JPH0412658A - 可変ギャップ偏心形モータ - 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 本発明は円形の界磁用固定子と円形の偏心可動子間のエ
アギャップ長が変化する可変ギャップ偏心形七−タに関
する。

従来の技術 一般のモータは円形回転子を軸受て支え、円形固定子と
の間にに均一なエアギャップを保っている。しかし、可
変ギャップ偏心形モータては円形の偏心可動子が円形の
界磁用固定子との間で偏心揺動回転運動するため、固定
子との間のエアギャップ長は変化する。

例えば、第６図に示すような可変ギャップ偏心形モータ
では円筒状ケース１０の内部に円筒状の偏心可動子１２
を収納し、その可動子１２の内部に円柱状の界磁用固定
子１４を設置して、その固定子１４の外周円即ち各磁極
片１６の輪郭線が形成する円とケース１０の内周円とを
同心円にする。

しかも、可動子１２の中心を固定子１４の中心に一致さ
せた際、可動子１２の内、外周円と固定子１４の外周円
とを同心円にする。そこで、各磁極鉄心１８の界磁コイ
ル２０に所定の励磁電流を流すと、各磁極片１６を適宜
Ｎ極或いはＳ極に磁化して、円状−に移動する磁界を発
生させることができる。このため、可動子１２は発生磁
界から吸引力を受け、磁化した磁極片１６に吸着される
。しかも、可動子１２に対する吸引力の作用位置は磁界
の移動に伴って円周に沿って移動し、挟着位置も同様に
移動する。そして、移動磁界が１回転すると、可動子１
２は固定子１０に対し、転勤接触して偏心揺動しながら
エアギャップ長を変え、可動子１２の内周長と固定子１
０の外周長の差だけ回転する。この可動子１２の回転力
は歯車結合方式等により外部に取り出す。

従って、両モータはトルクの発生原理が異なることにな
り、定ギヤツプモータが高速回転形であって、通常減速
機を組合せて使用するのに対し、可変ギャップ偏心形モ
ータは低速大トルク形であり、減速機を必要としない。

しかも、定ギヤツプモータを用いて数段の減速を行なう
と、当然機体も大型化し、高価となるので、可変ギャッ
プ偏心形モータの方が取付スペースに制限かあり低速大
トルクを必要とする分野、例えば工業用の簡易型ロボッ
トのアクチュエータとして、或いはカメラのズーム駆動
、自動車のワイパー駆動等に適すると言える。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、このような可変ギャップ偏心形モータは
可動子１２の内周面が固定子１４の外周面即ち各磁極片
１６と転勤接触するため、エアギャップの磁束密度は大
きくなってトルクも大となるが、接触面が摩耗して削れ
粉が発生する。この削れにより、更には削れ粉か他の箇
所に付着することによって吸引力が変化し、特性が劣化
する。

又、不必要な動きが発生し、接触面での騒音や振動が大
となる等の問題もある。因みに、可動子１２は固定子１
０との接触による摩擦力によって回転するので、両者を
離すと回転できなくなる。それ故、接触面にゴムを用い
て摩擦力を大きくしたものもある。

本発明はこのような従来の問題点に着目してなされたも
のであり、削れ粉による特性の劣化がなく、騒音や振動
の小さな低速大トルクの可変ギャップ偏心形モータを提
供することを目的とする。

課題を解決するための手段 上記目的を達成するための手段を、以下実施例に対応す
る第１図および第５図を用いて説明する。

この可変ギャップ偏心形モータは円状に移動磁界を発生
する円形の界磁用固定子２２と、その発生磁界から吸引
力を受け、円状に吸引力の作用位置が移動する円形の偏
心可動子３４とを備えるものである。そして、上記固定
子２２を円筒状に形成してその内面に界磁コイル２６を
嵌めた各磁極鉄心２４の磁極片３０を配設し、その固定
子２２の内部に、円筒状に形成してその内面に多数の歯
３２を設けた可動子３４を固定子２２と非接触状態に収
納し、その可動子３４の内部に、可動子３４の内歯３２
と噛み合う外ｍ３６と出力軸３８を有する出力用回転歯
車４０を設置する。

又は、上記固定子５８を円筒状に形成してその内面に界
磁コイル６８を嵌めた各磁極鉄心６４の磁極片６６を配
設し、その固定子５８の内部に、円筒状に形成してその
内面に多数の歯７０を設けた可動子６０を固定子５８と
非接触状態に収納し、その可動子６０の内部に、可動子
６０の内歯７０と噛み合う外歯７６を有する固定歯車７
８と、可動子６０の内歯７０と噛み合う外歯７２と出力
軸７４を有する出力用回転歯車６２とを設置する。

作用 上記のように構成し、界磁用固定子２２の内部に偏心可
動子３４を収納し、且つ可動子３４を固定子２２と非接
触状態にすると、可動子３４は磁界の移動に伴って転勤
しながら偏心揺動運動するが、固定子２２と非接触のた
め回転しない。当然、摩耗による削れ粉の発生もない。

しかし、可動子３４が転勤し、その各位置を固定子２２
と出力用回転歯車４０との間のギャップ長を直径にして
回転運動させながら偏心揺動運動すると、その内歯３２
は内部に設置された出力用回転歯車４０の外歯３６と常
に一部で噛み合い、その噛み合せ゛箇所を歯車４０の外
周に沿って順次移動できる。このため、出力用回転歯車
４０には偏心可動子３４の各転動力がそれ等の噛み合い
箇所を通じて順次伝わり、一定方向の回転力が発生する
。従って、出力軸３８を通じてその回転力を外部に取り
出すことができる。

又、偏心可動子６０の内部に、その可動子６０の内歯７
０と噛み合う外歯７６を有する固定歯車７８と、やはり
その可動子６０の内歯７０と噛み合う外歯７２と出力軸
７４を有する出力用回転歯車６２とを設置すると、可動
子６０は同様に磁界の移動に伴って転動しながら偏心揺
動運動するため、その内歯７０を内部に設置された固定
歯車７８の外歯７６と常に一部で噛み合せ、その噛み合
せ箇所を歯車７８の外周に沿って順次移動できる。

それ故、固定歯車７８には可動子６０の各転動力がそれ
等の噛み合せ箇所を通じて順次伝わる。しかし、歯車７
８は固定しであるため回転せずに、可動子６０が一定の
方向に回転する。この結果、可動子６０が転勤しながら
偏心揺動運動すると、その内歯７０は内部に設置された
出力用回転歯車６２の外歯７２と常に一部で噛み合い、
その噛み合せ箇所を歯車６２の外周に沿って順次移動す
るため、可動子６０の回転力が出力用回転歯車６２に伝
わり、それを一定方向に回転する。

実施例 以下、添付図面に基づいて、本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明を適用した可変ギャップ偏心形モータの
内部構造を示す正面図、第２図はそのＡＡ線断面図であ
る。図中、２２は円筒状の界磁用固定子、２４　（２４
θ１、・・・・・・２４θ６）はその円周に沿って等間
隔に配設した６個の磁極鉄心、２６　（２６ω１、・・
・・・・２６ω６）は各磁極鉄心２４にそれぞれ嵌まる
界磁コイル、２８はそれ等の磁極鉄心２４と界磁コイル
２６を支持する磁気枠である。なお、界磁用固定子２２
の内面は各磁極鉄心２４の磁極片３０により形成する。

この界磁用固定子２２の内部に、円筒状に形成してその
内面に多数の歯３２を設けた偏心可動子３４を各磁気片
３０と非接触状態に収納し、磁気回路を形成する。しか
も、磁界が作用して可動子３４の一部が固定子２２の磁
化した磁極片３０に吸引された時に、その磁気回路を形
成する磁極片３０と可動子３４の一部との間のエアギャ
ップを通る磁束密度を大きくするため、そのギャップ長
を最小にする。なお、可動子３４の外周面にグリースを
塗り、仮に接触してもその摩擦力を小さなものにする。

更に、可動子３４の内部に、その内歯３２と噛み合う外
歯３６と出力軸３８を有する出力用回転歯車４０を設置
し、その軸３８を２個の軸受４２．４４で支える。なあ
、可動子３４では位置規制用に正面の対称位置からピン
４６．４８を突出させ、それ等を円筒状の軸受５０．５
２で支え、前方又は後方への飛び出しを防止する。

第３図は上述した各界磁コイル２６の接続を示す図、第
４図はその６相２励磁方式による界磁モードを示す図で
ある。図中、５４　（５４Ｐ１　、・・・・・・５４Ｐ
６）は各界磁コイル２６　（２６ω１、・・・・・・２
６ω６）の一端子、５６はそれ等の他端子を全て結ぶニ
ュートラル線である。又、矢印方向は各界磁コイル２６
における電流の方向を示し、ψ（ψ１、・・・・・・ψ
６）は各界磁コイル２６に発生する磁束を示す。

このような可変ギャップ偏心形モータを起動する場合、
界磁モードの順番に従ってパルス電圧を２端子５４の間
に順に印加し、矢印方向に直流のパルス電流を流して、
２個ずつ界磁コイル２６を励磁する。先ず、界磁コイル
２６ω１．２６ω２の２端子５４Ｐ１．５４Ｐ２の間に
電圧を印加して矢印方向に電流を流すと、各コイル２６
ω１．２６ω２に発生する磁束ψ１とψ２は加わって、
各磁極鉄心２４θ１．２４θ２には磁束ψ１＋ψ２が通
る。その際、磁極鉄心２４θ１の磁極片３０はＮ極とな
り、磁気枠２８の側がＳ極になる。

又、磁極鉄心２４θ２では対応箇所が反対の極になる。

この磁束ψ１＋ψ２は可動子３４の一部と鎖交し、その
部分の単位面積当りにＦ＝（（ψ１＋ψ２）／Ａ）２／
２μ０の式で示される吸引力を作用する。但し、Ａは磁
極鉄心の断面積、μＯは真空の透磁率である。可動子３
４は両磁極鉄心２４θ１．２４θ２の方向に移動し、そ
の最下部が両磁極片３０の中間位置に最も接近する。こ
の結果、可動子３４の最上部にある内歯３２の一部が出
力用回転歯車４０の同様位置にある外歯３６の一部と良
く噛み合う。しかも、可動子３４の内歯３２と出力用回
転歯車４０の外歯３６との噛み合い箇所は最上部付近の
みであり、その他は全て外れている。

次に、界磁コイル２６ω２．２６ω３の２端子５４Ｐ２
．５４Ｐ３に、同様にパルス電圧を印ｈａして磁束ψ２
、ψ３を発生させると、可動子３４が吸引されて両磁極
鉄心２４θ２．２４θ３の方向に移動し、その左下部が
両磁極片３０の中間位置に最も接近する。そこで、可動
子３４の右上部にある内歯３２の一部が出力用回転歯車
４０の同様位置にある外歯３６の一部と良く噛み合うが
、その付近以外では全て外れる。次に、界磁コイル２６
ω３．２６ω４にパルス電圧を印加して磁束ψ３、ψ４
を発生させると、同様に可動子３４の右下部にある内歯
３２の一部が出力用回転歯車４０の外歯３６の一部と良
く噛み合う。更に、界磁コイル２６ω４と２６ω５．２
６ω５と２６ω６．２６ω６と２６ω１の順にパルス電
圧を印加し、移動する磁界を発生する。その後も、モー
タの停止まで円状に移動する磁界の発生を繰り返す。因
みに、］励励磁式にすると、切り換えの瞬間に可動子３
４に対する吸引力がなくなるため、２励磁方式にして常
に吸引力を作用させる。

このようにして、界磁用固定子２２で円状に移動する磁
界を発生すると、偏心可動子３４に対する吸引力の作用
位置も円状に移動するため、可動子３４は磁界の移動に
伴って転勤しながら偏心揺動運動する。しかし、可動子
３４は固定子２２と非接触状態のため回転しない。当然
摩耗による削れ粉の発生もない。このように可動子３４
が転勤し、その各位置を固定子２２と出力用回転歯車４
０との間のギャップ長を直径にして回転運動させながら
偏心揺動運動すると、その内ｍ３２は内部に設置された
出力用回転歯車４０の外歯３６と常に一部で噛み合い、
その噛み合せ箇所を歯車４０の外周に沿って順次移動で
きる。因みに、可動子３４から突出する各ピン４６．４
８を支える軸受５０．５２の内径は、固定子２２と出力
用回転歯車４０との間のギャップ長に等しくするため、
各ピン４６．４８はそれぞれそれ等の内周に沿って接触
しながら回転する。

このため、出力用回転歯車４０には偏心可動子３４の各
転動力が噛み合せ箇所にある内歯３２ｈ）ら外歯３６へ
順次伝わり、一定方向の回転力が発生する。その際、可
動子３４の内歯３２の歯数と出力用回転歯車４０の外歯
３６の歯数との間に両者のギャップ長に相当する歯数差
を設けると、出力用回転歯車４０の回転速度は移動磁界
の速度に比べ、（可動子３４の歯数−出力用回転歯車４
０の歯数）／（可動子３４の歯数）に当る減速比で回転
する。例えば、可動子３４の歯数を６０、出力用回転歯
車４０の歯数を５８にすると、減速比は３０分の１にな
る。従って、回転歯車４０の出力軸３８から低速大トル
クの回転力を外部に取り出すことができる。

なお、磁界の移動速度は各界磁コイル２６に対するパル
ス入力によって行なわれるため、出力用回転歯車４０の
回転速度はそのパルス周波数を変えることにより適宜に
変更できる。しかも、起動停止も容易であり、一般のモ
ータでその回転数や位置検出に用いられるエンコーダー
、タコゼネレータ等の装置も当然不要になる。

第５図は他の本発明を適用した可変ギャップ偏心形モー
タの内部構造を示す第２図と同様の断面図である。この
可変ギャップ偏心形モータも固定子５８やその内部に非
接触状態にして収納される偏心可動子６０、更にその内
部に設置される出力用回転歯車６２の各構造、配置関係
等は上記実施例のものとほぼ同様にする。そこで、固定
子５Ｂは円筒状に形成し、その内面に６個の磁極鉄心６
４の各磁極片６６を分配して設け、各磁極鉄心６４には
それぞれ界磁コイル６Ｂを嵌める。可動子６０も円筒状
に形成し、その内面に多数の歯７０を設ける。出力用回
転歯車６２には可動子６０の内歯７０と噛み合う外歯７
２と出力軸７４を設ける。但し、可動子６０の内部には
、更に可動子６０の内歯７０と噛み合う外歯゛７６を有
する固定歯車７８を出力用回転歯車６２と並べて設置す
る。

その際、出力用回転歯車６２の出力軸７４は−・方の支
持枠８０に設けた軸受８２等で支えるのに対し、固定歯
車７８の軸８４は他方の支持枠８６に固定し、歯車７８
を回転させないようにする。なお、両支持枠８０．８０
には位置規制用の突出部８Ｂ、９０を設け１．可動子６
０の前方或いは後方への飛び出しを防止する。

このようにして、６相２励磁す代（こより界磁用固定子
５８で円状に移動する界磁を発生すると、偏心可動子６
０に対する吸引力の作用位置も円状に移動するため、可
動子６０は同様に磁界の移動に伴って転動しながら偏心
揺動運動をする。このため、その内歯７０を内部に設置
された固定歯車７８の外歯７６と常に一部で噛み合せ、
その噛み合せ箇所を歯車７８の外周に沿って順次移動で
きる。それ故、固定歯車７８には可動子６０の各転動力
がそれ等の噛み合せ箇所を通じて順次伝わる。

そこで、固定歯車７Ｂの歯数を可動子６０の歯数に比べ
、両者のギャップ長に相当する分だけ僅か減すと、その
歯車７８は固定しであるため回転せずに、可動子６０が
一定方向に回転するうこの結果、可動子６０が転勤しな
がら偏心揺動運動すると、その内歯７０は内部に設置さ
れた出力用回転歯車６２の外歯７２と常に一部で噛み合
い、その噛み合せ箇所を歯車６２の外周に治って順次移
動するため、可動子６０の歯数と出力用回転歯車６２の
歯数を等しくすると、可動子６０の回転力か出力用回転
歯車６２（こ伝わり、それを一定方向に回転する。

発明の詳細 な説明した本発明によれば、界磁用固定子の内部に偏心
可動子を非接触状態にして収納するため、両者が摩擦せ
ず削れ粉が発生しない。従って、削れ粉による特性の劣
化がなく、騒音や振動を少なくすることができる。しか
も、可動子には内歯を設け、その可動子を直接出力用回
転歯車と結合し、或いは両者間に固定歯車を介在するた
め、歯車結合により削れ粉の発生を防止１〕だ上、出力
軸に低速大トルクを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した可変ギャップ偏心形モータの
内部構造を示す正面図、第２図はそのＡ−Ａ線断面図で
ある。 第３図は同可変ギャップ偏心形モータの各界磁コイルの
接続を示す図、第４図はその６相２励磁方式による界磁
モードを示す図である。 第５図は他の本発明を適用した可変キャッ１偏心形モー
タの内部構造を示す第２図と同様の断面図である。 第６図は従来の可変ギャップ偏心形モータの内部構造を
示す正面図である。 ２２．５８・・・界磁用固定子　２４．６４・・・磁極
鉄心　２６．６８・・・界磁コイル　２８・・・磁気枠
３０．６６・・・磁極片　３２．７０・・・内歯　３４
．６０・・・可動子　３６．７２．７６・・・外歯　３
８．７４・・・出力軸　４０．６２・・・出力用回転歯
車　７８・・・固定歯車

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）円状に移動磁界を発生する円形の界磁用固定子と
   、その発生磁界から吸引力を受け、円状に吸引力の作用
   位置が移動する円形の偏心可動子とを備えた可変ギャッ
   プ偏心形モータにおいて、上記固定子を円筒状に形成し
   てその内面に界磁コイルを嵌めた各磁極鉄心の磁極片を
   配設し、その固定子の内部に、円筒状に形成してその内
   面に多数の歯を設けた可動子を固定子と非接触状態に収
   納し、その可動子の内部に、可動子の内歯と噛み合う外
   歯と出力軸を有する出力用回転歯車を設置することを特
   徴とする可変ギャップ偏心形モータ。
2. （２）円状に移動磁界を発生する円形の界磁用固定子と
   、その発生磁界から吸引力を受け、円状に吸引力の作用
   位置が移動する円形の偏心可動子とを備えた可変ギャッ
   プ偏心形モータにおいて、上記固定子を円筒状に形成し
   てその内面に界磁コイルを嵌めた各磁極鉄心の磁極片を
   配設し、その固定子の内部に、円筒状に形成してその内
   面に多数の歯を設けた可動子を固定子と非接触状態に収
   納し、その可動子の内部に、可動子の内歯と噛み合う外
   歯を有する固定歯車と、可動子の内歯と噛み合う外歯と
   出力軸を有する出力用回転歯車とを設置することを特徴
   とする可変ギャップ偏心形モータ。