回転電機、及び歯科用又は医療用のハンドピース
【課題】本発明の目的は、医療用途に利用可能で、効率が高い回転電機を提供することである。
【解決手段】回転電機において、外周に複数の磁極を周方向に配列してなる永久磁石４５と、永久磁石４５とエアーギャップを介して対向した位置に円筒胴部４２を有するコイル装着部材４１と、所定方向に巻回されたコイルを所定方向に倒した平板状コイルであり、平板状コイルが円環状となるように円筒胴部４２の外周部に固定された円筒型コイル４４と、円筒型コイル４４の外周部と対向した位置に磁性材料からなるヨーク４３と、前記ヨーク４３を内周側に備える外装部材５０とを備え、円筒型コイル４４は、コイル装着部材４１と外装部材５０とで構成された密閉空間に配置されている。
【解決手段】回転電機において、外周に複数の磁極を周方向に配列してなる永久磁石４５と、永久磁石４５とエアーギャップを介して対向した位置に円筒胴部４２を有するコイル装着部材４１と、所定方向に巻回されたコイルを所定方向に倒した平板状コイルであり、平板状コイルが円環状となるように円筒胴部４２の外周部に固定された円筒型コイル４４と、円筒型コイル４４の外周部と対向した位置に磁性材料からなるヨーク４３と、前記ヨーク４３を内周側に備える外装部材５０とを備え、円筒型コイル４４は、コイル装着部材４１と外装部材５０とで構成された密閉空間に配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療機器や精密測定装置などに利用される円筒型コイルを用いたコアレスタイプのモータ、または発電機とされる回転電機、及び回転電機を備えた歯科用又は医療用のハンドピースに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
医療機器、特に外科手術や歯科医療等の現場で用いられる医療機器は、細菌、ウィルス等が当該機器を介して患者に感染することを防止するために、使用の前後に例えば高温加圧蒸気による滅菌処理が施される。従って、上記医療機器に組み込まれるモータは小型化を図りつつ高温加圧蒸気に耐え得る構成にする必要がある。これに対応するものとして、永久磁石の外周面と隙間を介して対向配置されるケースの間に複数の空芯コイルを配置し、空芯コイルの内周側にシートを備えることにより空芯コイルを空気と遮断する、または、空芯コイルを樹脂でモールドするモータが知られている（特許文献１）。
【０００３】
このモータは、空芯コイル内周側のシートが薄肉のため、永久磁石とケースの隙間を小さくできて、大きなトルクを発生することができる。
【０００４】
一般に、モータは、高トルクの発生を目的に、このコイルに鎖交する磁束を多くするように形成するため、永久磁石とヨークとの隙間を小さく設定する必要がある。つまり、永久磁石とヨークとの隙間を小さくして永久磁石の磁束密度を大きく保ち、隙間における有効磁束が多くなるようにする。それによって、モータの発生トルクが大きくなって、モータのエネルギー効率が高くなる。逆に、隙間が大きいと、コイルに鎖交する永久磁石の磁束が少なくなり、モータの発生トルクが小さくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１８０４５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のモータは、図９に示すように、シートの外周面に複数の空芯コイルが周方向に並んで取り付けられ、空芯コイルはシートで覆われて外気と遮断されている。滅菌処理のための高温環境下ではシートで覆われた内部の空気が膨張してシートが変形してしまう。また、空芯コイルは、自己融着線が略短形の空芯状に巻回されて形成されており、コイル部１０２と空芯部１０３からなる複数の空芯コイル１０１が周方向に配列されている。また、空芯コイル１０１は、空芯部１０３の空間、及び１つのコイル部１０２と他のコイル部１０２との間に空間がある。このため、空芯コイルを樹脂でモールドした場合は、樹脂層が空芯コイルのコイル部で薄く、空芯部、及び１つのコイル部と他のコイル部の間は厚くなってしまう。そのため、モータが高温加圧蒸気の雰囲気中に放置されて、樹脂が膨潤すると、樹脂の厚いところほど体積が大きく膨張してシートを変形させてしまう。そのため、シートの変形によって、シートと永久磁石が接触してしまうという問題がある。
【０００７】
また、シートが変形しても永久磁石に接触しないようにするためには、シートの肉厚を厚くして変形を防止するか、またはシートと永久磁石の空隙を広くする必要がある。これにより、永久磁石とヨークの隙間が大きくなって、磁石の磁界内の磁束が小さくなり、モータの発生トルクが小さくなってしまうという問題がある。
【０００８】
また、複数の空芯コイルを周方向に配置するため、各コイルの配置ピッチにばらつきが生じる。そのため、励磁するタイミングがずれてモータの発生トルクが小さくなってしまうという問題がある。
【０００９】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、高温加圧蒸気による滅菌処理を行っても利用可能で、エネルギー効率を高くすることができる回転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】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明に係る回転電機は、外周に複数の磁極を周方向に配列してなる永久磁石と、前記永久磁石とエアーギャップを介して対向した位置に円筒胴部を有するコイル装着部材と、所定方向に巻回されたコイルを前記所定方向に倒した平板状コイルであり、前記平板状コイルが円環状となるように前記円筒胴部の外周部に固定された円筒型コイルと、前記円筒型コイルの外周部と対向した位置に備えられた磁性材料からなるヨークと、前記ヨークを内周側に備える外装部材と、を備え、前記円筒型コイルは、前記コイル装着部材と外装部材とを備えた密閉空間に配置されていることを特徴とする。
【００１１】
コイルが密閉空間に配置され、かつ密閉空間の体積が大きい場合、滅菌処理の高温により空気が膨張して、コイル装着部材が変形や破損をしてしまう。
【００１２】
しかし、本発明の円筒型コイルは多角形状に巻いたコイルを円筒状に一様に配列しており、空芯コイルよりも巻線を密に巻くことができるので、コイルの径方向厚みを薄くできる。そのため、コイルの密閉空間の体積が小さくできて、空気の膨張によるコイル装着部材の変形や破損を防止できる。また、コイル装着部材の変形を防止できるので、コイル装着部材の円筒胴部の厚みを薄くすることができる。したがって、永久磁石とヨークの隙間を小さくできて、回転電機のエネルギー効率を高くすることができる。
【００１３】
また、円筒型コイルは、空芯コイルよりコイルの電線数を多くすることができる。そのため、円筒型コイルは、径方向に電線を重ねる電線の層が少なくても、必要なコイル電線数を配置することができる。
【００１４】
また、本発明に係る回転電機は、前記密閉空間が、少なくとも前記円筒型コイルを覆う範囲に樹脂が充填されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の構成により、密閉空間の空気を少なくできるため、滅菌処理の高温により空気が膨張しても円筒胴部の変形や破損を防止することができる。また、円筒胴部の変形を防止できるので、円筒胴部の厚みを薄くすることができる。したがって、永久磁石とヨークの隙間を小さくでき、回転電機のエネルギー効率を高くすることができる。
【００１６】
また、密閉空間に隙間が生じて滅菌処理の高圧蒸気が空芯コイルを覆う樹脂部に侵入した場合、従来技術では、空芯コイルにモールドされた樹脂部は径方向に厚みが一様でないため、空芯コイルの変形や破損を生じる問題がある。
【００１７】
しかし、本発明の円筒型コイルは、コイルの厚みが一様であるため、充填された樹脂の厚みも一様になり、樹脂が膨潤した場合に円筒胴部の変形や破損を防止することができる。さらに、円筒胴部の変形を防止できるので、円筒胴部の厚みを薄くすることができる。したがって、永久磁石とヨークとの隙間を小さくできて、回転電機のエネルギー効率を高くすることができる。
【００１８】
また、本発明に係る回転電機は、前記円筒型コイルが、多角形状の巻枠に巻回した巻線を巻枠巻方向に倒して平板状にした後、前記コイル装着部材の前記円筒胴部の外周部に巻き付けて円筒型に成形されたものであり、前記円筒型コイルは、永久磁石の長手方向に沿う直線導体部を備えることを特徴とする。
【００１９】
ここで、円筒型コイルについて説明する。円筒型コイルは、１ターンが多角形状をした巻線を円筒型に配列したコイルであり、大別して以下の３つがある。
（１）亀甲巻（図３（ａ））
（２）菱形巻（図３（ｂ））
（３）ハネカム巻（図３（ｃ））
亀甲巻は、巻線が自己融着線から形成され、加熱等によって巻線の被膜同士が融着固着されて形成される。亀甲巻は円筒軸上に巻線の一部が揃うので、トルクの発生に寄与する円筒軸方向の直線導体部が円筒の巻線の中央部に存在し、磁極の受ける力が有効に回転トルクに働く。そのため、亀甲巻は３つの巻線方式で一番効率が良いとされている。
【００２０】
一方、菱形巻はトルクに寄与する円筒軸方向の直線導体部がなく、全体が傾斜した導体部となっているので、巻線の利用効率が亀甲巻に比べて悪い。そのため、菱形巻は高効率化に際しては、あまり好ましい巻線工法ではない。
【００２１】
また、ハネカム巻は菱形巻と同様にトルクに寄与する円筒軸方向の直線導体部がなく、亀甲巻に比べて巻線の利用効率が悪い。
【００２２】
以下に、従来の亀甲巻の円筒型コイル作成方法について、図４から図７を参照して説明する。
【００２３】
図４は巻回作業について説明する図である。六角形の巻枠６１に整列の巻線６２を巻回し、巻枠６１に巻回した状態で、巻崩れ防止のためにテープ６３で仮固定する。その状態で、その六角形の巻枠６１から抜き取る。
【００２４】
図５は平板状作業について説明する図である。巻枠６１から抜き取った巻線６２の六角形の一対の対向面を巻枠軸方向に倒して、平板状にする。
【００２５】
図６はカーリング作業について説明する図である。平板状にした巻線をカーリング棒６４に巻き付ける。その際カーリング成形した外周にテープを巻き付ける。
【００２６】
図７はアニール作業について説明する図である。カーリング棒６４を取り外した円筒型コイル６５を加熱し、円筒成形治具で円筒型コイル６５をプレスして円筒度が良くなるように整形する。巻線は自己融着線を使用しているので、加熱することで巻線同士が融着して巻崩れしない。
以上の工程によって亀甲巻の円筒型コイルが作成される。
【００２７】
本発明において、従来行っていたカーリング作業とアニール作業を廃止して、多角形状の巻枠に巻回した巻線を巻枠巻方向に倒して平板状にした後、コイル装着部材の円筒胴部に巻き付けて円筒形状を形成している。そのため、あらかじめ円筒形状に形成した円筒型コイルを円筒胴部に挿入するよりも、円筒胴部と円筒型コイルの隙間が小さくできる。さらに、円筒胴部の円筒形状に倣ってコイルを成形するため、コイルの円筒形状を高精度に形成することができ、円筒胴部外周面とヨークとの隙間を小さく設定することができる。したがって、永久磁石とヨークとの隙間を小さくでき、回転電機のエネルギー効率を高くすることができる。また、多くの手間が掛かって作業性が悪かった円筒型コイルの加工の手間を一部省略することができる。
【００２８】
また、本発明に係る回転電機は、前記コイル装着部材が、円筒軸上の端部の径方向の厚さが、前記円筒胴部の径方向の厚さより厚いことを特徴とする。
【００２９】
また、本発明に係る回転電機は、前記コイル装着部材が、前記円筒胴部の円筒軸上の端部に前記円筒胴部の外径よりも大径の外径大径部を備えていることを特徴とする。
【００３０】
本発明の構成により、円筒胴部を変形させる応力に対して円筒胴部の変形量を小さくすることができるため、円筒胴部が薄肉であっても変形を抑制することができる。また、円筒胴部の変形が抑制されるため、永久磁石外周面と円筒胴部内周面との隙間、および円筒胴部外周面とヨーク内周面との隙間を小さくできる。したがって、永久磁石とヨークとの隙間を小さくでき、回転電機のエネルギー効率を高くすることができる。
【００３１】
また、本発明に係る回転電機は、前記ヨークが、前記ヨークの半径方向長さが前記円筒胴部の半径方向長さよりも長く設定されていることを特徴とする。
【００３２】
また、本発明に係る回転電機は、前記円筒型コイルの内周側に前記円筒胴部が配置されるとともに、前記円筒型コイルの外周側に前記ヨークが配置されることにより、前記円筒型コイルが前記円筒胴部及び前記ヨークにより挟持されていることを特徴とする。
【００３３】
本発明の構成により、半径方向長さが長いヨークは、円筒胴部を変形させる応力に対して変形量を小さくできる。そのため、円筒胴部が薄肉であっても、円筒胴部の変形を抑制することができる。また、円筒胴部の変形が抑制されるため、永久磁石外周面とコイル装着部材の円筒胴部内周面との隙間、およびコイル装着部材の円筒胴部外周面とヨーク内周面との隙間を小さくできる。したがって、永久磁石とヨークとの隙間を小さくでき、回転電機のエネルギー効率を高くすることができる。
【００３４】
また、本発明に係る回転電機は、前記コイル装着部材が、樹脂で形成されていることを特徴とする。
【００３５】
また、本発明に係る回転電機は、前記コイル装着部材が、曲げ弾性率が５０００ＭＰａ以上の樹脂で形成されていることを特徴とする。
【００３６】
本発明の構成により、コイル装着部材が樹脂であるため、永久磁石の磁束を遮ることなくコイルに鎖交させることができる。また、コイル装着部材の曲げ弾性率が５０００ＭＰａ以上の場合、加工時の変形が防止されて高精度に加工できる。そのため、永久磁石外周面とコイル装着部材内周面の隙間、およびコイル装着部材外周面とヨーク内周面の隙間を小さくできる。また、コイル装着部材は切削加工で薄肉に加工できる。したがって、永久磁石とヨークとの隙間を小さくでき、回転電機のエネルギー効率を高くすることができる。
【００３７】
また、本発明に係る回転電機は、前記外装部材が、樹脂で形成されていることを特徴とする。
【００３８】
また、本発明に係る回転電機は、前記外装部材が、曲げ弾性率が５０００ＭＰａ以上の樹脂で形成されていることを特徴とする。
【００３９】
本発明の構成により、外装部材が樹脂であるため、漏れ電流を防ぐことができる。また、外装部材の曲げ弾性率が５０００ＭＰａ以上の場合、加工時の変形が防止されて高精度に加工できる。また、薄肉に加工できる。そのため、回転電機を小型軽量にすることができる。
【００４０】
また、本発明に係る回転電機は、前記永久磁石が、回転可能な軸に取り付けられており、前記軸の前記永久磁石と異なる位置に配置された軸受を備え、前記軸受の外周面が、前記コイル装着部材から離間して配置された軸受保持部材の内周面に当接していることを特徴とする。
【００４１】
本発明の構成により、円筒型コイルに鎖交する永久磁石からの磁束が軸受に漏れ回ることがないため、円筒型コイルに鎖交する磁束が減少することがなく、回転電機のエネルギー効率を高くすることができる。
【００４２】
また、本発明に係る回転電機は、前記永久磁石が、回転可能な軸に取り付けられており、前記軸の前記永久磁石と異なる位置に配置された軸受を備え、前記軸受の外周面が、前記コイル装着部材の内周面、または前記コイル装着部材の内周側に配置された軸受保持部材の内周面に当接していることを特徴とする。
【００４３】
本発明の構成により、永久磁石とコイル装着部材を精度良く同軸に配置することができる。そのため、永久磁石の外周面とコイル装着部材の内周面との隙間を小さくすることができる。したがって、永久磁石とヨークとの隙間を小さくできるため、回転電機のエネルギー効率を高くすることができる。
【００４４】
また、本発明に係る回転電機は、前記永久磁石が、回転可能な軸に取り付けられており、前記軸の前記永久磁石と異なる位置に配置された２つの軸受を備え、一方の前記軸受の外周面が、前記コイル装着部材の内周面、またはコイル装着部材の内周側に配置された軸受保持部材の内周面に当接しているとともに、他方の前記軸受の外周面が、前記コイル装着部材から離間して配置されている軸受保持部材の内周面に当接していることを特徴とする。
【００４５】
本発明の構成により、一方の軸受によって永久磁石とコイル装着部材との同軸を高精度に配置させて、永久磁石の外周面とコイル装着部材の内周面との隙間を小さく保つことができる。また、他方の軸受はコイル装着部材から離間した位置に配置することにより、永久磁石の磁束を軸受に漏れ回ることを防止して、回転電機のエネルギー効率を高くすることができる。
【００４６】
また、本発明に係る回転電機は、前記軸受が、前記軸の端部に配置されていることを特徴とする。
【００４７】
本発明の構成により、回転電機で発生する振動を小さくすることができるとともに、軸受に荷重が配分されて軸受の寿命を長くすることができる。
【００４８】
また、本発明に係る回転電機は、前記軸の前記永久磁石及び前記軸受と異なる位置に配置されたタービン羽根と、前記円筒型コイルと電気的に接続された発光部品と、前記タービン羽根を回転させる流体を供給する給気管と、を備えることを特徴とする歯科用又は医療用のハンドピースに用いることができる。
【００４９】
本発明に係る歯科用又は医療用のハンドピースは、上述した回転電機を備えているので、エネルギー効率が高く、ハンドピースの発光部品の照度を上げることができる。また、ハンドピース自体の低コスト化を図ることができる。
【発明の効果】
【００５０】
本発明に係る回転電機によれば、コイルの密閉空間の体積が小さくできて、空気の膨張によるコイル装着部材の変形や破損を防止できる。また、コイル装着部材の変形を防止できるので、コイル装着部材の円筒胴部の厚みを薄くすることができる。したがって、永久磁石とヨークの隙間を小さくできて、回転電機のエネルギー効率を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明に係る回転電機を歯科治療用ハンドピースに組み込んだ概略断面図である。
【図２】本発明の回転電機の断面図である。
【図３】円筒型コイルの巻線方法を示す図である。
【図４】亀甲巻コイルの巻枠に巻回した巻線の状態を示す図である。
【図５】亀甲巻コイルの平プレスした平フォーミングコイルの図である。
【図６】亀甲巻コイルの平フォーミングコイルを治具の棒にカーリングした状態を示す図である。
【図７】亀甲巻コイルを円筒に成形する、円筒成形治具とカーリングしたコイルを示す図である。
【図８】本発明の回転電機の断面図である。
【図９】空芯コイルを円周方向に配置した図である。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
以下、本発明の一実施形態に係る回転電機、および歯科治療用ハンドピースの実施形態を図１及び図２を参照して説明する。
【００５３】
図１に示すように、歯科治療用ハンドピース１は、治療用工具２２を軸線Ｌ回りに回転駆動する工具用タービン２１と、該工具用タービン２１を回転自在に保持するヘッド部２と、操作者によって把持される把持部３と、から構成される。
【００５４】
把持部３は、後端部に給気管５６および給水管５７が前方に延びている。後段ハウジング３８内には、回転電機４０が備えられている。また、本実施形態において、回転電機４０は、発電機として用いられている。なお、本実施形態において、回転電機は、歯科治療用ハンドピースに備えられる形態を示したが、これに限定されず、他の形態にも用いることができる。
【００５５】
回転電機４０の円筒軸中心には、軸受４７，４８により回転自在に支持された軸４６が備えられている。また、軸受４８は、前段ハウジング３９側に配置された軸受保持部材５４に保持されている。また、軸受４７は、コイル装着部材４１に嵌合される軸受保持部材５３に保持されている。また、軸受４８及び軸受４７は永久磁石の磁束の影響を受けないものが好ましい。この場合、例えば銅を主成分とする含油軸受などが好ましい。また、軸４６の外周面に永久磁石４５が備えられている。また、永久磁石４５とエアーギャップを介してコイル装着部材４１が配置されている。コイル装着部材４１の外周面に円筒型コイル４４が備えられている。また、円筒型コイル４４の外周と対向した位置にヨーク４３が備えられている。また、軸４６の前方には発電用タービン羽根３７が設けられている。なお、図１において、軸受４７，４８の間に発電用タービン羽根３７と永久磁石４５が設けられているが、発電用タービン羽根３７は、必ずしも軸受４７、４８の間になくてもよい。この場合、発電用タービン羽根３７は、軸４６において永久磁石４５と軸受４７，４８とを配置された位置と異なる位置に配置されていればよい。例えば、発電用タービン羽根３７は、軸４６において軸受４８よりも外側の方に配置されていてもよい。
【００５６】
給気管５６から供給されてきた空気流は、前段ハウジング３９に設けられた導入ノズルで空気が絞られて発電用タービン３７に導入され、軸４６を回転させる。軸４６の外周面に備えられた永久磁石４５は、軸と一体となって回転し、円筒型コイル４４に誘起電圧を発生させる。円筒型コイル４４に発生した電圧は、端子ピン４９を介して電線３２を通ってＬＥＤ３１につながり、ＬＥＤ３１を点灯させることができる。
【００５７】
発電用タービン羽根３７に導入された空気などの流体は、タービン前方に排出され、エアー通路３３を通って工具用タービン２１に導入されて、治療用工具２２を回転させる。
【００５８】
図２は図１に示す回転電機４０の断面図である。図２に示すように、回転電機４０は、円筒軸中心に軸４６を備えている。また、軸４６の外周面に永久磁石４５が回転可能に設けられている。また、軸受４７及び軸受４８は、軸４６において永久磁石４５と異なる位置に配置されている。本実施例の場合、軸受４７及び軸受４８は、軸４６において永久磁石４５より端部側に配置されている。
【００５９】
軸受４７の外周面は、コイル装着部材４１の内周側に配置された軸受保持部材５３の内周面に当接している。この場合、軸受４７の外周面がコイル装着部材４１の内周側に配置された軸受保持部材５３の内周面に当接しているため、永久磁石４５とコイル装着部材４１を精度良く同軸に配置することができ、永久磁石４５の外周面とコイル装着部材４１の内周面との隙間を小さくできる。したがって、永久磁石４５とヨーク４３との隙間を小さくできるため、回転電機４０のエネルギー効率を高くすることができる。なお、軸受４７は、必ずしも軸受保持部材５３の内周面に当接している必要はなく、コイル装着部材４１の内周面に直接当接されていれてもよい。
【００６０】
軸受４８の外周面は、コイル装着部材４１から離間して配置された軸受保持部材５４の内周面に当接している。すなわち、軸受４８は、コイル装着部材４１の内周面の外部に配置されている。この場合、軸受４８は、軸４６において永久磁石４５から離間して配置されているため、円筒型コイル４４に鎖交する永久磁石４５からの磁束が軸受に漏れ回ることがない。そのため、円筒型コイル４４に鎖交する磁束が減少して誘起電圧が小さくならず、回転電機４０のエネルギー効率を高くすることができる。
【００６１】
また、軸受４７，４８は、軸４６の軸方向の端部に配置されている。これにより、回転電機４０で発生する振動を小さくすることができるとともに、軸受４８と軸受４７に荷重が配分されて軸受の寿命を長くすることができる。
【００６２】
なお、軸受４７，４８の配置は上記に限定される必要はない。例えば、軸受４７及び軸受４８の外周面が、コイル装着部材４１の内周面、またはコイル装着部材４１の内周側に配置された軸受保持部材５３の内周面のいずれかに当接していてもよい。この場合、発電用タービン羽根３７は、必ずしも軸受４７、４８の間になくてもよい。また、軸受４７及び軸受４８の外周面は、コイル装着部材４１から離間して配置された軸受保持部材５４の内周面に当接していてもよい。また、軸受４７，４８が軸４６の軸方向の端部に配置されていなくてもよい。これらの場合においても、円筒型コイル４４がコイル装着部材４１の円筒胴部４２の外周面に固定されているため、円筒型コイル４４と永久磁石４５の接触を防止するとともに、円筒型コイル４４の変形を防止できるため、永久磁石４５の外周面と円筒型コイル４４の内周面の隙間、および円筒型コイル４４の外周面とヨーク４３の内周面の隙間を小さくできる。したがって、これらの場合においても、永久磁石４５とヨーク４３との隙間を小さくでき、回転電機のエネルギー効率を高くすることができるという効果が得られる。また、軸４６は、発電用タービン羽根３７と異なる方法で回転させてもよい。
【００６３】
永久磁石４５はＳｍ−Ｃｏ焼結の異方性磁石で２極の着磁がされている。また、永久磁石４５はＮｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石を用いてもよい。また、永久磁石４５は、焼結磁石ではなく、ボンド磁石を用いてもよい。また、永久磁石４５は、等方性磁石を用いてもよい。また、永久磁石４５は、２極以上の複数の極で構成されていてもよい。
【００６４】
また、永久磁石４５の外周にはエアーギャップを介してコイル装着部材４１が配置されている。コイル装着部材４１は、永久磁石４５と対向する部分に円筒胴部４２を有しており、円筒胴部４２の外周面に円筒型コイル４４が固定されている。また、円筒胴部４２の厚さは、強度が確保でき、かつ薄いことが好ましい。この場合、円筒胴部４２の厚さは、例えば０．３ｍｍが好ましい。なお、円筒胴部４２の厚さは、上記に限定されず、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の厚さでもよい。また、コイル装着部材４１は樹脂（ＰＰＳ（ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅ ｓｕｌｆｉｄｅ）など）で成形されている。この場合、コイル装着部材は、曲げ弾性率が５０００ＭＰａ以上の樹脂で成形されることが好ましい。コイル装着部材４１の端部には端子ピン４９が備えられている。さらに、端子ピン４９の一端部に界磁コイルの端末線が取り付けられている。
【００６５】
円筒型コイル４４の外周側と対向する位置にヨーク４３が備えられている。ヨーク４３は、永久磁石の磁極同士を磁気的に接続するもので、電磁鋼鈑などの磁性の薄板を積層して構成されている。なお、ヨーク４３は、例えば単一鋼塊の磁性材料で形成されてもよい。
【００６６】
ヨーク４３の外周側に外装部材５０が備えられている。また、ヨーク４３と外装部材５０とは例えば接着剤などで固定することができる。
【００６７】
外装部材５０は、両端が開口した円筒形状を有している。また、外装部材５０の両側端部には、コイル装着部材４１が接合されている。外装部材５０は、樹脂（ＰＰＳ（ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅ ｓｕｌｆｉｄｅ）など）で成形されてもよい。この場合、外装部材５０は、曲げ弾性率が５０００ＭＰａ以上の樹脂で成形することができる。これにより、漏れ電流を防ぐことができる。なお、外装部材５０は、例えば磁性材料、金属で構成されていてもよい。
【００６８】
コイル装着部材４１には図示しない孔が設けられていて、孔からコイル装着部材４１と外装部材５０とで囲まれた内部にエポキシ接着剤などの樹脂を充填させることができる。
【００６９】
ここで、円筒型コイル４４の作成方法について説明する。六角形の巻枠に整列の巻線を巻回した後、巻線は巻枠に巻回した状態で、巻崩れ防止のためにテープで仮固定する。その状態で、巻線をその六角形の巻枠から抜き取った後、巻枠から抜き取った巻線の六角形の一対の対向面を巻枠軸方向に倒して平板状にする。さらに、平板状にした状態の巻線は、円筒胴部４２に巻き付けて、外周をテープで固定される。なお、平板状にした状態の巻線は、円筒胴部４２に巻きつけた後、外周を接着剤で固定してもよい。さらに、円筒胴部４２と円筒型コイル４４の内周面のほぼ全面とが接着剤で固着されてもよい。この場合、振動や衝撃、温度変化があっても円筒型コイル４４が変形することがなく、回転電機の信頼性を高くすることができる。また、円筒型コイル４４の変形がないため、永久磁石４５の外周面と円筒型コイル４４の内周面との隙間、および円筒型コイル４４の外周面とヨーク４３との内周面の隙間を小さくできる。したがって、永久磁石４５とヨーク４３との隙間を小さくでき、回転電機のエネルギー効率を高くすることができる。さらに、巻線６２の自己融着樹脂を加熱するアニール作業を省略することができる。
【００７０】
このように構成された本実施形態に係る回転電機４０の作用について、以下に説明する。
【００７１】
円筒型コイル４４は、円筒胴部４２の外周面に固定されて、コイル装着部材４１と外装部材５０によって形成された密閉空間に配置されている。
【００７２】
円筒型コイル４４は、空芯コイルに比べて径方向の厚みを小さくできるので、円筒胴部４２の外径とヨーク４３の内径の隙間を小さくできて、かつコイルの密閉空間の体積を小さくできる。そのため、空気の膨張による円筒胴部４２の変形や破損を防止できる。また、円筒胴部４２の変形を防止できるので、円筒胴部４２の厚みを薄くすることができる。したがって、コイルの径方向厚みを薄くでき、かつ円筒胴部４２の厚みを薄くできるため、永久磁石４５とヨーク４３の隙間を小さくでき、回転電機のエネルギー効率を高くすることができる。
【００７３】
また、コイル装着部材４１を曲げ弾性率５０００ＭＰａ以上の樹脂で形成するので、高精度に仕上げることができる。また、円筒胴部４２を薄肉に加工することができる。したがって、永久磁石４５とヨーク４３との隙間を小さくでき、回転電機のエネルギー効率を高くすることができる。
【００７４】
さらに、円筒型コイル４４を覆う範囲に樹脂が充填された場合、密閉空間の空気を少なくできる。そのため、滅菌処理の高温で空気が膨張しても円筒胴部４２の変形や破損を防止することができる。また、円筒胴部４２の変形を防止できるので、円筒胴部４２の厚みを薄くすることができる。したがって、永久磁石４５とヨーク４３の隙間を小さくでき、回転電機のエネルギー効率を高くすることができる。
【００７５】
また、この場合、円筒型コイル４４はコイルの厚みが薄く一様であるため、充填された樹脂も径方向に薄く一様になる。そのため、密閉空間に隙間が生じて、高温高圧蒸気が円筒型コイル４４を覆う樹脂部に侵入し、樹脂が膨潤しても円筒胴部１３の変形や破損を防止することができる。さらに、円筒胴部４２の厚みを薄くしても変形が抑制されるので、永久磁石４５とヨーク４３の隙間を小さくでき、回転電機のエネルギー効率を高くすることができる。
【００７６】
さらに、コイル装着部材４１は、軸方向端部の径方向の厚さが、円筒胴部４２の径方向の厚さより厚くなっている。また、コイル装着部材４１は、軸方向端部が円筒胴部４２の外径より大径の外径大径部で構成されている。なお、コイル装着部材４１の軸方向端部は外径大径部で構成されているが、コイル装着部材４１の軸方向端部は径方向の厚さが円筒胴部４２の径方向の厚さより厚ければこれに限定されない。例えば、コイル装着部材４１の軸方向端部は、円筒胴部４２の外径より小径の外径小径部、または円筒胴部４２の内径より大径の内径大径部、又は円筒胴部４２の内径より小径の内径小径部で構成されていてもよい。すなわち、コイル装着部材４１において、軸方向端部の径方向の厚さが円筒胴部４２の径方向の厚さより厚いため、円筒胴部４２の剛性が高まって、円筒胴部４２の変形がコイル装着部材４１の軸方向端部で抑制されるので、円筒胴部４２を薄肉にすることができる。また、円筒胴部４２の変形が抑制されるため、変形が抑制された分の永久磁石４５の外周面と円筒胴部４２の内周面の隙間、および円筒胴部４２の外周面とヨーク４３の内周面の隙間を小さくできる。したがって、永久磁石４５とヨーク４３との隙間を小さくでき、回転電機のエネルギー効率を高くすることができる。なお、コイル装着部材４１の軸方向の一方の端部が径方向において円筒胴部４２より厚くなっているが、必ずしもこれに限定されない。すなわち、コイル装着部材４１の軸方向の他方の端部の厚さが円筒胴部４２の軸方向の厚さより厚くてもよい。また、コイル装着部材４１の軸方向の両端部の厚さが円筒胴部４２の軸方向の厚さより厚くてもよい。
【００７７】
また、円筒型コイル４４は、内周側に円筒胴部４２を配置し、外周側にヨーク４３を配置することができる。この場合、ヨーク４３の半径方向の長さは、円筒胴部４２の半径方向の長さより長く設定される。また、半径方向長さが円筒胴部４２より長いヨーク４３は、円筒胴部４２を変形させる例えば曲げ応力に対して変形量を小さくできる。そのため、円筒胴部４２が薄肉であっても変形を抑制することができる。また、円筒胴部４２の変形が抑制されるため、変形が抑制された分の永久磁石４５の外周面と円筒胴部４２の内周面との隙間、および円筒胴部４２の外周面とヨーク４３の内周面との隙間を小さくできる。したがって、永久磁石４５とヨーク４３との隙間を小さくでき、回転電機のエネルギー効率を高くすることができる。
【００７８】
円筒型コイル４４の作成において、平板状の巻線６２が円筒胴部４２に巻き付けられテープで固定される。そのため、あらかじめ円筒型に形成した円筒型コイルを挿入するよりも、挿入する隙間の分、円筒胴部４２と円筒型コイル４４の隙間を小さくできる。
【００７９】
さらに、円筒胴部４２の円筒形状に円筒型コイル４４を成形するため、円筒型コイル４４の円筒形状を高精度に形成することができ、円筒胴部４２の外周面とヨーク４３の内周面との隙間を小さくできる。したがって、あらかじめ円筒型に形成して円筒型コイルを円筒胴部に挿入するよりも、永久磁石４５とヨーク４３との隙間を小さくでき、回転電機のエネルギー効率を高くすることができる。また、手間が掛かって作業性が悪かった円筒型コイルのアニール作業を省略することができる。
【００８０】
さらに、円筒型コイル４４は、永久磁石の長手方向に沿う直線導体部を備えている。例えば、円筒型コイル４４が亀甲巻に形成された場合には、亀甲巻の直線導体部は円筒軸上に巻線の一部が揃う。これにより、磁束に鎖交する円筒軸方向の直線導体部が円筒の巻線の中央部に存在し、誘導起電力を有効に発生できるため、全体の小型化を図りつつ、効率的に発電することができる。
【００８１】
また、本発明の別の実施形態を図８を参照して説明する。
図８は回転電機の他の実施形態を示めす図であり、当該回転電機４０は、外部と端子４９を通じて電気的に接続されて、誘導起電力を発生させる円筒型コイル４４と、回転して誘導起電力を発生させるロータ２０と、これらの各部材が収められる外装部材５１などとから構成される。本実施形態は、外装部材がヨークを兼ねている構成となっている。
【００８２】
ロータ２０は、円筒型の永久磁石４５と回転軸４６とからなり、軸受保持部材７７、７８の中心位置に配置した軸受４７、４８により二点間で回転自在に支持されている。また、永久磁石４５の中央には、長手方向に沿って軸４６が貫通固定されている。
【００８３】
外装部材５１は、両端が開口した円筒形状を有しており、永久磁石の磁極同士を磁気的に接続するもので、フェライトステンレスなどの磁性材料で構成されている。なお、外装部材５１は、例えば電磁鋼鈑などの磁性の薄板を積層して構成されてもよい。これにより、外装部材５１はヨークを兼ねることができる。
【００８４】
また、外装部材５１の一端側には、コイル装着部材４１が接合されている。また、コイル装着部材４１は、永久磁石４５と対向する円筒胴部４２を有している。また、円筒胴部４２の外周面に円筒型コイル４４が固定されている。コイル装着部材４１は、樹脂（ＰＰＳなど）で構成される。またコイル装着部材４１は、曲げ弾性率が５０００ＭＰａ以上の樹脂を用いるとよい。コイル装着部材４１を樹脂で形成した場合、渦電流が発生せず損失を低減させる効果が得られる。なお、コイル装着部材は、アルミや真鍮などの非磁性金属で構成されていてもよい。
【００８５】
外装部材５１の他端側と、コイル装着部材４１の端部は、円環状開口を有し、円環状開口を塞ぐように、端子ピン４９が取り付いた蓋７１が嵌め込まれている。蓋７１には図示しない孔が設けられていて、孔からコイル装着部材４１と外装部材５１と蓋７１とで囲まれた内部にエポキシ接着剤を充填している。なお、蓋７１は、コイル装着部材４１と一体に形成されていてもよい。その場合、コイル装着部材４１には図示しない孔が設けられていて、孔からコイル装着部材４１と外装部材５１とで囲まれた内部にエポキシ接着剤を充填することができる。
【００８６】
また、コイル装着部材４１は、軸方向端部の径方向の厚さが、円筒胴部４２の径方向の厚さより厚くなっている。また、コイル装着部材４１は、軸方向の両端部がそれぞれ円筒胴部４２の外径より大径の外径大径部、円筒胴部４２の外径より小径の外径小径部で構成されている。なお、コイル装着部材４１の軸方向端部は外径大径部、外径小径部で構成されているが、コイル装着部材４１の軸方向端部は径方向の厚さが円筒胴部４２の径方向の厚さより厚ければこれに限定されない。例えば、コイル装着部材４１の軸方向端部は円筒胴部４２の内径より大径の内径大径部、又は円筒胴部４２の内径より小径の内径小径部で構成されていてもよい。すなわち、コイル装着部材４１において、軸方向端部の径方向の厚さが円筒胴部４２の径方向の厚さより厚いため、円筒胴部４２の剛性が高まって、円筒胴部４２の変形がコイル装着部材４１の軸方向端部で抑制されるので、円筒胴部４２を薄肉にすることができる。また、円筒胴部４２の変形が抑制されるため、変形が抑制された分の永久磁石４５の外周面と円筒胴部４２の内周面の隙間、および円筒胴部４２の外周面と外装部材５１の内周面の隙間を小さくできる。したがって、永久磁石４５と外装部材５１との隙間を小さくでき、回転電機のエネルギー効率を高くすることができる。
【００８７】
コイル装着部材４１の内周面の一端側には、軸受保持部材７８が接合され、コイル装着部材４１の内周面の他端側には、軸受保持部材７７が接合されて、軸受４７および４８に連結されている。
【００８８】
このような構成にすることで、永久磁石４５とコイル装着部材４１を精度良く同軸に配置することができ、永久磁石４５の外周面と円筒胴部４２の内周面との隙間を小さくできる。したがって、永久磁石４５と外装部材５１との隙間を小さくできるため、回転電機のエネルギー効率を高くすることができる。なお、軸受４７，４８の配置は上記に限定される必要はない。すなわち、軸受４７，４８は図２に示す実施形態と同様の位置にしてもよい。
【００８９】
本発明は上述した実施の形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。
【００９０】
また、本実施形態では巻枠は、六角形に限定されるものではなく、多角形であれば良いのは勿論のことである。
【００９１】
また、本実施形態では、回転電機のうち発電機について説明したが、例えば３相のコイルに交番電流を順次切り替えるように供給して、永久磁石を回転させるモータとして利用することも可能である。
【符号の説明】
【００９２】
１ 歯科治療用ハンドピース
２ ヘッド部
３ 把持部
２０ ロータ
２１ 工具用タービン
２２ 治療用工具
３１ ＬＥＤ
３２ 電線
３３ エアー通路
３７ タービン羽根
３８ 後段ハウジング
３９ 前段ハウジング
４０ 回転電機
４１ コイル装着部材
４２ 円筒胴部
４３ ヨーク
４４ 円筒型コイル
４５ 永久磁石
４６ 軸
４７、４８ 軸受
５０、５１ 外装部材
５３、５４ 軸受保持部材
５６ 給気管
５７ 給水管
６１ 巻枠
６２ 巻線
６３ テープ
６４ カーリング棒
６５ カーリングした円筒型コイル
６６ 円筒成形治具
７１ 蓋
７７、７８ 軸受保持部材
１０１ 空芯コイル
１０２ コイル部
１０３ 空芯部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療機器や精密測定装置などに利用される円筒型コイルを用いたコアレスタイプのモータ、または発電機とされる回転電機、及び回転電機を備えた歯科用又は医療用のハンドピースに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
医療機器、特に外科手術や歯科医療等の現場で用いられる医療機器は、細菌、ウィルス等が当該機器を介して患者に感染することを防止するために、使用の前後に例えば高温加圧蒸気による滅菌処理が施される。従って、上記医療機器に組み込まれるモータは小型化を図りつつ高温加圧蒸気に耐え得る構成にする必要がある。これに対応するものとして、永久磁石の外周面と隙間を介して対向配置されるケースの間に複数の空芯コイルを配置し、空芯コイルの内周側にシートを備えることにより空芯コイルを空気と遮断する、または、空芯コイルを樹脂でモールドするモータが知られている（特許文献１）。
【０００３】
このモータは、空芯コイル内周側のシートが薄肉のため、永久磁石とケースの隙間を小さくできて、大きなトルクを発生することができる。
【０００４】
一般に、モータは、高トルクの発生を目的に、このコイルに鎖交する磁束を多くするように形成するため、永久磁石とヨークとの隙間を小さく設定する必要がある。つまり、永久磁石とヨークとの隙間を小さくして永久磁石の磁束密度を大きく保ち、隙間における有効磁束が多くなるようにする。それによって、モータの発生トルクが大きくなって、モータのエネルギー効率が高くなる。逆に、隙間が大きいと、コイルに鎖交する永久磁石の磁束が少なくなり、モータの発生トルクが小さくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１８０４５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のモータは、図９に示すように、シートの外周面に複数の空芯コイルが周方向に並んで取り付けられ、空芯コイルはシートで覆われて外気と遮断されている。滅菌処理のための高温環境下ではシートで覆われた内部の空気が膨張してシートが変形してしまう。また、空芯コイルは、自己融着線が略短形の空芯状に巻回されて形成されており、コイル部１０２と空芯部１０３からなる複数の空芯コイル１０１が周方向に配列されている。また、空芯コイル１０１は、空芯部１０３の空間、及び１つのコイル部１０２と他のコイル部１０２との間に空間がある。このため、空芯コイルを樹脂でモールドした場合は、樹脂層が空芯コイルのコイル部で薄く、空芯部、及び１つのコイル部と他のコイル部の間は厚くなってしまう。そのため、モータが高温加圧蒸気の雰囲気中に放置されて、樹脂が膨潤すると、樹脂の厚いところほど体積が大きく膨張してシートを変形させてしまう。そのため、シートの変形によって、シートと永久磁石が接触してしまうという問題がある。
【０００７】
また、シートが変形しても永久磁石に接触しないようにするためには、シートの肉厚を厚くして変形を防止するか、またはシートと永久磁石の空隙を広くする必要がある。これにより、永久磁石とヨークの隙間が大きくなって、磁石の磁界内の磁束が小さくなり、モータの発生トルクが小さくなってしまうという問題がある。
【０００８】
また、複数の空芯コイルを周方向に配置するため、各コイルの配置ピッチにばらつきが生じる。そのため、励磁するタイミングがずれてモータの発生トルクが小さくなってしまうという問題がある。
【０００９】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、高温加圧蒸気による滅菌処理を行っても利用可能で、エネルギー効率を高くすることができる回転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】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明に係る回転電機は、外周に複数の磁極を周方向に配列してなる永久磁石と、前記永久磁石とエアーギャップを介して対向した位置に円筒胴部を有するコイル装着部材と、所定方向に巻回されたコイルを前記所定方向に倒した平板状コイルであり、前記平板状コイルが円環状となるように前記円筒胴部の外周部に固定された円筒型コイルと、前記円筒型コイルの外周部と対向した位置に備えられた磁性材料からなるヨークと、前記ヨークを内周側に備える外装部材と、を備え、前記円筒型コイルは、前記コイル装着部材と外装部材とを備えた密閉空間に配置されていることを特徴とする。
【００１１】
コイルが密閉空間に配置され、かつ密閉空間の体積が大きい場合、滅菌処理の高温により空気が膨張して、コイル装着部材が変形や破損をしてしまう。
【００１２】
しかし、本発明の円筒型コイルは多角形状に巻いたコイルを円筒状に一様に配列しており、空芯コイルよりも巻線を密に巻くことができるので、コイルの径方向厚みを薄くできる。そのため、コイルの密閉空間の体積が小さくできて、空気の膨張によるコイル装着部材の変形や破損を防止できる。また、コイル装着部材の変形を防止できるので、コイル装着部材の円筒胴部の厚みを薄くすることができる。したがって、永久磁石とヨークの隙間を小さくできて、回転電機のエネルギー効率を高くすることができる。
【００１３】
また、円筒型コイルは、空芯コイルよりコイルの電線数を多くすることができる。そのため、円筒型コイルは、径方向に電線を重ねる電線の層が少なくても、必要なコイル電線数を配置することができる。
【００１４】
また、本発明に係る回転電機は、前記密閉空間が、少なくとも前記円筒型コイルを覆う範囲に樹脂が充填されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の構成により、密閉空間の空気を少なくできるため、滅菌処理の高温により空気が膨張しても円筒胴部の変形や破損を防止することができる。また、円筒胴部の変形を防止できるので、円筒胴部の厚みを薄くすることができる。したがって、永久磁石とヨークの隙間を小さくでき、回転電機のエネルギー効率を高くすることができる。
【００１６】
また、密閉空間に隙間が生じて滅菌処理の高圧蒸気が空芯コイルを覆う樹脂部に侵入した場合、従来技術では、空芯コイルにモールドされた樹脂部は径方向に厚みが一様でないため、空芯コイルの変形や破損を生じる問題がある。
【００１７】
しかし、本発明の円筒型コイルは、コイルの厚みが一様であるため、充填された樹脂の厚みも一様になり、樹脂が膨潤した場合に円筒胴部の変形や破損を防止することができる。さらに、円筒胴部の変形を防止できるので、円筒胴部の厚みを薄くすることができる。したがって、永久磁石とヨークとの隙間を小さくできて、回転電機のエネルギー効率を高くすることができる。
【００１８】
また、本発明に係る回転電機は、前記円筒型コイルが、多角形状の巻枠に巻回した巻線を巻枠巻方向に倒して平板状にした後、前記コイル装着部材の前記円筒胴部の外周部に巻き付けて円筒型に成形されたものであり、前記円筒型コイルは、永久磁石の長手方向に沿う直線導体部を備えることを特徴とする。
【００１９】
ここで、円筒型コイルについて説明する。円筒型コイルは、１ターンが多角形状をした巻線を円筒型に配列したコイルであり、大別して以下の３つがある。
（１）亀甲巻（図３（ａ））
（２）菱形巻（図３（ｂ））
（３）ハネカム巻（図３（ｃ））
亀甲巻は、巻線が自己融着線から形成され、加熱等によって巻線の被膜同士が融着固着されて形成される。亀甲巻は円筒軸上に巻線の一部が揃うので、トルクの発生に寄与する円筒軸方向の直線導体部が円筒の巻線の中央部に存在し、磁極の受ける力が有効に回転トルクに働く。そのため、亀甲巻は３つの巻線方式で一番効率が良いとされている。
【００２０】
一方、菱形巻はトルクに寄与する円筒軸方向の直線導体部がなく、全体が傾斜した導体部となっているので、巻線の利用効率が亀甲巻に比べて悪い。そのため、菱形巻は高効率化に際しては、あまり好ましい巻線工法ではない。
【００２１】
また、ハネカム巻は菱形巻と同様にトルクに寄与する円筒軸方向の直線導体部がなく、亀甲巻に比べて巻線の利用効率が悪い。
【００２２】
以下に、従来の亀甲巻の円筒型コイル作成方法について、図４から図７を参照して説明する。
【００２３】
図４は巻回作業について説明する図である。六角形の巻枠６１に整列の巻線６２を巻回し、巻枠６１に巻回した状態で、巻崩れ防止のためにテープ６３で仮固定する。その状態で、その六角形の巻枠６１から抜き取る。
【００２４】
図５は平板状作業について説明する図である。巻枠６１から抜き取った巻線６２の六角形の一対の対向面を巻枠軸方向に倒して、平板状にする。
【００２５】
図６はカーリング作業について説明する図である。平板状にした巻線をカーリング棒６４に巻き付ける。その際カーリング成形した外周にテープを巻き付ける。
【００２６】
図７はアニール作業について説明する図である。カーリング棒６４を取り外した円筒型コイル６５を加熱し、円筒成形治具で円筒型コイル６５をプレスして円筒度が良くなるように整形する。巻線は自己融着線を使用しているので、加熱することで巻線同士が融着して巻崩れしない。
以上の工程によって亀甲巻の円筒型コイルが作成される。
【００２７】
本発明において、従来行っていたカーリング作業とアニール作業を廃止して、多角形状の巻枠に巻回した巻線を巻枠巻方向に倒して平板状にした後、コイル装着部材の円筒胴部に巻き付けて円筒形状を形成している。そのため、あらかじめ円筒形状に形成した円筒型コイルを円筒胴部に挿入するよりも、円筒胴部と円筒型コイルの隙間が小さくできる。さらに、円筒胴部の円筒形状に倣ってコイルを成形するため、コイルの円筒形状を高精度に形成することができ、円筒胴部外周面とヨークとの隙間を小さく設定することができる。したがって、永久磁石とヨークとの隙間を小さくでき、回転電機のエネルギー効率を高くすることができる。また、多くの手間が掛かって作業性が悪かった円筒型コイルの加工の手間を一部省略することができる。
【００２８】
また、本発明に係る回転電機は、前記コイル装着部材が、円筒軸上の端部の径方向の厚さが、前記円筒胴部の径方向の厚さより厚いことを特徴とする。
【００２９】
また、本発明に係る回転電機は、前記コイル装着部材が、前記円筒胴部の円筒軸上の端部に前記円筒胴部の外径よりも大径の外径大径部を備えていることを特徴とする。
【００３０】
本発明の構成により、円筒胴部を変形させる応力に対して円筒胴部の変形量を小さくすることができるため、円筒胴部が薄肉であっても変形を抑制することができる。また、円筒胴部の変形が抑制されるため、永久磁石外周面と円筒胴部内周面との隙間、および円筒胴部外周面とヨーク内周面との隙間を小さくできる。したがって、永久磁石とヨークとの隙間を小さくでき、回転電機のエネルギー効率を高くすることができる。
【００３１】
また、本発明に係る回転電機は、前記ヨークが、前記ヨークの半径方向長さが前記円筒胴部の半径方向長さよりも長く設定されていることを特徴とする。
【００３２】
また、本発明に係る回転電機は、前記円筒型コイルの内周側に前記円筒胴部が配置されるとともに、前記円筒型コイルの外周側に前記ヨークが配置されることにより、前記円筒型コイルが前記円筒胴部及び前記ヨークにより挟持されていることを特徴とする。
【００３３】
本発明の構成により、半径方向長さが長いヨークは、円筒胴部を変形させる応力に対して変形量を小さくできる。そのため、円筒胴部が薄肉であっても、円筒胴部の変形を抑制することができる。また、円筒胴部の変形が抑制されるため、永久磁石外周面とコイル装着部材の円筒胴部内周面との隙間、およびコイル装着部材の円筒胴部外周面とヨーク内周面との隙間を小さくできる。したがって、永久磁石とヨークとの隙間を小さくでき、回転電機のエネルギー効率を高くすることができる。
【００３４】
また、本発明に係る回転電機は、前記コイル装着部材が、樹脂で形成されていることを特徴とする。
【００３５】
また、本発明に係る回転電機は、前記コイル装着部材が、曲げ弾性率が５０００ＭＰａ以上の樹脂で形成されていることを特徴とする。
【００３６】
本発明の構成により、コイル装着部材が樹脂であるため、永久磁石の磁束を遮ることなくコイルに鎖交させることができる。また、コイル装着部材の曲げ弾性率が５０００ＭＰａ以上の場合、加工時の変形が防止されて高精度に加工できる。そのため、永久磁石外周面とコイル装着部材内周面の隙間、およびコイル装着部材外周面とヨーク内周面の隙間を小さくできる。また、コイル装着部材は切削加工で薄肉に加工できる。したがって、永久磁石とヨークとの隙間を小さくでき、回転電機のエネルギー効率を高くすることができる。
【００３７】
また、本発明に係る回転電機は、前記外装部材が、樹脂で形成されていることを特徴とする。
【００３８】
また、本発明に係る回転電機は、前記外装部材が、曲げ弾性率が５０００ＭＰａ以上の樹脂で形成されていることを特徴とする。
【００３９】
本発明の構成により、外装部材が樹脂であるため、漏れ電流を防ぐことができる。また、外装部材の曲げ弾性率が５０００ＭＰａ以上の場合、加工時の変形が防止されて高精度に加工できる。また、薄肉に加工できる。そのため、回転電機を小型軽量にすることができる。
【００４０】
また、本発明に係る回転電機は、前記永久磁石が、回転可能な軸に取り付けられており、前記軸の前記永久磁石と異なる位置に配置された軸受を備え、前記軸受の外周面が、前記コイル装着部材から離間して配置された軸受保持部材の内周面に当接していることを特徴とする。
【００４１】
本発明の構成により、円筒型コイルに鎖交する永久磁石からの磁束が軸受に漏れ回ることがないため、円筒型コイルに鎖交する磁束が減少することがなく、回転電機のエネルギー効率を高くすることができる。
【００４２】
また、本発明に係る回転電機は、前記永久磁石が、回転可能な軸に取り付けられており、前記軸の前記永久磁石と異なる位置に配置された軸受を備え、前記軸受の外周面が、前記コイル装着部材の内周面、または前記コイル装着部材の内周側に配置された軸受保持部材の内周面に当接していることを特徴とする。
【００４３】
本発明の構成により、永久磁石とコイル装着部材を精度良く同軸に配置することができる。そのため、永久磁石の外周面とコイル装着部材の内周面との隙間を小さくすることができる。したがって、永久磁石とヨークとの隙間を小さくできるため、回転電機のエネルギー効率を高くすることができる。
【００４４】
また、本発明に係る回転電機は、前記永久磁石が、回転可能な軸に取り付けられており、前記軸の前記永久磁石と異なる位置に配置された２つの軸受を備え、一方の前記軸受の外周面が、前記コイル装着部材の内周面、またはコイル装着部材の内周側に配置された軸受保持部材の内周面に当接しているとともに、他方の前記軸受の外周面が、前記コイル装着部材から離間して配置されている軸受保持部材の内周面に当接していることを特徴とする。
【００４５】
本発明の構成により、一方の軸受によって永久磁石とコイル装着部材との同軸を高精度に配置させて、永久磁石の外周面とコイル装着部材の内周面との隙間を小さく保つことができる。また、他方の軸受はコイル装着部材から離間した位置に配置することにより、永久磁石の磁束を軸受に漏れ回ることを防止して、回転電機のエネルギー効率を高くすることができる。
【００４６】
また、本発明に係る回転電機は、前記軸受が、前記軸の端部に配置されていることを特徴とする。
【００４７】
本発明の構成により、回転電機で発生する振動を小さくすることができるとともに、軸受に荷重が配分されて軸受の寿命を長くすることができる。
【００４８】
また、本発明に係る回転電機は、前記軸の前記永久磁石及び前記軸受と異なる位置に配置されたタービン羽根と、前記円筒型コイルと電気的に接続された発光部品と、前記タービン羽根を回転させる流体を供給する給気管と、を備えることを特徴とする歯科用又は医療用のハンドピースに用いることができる。
【００４９】
本発明に係る歯科用又は医療用のハンドピースは、上述した回転電機を備えているので、エネルギー効率が高く、ハンドピースの発光部品の照度を上げることができる。また、ハンドピース自体の低コスト化を図ることができる。
【発明の効果】
【００５０】
本発明に係る回転電機によれば、コイルの密閉空間の体積が小さくできて、空気の膨張によるコイル装着部材の変形や破損を防止できる。また、コイル装着部材の変形を防止できるので、コイル装着部材の円筒胴部の厚みを薄くすることができる。したがって、永久磁石とヨークの隙間を小さくできて、回転電機のエネルギー効率を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明に係る回転電機を歯科治療用ハンドピースに組み込んだ概略断面図である。
【図２】本発明の回転電機の断面図である。
【図３】円筒型コイルの巻線方法を示す図である。
【図４】亀甲巻コイルの巻枠に巻回した巻線の状態を示す図である。
【図５】亀甲巻コイルの平プレスした平フォーミングコイルの図である。
【図６】亀甲巻コイルの平フォーミングコイルを治具の棒にカーリングした状態を示す図である。
【図７】亀甲巻コイルを円筒に成形する、円筒成形治具とカーリングしたコイルを示す図である。
【図８】本発明の回転電機の断面図である。
【図９】空芯コイルを円周方向に配置した図である。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
以下、本発明の一実施形態に係る回転電機、および歯科治療用ハンドピースの実施形態を図１及び図２を参照して説明する。
【００５３】
図１に示すように、歯科治療用ハンドピース１は、治療用工具２２を軸線Ｌ回りに回転駆動する工具用タービン２１と、該工具用タービン２１を回転自在に保持するヘッド部２と、操作者によって把持される把持部３と、から構成される。
【００５４】
把持部３は、後端部に給気管５６および給水管５７が前方に延びている。後段ハウジング３８内には、回転電機４０が備えられている。また、本実施形態において、回転電機４０は、発電機として用いられている。なお、本実施形態において、回転電機は、歯科治療用ハンドピースに備えられる形態を示したが、これに限定されず、他の形態にも用いることができる。
【００５５】
回転電機４０の円筒軸中心には、軸受４７，４８により回転自在に支持された軸４６が備えられている。また、軸受４８は、前段ハウジング３９側に配置された軸受保持部材５４に保持されている。また、軸受４７は、コイル装着部材４１に嵌合される軸受保持部材５３に保持されている。また、軸受４８及び軸受４７は永久磁石の磁束の影響を受けないものが好ましい。この場合、例えば銅を主成分とする含油軸受などが好ましい。また、軸４６の外周面に永久磁石４５が備えられている。また、永久磁石４５とエアーギャップを介してコイル装着部材４１が配置されている。コイル装着部材４１の外周面に円筒型コイル４４が備えられている。また、円筒型コイル４４の外周と対向した位置にヨーク４３が備えられている。また、軸４６の前方には発電用タービン羽根３７が設けられている。なお、図１において、軸受４７，４８の間に発電用タービン羽根３７と永久磁石４５が設けられているが、発電用タービン羽根３７は、必ずしも軸受４７、４８の間になくてもよい。この場合、発電用タービン羽根３７は、軸４６において永久磁石４５と軸受４７，４８とを配置された位置と異なる位置に配置されていればよい。例えば、発電用タービン羽根３７は、軸４６において軸受４８よりも外側の方に配置されていてもよい。
【００５６】
給気管５６から供給されてきた空気流は、前段ハウジング３９に設けられた導入ノズルで空気が絞られて発電用タービン３７に導入され、軸４６を回転させる。軸４６の外周面に備えられた永久磁石４５は、軸と一体となって回転し、円筒型コイル４４に誘起電圧を発生させる。円筒型コイル４４に発生した電圧は、端子ピン４９を介して電線３２を通ってＬＥＤ３１につながり、ＬＥＤ３１を点灯させることができる。
【００５７】
発電用タービン羽根３７に導入された空気などの流体は、タービン前方に排出され、エアー通路３３を通って工具用タービン２１に導入されて、治療用工具２２を回転させる。
【００５８】
図２は図１に示す回転電機４０の断面図である。図２に示すように、回転電機４０は、円筒軸中心に軸４６を備えている。また、軸４６の外周面に永久磁石４５が回転可能に設けられている。また、軸受４７及び軸受４８は、軸４６において永久磁石４５と異なる位置に配置されている。本実施例の場合、軸受４７及び軸受４８は、軸４６において永久磁石４５より端部側に配置されている。
【００５９】
軸受４７の外周面は、コイル装着部材４１の内周側に配置された軸受保持部材５３の内周面に当接している。この場合、軸受４７の外周面がコイル装着部材４１の内周側に配置された軸受保持部材５３の内周面に当接しているため、永久磁石４５とコイル装着部材４１を精度良く同軸に配置することができ、永久磁石４５の外周面とコイル装着部材４１の内周面との隙間を小さくできる。したがって、永久磁石４５とヨーク４３との隙間を小さくできるため、回転電機４０のエネルギー効率を高くすることができる。なお、軸受４７は、必ずしも軸受保持部材５３の内周面に当接している必要はなく、コイル装着部材４１の内周面に直接当接されていれてもよい。
【００６０】
軸受４８の外周面は、コイル装着部材４１から離間して配置された軸受保持部材５４の内周面に当接している。すなわち、軸受４８は、コイル装着部材４１の内周面の外部に配置されている。この場合、軸受４８は、軸４６において永久磁石４５から離間して配置されているため、円筒型コイル４４に鎖交する永久磁石４５からの磁束が軸受に漏れ回ることがない。そのため、円筒型コイル４４に鎖交する磁束が減少して誘起電圧が小さくならず、回転電機４０のエネルギー効率を高くすることができる。
【００６１】
また、軸受４７，４８は、軸４６の軸方向の端部に配置されている。これにより、回転電機４０で発生する振動を小さくすることができるとともに、軸受４８と軸受４７に荷重が配分されて軸受の寿命を長くすることができる。
【００６２】
なお、軸受４７，４８の配置は上記に限定される必要はない。例えば、軸受４７及び軸受４８の外周面が、コイル装着部材４１の内周面、またはコイル装着部材４１の内周側に配置された軸受保持部材５３の内周面のいずれかに当接していてもよい。この場合、発電用タービン羽根３７は、必ずしも軸受４７、４８の間になくてもよい。また、軸受４７及び軸受４８の外周面は、コイル装着部材４１から離間して配置された軸受保持部材５４の内周面に当接していてもよい。また、軸受４７，４８が軸４６の軸方向の端部に配置されていなくてもよい。これらの場合においても、円筒型コイル４４がコイル装着部材４１の円筒胴部４２の外周面に固定されているため、円筒型コイル４４と永久磁石４５の接触を防止するとともに、円筒型コイル４４の変形を防止できるため、永久磁石４５の外周面と円筒型コイル４４の内周面の隙間、および円筒型コイル４４の外周面とヨーク４３の内周面の隙間を小さくできる。したがって、これらの場合においても、永久磁石４５とヨーク４３との隙間を小さくでき、回転電機のエネルギー効率を高くすることができるという効果が得られる。また、軸４６は、発電用タービン羽根３７と異なる方法で回転させてもよい。
【００６３】
永久磁石４５はＳｍ−Ｃｏ焼結の異方性磁石で２極の着磁がされている。また、永久磁石４５はＮｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石を用いてもよい。また、永久磁石４５は、焼結磁石ではなく、ボンド磁石を用いてもよい。また、永久磁石４５は、等方性磁石を用いてもよい。また、永久磁石４５は、２極以上の複数の極で構成されていてもよい。
【００６４】
また、永久磁石４５の外周にはエアーギャップを介してコイル装着部材４１が配置されている。コイル装着部材４１は、永久磁石４５と対向する部分に円筒胴部４２を有しており、円筒胴部４２の外周面に円筒型コイル４４が固定されている。また、円筒胴部４２の厚さは、強度が確保でき、かつ薄いことが好ましい。この場合、円筒胴部４２の厚さは、例えば０．３ｍｍが好ましい。なお、円筒胴部４２の厚さは、上記に限定されず、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の厚さでもよい。また、コイル装着部材４１は樹脂（ＰＰＳ（ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅ ｓｕｌｆｉｄｅ）など）で成形されている。この場合、コイル装着部材は、曲げ弾性率が５０００ＭＰａ以上の樹脂で成形されることが好ましい。コイル装着部材４１の端部には端子ピン４９が備えられている。さらに、端子ピン４９の一端部に界磁コイルの端末線が取り付けられている。
【００６５】
円筒型コイル４４の外周側と対向する位置にヨーク４３が備えられている。ヨーク４３は、永久磁石の磁極同士を磁気的に接続するもので、電磁鋼鈑などの磁性の薄板を積層して構成されている。なお、ヨーク４３は、例えば単一鋼塊の磁性材料で形成されてもよい。
【００６６】
ヨーク４３の外周側に外装部材５０が備えられている。また、ヨーク４３と外装部材５０とは例えば接着剤などで固定することができる。
【００６７】
外装部材５０は、両端が開口した円筒形状を有している。また、外装部材５０の両側端部には、コイル装着部材４１が接合されている。外装部材５０は、樹脂（ＰＰＳ（ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅ ｓｕｌｆｉｄｅ）など）で成形されてもよい。この場合、外装部材５０は、曲げ弾性率が５０００ＭＰａ以上の樹脂で成形することができる。これにより、漏れ電流を防ぐことができる。なお、外装部材５０は、例えば磁性材料、金属で構成されていてもよい。
【００６８】
コイル装着部材４１には図示しない孔が設けられていて、孔からコイル装着部材４１と外装部材５０とで囲まれた内部にエポキシ接着剤などの樹脂を充填させることができる。
【００６９】
ここで、円筒型コイル４４の作成方法について説明する。六角形の巻枠に整列の巻線を巻回した後、巻線は巻枠に巻回した状態で、巻崩れ防止のためにテープで仮固定する。その状態で、巻線をその六角形の巻枠から抜き取った後、巻枠から抜き取った巻線の六角形の一対の対向面を巻枠軸方向に倒して平板状にする。さらに、平板状にした状態の巻線は、円筒胴部４２に巻き付けて、外周をテープで固定される。なお、平板状にした状態の巻線は、円筒胴部４２に巻きつけた後、外周を接着剤で固定してもよい。さらに、円筒胴部４２と円筒型コイル４４の内周面のほぼ全面とが接着剤で固着されてもよい。この場合、振動や衝撃、温度変化があっても円筒型コイル４４が変形することがなく、回転電機の信頼性を高くすることができる。また、円筒型コイル４４の変形がないため、永久磁石４５の外周面と円筒型コイル４４の内周面との隙間、および円筒型コイル４４の外周面とヨーク４３との内周面の隙間を小さくできる。したがって、永久磁石４５とヨーク４３との隙間を小さくでき、回転電機のエネルギー効率を高くすることができる。さらに、巻線６２の自己融着樹脂を加熱するアニール作業を省略することができる。
【００７０】
このように構成された本実施形態に係る回転電機４０の作用について、以下に説明する。
【００７１】
円筒型コイル４４は、円筒胴部４２の外周面に固定されて、コイル装着部材４１と外装部材５０によって形成された密閉空間に配置されている。
【００７２】
円筒型コイル４４は、空芯コイルに比べて径方向の厚みを小さくできるので、円筒胴部４２の外径とヨーク４３の内径の隙間を小さくできて、かつコイルの密閉空間の体積を小さくできる。そのため、空気の膨張による円筒胴部４２の変形や破損を防止できる。また、円筒胴部４２の変形を防止できるので、円筒胴部４２の厚みを薄くすることができる。したがって、コイルの径方向厚みを薄くでき、かつ円筒胴部４２の厚みを薄くできるため、永久磁石４５とヨーク４３の隙間を小さくでき、回転電機のエネルギー効率を高くすることができる。
【００７３】
また、コイル装着部材４１を曲げ弾性率５０００ＭＰａ以上の樹脂で形成するので、高精度に仕上げることができる。また、円筒胴部４２を薄肉に加工することができる。したがって、永久磁石４５とヨーク４３との隙間を小さくでき、回転電機のエネルギー効率を高くすることができる。
【００７４】
さらに、円筒型コイル４４を覆う範囲に樹脂が充填された場合、密閉空間の空気を少なくできる。そのため、滅菌処理の高温で空気が膨張しても円筒胴部４２の変形や破損を防止することができる。また、円筒胴部４２の変形を防止できるので、円筒胴部４２の厚みを薄くすることができる。したがって、永久磁石４５とヨーク４３の隙間を小さくでき、回転電機のエネルギー効率を高くすることができる。
【００７５】
また、この場合、円筒型コイル４４はコイルの厚みが薄く一様であるため、充填された樹脂も径方向に薄く一様になる。そのため、密閉空間に隙間が生じて、高温高圧蒸気が円筒型コイル４４を覆う樹脂部に侵入し、樹脂が膨潤しても円筒胴部１３の変形や破損を防止することができる。さらに、円筒胴部４２の厚みを薄くしても変形が抑制されるので、永久磁石４５とヨーク４３の隙間を小さくでき、回転電機のエネルギー効率を高くすることができる。
【００７６】
さらに、コイル装着部材４１は、軸方向端部の径方向の厚さが、円筒胴部４２の径方向の厚さより厚くなっている。また、コイル装着部材４１は、軸方向端部が円筒胴部４２の外径より大径の外径大径部で構成されている。なお、コイル装着部材４１の軸方向端部は外径大径部で構成されているが、コイル装着部材４１の軸方向端部は径方向の厚さが円筒胴部４２の径方向の厚さより厚ければこれに限定されない。例えば、コイル装着部材４１の軸方向端部は、円筒胴部４２の外径より小径の外径小径部、または円筒胴部４２の内径より大径の内径大径部、又は円筒胴部４２の内径より小径の内径小径部で構成されていてもよい。すなわち、コイル装着部材４１において、軸方向端部の径方向の厚さが円筒胴部４２の径方向の厚さより厚いため、円筒胴部４２の剛性が高まって、円筒胴部４２の変形がコイル装着部材４１の軸方向端部で抑制されるので、円筒胴部４２を薄肉にすることができる。また、円筒胴部４２の変形が抑制されるため、変形が抑制された分の永久磁石４５の外周面と円筒胴部４２の内周面の隙間、および円筒胴部４２の外周面とヨーク４３の内周面の隙間を小さくできる。したがって、永久磁石４５とヨーク４３との隙間を小さくでき、回転電機のエネルギー効率を高くすることができる。なお、コイル装着部材４１の軸方向の一方の端部が径方向において円筒胴部４２より厚くなっているが、必ずしもこれに限定されない。すなわち、コイル装着部材４１の軸方向の他方の端部の厚さが円筒胴部４２の軸方向の厚さより厚くてもよい。また、コイル装着部材４１の軸方向の両端部の厚さが円筒胴部４２の軸方向の厚さより厚くてもよい。
【００７７】
また、円筒型コイル４４は、内周側に円筒胴部４２を配置し、外周側にヨーク４３を配置することができる。この場合、ヨーク４３の半径方向の長さは、円筒胴部４２の半径方向の長さより長く設定される。また、半径方向長さが円筒胴部４２より長いヨーク４３は、円筒胴部４２を変形させる例えば曲げ応力に対して変形量を小さくできる。そのため、円筒胴部４２が薄肉であっても変形を抑制することができる。また、円筒胴部４２の変形が抑制されるため、変形が抑制された分の永久磁石４５の外周面と円筒胴部４２の内周面との隙間、および円筒胴部４２の外周面とヨーク４３の内周面との隙間を小さくできる。したがって、永久磁石４５とヨーク４３との隙間を小さくでき、回転電機のエネルギー効率を高くすることができる。
【００７８】
円筒型コイル４４の作成において、平板状の巻線６２が円筒胴部４２に巻き付けられテープで固定される。そのため、あらかじめ円筒型に形成した円筒型コイルを挿入するよりも、挿入する隙間の分、円筒胴部４２と円筒型コイル４４の隙間を小さくできる。
【００７９】
さらに、円筒胴部４２の円筒形状に円筒型コイル４４を成形するため、円筒型コイル４４の円筒形状を高精度に形成することができ、円筒胴部４２の外周面とヨーク４３の内周面との隙間を小さくできる。したがって、あらかじめ円筒型に形成して円筒型コイルを円筒胴部に挿入するよりも、永久磁石４５とヨーク４３との隙間を小さくでき、回転電機のエネルギー効率を高くすることができる。また、手間が掛かって作業性が悪かった円筒型コイルのアニール作業を省略することができる。
【００８０】
さらに、円筒型コイル４４は、永久磁石の長手方向に沿う直線導体部を備えている。例えば、円筒型コイル４４が亀甲巻に形成された場合には、亀甲巻の直線導体部は円筒軸上に巻線の一部が揃う。これにより、磁束に鎖交する円筒軸方向の直線導体部が円筒の巻線の中央部に存在し、誘導起電力を有効に発生できるため、全体の小型化を図りつつ、効率的に発電することができる。
【００８１】
また、本発明の別の実施形態を図８を参照して説明する。
図８は回転電機の他の実施形態を示めす図であり、当該回転電機４０は、外部と端子４９を通じて電気的に接続されて、誘導起電力を発生させる円筒型コイル４４と、回転して誘導起電力を発生させるロータ２０と、これらの各部材が収められる外装部材５１などとから構成される。本実施形態は、外装部材がヨークを兼ねている構成となっている。
【００８２】
ロータ２０は、円筒型の永久磁石４５と回転軸４６とからなり、軸受保持部材７７、７８の中心位置に配置した軸受４７、４８により二点間で回転自在に支持されている。また、永久磁石４５の中央には、長手方向に沿って軸４６が貫通固定されている。
【００８３】
外装部材５１は、両端が開口した円筒形状を有しており、永久磁石の磁極同士を磁気的に接続するもので、フェライトステンレスなどの磁性材料で構成されている。なお、外装部材５１は、例えば電磁鋼鈑などの磁性の薄板を積層して構成されてもよい。これにより、外装部材５１はヨークを兼ねることができる。
【００８４】
また、外装部材５１の一端側には、コイル装着部材４１が接合されている。また、コイル装着部材４１は、永久磁石４５と対向する円筒胴部４２を有している。また、円筒胴部４２の外周面に円筒型コイル４４が固定されている。コイル装着部材４１は、樹脂（ＰＰＳなど）で構成される。またコイル装着部材４１は、曲げ弾性率が５０００ＭＰａ以上の樹脂を用いるとよい。コイル装着部材４１を樹脂で形成した場合、渦電流が発生せず損失を低減させる効果が得られる。なお、コイル装着部材は、アルミや真鍮などの非磁性金属で構成されていてもよい。
【００８５】
外装部材５１の他端側と、コイル装着部材４１の端部は、円環状開口を有し、円環状開口を塞ぐように、端子ピン４９が取り付いた蓋７１が嵌め込まれている。蓋７１には図示しない孔が設けられていて、孔からコイル装着部材４１と外装部材５１と蓋７１とで囲まれた内部にエポキシ接着剤を充填している。なお、蓋７１は、コイル装着部材４１と一体に形成されていてもよい。その場合、コイル装着部材４１には図示しない孔が設けられていて、孔からコイル装着部材４１と外装部材５１とで囲まれた内部にエポキシ接着剤を充填することができる。
【００８６】
また、コイル装着部材４１は、軸方向端部の径方向の厚さが、円筒胴部４２の径方向の厚さより厚くなっている。また、コイル装着部材４１は、軸方向の両端部がそれぞれ円筒胴部４２の外径より大径の外径大径部、円筒胴部４２の外径より小径の外径小径部で構成されている。なお、コイル装着部材４１の軸方向端部は外径大径部、外径小径部で構成されているが、コイル装着部材４１の軸方向端部は径方向の厚さが円筒胴部４２の径方向の厚さより厚ければこれに限定されない。例えば、コイル装着部材４１の軸方向端部は円筒胴部４２の内径より大径の内径大径部、又は円筒胴部４２の内径より小径の内径小径部で構成されていてもよい。すなわち、コイル装着部材４１において、軸方向端部の径方向の厚さが円筒胴部４２の径方向の厚さより厚いため、円筒胴部４２の剛性が高まって、円筒胴部４２の変形がコイル装着部材４１の軸方向端部で抑制されるので、円筒胴部４２を薄肉にすることができる。また、円筒胴部４２の変形が抑制されるため、変形が抑制された分の永久磁石４５の外周面と円筒胴部４２の内周面の隙間、および円筒胴部４２の外周面と外装部材５１の内周面の隙間を小さくできる。したがって、永久磁石４５と外装部材５１との隙間を小さくでき、回転電機のエネルギー効率を高くすることができる。
【００８７】
コイル装着部材４１の内周面の一端側には、軸受保持部材７８が接合され、コイル装着部材４１の内周面の他端側には、軸受保持部材７７が接合されて、軸受４７および４８に連結されている。
【００８８】
このような構成にすることで、永久磁石４５とコイル装着部材４１を精度良く同軸に配置することができ、永久磁石４５の外周面と円筒胴部４２の内周面との隙間を小さくできる。したがって、永久磁石４５と外装部材５１との隙間を小さくできるため、回転電機のエネルギー効率を高くすることができる。なお、軸受４７，４８の配置は上記に限定される必要はない。すなわち、軸受４７，４８は図２に示す実施形態と同様の位置にしてもよい。
【００８９】
本発明は上述した実施の形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。
【００９０】
また、本実施形態では巻枠は、六角形に限定されるものではなく、多角形であれば良いのは勿論のことである。
【００９１】
また、本実施形態では、回転電機のうち発電機について説明したが、例えば３相のコイルに交番電流を順次切り替えるように供給して、永久磁石を回転させるモータとして利用することも可能である。
【符号の説明】
【００９２】
１ 歯科治療用ハンドピース
２ ヘッド部
３ 把持部
２０ ロータ
２１ 工具用タービン
２２ 治療用工具
３１ ＬＥＤ
３２ 電線
３３ エアー通路
３７ タービン羽根
３８ 後段ハウジング
３９ 前段ハウジング
４０ 回転電機
４１ コイル装着部材
４２ 円筒胴部
４３ ヨーク
４４ 円筒型コイル
４５ 永久磁石
４６ 軸
４７、４８ 軸受
５０、５１ 外装部材
５３、５４ 軸受保持部材
５６ 給気管
５７ 給水管
６１ 巻枠
６２ 巻線
６３ テープ
６４ カーリング棒
６５ カーリングした円筒型コイル
６６ 円筒成形治具
７１ 蓋
７７、７８ 軸受保持部材
１０１ 空芯コイル
１０２ コイル部
１０３ 空芯部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周に複数の磁極を周方向に配列してなる永久磁石と、
前記永久磁石とエアーギャップを介して対向した位置に円筒胴部を有するコイル装着部材と、
所定方向に巻回されたコイルを前記所定方向に倒した平板状コイルであり、前記平板状コイルが円環状となるように前記円筒胴部の外周部に固定された円筒型コイルと、
前記円筒型コイルの外周部と対向した位置に備えられた磁性材料からなるヨークと、
前記ヨークを内周側に備える外装部材と、
を備え、
前記円筒型コイルは、前記コイル装着部材と外装部材とを備えた密閉空間に配置されていることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記密閉空間は、少なくとも前記円筒型コイルを覆う範囲に樹脂が充填されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記円筒型コイルは、多角形状の巻枠に巻回した巻線を巻枠の巻方向に倒して平板状にした後、前記コイル装着部材の前記円筒胴部の外周部に巻き付けて円筒型に成形されたものであり、かつ永久磁石の長手方向に沿う直線導体部を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記コイル装着部材は、円筒軸上の端部の径方向の厚さが、前記円筒胴部の径方向の厚さより厚いことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の回転電機。
【請求項５】
前記コイル装着部材は、前記円筒胴部の円筒軸上の端部に前記円筒胴部の外径よりも大径の外径大径部を備えていることを特徴とする請求項４に記載の回転電機。
【請求項６】
前記ヨークは、前記ヨークの半径方向長さが前記円筒胴部の半径方向長さよりも長く設定されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の回転電機。
【請求項７】
前記円筒型コイルの内周側に前記円筒胴部が配置されるとともに、前記円筒型コイルの外周側に前記ヨークが配置され、前記円筒型コイルが前記円筒胴部及び前記ヨークにより挟持されていることを特徴とする請求項６に記載の回転電機。
【請求項８】
前記コイル装着部材は、樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の回転電機。
【請求項９】
前記コイル装着部材は、曲げ弾性率が５０００ＭＰａ以上の樹脂で形成されていることを特徴とする請求項８に記載の回転電機。
【請求項１０】
前記外装部材は、樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項９の何れか一項に記載の回転電機。
【請求項１１】
前記外装部材は、曲げ弾性率が５０００ＭＰａ以上の樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の回転電機。
【請求項１２】
前記永久磁石は、回転可能な軸に取り付けられており、
前記軸の前記永久磁石と異なる位置に配置された軸受を備え、
前記軸受の外周面は、前記コイル装着部材から離間して配置された軸受保持部材の内周面に当接していることを特徴とする請求項１乃至請求項１１の何れか一項に記載の回転電機。
【請求項１３】
前記永久磁石は、回転可能な軸に取り付けられており、
前記軸の前記永久磁石と異なる位置に配置された軸受を備え、
前記軸受の外周面は、前記コイル装着部材の内周面、または前記コイル装着部材の内周側に配置された軸受保持部材の内周面に当接していることを特徴とする請求項１乃至請求項１１の何れか一項に記載の回転電機。
【請求項１４】
前記永久磁石は、回転可能な軸に取り付けられており、
前記軸の前記永久磁石と異なる位置に配置された２つの軸受を備え、
一方の前記軸受の外周面は、前記コイル装着部材の内周面、またはコイル装着部材の内周側に配置された軸受保持部材の内周面に当接しているとともに、他方の前記軸受の外周面は、前記コイル装着部材から離間して配置されている軸受保持部材の内周面に当接していることを特徴とする請求項１乃至請求項１１の何れか一項に記載の回転電機。
【請求項１５】
前記軸受は、前記軸の端部に配置されていることを特徴とする請求項１２乃至請求項１４の何れか一項に記載の回転電機。
【請求項１６】
請求項１２乃至請求項１５の何れか一項に記載の回転電機と、
前記軸の前記永久磁石及び前記軸受と異なる位置に配置されたタービン羽根と、
前記円筒型コイルと電気的に接続された発光部品と、
前記タービン羽根を回転させる流体を供給する給気管と、
を備えることを特徴とする歯科用又は医療用のハンドピース。
【請求項１】
外周に複数の磁極を周方向に配列してなる永久磁石と、
前記永久磁石とエアーギャップを介して対向した位置に円筒胴部を有するコイル装着部材と、
所定方向に巻回されたコイルを前記所定方向に倒した平板状コイルであり、前記平板状コイルが円環状となるように前記円筒胴部の外周部に固定された円筒型コイルと、
前記円筒型コイルの外周部と対向した位置に備えられた磁性材料からなるヨークと、
前記ヨークを内周側に備える外装部材と、
を備え、
前記円筒型コイルは、前記コイル装着部材と外装部材とを備えた密閉空間に配置されていることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記密閉空間は、少なくとも前記円筒型コイルを覆う範囲に樹脂が充填されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記円筒型コイルは、多角形状の巻枠に巻回した巻線を巻枠の巻方向に倒して平板状にした後、前記コイル装着部材の前記円筒胴部の外周部に巻き付けて円筒型に成形されたものであり、かつ永久磁石の長手方向に沿う直線導体部を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記コイル装着部材は、円筒軸上の端部の径方向の厚さが、前記円筒胴部の径方向の厚さより厚いことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の回転電機。
【請求項５】
前記コイル装着部材は、前記円筒胴部の円筒軸上の端部に前記円筒胴部の外径よりも大径の外径大径部を備えていることを特徴とする請求項４に記載の回転電機。
【請求項６】
前記ヨークは、前記ヨークの半径方向長さが前記円筒胴部の半径方向長さよりも長く設定されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の回転電機。
【請求項７】
前記円筒型コイルの内周側に前記円筒胴部が配置されるとともに、前記円筒型コイルの外周側に前記ヨークが配置され、前記円筒型コイルが前記円筒胴部及び前記ヨークにより挟持されていることを特徴とする請求項６に記載の回転電機。
【請求項８】
前記コイル装着部材は、樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の回転電機。
【請求項９】
前記コイル装着部材は、曲げ弾性率が５０００ＭＰａ以上の樹脂で形成されていることを特徴とする請求項８に記載の回転電機。
【請求項１０】
前記外装部材は、樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項９の何れか一項に記載の回転電機。
【請求項１１】
前記外装部材は、曲げ弾性率が５０００ＭＰａ以上の樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の回転電機。
【請求項１２】
前記永久磁石は、回転可能な軸に取り付けられており、
前記軸の前記永久磁石と異なる位置に配置された軸受を備え、
前記軸受の外周面は、前記コイル装着部材から離間して配置された軸受保持部材の内周面に当接していることを特徴とする請求項１乃至請求項１１の何れか一項に記載の回転電機。
【請求項１３】
前記永久磁石は、回転可能な軸に取り付けられており、
前記軸の前記永久磁石と異なる位置に配置された軸受を備え、
前記軸受の外周面は、前記コイル装着部材の内周面、または前記コイル装着部材の内周側に配置された軸受保持部材の内周面に当接していることを特徴とする請求項１乃至請求項１１の何れか一項に記載の回転電機。
【請求項１４】
前記永久磁石は、回転可能な軸に取り付けられており、
前記軸の前記永久磁石と異なる位置に配置された２つの軸受を備え、
一方の前記軸受の外周面は、前記コイル装着部材の内周面、またはコイル装着部材の内周側に配置された軸受保持部材の内周面に当接しているとともに、他方の前記軸受の外周面は、前記コイル装着部材から離間して配置されている軸受保持部材の内周面に当接していることを特徴とする請求項１乃至請求項１１の何れか一項に記載の回転電機。
【請求項１５】
前記軸受は、前記軸の端部に配置されていることを特徴とする請求項１２乃至請求項１４の何れか一項に記載の回転電機。
【請求項１６】
請求項１２乃至請求項１５の何れか一項に記載の回転電機と、
前記軸の前記永久磁石及び前記軸受と異なる位置に配置されたタービン羽根と、
前記円筒型コイルと電気的に接続された発光部品と、
前記タービン羽根を回転させる流体を供給する給気管と、
を備えることを特徴とする歯科用又は医療用のハンドピース。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−１０１５７７（Ｐ２０１１−１０１５７７Ａ）
【公開日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１６５９２９（Ｐ２０１０−１６５９２９）
【出願日】平成２２年７月２３日（２０１０．７．２３）
【出願人】（０００００２３２５）セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月２３日（２０１０．７．２３）
【出願人】（０００００２３２５）セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【Ｆターム（参考）】
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