a field magnet 12, a coil 13, and a housing 11 in this order from the center, and there is a gap between them.
図４に、一方向に着磁された界磁用磁石１２を用いた場合の、「シャフト１４の材質を磁性体とし、軸受１６の材質を非磁性体とした」従来型コアレスモータの、３次元磁界解析シミュレーション結果より得られた、図２の構成におけるｘ−ｘ’断面図の磁束密度ベクトル分布図を示す。これはｘ方向に磁化を与えている。なお、これ以降に示す磁束密度ベクトル分布図についても、全てｘ方向に磁化を与えたものである。矢印はサイズが大きいほど磁束密度が大きいことを表し、矢印の向きは磁束の向きを示している。コイル１３に流れる電流値が同じ場合、トルクはこの磁束密度が大きくなるほど増大する。よって、如何にｘ方向の磁束を多くするかが、トルク向上に大きく関わってくる。 FIG. 4 shows a conventional coreless motor 3 in which “the material of the shaft 14 is a magnetic material and the material of the bearing 16 is a non-magnetic material” when the field magnet 12 magnetized in one direction is used. The magnetic flux density vector distribution map of xx 'sectional drawing in the structure of FIG. 2 obtained from the dimensional magnetic field analysis simulation result is shown. This gives magnetization in the x direction. Note that the magnetic flux density vector distribution diagrams shown below are all magnetized in the x direction. The arrow indicates that the larger the size, the higher the magnetic flux density, and the direction of the arrow indicates the direction of the magnetic flux. When the value of the current flowing through the coil 13 is the same, the torque increases as the magnetic flux density increases. Therefore, how to increase the magnetic flux in the x direction greatly affects torque improvement.
図５に、本実施例１の構成である、一方向に着磁された界磁用磁石１２を用いた場合の、「シャフト１４の材質を磁性体とし、軸受１６の材質を磁性体とした」コアレスモータ１の、３次元磁界解析シミュレーション結果より得られた、図２の構成におけるｘ−ｘ’断面図の磁束密度ベクトル分布図を示す。また、図６に、従来の構成である軸受１６の材質を非磁性体としたものと、本実施例１の構成である軸受１６の材質を磁性体としたものとの、磁束密度の差分を示す。なお、３次元磁界解析シミュレーションの条件は、図４と同等である。 In the case of using the field magnet 12 magnetized in one direction, which is the configuration of the first embodiment, in FIG. 5, “The material of the shaft 14 is a magnetic body and the material of the bearing 16 is a magnetic body. The magnetic flux density vector distribution diagram of xx 'sectional view in the structure of FIG. 2 obtained from the three-dimensional magnetic field analysis simulation result of the coreless motor 1 is shown. FIG. 6 shows the difference in magnetic flux density between the conventional material of the bearing 16 made of a non-magnetic material and the material of the bearing 16 made of a magnetic material as the material of the first embodiment. Show. The conditions for the three-dimensional magnetic field analysis simulation are the same as those in FIG.
図４の従来の構成において発生する磁界の磁束密度をＢｈとし、図５の本実施例１の構成において発生する磁界の磁束密度をＢｊとすると、図６に表示した差分ΔＢはΔＢ＝Ｂｊ−Ｂｈで表される。これに示されるように、モータ内部の磁束はｘ方向に多くなっており、ハウジング１１を通過して界磁用磁石１２に戻ってくる磁束も多くなっていることから、全体的な磁束が増えていることが分かる。 If the magnetic flux density of the magnetic field generated in the conventional configuration of FIG. 4 is B h and the magnetic flux density of the magnetic field generated in the configuration of the first embodiment of FIG. 5 is B j , the difference ΔB displayed in FIG. It is represented by B j -B h . As shown in this figure, the magnetic flux inside the motor increases in the x direction, and the magnetic flux that passes through the housing 11 and returns to the field magnet 12 also increases, so the overall magnetic flux increases. I understand that
上述のように、コアレスモータ１において、「シャフト１４の材質を磁性体とし、軸受１６の材質を磁性体とする」と、界磁用磁石１２の磁束を有効に使うことができる。図７に、コアレスモータ１において、「シャフト１４の材質を磁性体とし、軸受１６の材質を非磁性体とした」従来の構成で発生するトルクと、「シャフト１４の材質を磁性体とし、軸受１６の材質を磁性体とした」本実施例１の構成で発生するトルクとの比較を示す。 As described above, in the coreless motor 1, the magnetic flux of the field magnet 12 can be effectively used as “the material of the shaft 14 is a magnetic material and the material of the bearing 16 is a magnetic material”. In the coreless motor 1, in the coreless motor 1, the torque generated in the conventional configuration “the material of the shaft 14 is a magnetic material and the material of the bearing 16 is a non-magnetic material” and “the material of the shaft 14 is a magnetic material, Comparison with torque generated by the configuration of the first embodiment is shown.
これら２つの構成において、シャフト１４の材質は双方とも磁性体であり、異なるのは軸受１６の材質のみである。軸受１６の材質は、従来のものが「非磁性体」であり、本実施例１のものが「磁性体」である。本実施例１の構成のように、軸受１６の材質を「磁性体」とした方が、コアレスモータ１において発生するトルクが増加していることがわかる。 In these two configurations, the material of the shaft 14 is a magnetic material, and only the material of the bearing 16 is different. The conventional material of the bearing 16 is a “non-magnetic material”, and the material of the first embodiment is a “magnetic material”. It can be seen that the torque generated in the coreless motor 1 increases when the material of the bearing 16 is “magnetic material” as in the configuration of the first embodiment.
これは、図５や図６からも分かるように、本実施例１の構成の、「シャフト１４の材質を磁性体とし、軸受１６の材質を磁性体としたもの」の方が、界磁用磁石１２の磁束を有効に使っているためであり、軸受１６の材質を「磁性体」とすることで、磁気経路が界磁用磁石１２→シャフト１４という従来の経路から、界磁用磁石１２→軸受１６という、より磁気経路の空隙が減少した経路を辿ることとなり、磁気抵抗が減少するためである。また、界磁用磁石１２から磁性体までの距離が、従来のシャフト１４から軸受１６となって短くなったことから、動作点の移動が起こり、パーミアンス係数が増大したことも関係しており（パーミアンスに関しては非特許文献１参照）、限られたスペースで、界磁用磁石１２のポテンシャルを引き出しやすい構造であるといえる。 As can be seen from FIG. 5 and FIG. 6, the configuration of the first embodiment “the material of the shaft 14 is a magnetic material and the material of the bearing 16 is a magnetic material” is used for the field. This is because the magnetic flux of the magnet 12 is effectively used. By making the material of the bearing 16 “magnetic body”, the magnetic path is changed from the conventional path of the field magnet 12 to the shaft 14, and the field magnet 12. This is because the magnetic resistance is reduced because the bearing 16 follows a path in which the gap of the magnetic path is further reduced. In addition, since the distance from the field magnet 12 to the magnetic body is shortened from the conventional shaft 14 to the bearing 16, the movement of the operating point occurs and the permeance coefficient is increased ( Regarding the permeance, it can be said that the structure is such that the potential of the field magnet 12 can be easily extracted in a limited space.
図２のコアレスモータ１において、「シャフト１４の材質を非磁性体とし、軸受１６の材質を磁性体とした」構成について説明する。図８に、上述の実施例１の構成である、「シャフト１４の材質を磁性体とし、軸受１６の材質を磁性体とした」コアレスモータ１において発生するトルクと、本実施例２の構成である、「シャフト１４の材質を非磁性体とし、軸受１６の材質を磁性体とした」コアレスモータ１において発生するトルクとの比較を示す。 In the coreless motor 1 of FIG. 2, the configuration “the material of the shaft 14 is a non-magnetic material and the material of the bearing 16 is a magnetic material” will be described. FIG. 8 shows the torque generated in the coreless motor 1 having the above-described configuration of the first embodiment, “the material of the shaft 14 is a magnetic body and the material of the bearing 16 is a magnetic body”, and the configuration of the second embodiment. A comparison is made with a torque generated in the coreless motor 1 "a material of the shaft 14 is a non-magnetic material and a material of the bearing 16 is a magnetic material".
これら２つの構成では、双方とも軸受１６の材質が「磁性体」であり、異なるのはシャフト１４の材質で、実施例１では「磁性体」、本実施例２では「非磁性体」となっている。２つの構成において、トルク特性は同じといってよく、シャフト１４の材質が何であれ、軸受１６の材質を「磁性体」とすれば、コアレスモータ１において発生するトルクは、従来の構成に比べ向上することが分かる。今まで、シャフト１４の材質は「磁性体」で構成されることの多かったコアレスモータだが、軸受１６の材質を「磁性体」とすれば、シャフト１４の材質を「非磁性体」としてもトルクが確保できることが証明され、シャフト１４の材質選択の自由度が広がる。 In these two configurations, the material of the bearing 16 is “magnetic body”, and the difference is the material of the shaft 14, which is “magnetic body” in the first embodiment and “non-magnetic body” in the second embodiment. ing. In the two configurations, it can be said that the torque characteristics are the same. Whatever the material of the shaft 14, if the material of the bearing 16 is “magnetic material”, the torque generated in the coreless motor 1 is improved compared to the conventional configuration. I understand that Until now, the material of the shaft 14 was often made up of “magnetic material”. However, if the material of the bearing 16 is “magnetic material”, the torque of the shaft 14 can be changed to “non-magnetic material”. Can be secured, and the degree of freedom in selecting the material of the shaft 14 is expanded.
図９に、本発明のコアレスモータ１の構成の別例を示す。本実施例３の構成は、上述の実施例１の構成（図２）の変形例であるため、図２と同一の構成のものについては同一の符号を付与し、ここでの詳細な説明は割愛する。図９に示すように、軸受１６は、界磁用磁石１２が嵌合固着される軸受基部（磁石支持部）１６ａと、周囲に界磁用磁石１２が配置される軸受添部（磁石添部）１６ｂとにより形成され、軸受基部１６ａの材質を非磁性体とし、かつ、軸受添部１６ｂの材質を磁性体としたことを特徴とする。 FIG. 9 shows another example of the configuration of the coreless motor 1 of the present invention. Since the configuration of the third embodiment is a modification of the configuration of the first embodiment (FIG. 2), the same components as those in FIG. Omit. As shown in FIG. 9, the bearing 16 includes a bearing base (magnet support) 16 a to which the field magnet 12 is fitted and fixed, and a bearing accessory (magnet accessory) in which the field magnet 12 is disposed around. ) 16b, the material of the bearing base portion 16a is a non-magnetic material, and the material of the bearing accessory portion 16b is a magnetic material.
図１０に、上述の実施例１と本実施例３との、軸方向断面における磁束密度ベクトル分布の比較を示す。図１０（ａ）に、「シャフト１４の材質を磁性体とし、軸受１６の材質を磁性体とした」実施例１の構成の、磁束密度ベクトル分布（上部拡大図）を示す。また、図１０（ｂ）に、「シャフト１４の材質を磁性体とし、軸受１６の軸受添部１６ｂの材質を磁性体とし、かつ軸受基部１６ａの材質を非磁性体とした」本実施例３の構成の、磁束密度ベクトル分布（上部拡大図）を示す。 FIG. 10 shows a comparison of magnetic flux density vector distributions in the axial section between the first embodiment and the third embodiment. FIG. 10A shows the magnetic flux density vector distribution (upper enlarged view) of the configuration of Example 1 “the material of the shaft 14 is a magnetic body and the material of the bearing 16 is a magnetic body”. Further, FIG. 10B shows that “the material of the shaft 14 is a magnetic material, the material of the bearing supporting portion 16b of the bearing 16 is a magnetic material, and the material of the bearing base portion 16a is a non-magnetic material”. The magnetic flux density vector distribution (upper part enlarged view) of the configuration is shown.
これら２つの例では、双方とも、シャフト１４および軸受添部１６ｂの材質は「磁性体」であり、異なるのは、軸受基部１６ａの材質である。図１０（ａ）から、軸受基部１６ａの材質を「磁性体」としたものは、界磁用磁石１２より一方向に発生した磁束が、近くにある磁性体、即ち、軸受基部１６ａに引き寄せられ、コイル１３を経由しない短絡状の磁束、磁束のループ（○で囲まれた領域）が発生していることが分かる。 In these two examples, the material of the shaft 14 and the bearing accessory 16b is “magnetic material”, and the difference is the material of the bearing base 16a. From FIG. 10A, in the case where the material of the bearing base 16a is “magnetic body”, the magnetic flux generated in one direction from the field magnet 12 is attracted to the nearby magnetic body, that is, the bearing base 16a. It can be seen that a short-circuited magnetic flux that does not pass through the coil 13 and a loop of magnetic flux (a region surrounded by a circle) are generated.
一方、図１０（ｂ）のように、軸受基部１６ａの材質を「非磁性体」とした本実施例３の構成では、界磁用磁石１２より発生した磁束が軸受基部１６ａに引き寄せられることなく、つまり、ロスにつながる磁束のループがなくなっていることが分かる。よって、軸受添部１６ｂの材質を「磁性体」としたことによる磁束増加分を余すことなく使うことができ、界磁用磁石１２の磁束をトルク発生のために、より有効に使うことができる。 On the other hand, as shown in FIG. 10B, in the configuration of the third embodiment in which the material of the bearing base portion 16a is “non-magnetic”, the magnetic flux generated from the field magnet 12 is not attracted to the bearing base portion 16a. That is, it turns out that the loop of magnetic flux leading to loss is lost. Therefore, it is possible to use the increased amount of magnetic flux due to the fact that the material of the bearing accessory portion 16b is “magnetic material”, and the magnetic flux of the field magnet 12 can be used more effectively for torque generation. .
図１１に、軸受基部１６ａの材質を「磁性体」とした実施例１の構成において発生するトルクと、軸受基部１６ａの材質を「非磁性体」とした本実施例３の構成において発生するトルクとの比較を示す。図１１のように、軸受基部１６ａの材質を「非磁性体」とした方が、より界磁用磁石１２のポテンシャルを引き出すことができ、コアレスモータ１において発生するトルクが増大することが分かる。 FIG. 11 shows torque generated in the configuration of the first embodiment in which the material of the bearing base 16a is “magnetic material” and torque generated in the configuration of the third embodiment in which the material of the bearing base 16a is “non-magnetic”. Comparison with is shown. As shown in FIG. 11, it can be seen that when the material of the bearing base 16 a is “non-magnetic”, the potential of the field magnet 12 can be drawn more and the torque generated in the coreless motor 1 increases.
図１２に、本発明のコアレスモータ１の構成のさらに別例を示す。本実施例４の構成は、上述の実施例１の構成（図２）の変形例であるため、図２と同一の構成のものについては同一の符号を付与し、ここでの詳細な説明は割愛する。コアレスモータ１において、界磁用磁石１２と軸受１６との間には、僅かな空隙が存在している。そこで、図１２に示すようにその僅かな空隙に粒子状磁性体１８を配している。この構成により、界磁用磁石１２と軸受１６との間の磁気抵抗を低減し、磁束量を増大させることができる。 FIG. 12 shows still another example of the configuration of the coreless motor 1 of the present invention. The configuration of the fourth embodiment is a modification of the configuration of the first embodiment described above (FIG. 2). Therefore, the same components as those in FIG. Omit. In the coreless motor 1, there is a slight gap between the field magnet 12 and the bearing 16. Therefore, as shown in FIG. 12, the particulate magnetic body 18 is disposed in the slight gap. With this configuration, the magnetic resistance between the field magnet 12 and the bearing 16 can be reduced, and the amount of magnetic flux can be increased.
図１３に、「界磁用磁石１２と軸受１６との間が空隙（空気が存在）である」従来の構成において発生するトルクと、「界磁用磁石１２と軸受１６との間に粒子状磁性体１８を配する」本実施例４の構成において発生するトルクとの比較を示す。図１３に示すように、界磁用磁石１２と軸受１６との間が空隙である状態よりも、コアレスモータ１において発生するトルクをさらに増大させることが可能となる。また、空隙に粒子状磁性体１８を配するため、界磁用磁石１２と軸受１６を一体成型するといったような難度の高い製造方法を用いることなく、また、新たな部品加工を必要とすることがないため、製造コストの増大も抑制できる。 FIG. 13 shows the torque generated in the conventional configuration “the gap between the field magnet 12 and the bearing 16 is air (existing air)” and “particulate between the field magnet 12 and the bearing 16. Comparison with the torque generated in the configuration of the fourth embodiment is shown. As shown in FIG. 13, it is possible to further increase the torque generated in the coreless motor 1 as compared with a state where there is a gap between the field magnet 12 and the bearing 16. Further, since the particulate magnetic body 18 is arranged in the gap, a new part processing is required without using a highly difficult manufacturing method such as integrally molding the field magnet 12 and the bearing 16. Therefore, an increase in manufacturing cost can be suppressed.
以上の説明は、軸受１６の材質を「磁性体」とした構成を前提としたものであったが、さらに別の実施例として、図１２における軸受１６の材質を、例えばアルミニウム，銅，真鍮等の非磁性金属，炭素系素材のような「非磁性体」とし、この「非磁性体」の軸受１６と界磁用磁石１２との間に粒子状磁性体１８を配する構成としても、同様の作用効果を得ることができる。 The above description is based on the premise that the material of the bearing 16 is “magnetic material”. However, as another embodiment, the material of the bearing 16 in FIG. 12 is, for example, aluminum, copper, brass or the like. The same applies to a configuration in which a “nonmagnetic material” such as a nonmagnetic metal or a carbon-based material is used, and a particulate magnetic material 18 is disposed between the bearing 16 of the “nonmagnetic material” and the field magnet 12. The effect of this can be obtained.
上述の実施例１〜４において、シャフト１４，軸受１６（軸受基部１６ａ，軸受添部１６ｂ），粒子状磁性体１８に用いる磁性体は、例えば比透磁率が１０００を超える物質を用いる。鉄，コバルト，ニッケルは、比透磁率が１０００を超え、磁石やコアによく用いられ、入手も容易でコストも高くないため、比較的低コストで本発明の構成を実現できる。とりわけ、軟鉄は安価で加工性に優れ、コアレスモータ１の各部に用いる磁性体として好適である。 In the above-described Examples 1 to 4, the magnetic material used for the shaft 14, the bearing 16 (bearing base portion 16 a, bearing bearing portion 16 b), and the particulate magnetic body 18 is, for example, a material having a relative permeability exceeding 1000. Iron, cobalt, and nickel have a relative magnetic permeability exceeding 1000, are often used for magnets and cores, are easily available, and are not expensive. Therefore, the configuration of the present invention can be realized at a relatively low cost. In particular, soft iron is inexpensive and excellent in workability, and is suitable as a magnetic material used for each part of the coreless motor 1.
以上、本発明の実施の形態を説明したが、これらはあくまで例示にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づく種々の変更が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, these are merely examples, and the present invention is not limited to these embodiments, and the knowledge of those skilled in the art can be used without departing from the spirit of the claims. Various modifications based on this are possible.
１ コアレスモータ
１１ ハウジング
１２ 界磁用磁石
１３ コイル
１４ シャフト
１５ 整流子
１６ 軸受
１６ａ 軸受基部（磁石支持部）
１６ｂ 軸受添部（磁石添部）
１７ エンドブラケット
１８ 粒子状磁性体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Coreless motor 11 Housing 12 Field magnet 13 Coil 14 Shaft 15 Commutator 16 Bearing 16a Bearing base (magnet support part)
16b Bearing accessory (magnet accessory)
17 End bracket 18 Particulate magnetic material
Claims (9)
前記ハウジングに固定され、該ハウジングの軸線方向中心に挿通配置されるシャフトを該ハウジング内部で回転自在に支持する軸受と、
前記軸受の外周に保持固定される界磁用磁石と、
前記ハウジング内に格納されるコイル，および整流子と、
を備えるコアレスモータにおいて、
前記軸受の材質が磁性体であることを特徴とするコアレスモータ。 A housing made of a magnetic material as a housing;
A bearing fixed to the housing and rotatably supporting a shaft that is inserted and arranged in the axial center of the housing;
A field magnet held and fixed on the outer periphery of the bearing;
A coil and a commutator housed in the housing;
In a coreless motor comprising
A coreless motor, wherein the bearing is made of a magnetic material.
前記磁石添部の材質が磁性体である一方、前記磁石支持部の材質が非磁性体であることを特徴とする請求項１に記載のコアレスモータ。 The bearing includes a magnet attachment portion that is a portion that supports the field magnet, and a magnet support portion that is a portion that fixes the magnet attachment portion to the housing.
The coreless motor according to claim 1, wherein a material of the magnet attachment portion is a magnetic material, and a material of the magnet support portion is a non-magnetic material.
前記コイルは、前記界磁用磁石の外側に、前記シャフトとともに回転可能なように配置され、
前記コイルには、前記整流子を介して電流を供給する構成とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のコアレスモータ。 The field magnet is disposed around the magnet attachment portion,
The coil is arranged outside the field magnet so as to be rotatable together with the shaft,
The coreless motor according to claim 1, wherein a current is supplied to the coil via the commutator.
前記ハウジングに固定され、該ハウジングの軸線方向中心に挿通配置されるシャフトを該ハウジング内部で回転自在に支持する軸受と、
前記軸受の外周に保持固定される界磁用磁石と、
前記ハウジング内に格納されるコイル，および整流子と、
を備えるコアレスモータにおいて、
前記界磁用磁石と前記軸受との間の隙間に粒子状磁性体が充填されていることを特徴とするコアレスモータ。 A housing made of a magnetic material as a housing;
A bearing fixed to the housing and rotatably supporting a shaft that is inserted and arranged in the axial center of the housing;
A field magnet held and fixed on the outer periphery of the bearing;
A coil and a commutator housed in the housing;
In a coreless motor comprising
A coreless motor, wherein a gap between the field magnet and the bearing is filled with a particulate magnetic material.
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