特許 6552275 モータ及び発電機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6552275

(24)【登録日】2019年7月12日

(45)【発行日】2019年7月31日

(54)【発明の名称】モータ及び発電機

(51)【国際特許分類】

   H02K 1/06 20060101AFI20190722BHJP

【ＦＩ】

   H02K1/06 A

【請求項の数】4

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2015-108172(P2015-108172)

(22)【出願日】2015年5月28日

(65)【公開番号】特開2016-226100(P2016-226100A)

(43)【公開日】2016年12月28日

【審査請求日】2018年3月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】514289964

【氏名又は名称】野渡 透一

(74)【代理人】

【識別番号】100106002

【弁理士】

【氏名又は名称】正林 真之

(74)【代理人】

【識別番号】100120891

【弁理士】

【氏名又は名称】林 一好

(74)【代理人】

【識別番号】100165157

【弁理士】

【氏名又は名称】芝 哲央

(74)【代理人】

【識別番号】100126000

【弁理士】

【氏名又は名称】岩池 満

(72)【発明者】

【氏名】野渡 透一

【審査官】 津久井 道夫

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０７−２８４２６３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｋ １／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ステータと、
回転軸を中心として前記ステータに対して間隙を空けて回転するロータと、
前記間隙に配置される緩衝部材と、を備え、
前記緩衝部材の一端部は、前記ステータのベース部に固定され、前記緩衝部材の他端部側は、前記間隙に配置され、前記緩衝部材は、通常の前記ロータの回転時において、前記ステータにおける前記ロータとの対向部分及び前記ロータにおける前記ステータとの対向部分のいずれにも接触しない位置に配置されており、
前記緩衝部材は、前記ステータにおける前記ロータとの対向部分及び前記ロータにおける前記ステータとの対向部分に対向する位置に、配置されている、モータ又は発電機。

【請求項2】

前記緩衝部材は、前記ステータにおける前記ロータとの対向部分及び／又は前記ロータにおける前記ステータとの対向部分よりも大きな緩衝機能を有する、請求項１に記載のモータ又は発電機。

【請求項3】

前記緩衝部材はフッ素樹脂からなる、請求項１又は２に記載のモータ又は発電機。

【請求項4】

前記緩衝部材は管状又は環状である、請求項１〜３のいずれかに記載のモータ又は発電機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、モータ及び発電機に関する。

【背景技術】

【0002】

モータは，一般的に、ステータ（固定子）と、回転軸を中心としてステータに対して間隙を空けて回転するロータ（回転子）と、を有する。ステータで発生する磁界によって、ロータを回転させる駆動力（回転駆動力）が生じる。ロータの回転に伴って、回転軸が回転し、回転力が出力される（例えば、下記特許文献１参照）。

【0003】

モータの小型化などの観点からは、ステータとロータとの間隙は小さい方が好ましい。しかし、ロータの回転にブレが生じたとき等において、ステータとロータとが接触すると、破損、故障、動作不良などの原因となる。そのため、ステータとロータとの接触を避けるために、ステータとロータとの間隙を大きく設定したり、ステータとロータとの間隙の製造精度を高くしたりすることも行われている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１４−１４７１７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、その場合、モータが大型化したり、製造コストが高くなる。この問題は、発電機においても同様に生じ得る。つまり、モータ及び発電機においてステータとロータとの接触を避けようとするために生じる問題を抑制することが望まれている。

【0006】

本発明は、ステータとロータとの接触を避けようとするために生じる問題を抑制することができるモータ及び発電機を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、ステータと、回転軸を中心として前記ステータに対して間隙を空けて回転するロータと、前記間隙に配置される緩衝部材と、を備える、モータ又は発電機である。

【0008】

また、前記緩衝部材は、前記ステータにおける前記ロータとの対向部分及び／又は前記ロータにおける前記ステータとの対向部分よりも大きな緩衝機能を有していてもよい。

【0009】

また、前記緩衝部材はフッ素樹脂からなっていてもよい。

【0010】

また、前記緩衝部材は、前記ステータにおける前記ロータとの対向部分及び／又は前記ロータにおける前記ステータとの対向部分に固定されていてもよい。

【0011】

また、前記緩衝部材は管状又は環状であってもよい。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、ステータとロータとの接触を避けようとするために生じる問題を抑制することができるモータ及び発電機を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の第１実施形態のモータ１を示す図で、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は横断面図である。

【図2】本発明の第２実施形態のモータ１Ａを示す図で、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は横断面図である。

【図3】本発明の第３実施形態のモータ１Ｂを示す図で、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は横断面図である。

【図4】本発明の第４実施形態のモータ１０１を示す図で、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）に示すＢ−Ｂ線断面図である。

【図5】本発明の第５実施形態のモータ１０１Ａを示す縦断面図（図４（Ａ）対応図）である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態のモータについて説明する。図１は、本発明の第１実施形態のモータ１を示す図で、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は横断面図である。

【0015】

図１に示すように、本発明の第１実施形態のモータ１は、外装ケースを備えたアウターロータ型のモータである。モータ１は、固定子であるステータ２と、回転子であるロータ３と、外装ケース４と、緩衝部材５とを備えている。第１実施形態のモータ１は、ステータ２とロータ３との間隙Ｋの方向がロータ３の軸方向（図１（Ａ）の上下方向）と直交する径方向（図１（Ａ）の左右方向）である、ラジアルギャップ型である。

【0016】

ステータ２は、ステータコア（図示せず）、ステータコイル２１、ベース部２２等を備えており、ロータ３を回転させる駆動力（回転駆動力）を生じさせるための磁界を発生させる。ステータ２は、ロータ３の内側に間隙Ｋを空けて配置される。ステータコアは、電磁鋼板等の板状の磁性材料を複数積層することで構成されている。ステータコアは、回転中心から離れるように径方向に延びて、周方向に間隔を空けて複数設けられている。ステータコイル２１は、ステータコアに巻回されている。ステータコイル２１に通電することにより、磁力が発生する。

【0017】

ベース部２２は、ステータ２の基部である。ベース部２２に外装ケース４が固定され、ベース部２２及び外装ケース４により、ステータコア（図示せず）及びステータコイル２１並びにロータ３は、包囲される。
なお、ステータ２の構成及び外形は、ロータ３を回転させる駆動力（回転駆動力）を生じさせるための磁界を発生させることができると共に、ロータ３の回転を阻害しなければ、制限されない。図１では、ステータ２の外形を簡易的に円柱状に示している。

【0018】

ロータ３は、回転軸であるロータシャフト３１３を中心として、ステータ２に対して間隙Ｋを空けて回転する。ロータ３は、ステータ２の外側であって外装ケース４の内側に、配置される。ロータ３は、ロータフレーム３１と、ロータマグネット３２とを備える。ロータフレーム３１は、円板状のロータ天面部３１１と、ロータ天面部３１１の周縁から軸方向（図１（Ａ）の上下方向）に延びる円筒状のロータ周壁部３１２と、ロータシャフト３１３と、を備えている。

【0019】

ロータフレーム３１の軸方向における一端側（図１（Ａ）の上側）は、ロータ天面部３１１により塞がれている。ロータ周壁部３１２は、ロータ３の回転中心を中心とする円筒状である。ロータシャフト３１３は、ロータ天面部３１１の中心から軸方向に延びており、外装ケース４の軸受４３によって回転自在な状態で保持されている。ロータフレーム３１の軸方向における他端側（図１（Ａ）の下側）は、開放している。

【0020】

ロータマグネット３２は、ロータフレーム３１のロータ周壁部３１２の内側に固定されている。ロータマグネット３２は、周方向に沿ってＮ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極と交互に極性が反転する状態で着磁されている。ステータ２の外形とロータマグネット３２の内形との間に、ロータ３の軸方向と直交する方向（径方向）の間隙Ｋが形成される。

【0021】

従って、ステータ２のステータコイル２１に通電することにより、ステータ２には、ロータ３を回転させる駆動力（回転駆動力）を生じさせるための磁界が発生する。これにより、ロータ３は、ロータシャフト３１３を回転中心として、ステータ２の外側であって外装ケース４の内側で、回転する。ロータ３の回転により、回転力が出力される。

【0022】

外装ケース４は、金属製であり、円板状のケース天面部４１と、ケース天面部４１の周縁から軸方向に延びるケース周壁部４２と、を備えている。外装ケース４の軸方向における一端側（図１（Ａ）の上側）は、ケース天面部４１によりほぼ塞がれている。ケース周壁部４２は、ロータ３の回転中心を中心とする円筒状である。外装ケース４の軸方向における他端側（図１（Ａ）の下側）は、外装ケース４の単体状態では開放しているが、ステータ２のベース部２２に固定されている。

【0023】

外装ケース４のケース天面部４１の中心には、軸受４３が設けられている。軸受４３は、ロータシャフト３１３を回転自在な状態で保持する。軸受４３は、転がり軸受であってもよく、滑り軸受であってもよい。

【0024】

緩衝部材５は、間隙Ｋに配置される。緩衝部材５は、ステータ２におけるロータ３との対向部分よりも大きな緩衝機能を有する。ステータ２におけるロータ３との対向部分とは、仮想的に緩衝部材５が無いと仮定した場合に、ロータ３と対向部分する部分である。大きな緩衝機能は、例えば、緩衝部材５を、ステータ２におけるロータ３との対向部分よりも、比較的軟質で摩擦係数が低い材料から構成することで実現される。緩衝部材５は、例えばフッ素樹脂からなる。

【0025】

緩衝部材５は、ステータ２におけるロータ３との対向部分に固定される。第１実施形態において、緩衝部材５は円管状である。ステータ２の外周は凹凸している。円管状の緩衝部材５の内周面は、主に、ステータ２の外周における大きく突出している部分（例えば、ステータコアの突端部）に当接している。なお、緩衝部材５は、周方向に連続していなくてもよく、周方向に離間して配置されていてもよい。

【0026】

緩衝部材５の厚さは、緩衝作用が発生する範囲で薄い方が好ましく、例えば、好ましくは１〜３ｍｍ、更に好ましくは１〜２ｍｍである。
また、緩衝部材５の存在を考慮した間隙Ｋの大きさ（緩衝部材５の外形とロータマグネット３２の内形との間の径方向の間隙Ｋの大きさ）は、好ましくは１〜３ｍｍ、更に好ましくは１〜２ｍｍである。

【0027】

フッ素樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）、エチレン−テトラフルオロエチレンコポリマー（ＥＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、エチレン−クロロトリフルオロエチレンコポリマー（ＥＣＴＦＥ）が用いられる。
フッ素樹脂以外としては、硬質ポリウレタンフォーム等の発泡プラスチック、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）が挙げられる。

【0028】

第１実施形態のモータ１によれば、例えば以下の効果が奏される。
第１実施形態のモータ１は、間隙Ｋに配置される緩衝部材５を備える。特に、緩衝部材５は、ステータ２におけるロータ３との対向部分よりも大きな緩衝機能を有する。そのため、第１実施形態のモータ１によれば、仮に、ロータ３の回転にブレが生じたとき等において、ステータ２とロータ３とが接触しそうになったとしても、緩衝部材５の緩衝機能により接触を解消し、ロータ３を適切な回転に復帰させて、破損、故障、動作不良などを抑制することができる。そのため、ステータ２とロータ３との接触を避けるために、ステータ２とロータ３との間隙Ｋを大きく設定したり、ステータ２とロータ３との間隙Ｋの製造精度を高くしたりすることも回避することできる。従って、ステータ２とロータ３との間隙Ｋを小さくして、モータ１の小型化などを図ることができる。

【0029】

フッ素樹脂からなる緩衝部材５は、比較的軟質で摩擦係数が低く、適当な大きさの緩衝機能を有するため、前記効果を向上させることができる。
緩衝部材５は、ステータ２におけるロータ３との対向部分に固定されているため、安定的に配置されることができる。
緩衝部材５は管状であるため、その製造及び間隙Ｋへの設置が容易である。

【0030】

次に、本発明の第２実施形態について説明する。図２は、本発明の第２実施形態のモータ１Ａを示す図で、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は横断面図である。第２実施形態以降については、主として、第１実施形態と異なる点を中心に説明し、第１実施形態と同様な構成については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。第２実施形態以降において、特に説明しない点は、第１実施形態についての説明が適宜適用される。また、第２実施形態以降においても、第１実施形態と同様な効果が奏される。

【0031】

＜第２実施形態＞
第１実施形態においては、緩衝部材５は、ステータ２におけるロータ３との対向部分に固定される。これに対して、図２に示すように、第２実施形態のモータ１Ａにおいては、緩衝部材５は、ロータ３におけるステータ２との対向部分に固定される。即ち、第２実施形態においては、緩衝部材５は、ステータ２側には設けられておらず、ロータ３側に設けられており、ロータ３と共に回転する。

【0032】

＜第３実施形態＞
第３実施形態のモータ１Ｂについて説明する。図３は、本発明の第３実施形態のモータ１Ｂを示す図で、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は横断面図である。図３に示すように、第３実施形態のモータ１Ｂにおいては、緩衝部材５は、間隙Ｋに配置され、詳細には、通常のロータ３の回転時において、ステータ２におけるロータ３との対向部分及びロータ３におけるステータ２との対向部分のいずれにも接触しない位置に配置される。緩衝部材５は、ベース部１２２に固定されている。

【0033】

次に、本発明の第４実施形態のモータ１０１について説明する。図４は、本発明の第４実施形態のモータ１０１を示す図で、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）に示すＢ−Ｂ線断面図である。第４実施形態については、主として、第１実施形態と異なる点を中心に説明し、第１実施形態と同様な構成については符号に＋１００をしている。第４実施形態において、特に説明しない点は、第１実施形態についての説明が適宜適用される。また、第４実施形態においても、第１実施形態と同様な効果が奏される。

【0034】

＜第４実施形態＞
第１実施形態のモータ１は、ステータ２とロータ３との間隙Ｋの方向がロータ３の軸方向と直交する径方向である、ラジアルギャップ型である。これに対して、第４実施形態のモータ１０１は、図４に示すように、ステータ１０２とロータ１０３との間隙Ｋの方向がロータ１０３の軸方向である、アキシャルギャップ型である。

【0035】

図４に示すように、本発明の第４実施形態のモータ１０１は、ステータ１０２と、ロータ１０３と、外装ケース１０４と、緩衝部材１０５とを備えている。ステータ１０２とロータ１０３との間隙Ｋは、ロータ１０３の軸方向と平行している。

【0036】

ステータ２は、ステータコア１２３、ステータコイル１２１等を備えており、ロータ１０３を回転させる駆動力（回転駆動力）を生じさせるための磁界を発生させる。ステータ１０２は、ロータ１０３におけるステータ１０２との対向部分に間隙Ｋを空けて配置される。ステータコア１２３は、電磁鋼板等の板状の磁性材料を複数積層することで構成されている。ステータコア１２３は、ロータ１０３の軸方向に延びて、周方向に間隔を空けて複数設けられている。ステータコイル１２１は、ステータコア１２３に巻回されている。ステータコイル１２１に通電することにより、磁力が発生する。

【0037】

ベース部１２２は、ステータ１０２の基部である。ベース部１２２に外装ケース１０４が固定され、ベース部１２２及び外装ケース１０４により、ステータコア１２３及びステータコイル１２１並びにロータ１０３は、包囲される。ベース部１２２には、軸受１４３Ａが設けられている。
なお、ステータ１０２の構成及び外形は、ロータ１０３を回転させる駆動力（回転駆動力）を生じさせるための磁界を発生させることができると共に、ロータ１０３の回転を阻害しなければ、制限されない。

【0038】

ロータ１０３は、回転軸であるロータシャフト１３３を中心として、ステータ１０２に対して間隙Ｋを空けて回転する。ロータ１０３は、外装ケース４のケース天面部４１とステータ２との間に、配置される。ロータ１０３は、ロータフレーム１３１と、ロータマグネット１３２と、ロータシャフト１３３を備える。ロータフレーム１３１は、円板状である。

【0039】

ロータマグネット１３２は、ロータフレーム１３１におけるステータコア１２３及びステータコイル１２１との対向部分に、固定されている。ロータマグネット１３２は、周方向に沿ってＮ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極と交互に極性が反転する状態で着磁されている。

【0040】

ロータシャフト１３３は、ロータフレーム１３１の中心を貫通し、軸方向に延びていると共に、ロータフレーム１３１に固定されている。ロータシャフト１３３は、外装ケース１０４の軸受１４３及びステータ２のベース部１２２の軸受１４３Ａによって、回転自在な状態で保持されている。

【0041】

従って、ステータ１０２のステータコイル１２１に通電することにより、ステータ１０２には、ロータ１０３を回転させる駆動力（回転駆動力）を生じさせるための磁界が発生する。これにより、ロータ１０３は、ロータシャフト１３３を回転中心として、外装ケース４のケース天面部４１とステータ２との間で、回転する。ロータ１０３の回転により、回転力が出力される。

【0042】

外装ケース１０４は、金属製であり、円板状のケース天面部１４１と、ケース天面部１４１の周縁から軸方向に延びるケース周壁部１４２と、を備えている。外装ケース１０４の軸方向における一端側（図４（Ａ）の上側）は、ケース天面部１４１によりほぼ塞がれている。ケース周壁部１４２は、ロータ１０３の回転中心を中心とする円筒状である。外装ケース４の軸方向における他端側（図４（Ａ）の下側）は、開放しているが、ステータ１０２のベース部１２２に固定されている。

【0043】

外装ケース１０４のケース天面部１４１の中心には、軸受１４３が設けられている。軸受１４３は、ステータ２のベース部１２２の軸受１４３Ａと共に、ロータシャフト１３３を回転自在な状態で保持する。軸受１４３，１４３Ａは、転がり軸受であってもよく、滑り軸受であってもよい。

【0044】

緩衝部材１０５は、間隙Ｋに配置される。緩衝部材１０５は、ステータ１０２におけるロータ１０３との対向部分よりも大きな緩衝機能を有する。

【0045】

緩衝部材１０５は、ステータ１０２におけるロータ１０３との対向部分に固定される。第４実施形態において緩衝部材１０５は円環状（中心部が刳り抜かれた円盤状）である。ステータ１０２の外周は凹凸している。円環状の緩衝部材１０５は、主として、ステータ１０２における大きく突出している部分（例えば、ステータコア１２３の突端部）に当接している。なお、緩衝部材１０５は、周方向に連続していなくてもよく、周方向に離間して配置されていてもよい。

【0046】

緩衝部材１０５の厚さは、緩衝作用が発生する範囲で薄い方が好ましく、例えば、好ましくは１〜３ｍｍ、更に好ましくは１〜２ｍｍである。
また、緩衝部材１０５の存在を考慮した間隙Ｋの大きさ（緩衝部材１０５の外形とロータマグネット１３２の内形との間の軸方向の間隙Ｋの大きさ）は、好ましくは１〜３ｍｍ、更に好ましくは１〜２ｍｍである。

【0047】

＜第５実施形態＞
第５実施形態のモータ１０１Ａについて説明する。図５は、本発明の第５実施形態のモータ１０１Ａを示す縦断面図（図４（Ａ）対応図）である。第４実施形態においては、緩衝部材１０５は、ステータ１０２におけるロータ１０３との対向部分に固定される。これに対して、図５に示すように、第５実施形態のモータ１０１Ａにおいては、緩衝部材１０５は、ロータ３におけるステータ２との対向部分に固定される。即ち、第５実施形態においては、緩衝部材１０５は、ステータ１０２側には設けられておらず、ロータ１０３側に設けられており、ロータ１０３と共に回転する。

【0048】

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、前述した実施形態に限定されることなく、種々の形態で実施することができる。
例えば、前述の各種実施形態の構成を適宜組み合わせることができる。
モータの構造は特に制限されない。モータは、インナーロータ型であってもよい。モータは、例えば、ブラシ付きＤＣモータ、永久磁石同期モータ（ブラシレスＤＣモータ）、三相誘導モータ、単相誘導モータ（ユニバーサルモータ）、ステッピングモータであってもよい。

【0049】

緩衝部材５は、ステータ２におけるロータ３との対向部分及びロータにおけるステータとの対向部分の両方に固定されていてもよい。緩衝部材５は、（管状又は環状ではなく）１枚又は複数枚のシートから構成することができる。

【0050】

前記実施形態は、本発明をモータに適用しているが、これに制限されない。発電機の構造は基本的にはモータの構造と同じであるため、本発明は発電機にも適用することができる。発電機は、入力された回転力によりロータが回転し、それにより発電を行う。

【符号の説明】

【0051】

１，１Ａ，１Ｂ，１０１，１０１Ａ モータ
２，１０２ ステータ
３，１０３ ロータ
４，１０４ 外装ケース
５，１０５ 緩衝部材
２１，１２１ ステータコイル
３２，１３２ ロータマグネット
１３３ ロータシャフト（回転軸）
３１３ ロータシャフト（回転軸）
Ｋ 間隙

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】