JPS63213459A - ダイレクト・ドライブ・モ−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、ファクトリ−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、トルり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・モータを実現する二
゛　とにある。

（問題点を解決するための手段） 前記問題点を解決する本発明のダイレクト・ドライブ・
モータは、内側固定子と、この内側固定子に対して外側
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の回転子ハブと、
回転子ハブの円部形状内側円周部に固定したＣ字形状固
定リングと、回転子ハブの円筒形状内部にあってＣ字形
状固定リングに押圧固定され回転子ハブを回転可能に支
持する軸受けとを備えて構成される。

（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．　＋２、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Ｉ＋。

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、Ｉｌｂ・・・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ｌ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３Ｉ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３Ｉ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
ンコーダテのスリット板７Ｉ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５！１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−５１ａが介在してあり、こ
のリテイナ−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Ｃ１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５
Ｉの転がり面は線接触のため、軸受は荷重による弾性変
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ｄＭ４は、回転子ハブ３の円筒形状内周
部の径ｄ、より僅かに大きく、またその内径ｄ、４には
内側固定子１の外径ｄ、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
。二の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Ｓ４ａ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ｄ、
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で
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５
３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太き（するうえで役立
っている。

６は円筒状の回転子ハブ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。ｆｉ＋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ｓ３２に固定された回
転スリット板目、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はリングである。

二二で、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ｄ、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、はんの僅
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５
４を回転子ハブ３の内周部に固定させる。

また、内側固定子ｌ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５
４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６Ｉ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５１１．６
０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、過切な押圧力で軸受けを支持できるように
している。

次にエンコーダテのスリット板７１を、回転子ハブ３の
中央円筒取付部３２の先端に、取付はリング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ｄ、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ができるとともに、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１
４の巻き方を示す図である。ここではＡ相。

Ｂ相ｊＣ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＋＋ａ　、　
ｌ１ｇ　、　＋＋ｊの合計４個の突極に直列に巻回され
、Ｂ相は突極１１ｂ、Ｉ！ｅ、Ｉｌｈ、Ｉｌｋに直列に
巻回され、Ｃ相は突極１１ｃ　、　Ｉｌｆ　、　Ｉｌｉ
　、　ｌｌＱ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Ｉ！１ｌ１５
．２１の位置関係は、ＰＭ型型組相パルスモータ同様で
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１３によるバイアス磁束φ　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　との和φ０＝φＭ＋φ　によって形成さ
れる。突極１１ａの励磁を、励磁コイルＩ４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。が順にＡ相、Ｂ相。

Ｃ相の順に移動し、これによってφ　＋φ　で表Ｃ 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　と励磁磁束Φ　との和Φ　の自Ｍ　　　　　　
　ＣＯ 乗に比例するもので、（１）式で表わされるＴ　　ｏｅ
　（φ　＋φ　ν　　　　　　　（１）Ｃ 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、外側回転子をげ
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。

【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
＠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．　＋２・・・磁性体、１３
・・・永久磁石、目・・・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、５５゜６１・・・クランプ
リング。 第　１　図 ：舅　３　　［］Ｉ］ 、□　ｄ３　□ 第４図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）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の回転子ハブと、この回転子
   ハブの円筒形状内側円周部に固定したＣ字形状固定リン
   グと、前記回転子ハブの円筒形状内部であって前記Ｃ字
   形固定リングに押圧固定され当該回転子ハブを回転可能
   に支持する軸受けとを備えたダイレクト・ドライブ・モ
   ータ。
2. （２）内側固定子は円筒形状のハウジングによって固定
   されるものであり、軸受けは回転子ハブと前記ハウジン
   グとの間にクランプリングによって押圧固定される特許
   請求の範囲第１項記載のダイレクト・ドライブ・モータ
   。
3. （３）軸受けとして、クロス・ローラ軸受けを用いたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のダイレクト
   ・ドライブ・モータ。