JPH07112345B2

JPH07112345B2 - ダイレクト・ドライブ・モ−タ

Info

Publication number: JPH07112345B2
Application number: JP62047158A
Authority: JP
Inventors: 康彦村松; 進太田; 敏行高木; 治雄樋口; 光宏二階堂
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1987-03-02
Filing date: 1987-03-02
Publication date: 1995-11-29
Anticipated expiration: 2010-11-29
Also published as: JPS63213459A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、ファクトリーオートメーション（FA）の分野
で用いられるダイレクト・ドライブ・モータに関する。
更に詳しくは、本発明は、磁気誘導子型の同期モータで
あって、駆動トルクを受けて回転する回転子が固定子よ
り外側に設けられる構造のアウター・ロータ形のダイレ
クト・ドライブ・モータに関するものである。

（従来の技術） FAの分野で要求されるモータは、トルクが大きく、高速
で、かつ高精度の位置決め制御が行なえることが要求さ
れる。

従来、このような要求を満たすFA用のサーボアクチュエ
ータとしては、減速機と直流サーボモータとを組合せた
もの等が多く用いられてきた。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、減速機と組合せて構成されるこれまでの
サーボモータは、バックラッシュによるトルクむらや、
低剛性のためロストモーションの影響がある等の問題点
があった。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、
その目的は、トルクむらやロストモーションの影響がな
く、高速で、かつ高精度で位置決めの制御が可能なダイ
レクト・ドライブ・モータを実現することにある。ま
た、本発明の他の目的は、外径を大きくすることなく剛
性を大きくするとともに、組立が容易で、製作コストを
安価にできるダイレクト・ドライブ・モータを実現する
ことにある。

（問題点を解決するための手段）このような目的を達成する本発明は、内側固定子と、この内側固定子の外側に僅かな空隙を隔てて配置させた
外側回転子と、この外側回転子を内部に固定させた円筒形状で構成され
円筒形状内側円周部に溝が設けられた回転子ハブと、外径（d54）が回転子ハブの円筒形状内周部の径（d3）
より僅かに大きく、内径（d54a）が内側固定子の外径
（d1）より僅かに大きく構成され、前記回転子ハブの円
筒形状内側円周部に設けられている溝に挿入・固定した
Ｃ字形状固定リングと、円筒形状内に多くの部分が納まるように配置されると共
に前記内側固定子が固定された円筒形状で構成されたハ
ウジングと、回転子ハブの円筒形状内部にあって前記Ｃ字形固定リン
グに押圧固定され当該回転子ハブをハウジングに対して
片持構造で回転可能に支持するクロス・ローラ軸受けとを備えたことを特徴とするダイレクト・ドライブ・モー
タである。

（作用）外側回転子は、円筒形状の回転子ハブを介して、円筒形
状内部に設けられている軸受けによって回転可能に支持
され、内側固定子に生ずる磁気誘導によってダイレクト
に駆動され回転する。

軸受けは、Ｃ字形状固定リングに当接し、その位置が正
確に維持される。

（実施例）以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図は、本発明に係るダイレクト・ドライブ・モータ
の一例を示す軸方向断面図であり、第２図は組立分解図
である。

これらの図において、１は内側固定子で、２組の磁性体
11,12、この磁性体にはさまれた永久磁石13及び励磁コ
イル14とからなる。各磁性体11,12は、励磁コイル14が
巻回された複数個（ここでは12個）の突極11a,11b…が
あり、また各突極の先端にはピッチＰの歯15が設けられ
ている。

２は内側固定子１の外側に僅かな空隙を隔てて回転可能
に配置された外側回転子で、内側固定子１に対向する面
には、ピッチＰで並ぶ歯21が設けられている。

３は外側回転子２を円筒形状内部において固定し、外側
回転子２とともに回転する円筒形状の回転子ハブで、円
筒形状底面部31に回転力を取りだすための負荷４が取付
けられる。32は回転子ハブ３の底面部31から内側に突出
させた円筒状取付部で、その先端には後述するエンコー
ダ７のスリット板71が取付けられる。

５はクロス・ローラ軸受で、外側回転子２を回転子ハブ
３を介して片持構造で支持するもので、ここでは、クロ
ス・ローラ軸受けを用いたものを示しており、回転ロー
ラ51,回転ローラ51を上下から（内側，外側から）挟持
する保持部材52,53とからなる。

第３図は、このクロス・ローラ軸受けの構成説明図であ
る。下側（内側）支持部材52と上側（内側）支持部材53
との間には、リティナー51aが介在してあり、このリテ
ィナー51aには、回転ローラ51を保持する保持穴51bが所
定ピッチで設けられている。そして各保持穴51bに、こ
ろとして動作する回転ローラ51が、交互にその回転軸Cl
が直交するように一周に亘って配列されている。下側
（内側）支持部材52と上側（外側）支持部材53には、そ
れぞれ回転ローラ51の回転面が回転接触するＶ溝が設け
られ、これらのＶ溝が回転ローラ51を内側及び外側より
押圧保持している。

このような構成のクロス・ローラ軸受は、回転ローラ51
の転がり面は線接触のため、軸受け荷重による弾性変形
はほとんど無く、しかもラジアル荷重、アキシアル荷
重、モーメント荷重などの複雑な荷重を同時に受けるこ
とができるという特長をもっている。

第１図及び第２図に戻り、54は回転子ハブ３の円筒形状
内周部に固定されるＣ字形状固定リングである。

第４図は、このＣ字形状固定リング54の平面図である。
リングの外径d₅₄は、回転子ハブ３の円筒形状内周部の
径d₃より僅かに大きく、またその内径d_54aは内側固定子
１の外径d₁より僅かに大きく構成され、また、Ｃ字形の
両端部には引張穴54aが設けられている。このＣ字形状
固定リング54は、回転子ハブ３の円筒状内周部に次のよ
うにして固定される。すなわち、引張穴54aを用いてＣ
字形状固定リング54の両端部を互いに引張り、その外径
d₅₄を回転子ハブ３の内径d₃より小さくする。この状態
で固定リング54を回転子ハブ３の円筒形状内側に入れ、
予じめ内周部に形成させてある溝に挿入し、引張りを解
く。これにより固定リング54は元の状態（外径d₅₄の状
態）となり、回転子ハブ３内の所定位置に固定された状
態となる。

55はクランプリングで、軸受け５の一方の保持部材53
を、Ｃ字形状固定リング54との間に挟み、クランプリン
グ55を押圧することで、軸受５の支持部材53を回転子ハ
ブ３側に固定するものである。ここで、Ｃ字形状固定リ
ング54は、軸受５を回転子ハブ３の円筒形状内部におい
て、正確な位置に固定させるうえで重要な役目を果して
いる。また、回転子ハブ３の外周厚さを軸方向に均一に
構成することが可能となり、外径を大きくすることなく
剛性を大きくするうえで役立っている。

６は円筒形状の回転子ハブ３内に多くの部分が収納され
るように設置された円筒状のハウジングで、内側固定子
１が固定されるとともに、軸受け５の他方の支持部材52
が固定される。61は支持部材52をハウジング６に固定さ
せるためのクランプリングである。

７は回転子ハブ３の回転変位を検出するためのエンコー
ダで、回転ハブ３の中央円筒取付部32に固定された回転
スリット板71,この回転スリット板71に対して光ビーム
を照射させるLEDやレンズを含む光照射部72、スリット
板71を通過した光を受光する受光素子とこの受光素子か
らの信号を処理して回転子ハブ３の回転角度に比例した
信号を得る信号処理部を収容したアセンブリ73で構成さ
れる。なお、74はスリット板71を中央円筒取付部32に固
定するための取付けリングである。

ここで、固定子ハブ３の中央円筒取付部32は、円筒状ハ
ウジング６の内部に設置され、スリット板71は、この中
央円筒取付部32の先端に、軸受５が設置された平面PLと
ほぼ同一平面上に配置されるように取付けられている。
なお、このエンコーダ７は、回転子ハブ３の回転変位に
関連した信号を必要としない場合には、省略される。

次に、このように構成されるダイレクト・ドライブ・モ
ータの組立て方を第２図を参照しながら説明する。

まず、回転子ハブ３の円筒形状内側に、外側回転子２を
挿入し、両者が一体となるように、例えば接着剤あるい
はネジ，あるいは接着剤とネジの両方によって固定す
る。ここで、回転子ハブ３の内周径d₃は、外側回転子２
の磁性体外径及び軸受５の外径とほぼ同じか、ほんの僅
かだけ大きくしてあり、外側回転子２は正確に円筒形状
内側に固定される。

続いて、前記したような手順で、Ｃ字形状固定リング54
を回転子ハブ３の内周部に固定させる。また、内側固定
子１をハウジング６の円筒部に挿入し、両者を一体とな
るように、例えば接着剤等によって固定する。また、ハ
ウジング６の円筒内部に、光照射部72を例えばネジによ
って固定させる。

次に回転子ハブ３の円筒形状内に、ハウジング６を挿入
し、回転子ハブ３の内側とハウジング６の外側との間に
軸受け５を位置させ、クランプリング55によって軸受け
５の上部支持部材53を回転子ハブ３の固定リング54に押
圧固定させるとともに、クランプリング61によって軸受
け５の下部支持部材52をハウジング６に押圧固定させ
る。これによって軸受け５は、回転子ハブ３とハウジン
グ６の間の正確な位置にＣ字形固定リング54,クランプ
リング55及び61によって支持される。ここで、各クラン
プリング55,61において、支持部材52,53への押圧部に
は、それぞれ切欠部50,60が形成されており、軸受け５
に加えられる押圧力を適当に吸収し、適切な押圧力で軸
受けを支持できるようにしている。

次にエンコーダ７のスリット板71を、回転子ハブ３の中
央円筒取付部32の先端に、取付けリング74によって固定
する。また、信号処理部アセンブリ73を、光照射部72か
らの光ビームがスリット板71のスリット孔71a,71bを通
過し、イメージセンサ73a上に正確に当るように位置決
めを行ないながら、ハウジング６の内側に取付けて、完
成する。

このような構成の本発明のダイレクト・ドライブ・モー
タは、駆動トルクを発生する部分が外周部にあるので、
全体構成が小型でありながら大きなトルクを得ることが
できる。また、回転子ハブを支持する軸受けの固定及び
位置決めを、Ｃ字形状リング54によって行なうもので、
回転子ハブ３の内側内径d₃を軸方向に一定にでき、外側
回転子２や軸受５の回転子ハブ３への位置決めや固定を
容易に行なうことできるとともに、外径を大きくするこ
となく剛性を大きくできる。

第５図は、内側固定子１に設けられている励磁コイル14
の巻き方を示す図である。ここではＡ相,B相,C相からな
る３相の励磁回路が使用されており、Ａ相は、突極11a,
から２つおきに突極11d,11g,11jの合計４個の突極に直
列に巻回され、Ｂ相は突極11b,11e,11h,11kに直列に巻
回され、Ｃ相は突極11c,11f,11i,11lに直列に巻回され
ている。内側固定子１と外側回転子２との対向面に設け
られている歯15,21の位置関係は、PM型３相パルスモー
タと同様であり、詳細は省略する。

第６図は、外側回転子２の回転原理を示す説明図であ
る。

内側固定子１において、突極11aでの磁束は、永久磁石1
3によるバイアス磁束φ_Ｍと、突極11aに巻回された励磁
コイル14に励磁電流を流すことによって生ずる励磁磁束
φ_Ｃとの和φ_Ｏ＝φ_Ｍ＋φ_Ｃによって形成される。突極
11aの励磁を、励磁コイル14に流す電流を、例えば、Ａ
相,B相,C相の順で、互いに120゜位相差をもったものと
することにより、励磁磁束φ_Ｃが順にＡ相,B相,C相の順
に移動し、これによってφ_Ｍ＋φ_Ｃで表わされる和磁束
部分も移動するので、外側回転子２がこれに吸引され回
転する。

Ａ相,B相,C相に流す励磁電流の位相の進み、遅れを切換
えれば、回転方向は逆となる。

ここで、外側回転子２の推力（トルク）Ｔは、バイアス
磁束φ_Ｍと励磁磁束Φ_Ｃとの和Φ_Ｏの自乗に比例するも
ので、（１）式で表わされるＴ∝（φ_Ｍ＋φ_Ｃ）^２（１）本発明のモータは、（１）式で表わされるトルクＴの発
生部分が外周に位置するもので、これにより、小型であ
りながら大きなトルクを発生することを可能としてい
る。

なお、上記の実施例では、モータ部分の構成において、
内側固定子は12個の突極を有し、３相励磁回路を用いる
ものを示したが、このような構成に限定されるものでは
ない。また、バイアス磁束を与える永久磁石を内側固定
子に設けたものであるが、外側回転子に設けるようにし
てもよい。

（発明の効果）以上詳細に説明したように、本発明は、外側回転子を円
筒形状の回転子ハブの内部に固定するとともに、回転子
ハブを円筒形状の内部に設けられる軸受けによって支持
するようにしたものである。また、軸受けは、Ｃ字形状
固定リング54によって、位置決めされ固定されるもので
ある。従って、本発明によれば、全体構成が簡単で、組
立も容易に行なうことができ、小型でありながら大きな
トルクを得ることができる。また、回転子ハブから直接
トルクを得るもので、トルクむらやロストモーションの
影響を受けないダイレクト・ドライブ・モータが実現で
きる。

また、本発明においては、外径（d54）と内径（d54a）
とが、回転子ハブの円筒形状内周部の径（d3）や内側固
定子の外径（d1）に対して、特定の関係に構成したＣ字
形状固定リングを用い、これを回転子ハブの円筒形状内
側円周部に設けられている溝に挿入・固定し、クロス・
ローラ軸受５を、回転子ハブの円筒形状内部にあってＣ
字形固定リングに押圧固定する構成としたものである。

従って、内側固定子と外側固定子との対向する面（この
面で形成される円筒形状の直径が大きいほどトルクを大
きくできる）を、クロス・ローラ軸受けのローラ中心と
ほぼ同一面に形成することが可能となり、外径をできる
だけ小さく保ちながら、必要な剛性を確保し、大きなト
ルクを得ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るダイレクト・ドライブ・モータの
一例を示す軸方向断面図、第２図は組立分解図、第３図
は第１図のモータにおいて用いられるクロス・ローラ軸
受けの構成説明図、第４図は本発明において用いられる
Ｃ字形状固定リングの平面図、第５図は励磁コイルの巻
き方を示した図、第６図は回転原理の説明図である。１……内側固定子、11,12……磁性体、13……永久磁
石、14……励磁コイル、２……外側回転子、３……回転
子ハブ、４……負荷、５……軸受け、６……ハウジン
グ、７……エンコーダ、54……Ｃ字形状固定リング、5
5,61……クランプリング。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者樋口治雄東京都武蔵野市中町２丁目９番32号横河電機株式会社内 (72)発明者二階堂光宏東京都武蔵野市中町２丁目９番32号横河電機株式会社内 (56)参考文献特開昭62−37044（ＪＰ，Ａ) 特開昭48−93856（ＪＰ，Ａ) 実開昭55−19472（ＪＰ，Ｕ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内側固定子（１）と、この内側固定子の外側に僅かな空隙を隔てて配置させた
外側回転子（２）と、この外側回転子を内部に固定させた円筒形状で構成され
円筒形状内側円周部に溝が設けられた回転子ハブ（３）
と、外径（d54）が回転子ハブの円筒形状内周部の径（d3）
より僅かに大きく、内径（d54a）が内側固定子の外径
（d1）より僅かに大きく構成され、前記回転子ハブの円
筒形状内側円周部に設けられている溝に挿入・固定した
Ｃ字形状固定リング（54）と、円筒形状内に多くの部分が納まるように配置されると共
に前記内側固定子が固定された円筒形状で構成されたハ
ウジング（６）と、回転子ハブの円筒形状内部にあって前記Ｃ字形固定リン
グに押圧固定され当該回転子ハブをハウジングに対して
片持構造で回転可能に支持するクロス・ローラ軸受け
（５）とを備えたことを特徴とするダイレクト・ドライブ・モー
タ。