JPH07110016A - 空気圧モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低速回転域から高速回転域までの広範囲の運
転領域に亙って安定した速度制御を行うことができる空
気圧モータを提供する。 【構成】 空気圧モータ１０は、ハウジング１２内に回
動可能に配置されるロータ１４と、ロータ１４の回転速
度を制御する調速装置１６とを備える。ロータ１４は、
ノズル２０を介して羽根１８に供給される圧縮空気によ
り作動トルクを生じる。ロータ１４の回転速度は、速度
センサ２２によって検出される。調速装置１６は、ロー
タ１４に連結される環状の回転部３４と、空隙を介して
回転部３４を包囲する固定部３６とを備える。回転部３
４は半硬磁性材料からなり、ロータ１４と共に回転す
る。固定部３６は、環状コア４０の各突歯３８に巻着さ
れる巻線４２を備える。ロータ１４の回転中に巻線４２
に通電すると、回転部３４は磁束変化により負荷トルク
を付与される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空気圧モータに関し、
特に、ロータの回転速度を制御する速度制御手段を備え
た空気圧モータに関する。

【０００２】

【従来の技術】圧縮空気のエネルギーを機械的回転運動
に変換する空気圧モータは、安全性が高く、高温、粉塵
等の特殊環境下でも使用できるので、様々な分野で利用
されている。特に、作動流体である圧縮空気の流量や圧
力の変更により回転速度及び出力が変化するので、速度
制御及び出力制御が容易である利点を有する。従来、空
気圧モータの速度制御は、一般に速度制御弁を用いて供
給空気又は排出空気の流量を調整することにより行われ
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら空気圧モ
ータでは、空気の持つ圧縮性に起因して、高精度の制御
を行うことが困難である。特に毎分数千回転以下の低速
回転域において、圧縮空気のエネルギーの変動が回転速
度に及ぼす影響は、中速ないし高速回転域よりも大きく
なる。したがって従来の空気流量の調整による速度制御
は、中速ないし高速回転域においては負荷の変動に対し
ても比較的安定した制御を行うことができるが、低速回
転域で同様に安定した制御を行うことは困難であった。
故に従来の空気圧モータは、低速運転中の負荷の変動に
対して一定速度を維持することが困難であり、低速運転
による高精度の作業を要求される場合は、減速機を使用
したり、電動機等の他の原動機を使用したりしていた。
その結果、適用装置の駆動系の小形化が妨げられてい
た。

【０００４】本発明の目的は、毎分数千回転以下の低速
回転域から毎分数万回転の高速回転域までの広範囲の運
転領域に亙って、安定した速度制御を行うことができ、
以て多様な用途に使用できる空気圧モータを提供するこ
とにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、ロータと、圧縮空気供給手段と、圧縮空
気供給手段から供給された圧縮空気のエネルギーをロー
タの回転運動に変換するエネルギー変換手段と、ロータ
の回転速度を検出する速度センサと、速度センサの検出
信号に従ってロータの回転速度を制御する速度制御手段
とを具備する空気圧モータにおいて、速度制御手段は、
圧縮空気によりロータに付与された作動トルクに抗して
作用する負荷トルクをロータに生じさせ、速度センサの
検出信号に従って負荷トルクを調整することによりロー
タの回転速度を制御する調速装置を具備することを特徴
とする空気圧モータを提供する。

【０００６】好適な実施態様において、調速装置は、ロ
ータに連結される半硬磁性材料からなる回転部と、空隙
を介して回転部を包囲し、電流供給により回転部の周囲
に磁界を形成する固定部とを備え、固定部に供給される
電流量の制御により回転部に作用する負荷トルクを調整
し、以てロータの回転速度を制御する構成とすることが
できる。

【０００７】

【作用】調速装置は、速度センサの検出信号に従って、
ロータの作動トルクに抗して作用する負荷トルクを調整
し、それにより、ロータの回転速度を目標値に一致させ
る。負荷トルクの調整は、圧縮空気の流量調整とは無関
係に行われるので、低速回転域においても安定した速度
制御を行うことができる。したがって、低速運転中の負
荷の変動にも正確に対応して、ロータの回転速度を一定
に保持することができる。

【０００８】

【実施例】以下、添付図面を参照して、本発明を好適な
実施例によりさらに詳細に説明する。図１は、本発明の
実施例による空気圧モータ１０を示す。空気圧モータ１
０は、例えば工作機械の主軸頭に設置され、ハウジング
１２内に回動可能に配置される円筒状のロータ１４と、
ロータ１４の回転速度を制御するための調速装置１６と
を備える。ロータ１４は、その軸方向略中央位置に、半
径方向外方へ延びる複数の羽根１８を備える。複数の羽
根１８は、ロータ１４の外表面に周方向へ略等間隔の配
置で固定され、作動流体である圧縮空気を受けてロータ
１４に作動トルクを付与する。作動用の圧縮空気は、図
示しない圧縮空気供給源から、ノズル２０、及びハウジ
ング１２に形成した通路２１を介して、羽根１８に供給
される。また、ロータ１４の回転速度は、羽根１８に近
接してハウジング１２に設置された速度センサ２２によ
って検出される。

【０００９】この実施例では、ロータ１４の前端（図で
左側）に工具取付け部２４が固定され、工具取付け部２
４に工具２６が取着される。工具２６は、ハウジング１
２に固定された工具支持部２８によって回動可能に支持
される。ロータ１４は、例えば空気軸受３０によって回
動可能に支持される。したがってこの実施例による空気
圧モータ１０は、毎分数万回転の最高速度を有する高速
モータとなっている。なお、空気軸受３０用の圧縮空気
は、作動用圧縮空気のノズル２０とは異なる一対のノズ
ル３２、及びハウジング１２に形成した通路３３を介し
て、ロータ１４の表面及び羽根１８の側面に供給され
る。

【００１０】図１及び図２に示すように、調速装置１６
は、ロータ１４の後端（図で右側）に連結される回転部
３４と、ハウジング１２に固定され、空隙を介して回転
部３４を包囲する固定部３６とを備える。回転部３４
は、半硬磁性材料からなる環状要素であり、ロータ１４
に固定されてロータ１４と共に回転する。固定部３６
は、複数の突歯３８を有する環状コア４０と、各突歯３
８に巻着される巻線４２とを備える。

【００１１】ロータ１４の回転中に、調速装置１６の巻
線４２に通電して固定部３６に磁界を形成すると、磁界
内で回転する回転部３４は、材料のヒステリシス特性に
よって見掛けの回転磁界に対し位相の異なる磁束変化を
生じ、それにより回転部３４にトルクが発生する。この
ように調速装置１６は、周知のヒステリシスモータと同
様の原理を用いて、圧縮空気のエネルギーによって回転
するロータ１４に逆方向のトルク（すなわち負荷トル
ク）を付与することにより、ロータ１４の回転速度を制
御する。

【００１２】図３は、空気圧モータ１０の回転速度の制
御ブロック線図である。なお、ブロックに付した番号は
対応の部材番号を示す。図３に示すように、空気圧モー
タ１０では、速度指令に対し、例えば作動用圧縮空気の
供給側に設けた速度調整弁（図示せず）により、圧縮空
気流量の粗調整を行う。さらに、調速装置１６の巻線４
２に供給される電流量の微制御により、回転部３４を介
してロータ１４に付与される負荷トルクを調整し、以て
ロータ１４の回転速度を高精度に制御する。速度センサ
２２による検出速度信号は、調速装置１６にフィードバ
ックされるので、例えば工具運転中の負荷の変動が大き
すぎて調速装置１６の制御能力を超えた場合には、それ
を他の手段で検出して再び圧縮空気流量の粗調整を行
う。なお、空気圧モータ１０の速度制御系においては、
ロータ１４に負荷トルクを加えて減速することによりそ
の回転速度を制御するので、一般に指令速度は実際の目
標値よりも大きな値となる。

【００１３】このように、空気圧モータ１０では、調速
装置１６への供給電流制御によってロータ１４の回転速
度を制御するので、低速回転域においても安定した速度
制御を行うことができる。しかも、調速装置１６の逆ト
ルク生成構造は、磁気特性を利用した非接触構造からな
るので、ロータ１４の高速回転を妨害する問題は生じな
い。また、高速回転域においては、調速装置１６への電
流供給を停止して、圧縮空気の流量調整のみによって速
度を制御すればよい。その場合、調速装置１６の回転部
３４を半硬磁性材料から形成したことにより、永久磁石
を使用した場合の渦電流損による発熱の問題が回避され
る。

【００１４】上記実施例において、本発明は、エネルギ
ー変換手段として複数の羽根をロータに備えた空気圧モ
ータによって説明されたが、本発明はそれに限定するこ
となく、例えばピストンや歯車によって圧縮空気エネル
ギーを回転運動に変換する形式の空気圧モータにも適用
できる。また、工作機械だけでなく、広範囲の運転速度
を必要とする様々な用途に利用できることは言うまでも
ない。

【００１５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、圧縮空気の流量調整から独立した調速装置の負荷ト
ルク調整によって、毎分数千回転以下の低速回転域にお
いても安定した速度制御を実施可能とした。したがって
本発明によれば、毎分数千回転以下から毎分数万回転ま
での広範囲の運転領域に亙って高精度の運転が可能な空
気圧モータが提供され、それにより空気圧モータの用途
を大幅に拡大することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による空気圧モータを使用した
工作機械の主軸頭部の断面図である。

【図２】図１の線II−IIに沿った断面図で、空気圧モー
タの調速装置を示す。

【図３】図１の空気圧モータの回転速度の制御ブロック
線図である。

【符号の説明】

１２…ハウジング １４…ロータ １６…調速装置 １８…羽根 ２０，３２…ノズル ２２…速度センサ ２６…工具 ３０…空気軸受 ３４…回転部 ３６…固定部 ４０…環状コア ４２…巻線

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロータと、圧縮空気供給手段と、該圧縮
   空気供給手段から供給された圧縮空気のエネルギーを該
   ロータの回転運動に変換するエネルギー変換手段と、該
   ロータの回転速度を検出する速度センサと、該速度セン
   サの検出信号に従って該ロータの回転速度を制御する速
   度制御手段とを具備する空気圧モータにおいて、 前記速度制御手段は、圧縮空気により前記ロータに付与
   された作動トルクに抗して作用する負荷トルクを該ロー
   タに生じさせ、前記速度センサの検出信号に従って該負
   荷トルクを調整することにより該ロータの回転速度を制
   御する調速装置を具備すること、を特徴とする空気圧モ
   ータ。
2. 【請求項２】 前記調速装置は、前記ロータに連結され
   る半硬磁性材料からなる回転部と、空隙を介して該回転
   部を包囲し、電流供給により該回転部の周囲に磁界を形
   成する固定部とを備え、該固定部に供給される電流量の
   制御により該回転部に作用する前記負荷トルクを調整
   し、以て該ロータの回転速度を制御する請求項１に記載
   の空気圧モータ。