JPH03183353A - 可変空隙型モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は電気式モータに関し、特に、低速大トルクを発
生させるモータに関する。

従来の技術 従来のモータはステータとロータ間の空隙を一定とした
固定空隙型モータであり、空隙のパーミアンスの変化に
よって生じる接線力を利用している。

即ち、空隙のパーミアンスをＰ、空隙の断面積をＬ−Ｘ
（Ｌ：空隙のモータ軸方向の長さ、ｘ：空隙のロータ回
転方向の長さ）、空隙長をｇ、真空の透磁率をμとする
と、空隙のパーミアンスＰは次の第（］）式のように表
わされる。

Ｐ−μ・Ｌ−ｘ／ｇ　　　　　・・・（１）普通の固定
空隙型モータはｄＰ／ｄｘ（空隙断面積の変化）によっ
て生じる接線力を利用しているが、効率のよい力の発生
を行うためには、空隙ｇと、変位△Ｘ（空隙断面積の変
化）の比を数十のオーダにしなければならない。

発明が解決しようとする課題 空隙断面積の変化、即ち、変位ΔＸによって力を発生さ
せるよりも、空隙ｇを変化させた方が、空隙ｇと変位Δ
Ｘの比が数十のオーダであれば、数十例の力を発生させ
ることができる。

そこで、本発明の目的は、空隙ｇを変化させて生しるｄ
　Ｐ／ｄ　ｇの可変空隙力を利用した大トルクを発生さ
せる可変空隙型モータを提供することある。

課題を解決するための手段 内周面に所定ピッチの歯が設けられた円筒状のサーキュ
ラスプラインと、該サーキュラスプラインの内側に設置
され外周面に上記所定ピッチと同一ピッチで、上記サー
キュラスプラインの歯数よりも少ない数の歯が設けられ
た円筒状の可撓性フレックススプラインと、該フレック
ススプラインの内側に配設され円周方向には回転不能に
固定された円筒状の可撓性プラスチック磁石と、該プラ
スチック磁石の内側に配設され巻線が巻かれた突極を外
周に複数有するステータとを備え、上記可撓性プラスチ
ック磁石は、上記各突極に対応して、異なる磁極が交互
に配設され、ステータの直径方向の２つの突極の巻線に
電流を流して励磁し上記プラスチック磁石及びフレック
ススプラインを外側に変位せしめ、さらには、上記２つ
の突極と直交する２つの突極を励磁してプラスチック磁
石及びフレックススプラインを内側に変位せしめ、フレ
ックススプラインとサーキュラスプラインの歯を噛み合
わせ、突極の励磁を順次回転移動させることによりフレ
ックススプラインを回転させることによって、大トルク
を発生させるようにした。

作　　　用 ステータの直径方向の２つの突極を励磁してプラスチッ
ク磁石を反発させ外側に変位させる。さらには上記直径
方向の２つの突極と直交する２つの突極を励磁してプラ
スチック磁石を吸収し内側に変位させる。その結果、プ
ラスチック磁石の外側に配置されたフレックススプライ
ンはプラスチック磁石の変位と共に変化し、プラスチッ
ク磁石の外側への変位部でフレックススプラインの歯と
サーキュラスプラインの歯が噛み合う。モして突極の励
磁を順次回転させることによって、フレックススプライ
ンの歯とサーキュラスプラインの歯が噛み合う位置を順
次回転させる。フレックススプラインの歯数はサーキュ
ラスプラインの歯数より少ないので、突極の励磁が１回
転したとき、フレックススプラインはその歯数差だけ移
動し回転することとなる。このフレックススプラインを
出力軸として、その回転を取出せば、大トルクのモータ
を得ることができる。

実施例 本発明は、ハーモニック減速機構の原理を応用したモー
タである。そこで、まず、ハーモニック減速機構の動作
原理を説明する。

第４図はハーモニック減速機構の原理を説明するための
基本的な構造を示す図である。内歯歯車１００内には該
内歯歯車１００の歯のピッチと同一ピッチの歯が設けら
れたフレックスリング１０１が設けられており、該フレ
ックスリング１０１の内側には楕円環の駆動軸（ウェー
ブジェネレータ）１０２が配設されている。そして、フ
レックスリング１０１の歯数は内歯歯車１００の歯数よ
り少ない数となっている。例えば、内歯歯車１００の歯
車をｒｉｏＯＪとするとフレックスリング１０１の歯数
を「９８」としている。フレックスリング１０１は可撓
性があり、該フレックスリング１０■の内側に内接する
駆動軸１０２の楕円環長袖部で、フレックスリング１０
１の歯は内歯歯車１００と噛み合っている。そこで、楕
円環の駆動軸１０２を回転させると、フレックスリング
ｌＯ１と内歯歯車１００の噛み合い部は移動回転する。

フレックスリング１０１の歯数は内歯歯車１−００の歯
数より少なく、かつ、両者の歯のピッチは同一であるの
で、駆動軸１０２の楕円環が１回転すると、フレックス
リング１０１は歯数の差だけ移動し、回転することとな
る。前の例では２（＝１００−９８）ピッチだけ回転す
ることとなる。このようにして、入力軸である駆動軸１
０２の回転を減速させて出力軸のフレックスリング１、
０１から取出すようになっている。

本発明は、上述したハーモニック減速機構において、駆
動軸１０２を永久磁石とステータに置き換えることによ
ってモータを構成するものである。

第■図は、本発明の一実施例の可変空隙型モータの断面
図で、符号１はハーモニック減速機構の内歯歯車１００
と対応する円筒状のサーキュラスプラインで内側にスプ
ライン歯が所定ピッチで設けられている（なお図中には
歯の記載を省略している）。

符号２はハーモニック減速機構のフレックスリング１０
１に対応する円筒状のフレックススプラインで、外周に
上記サーキュラスプラインの歯と噛み合うスプライン歯
（図中、歯の記載を省力している）を有し、可撓性材料
で形成されいる。又、このフレックススプラインの歯数
はサーキュラスプラインの歯数より少なく、かつ、歯の
ピッチはサーキュラスプラインの歯のピッチと同一に形
成されている。符号３は上記フレックススプライン２に
内接する円筒状のプラスチック磁石で、該プラスチック
磁石３の内側には、ステータ４が固定されている。

ステータ４は、本実施例においては、Ｕ相、■相の２相
駆動の８極構造であり、各突極には該突極を励磁する巻
線が巻かれている（なお第１図中にはこの巻線の記載を
省略している）。

上記、プラスチック磁石３はステータ４の各突極に合わ
せて、その磁極が交互に異なるように配置され、プラス
チック磁石であることから可撓性を有している。又、サ
ーキュラスプラインｌにはフレックススプライン２の変
形量を検出するための位置センサ５ａ、５ｂが９０度の
位相を持たせて取付けられている。

サーキュラスプライン１．ステータ４は固定されており
、プラスチック磁石は回転できないように固定されてい
る。

そこで、Ｕ相の巻線に電流を流しＵ相の突極Ｕ’　　Ｕ
　　を励磁すると、その励磁方向によって、第２図（Ａ
）、　　（Ｂ）に示すようにプラスチック磁石３．フレ
ックススプライン２は２種類の変位を生じる。

即ち、直径方向に配置させた２つのＵ相の突極Ｕ’　　
Ｌｌ’がＮ極に磁化され、該２つの突極と直交する方向
のＵ相の突極Ｕ−，Ｕ−をＳ極に磁化するように巻線に
電流を流すと第２図（Ａ）に示すように、突極Ｕ’、Ｕ
’はプラスチック磁石３を反発させ、該プラスチック磁
石３及びこのプラスチック磁石に外接するフレックスス
プライン２を外側に変位させ、又突極Ｕ−，Ｕ−はプラ
スチック磁石３を吸収し、プラスチック磁石３．フレッ
クススプライン２を内側に変位させる。その結果、プラ
スチック磁石３及びフレックススプライン２は楕円状と
なり、外側に変位した突極Ｕ”Ｕ゛の部位で、フレック
ススプライン２の歯とサーキュラスプライン１の歯が噛
み合うこととなる。

又、Ｕ相を逆方向に励磁すると、第２図（Ｂ）に示すよ
うにプラスチック磁石３及びフレックススプライン２は
Ｕ相の突極Ｕ−，Ｕ−の部位で外側に変化し、フレック
ススプライン２の歯とサーキュラスプライン１の歯が噛
み合うこととなる。

一方、■相を励磁すると、その励磁方向によって第３図
（Ａ）、　　（Ｂ）に示すように、直径方向上の２つの
Ｖ相突極でプラスチック磁石３．フレックススプライン
２を外側に変位させ、該２つの突極と直交する方向の２
つのＶ相突極でプラスチック磁石３．フレックススプラ
イン２を内側に変位させると、フレックススプライン２
は外側に変位した部分で、フレックススプライン２の歯
とサーキュラスプライン１の歯が噛み合うこととなる。

なお、第２図（Ａ）、　　（Ｂ）、第３図（Ａ）。

（Ｂ）においては励磁する突極の巻線のみ図示し、又、
矢印６は磁束の方向を示している。

そこで、Ｕ相を励磁して第２図（Ａ）の状態にし、次に
Ｖ相を励磁して第３図（Ａ）の状態にすれば、フレック
ススプライン２の歯とサーキュラスプライン■の歯の噛
み合う位置は第２図（Ａ）で示す位置から第３図（Ａ）
に示す位置に変わる。

なお、第２図（Ａ）の状態から第３図（Ａ）の状態に変
えてフレックススプライン２の歯とサーキュラスプライ
ン１の歯の噛み合う位置を変える際、Ｕ相、■相の励磁
電流の値を変えて、Ｕ相、■相同時に励磁すれば、フレ
ックススプライン２の歯とサーキュラスプライン１−の
歯の噛み合う位置は第２図（Ａ）から第３図（Ａ）へ連
続的に移動する。

以下、同様に第３図（Ａ）の状態から、第２図（Ｂ）に
示す状態にＵ相を励磁し、次に第３図（Ｂ）の状態に■
相を励磁し、次に第２図（Ａ）の状態にＵ相を励磁する
。以下、■相、Ｕ相を順励磁方向を変えながら励磁し、
第２図（Ａ）。

第３図（Ａ）、第２図（Ｂ）、第２図（Ａ）と励磁状態
を変えていけば、フレックススプライン２とサーキュラ
スプライン】の歯の噛み合う位置は、時計方向に順次移
動することとなる。そして、噛み合う位置が１回転した
状態ではサーキュラスプライン１の歯数とフレックスス
プライン２の歯数の差だけフレックススプライン２は回
転することとなる。例えば、サーキュラスプライン１の
歯数がｒｌ　００Ｊ　、フレックススプライン２の歯数
が「９８」とすると、２　（１００−９８）ピッチだけ
のフレックススプライン２は回転することとなる。

又、逆方向に回転させるには、第２図（Ａ）の状態から
第３図（Ｂ）、第２図（Ｂ）、第３図（Ａ）、第２図（
Ａ）と順次励磁状態を変化させればよい。

そして、フレックススプライン２を出力軸としてその回
転を取出せば、大トルクのモータが得られる。

そこで、サーキュラスプライン１内に取付けられた位置
センサによってフレックススプライン２の変形量を検出
して、フレックススプライン２の状態を検出し、該モー
タを制御するプロセッサ等により、回転方向９発生トル
ク等の指令に応じて次のフレックススプラインの変形状
態を計算し各相の巻線に電流を流し励磁制御を行えば、
フレックススプライン２を任意の方向に回転駆動制御す
ることができる。

発明の効果 本発明は、ステータとロータ（フレックススプライン）
間の空隙を可変として、空隙の変化によって生じるパー
ミアンスの変化を力として取出すようにしたので、従来
のモータと比べ、数十倍のトルクを発生させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図（Ａ）、　
　（Ｂ）は同実施例におけるＵ相励磁状態を示す図、第
３図（Ａ）、　　（Ｂ）は同実施例におけるＶ相励磁状
態を示す図、第４図はハーモニック減速機構の原理を説
明するための基本的な構造を示す図である。 １・・・サーキュラスプライン、２・・・フレックスス
プライン、３・・・プラスチック磁石、４・・・ステー
タ、５ａ、５ｂ・・・位置センサ。 第 ４ 呪 第 図 第 ０（８１ 第 ３ 吃（Ａ） 第 図（Ｂ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）内周面に所定ピッチの歯が設けられた円筒状のサ
   ーキュラスプラインと、該サーキュラスプラインの内側
   に配置され外周面に上記所定ピッチと同一ピッチで、上
   記サーキュラスプラインの歯数よりも少ない数の歯が設
   けられた円筒状の可撓性フレックススプラインと、該フ
   レックススプラインの内側に配置され円周方向には回転
   不能に固定された円筒状の可撓性プラスチック磁石と、
   該プラスチック磁石の内側に配設され巻線が巻かれた突
   極を外周に複数有するステータとを備え、上記可撓性プ
   ラスチック磁石は、上記各突極に対応して異なる磁極が
   交互に配置され、ステータの少なくとも直径方向の２つ
   の突極の巻線に電流を流して励磁し上記プラスチック磁
   石及びフレックススプラインを外側に変位せしめてフレ
   ックススプラインとサーキュラスプラインの歯を噛み合
   わせ、上記２つの突極の励磁を順次回転移動させること
   によりフレックススプラインを回転させることを特徴と
   する可変空隙型モータ。
2. （２）直径方向の２つの突極を励磁してプラスチック磁
   石及びフレックススプラインを外側に変位せしめると共
   に、上記２つの突極と直交する２つの突極を励磁してプ
   ラスチック磁石及びフレックススプラインを内側に変位
   せしめることを特徴とする請求項１記載の可変空隙型モ
   ータ。