減速機付き電動機
【課題】減速機と駆動源とを構成する磁回路の一部を共用することによって少ない部品点数で構成し、しかも小型化を可能にした減速機付き電動機を提供する。
【解決手段】カップ状のステータ１の底面に電機子２が配置される。また、電機子２との間に磁力を作用させる永久磁石３１を備えた高速ロータ３がステータ１に軸支される。電機子２の電機子巻線２２への通電タイミングを制御することにより、高速ロータ３を回転させることができる。一方、ステータ１の周壁内側面には複数極の磁極片１１が設けられ、高速ロータ３とは別に軸支された低速ロータ４に磁極片１１とは異なる個数の磁極歯４１が設けられる。高速ロータ３が回転すると、磁極片１１と磁極歯４１との間に作用する磁力によって低速ロータ４にトルクが生じて低速ロータ４が低速で回転する。
【解決手段】カップ状のステータ１の底面に電機子２が配置される。また、電機子２との間に磁力を作用させる永久磁石３１を備えた高速ロータ３がステータ１に軸支される。電機子２の電機子巻線２２への通電タイミングを制御することにより、高速ロータ３を回転させることができる。一方、ステータ１の周壁内側面には複数極の磁極片１１が設けられ、高速ロータ３とは別に軸支された低速ロータ４に磁極片１１とは異なる個数の磁極歯４１が設けられる。高速ロータ３が回転すると、磁極片１１と磁極歯４１との間に作用する磁力によって低速ロータ４にトルクが生じて低速ロータ４が低速で回転する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型でかつ出力トルクが大きい減速機付き電動機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、小型の電動機は出力トルクが小さく、高速で回転するものであるから、サムターンを備える錠を開閉するための駆動力のように高トルクかつ低速回転が必要である用途に電動機の駆動力を用いる場合には、電動機の出力を減速する減速機が必要になる（たとえば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特公平６−３９０２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この種の減速機は、薄型であることが要求されるから、電動機の出力軸の回転方向に対して回転方向を交差させる必要があり、減速機には傘歯車やウォーム歯車が含まれ、これらの歯車がコスト高の一つの要因になっている。また、減速比を大きくするには、複数個の歯車が必要であり、部品点数が多くなって組立に手間がかかったり、減速機が大型化するという問題を生じる。
【０００４】
電動機の出力軸と同じ向きの回転軸を備えるとともに、電動機と同程度の直径を持つ比較的小型の減速機としては、遊星歯車装置や波動減速装置が知られているが、構成する部品点数が多いという問題を有している。
【０００５】
さらに、歯車を噛み合わせる機構を用いずに、磁力を利用して回転力を伝達する磁気構造により、波動減速装置と同様の原理で減速機を実現することも考えられている。この減速機は、図６、図７に示すように、電動機の出力軸に結合される高速ロータ３′と、高速ロータ４′の外周を囲む低速ロータ４′と、高速ロータ３′と低速ロータ４′との間に介在する磁性体からなるステータ１′とを備える。
【０００６】
高速ロータ３′と低速ロータ４′との少なくとも一方は永久磁石（図示例は両方とも）３２、４２を備え、永久磁石３２、４２は電動機の出力軸の軸方向（アキシャル方向）に着磁されている（図６の矢印は着磁方向を示している）。低速ロータ４′とステータ１′とは外形が円筒形に形成されているが、高速ロータ３′は電動機の回転軸に直交する断面が長円形に形成されている。また、低速ロータ４′の内側面であってステータ１′と向き合う面には低速ロータ４′の回転方向に配列された磁極歯４１′が列設され、ステータ１′には低速ロータ４′の磁極歯４１′よりも少ない本数の磁極片１１′が低速ロータ４′の回転方向に列設されている。
【０００７】
したがって、ステータ１′の各磁極片１１′と低速ロータ４′の各磁極歯４１′とが低速ロータ４′の回転方向において重なる程度（以下、「重複度」という）は、低速ロータ４′の回転位置に応じて異なることになる。たとえば、図７に示す例では、低速ロータ４′の上部と下部とにおいて重複度が大きく、低速ロータ４′の左部と右部とにおいて重複度が小さくなっている。ステータ１′の磁極片１１′は高速ロータ３′の磁極として機能し、高速ロータ３′がステータ１′の内側で一方向に回転することにより、ステータ１′は回転磁界を発生させることになる。
【０００８】
ここに、重複度の大きい部位は高速ロータ３′と低速ロータ４′とを含む磁気回路の磁気抵抗が最小となる安定位置になるから高速ロータ３′にトルクが発生しないが、磁極歯４１′と磁極片１１′との一部同士が重複している部位は磁束が集中して磁束密度が大きくなるから、重複度を大きくする向きの磁力が生じ、この磁力によるトルクを発生させることができる（図７のドットとクロスは高速ロータ３′と低速ロータ４′との磁化の向きを示し、矢印は磁束を示している）。すなわち、低速ロータ４′は磁極歯４１′と磁極片１１′との重複度を大きくする向きに移動しようとしてトルクが生じる。
【０００９】
図７に示す構成例では、高速ロータ３′が反時計方向に回転すると低速ロータ４′には時計方向の回転力が生じる。この構成の減速機では、低速ロータ４′の磁極歯４１′の歯数に対する高速ロータ３′のステータ１′への接触箇所の個数の比が減速比になる。たとえば、図７に示す例では高速ロータ３′のステータ１′への接触箇所が２箇所で、低速ロータ４′の磁極歯４１′の歯数が２０であるから、減速比は１０分の１になる。また、ステータ１′の磁極片１１′の個数は、磁極歯４１′の歯数と接触箇所との和または差に設定される。
【００１０】
この構成により、波動減速装置と同様に、比較的小型ながらも高い減速比で大きな減速比を得ることができ、しかも高速ロータ３′と低速ロータ４′との回転中心は同軸上に配置されるものであって、歯車を用いる減速機に比較すると高い減速比を得ながらも部品点数を少なくすることができる点で優れている。しかしながら、この構成では駆動源となる電動機が減速機とは別体であるから、依然として十分な小型化は望めないという問題を有している。
【００１１】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、減速機と駆動源とを構成する磁回路の一部を共用することによって少ない部品点数で構成し、しかも小型化を可能にした減速機付き電動機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１の発明は、電機子巻線を備える複数極の電機子と、電機子との間に磁力を作用させる複数極の永久磁石を備え電機子巻線への通電タイミングが制御されることにより回転する高速ロータと、電機子が定位置に固定され高速ロータの回転方向において複数個の磁極片が一定の角度間隔で列設された磁性体のステータと、高速ロータと同軸の回転中心を有し高速ロータとは別に回転するロータであって磁極片とは異なる一定の角度間隔で配置された複数個の磁極歯を備える低速ロータとを有し、磁極歯と磁極片とは、各磁極歯の外側端を結ぶ仮想円環と各磁極片の先端を結ぶ仮想円環とが対向するように配置されることにより電機子と永久磁石との間の磁路を形成し、高速ロータの回転が減速されて低速ロータから出力されることを特徴とする。
【００１３】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記低速ロータに設けた前記磁極歯は、低速ロータの回転方向に沿った断面の断面積について、前記磁極片に対向する外端部が低速ロータの回転中心側よりも大きくなる形状に形成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項３の発明では、請求項２の発明において、前記磁極歯は、前記磁極片に対向する外端部における前記低速ロータのアキシャル方向の寸法が回転中心側のアキシャル方向の寸法よりも大きいことを特徴とする。
【００１５】
請求項４の発明では、請求項３の発明において、前記磁極歯は、前記低速ロータのアキシャル方向の寸法が回転中心側から外端部に向かって連続的に大きくなることを特徴とする。
【００１６】
請求項５の発明では、請求項２の発明において、前記磁極歯は、前記磁極片に対向する外端部における前記低速ロータの回転方向の寸法が回転中心側の回転方向の寸法よりも大きいことを特徴とする。
【００１７】
請求項６の発明では、請求項５の発明において、前記磁極歯は、前記低速ロータの回転方向の寸法が回転中心側から外端部に向かって連続的に大きくなることを特徴とする。
【００１８】
請求項７の発明では、請求項１〜６のいずれかの発明において、前記電機子と前記永久磁石とが前記高速ロータのアキシャル方向に配列されることを特徴とする。
【００１９】
請求項８の発明では、請求項１〜６のいずれかの発明において、前記電機子と前記永久磁石とが前記高速ロータのアキシャル方向に直交する面内であって回転方向に直交する方向に配列されることを特徴とする。
【００２０】
請求項９の発明では、請求項８の発明において、前記磁極歯は、前記低速ロータのアキシャル方向に延長され前記永久磁石に対向する第１磁極歯と、第１磁極歯の一端部から低速ロータの外向きに延長され前記ステータに設けた前記磁極片との間に磁力が作用する第２磁極歯とを一体に備える形状に形成されていることを特徴とする。
【００２１】
請求項１０の発明では、請求項１〜９の発明において、前記低速ロータは、回転方向において隣り合う各一対の前記磁極歯の間に非磁性材料からなる保持部材を介在させていることを特徴とする。
【００２２】
請求項１１の発明では、請求項１０の発明において、前記保持部材は導電性材料からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１の発明の構成によれば、電機子と高速ロータとにより構成され回転駆動力を発生させる構成（すなわち、電動機）と、高速ロータと低速ロータとステータとにより構成され回転を減速させる構成（すなわち、減速機）とが高速ロータを共用するとともに、電機子およびステータが共通の磁路に用いられているから、電動機と減速機との部品の一部を共用することになり、部品点数が低減され、かつ小型化が可能になる。また、低速ロータの外端部においてトルクを発生させるから比較的小型ながらも高出力トルクを得ることが可能である。
【００２４】
請求項２の発明の構成によれば、低速ロータに設けた磁極歯とステータに設けた磁極片との対向面積を大きくとることが可能になり、低速ロータを回転させるトルクを発生させる部位において大きい磁力を作用させることが可能になり、結果的に高出力トルクを得ることが可能になる。
【００２５】
請求項３の発明の構成によれば、磁極歯のアキシャル方向の寸法を大きくすることによって磁極片との対向面積を大きくすることを可能にしているから、低速ロータの周方向において磁極歯間の距離を小さくことなく高出力トルクを得ることが可能になる。
【００２６】
請求項４の発明の構成によれば、永久磁石と磁極片との間に形成される磁路の磁気抵抗を小さくすることができるから、磁極片と磁極歯との間のギャップにおける磁束密度を増加させて高出力トルクを得ることが可能になる。
【００２７】
請求項５の発明の構成によれば、低速ロータの回転方向における磁極歯の寸法を大きくすることによって磁極片との対向面積を大きくすることを可能にしているから、アキシャル方向の寸法の大型化を伴わずに高出力トルクを得ることが可能になる。すなわち、アキシャル方向における薄型化が可能になる。
【００２８】
請求項６の発明の構成によれば、永久磁石と磁極片との間に形成される磁路の磁気抵抗を小さくすることができるから、磁極片と磁極歯との間のギャップにおける磁束密度を増加させて高出力トルクを得ることが可能になる。
【００２９】
請求項７の発明の構成によれば、高速ロータと低速ロータとを円板状に形成することが可能であるから、構造が簡単であり製造が容易になる。
【００３０】
請求項８の発明の構成によれば、限られた回転半径でアキシャル方向の寸法を大きくとることによって、電機子と高速ロータとの対向面積を増加させることができるから、小径で高出力トルクを実現することが可能になる。
【００３１】
請求項９の発明の構成によれば、永久磁石との間で磁力を作用させる第１磁極歯と、ステータの磁極片との間で磁力を作用させる第２磁極片とを磁極歯に設けていることにより、磁極歯と永久磁石との間の磁束の伝達を内周側で行い、磁極歯と磁極片との間の磁束の伝達を外端側で行うことにより、形状に制約されることなく磁束を効率よく伝達することが可能になる。
【００３２】
請求項１０の発明の構成によれば、磁極歯の間に非磁性材料の保持部材を介在させているから磁極歯の位置決めを正確に行うことができる。ことを特徴と
請求項１１の発明の構成によれば、低速ロータの周方向に隣り合う磁極歯の間の磁気短絡を抑止するから、高効率な磁気回路を形成でき、小型で高出力トルクを得ることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
（実施形態１）
本実施形態は、図１、図２に示すように、磁性体からなるカップ状（一方の底面が開放された有底円筒状）のステータ１を備え、ステータ１がケーシングに兼用されている。ステータ１において開放された前記一方の底面は合成樹脂のような非磁性材料のキャップ１２により閉塞され、ステータ１とキャップ１２とに囲まれた空間に、後述する電機子２と高速ロータ３と低速ロータ４とが収納される。以下では、図２の上下方向を用いてステータ１の口軸方向を上下方向として説明するが、この方向は実使用時の方向を規定するものではない。また、高速ロータ３および低速ロータ４はステータ１の口軸方向に直交する面に沿って回転する。つまり、図２の上下方向が高速ロータ３および低速ロータ４のアキシャル方向になる。
【００３４】
ステータ１の周壁内側面にはステータ１の周方向において等角度間隔で複数個（図示例では２２個）の磁極片１１が突設される。各磁極片１１は、上下方向（ステータ１の口軸方向）においてステータ１の底面から一定距離Ｄの位置に設けられ、上下方向の幅寸法が互いに等しく形成されるとともに、ステータ１の周方向における幅寸法が互いに等しく形成されている。
【００３５】
ステータ１の底面には、複数極（図示例では３極）の電機子２が周方向において等角度間隔で配置される。すなわち、図示例ではステータ１の底面（円形）の中心の周りに１２０度の角度間隔で電機子２が配置されている。
【００３６】
各電機子２は、平面視においてステータ１の底面の中心を中心とした扇面形状を有する磁極部２１ａと、一端部が磁極部２１ａに磁気結合された軸部２１ｂとを一体に備えるコア２１を有し、コア２１の軸部２１ｂに電機子巻線２２を巻回して形成されている。磁極部２１ａはステータ１の底面の中心の周りで約６０度の角度幅を有している。ただし、磁極部２１ａの角度幅は適宜に設定することができる。また、扇面形状は、扇の扇面の形状を意味する。軸部２１ｂの他端部はステータ１の底面に一体化され、電機子２とステータ１とが磁気結合されている。コア２１は、磁極部２１ａと軸部２１ｂとを別体に形成してもよいが、フェライトのような磁性体を用いて連続一体に形成することも可能である。
【００３７】
ステータ１の底面には軸受１３を介して回転軸１４が軸支されており、回転軸１４には円板状に形成された高速ロータ３の中心部が結合される。したがって、高速ロータ３は回転軸１４とともにステータ１に対して回転可能に保持される。高速ロータ３は、電機子２の極数とは異なる極数（図示例では２極）の永久磁石３１を備えており、永久磁石３１は上下方向（つまり、アキシャル方向）に着磁されている。高速ロータ３は、個別の永久磁石３１を合成樹脂のような非磁性材料の保持部材によって保持するか、円板状の磁性体に部分的に着磁を施すことによって形成する。
【００３８】
高速ロータ３の回転中心の周りにおいて永久磁石３１の磁極の角度幅は、電機子２の磁極部２１ａの角度幅と略等しく設定される。したがって、上述した電機子２に対応する永久磁石３１の磁極の角度幅は約６０度になる。ただし、永久磁石３１と磁極部２１ａとの角度幅を略等しく設定することは必須ではなく、磁極部２１ａと永久磁石３１との一部が重複するように磁極部２１ａと永久磁石３１との角度幅を設定してあればよい。
【００３９】
各電機子２における磁極部２１ａの上面を含む平面と、高速ロータ３の永久磁石３１の下面を含む平面とは互いに平行であって、微小ギャップを挟んで互いに対向する。したがって、電機子２の磁極部２１ａを適当なタイミングで励磁すると、高速ロータ３の永久磁石３１との間の磁力によって高速ロータ３をステータ１に対して回転させることができる。
【００４０】
電機子巻線２２に通電するタイミングは、同期モータあるいはブラシレスモータと同様に規定すればよい。つまり、脱調しない周波数で各電機子巻線２２に異なる位相で通電することにより回転磁界を形成すれば、高速ロータ３を回転させることができる。また、高速ロータ３の永久磁石３１の位置をホールＩＣのような磁気センサで検出するか、電機子巻線２２への励磁電流の監視により検出し、永久磁石３１の位置に応じて電機子巻線２２に通電するタイミングを制御すれば、ブラシレスモータと同様に高速ロータ３を回転させることができる。
【００４１】
なお、ブラシレスモータと同様の動作とする場合には、高速ロータ３の回転速度が規定した速度に達するまでは同期モータとして駆動し、その後、永久磁石３１の位置を検出してフィードバック制御するようにしてもよい。ただし、電気錠などの駆動に用いる場合には同期モータと同様の動作を行えばよく、この動作を行えば、磁気センサが不要である上に駆動回路も簡単になる。
【００４２】
ところで、キャップ１２にはステータ１とは別に軸受１５が設けられ、この軸受１５によりキャップ１２に出力軸１６が軸支されている。出力軸１６は回転軸１４と同軸上に配置されている。つまり、高速ロータ３と低速ロータ４との回転中心は同一軸線上に並ぶことになる。出力軸１６には低速ロータ４が結合され、低速ロータ４がキャップ１２（つまり、ステータ１）に対して回転可能に保持されている。低速ロータ４は出力軸１６の周りに等角度間隔で複数個（図示例では２４個）の磁極歯４１を備える。各磁極歯４１はそれぞれ棒状に形成されており、各磁極歯１４の下面を含む平面は、高速ロータ３における永久磁石３１の上面を含む平面と平行であって、微小ギャップを挟んで互いに対向する。磁極歯４１の個数についてとくに制限はないが、通常は磁極片１１の個数よりも少なくする。なお、棒状とは長手方向の断面形状が矩形状であることを意味している。
【００４３】
低速ロータ４は、個別の磁極歯４１を合成樹脂のような非磁性材料の保持部材によって保持するか、円板状の磁性体の厚み方向の一面に磁極歯４１となる複数本の突条を設けることにより形成する。後者の形状の低速ロータ４では、円板の厚み方向の一面に、磁極歯４１となる突条が放射状に並ぶ形に形成される。ここに、非磁性材料の保持部材として、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇのような導電性材料を用いると、隣り合う磁極歯４１の間の磁束の短絡を抑止する効果を高めることができる。
【００４４】
各磁極歯４１において出力軸１６から遠い一端（外側端）の端面はステータ１の周壁内側面に対向する。すなわち、各磁極歯４１の外側端を結ぶ仮想円環は、ステータ１に設けた磁極片１１の先端を結ぶ仮想円環よりも小径であって、両仮想円環は微小ギャップを挟んで互いに対向する。
【００４５】
ここに、磁極片１１と磁極歯４１とは極数が異なっているから、磁極片１１と磁極歯４１とは低速ロータ４の回転方向において重なる程度（以下、「重複度」という）が低速ロータ４の回転位置に応じて異なることになる。言い換えると、磁極片１１と磁極歯４１との間の磁気抵抗は、低速ロータ４の回転位置により異なっている。
【００４６】
電機子２と永久磁石３１とを起磁力として生成される磁束が通る磁路について考察すると、電機子２の磁極部２１ａに高速ロータ３の永久磁石３１が重複し、かつ当該永久磁石３１に重複する磁極歯４１といずれかの磁極片１１との重複度が大きい位置（図１の右端の位置）において、磁気抵抗が最小になることがわかる。
【００４７】
また、永久磁石３１は複数個の磁極歯４１に跨っており、電機子２の磁極部２１ａと永久磁石３１との位置関係が同位置であっても、磁極片１１と磁極歯４１とは場所によって重複度が異なっており、一部のみが重複している重複度の小さい部位では磁束密度が大きくなり、重複度を大きくする向きに磁力が作用する。つまり、低速ロータ４をステータ１に対して相対的に回転させるように磁力が作用する。
【００４８】
電機子２の磁極部２１ａに高速ロータ３の永久磁石３１が重複していない部位では、磁極片１１と磁極歯４１との重複度にかかわらず磁束密度が小さいから（磁路に含まれる起磁力が小さいから）、低速ロータ４を回転させる磁力は作用しない。
【００４９】
したがって、電機子２の磁極部２１ａが配置されている位置において、高速ロータ３の永久磁石が通過するときに、磁極片１１と磁極歯４１との重複度が適切な関係であるときに、ステータ１に対して低速ロータ４を回転させる磁力が作用し、結果的に高速ロータ３の回転を減速した回転出力を出力軸１６から取り出すことができる。高速ロータ３と低速ロータ４との減速の原理は波動減速装置と同様であり、減速比Ｎは、高速ロータ３の永久磁石３１の極数Ｎｈと低速ロータ４の磁極歯４１の個数Ｎｌとを用いて、Ｎ＝Ｎｌ／Ｎｈで表すことができる。
【００５０】
上述の例では、低速ロータ４の磁極歯４１を棒状に形成した例を示したが、図３に示すように、磁極歯４１の形状を変更することにより、磁極歯４１の磁気抵抗を低減したり磁極歯４１と磁極片１１との間を通る磁束を増加させることができ、磁極歯４１と磁極片１１との間に作用する磁力を高めて高トルク化ないし高減速比化が可能になる。図３（ａ）に示す例は、磁極歯４１を出力軸１６と各磁極歯４１とを含む面内でＬ字状に形成したものであり、磁極片１１と対向する部位の面積を大きくしたものである。また、図３（ｂ）に示す例は、各磁極歯４１について、低速ロータ４の回転中心から外側に向かって上下方向の幅をしだいに大きくして台形状（ないし扇面状）としたものであり、永久磁石３１から磁極片１１までの磁路に関与する部位の体積を大きくすることにより、図３（ａ）の形状よりもさらに磁気抵抗を低減したものである。
【００５１】
図３（ｃ）（ｄ）は低速ロータ４の回転方向において磁極片１１の寸法を拡大したものであり、図３（ａ）（ｂ）の構成例では磁極片１１の上下方向の幅寸法が低速ロータ４の回転方向の幅寸法よりも大きいのに対して、図３（ｃ）（ｄ）の構成例では磁極片１１の上下方向の幅寸法を低速ロータ４の回転方向の幅寸法よりも小さくしている。また、磁極片１１のこの配置に伴って、磁極歯４１も低速ロータ４の回転方向において中心部よりも外端部の寸法が大きくなるように、Ｌ字状または台形状に形成してある。
【００５２】
図３に示す各形状はいずれも図１、図２に示した形状に比較して磁極片１１と永久磁石３１との間に形成される磁路の磁気抵抗を小さくすることができるから、磁極片１１と磁極歯４１との間に作用する磁力を大きくし、結果的に高出力トルクが得られることになる。
【００５３】
（実施形態２）
実施形態１では、ステータ１の底面に電機子２を配置する構成を採用していたのに対して、本実施形態では、図４に示すように、ステータ１の周壁内側面に電機子２を配置した例を示す。この構成では、電機子２の磁極部２１ａの形状が円筒の周壁の一部ないし円環の一部をなす形状に形成される。
【００５４】
また、高速ロータ３は円板状ではなくカップ状ないし有底円筒状に形成される。低速ロータ４の磁極歯４１は、高速ロータ３に対向する第１磁極歯４１ａと、ステータ１の磁極片１１に対向する第２磁極歯４１ｂとを一体に備える形状に形成される。第１磁極歯４１ａは、出力軸１６の軸方向に沿って延長され、第２磁極歯４１ｂは実施形態１において説明した磁極子４１と同様の形状を採用することができる。つまり、第１の磁極歯４１ａと第２の磁極歯４１ｂとの連結部位は互いに直交する方向に延長される。
【００５５】
本実施形態は、電機子２、高速ロータ３、低速ロータ４の配置と形状が実施形態１とは相違するが、動作原理は同じであり、電機子２の励磁タイミングについても同様である。
【００５６】
また、実施形態１と同様に、磁極片１１および磁極歯４１の形状を図５（ａ）〜（ｄ）に示す形状に変形することで、永久磁石３１と磁極片１１との間に形成される磁路の磁気抵抗を低減することができる。具体的には、第２磁極歯４１ｂの形状を図３に示した形状と同様としてあり、この構成により高出力トルクを得ることが可能になる。なお、図５（ａ）〜（ｄ）は図３（ａ）〜（ｄ）に対応する形状を示している。
【００５７】
さらに、第１磁極歯４１ａと第２磁極歯４１ｂとの連結部位において互いに直交させず、図５（ｄ）に示すように、第１磁極歯４１ａと第２磁極歯４１ｂとを一直線上に形成することも可能である。この場合、第２磁極歯４１ｂと磁極片１１との間のギャップが大きくなる可能性があるから、ステータ１の周壁内側面からの磁極片１１の突出寸法の設計により、磁極片１１と第２磁極歯４１ｂとの間のギャップを適当な寸法に設定するのが望ましい。
【００５８】
なお、上記構成例では、磁極片１１の内側に磁極歯４１を配置しているが、磁極片１１をステータ１の周壁外側面に設け、カップ状ないしリング状の低速ロータ４に磁極歯４１を設けた形状とすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】実施形態１を示し、（ａ）は水平断面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図２】同上の分解斜視図である。
【図３】同上に用いる磁極片および磁極歯の他形状を示す斜視図である。
【図４】実施形態２を示す縦断面図である。
【図５】同上に用いる磁極片および磁極歯の他形状を示す斜視図である。
【図６】波動減速装置を示す一部破断した斜視図である。
【図７】波動減速装置の原理説明図である。
【符号の説明】
【００６０】
１ ステータ
２ 電機子
３ 高速ロータ
４ 低速ロータ
１１ 磁極片
２１ コア
２１ａ 磁極部
２１ｂ 軸部
２２ 電機子巻線
３１ 永久磁石
４１ 磁極歯
４１ａ 第１磁極歯
４１ｂ 第２磁極歯
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型でかつ出力トルクが大きい減速機付き電動機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、小型の電動機は出力トルクが小さく、高速で回転するものであるから、サムターンを備える錠を開閉するための駆動力のように高トルクかつ低速回転が必要である用途に電動機の駆動力を用いる場合には、電動機の出力を減速する減速機が必要になる（たとえば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特公平６−３９０２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この種の減速機は、薄型であることが要求されるから、電動機の出力軸の回転方向に対して回転方向を交差させる必要があり、減速機には傘歯車やウォーム歯車が含まれ、これらの歯車がコスト高の一つの要因になっている。また、減速比を大きくするには、複数個の歯車が必要であり、部品点数が多くなって組立に手間がかかったり、減速機が大型化するという問題を生じる。
【０００４】
電動機の出力軸と同じ向きの回転軸を備えるとともに、電動機と同程度の直径を持つ比較的小型の減速機としては、遊星歯車装置や波動減速装置が知られているが、構成する部品点数が多いという問題を有している。
【０００５】
さらに、歯車を噛み合わせる機構を用いずに、磁力を利用して回転力を伝達する磁気構造により、波動減速装置と同様の原理で減速機を実現することも考えられている。この減速機は、図６、図７に示すように、電動機の出力軸に結合される高速ロータ３′と、高速ロータ４′の外周を囲む低速ロータ４′と、高速ロータ３′と低速ロータ４′との間に介在する磁性体からなるステータ１′とを備える。
【０００６】
高速ロータ３′と低速ロータ４′との少なくとも一方は永久磁石（図示例は両方とも）３２、４２を備え、永久磁石３２、４２は電動機の出力軸の軸方向（アキシャル方向）に着磁されている（図６の矢印は着磁方向を示している）。低速ロータ４′とステータ１′とは外形が円筒形に形成されているが、高速ロータ３′は電動機の回転軸に直交する断面が長円形に形成されている。また、低速ロータ４′の内側面であってステータ１′と向き合う面には低速ロータ４′の回転方向に配列された磁極歯４１′が列設され、ステータ１′には低速ロータ４′の磁極歯４１′よりも少ない本数の磁極片１１′が低速ロータ４′の回転方向に列設されている。
【０００７】
したがって、ステータ１′の各磁極片１１′と低速ロータ４′の各磁極歯４１′とが低速ロータ４′の回転方向において重なる程度（以下、「重複度」という）は、低速ロータ４′の回転位置に応じて異なることになる。たとえば、図７に示す例では、低速ロータ４′の上部と下部とにおいて重複度が大きく、低速ロータ４′の左部と右部とにおいて重複度が小さくなっている。ステータ１′の磁極片１１′は高速ロータ３′の磁極として機能し、高速ロータ３′がステータ１′の内側で一方向に回転することにより、ステータ１′は回転磁界を発生させることになる。
【０００８】
ここに、重複度の大きい部位は高速ロータ３′と低速ロータ４′とを含む磁気回路の磁気抵抗が最小となる安定位置になるから高速ロータ３′にトルクが発生しないが、磁極歯４１′と磁極片１１′との一部同士が重複している部位は磁束が集中して磁束密度が大きくなるから、重複度を大きくする向きの磁力が生じ、この磁力によるトルクを発生させることができる（図７のドットとクロスは高速ロータ３′と低速ロータ４′との磁化の向きを示し、矢印は磁束を示している）。すなわち、低速ロータ４′は磁極歯４１′と磁極片１１′との重複度を大きくする向きに移動しようとしてトルクが生じる。
【０００９】
図７に示す構成例では、高速ロータ３′が反時計方向に回転すると低速ロータ４′には時計方向の回転力が生じる。この構成の減速機では、低速ロータ４′の磁極歯４１′の歯数に対する高速ロータ３′のステータ１′への接触箇所の個数の比が減速比になる。たとえば、図７に示す例では高速ロータ３′のステータ１′への接触箇所が２箇所で、低速ロータ４′の磁極歯４１′の歯数が２０であるから、減速比は１０分の１になる。また、ステータ１′の磁極片１１′の個数は、磁極歯４１′の歯数と接触箇所との和または差に設定される。
【００１０】
この構成により、波動減速装置と同様に、比較的小型ながらも高い減速比で大きな減速比を得ることができ、しかも高速ロータ３′と低速ロータ４′との回転中心は同軸上に配置されるものであって、歯車を用いる減速機に比較すると高い減速比を得ながらも部品点数を少なくすることができる点で優れている。しかしながら、この構成では駆動源となる電動機が減速機とは別体であるから、依然として十分な小型化は望めないという問題を有している。
【００１１】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、減速機と駆動源とを構成する磁回路の一部を共用することによって少ない部品点数で構成し、しかも小型化を可能にした減速機付き電動機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１の発明は、電機子巻線を備える複数極の電機子と、電機子との間に磁力を作用させる複数極の永久磁石を備え電機子巻線への通電タイミングが制御されることにより回転する高速ロータと、電機子が定位置に固定され高速ロータの回転方向において複数個の磁極片が一定の角度間隔で列設された磁性体のステータと、高速ロータと同軸の回転中心を有し高速ロータとは別に回転するロータであって磁極片とは異なる一定の角度間隔で配置された複数個の磁極歯を備える低速ロータとを有し、磁極歯と磁極片とは、各磁極歯の外側端を結ぶ仮想円環と各磁極片の先端を結ぶ仮想円環とが対向するように配置されることにより電機子と永久磁石との間の磁路を形成し、高速ロータの回転が減速されて低速ロータから出力されることを特徴とする。
【００１３】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記低速ロータに設けた前記磁極歯は、低速ロータの回転方向に沿った断面の断面積について、前記磁極片に対向する外端部が低速ロータの回転中心側よりも大きくなる形状に形成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項３の発明では、請求項２の発明において、前記磁極歯は、前記磁極片に対向する外端部における前記低速ロータのアキシャル方向の寸法が回転中心側のアキシャル方向の寸法よりも大きいことを特徴とする。
【００１５】
請求項４の発明では、請求項３の発明において、前記磁極歯は、前記低速ロータのアキシャル方向の寸法が回転中心側から外端部に向かって連続的に大きくなることを特徴とする。
【００１６】
請求項５の発明では、請求項２の発明において、前記磁極歯は、前記磁極片に対向する外端部における前記低速ロータの回転方向の寸法が回転中心側の回転方向の寸法よりも大きいことを特徴とする。
【００１７】
請求項６の発明では、請求項５の発明において、前記磁極歯は、前記低速ロータの回転方向の寸法が回転中心側から外端部に向かって連続的に大きくなることを特徴とする。
【００１８】
請求項７の発明では、請求項１〜６のいずれかの発明において、前記電機子と前記永久磁石とが前記高速ロータのアキシャル方向に配列されることを特徴とする。
【００１９】
請求項８の発明では、請求項１〜６のいずれかの発明において、前記電機子と前記永久磁石とが前記高速ロータのアキシャル方向に直交する面内であって回転方向に直交する方向に配列されることを特徴とする。
【００２０】
請求項９の発明では、請求項８の発明において、前記磁極歯は、前記低速ロータのアキシャル方向に延長され前記永久磁石に対向する第１磁極歯と、第１磁極歯の一端部から低速ロータの外向きに延長され前記ステータに設けた前記磁極片との間に磁力が作用する第２磁極歯とを一体に備える形状に形成されていることを特徴とする。
【００２１】
請求項１０の発明では、請求項１〜９の発明において、前記低速ロータは、回転方向において隣り合う各一対の前記磁極歯の間に非磁性材料からなる保持部材を介在させていることを特徴とする。
【００２２】
請求項１１の発明では、請求項１０の発明において、前記保持部材は導電性材料からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１の発明の構成によれば、電機子と高速ロータとにより構成され回転駆動力を発生させる構成（すなわち、電動機）と、高速ロータと低速ロータとステータとにより構成され回転を減速させる構成（すなわち、減速機）とが高速ロータを共用するとともに、電機子およびステータが共通の磁路に用いられているから、電動機と減速機との部品の一部を共用することになり、部品点数が低減され、かつ小型化が可能になる。また、低速ロータの外端部においてトルクを発生させるから比較的小型ながらも高出力トルクを得ることが可能である。
【００２４】
請求項２の発明の構成によれば、低速ロータに設けた磁極歯とステータに設けた磁極片との対向面積を大きくとることが可能になり、低速ロータを回転させるトルクを発生させる部位において大きい磁力を作用させることが可能になり、結果的に高出力トルクを得ることが可能になる。
【００２５】
請求項３の発明の構成によれば、磁極歯のアキシャル方向の寸法を大きくすることによって磁極片との対向面積を大きくすることを可能にしているから、低速ロータの周方向において磁極歯間の距離を小さくことなく高出力トルクを得ることが可能になる。
【００２６】
請求項４の発明の構成によれば、永久磁石と磁極片との間に形成される磁路の磁気抵抗を小さくすることができるから、磁極片と磁極歯との間のギャップにおける磁束密度を増加させて高出力トルクを得ることが可能になる。
【００２７】
請求項５の発明の構成によれば、低速ロータの回転方向における磁極歯の寸法を大きくすることによって磁極片との対向面積を大きくすることを可能にしているから、アキシャル方向の寸法の大型化を伴わずに高出力トルクを得ることが可能になる。すなわち、アキシャル方向における薄型化が可能になる。
【００２８】
請求項６の発明の構成によれば、永久磁石と磁極片との間に形成される磁路の磁気抵抗を小さくすることができるから、磁極片と磁極歯との間のギャップにおける磁束密度を増加させて高出力トルクを得ることが可能になる。
【００２９】
請求項７の発明の構成によれば、高速ロータと低速ロータとを円板状に形成することが可能であるから、構造が簡単であり製造が容易になる。
【００３０】
請求項８の発明の構成によれば、限られた回転半径でアキシャル方向の寸法を大きくとることによって、電機子と高速ロータとの対向面積を増加させることができるから、小径で高出力トルクを実現することが可能になる。
【００３１】
請求項９の発明の構成によれば、永久磁石との間で磁力を作用させる第１磁極歯と、ステータの磁極片との間で磁力を作用させる第２磁極片とを磁極歯に設けていることにより、磁極歯と永久磁石との間の磁束の伝達を内周側で行い、磁極歯と磁極片との間の磁束の伝達を外端側で行うことにより、形状に制約されることなく磁束を効率よく伝達することが可能になる。
【００３２】
請求項１０の発明の構成によれば、磁極歯の間に非磁性材料の保持部材を介在させているから磁極歯の位置決めを正確に行うことができる。ことを特徴と
請求項１１の発明の構成によれば、低速ロータの周方向に隣り合う磁極歯の間の磁気短絡を抑止するから、高効率な磁気回路を形成でき、小型で高出力トルクを得ることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
（実施形態１）
本実施形態は、図１、図２に示すように、磁性体からなるカップ状（一方の底面が開放された有底円筒状）のステータ１を備え、ステータ１がケーシングに兼用されている。ステータ１において開放された前記一方の底面は合成樹脂のような非磁性材料のキャップ１２により閉塞され、ステータ１とキャップ１２とに囲まれた空間に、後述する電機子２と高速ロータ３と低速ロータ４とが収納される。以下では、図２の上下方向を用いてステータ１の口軸方向を上下方向として説明するが、この方向は実使用時の方向を規定するものではない。また、高速ロータ３および低速ロータ４はステータ１の口軸方向に直交する面に沿って回転する。つまり、図２の上下方向が高速ロータ３および低速ロータ４のアキシャル方向になる。
【００３４】
ステータ１の周壁内側面にはステータ１の周方向において等角度間隔で複数個（図示例では２２個）の磁極片１１が突設される。各磁極片１１は、上下方向（ステータ１の口軸方向）においてステータ１の底面から一定距離Ｄの位置に設けられ、上下方向の幅寸法が互いに等しく形成されるとともに、ステータ１の周方向における幅寸法が互いに等しく形成されている。
【００３５】
ステータ１の底面には、複数極（図示例では３極）の電機子２が周方向において等角度間隔で配置される。すなわち、図示例ではステータ１の底面（円形）の中心の周りに１２０度の角度間隔で電機子２が配置されている。
【００３６】
各電機子２は、平面視においてステータ１の底面の中心を中心とした扇面形状を有する磁極部２１ａと、一端部が磁極部２１ａに磁気結合された軸部２１ｂとを一体に備えるコア２１を有し、コア２１の軸部２１ｂに電機子巻線２２を巻回して形成されている。磁極部２１ａはステータ１の底面の中心の周りで約６０度の角度幅を有している。ただし、磁極部２１ａの角度幅は適宜に設定することができる。また、扇面形状は、扇の扇面の形状を意味する。軸部２１ｂの他端部はステータ１の底面に一体化され、電機子２とステータ１とが磁気結合されている。コア２１は、磁極部２１ａと軸部２１ｂとを別体に形成してもよいが、フェライトのような磁性体を用いて連続一体に形成することも可能である。
【００３７】
ステータ１の底面には軸受１３を介して回転軸１４が軸支されており、回転軸１４には円板状に形成された高速ロータ３の中心部が結合される。したがって、高速ロータ３は回転軸１４とともにステータ１に対して回転可能に保持される。高速ロータ３は、電機子２の極数とは異なる極数（図示例では２極）の永久磁石３１を備えており、永久磁石３１は上下方向（つまり、アキシャル方向）に着磁されている。高速ロータ３は、個別の永久磁石３１を合成樹脂のような非磁性材料の保持部材によって保持するか、円板状の磁性体に部分的に着磁を施すことによって形成する。
【００３８】
高速ロータ３の回転中心の周りにおいて永久磁石３１の磁極の角度幅は、電機子２の磁極部２１ａの角度幅と略等しく設定される。したがって、上述した電機子２に対応する永久磁石３１の磁極の角度幅は約６０度になる。ただし、永久磁石３１と磁極部２１ａとの角度幅を略等しく設定することは必須ではなく、磁極部２１ａと永久磁石３１との一部が重複するように磁極部２１ａと永久磁石３１との角度幅を設定してあればよい。
【００３９】
各電機子２における磁極部２１ａの上面を含む平面と、高速ロータ３の永久磁石３１の下面を含む平面とは互いに平行であって、微小ギャップを挟んで互いに対向する。したがって、電機子２の磁極部２１ａを適当なタイミングで励磁すると、高速ロータ３の永久磁石３１との間の磁力によって高速ロータ３をステータ１に対して回転させることができる。
【００４０】
電機子巻線２２に通電するタイミングは、同期モータあるいはブラシレスモータと同様に規定すればよい。つまり、脱調しない周波数で各電機子巻線２２に異なる位相で通電することにより回転磁界を形成すれば、高速ロータ３を回転させることができる。また、高速ロータ３の永久磁石３１の位置をホールＩＣのような磁気センサで検出するか、電機子巻線２２への励磁電流の監視により検出し、永久磁石３１の位置に応じて電機子巻線２２に通電するタイミングを制御すれば、ブラシレスモータと同様に高速ロータ３を回転させることができる。
【００４１】
なお、ブラシレスモータと同様の動作とする場合には、高速ロータ３の回転速度が規定した速度に達するまでは同期モータとして駆動し、その後、永久磁石３１の位置を検出してフィードバック制御するようにしてもよい。ただし、電気錠などの駆動に用いる場合には同期モータと同様の動作を行えばよく、この動作を行えば、磁気センサが不要である上に駆動回路も簡単になる。
【００４２】
ところで、キャップ１２にはステータ１とは別に軸受１５が設けられ、この軸受１５によりキャップ１２に出力軸１６が軸支されている。出力軸１６は回転軸１４と同軸上に配置されている。つまり、高速ロータ３と低速ロータ４との回転中心は同一軸線上に並ぶことになる。出力軸１６には低速ロータ４が結合され、低速ロータ４がキャップ１２（つまり、ステータ１）に対して回転可能に保持されている。低速ロータ４は出力軸１６の周りに等角度間隔で複数個（図示例では２４個）の磁極歯４１を備える。各磁極歯４１はそれぞれ棒状に形成されており、各磁極歯１４の下面を含む平面は、高速ロータ３における永久磁石３１の上面を含む平面と平行であって、微小ギャップを挟んで互いに対向する。磁極歯４１の個数についてとくに制限はないが、通常は磁極片１１の個数よりも少なくする。なお、棒状とは長手方向の断面形状が矩形状であることを意味している。
【００４３】
低速ロータ４は、個別の磁極歯４１を合成樹脂のような非磁性材料の保持部材によって保持するか、円板状の磁性体の厚み方向の一面に磁極歯４１となる複数本の突条を設けることにより形成する。後者の形状の低速ロータ４では、円板の厚み方向の一面に、磁極歯４１となる突条が放射状に並ぶ形に形成される。ここに、非磁性材料の保持部材として、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇのような導電性材料を用いると、隣り合う磁極歯４１の間の磁束の短絡を抑止する効果を高めることができる。
【００４４】
各磁極歯４１において出力軸１６から遠い一端（外側端）の端面はステータ１の周壁内側面に対向する。すなわち、各磁極歯４１の外側端を結ぶ仮想円環は、ステータ１に設けた磁極片１１の先端を結ぶ仮想円環よりも小径であって、両仮想円環は微小ギャップを挟んで互いに対向する。
【００４５】
ここに、磁極片１１と磁極歯４１とは極数が異なっているから、磁極片１１と磁極歯４１とは低速ロータ４の回転方向において重なる程度（以下、「重複度」という）が低速ロータ４の回転位置に応じて異なることになる。言い換えると、磁極片１１と磁極歯４１との間の磁気抵抗は、低速ロータ４の回転位置により異なっている。
【００４６】
電機子２と永久磁石３１とを起磁力として生成される磁束が通る磁路について考察すると、電機子２の磁極部２１ａに高速ロータ３の永久磁石３１が重複し、かつ当該永久磁石３１に重複する磁極歯４１といずれかの磁極片１１との重複度が大きい位置（図１の右端の位置）において、磁気抵抗が最小になることがわかる。
【００４７】
また、永久磁石３１は複数個の磁極歯４１に跨っており、電機子２の磁極部２１ａと永久磁石３１との位置関係が同位置であっても、磁極片１１と磁極歯４１とは場所によって重複度が異なっており、一部のみが重複している重複度の小さい部位では磁束密度が大きくなり、重複度を大きくする向きに磁力が作用する。つまり、低速ロータ４をステータ１に対して相対的に回転させるように磁力が作用する。
【００４８】
電機子２の磁極部２１ａに高速ロータ３の永久磁石３１が重複していない部位では、磁極片１１と磁極歯４１との重複度にかかわらず磁束密度が小さいから（磁路に含まれる起磁力が小さいから）、低速ロータ４を回転させる磁力は作用しない。
【００４９】
したがって、電機子２の磁極部２１ａが配置されている位置において、高速ロータ３の永久磁石が通過するときに、磁極片１１と磁極歯４１との重複度が適切な関係であるときに、ステータ１に対して低速ロータ４を回転させる磁力が作用し、結果的に高速ロータ３の回転を減速した回転出力を出力軸１６から取り出すことができる。高速ロータ３と低速ロータ４との減速の原理は波動減速装置と同様であり、減速比Ｎは、高速ロータ３の永久磁石３１の極数Ｎｈと低速ロータ４の磁極歯４１の個数Ｎｌとを用いて、Ｎ＝Ｎｌ／Ｎｈで表すことができる。
【００５０】
上述の例では、低速ロータ４の磁極歯４１を棒状に形成した例を示したが、図３に示すように、磁極歯４１の形状を変更することにより、磁極歯４１の磁気抵抗を低減したり磁極歯４１と磁極片１１との間を通る磁束を増加させることができ、磁極歯４１と磁極片１１との間に作用する磁力を高めて高トルク化ないし高減速比化が可能になる。図３（ａ）に示す例は、磁極歯４１を出力軸１６と各磁極歯４１とを含む面内でＬ字状に形成したものであり、磁極片１１と対向する部位の面積を大きくしたものである。また、図３（ｂ）に示す例は、各磁極歯４１について、低速ロータ４の回転中心から外側に向かって上下方向の幅をしだいに大きくして台形状（ないし扇面状）としたものであり、永久磁石３１から磁極片１１までの磁路に関与する部位の体積を大きくすることにより、図３（ａ）の形状よりもさらに磁気抵抗を低減したものである。
【００５１】
図３（ｃ）（ｄ）は低速ロータ４の回転方向において磁極片１１の寸法を拡大したものであり、図３（ａ）（ｂ）の構成例では磁極片１１の上下方向の幅寸法が低速ロータ４の回転方向の幅寸法よりも大きいのに対して、図３（ｃ）（ｄ）の構成例では磁極片１１の上下方向の幅寸法を低速ロータ４の回転方向の幅寸法よりも小さくしている。また、磁極片１１のこの配置に伴って、磁極歯４１も低速ロータ４の回転方向において中心部よりも外端部の寸法が大きくなるように、Ｌ字状または台形状に形成してある。
【００５２】
図３に示す各形状はいずれも図１、図２に示した形状に比較して磁極片１１と永久磁石３１との間に形成される磁路の磁気抵抗を小さくすることができるから、磁極片１１と磁極歯４１との間に作用する磁力を大きくし、結果的に高出力トルクが得られることになる。
【００５３】
（実施形態２）
実施形態１では、ステータ１の底面に電機子２を配置する構成を採用していたのに対して、本実施形態では、図４に示すように、ステータ１の周壁内側面に電機子２を配置した例を示す。この構成では、電機子２の磁極部２１ａの形状が円筒の周壁の一部ないし円環の一部をなす形状に形成される。
【００５４】
また、高速ロータ３は円板状ではなくカップ状ないし有底円筒状に形成される。低速ロータ４の磁極歯４１は、高速ロータ３に対向する第１磁極歯４１ａと、ステータ１の磁極片１１に対向する第２磁極歯４１ｂとを一体に備える形状に形成される。第１磁極歯４１ａは、出力軸１６の軸方向に沿って延長され、第２磁極歯４１ｂは実施形態１において説明した磁極子４１と同様の形状を採用することができる。つまり、第１の磁極歯４１ａと第２の磁極歯４１ｂとの連結部位は互いに直交する方向に延長される。
【００５５】
本実施形態は、電機子２、高速ロータ３、低速ロータ４の配置と形状が実施形態１とは相違するが、動作原理は同じであり、電機子２の励磁タイミングについても同様である。
【００５６】
また、実施形態１と同様に、磁極片１１および磁極歯４１の形状を図５（ａ）〜（ｄ）に示す形状に変形することで、永久磁石３１と磁極片１１との間に形成される磁路の磁気抵抗を低減することができる。具体的には、第２磁極歯４１ｂの形状を図３に示した形状と同様としてあり、この構成により高出力トルクを得ることが可能になる。なお、図５（ａ）〜（ｄ）は図３（ａ）〜（ｄ）に対応する形状を示している。
【００５７】
さらに、第１磁極歯４１ａと第２磁極歯４１ｂとの連結部位において互いに直交させず、図５（ｄ）に示すように、第１磁極歯４１ａと第２磁極歯４１ｂとを一直線上に形成することも可能である。この場合、第２磁極歯４１ｂと磁極片１１との間のギャップが大きくなる可能性があるから、ステータ１の周壁内側面からの磁極片１１の突出寸法の設計により、磁極片１１と第２磁極歯４１ｂとの間のギャップを適当な寸法に設定するのが望ましい。
【００５８】
なお、上記構成例では、磁極片１１の内側に磁極歯４１を配置しているが、磁極片１１をステータ１の周壁外側面に設け、カップ状ないしリング状の低速ロータ４に磁極歯４１を設けた形状とすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】実施形態１を示し、（ａ）は水平断面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図２】同上の分解斜視図である。
【図３】同上に用いる磁極片および磁極歯の他形状を示す斜視図である。
【図４】実施形態２を示す縦断面図である。
【図５】同上に用いる磁極片および磁極歯の他形状を示す斜視図である。
【図６】波動減速装置を示す一部破断した斜視図である。
【図７】波動減速装置の原理説明図である。
【符号の説明】
【００６０】
１ ステータ
２ 電機子
３ 高速ロータ
４ 低速ロータ
１１ 磁極片
２１ コア
２１ａ 磁極部
２１ｂ 軸部
２２ 電機子巻線
３１ 永久磁石
４１ 磁極歯
４１ａ 第１磁極歯
４１ｂ 第２磁極歯
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電機子巻線を備える複数極の電機子と、電機子との間に磁力を作用させる複数極の永久磁石を備え電機子巻線への通電タイミングが制御されることにより回転する高速ロータと、電機子が定位置に固定され高速ロータの回転方向において複数個の磁極片が一定の角度間隔で列設された磁性体のステータと、高速ロータと同軸の回転中心を有し高速ロータとは別に回転するロータであって磁極片とは異なる一定の角度間隔で配置された複数個の磁極歯を備える低速ロータとを有し、磁極歯と磁極片とは、各磁極歯の外側端を結ぶ仮想円環と各磁極片の先端を結ぶ仮想円環とが対向するように配置されることにより電機子と永久磁石との間の磁路を形成し、高速ロータの回転が減速されて低速ロータから出力されることを特徴とする減速機付き電動機。
【請求項２】
前記低速ロータに設けた前記磁極歯は、低速ロータの回転方向に沿った断面の断面積について、前記磁極片に対向する外端部が低速ロータの回転中心側よりも大きくなる形状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の減速機付き電動機。
【請求項３】
前記磁極歯は、前記磁極片に対向する外端部における前記低速ロータのアキシャル方向の寸法が回転中心側のアキシャル方向の寸法よりも大きいことを特徴とする請求項２記載の減速機付き電動機。
【請求項４】
前記磁極歯は、前記低速ロータのアキシャル方向の寸法が回転中心側から外端部に向かって連続的に大きくなることを特徴とする請求項３記載の減速機付き電動機。
【請求項５】
前記磁極歯は、前記磁極片に対向する外端部における前記低速ロータの回転方向の寸法が回転中心側の回転方向の寸法よりも大きいことを特徴とする請求項２記載の減速機付き電動機。
【請求項６】
前記磁極歯は、前記低速ロータの回転方向の寸法が回転中心側から外端部に向かって連続的に大きくなることを特徴とする請求項５記載の減速機付き電動機。
【請求項７】
前記電機子と前記永久磁石とが前記高速ロータのアキシャル方向に配列されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の減速機付き電動機。
【請求項８】
前記電機子と前記永久磁石とが前記高速ロータのアキシャル方向に直交する面内であって回転方向に直交する方向に配列されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の減速機付き電動機。
【請求項９】
前記磁極歯は、前記低速ロータのアキシャル方向に延長され前記永久磁石に対向する第１磁極歯と、第１磁極歯の一端部から低速ロータの外向きに延長され前記ステータに設けた前記磁極片との間に磁力が作用する第２磁極歯とを一体に備える形状に形成されていることを特徴とする請求項８記載の減速機付き電動機。
【請求項１０】
前記低速ロータは、回転方向において隣り合う各一対の前記磁極歯の間に非磁性材料からなる保持部材を介在させていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の減速機付き電動機。
【請求項１１】
前記保持部材は導電性材料からなることを特徴とする請求項１０記載の減速機付き電動機。
【請求項１】
電機子巻線を備える複数極の電機子と、電機子との間に磁力を作用させる複数極の永久磁石を備え電機子巻線への通電タイミングが制御されることにより回転する高速ロータと、電機子が定位置に固定され高速ロータの回転方向において複数個の磁極片が一定の角度間隔で列設された磁性体のステータと、高速ロータと同軸の回転中心を有し高速ロータとは別に回転するロータであって磁極片とは異なる一定の角度間隔で配置された複数個の磁極歯を備える低速ロータとを有し、磁極歯と磁極片とは、各磁極歯の外側端を結ぶ仮想円環と各磁極片の先端を結ぶ仮想円環とが対向するように配置されることにより電機子と永久磁石との間の磁路を形成し、高速ロータの回転が減速されて低速ロータから出力されることを特徴とする減速機付き電動機。
【請求項２】
前記低速ロータに設けた前記磁極歯は、低速ロータの回転方向に沿った断面の断面積について、前記磁極片に対向する外端部が低速ロータの回転中心側よりも大きくなる形状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の減速機付き電動機。
【請求項３】
前記磁極歯は、前記磁極片に対向する外端部における前記低速ロータのアキシャル方向の寸法が回転中心側のアキシャル方向の寸法よりも大きいことを特徴とする請求項２記載の減速機付き電動機。
【請求項４】
前記磁極歯は、前記低速ロータのアキシャル方向の寸法が回転中心側から外端部に向かって連続的に大きくなることを特徴とする請求項３記載の減速機付き電動機。
【請求項５】
前記磁極歯は、前記磁極片に対向する外端部における前記低速ロータの回転方向の寸法が回転中心側の回転方向の寸法よりも大きいことを特徴とする請求項２記載の減速機付き電動機。
【請求項６】
前記磁極歯は、前記低速ロータの回転方向の寸法が回転中心側から外端部に向かって連続的に大きくなることを特徴とする請求項５記載の減速機付き電動機。
【請求項７】
前記電機子と前記永久磁石とが前記高速ロータのアキシャル方向に配列されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の減速機付き電動機。
【請求項８】
前記電機子と前記永久磁石とが前記高速ロータのアキシャル方向に直交する面内であって回転方向に直交する方向に配列されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の減速機付き電動機。
【請求項９】
前記磁極歯は、前記低速ロータのアキシャル方向に延長され前記永久磁石に対向する第１磁極歯と、第１磁極歯の一端部から低速ロータの外向きに延長され前記ステータに設けた前記磁極片との間に磁力が作用する第２磁極歯とを一体に備える形状に形成されていることを特徴とする請求項８記載の減速機付き電動機。
【請求項１０】
前記低速ロータは、回転方向において隣り合う各一対の前記磁極歯の間に非磁性材料からなる保持部材を介在させていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の減速機付き電動機。
【請求項１１】
前記保持部材は導電性材料からなることを特徴とする請求項１０記載の減速機付き電動機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−１５４６８９（Ｐ２０１０−１５４６８９Ａ）
【公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３３１３５５（Ｐ２００８−３３１３５５）
【出願日】平成２０年１２月２５日（２００８．１２．２５）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月２５日（２００８．１２．２５）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
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