JP2536282B2

JP2536282B2 - パルスモ―タ

Info

Publication number: JP2536282B2
Application number: JP2337407A
Authority: JP
Inventors: 靖人柳田
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1990-11-30
Filing date: 1990-11-30
Publication date: 1996-09-18
Anticipated expiration: 2011-09-18
Also published as: JPH04208057A

Description

【発明の詳細な説明】＜産業上の利用分野＞この発明は、減速機構等を介在させることなく負荷と
直結された負荷の高精度な制御を行なう場合に好適なパ
ルスモータに関する。

＜従来の技術、および発明が解決しようとする課題＞従来から、多関節形の産業用ロボットの関節駆動等に
代表される、低速で高トルクを必要とする用途には、直
流モータ、交流モータを駆動源とし、減速機構を介在さ
せる駆動系が一般的に採用されている。

しかし、減速機構はギヤによるバックラッシュ等を必
然的に生じるのであるから、駆動源を高精度に制御して
も負荷の精密な制御を達成することは到底不可能であ
る。このような不都合を解消させる目的で、減速機構を
含まず、負荷を直接精密に制御できるパルスモータを採
用することが提案されている。

第８図は従来のパルスモータの構成を示す正面図、第
９図は縦断面図であり、永久磁石（53）を挾むように１
対の磁性体（51）（52）が配設されてなる固定子（50）
と、固定子（50）の外側に配置された回転子（60）とを
有している。上記磁性体（51）（52）はそれぞれの外周
に突極（511）（512）…（518）（521）（522）…（52
8）を有し、上記回転子（60）は上記突極（511）（51
2）…（518）（521）（522）…（528）に設けられた歯
と対向し得る歯を内周に有している。さらに、上記突極
（511）（512）…（518）（521）（522）…（528）に
は、永久磁石（53）を介して対向する各組毎に励磁コイ
ル（541）（542）…（548）が巻回されており、励磁コ
イル（541）（542）（543）（544）が直列接続されてい
るとともに、励磁コイル（545）（546）（547）（548）
が直列接続されている。また、回転子（60）における歯
のピッチをｐとすれば、磁性体（51）（52）の突極（51
1）（512）…（518）（521）（522）…（528）にも同じ
ピッチｐで歯が設けられており、磁性体の隣合う突極同
士の各歯は互にp/4分だけ位相ずれが設けられており、
磁性体（51）（52）に対向する回転子（60）の歯はp/2
分だけ位相ずれが設けられている。

上記の構成の従来のパルスモータにおいて、励磁コイ
ル（541）（542）（543）（544）と励磁コイル（545）
（546）（547）（548）とに互に90゜位相がずれた正弦
波電流を流せば、永久磁石（53）による磁束と励磁コイ
ル（541）（542）…（548）による磁束とが固定子（5
0）と回転子（60）との空隙において交互に加算または
減算され、回転子（60）にトルクを発生させてこれを回
転させることができる。この回転方向は励磁電流の位相
の進み、遅れに基づいて定まるので、両励磁電流の位相
関係を制御することにより回転方向を任意に切り換える
ことができる。

ここで、固定子（50）と回転子（60）との空隙の磁気
抵抗が正弦波状になっていると仮定すれば、永久磁石
（53）による磁束の磁気等価回路と、励磁コイルに電流
を流すことにより発生する磁束の磁気等価回路とは、そ
れぞれ第10図、第11図に示すとおりになる。但し、磁気
抵抗ｒal,rblと磁気抵抗ｒa2,rb2とは位相が180゜ずれ
ている。

また、従来のパルスモータのトクルτは、固定子（5
0）と回転子（60）との空隙を透過する磁束Φと空隙の
磁気抵抗Ｒ（θ）とに基づいて次のように表される。

τ＝（1/2）Φ^２｛dR（θ）/dθ｝また、空隙を透過する磁束Φは、励磁コイルに電流を
流すことにより発生する磁束Φｉと永久磁石（53）によ
る磁束Φpmとの和であるから、パルスモータのトルクτ
は、 τ＝（1/2）（Φｉ＋Φpm）^２｛dR（θ）/dθ｝＝（1/2）Φi²｛dR（θ）/dθ｝＋ΦｉΦpm｛dR（θ）/dθ｝＋（1/2）Φpm²｛dR（θ）/dθ｝となり、励磁コイルに電流を流すことにより発生するト
ルク（リラクタンストルク）と、励磁コイルによる磁束
Φｉと永久磁石による磁束Φpmで発生するトルク（ibl
トルク）と、永久磁石の磁束のみにより発生するトルク
（ディテントルク）との和で表される。

そして、第８図および第９図に示す従来のパルスモー
タにおいて、上記磁気等価回路に基づいて各磁気抵抗を
透過する磁束を算出し、上記式を用いてトルクτを算出
したところ、第12図に示すようにディテントトルクが発
生し、従来のパルスモータ全体としての発生トルクにリ
ップルとして影響を及ぼす。

したがって、産業用ロボットの駆動源のようにトルク
リップルがなく一定トルクを発生させることが要求され
る用途には到底採用することができないという不都合が
ある。

＜発明の目的＞この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであ
り、トルクリップルの発生を防止して発生トルクを一定
に保持することができる新規なパルスモータを提供する
ことを目的としている。

＜課題を解決するための手段＞上記の目的を達成するための、この発明のパルスモー
タは、一定のピッチの歯が設けられた回転子と、静磁石
を挾むように１対の磁性体を配設してなる固定子とを有
し、固定子と回転子とのギャップが磁気抵抗が正弦波と
なるように設定されているとともに、固定子が３の整数
倍の数の突極を有し、さらに、固定子を３相の正弦波励
磁電流で励磁する複数の励磁コイルを有している。

＜作用＞この発明のパルスモータであれば、固定子の隣合う突
極の位相が120゜ずれるように各突極を配置していると
ともに、固定子と回転子との空隙の磁気抵抗を正弦波状
にし、励磁コイルに３相の正弦波励磁電流を供給するの
であるから、各相毎に発生するリラクタンストルク、ib
lトルクおよびディテントトルクはそれぞれ歪んだトル
ク波形になるが、パルスモータ全体としての発生トルク
は、リラクタンストルクとディテントトルクがそれぞれ
０になり、iblトルクが一定値になるのであるから、ト
ルクリップルのない一定トルクを発生できる。また、３
相正弦波励磁を行なうのであるから、ブラシレス直流モ
ータと同様な制御方法を適用でき、高精度のトルク制御
を達成できる。

＜実施例＞以下、実施例を示す添付図面によって詳細に説明す
る。

第１図はこの発明のパルスモータの一実施例を示す正
面図、第２図は縦断面図であり、永久磁石（13）を挾む
ように１対の磁性体（11）（12）が配設されてなる固定
子（１）と、固定子（１）の外側に配置された回転子
（２）とを有している。上記磁性体（11）（12）はそれ
ぞれの外周に突極（111）（112）…（116）（121）（12
2）…（126）を有し、上記回転子（２）は上記突極（11
1）（112）…（116）（121）（122）…（126）に設けら
れた歯と対向し得る歯を内周に有している。さらに、上
記突極（111）（112）…（116）（121）（122）…（12
6）には、永久磁石（13）を介して対向する各組毎に励
磁コイル（141）（142）…（146）が巻回されており、
励磁コイル（141）（142）、励磁コイル（143）（144）
および励磁コイル（145）（146）をそれぞれ直列または
並列に接続して３相の励磁回路を構成している。また、
各磁性体（11）（12）の隣合う突極は位相が120゜ずら
せてあり、固定子（１）と対向する回転子（２）の歯
は、１対の磁性体（11）（12）と回転子（２）との空隙
の磁気抵抗の位相が180゜ずれるように形成されてい
る。

したがって、上記の構成のパルスモータに３相励磁電
流を流すことにより発生する磁束の磁気等価回路は第３
図に示すとおりになり、永久磁石により発生する磁束の
磁気等価回路は第４図に示すとおりになる。そして、こ
の磁気等価回路に基づいてリラクタンストルク、iBlト
ルクおよびディテントトルクを算出すれば、それぞれ第
５図、第６図および第７図に示すとおりになり、各相毎
の各トルクの波形は正弦波形から大幅に歪んだ状態にな
る。しかし、リラクタンストルクおよびディテントトル
クについてみれば、歪んだ波形であっても各相の波形の
位相が120゜ずつずれているのであるから、パルスモー
タ全体としてのリラクタンストルクおよびディテントト
ルクは共に０になる。またiblトルクについてみれば、
各層の波形の位相が120゜ずつずれているのであるか
ら、パルスモータ全体としてのiblトルクが一定値にな
る。したがって、トルクリップルのない一定トルクを発
生させることができ、滑らかな動作が要求される産業用
ロボット、ファクトリー・オートメーション機器等の駆
動源として使用できる。

＜発明の効果＞以上のようにこの発明は、トルクリップルのない一定
トルクを発生でき、またブラシレス直流モータと同様な
制御方法を適用することにより、高精度のトルク制御を
達成できるという特有の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のパルスモータの一実施例を示す正面
図、第２図は縦断面図、第３図は励磁電流を流すことにより発生する磁束の磁気
等価回路を示す図、第４図は永久磁石により発生する磁束の磁気等価回路を
示す図、第５図は各相毎のリラクタンストルクを示す図、第６図は各相毎のiBlトルクを示す図、第７図は各相毎のディテントトルクを示す図、第８図は従来のパルスモータの構成を示す正面図、第９図は縦断面図、第10図は永久磁石による磁束の磁気等価回路を示す図、第11図は励磁電流を流すことにより発生する磁束の磁気
等価回路を示す図、第12図は従来のパルスモータのディテントトルクを示す
図。（１）……固定子、（２）……回転子、（11）（12）……磁性体、（13）……永久磁石、（111）（112）…（116）（121）（122）…（126）……
突極、（141）（142）…（146）……励磁コイル

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】一定のピッチの歯が設けられた回転子
（２）と、静磁石（13）を挾むように１対の磁性体（1
1）（12）を配設してなる固定子（１）とを有し、固定
子（１）と回転子（２）とのギャップが磁気抵抗が正弦
波となるように設定されているとともに、固定子（１）
が３の整数倍の数の突極（111）（112）…（116）（12
1）（122）…（126）を有し、さらに、固定子（１）を
３相の正弦波励磁電流を励磁する複数の励磁コイル（14
1）（142）…（146）を有することを特徴とするパルス
モータ。