JP2017028808A - 可変ギャップ式モータ - Google Patents

Abstract

【課題】可変ギャップ式モータを大型化することなく磁気ギャップにおける界磁用固定子と可動子との対向面積を拡大し、小型で高効率化を図ること。
【解決手段】固定子突極１４に凹部１８を形成し、可動子突極２４が凹部１８に遊嵌合状態で径方向に入り込むようにし、凹部１８と可動子突極２４との互いの対向部が磁気ギャップの少なくとも一部を画定する構造にする。
【選択図】図１

Description

本発明は、可変ギャップ式モータに関し、更に詳細には、内接式遊星歯車機構を組み込まれた可変ギャップ式モータに関する。

接式遊星歯車機構を組み込まれた可変ギャップ式モータとして、多相交流の各相の電流を通電されるコイルを巻装された固定子突極（磁極）を周方向に所定の間隔をおいて有し、回転磁界を発生する円環状の界磁用固定子と、前記界磁用固定子の径方向内方に配置され、外周面と前記固定子突極の内周面との間に磁束が通過する磁気ギャップ（エアギャップ）を画定し、内周面に内歯を形成された円環状の可動子と、前記可動子の径方向内方に配置され、外周面に前記内歯より少ない歯数を有して前記内歯に噛合する外歯を形成された外歯歯車とを具備し、前記可動子が前記回転磁界によって前記界磁用固定子に対して偏心揺動することにより前記外歯歯車が減速回転するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平４−３１７５５２号公報

従来の可変ギャップ式モータでは、固定子突極の内周面は界磁用固定子と同心の円弧面であり、可動子の外周面は円筒面であるため、磁気ギャップは界磁用固定子の周方向に円弧面状に単純に延在することになる。このため、従来の可変ギャップ式モータでは、高効率化のために磁気ギャップにおける界磁用固定子と可動子との対向面積、つまりギャップ対向面積を拡大するには、固定子突極および可動子の軸線方向寸法を大きくしたり、界磁用固定子の内径や可動子の外径を大きくしたりしなければならず、可変ギャップ式モータを大型化する問題が生じる。

本発明が解決しようとする課題は、可変ギャップ式モータを大型化することなく磁気ギャップにおける界磁用固定子と可動子との対向面積を拡大し、小型で高効率化を図ることである。

本発明による可変ギャップ式モータは、多相交流の各相の電流を通電されるコイル（１６）を巻装された固定子突極（１４）を周方向に所定の間隔をおいて有し、回転磁界を発生する円環状の界磁用固定子（１２）と、前記界磁用固定子（１２）の径方向内方に配置され、対応する前記固定子突極（１４）との間に磁束が通過する磁気ギャップを画定する複数個の可動子突極（２４）を外周面に周方向に所定の間隔をおいて有し、内周面に内歯（２８）を有する円環状の可動子（２２）と、前記可動子（２２）の径方向内方に配置され、外周面に前記内歯（２８）より少ない歯数を有して前記内歯に噛合する外歯（３４）を形成された外歯歯車（３０）とを具備し、前記可動子（２２）が前記回転磁界によって前記界磁用固定子（１２）に対して偏心揺動することにより、前記外歯歯車（３０）が減速回転する可変ギャップ式モータであって、前記固定子突極（１４）および前記可動子突極（２４）の一方は凹部（１８）を有し、前記固定子突極（１４）および前記可動子突極（２４）の他方は前記凹部（１８）に遊嵌合状態で径方向に入り込む凸部を有し、前記凹部（１８）と凸部との互いの対向部が前記磁気ギャップの少なくとも一部を画定している。

この構成によれば、固定子突極（１４）と可動子突極（２４）とが界磁用固定子（１２）や可動子（２２）の中心を中心とした単純な円弧面で対向している場合に比して、ギャップ対向面積が増大する。

本発明による可変ギャップ式モータは、好ましくは、前記凹部（１８）は前記凸部の前記偏心揺動による軌跡に沿う形状である。

この構成によれば、可動子（２２）の偏心揺動において透磁率の変化が少なく、スムーズな偏心揺動が得られる。

本発明による可変ギャップ式モータは、好ましくは、前記凹部（１８）と前記凸部とは、前記界磁用固定子（１２）あるいは前記可動子（２２）の中心軸線に平行な軸線を中心とした互いに半径が異なる半円形であり、前記偏心揺動によって前記可動子突極（２４）の前記凹部の内周面あるいは前記凸部の外周面が前記固定子突極（１４）の前記凸部の外周面あるいは前記凹部の内周面に摺接する。

この構成によれば、可動子（２２）の偏心揺動を規定し、界磁用固定子（１２）との間に反力受け持ち作用あるいはトルク伝達作用を得ることができる。

本発明による可変ギャップ式モータによれば、固定子突極と可動子突極とが界磁用固定子や可動子の中心を中心とした単純な円弧面で対向している場合に比して、ギャップ対向面積が増大し、小型化および高効率化が図られる。

本発明による可変ギャップ式モータの実施形態１を示す正面図 実施形態１による可変ギャップ式モータの半断面斜視図（図１の線II-IIに沿った断面相当） ３相交流の波形を示す波形図 本発明による可変ギャップ式モータの実施形態２を示す正面図 本発明による可変ギャップ式モータの実施形態３を示す正面図 実施形態４による可変ギャップ式モータの半断面斜視図

以下に、本発明による可変ギャップ式モータの実施形態１を、図１〜図２を参照して説明する。実施形態１の可変ギャップ式モータはリラクタンス方式のものである。

実施形態１の可変ギャップ式モータは、アウタケース（固定部材）１０を有する。アウタケース１０内には円環状の界磁用固定子１２が固定されている。

界磁用固定子１２には内周より径方向内方に突出した６個の固定子突極（ティース）１４が周方向に所定の間隔をおいて形成されている。各固定子突極１４の根元部の外周には界磁用コイル１６が巻装されている。各固定子突極１４の先端部には界磁用固定子１２の中心軸線と平行な軸線を中心とした略半円形の凹部１８が形成されている。界磁用固定子１２には周方向に隣り合い固定子突極１４間に配置されてこれらに固定された固定ブロック２０が取り付けられている。

界磁用固定子１２の内側には円環状の可動子２２が偏心揺動可能に配置されている。可動子２２は強磁性を有する鋼板の積層体によって構成されている。可動子２２には外周より径方向外方に突出した６個の可動子突極（ティース）２４が形成されている。可動子突極２４は、可動子２２の中心軸線と平行な軸線を中心とした略半円形に形成され、その略全体が凹部１８に入り込む凸部をなしている。

可動子突極２４の外径は凹部１８の内径より後述する偏心量Ｅに略等しい寸法だけ小さく、各可動子突極２４は対応する各固定子突極１４の凹部１８に遊嵌合、つまり間隙をおいて入り込んでいる。この間隙は、固定子突極１４と可動子突極２４との間に磁束が通過する磁気ギャップ（エアギャップ）であり、界磁用固定子１２に対する可動子２２の偏心揺動によって変化する可変ギャップをなす。

界磁用固定子１２と可動子２２とは、後述する連結機構４０によって偏心量Ｅによる相対的な偏心揺動を許容してトルク伝達関係で連結されている。

可動子２２の内周面には内歯２８が形成されている。これにより、可動子２２は内接式遊星歯車装置の内歯部材を兼ねており、内接式遊星歯車装置の入力部材をなす。

可動子２２の内側には外歯歯車３０が配置されている。外歯歯車３０は、鋼板の積層体によって構成されており、ボールベアリング３２によってアウタケース１０に、界磁用固定子１２と同心で、可動子２２に対して偏心量Ｅだけ偏心した自身の中心軸線周りに回転可能に支持され、出力部材をなす。なお、図１の符号Ａは界磁用固定子１２および外歯歯車３０の中心を、符号Ｂは可動子２２の中心を各々示している。

外歯歯車３０の外周には複数の外歯３４が形成されている。外歯３４は、内歯２８と同一ピッチで、内歯２８の歯数より少なくとも１つ以上少ない歯数設けられており、外歯歯車３０に対する可動子２２の偏心側とは反対側において内歯２８と噛合している。可動子２２に対する外歯歯車３０の偏心量は、偏心量Ｅに等しく、内歯２８および外歯３４の歯丈より大きい。

連結機構４０は、固定ブロック２０の内周に形成された固定側円弧凹面４２と、可動子２２の外周に形成された揺動側円弧凹面４４と、固定側円弧凹面４２と揺動側円弧凹面４４とに挟まれたピン４６とを含む。

固定側円弧凹面４２は、界磁用固定子１２の周方向に離れた６箇所に所定の間隔をおいて形成されており、各々、界磁用固定子１２の中心軸線に平行な個別の軸線を中心とした略半円筒状（略１２０〜１６０度円弧）の円弧面である。揺動側円弧凹面４４は可動子２２の周方向に離れた６箇所に所定の間隔をおいて形成されており、各々、可動子２２の中心軸線に平行な個別の軸線を中心とした略半円筒状（略１２０〜１６０度円弧）の円弧面である。固定側円弧凹面４２と揺動側円弧凹面４４とは同一内径の円弧面であり、同一の軸線方向位置において界磁用固定子１２および可動子２２の径方向に互いに対向している。

アウタケース１０には固定側円弧凹面４２と同心且つ同一半径の円筒状（３６０度円周）の円孔４８が形成されている。可動子２２の軸線方向の両端部には揺動側円弧凹面４４と同心且つ同一の半径Ｒの円筒状（３６０度円周）の円孔５０が形成されている。円孔４８と５０とは互いに異なる軸線方向の位置にある。

ピン４６は、外径が固定側円弧凹面４２および揺動側円弧凹面４４の内径より偏心量Ｅだけ小さい外径の円形横断面形状のものであり、固定側円弧凹面４２および揺動側円弧凹面４４に自身の中心軸線方向周りに転動可能に係合している。ピン４６は、両端において円孔４８に自身の中心軸線方向周りに転動可能に遊嵌合していると共に、揺動側円弧凹面４４の軸線方向の外側に位置する部分において円孔５０に自身の中心軸線方向周りに転動可能に遊嵌合している。

この構造により、連結機構４０は、可動子２２を界磁用固定子１２に対する回転位相を変化することなく界磁用固定子１２に対して偏心量Ｅによる偏心揺動を許容して、可動子２２と界磁用固定子１２とをトルク伝達関係、この場合、反力受け止め関係で連結する。

上述の構成により、界磁用固定子１２と可動子２２とが可変ギャップ方式のロータレスモータをなし、各々６個の界磁用コイル１６に、図３に示されているような位相による３相交流のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の正弦波電流が供給されることにより、界磁用固定子１２の中心周りの回転磁界が発生し、外歯３４が内歯２８に噛み合った状態で、連結機構４０の連結作用のもとに可動子２２が界磁用固定子１２に対して回転位相を変化することなく偏心量Ｅによる偏心揺動をする。

各可動子突極２４が対応する各固定子突極１４の凹部１８に入り込んでいることにより、固定子突極１４と可動子突極２４とが界磁用固定子１２や可動子２２の中心を中心とした単純な円弧面で対向している場合に比して、ギャップ対向面積が増大する。

これにより、固定子突極１４および可動子２２の軸線方向寸法を大きくしたり、界磁用固定子１２の内径や可動子２２の外径を大きくしたりすることなく、ギャップ対向面積が増大し、磁気抵抗が小さい高効率の仕事が行われる。このようにして、小型で高効率の可変ギャップ式モータが得られる。

可動子突極２４の外径が凹部１８の内径より偏心量Ｅに略等しい寸法だけ小さいことにより、凹部１８は可動子突極２４の偏心量Ｅによる偏心揺動の軌跡に沿う形状であるから、偏心方向１８０度の範囲以内では、凹部１８と可動子突極２４との間の磁気ギャップ内の何れかに最近点を持つことになる。これにより、可動子２２の偏心揺動において透磁率の変化が少なく、スムーズな偏心揺動が得られる。また、可動子突極２４が凹部１８に摺接する設定により、可動子２２の偏心揺動を規定でき、連結機構４０と同等の反力受け持ち作用を得ることができるので、連結機構４０を省略することもできる。

この可動子２２の偏心揺動において、界磁用固定子１２は、連結機構４０によって可動子２２の偏心揺動を許容して可動子２２の偏心揺動を阻害することなく、可動子２２から反力を受け止める反力部材をなす。これにより、外歯３４の歯数をＺａ、内歯２８の歯数をＺｂとした場合、減速比Ｇ＝Ｚａ／（Ｚａ−Ｚｂ）をもって外歯歯車３０が減速回転する。

揺動側円弧凹面４４の内径と固定側円弧凹面４２の内径が同一であることにより、偏心揺動における固定側円弧凹面４２および揺動側円弧凹面４４に対するピン４６の周速度は同一になるので、ピン４６が固定側円弧凹面４２および揺動側円弧凹面４４に対して摺動することなく完全な転がり運動（転動）をする。これにより、ピン４６と固定側円弧凹面４２および揺動側円弧凹面４４の耐摩耗性が向上すると共に大きい摩擦損失が生じることがない。

揺動側円弧凹面４４および固定側円弧凹面４２の内径とピン４６の外径との差が偏心量Ｅになるので、ピン４６の外径が決まれば、偏心量Ｅに対して揺動側円弧凹面４４および固定側円弧凹面４２を小さい内径（円弧径）で構成でき、このことによっても装置の小型化を図ることができる。

ピン４６には、固定側円弧凹面４２と揺動側円弧凹面４４とに径方向の両側から挟まれることにより、圧縮力が作用するだけで、剪断力が作用することはない。これにより、ピン４６を小径化でき、このことによっても装置の小型化および軽量化を図ることができる。

つぎに、本発明による可変ギャップ式モータの実施形態２を、図４を参照して説明する。
なお、図４において、図１に対応する部分は、図１に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。

実施形態２の可変ギャップ式モータは、各可動子突極２４の根元部の外周に揺動側コイル２６が巻装されている揺動体給電励磁方式のものである。各揺動側コイル２６にはアウタケース１０側から可動子２２の偏心揺動を許容する可撓性を有するリード線（不図示）によって給電が行われる。各可動子突極２４の揺動側コイル２６に対する通電は、界磁用コイル１６に供給する例で、３相交流のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の正弦波電流を共用することができる。

実施形態２の可変ギャップ式モータでは、揺動側コイル２６の励磁によって固定子突極１４と可動子突極２４との間に対向するコイル同士が正の磁界力に加えて逆の磁界力を与えることができ、通電した状態でも吸引力をゼロにできる。なお、突極２４および揺動側コイル２６に代えて磁石が用いられた場合には、力の方向を切り替えることができる。

つぎに、本発明による可変ギャップ式モータの実施形態３を、図５、図６を参照して説明する。なお、図５、図６において、図２、図４に対応する部分は、図２、図６に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。

実施形態３では、固定子突極１４および可動子突極２４が各々１２個設けられており、周方向に隣り合う固定子突極１４間に可動子突極２４が入り込んだ構造になっており、固定子突極１４と可動子突極２４との間に、可動子突極２４の先端側を取り囲むようにして磁気ギャップが画定されている。

実施形態３でも、固定子突極１４と可動子突極２４とが界磁用固定子１２や可動子２２の中心を中心とした単純な円弧面で対向している場合に比して、ギャップ対向面積が増大し、実施形態１と同等の効果が得られる。

なお、実施形態３では、可動子突極２４を周方向に挟む固定子突極１４の界磁用コイル１６の極性（電流の方向）を周方向に隣り合う同士で互いに逆にすることにより、周方向に隣り合う２個の可動子突極２４の何れかひとつが固定子突極１４に吸引され、方向性を切り替えることができる。

以上、本発明を、その好適な実施形態について説明したが、当業者であれば容易に理解できるように、本発明はこのような実施形態により限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、凹部１８および可動子突極２４の形状は半円形に限られることなく、三角形等であってもよい。また、可動子突極２４の先端部に、凹部１８に入り込む凸部が形成されていてもよい。また、固定子突極１４に凸部が、可動子突極２４に凹部が形成されていてもよい。内歯２８は可動子２２とは別体の円環状の内歯歯車によって構成されていてもよい。また、上記実施形態に示した構成要素は必ずしも全てが必須なものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。

１０ アウタケース
１２ 界磁用固定子
１４ 固定子突極
１６ 界磁用コイル
１８ 凹部
２０ 固定ブロック
２２ 可動子
２４ 可動子突極
２６ 揺動側コイル
２８ 内歯
３０ 外歯歯車
３２ ボールベアリング
３４ 外歯
４０ 連結機構
４２ 固定側円弧凹面
４４ 揺動側円弧凹面
４６ ピン
４８ 円孔
５０ 円孔
Ｅ 偏心量
Ｇ 減速比
Ｒ 半径

Claims (3)

1. 多相交流の各相の電流を通電されるコイルを巻装された固定子突極を周方向に所定の間隔をおいて有し、回転磁界を発生する円環状の界磁用固定子と、
   前記界磁用固定子の径方向内方に配置され、対応する前記固定子突極との間に磁束が通過する磁気ギャップを画定する複数個の可動子突極を外周面に周方向に所定の間隔をおいて有し、内周面に内歯を有する円環状の可動子と、
   前記可動子の径方向内方に配置され、外周面に前記内歯より少ない歯数を有して前記内歯に噛合する外歯を形成された外歯歯車とを具備し、
   前記可動子が前記回転磁界によって前記界磁用固定子に対して偏心揺動することにより、前記外歯歯車が減速回転する可変ギャップ式モータであって、
   前記固定子突極および前記可動子突極の一方は凹部を有し、前記固定子突極および前記可動子突極の他方は前記凹部に遊嵌合状態で径方向に入り込む凸部を有し、
   前記凹部と凸部との互いの対向部が前記磁気ギャップの少なくとも一部を画定している可変ギャップ式モータ。
2. 前記凹部は前記凸部の前記偏心揺動による軌跡に沿う形状である請求項１に記載の可変ギャップ式モータ。
3. 前記凹部と前記凸部とは、前記界磁用固定子あるいは前記可動子の中心軸線に平行な軸線を中心とした互いに半径が異なる半円形であり、前記偏心揺動によって前記可動子突極の前記凹部の内周面あるいは前記凸部の外周面が前記固定子突極の前記凸部の外周面あるいは前記凹部の内周面に摺接する請求項１または２に記載の可変ギャップ式モータ。

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