JP2016127703A - Outer rotor motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転軸に対して直交方向に伸縮する駆動源を用いたアウターロータモータに関する。 The present invention relates to an outer rotor motor using a drive source that expands and contracts in a direction orthogonal to a rotation axis.
現在、微細加工及び微細駆動装置用のアクチュエータとして、圧電素子に代表される伸縮部材を用いた圧電モータが広く用いられている。この様なモータの内、代表的な構造として特開昭61−177178(以下特許文献1として記載)及び特公平06−048910(以下特許文献2として記載)がそれぞれ出願後、公開及び登録されている。 At present, a piezoelectric motor using an elastic member typified by a piezoelectric element is widely used as an actuator for fine processing and a fine driving device. Among such motors, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 61-177178 (hereinafter referred to as Patent Document 1) and Japanese Patent Publication No. 06-048910 (hereinafter referred to as Patent Document 2) have been published and registered, respectively, as typical structures. Yes.
これら2件のうち、特許文献1記載の構造は、伸縮する圧電素子を撓ませることで変位を出力し、ロータ側の歯車を順次送らせることをその技術的特徴としており、具体的な実施形態として当該圧電素子を3個用いたステッピングモータを開示している。また、特許文献2に記載の構造は、圧電素子を3個以上円周状に配置したステータをロータに内接させ、各圧電素子に同一周波数で円周方向に周期のN分の1ずつの位相差を有する正弦波電圧を供給することをその技術的特徴としており、当該技術的特徴による低速度かつ高トルクの回転力を容易に得ることのできるモータの提供を可能にしている。
Of these two cases, the structure described in
上述した技術的特徴及びそれによる効果を有している一方で、上記特許文献1記載の構造は歯車を用いたステップ駆動を前提としている。この為、微細加工等に用いるターンテーブル及び天体観測に用いるカメラ用雲台等の、1日1回転といった連続的に高精度な駆動を要求される機器に対して、断続的な回転によって対応しなければならない。また、特許文献2に記載の構造では、圧電素子の伸縮をそのまま駆動源としており、回転数を上げると駆動源となる圧電素子の固有振動数付近で当該圧電素子が自壊してしまうという課題を有している。
While having the above-described technical features and the effects thereof, the structure described in
上記課題に対して本願記載の発明では、高速回転が容易で、超低速回転にも対応可能なアウターロータモータの提供を目的としている。 In order to solve the above-mentioned problems, the invention described in the present application aims to provide an outer rotor motor that is easy to rotate at high speed and can cope with ultra-low speed rotation.
上記目的のために本発明に於ける第1の態様記載の発明は、圧電素子の両端同士を2つの出力部材で接続した変位拡大機構を2対以上駆動源として、各対となる変位拡大機構同士を対向配置したことを特徴としている。より具体的には、前記変位拡大機構を、回転軸越しに対向配置してアウターロータ用のステータを構成したことをその技術的特徴としている。 For the above-mentioned purpose, the invention described in the first aspect of the present invention is a displacement enlarging mechanism that is paired with two or more pairs of displacement enlarging mechanisms in which both ends of the piezoelectric element are connected by two output members. The feature is that they are arranged opposite each other. More specifically, the technical feature is that a stator for an outer rotor is configured by disposing the displacement enlarging mechanism so as to face the rotating shaft.
また、本発明に於ける第2の態様記載の発明は前記第1の態様記載のステータを回転軸方向に積層したことをその技術的特徴としている。
The invention described in the second aspect of the present invention is characterized in that the stator described in the first aspect is laminated in the direction of the rotation axis.
上述した技術的特徴によって、本発明に於ける第1の態様記載の発明は、超低速回転に対応しつつ、高速回転が容易なアウターロータモータを提供することができる。これは、前記2対の変位拡大機構について、各対となる変位拡大機構同士を対向配置してステータを構成したことによる効果となっている。 Due to the technical features described above, the invention described in the first aspect of the present invention can provide an outer rotor motor that is easy to rotate at high speed while supporting ultra-low speed rotation. This is due to the fact that, with regard to the two pairs of displacement magnifying mechanisms, the pair of displacement magnifying mechanisms are arranged to face each other and the stator is configured.
即ち、本態様記載の構造では、回転軸に対して直交方向に配置した圧電素子を駆動源として、その変位を変位拡大機構を介した後にロータを回転させている。この為、前記超低速回転に際し、圧電素子への信号を継続して入力していくことで、ロータを駆動させることができる。また、当該ロータの高速回転に際し、当該拡大機構を機能させることで圧電素子への入力周波数の高周波化を抑えつつ、回転速度を上げることが可能となる。更に、当該ステータ構成をアウターロータモータに対して用いることで、駆動源となる圧電素子の長さを確保すると共に、駆動源となるステータの省スペース化という効果をも得ることができる。 That is, in the structure described in this aspect, the piezoelectric element arranged in the direction orthogonal to the rotation axis is used as a drive source, and the rotor is rotated after the displacement is passed through the displacement magnifying mechanism. For this reason, the rotor can be driven by continuously inputting a signal to the piezoelectric element during the ultra-low speed rotation. In addition, when the rotor rotates at high speed, it is possible to increase the rotation speed while suppressing the increase of the input frequency to the piezoelectric element by causing the enlargement mechanism to function. Further, by using the stator configuration for the outer rotor motor, it is possible to secure the length of the piezoelectric element serving as the drive source and to obtain the effect of saving the space of the stator serving as the drive source.
また、上述した構造を用いたことで本態様記載のモータは、上記変位拡大機構を最小4個、前記ステータ内の同一平面上に内蔵し、1段構成としてロータを回転させることができる。これは、当該変位拡大機構をアウターロータモータに用いた事による効果となっている。即ち、本態様記載のアウターロータモータでは、前記軸に対して直交配置した変位拡大機構を駆動源としており、当該変位拡大機構を用いたステータの楕円運動によって外側のロータを回転方向に送り、回転駆動させる。この為、本態様記載の構造では、当該ロータ内に搭載するアクチュエータ及び圧電素子の長さを大きく設定しつつ、当該ロータ内に搭載するステータを小形化することが可能になる。また、出力トルクがロータ外径に比例する為、同サイズのインナーロータモータと比較して容易にトルクを増やすことができる。加えて、前記1段構成とすることによって、全体的に薄型の構成とすることもまた、可能となっている。 In addition, by using the above-described structure, the motor described in this aspect can incorporate a minimum of four displacement magnifying mechanisms on the same plane in the stator and rotate the rotor as a one-stage configuration. This is an effect obtained by using the displacement enlarging mechanism for the outer rotor motor. That is, in the outer rotor motor described in this aspect, a displacement enlarging mechanism arranged orthogonal to the axis is used as a drive source, and the outer rotor is sent in the rotation direction by the elliptical motion of the stator using the displacement enlarging mechanism to rotate. Drive. For this reason, in the structure described in this aspect, it is possible to reduce the size of the stator mounted in the rotor while setting the lengths of the actuator and the piezoelectric element mounted in the rotor large. Further, since the output torque is proportional to the outer diameter of the rotor, the torque can be easily increased as compared with an inner rotor motor of the same size. In addition, by using the one-stage configuration, an overall thin configuration is also possible.
更に、上記変位拡大機構を最小4個搭載したステータ構造を用いることで、本態様記載のモータは、前記超低速での駆動に際しても途切れのない、安定した回転駆動が可能となっている。即ち、本態様で用いるステータは変位拡大機構を構成する出力部材について、同部材に於ける撓み方向を逆転させた合力により駆動源となる圧電素子の変位を拡大し、前記楕円運動による送り動作を行っている。この為、本態様記載のモータでは前記出力部材の変位量に余裕を持たせ、安定したトルク及び変位での回転駆動を行うことができる。 Furthermore, by using a stator structure on which a minimum of four displacement magnifying mechanisms are mounted, the motor described in this aspect can be driven stably and without interruption even when driven at the ultra-low speed. That is, the stator used in this aspect expands the displacement of the piezoelectric element serving as a driving source by the resultant force obtained by reversing the bending direction of the output member constituting the displacement enlarging mechanism, and performs the feeding operation by the elliptical motion. Is going. For this reason, in the motor according to this aspect, the displacement amount of the output member can be given a margin, and the rotational drive can be performed with a stable torque and displacement.
また、本態様記載の構造では、外側からロータ、ステータ、拡大機構という構成であり、ロータ軸以外の主要な構造体が中心部分に配置されない構造となっている。この為、アウターロータモータ全体を中空に構成することで、固定軸及び可動軸への搭載等、幅広い使用形態に対応することが可能となる。 Moreover, in the structure described in this aspect, the structure is a rotor, a stator, and an enlarging mechanism from the outside, and a structure in which main structures other than the rotor shaft are not disposed in the central portion. For this reason, it becomes possible to respond | correspond to a wide usage form, such as mounting to a fixed shaft and a movable shaft, by comprising the whole outer rotor motor hollow.
上記述べた効果に加えて、本発明に於ける第2の態様記載の発明では、前記第1の態様に記載したアウターロータモータについて、回転駆動源としての汎用性を高めることが可能となっている。即ち、前記中空構造等を用いて前記第1の態様記載のステータを重ねることで、同一の回転軸上に複数のロータを設けたアクチュエータを形成することができる。これにより、単にアウターロータモータとしてのトルクを加算するだけではなく、各ステータに対応したロータ毎に異なる回転数を付与することもまた、可能となっている。 In addition to the effects described above, in the invention described in the second aspect of the present invention, the outer rotor motor described in the first aspect can be improved in versatility as a rotational drive source. Yes. That is, by stacking the stator according to the first aspect using the hollow structure or the like, an actuator provided with a plurality of rotors on the same rotating shaft can be formed. Thereby, it is possible not only to simply add torque as the outer rotor motor but also to give a different rotational speed to each rotor corresponding to each stator.
以上述べたように、本発明記載の構造を用いることで、高速回転が容易で、超低速回転にも対応可能なアウターロータモータを提供することができる。
As described above, by using the structure described in the present invention, it is possible to provide an outer rotor motor that is easy to rotate at high speed and that can handle ultra-low speed rotation.
以下に、図1、図2、図3及び図4を用いて、本発明に於ける最良の実施形態を示す。尚、図中の記号及び部品番号について、同じ部品として機能するものには共通の記号又は番号を付与している。 Hereinafter, the best embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1, 2, 3 and 4. In addition, about the symbol and component number in a figure, the common symbol or number is provided to what functions as the same component.
図1に本実施例に於いて用いるアウターロータモータの斜視図を、図2に図1中A−A’断面での側断面図を、図3に図1にて示したアウタロータモータの分解斜視図を、そして図4に同アウタロータモータの駆動部説明図を、それぞれ示す。尚、配線及び駆動回路については、図中での記載を省略している。 FIG. 1 is a perspective view of an outer rotor motor used in this embodiment, FIG. 2 is a side sectional view taken along the line AA ′ in FIG. 1, and FIG. 3 is an exploded perspective view of the outer rotor motor shown in FIG. FIG. 4 and FIG. 4 are diagrams for explaining the drive section of the outer rotor motor. In addition, about the wiring and the drive circuit, description in a figure is abbreviate | omitted.
図1、図2、及び図3から解るように、本実施形態では外周にステータ側歯車sを設けたステータ2に、2対の圧電素子3及び変位拡大機構vを設けている。また、ロータ4の内周には当該ステータ側歯車sと一部咬み合っているロータ側歯車rが形成されており、前記ステータ及びロータはスペーサ6及び軸受8を介して台座5に支持されている。また、歯数について、ステータ側歯車sの歯数をロータ側歯車rよりも1歯減らした構造を用いている
As can be seen from FIGS. 1, 2, and 3, in this embodiment, two pairs of
上記部品構成に加えて、図3及び図4から解るように、本実施形態では回転軸oに対して直交配置した2対の変位拡大機構vをステータ2と一体成形した構造を用いている。この為、ステータ2に搭載する変位拡大機構v及び圧電素子3の長さを確保しつつ、ステータ2を小型化することが可能となった。加えて、当該ステータ2を1段の構成としたことによって、全体的な薄型化という効果をも得ることができた。
In addition to the components described above, as can be seen from FIGS. 3 and 4, the present embodiment uses a structure in which two pairs of displacement magnifying mechanisms v arranged orthogonal to the rotation axis o are integrally formed with the
また、前述したように、本実施形態記載のモータ1は、圧電素子3の両端を2枚の出力部材pによって接続した変位拡大機構vを、前記外周に歯車sを形成したステータ2に2対設けた構造となっている。これにより、本実施形態記載のモータは、1日1回転といった超低速回転に対応しつつ、容易に高速回転での駆動を行う事が可能となった。
Further, as described above, the
即ち、図4から解るように、前記超低速回転に際して、本実施形態記載のモータ1は変位拡大機構vによってステータ側歯車sを楕円状に動かし、ロータ側歯車rを順次回転方向に送ることによって回転駆動を生じさせている。より具体的には、圧電素子3への信号を継続して入力し、ステータ側歯車sを1周につき1歯ずつずらしてロータ側歯車rの送り動作を行うことで、当該回転駆動を行っている。この為、圧電素子を直接駆動源とした従来のモータと比較して、ロータ側歯車rの送り量が増加すると共に、幅広い速度での回転駆動が可能となった。尚、当該回転駆動によって、本実施形態記載のモータ1ではステータ側歯車sとロータ側歯車rとが常に一部だけ接している状態となる。この為、初期位置を調整することによって、無通電時でもロータ4を固定することができる。
That is, as can be seen from FIG. 4, during the ultra-low speed rotation, the
加えて、本実施形態記載のステータ2はその構造上、当該ステータ中で変位拡大機構vを構成する出力部材pについて、回転軸oを挟んだ2つの変位拡大機構によって生じる撓み方向を逆転させた合力を用いて、前記送り動作を行っている。この為、本実施形態記載のモータを用いることで、前記超低速での駆動に際しても変位拡大機構の変位量に余裕を持たせ、安定したトルク及び変位での回転駆動を行うことができた。また、当該ステータ2の送り動作について、ステータ2に設けられた変位拡大機構v単体の動作は、圧電素子3に電圧を印可して出力部材pを伸ばす動きと、当該圧電素子3の出力と釣り合う、当該変位拡大機構vに働く復元力によって出力部材pが戻る動きと、によって構成されている。この為、ステータ2はその構造に於いて、連続した動作を出力することが可能となっている。これらの効果によって本実施形態記載のモータ1は、当該超低速での駆動時に途切れを生じない、安定した回転駆動を提供することが可能となった。
In addition, because of the structure of the
更に、前記高速回転での駆動に際して、本実施形態では前記拡大機構vを用いることで、圧電素子3へ入力する信号周波数の高周波化を抑えつつ、回転速度を上げることを可能にしている。これは、前記変位拡大機構vによって、1回の伸縮毎にステータ2からロータ4に伝達可能な送り量が増加することによる効果となっている。即ち、圧電素子等の伸縮部材を駆動源とするモータに於いて、当該伸縮部材の変位を直接回転方向の送り動作に用いる場合、送り速度の上限は伸縮部材の固有振動数によって決定する。これに対して、本実施形態のモータ1は変位拡大機構vを介して回転方向の送り動作を行う為、同じ駆動源を用いていながら、当該送り速度の上限を高く設定することが可能となっている。尚、本実施形態ではステータ側歯車sの歯数をロータ側歯車rよりも1歯減らした構造を用いているが、当該歯数の差を増やすことによっても、送り速度を上げることができる。
Further, in the case of driving at the high speed rotation, in the present embodiment, by using the enlargement mechanism v, it is possible to increase the rotation speed while suppressing the increase of the signal frequency input to the
上記基本構造による効果に加えて、本実施形態ではステータ2及び変位拡大機構vを一体に形成した構造を用いている。この為、駆動時に於ける応力の集中を抑え、高い耐久性と共に上記か移転駆動を行うことが可能となった。また、外側からロータ4、ステータ2、圧電素子3及び拡大機構vという構成であり、ロータ軸h以外の主要な構造体が中心部分に配置されない中空構造となっている。この為、固定軸及び可動軸への搭載等、幅広い使用形態に対応することができると共に、ステータ2の多段化による多機能化といった効果についても、容易に付与することが可能となっている。
In addition to the effects of the basic structure described above, the present embodiment uses a structure in which the
以上述べたように、本実施形態記載の構造を用いることで、高速回転が容易で、超低速回転にも対応可能なアウターロータモータを提供することができた。
As described above, by using the structure described in this embodiment, it has been possible to provide an outer rotor motor that is easy to rotate at high speed and can handle ultra-low speed rotation.
1 アウターロータモータ
2 ステータ
3 圧電素子
4 ロータ
5 台座
6 スペーサ
7 軸受け
8 ストッパ
r ロータ側歯車
s ステータ側歯車
v 変位拡大機構
p 出力部材
h ロータ軸
o 回転軸
DESCRIPTION OF
Claims (2)
当該圧電素子の両端同士を2つの出力部材で接続した変位拡大機構を2対以上備え、
各対となる変位拡大機構の出力部材が前記回転軸を挟んで対向するステータを有するアウターロータモータ。 An outer rotor motor using a piezoelectric element that expands and contracts in a direction perpendicular to the rotation axis as a drive source,
Two or more displacement magnifying mechanisms in which both ends of the piezoelectric element are connected by two output members,
The outer rotor motor which has a stator which the output member of the displacement expansion mechanism used as each pair opposes across the said rotating shaft.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014266840A JP2016127703A (en) | 2014-12-27 | 2014-12-27 | Outer rotor motor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2014266840A JP2016127703A (en) | 2014-12-27 | 2014-12-27 | Outer rotor motor |
Publications (1)
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JP2016127703A true JP2016127703A (en) | 2016-07-11 |
Family
ID=56358247
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2014266840A Pending JP2016127703A (en) | 2014-12-27 | 2014-12-27 | Outer rotor motor |
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JP (1) | JP2016127703A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11533004B2 (en) | 2020-06-19 | 2022-12-20 | Korea Institute Of Science And Technology | Rotary motor having a rotation unit configured to make an elastic deformation |
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2014
- 2014-12-27 JP JP2014266840A patent/JP2016127703A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US11533004B2 (en) | 2020-06-19 | 2022-12-20 | Korea Institute Of Science And Technology | Rotary motor having a rotation unit configured to make an elastic deformation |
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