JPH10304646A

JPH10304646A - 電磁ワブルモータ

Info

Publication number: JPH10304646A
Application number: JP10977397A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Takahashi; 橋博高; Koichi Suzumori; 森康一鈴
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-04-25
Filing date: 1997-04-25
Publication date: 1998-11-13
Anticipated expiration: 2017-04-25
Also published as: JP3420685B2

Abstract

(57)【要約】【課題】軸受けがなく構造が簡単でマイクロメカニズ
ムに適した電磁ワブルモータを提供する。【解決手段】本発明の電磁ワブルモータは、磁性体か
らなるロータと、このロータに遊嵌する磁性体からなる
ステータとを有している。このステータの前記ロータに
遊嵌する周面には、凸形状磁極が周方向に等間隔に設け
られ、この凸形状磁極には、磁束を発生させるためのコ
イルが設けられている。そして、ロータは、ステータの
周面の凸形状磁極に接触を伴って転動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ワブルモータの
原理を利用した電磁式モータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の電磁ワブルモータの代表
例としては、特開平２−１６４２６５号公報に開示され
たものがある。この電磁ワブルモータは、円筒形のハウ
ジング内に磁性体からなる２個のステータ側環状体とそ
の間に連絡ヨークを取付け、前記環状体の内周に設けら
れた複数の凸極には励磁コイルを巻いてステータを構成
している。第１のロータは磁性体からなる２個の環状体
とその間の永久磁石からなり、第１のロータ左端部のギ
ヤで第２のロータのギヤと係合すると共に、第１のロー
タ左端部のギヤはステータのギヤと係合している。第２
のロータは出力軸であり、この第２のロータと第１のロ
ータは軸受を用いて回転自由に支持されている。

【０００３】この電磁ワブルモータは永久磁石とコイル
磁束の作用によって強力な吸引力を発生するので、大ト
ルクを必要とする産業用機械の動力源に好適である。し
かし、構造が複雑であるために小型化が難しかった。と
くに、軸受や永久磁石などの構成要素は小型化に対する
製作上の技術的課題が多い。そこで、軸受と永久磁石を
排除したマイクロメカニズム用の駆動源として好適な電
磁ワブルモータが図７および図８に示す特開平９−１９
１３１号公報によって提案されている。

【０００４】図７は、この電磁ワブルモータを示す平面
図、図８は、その縦断面図である。この電磁ワブルモー
タは、ロータが磁極面と接触しながら転動するワブルモ
ータであって、ロータ外周面に設けられた雄ねじとステ
ータ磁極部内周面に設けられた雌ねじを利用して軸方向
の駆動力を取り出すようになっている。

【０００５】即ち、ロータ１１の外周面には、雄ねじ１
１ａが形成されている。ステータ１２は、放射状に配置
された数個の磁極Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４からなり、こ
れら磁極の先端には、ロータの外径よりやや大径の円筒
状内周面が形成されている。そのステータ１２の内周面
には、ロータ１１の雄ねじ１１ａに係合する雌ねじ１２
ａが形成されている。

【０００６】また、ステータ１２を構成する磁極Ｓ１，
Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４は、上下に一対設けられ、これらを連
結するように鉄製角柱が設けられており、この鉄製角柱
にはコイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が形成されている。
さらに、上下にそれぞれ設けられた磁極Ｓ１，Ｓ２，Ｓ
３，Ｓ４は、リング状の銅製フレーム１３によってそれ
ぞれ一体的に固定されている。

【０００７】このような構成において、コイルＣ１，Ｃ
２，Ｃ３，Ｃ４に電流を印加すると、鉄製角柱→上部ま
たは下部磁極→ロータ１１→下部または上部磁極→鉄製
角柱なる閉ループ磁束が形成される。この閉ループ磁束
によって、ロータ１１がステータ１２の内周面に吸着さ
れる。そして、磁極Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４は周方向に
順に励磁されるようになっており、それによってロータ
１１がステータ１２の内周面に吸着されて周方向に転動
する。ロータ１１が１周公転すると、そのロータ１１は
ステータ１２の内径とロータ１１の外径との差に応じた
角度だけ自転する。従って、ねじの作用により、ロータ
１１が軸方向に駆動される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、４個の
磁極をリング状の銅製フレームによって一体的に固定し
ているので、高精度が要求される部品加工および組立て
作業が必要となる。また、鉄などの磁性材料と銅などの
非磁性材料の異材料が必要となる。さらに、上下部に配
設された磁極を鉄製角柱で連結し、この鉄製角柱にコイ
ルを形成しているので、軸方向長さの小型化が困難であ
った。

【０００９】そこで本発明では、全ての磁極を一体に加
工することで高い精度を有する組立て作業を不要にし、
かつ、駆動源としてマイクロメカニズムへの組込み使用
も可能な電磁ワブルモータの提供を目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の第１の特徴は、周面に周方向等間隔に複数
形成された凸形状磁極とこの凸形状磁極に設けられ磁束
を発生させるためのコイルとを有する磁性体からなるス
テータと、このステータに遊嵌しステータの周面の凸形
状磁極に接触を伴って転動する磁性体からなるロータと
を備えたことを特徴としている。

【００１１】本発明の第２の特徴は、ロータと転がり接
触する凸形状磁極の磁束密度を、飽和状態にすることを
特徴としている。

【００１２】本発明の第３の特徴は、ロータと転がり接
触するステータの周面及びステータと転がり接触するロ
ータの周面に、互いに噛み合う歯車を形成してなること
を特徴としている。

【００１３】本発明の第４の特徴は、外部から入力され
る回転駆動信号を基に回転方向、回転速度、励磁電流値
を出力するデコーダと、このデコーダの情報に基いてス
テータのコイルに印加する励磁電流の駆動パターンを生
成し出力する駆動パターン発生手段と、この駆動パター
ン発生手段からの信号に応じてパルス幅変調を行うパル
ス幅変調手段とを有し、回転駆動信号を受信し出力信号
で直接前記コイルを作動させるゲートアレイをさらに備
えたことを特徴としている。

【００１４】本発明の第１の特徴によれば、ロータの回
転支持を行う軸受または固定子枠（ガイド）を排除して
ロータが磁極面を転がり接触によって転動するようにし
ているので、構成部品が減少させることができるととも
に、高い精度を必要とする組立て作業を不要とすること
ができる。

【００１５】本発明の第２の特徴によれば、また、ロー
タと転がり接触するステータの凸形状磁極の磁束密度を
飽和状態にしているので、ロータと磁極の接触部に生じ
る集中磁束による過大な吸着力発生を防止し、安定なワ
ブル動作を実現することができる。

【００１６】本発明の第３の特徴によれば、ロータとス
テータに歯車を設け、ロータの歯車がステータの歯車と
噛合いながら転動するようにしているので、特にロータ
に大きな負荷が作用した時でも、ロータとステータ間の
滑りを防止し安定した動作を維持できる。

【００１７】本発明の第４の特徴によれば、デコーダと
駆動パターン発生手段とパルス幅変調手段をゲートアレ
イ内に構成し、ゲートアレイの出力信号で直接駆動を行
うようにしているので、駆動回路の小型化を実現してマ
イクロメカニズムへの組込みを容易にすることができ
る。また、パルス幅変調手段によってゲートアレイの出
力信号がコイルの最適印加電圧に高効率で減圧調整され
るので、とくにマイクロメカニズムで問題となる発熱を
最小限に抑えることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態を説明する。

【００１９】図１及び図２に本発明の一実施例に係る電
磁ワブルモータを示す。同図において、符号２１はステ
ータを示し、符号４１はロータを示す。ステータ２１
は、磁性材料製の環状体２３を有している。この環状体
２３は、外周側の環状体本体２５と、この環状体本体２
５の内周側に一体に形成された１２個の凸形状磁極Ｇ１
〜Ｇ１２とを有している。これら凸形状磁極Ｇ１〜Ｇ１
２は、環状体本体２５の内周から半径方向内方に向かっ
て形成され、それぞれ周方向に等間隔に配設されてい
る。これら凸形状磁極Ｇ１〜Ｇ１２には、それぞれコイ
ルＣ１〜Ｃ１２が巻き付けられている。また、環状体２
３の両側面には、環状の軸方向ガイド部材２７が設けら
れている。この軸方向ガイド部材２７は、ロータ４１と
一定の間隔をもって配置されている。

【００２０】一方、ロータ４１は、磁性材料製の円筒体
４３を有している。この円筒体４３の直径は、環状体２
３の凸形状磁極Ｇ１〜Ｇ１２の先端を通る円の直径より
やや小さく設定されている。この円筒体４３の中心に
は、この円筒体４３と同軸に出力軸４５が固定して設け
られている。

【００２１】このような構成において、コイルＣ１〜Ｃ
１２に対してある駆動パターンで順に電流を印加して凸
形状磁極Ｇ１〜Ｇ１２を励磁すると、円筒体４３が凸形
状磁極Ｇ１〜Ｇ１２に順に吸着される。その結果、円筒
体４３は凸形状磁極Ｇ１〜Ｇ１２に転がり接触を伴って
転動し、その出力は円筒体４３に固定された出力軸４５
から取り出すことができる。

【００２２】ここで、駆動パターンの一例を図３に示
す。この駆動パターンではコイルＣ１〜Ｃ１２にパルス
状の電流Ｉ１〜Ｉ１２を順に印加するようになってい
る。コイルＣ１に電流Ｉ１を印加した後のコイルＣ２へ
の電流Ｉ２の印加タイミングは、パルス幅の１／２時間
分だけ時間的な遅れを持たせて行われる。コイルＣ３〜
Ｃ１２への電流Ｉ３〜Ｉ１２も同様のタイミングで実施
される。このように、これら電流Ｉ１〜Ｉ１２を繰り返
し印加することによって、円筒体４３に対して周方向に
回転した吸着力を発生させることができる。回転の正逆
切替えは、駆動パターンを逆にして印加することによ
り、容易に制御可能である。なお、図３に示す駆動パタ
ーンは一例であり、これに限定されるものではない。

【００２３】一方、コイルＣ１〜Ｃ１２に印加される電
流は、凸形状磁極Ｇ１〜Ｇ１２に発生する磁場の磁束密
度が飽和状態となるように設定される。

【００２４】その理由を図４を用いて説明する。今、円
筒体４３が凸形状磁極Ｇ１に吸着されて接触し、凸形状
磁極Ｇ１とＧ２を磁路とする閉ループ磁束Ｍによって円
筒体４３を矢印Ａの方向に転動させ、その結果、点線で
示す円筒体４３は凸形状磁極Ｇ１とＧ２に接触した位置
で安定状態となる。しかし、この時、凸形状磁極Ｇ１の
磁束密度が飽和状態でないとすると、円筒体４３と凸形
状磁極Ｇ１の接触部に磁束が集中する。このため、凸形
状磁極Ｇ１とＧ２に作用する吸着力に大きなアンバラン
スが発生し、図中、点線で示した円筒体４３の安定状態
が得られなくなることがある。場合によっては、円筒体
４３が凸形状磁極Ｇ１に吸着されて離れなくなることも
考えられる。そこで、凸形状磁極Ｇ１〜Ｇ１２を円筒体
４３と接触した状態では磁束密度が飽和状態となるよう
にコイルＣ１〜Ｃ１２の印加電流を設定している。この
ようにすることにより、円筒体４３と凸形状磁極Ｇ１〜
Ｇ１２の接触部に生じる集中磁束による過大な吸着力の
発生を防止することができ、従って、安定したワブル動
作を実現することができる。

【００２５】図５は、電磁ワブルモータ駆動装置の構成
を示す。この駆動装置５１は、回転駆動指令手段５２
と、この回転駆動指令手段５２から与えられる回転駆動
信号（コマンド）５３から回転方向と回転速度、励磁電
流値を導出するデコーダ５５と、このデコーダ５５の情
報に基いてコイルＣ１〜Ｃ１２に印加する励磁電流の駆
動パターンを生成する駆動パターン発生器５７と、この
駆動パターン発生器５７の信号に対してパルス幅変調を
行うパルス幅変調器５９からなる。そして、デコーダ５
５と駆動パターン発生器５７とパルス幅変調器５９と
を、ゲートアレイ６１内に構成し、ゲートアレイ６１の
出力信号６３で電磁ワブルモータの直接駆動を行うよう
になっている。

【００２６】このように、ゲートアレイ６１の出力信号
６３で直接コイルを作動させるようにしているので、ゲ
ートアレイ６１の後にコイルＣ１〜Ｃ１２に電流を印加
するアンプまたは分圧のための抵抗を必要としない。従
って、駆動装置の小型化が実現され、マイクロメカニズ
ムへの組込みが容易になる。また、パルス幅変調器５９
のキャリア周波数（またはスイッチング周波数と呼ばれ
ている）とデューティ比の調整によって、ゲートアレイ
６１の出力信号６３をコイルＣ１〜Ｃ１２に印加する最
適電圧に高効率で減圧できる。従って、特にマイクロメ
カニズムで問題となる発熱を最小限に抑えることができ
る。

【００２７】上記のように本発明に係る電磁ワブルモー
タにあっては、ロータ４１をステータ２１内周の凸形状
磁極Ｇ１〜Ｇ１２に接触を伴って転動するようにし、ロ
ータ４１に固定された出力軸４５から出力するようにし
ているので、軸受けを必要とせず、従って軸方向に小型
化することができる。また、永久磁石を使用せず、ロー
タ４１、ステータ２１ともに一体構造を採用しているの
で、高精度で複雑な組立を必要としない。従って、マイ
クロメカニズムへの適用が好適なワブルモータを提供す
ることができる。

【００２８】また、コイルＣ１〜Ｃ１２に印加される電
流は、凸形状磁極Ｇ１〜Ｇ１２に発生する磁場の磁束密
度が飽和状態となるように設定されている。従って、ロ
ータ４１が直接磁極Ｇ１〜Ｇ１２に接触しても、接触部
に磁束が集中し過大な吸着力が発生することを防止する
ことができ、従って、ロータをスムーズに転動させるこ
とができる。

【００２９】さらに、デコーダ５５と、駆動パターン発
生器５７と、パルス幅変調器５９とをゲートアレイ６１
内に構成し、ゲートアレイ６１の出力信号で直接電磁ワ
ブルモータを駆動するように構成されている。従って、
別途駆動電源を必要とせず、マイクロメカニズムへの組
み込みが容易となる。また、パルス幅変調手段によっ
て、ゲートアレイの出力信号をコイルの最適印加電圧に
高効率で減圧調整できるので、とくにマイクロメカニズ
ムで問題となる発熱を最小限に抑えることができる。

【００３０】なお、上記実施例においては、ロータ４１
がステータ２１の凸型磁極の内周面を摩擦接触しながら
転動するようになされているが、これに限る必要なく、
ローータに設けられた外歯歯車とステータに設けられた
内歯歯車とが係合し、これによってロータがステータの
内周を転動するようにしてもよい。このようにすれば、
ロータに過大な負荷が作用しても、ロータ、ステータ間
の滑りを防止し、安定した動作を実現することができ
る。

【００３１】また、図１に示すワブルモータは、ロータ
４１がステータ２１の内側にあり、ステータ２１の内周
を転動するようになされているが、これに限る必要はな
く、逆にしてもよい。すなわち、図６に示すように、ス
テータ７１の外周に、凸型磁極Ｇ２１〜Ｇ３２を形成す
るとともに、これら凸型磁極Ｇ２１〜Ｇ３２にコイルＣ
２１〜Ｃ３２を設け、環状のロータ８１がステータ７１
の外周を転動するようにする。そして、ロータ８１に固
定された出力軸８５から回転を取り出すようにしてもよ
い。このようにしても、図１に示すワブルモータと同様
の作用効果を奏する。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の構成によ
れば、高い精度を必要とする組立て作業を不要にし、構
造が簡単で構成部品が少なく小型でマイクロメカニズム
への組込みも可能な電磁ワブルモータを提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るワブルモータの径方向断面図。

【図２】図１中II−II線に沿う断面図。

【図３】コイルに対して印加するパルス電流を示す図。

【図４】ロータの円筒体と凸型磁極との接触部に生ずる
集中磁束を示す図。

【図５】ワブルモータの駆動装置の構成を示すブロック
図。

【図６】ロータがステータの外側を転動する場合のワブ
ルモータを示す断面図。

【図７】従来のワブルモータを示す平面図。

【図８】図７に示すワブルモータの軸方向断面を示す
図。

【符号の説明】

２１ステータ４１ロータ４５，８５出力軸５５デコーダ５７駆動パターン発生器５９パルス幅変調器６１ゲートアレイＣ１〜Ｃ１２コイルＣ２１〜Ｃ３２コイルＧ１〜Ｇ１２凸形状磁極Ｇ２１〜Ｇ３２凸形状磁極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】周面に周方向等間隔に複数形成された凸形
状磁極と、この凸形状磁極に設けられ磁束を発生させるためのコイ
ルと、を有する磁性体からなるステータと、このステータに遊嵌し、前記ステータの周面の凸形状磁
極に接触を伴って転動する、磁性体からなるロータとを
備えたことを特徴とする電磁ワブルモータ。
【請求項２】前記ロータと転がり接触する前記凸形状磁
極の磁束密度を、飽和状態にすることを特徴とする請求
項１記載の電磁ワブルモータ。
【請求項３】前記ロータと転がり接触する前記ステータ
の周面および前記ステータと転がり接触するロータの周
面に、互いに噛み合う歯車を形成してなることを特徴と
する請求項１又は２に記載の電磁ワブルモータ。
【請求項４】外部から入力される回転駆動信号を基に回
転方向、回転速度、励磁電流値を出力するデコーダと、このデコーダの情報に基いて前記ステータの前記コイル
に印加する励磁電流の駆動パターンを生成し出力する駆
動パターン発生手段と、この駆動パターン発生手段からの信号に応じてパルス幅
変調を行うパルス幅変調手段とを有し、回転駆動信号を
受信し出力信号で直接前記コイルを作動させるゲートア
レイをさらに備えたことを特徴とする請求項１又は２に
記載の電磁ワブルモータ。