JPH0441753Y2

JPH0441753Y2 -

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Publication number: JPH0441753Y2
Application number: JP1987047333U
Authority: JP
Priority date: 1987-03-30
Filing date: 1987-03-30
Publication date: 1992-09-30
Also published as: JPS63156573U

Description

【考案の詳細な説明】［産業上の利用分野］この考案は、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隙型モータに係り、
特に、振動および騒音の低減を図るとともに、電
力効率の改善を図つた可変空隙型モータに関す
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〜ニに示すような可変
空隙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図ハに示すように固定
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
３図ニ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、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の各一端部が固定され、これらクランク板
５，５の各他端部には回転子６の支持軸７の両端
が各々固定されている。この場合、出力軸３と支
持軸７との各軸線間の距離ｌ（第３図イ）はコア
１ａの内周の半径ｎ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。また、上記
回転子６は、円筒状の磁性体によつて構成され、
第３図ロに示すように軸受８，８を介して支持軸
７に自転自在に支持されている。

以上の構成により、第３図ハに示すように回転
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いる。この結果、
常に回転子６の外周の一部が固定子１の内周に近
接している状態で公転可能となつている。例え
ば、回転子６が第３図ハ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とのギヤツプ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、この公転運動にと
もなつて、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。

上述した可変空隙型モータは磁極ａ，ｂ，ｃ…
…と回転子６との空隙が変化する構造になつてお
り、磁気吸引力（可変空隙力）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
子との空隙が常に一定である。一般のモータ、い
わゆる固定空隙型モータは、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（固定空隙力）のみを利用して
いる。ここで、一般的に可変空隙力は固定空隙力
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、可変空隙型モータは、固定空隙型モ
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。

［考案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隙型モータに
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の公転にともなつて、
回転系全体に振動が生じ、また、この振動にとも
なつて騒音が生じるという問題があつた。

また、上述した従来の可変空隙型モータにおい
ては、回転子６は第３図ロに示すように、円筒状
に形成され、その両端部に軸受８，８が嵌入され
ているので、回転子６の内周面と支持軸７の外周
面との間には、軸受８，８の外周と内周との差に
略相当する空間Ｓが形成されている。このため、
回転子６の公転の際に、磁極から回転子６に流入
した磁束は空間Ｓより磁気抵抗の小さい軸受８，
８を通り、支持軸７へ導かれる、しかしながら、
この軸受８，８は材質、構造上の点から回転子６
と比較して磁気抵抗が大きい。この結果、励磁電
流を大としないと十分な磁気吸引力が得られず、
したがつて電力効率が低くなる。このため、本考
案者は第４図に示すように回転子６の内周面に環
状の凸部６ａを設け支持軸７に近接させる構造の
可変空隙型モータを考えたが、このように構成す
ると磁極から回転子６に流入した磁束φは凸部６
ａに集中し、支持軸７に導かれる。この結果、凸
部６ａにおいて、磁束φの密度が高くなり、磁気
抵抗が増加する。したがつて、上記と同様に電力
効率の低下の原因となる。

この考案は、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、電力効率の改善をさらに図
つた可変空隙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］この考案は、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、かつ前記出力軸を中
心とする仮想円周上に等間隔を隔てて配置され、
前記固定子の内周面と近接した状態で公転する複
数個の略円筒状の回転子と、前記各回転子を軸受
を介して各々自転自在に支持する支持軸と、前記
各支持軸が各々取り付けられ、前記各回転子の公
転を前記出力軸に伝達する公転板とを具備する可
変空隙型モータであつて、前記回転子の軸方向長
を前記固定子の軸方向長よりも前記軸受の長さに
相当する分だけ長く形成し、前記回転子の内周面
または前記各支持軸の外周面のいずれか一方もし
くは両方に、前記回転子と前記支持軸との間の隙
間が小となるように環状の凸部を形成し、該凸部
の軸方向の長さを前記固定子と同一長に形成した
ことを特徴としている。

［作用］この考案によれば、複数個の回転子が出力軸と
平行に、かつ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とが一致する。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
騒音が低減される。

また、凸部の軸方向の長さすなわち回転子から
支持軸に導かれる磁束の通路が固定子の軸方向の
長さと等しい長さであり、かつ凸部により回転子
と支持軸との間の隙間が小となつているので、回
転磁界により固定子から回転子に流入した磁束
は、均一な密度で回転子を通過し、かつ回転子か
らわずかな隙間を介して支持軸に導かれる。した
がつて、磁気抵抗が小となる。

［実施例］以下、この考案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）が等間隔をおいて形成された円筒状のコア
２０ａ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、固定子
１の内周面に沿つて、磁極a₁〜a₄，b₁〜b₄，c₁〜
c₄が設けられている。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（図示略）を介してフレーム
（図示略）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
２，２２の中央部が各々固定されている。これら
公転板２２，２２には、その中心から四方へ距離
ｍだけ隔てた位置に、出力軸２１と平行に配置さ
れた支持軸２３ａ〜２３ｄの両端が各々固定され
ている。これら支持軸２３ａ〜２３ｄには各軸受
２４ａ〜２４ｄを介して回転子２５ａ〜２５ｄが
各々自転自在に支持されている。これら回転子２
５ａ〜２５ｄは、略円筒状の磁性体によつて各々
構成され、その全長L₂は第１図ロに示すように
固定子１の軸方向長Ｌより軸受２３ａ〜２３ｄ、
２３ａの長さL₁に相当する分だけ各々両側に長
く形成され、その内周面には、軸方向長が固定子
１と同一長Ｌであり、かつ各支持軸２３ａ〜２３
ｄの外周面との間の隙間が約１／100mmとなるよ
うに、環状の凸部３０が各々形成されている。ま
た、回転子２５ａ〜２５ｄの半径ｒは、第１図イ
に示すように固定子２０の内周の半径ｎから出力
軸２１と支持軸２３ａ〜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〜２５ｄは、
出力軸２１を中心とする仮想円周上に等間隔（中
心角にして90度）を隔てて配置され、また出力軸
２１に関して、回転子２５ａと回転子２５ｃが対
称に、回転子２５ｂ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〜２５ｄ
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２６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。

以上の構成において、例えば、回転子２５ａ〜
２５ｄが第１図ハ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、これにより、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２
５ｃ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２５ｂ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〜２
５ｄが出力軸２６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。以降、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〜２５ｄ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〜２４ｄ、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、上記の構成によれば、各回転子２５
ａ〜２５ｄの全長L₂を回転子１の軸方向長Ｌよ
り、軸受２３ａ〜２３ｄの長さL₁に相当する長
さL₁分だけ各々両側に長く形成し、その内周面
に支持軸２４ａ〜２４ｄと１／100mmの隙間を有
する環状の凸部３０を設け、かつ凸部３０を固定
子１の軸方向長Ｌと同一長に形成したので、例え
ば、磁極a₁から回転子２５ａに流入した磁束φは
第２図に示すように、回転子２５ａの凸部３０を
直線的に均一な密度で通過し１／100mmの隙間を
介して支持軸２３ａに導かれる。これと同様に、
各磁極a₂〜a₄から各回転子２５ｂ〜２５ｄに流入
した磁束φも各回転子２５ｂ〜２５ｄの凸部３０
を均一な密度で通過し１／100mmの隙間を介して
支持軸２３ｂ〜２３ｄに導かれる。これにより、
従来の可変空隙型モータのように、軸受を通るこ
となく、かつ、均一な磁束密度で回転子２５ａ〜
２５ｄを磁束が各々通過するので、従来と比較し
て磁気抵抗が小となる。この結果、コイルの励磁
電流が少なくても十分な磁気吸引力が得られ、し
たがつて、従来より電力効率が向上する。また、
回転子２５ａ〜２５ｄが出力軸２１に平行に、か
つ出力軸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
の軸線と一致し、振動およびこの振動に伴う騒音
が完全に防止される。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。

なお、上記の実施例においては、回転子２５ａ
〜２５ｄの内周面に環状の凸部３０を設けたが、
支持軸２４ａ〜２４ｄの外周面に環状の凸部を設
け、もしくは回転子２５ａ〜２５ｄおよび支持軸
２４ａ〜２４ｄの両方に環状の凸部を設け、回転
子２５ａ〜２５ｄと支持軸２４ａ〜２４ｄとを近
接させるような構造としてもよい。また、上述し
た実施例においては、固定子２０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２０ａ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。

［考案の効果］以上説明したように、この考案によれば、複数
個の回転子が出力軸と平行に、かつ出力軸を中心
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とが一
致する。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低減することができ
る。

また、凸部の軸方向の長さすなわち回転子から
支持軸に導かれる磁束の通路が固定子の軸方向の
長さと等しい長さであり、かつ凸部により回転子
と支持軸との間の隙間が小となつているので、回
転磁界により固定子から回転子に流入した磁束
は、均一な密度で回転子を通過し、かつ回転子か
らわずかな隙間を介して支持軸に導かれる。しが
たつて、磁気抵抗が小となるため、励磁電流を小
としても十分な磁気吸引力を得ることができ、電
力効率が向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図イ、ロおよびハはこの考案の一実施例の
構成を示す分解斜視図、部分断面図および正面
図、第２図は同実施例の回転子２５ａ，２５ｂ〜
２５ｄの磁束線図、第３図はイ、ロ、ハおよびニ
は従来の可変空隙型モータの構成を示す分解斜視
図、部分断面図、正面図および側断面図、第４図
は問題点を説明するため磁束線図である。２０……固定子、２１……出力軸、２２，２２
……公転板、２３ａ〜２３ｄ……支持軸、２４ａ
〜２４ｄ……軸受、２５ａ〜２５ｄ……回転子、
３０……凸部。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】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、かつ前記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、前記固定子の
内周面と近接した状態で公転する複数個の略円筒
状の回転子と、前記各回転子を軸受を介して各々
自転自在に支持する支持軸と、前記各支持軸が
各々取り付けられ、前記各回転子の公転を前記出
力軸に伝達する公転板とを具備する可変空隙型モ
ータであつて、前記回転子の軸方向長を前記固定子の軸方向長
よりも前記軸受の長さに相当する分だけ長く形成
し、前記回転子の内周面または前記各支持軸の外
周面のいずれか一方もしくは両方に、前記回転子
と前記支持軸との間の隙間が小となるように環状
と凸部を形成し、該凸部の軸方向の長さを前記固
定子と同一長に形成したことを特徴とする可変空
隙型モータ。