JPH0442790A - ハーモニックドライブ型静電モータ - 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、ハーモニックドライブ型静電モータ（ワブル
モータ）に関する。

［背景技術］ ハーモニックドライブ型静電モータは、ステータに形成
された複数の駆動電極とロータとの間に駆動電圧を印加
して得られる静電容量の時間的変化を駆動のエネルギー
源とするものであり、二次元的構成であるため、小型化
が可能である。

第５図に示すものは、ハーモニックドライブ型静電モー
タ５１の基本的構成を示す概略図である。

ステータ５２は、ステータケーシング５３の内周に短冊
状をした複数極（図示例では、１２極）の金属製の駆動
電極Ｎ１〜Ｎ１２を円筒状に配置して形成されており、
各駆動電極Ｎ１〜Ｎ１２間は、互いに電気的に絶縁され
ている。ステータ５２内には、中空円筒状もしくは中実
円柱状をした金属製のロータ５４か挿入されており、ロ
ータ５４は支持部（図示せず）を介して常時接地されて
いる。

また、ロータ５４の外周面は、絶縁性（もしくは誘電性
）の被膜５５で被覆されており、駆動電圧■の印加時に
ロータ５４と駆動電極Ｎ１〜Ｎ１２とが導通せず、被膜
５５を介してロータ５４と駆動電圧Ｖを印加された駆動
電極（Ｎｌ−Ｎ１２のうちいずれか１極）の間に静電容
量が発生するようになっている。

しかして、このハーモニックドライブ型静電モータ５１
は、１つの駆動電極（例えば、Ｎｅｔ）のみに駆動電圧
Ｖを印加し、他の全駆動電極（例えば、Ｎ１〜Ｎ５及び
Ｎ７〜Ｎ１２）を接地し、第６図のタイムチャートに示
すように、駆動電圧■を印加する駆動電極Ｎ１〜Ｎ１２
の位置を順次１つづつ移動させることにより、ロータ５
４を回転させるものである。

具体的にいうと、例えば駆動電極Ｎ６にのみ駆動電圧Ｖ
を印加した状態（第６図の時刻ｔｏ）では、ロータ５４
は駆動電極Ｎ６に静電吸引力によって吸引されている。

ついで、駆動電極Ｎ６を接地し、駆動電極Ｎ７に駆動電
圧Ｖを印加すると（第６図の時刻ｔ７）、ロータ５４は
駆動電極Ｎ７に静電吸引力によって吸引される。さらに
、駆動電極Ｎ７を接地し、駆動電極Ｎ８に駆動電圧Ｖを
印加すると（第６図の時刻ｔ８）、ロータ５４は駆動電
極Ｎ８に吸引される。このようにして、駆動電圧■を印
加する駆動電極Ｎ１〜Ｎ１２の位置を、第６図にタイム
チャートとして示すように、順次及時計方向回りに移動
させていくと、ロータ５４は駆動電圧■を印加された駆
動電極の順序Ｎ１→Ｎ２→Ｎ３→・・・→Ｎ１２→Ｎｌ
に吸引されてゆき、駆動電圧■の印加位置の移動と共に
反時計方向に公転を行なう。そして、ロータ５４の外周
面は、ステータ５２の内周面を滑ることなく転接しなが
ら移動していくので、反時計方向回りの公転に伴い、ロ
ータ５４自身は時計方向回りに自転することになる。し
たがって、このロータ５４の自転を取り出すことにより
、ハーモニックドライブ型静電モータ５１としての回転
もしくはトルクを取り出すことができる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、ロータと１つの駆動電極間に働く静電吸
引力だけでロータを駆動している従来のハーモニックド
ライブ型静電モータ（以下、シングルモードと呼ぶ。）
では、ロータをステータに押し付ける力が小さく、負荷
トルクがかかった時に、ロータとステータとの間に滑り
が生じ易かつた。しかも、印加電圧のスイッチング時に
は、ロータが駆動電極に吸引されていない瞬間があるた
め、ロータの保持が不安定となり、余計にロータが滑り
易かった。

このようにロータの保持が不安定で、ロータが滑り易い
結果、シングルモードのハーモニックドライブ型モータ
には、モータ出力の損失や回転数の損失が発生するとい
う問題があった。また、ロータに滑りが生じると、ロー
タの回転（公転）と印加電圧のスイッチングのタイミン
グとがずれ、同期外れを起こし易かった。

さらに、１つの駆動電極とロータの間の静電吸引力でロ
ータを回転させているので、モータ駆動力も小さいとい
う欠点があった。

また、ロータを停止させている時も、ロータは１つの駆
動電極に吸着されているだけであるので、ロータの保持
力が弱かった。

本発明は、叙上の従来例の欠点に鑑みてなされたもので
あり、ハーモニックドライブ型静電モータにおいて、ロ
ータとステータとの間の滑りの発生を防止し、大きな駆
動力を発生させることができるようにして前記従来例の
欠点を解消することを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 本発明のハーモニックドライブ型静電モータは、複数の
駆動電極を周方向に沿って配置された略筒状のステータ
と、ステータ内に遊動自在に挿通されたロータと、ロー
タを回転させる駆動制御部とからなっている。駆動制御
部は、全駆動電極のうちの一部をなす複数の駆動電極と
ロータとの間に駆動電圧を同時に印加しており、駆動電
圧を同時に印加されている駆動電極数よりも少ない極数
づつ駆動電圧の印加位置を各駆動電極に沿って順次移動
させ、これによりロータを回転させるようにしている。

［作用］ 本発明のハーモニックドライブ型モータにあっては、複
数の駆動電極に同時に駆動電圧を印加して複数の駆動電
極によってロータを吸引させており、印加電圧のスイッ
チング時には、一部の駆動電極によってロータを吸着さ
せたまま、他の駆動電極の電圧を切り替えてロータの吸
引方向を変化させ、ロータをステータの内周面に沿って
転動させている。

したがって、複数の駆動電極に駆動電圧が印加されてい
てロータとステータの間に働く静電吸引力が大きくなっ
ているので、ロータとステータの圧接力を大きくでき、
ロータとステータ間の摩擦力が大きくなって、ロータに
滑りが発生しにくくなる。さらに、印加電圧をスイッチ
ングする瞬間もロータは一部の駆動電極によって吸着保
持されており、スイッチング時にロータに滑りが発生す
る恐れもない。

この結果、ロータに負荷トルクが加わった場合でも、ロ
ータとステータの間に滑りが発生しにくく、モータ出力
の損失や回転数の損失をなくすことかできる。また、ス
イッチング時も、滑りのないようにロータがステータに
しっかりと保持されており、モータの同期外れも生じに
くい。

さらに、複数の駆動電極に同時に駆動電圧を印加してい
るので、ロータをステータの内周面に沿って転動させる
力（接線方向の力）も大きくすることができ、モータ駆
動力（出力）を大きくできる。

さらに、複数の駆動電極でロータを吸引しているので、
ホールディングトルクが大きくなり、モータを停止させ
る時のレスポンスが高速化される。

また、モータの停止時にロータを保持させる力も強くな
り、ロータの脱落等を防止できる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を添付図に基づいて詳述する。

第１図及び第２図は、本発明の一実施例のハーモニック
ドライブ型静電モータ１の概略構成を示している。ステ
ータ２は、第２図に示すように、合成樹脂製の円筒状を
したステータケーシング３の内面に、複数極（図示例で
は、１２極）の駆動電極Ｐ１〜Ｐ１２が周方向に沿って
一部ピッチごとに配置されており、各駆動電極Ｐ１〜Ｐ
１２間は絶縁性のスペーサ４によって電気的に絶縁され
ている（あるいは、ステータケーシング３内に各駆動型
ｔｆｊＰ１〜Ｐ１２を埋め込んでもよい。）。

このステータ２内には、外径がステータ２の内径よりも
小さな金属製の中空円筒状もしくは中実円柱状をしたロ
ータ５が挿入されており、ロータ５は、ステータ２とほ
ぼ同じ長さを有している。また、駆動電極Ｐ１〜ＰＬ２
とロータ５とが電気的に導通しないよう、ロータ５の外
周面もしくは全表面は、絶縁性もしくは誘電性の被膜６
によって被覆されている。もちろん、被膜６をロータ５
に設けず、ステータ２の内周面に設けても差し支えない
。ロータ５は、支持部（図示せず）を介して常時接地さ
れている。

一方、ハーモニックドライブ型静電モータ１の駆動制御
部１１は、第１図に示すように、発振器１２、電極数設
定回路１３、オーバレイ電極数設定回路１４、直流電源
１５及びスイッチング回路１６からなっている。この駆
動制御部１１は、電極数の異なるステータ５に接続する
ことができる汎用タイプとなっており、電極数設定回路
１３は、ステータ５の駆動電極数ｍを設定するものであ
り、オーバレイ電極数設定回路１４は、同時に駆動電圧
■を印加される電極数（オーバレイ電極数）ｎ（２≦ｎ
＜ｍ）を設定するものである。また、各駆動電極Ｐ１〜
Ｐ１２には、駆動電極用ケーブル１７を介してスイッチ
ング回路１６が接続されている。

しかして、駆動制御部１１を接続するステータ２の駆動
電極数に合わせて電極数設定回路１３に極数（例えば、
ｍ＝　１２）を入力し、オーバレイ電極数設定回路１４
にオーバレイ電極数（例えば、ｎ−３）を入力すると、
スイッチング回路１６によってｍ極の駆動電極のうちｎ
極に直流電源１５の駆動電圧■が同時に印加される（以
下、オーバレイモードと呼ぶ。）。また、発振器１２の
出力タイミングに合わせて駆動電圧Ｖを印加されている
ｎ極の駆動電極のうち１極づつ印加電圧が切り替えられ
てゆく。

第３図は、ｍ−１２、ｎ＝３とし、１極づつ駆動電極Ｐ
１〜ＰＬ２の印加電圧をスイッチングする場合の各駆動
電極Ｐ１〜Ｐ１２の電圧の変化を示すタイムチャートで
ある。このタイムチャートに表されているように、１２
極の駆動電極Ｐ１〜Ｐ１２のうち常にいずれか３極の駆
動電極に駆動電圧■が印加されており、スイッチング回
路１６により駆動電圧Ｖを印加されている３極の駆動電
極（例えば、Ｐ５〜Ｐ７）のうち１極（例えば、Ｐ５）
の印加電圧を０とし、次の駆動電極（例えば、Ｐ８）に
駆動電圧Ｖを印加し、駆動電圧■の印加位置を周方向へ
１極づつ移動させている。したがって、ロータ５の吸引
される方向（駆動電圧を印加されている３極の駆動電極
のうち中央の駆動電極の方向）が順次反時計回りに移動
し、これによってロータ５がステータ２の内周面を転動
して反時計回りに公転し、同時に時計方向回り（第１図
の矢印方向）に自転する。

上記のような構造のハーモニックドライブ型モータ１に
よれば、ロータ５とステータ２との間の摩擦を大きくし
てロータ５の滑りを防止でき、モータ駆動力も大きくで
きる。第４図を参照して具体的に説明すると、第４図は
、第３図における時刻ｔ。のように、駆動電極Ｐ５〜Ｐ
７に駆動電圧■が印加されていた状態から駆動電極Ｐ６
〜Ｐ８に駆動電圧Ｖが切り替わった直後を示している。

このスイッチング時には、駆動電極Ｐ６及びＰ７には駆
動電圧■が印加されたままとなっており、ロータ５は駆
動電極Ｐθ及びＰ７に吸着保持されている。そして、駆
動電極Ｐ６及びＰ７でロータな保持しながら、駆動電極
Ｐ５をオンからオフに切り替えると共に駆動電極Ｐ８を
オフからオンに切り替えている。したがって、スイッチ
ング時にロータ５がステータ２から浮く瞬間がなく、ロ
ータ５はスイッチング時にも安定に保持されており、ロ
ータ５に滑りが発生しにくくなる。

また、スイッチング直後の時刻ｔ。には、第４図に示す
ように、ロータ５の外周面が駆動電極Ｐ６の中央に接し
ており、ロータ５の重心Ｇには、駆動電極Ｐ６との間の
静電吸引力Ｆ６と、駆動電極Ｐ７との間の静電吸引力Ｆ
７と、駆動電極Ｐ８との間の静電吸引力Ｆ８が加わって
いる。一方、駆動電極の１極だけに駆動電圧■を印加す
るシングルモードでは、同様な瞬間には、第５図に示す
ように、ロータ５４の重心Ｇに、駆動電極Ｎ７との間の
静電吸引力Ｆ７のみが加わっている。従って、オーバレ
イモードのハーモニックドライブ型モータ１では、ロー
タ５とステータ２との間の圧接力（接面における垂直方
向の力）は、Ｆ、十Ｆ、ｃｏｓθ、＋Ｐｓｃｏｓ（θ１
＋０２）となり、従来例の圧接力がＦ　、ｃｏｓθ１で
あるのと比較すると、ロータ５とステータ２の間の圧接
力が増大している。このため、ロータ５とステータ２の
間の摩擦が大きくなり、ロータ５の滑りが発生しにくく
なる。

そして、ロータ５の滑りがなくなると、ロータ５の滑り
によるエネルギーロスが低減され、モータ出力の損失や
回転数の損失が小さくなる。また、スイッチングの瞬間
もロータ５がステータ２に吸着されており、ロータ５に
滑りも生じにくいので、印加電圧のスイッチングのタイ
ミングとロータの回転がずれることがなく、コータ５の
同期外れも防止される。さらに、ロータを転動させる接
線方向の力は、 ＦｔＳｉｎθ、十Ｆ８ｓｉｎ　（θ１＋θ２）となり、
シングルモードにおける接線方向の力がＦｔｓｉｎθ１
であるのと比較して、この接線方向の力も増大しており
、ロータ５の駆動力が大きくなっている。

また、ロータ５を回転させない場合には、いずれかの駆
動電極に駆動電圧■を印加しておけば、ロータ５を保持
できる。この時も、３極の駆動電極でロータ５を吸着で
きるので、ロータ５の保持力が大ぎくなり、確実にロー
タ５を脱落しないように保持できる。また、ロータ５を
回転させている時に、駆動電圧■の印加位置を停止させ
ると、ロータ５は３極の駆動電極の吸引力で吸引されて
ブレーキを掛けられるので、ロータ５のホールディング
トルクが大きくなり、ロータ停止時のレスポンスが速く
なる。

なお、上記実施例では、全駆動電極数を１２極とし、同
時に駆動電圧を印加するオーバレイ電極数を３極とし、
ｌ極づつ印加電圧をスイッチングするようにしているが
、本発明は上記各極数に限るものではない。但し、上記
実施例のように、駆動電圧のスイッチング時にロータを
引き戻すような静電吸引力が発生しないようにするため
には、スイッチングの極数は、オーバレイ電極数に応じ
て適切に選択する必要がある（例えば、ｎ＝２に＋１と
すれば、スイッチングの極数はｋとすればよい。）。し
たがって、駆動制御部にスイッチング極数を切り替える
ための回路を追加してもよい。

［発明の効果］ 本発明よれば、ロータとステータの圧接力を大ぎくでき
るので、その間の゛摩擦力が大きくなり、ロータに滑り
が発生しにくくなる。さらに、スイッチング時にも一部
の駆動電極でロータを保持しているので、スイッチング
時にロータに滑りが発生する恐れもない。このため、ロ
ータに負荷トルクが加わった場合でも、ロータとステー
タの間に滑りが発生しにくく、モータ出力の損失や回転
数の損失をなくすことかできる。また、スイッチング時
もロータがステータにしっかりと保持されており、モー
タの同期外れも生じにくいという利点がある。

さらに、ロータをステータの内周面に沿って転動させる
力も大きくできるので、モータ駆動力（出力）を大きく
できる。

さらに、ホールディングトルクが大きくなるので、モー
タを停止させる時のレスポンスが高速化される。また、
モータの停止時にロータを保持させる力も強くなり、ロ
ータの脱落等を防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概略構成図、第２図は
同上のステータ及びロータの構造を示す斜視図、第３図
は各駆動電極の印加電圧の変化を示すタイムチャート、
第４図は本発明の作用説明図、第５図は従来例の概略正
面図、第６図は従来例における各駆動電極の印加電圧の
変化を示すタイムチャートである。 ２・・・ステータ ５・・・ロータ １１・・・駆動制御部 Ｐ１〜Ｐ１２・・・駆動電極 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の駆動電極を周方向に沿って配置された略筒
   状のステータと、 ステータ内に遊動自在に挿通されたロータと、前記駆動
   電極のうちの一部をなす複数の駆動電極とロータとの間
   に駆動電圧を同時に印加し、駆動電圧を同時に印加され
   ている駆動電極数よりも少ない極数づつ駆動電圧の印加
   位置を各駆動電極に沿って順次移動させることによりロ
   ータを回転させる駆動制御部と からなるハーモニックドライブ型静電モータ。