JPH0623187Y2 - 可変空隙モータ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 Ａ．産業上の利用分野 本考案は可変空隙モータに関し、従来の可変空隙モータ
にリラクタンスモータの原理による電位吸引力を複合
し、小形で大出力を得るよう工夫したものである。

Ｂ．考案の概要 本考案は、従来の可変空隙モータのロータの少なくとも
片端面に周方向に関し等配に凸部を形成するとともに、
前記片端面に相対向するようにステータ側にコイルが巻
回された磁極を設け、ロータの端面とこの端面に相対向
するステータ側とでリラクタンスモータの原理による電
磁吸引力を発生させ、可変空隙モータとしての出力にリ
ラクタンスモータの原理による電磁吸引力が重畳される
ようにしたものである。

Ｃ．従来の技術 省力化を主目的とする種々のロボットが各産業分野で汎
用されている。この種のロボットの腕の関節等を駆動す
る駆動装置は低速で高トルクが得られることが肝要であ
る。

低速・高トルク出力を得る駆動装置としては、通常のモ
ータと減速ギヤとを組合せたギヤモータが周知である。

ところが、ギヤモータでは、モータとギヤを組み合わせ
るため、小形化が難かしく、また低速ギヤのバックラッ
シュが存在するため、精度を向上させるにも限界があ
る。

低速・高トルク出力を得る駆動装置としては、他に可変
空隙モータが知られている。

現在普通に用いられているモータは、ロータとステータ
との間隙が一定となっている固定空隙型であり、磁界中
に位置するロータコイルに電流を流してフレミングの左
手の法則により発生する電磁力を回転力として出力する
ものである。

これに対し、可変空隙モータでは、ロータがステータの
内周面に沿いころがって公転しつつロータ自体は公転方
向とは逆方向にゆっくりと自転するためローターステー
タ間隙は時々刻々変化する。そして、このときの回転力
は、ステータのコイルが電磁石となって、ロータを吸引
することにより発生する。

かかる可変空隙モータを図面を参照しつつ詳細に説明す
る。第４図に示すように円筒状のステータ１内には磁性
材料で形成したロータ２が配置されている。ロータ２の
両端は特殊な軸受で支持されており、ロータ２がステー
タ１の内周面上を矢印Ｉ方向にころがって自転すること
により矢印II方向に公転するようになっている。ステー
タ１には６組のコイルＣ_１，Ｃ_２，Ｃ_３，Ｃ_４，Ｃ_５，
Ｃ_６が備えられており、これらコイルＣ_１，Ｃ_２，
Ｃ_３，Ｃ_４，Ｃ_５，Ｃ_６はダイオードＤ_１，Ｄ_２，
Ｄ_３，Ｄ_４，Ｄ_５，Ｄ_６を介して三相商用電源に接続さ
れている。そこで第５図のｔ_０の位相のとき、電流はコ
イルＣ_６，Ｃ_１，Ｃ_２に流れ、コイルＣ_３，Ｃ_４，Ｃ_５
には流れない。このためロータ２は電磁力によりステー
タ１のうちコイルＣ_６，Ｃ_１，Ｃ_２側に吸引される。こ
のような吸引状態が時間とともに回転するので回転吸引
力が得られ、その同期速度は三相２極巻線と同じであ
る。

かくてロータ２は矢印II方向に公転しつつ、このときの
公転方向と逆方向に自転する。この場合、ステータ１の
内径とロータ２の径の差が小さいほど、ロータ２の自転
速度が小さくなり、公転速度に対する自転速度の比（減
速比）は大きな値が得られる。

次に、このような可変空隙モータの各種特性を説明す
る。

可変空隙モータのサイクロ運動について：第６図に概要
図で示すように、ロータ２（その半径ｒ）がステータ１
（その半径Ｒ）に添って動くとき、ロータ２の中心の軌
跡は半径が（Ｒ−ｒ）でステータ１と同心の円となる。
ロータ２がｎ回転だけ自転すると、ロータ２、ステータ
１間のすべりが無いとすると、ロータ２の中心は２πｒ
・ｎだけ動く。またｍ回転だけ公転したときのロータ２
の中心の移動距離は２π（Ｒ−ｒ）・ｍである。両者は
等しいから ２πｒｎ＝２π（Ｒ−ｒ）ｍ…(1) となる、故に公転と自転の速度比は次のようになる。

（ただしＡ＝r/R） 公転力Ｔ_１と自転力Ｔ_２の関係は仕事率Ｐが一定である
から、 となる。

可変空隙モータのトルクについて： 第７図のロータ位置において、磁極Ｐ_１を励磁した時に
発生するトルクを計算する。第７図は動きを判り易くす
るために角度αを大きくして描いたものである。第８図
において歯とロータ間に力Ｆが働いているとすると、ロ
ータに働く接線力Ｆ_ｒは、同図の三角形の相似の関係か
ら次式の通りとなる。

Ｆは次式となる。

但し Ｓ：歯の断面積，Ｎｉ：起磁力， Ｂ：磁束密度，ｌ：平均ギャップ長ｌは第８図より (5)，(6)式を(4)式に代入し 自転力トルクＴ_２は ［ただしＡ＝ｒ／Ｒ］ となる。

磁束密度を基準にしてトルクを表わすと次のようにな
る。

自転力Ｔ_２＝ｒ・Ｆ_ｒであり、(4)，(5)式を代入するこ
とにより、 公転力Ｔ_１は上式と(3)より となる。

Ｄ．考案が解決しようとする問題点 上記可変空隙モータにおいて自転力をとりだせば、ロー
タ２の半径ｒ＞1/2（ステータ１の内周面の半径Ｒ）の
ときには、低速・高トルクの出力が得られる。

この可変空隙モータに更に他のモータの機能を追加する
ことができれば出力トルクは更に大きなものが得られ
る。

本考案は、従来の可変空隙モータにリラクタンスモータ
の原理による電磁吸引力に基づくトルクを追加すること
により大出力の可変空隙モータを提供することを目的と
する。

Ｅ．問題点を解決するための手段 上記目的を達成する本考案の構成は、周方向に亘に多数
の第１のコイルを配設してなる円筒状のステータと、前
記第１のコイルが発生する電磁吸引力に吸引されてステ
ータの内周面上を転動して自転することによりステータ
の内周面に沿い自転とは逆方向に公転するロータとを有
する可変空隙モータにおいて、少なくともロータの片端
面に周方向に関し等間隔に複数形成された凸部と、前記
片端面に相対向するようステータ側のブラケットの内周
面に複数形成された磁極と、各磁極に嵌装され、前記第
１のコイルと同期して励磁され、前記各凸部を前記磁性
が順次吸引するよう電磁吸引力を発生させる第２のコイ
ルとを有することを特徴とする。

Ｆ．作用 上記構成の本考案によれば、ロータの端面とこの端面に
相対向するステータ側とでリラクタンスモータの原理に
よる電磁吸引力が発生する。したがって可変空隙モータ
としての出力に前記電磁吸引力に基づくトルクの出力が
重畳される。

Ｇ．実施例 以下本考案の実施例を図面に基づき詳細に説明する。

第１図に示すように、ステータ１１の内周面には周方向
に亘り多数のコイル１３が配設してある。本実施例の場
合、コイル１３は軸方向に関する２ヶ所において２列形
成してある。ロータ１２は、その両端面に軸１２ａ，１
２ｂが突設してある。これら軸１２ａ，１２ｂは自在継
手１４，１５を介して回転軸１８，１９に連結してあ
る。回転軸１８，１９はステータ１１のブラケット１１
ａ，１１ｂに固着された軸受２０，２１に回転可能に支
承されている。このとき、軸１２ａ，１２ｂの軸心はロ
ータ１２の中心軸に一致し、また回転軸１８，１９の軸
心はステータ１１の中心線に一致している。かくして、
ロータ１２はコイル１３の吸引力によりステータ１１の
内周面に沿い公転し乍ら自転する。このときの自転力は
回転軸１８，１９により取り出し得る。また、このとき
ロータ１２の半径ｒ＞1/2（ステータ１１の内周面の半
径Ｒ）となっている。

以上は従来技術の可変空隙モータと同様であるが、本実
施例のロータ１２には、その端面図である第２図に明確
に示すように、両端面の周方向に関し等間隔に複数形成
された凸部１２ｃを有している。また、ブラケット１１
ａ，１１ｂの内周面には、その端面図である第３図に明
確に示すように、コイル３１が夫々巻回された各凸部１
２ｃに夫々相対向するように磁極３０が形成されてい
る。

このとき、コイル３１はコイル１３と同期して順次励磁
され、コイル１３の励磁によるこのコイル３１が嵌装さ
れた磁極３０の電磁吸引力により直近の凸部１２ｃを吸
引するように構成してある。すなわち、通常の可変空隙
モータとしてのトルクに、リラクタンスモータと同様の
原理による磁極３０と凸部１２ｃとの間の磁気抵抗を最
小にしようとする作用による電磁吸引力が加重されるよ
うに構成してある。

かかる本実施例において位置的に対応するコイル１３，
３１を対として順次周方向に回転する磁界を作れば、本
実施例のモータは可変空隙モータとして機能するばかり
でなく、リラクタンスモータと同様の原理による電磁吸
引力も得られる。即ち、回転軸１８，１９からは可変空
隙モータとしてのトルクにリラクタンスモータと同様の
電磁吸引力によるトルクを重畳したトルクが得られる。

本実施例の可変空隙モータは、それ自体低速・高トルク
特性が得られるばかりでなく、可変空隙モータとしての
トルクにリラクタンスモータと同様の電磁吸引力による
トルクが重畳される結果、より大きなトルクが得られ
る。

なお、上記実施例ではロータ１２の両端面に凸部１２ｃ
を設けたが、これはロータ１２の片端面のみを利用した
ものであっても良い。ただ、両端面を利用した場合が、
片端面を利用した場合よりも大きいトルクを得ることは
論を持たない。

Ｈ．考案の効果 以上実施例とともに具体的に説明したように、本考案に
よれば、可変空隙モータのロータ及びステータ側のブラ
ケットを利用してリラクタンスモータと同様の原理によ
る電磁吸引力が作用するように形成したので、従来の可
変空隙モータのトルクに前記電磁吸引力によるトルクを
重畳したトルクを得ることができる。即ち、大出力の駆
動装置を得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例を示す縦断面図、第２図はその
ロータの端面を示す端面図、第３図はブラケットの端面
を示す端面図、第４図は従来の可変空隙モータを示す概
略構成図、第５図は従来の可変空隙モータに入力する三
相交流電流を示す波形図、第６図〜第８図は可変空隙モ
ータの特性を説明するための説明図である。 図面中、 １１はステータ、 １１ａ，１１ｂはブラケット、 １２はロータ、 １３，３１はコイル、 ３０は磁極である。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】周方向に亘り多数の第１のコイルを配設し
   てなる円筒状のステータと、前記第１のコイルが発生す
   る電磁吸引力に吸引されてステータの内周面上を転動し
   て自転することによりステータの内周面に沿い自転とは
   逆方向に公転するロータとを有する可変空隙モータにお
   いて、 少なくともロータの片端面に周方向に関し等間隔に複数
   形成された凸部と、前記片端面に相対向するようステー
   タ側のブラケットの内周面に複数形成された磁極と、各
   磁極に嵌装され、前記第１のコイルと同期して励磁さ
   れ、前記各凸部を前記磁性が順次吸引するよう電磁吸引
   力を発生させる第２のコイルとを有することを特徴とす
   るリラクタンスモータ付可変空隙モータ。