JPH0437668B2

JPH0437668B2 -

Info

Publication number: JPH0437668B2
Application number: JP4955587A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Ooishi
Original assignee: Shinko Electric Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Co Ltd
Priority date: 1987-03-04
Filing date: 1987-03-04
Publication date: 1992-06-22
Also published as: JPS63217967A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、例えば、工業用ロボツトのアーム
駆動等に用いて好適な可変空〓型モータ係り、特
に、振動およびこの振動に伴う騒音を低減させる
とともに出力トルクの増大を図つた可変隙型モー
タに関する。

［従来技術］従来、一般のモータとはその動作原理が全く異
なるものとして、第３図イ，ロおよびハに示すよ
うな可変空〓型モータが知られている。これらの
図において、１は固定子であり、内周に８個の極
歯（図示略）が形成された円筒状のコア１ａと、
各極歯に各々巻回されたコイル（図示略）とから
構成されている。これにより、第３図ロに示すよ
うに、固定子１の内周面に沿つて８個の磁極ａ〜
ｈが設けられている。そして、固定子１の各コイ
ルに順次励磁電流を供給することにより、磁極ａ
〜ｈが順次励磁されるようになつている。上記固
定子１は第２図ハに示すようにフレーム２内に収
納されており、また、このフレーム２によつて、
固定子１の中心軸Ｃ上に配置された２本の出力軸
３，３が軸受４，４を介して各々回転自在に支持
されている。２本の出力軸３，３の内側の各端部
にはクランク板５，５の各一端部が各々固定さ
れ、これらクランク板５，５の各他端部には支持
軸７の両端が各々固定されている。この支持軸７
には軸受８を介して、磁性体によつて構成される
円筒状の回転子６が回転自在に支持されている。
この場合、出力軸３と支持軸７の各軸線間の距離
ｌはコア１ａの内周の半径R₁から回転子６の半
径Ｒを差し引いた長さより若干小となつている。

以上の構成により、第３図ロに示すように回転
子６が出力軸３の軸線を中心に公転しつつ、支持
軸７を中心に自転自在となつており、これによ
り、常に回転子６の外周の一部が固定子１の内周
に近接した状態で公転可能となつている。例え
ば、回転子６が第３図ロに示すように位置してい
る状態において、磁極ｂを励磁すると、この磁極
ｂと回転子６との間に磁気吸引力が発生する。こ
れにより、回転子６が磁極ｂとの間の空〓Ｇをせ
ばめる方向、すなわち、矢印Ｆ方向へ吸引され
る。この結果、回転子６が出力軸３の軸線を中心
に矢印A₁方向に公転を始め、この公転運動に伴
なつて、支持軸７を中心に矢印Ｂ方向に自転を開
始する。以降、磁極ｃ、磁極ｄ、磁極ｅ……を順
次励磁すると、回転子６が磁極ｃ、ｄ、ｅ……に
次々と吸引され、これにより、回転子６が矢印Ａ
方向に連続的に公転を続け、この公転運動が、出
力軸３によつて外部へ出力される。

上述した可変空〓型モータは、回転子６の公転
に伴つて、磁極ａ、ｂ、ｃ……と回転子６との間
の空〓が変化する構造になつており、磁気吸引力
（可変空〓力）を回転子６に直接作用させて、回
転子６を公転させ、この公転力によつて回転出力
を得ている。一方、回転子と固定子との間の空〓
が常に一定である一般のモータ、いわゆる固定空
〓型モータは、上述した磁気吸引力を利用するこ
となく、磁極から発生する界磁磁束と直交する接
線力（固定空〓力）のみを利用している。ここ
で、一般的に可変空〓力は固定空〓力に比較して
極めて大であることが知られており、これによ
り、可変空〓型モータは、固定空〓型モータと比
較して大きいトルクが得られ、したがつて、工業
用ロボツトのアーム駆動のように、高トルクが必
要とされる駆動源としての利用が考えられる。

［発明が解決しようとする問題点］ところで、上述した従来の可変空〓型モータに
おいては、回転子６の重心が出力軸３の軸線から
距離ｌだけ隔たつた支持軸７上にあるので、重心
が偏心した回転、すなわち偏心荷重回転となつて
いる。この結果、回転子６の公転に伴つて、回転
系全体に振動が生じ、また、この振動に伴つて騒
音が生じるという問題があつた。

このような問題点を解決するためには、複数個
の回転子６を固定子１の中心軸Ｃを中心に対称に
配置し、回転系の重心を中心軸Ｃと一致させるこ
とが考えられる。

しかしながら、例えば、第４図に示すように回
転子６ａを４個とした場合、隣合うもの同士の接
触を防ぐためには、回転子６ａ，６ａ……の相互
間にある程度のスペースを確保しなければならな
い。すなわち、第４図において、固定子１の内径
をR₁、回転子６ａの直径をR₂とした場合、図か
ら明らかなように、次式が成立する。

R₁＝R₂／２＋√２・R₂＋R₂／２＝R₂＋√２・R₂ ＝（１＋√２・R₂） ……(1) 上記(1)式より、回転子６ａの直径R₂は、 R₂＝R₁／（１＋√２） ……(2) である。

したがつて、回転子６ａ，６ａ……の相互間に
ある程度スペースを確保するためには次式を満足
しなければならない。

R₂＜R₁／（１＋√２） ……(3) このように、４個の回転子６ａを固定子１の内
周に配置する場合、回転子６ａの直径R₂に上記
(3)式に示すように、R₁／（１＋√２）より小と
しなければならない。

ところで、上述した可変空〓型モータにおいて
は、その出力トルクは回転子の径によつて決定さ
れる。すなわち、回転子の径が大であれば、回転
子と磁極との対向面積が大となり、これにより、
回転子に作用する磁気吸引力が大となり、この結
果、出力トルクも大となる。しかしながら、複数
個の回転子を第４図のように配置すると、回転子
の径は、上記(3)式のようにある値以上に大とする
ことができず、したがつて、その出力トルクはあ
る程度以上に増大させることができなかつた。

また、従来の可変空〓型モータにおいては、２
本の出力軸３，３とクランク板５，５を介して回
転子６を支持する構造であるから、組み立て工程
が煩雑であるという欠点があつた。

この発明は、上記の事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、振動および騒音の
低減を図るとともに、回転子の径を大とし得る構
造とすることにより、出力トルクの増大が図ら
れ、さらに組み立て工程の簡素化を図つた可変空
〓型モータを提供することにある。

［問題点を解決するための手段］この発明は、内周面に沿つて回転磁界を発生す
る円筒状の固定子と、前記固定子の中心軸上に貫
通して配置され、かつ回転自在に支持された出力
軸と、前記出力軸と平行に配置され、前記固定子
の内周面と近接した状態で前記出力軸を中心に公
転する複数個の回転子と、前記各回転子を自転自
在に支持するとともに、前記各回転子の公転を前
記出力軸に伝達する支持手段とを具備し、前記各
回転子は出力軸の軸方向に複数段に分けて各々配
置され、かつ各段毎に前記出力軸を中心とする仮
想円周上に等間隔を隔てて各々配置されているこ
とを特徴とする。

［作用］この発明によれば、複数個の回転子が出力軸の
軸方向に複数段に分けて配置されているので、各
段において各回転子の大きさを、固定子の内周の
半径から出力軸の半径を差し引いた範囲内で十分
に大きく形成することができ、これにより、各回
転子と固定子の内周面との対向面積が大となり、
各回転子に作用する磁気吸引力が大となる。この
結果、支持手段を介して出力軸に高トルクが得ら
れる。また、各回転子の軸線が出力軸と平行に、
かつ各段毎に出力軸を中心とする仮想円周上に等
間隔を隔てて配置されているので、回転系全体の
重心と出力軸の軸線が一致し、したがつて、各回
転子の公転に伴う振動および、この振動に伴う騒
音を完全に防止することができる。また、固定子
の中心軸上に１本の出力軸を貫通した構造である
ので、製作が容易となる。

［実施例］以下、この発明の一実施例について、図面を参
照して説明する。第１図イ，ロおよびハにおい
て、２０は固定子であり、内周に12個の極歯（図
示略）が等間隔において形成された円筒状のコア
２０ａと、各極歯（図示略）に各々巻回されたコ
イル（図示略）とから構成されている。これによ
り、固定子１の内周面に沿つて、磁極a₁〜a₄，b₁
〜b₄，c₁〜c₄が各々設けられている。この固定子
１の中心軸Ｃ上には出力軸２１が貫通して配置さ
れており、この出力軸２１は軸受４，４を介して
フレーム２に回転自在に支持されている。また、
この出力軸２１には十字状に形成された公転板２
２の中央部が固定されている。この公転板２２の
一方の面２２ａの中心から距離ｍだけ隔てた位置
には、出力軸２１と平行に配置された支持軸２３
ａ，２３ｃが各々取り付けられ、同様に公転板２
２の他方の面２２ｂの中心から距離ｍだけ隔てた
位置には、出力軸２１と平行に配置された支持軸
２３ｂ，２３ｄが各々取り付けられている。すな
わち公転板２２の両面に交互に支持軸２３ａ〜２
３ｄが配置されている。これら支持軸２３ａ〜２
３ｄには各軸受２４ａ〜２４ｄを介して回転子２
５ａ〜２５ｄが各々自転自在に支持されている。
これら回転子２５ａ〜２５ｄは、円筒状の磁性体
によつて各々構成され、その半径ｒは、固定子２
０の内周の半径R₁から出力軸２１と支持軸２３
ａ〜２３ｄの各軸線間の距離ｍを差し引いた長さ
より若干小となつている。このような構成によ
り、回転子２５ａ，２５ｃが公転板２２の一方側
に各々配置され、回転子２５ｂ，２５ｄが公転板
２２の他方側に各々配置されている。すなわち４
個の回転子２５ａ〜２５ｄが出力軸２１と平行
に、かつ、出力軸２１の軸方向に２段に分けて
各々配置されている。また、各段においては、出
力軸２１に関して、回転子２５ａと回転子２５ｃ
が対称に、回転子２６ｂと回転子２５ｄが対称に
位置している。そして、これら回転子２５ａ〜２
５ｄの外周の一部が常に固定子２０の内周面に近
接した状態で出力軸２１の軸線を中心に公転しつ
つ、各々支持軸２３ａ〜２３ｄを中心に自転自在
となつている。

上記の構成において、例えば、回転子２５ａ〜
２５ｄが第１図ロに示すように位置している状態
において、まず、磁極a₁，a₂，a₃，a₄を励磁する
と、磁極a₁と回転子２５ａとの間、磁極a₂と回転
子２５ｂとの間、磁極a₃と回転子２５ｃとの間
に、磁極a₄と回転子２５ｄとの間に各々磁気吸引
力が発生し、回転子２５ａ〜２５ｄが各々磁極a₁
〜a₄との間のギヤツプをせばめる方向、すなわ
ち、回転子２５ａが矢印Fa方向に、回転子２５
ｂが矢印Fb方向に、回転子２５ｃが矢印Fc方向
に、回転子２５ｄが矢印Fd方向に各々吸引され
る。これにより、回転子２５ａ〜２５ｄが出力軸
２１の軸線を中心に矢印Q₁方向に公転を始め、
この公転運動に伴つて回転子２５ａ〜２５ｄが支
持軸２３ａ〜２３ｄを中心に矢印Ｐ方向に自転を
開始する。以下、磁極b₁〜b₄、次に磁極c₁〜c₄、
再び、磁極a₁〜a₄と、各々中心角が90度ずれた磁
極を順次励磁することにより、回転子２５ａ〜２
５ｄが上記と同様に磁極b₁〜b₄、次に磁極c₁〜
c₄、再び磁極a₁〜a₄に各々吸引される。これによ
り、回転子２５ａ〜２５ｄは上記と同様に矢印Ｑ
方向に公転を続け、この公転力が軸受２４ａ〜２
４ｄ、支持軸２３ａ〜２３ｄ、公転板２２からな
る支持機構を介して出力軸２１に伝達され、この
結果、出力軸２１が回転する。

しかして、上述した一実施例によれば、４個の
回転子２５ａ〜２５ｄが出力軸２１の軸方向に２
段に分けて配置され、各毎に回転子が２個となつ
ているので、各回転子２５ａ〜２５ｄの直径2rが
固定子２０の内周の半径R₁から出力軸２１の半
径を差し引いた範囲内で十分大きく形成すること
ができる。言い替えれば、各回転子２５ａ〜２５
ｄは、第４図に示す如く固定子１の内部に４個の
回転子６ａ，６ａ……を同一平面上に配置した場
合の回転子６ａの半径R₂／２に比較して大とす
ることができる。これにより、各回転子２５ａ〜
２５ｄと各磁極ａ〜ｈとの間に生じる磁気吸引力
を十分に利用することができ、したがつて、第４
図に示す場合よりも高トルクを得ることができ
る。また、各段毎に、回転子が出力軸２１を中心
とする仮想円周上に等間隔に配置されているの
で、回転系全体の重心が出力軸２１の軸線と一致
し、この結果、振動およびこの振動に伴う騒音が
防止される。また、固定子２０の中心軸上に１本
の出力軸２１を貫通した構造となつているので、
従来のように、２本の出力軸３，３（第３図イ参
照）の軸線を合わせる必要がなく、製作が容易と
なる。

次に、第２図イ，ロおよびハは、この発明の他
の実施例の構成を示す図である。これらの図にお
いて、上述した実施例と異なる点は、円板状に形
成された公転板３１の一方側に３個の回転子３０
ａ，３０ｃ，３０ｅが配置され、公転板３１の他
方側に３個の回転子３０ｂ，３０ｄ，３０ｆが配
置されている点である。すなわち、回転子３０ａ
の支持軸３２ａ、回転子３０ｃの支持軸３２ｃ、
回転子３０ｅの支持軸３２ｅの各々の一端が、
各々中心角にして120度ずれて、公転板３１の一
方の面３１ａに取り付けられ、回転子３０ｂの支
持軸３２ｂ、回転子３０ｄの支持軸３２ｄ、回転
子３０ｆの支持軸３２ｆの各々の一端が、各々中
心角にして120度ずれて、公転板３１の他方の面
３１ｂに取り付けられている。これにより、回転
子３０ａ〜３０ｆが出力軸２１に平行に、かつ、
出力軸２１の軸方向に２段に分けて配置されてい
る。また、固定子１には、18個の磁極が形成さ
れ、これら磁極は各々中心角が60度ずれた位置の
６個の磁極が同時に励磁されるようになつてい
る。

この実施例においても、上述した一実施例と同
様に各回転子３０ａ〜３０ｆの径を十分に大とす
ることができ、したがつて、高トルクが得られ
る。

なお、上述した各実施例においては、固定子２
０の極歯に各々コイルを巻回して、磁極を構成す
る場合を例にして説明したが、誘導電動機のよう
に、コア２０ａの内周面に等間隔に複数のスロツ
トを形成し、これらスロツトにコイルを連続して
巻回し、このコイルに交流電流を流してコア２０
ａの内周面に沿つて連続的に回転磁界を発生さ
せ、これにより、回転子を磁気吸引させるように
構成してもよい。

［発明の効果］以上説明したように、この発明によれば、内周
面に沿つて回転磁界を発生する円筒状の固定子
と、前記固定子の中心軸上に貫通して配置され、
かつ回転自在に支持された出力軸と、前記出力軸
と平行に配置され、前記固定子の内周面と近接し
た状態で前記出力軸を中心に公転する複数個の回
転子と、前記各回転子を自転自在に支持するとと
もに、前記各回転子の公転を前記出力軸に伝達す
る支持手段とを設け、前記各回転子を出力軸の軸
方向に複数段に分けて各々配置し、かつ各段毎に
前記出力軸を中心とする仮想円周上に等間隔を隔
てて各々配置しているので、固定子の内周の半径
から出力軸の半径を差し引いた範囲内で各回転子
の径を十分に大きくすることができ、これによ
り、固定子との間に生じる磁気吸引力を十分に利
用することができ、したがつて、高トルクが得ら
れる。また、回転系全体の重心が出力軸の軸線上
に一致し、この結果、振動が完全に防止されると
ともに騒音が防止され、さらに、固定子の中心軸
上に１本の出力軸が貫通された構造であるため、
製作が容易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図イ，ロおよびハは、この発明の一実施例
の構成を示す分解斜視図、正面図および側断面
図、第２図イ，ロおよびハは、この発明の他の実
施例の構成を示す分解斜視図、正面図および側断
面図、第３図イ，ロおよびハは、従来の可変空〓
型モータの構成を示す分解斜視図、正面図および
側断面図、第４図は固定子１の内部に４個の回転
子６ａを配置した場合の固定子１の内周の半径
R₁と回転子６ａの直径R₂の関係を示す図である。２０……固定子、Ｃ……中心軸、２１……出力
軸、２２，３１……公転板、２３ａ〜２３ｄ，３
２ａ〜３２ｆ……支持軸、２４ａ〜２４ｄ……軸
受、２５ａ〜２５ｄ，３０ａ〜３０ｆ……回転
子。

Claims

【特許請求の範囲】

１内周面に沿つて回転磁界を発生する円筒状の
固定子と、前記固定子の中心軸上に貫通して配置
され、かつ回転自在に支持された出力軸と、前記
出力軸と平行に配置され、前記固定子の内周面と
近接した状態で前記出力軸を中心に公転する複数
個の回転子と、前記各回転子を自転自在に支持す
るとともに、前記各回転子の公転を前記出力軸に
伝達する支持手段とを具備し、前記各回転子は出
力軸の軸方向に複数段に分けて各々配置され、か
つ各段毎に前記出力軸を中心とする仮想円周上に
等間隔を隔てて各々配置されていることを特徴と
する可変空〓型モータ。