JPH02164265A - 可変空隙形モータ - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明はロボットなどに使用される低速大トルクを発生
する可変空隙形モータに関する。

（従来の技術） 可変空隙形モータは、磁束と同じ方向に発生する電磁力
（可変空隙力）を利用して低速大トルクを実現するアク
チュエータであり、ロータの自転運動を出力とする構造
を有する。第１２図、第１３図に従来の一般的な可変空
隙形モータの側断面図及びＢ−Ｂ線による正断面図を示
す。ステータ２１の内周に形成される凸部２２に巻回さ
れた励磁巻線２３を励磁することにより電磁力が発生し
、ロータ２４がステータ２１に１及引される。そして励
磁巻線２３の励磁パターンを順次変化させることにより
、ロータ２４がステータ２１の内周に沿って回転運動を
行うものである。また、ロータ２４の図面左側端部には
内周と外周に歯車２５゜２６を何する歯車部材２７、及
びハウジングと一体になった歯車２８、及び出力軸３ｏ
の外周に形成された歯車２９が存在する。ここではロー
タ２４がステータ２１に図面下方にて強力に吸引される
ので、歯車２６と歯車２８は■にて、そして歯車２５と
歯車２９とは■と１８０°位相の異なる■にて噛合する
。従ってロータ２４の自転運動が出力軸３０に伝達され
、トルクが発生する。

しかし最近では更に大きなトルクが要求される状況にあ
り、このような従来の可変空隙形モータではこういった
要求を満たすに足りるトルクを得ることができなくなっ
ている。

これに対し、例えば特開昭５７−２０８８３８号公報に
記載の可変空隙形モータは、前記歯車をステータ（ｉｌ
ｌ鉄）の内周面とロータ（遊星ギヤ）の外周面に設け、
そしてステータ内に形成された複数の空間を利用してコ
イルを巻回している。第１４図はこの可変空隙形モータ
のステータとロータを示す側断面図である。この図のよ
うに、ステータ３１に巻回されたコイル３３が発生する
磁束のみならず、ロータ３２の中間部に取付けられた環
状の永久磁石３４が発生するバイアス磁束が、図中矢印
に示した方向に同時に作用する。そのため、コイル３３
に流す電流をそれ程大きくしなくても必要なトルクを得
ることができる構造となっている。ここで第１５図にこ
の可変空隙形モータの正断面図を示す。この図を見ると
わかるように、コイル３３が発生する主磁束はロータ３
２内を通過せずに矢印で示すようにステータ３１内を通
過してしまう。つまりステータ３１とロータ３２とで形
成される空隙形部を、磁気空隙として有効に利用してい
るとは言えない。従って全体として、発生した磁束の強
さの割に得られるトルクの小さい可変空隙形モータとな
ってしまっている。

そしてそれに伴い、ロボットのアーム駆動などにこの可
変空隙形モータを用いても、効率よくパワーを得るには
足りておらず、ロボットの重負荷作業への適用にはまだ
改善の必要がある。

（発明が解決しようとする課題） 以上のように、コイルが発生する磁束と永久磁石が発生
するバイアス磁束の両方を用いて大きなトルクを得る方
法はあったが、発生した磁束の強さの割に得られるトル
クは小さいものであった。

本発明はこういった問題を解決し、磁束を有効に利用し
て大トルクを発生させる可変空隙形モータの提供を目的
とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するために本発明においては、 磁性体から成る第１環状体と、 前記第１環状体の円周面に形成される複数の凸部に巻回
・される励磁巻線と、 前記第１環状体を軸方向に複数連結し１．前記第１環状
体と共にステータを形成する、磁性体から成る第１の連
結部材と、 磁性体から成る第２環状体と、 前記第２環状体を軸方向に複数連結し、前記第２環状体
と共に前記ステータの前記凸部に沿って回転運動するロ
ータを形成する、磁性体から成る第２の連結部材とを有
し、 前記ｍｌの連結部材と前記第２の連結部材の少なくとも
一方が永久磁石から成る可変空隙形モータとした。

（作　　用） 以上のような構成とすることにより、ステータの円周面
の周方向及び軸方向に配置される凸部と、ロータと、に
よって形成される空隙が磁気空隙としても利用されるの
で、永久磁石によるバイアス磁束と、励磁巻線の励磁に
よる主磁束を含む２種の磁束とが互いに作用し、ステー
タとロータとの間に従来以上の吸引力が発生する。従っ
て磁束をを効に利用して大トルクを発生させる可変空７
隙形モータが実現する。

（実施例） 以下、図面に基づいて本発明を説明する。

第１図は本発明の第１の実施例を示す可変空隙形モータ
の側断面図、第２図は第１図中Ａ−Ａ線による正断面図
である。

本実施例では第１図に示すように、ステータ１はステー
タ側環状体１ａ、ｌｂと連絡ヨーク２とから構成されて
いる。ステータ側環状体１ａ。

１ｂは、共に円筒状で内周にそれぞれ１２個の凸部（突
極）を周状に有しており、この凸部の表面にて円周面を
形成している。連絡ヨーク２は第３図の部分斜視図に示
すように、前記ステータ側環状体１ａ、ｌｂをその軸方
向に連結するものである。ステータ側環状体１ａ、ｌｂ
及び連絡ヨーク２は共に磁性体から成っている。また、
前記凸部には回転磁界を発生する励磁巻線５が巻回され
ており、ステータ１と一体となった状態でハウジング３
に組み込まれる。

ステータ１内部には、凸部に沿って公転運動するロータ
６が組み込まれる。このロータ６は、ステータ側環状体
１ａ、ｌｂのそれぞれに対向する位置にあるロータ側環
状体６ａ、６ｂ（磁性体から成る）と、軸方向に若磁さ
れロータ側環状体６ａとロータ側環状体６ｂとの間に固
着された円筒状の永久磁石４とから成っている。

またロータ６の端面には、ロータ６と中心軸を同一する
ように、円筒状の歯車部材７が固着されている。この歯
車部材７の内周と外周には歯車７ａ、７ｂが形成されて
おり、ハウジング３に固定された転勤部８の歯車８ａ、
及び出力軸１０と一体化した等速継手部１１の歯車１１
ａとそれぞれ噛合する。ここでは歯車８ａと歯車７ｂは
図面上方つまりステータ１とロータ６の可変空隙力が最
大となる位置と位相を同じくして噛合しており、また歯
車７ａと歯車１１ａは図面下方つまり位相が１８０°異
なる位置にて噛合している。尚、歯車部材７と転勤部８
は転勤手段９、そして歯車部材７と等速継手部１１は等
速継手手段１２を形成している。

出力軸１０はハウジング３に対してベアリング１３ａ、
１３ｂ、１３ｃにより回転可能に支持されており、前記
転勤手段９及び等速継手手段１２を介して、ロータ６の
自転力を出力する。また、出力軸１０とロータ６とは２
個のベアリング１４　ａ、　　１４　ｂ、及び円筒状で
内円と外円との中心軸が偏心したスペーサ１５により、
吸引力が歯車７ａ、７ｂ、８ａ、ｌｌａに集中しないよ
うに回転可能となるよう支持されている。

以下、第４図と第５図を用いて本発明に係る磁束の流れ
について述べる。第４図は第２図中のＸ−Ｘ線、Ｙ−Ｙ
線による、ステータ１及びロータ６の側断面を示す図、
そして第５図はステータ１及びロータ６の正断面を示す
図である。これらの図のように、ステータ１とロータ６
は磁束に関し閉ループを形成している。つまり、永久磁
石４を用いたことにより発生するバイアス磁束■は、図
中実線で示すように、ロータ側環状体６ａ−ステータ側
環状体１ａ一連絡ヨーク２−ステータ側環状体１ｂ→ロ
ータ側環状体６ｂの順に流れる磁気回路を形成する。

今、励磁巻線５を励磁することによって第４図（ａ）に
はバイアス磁束■と同方向へ磁束■を流すように制御す
る。こうすると、更に第５図に示すように励磁による閉
ループが形成される。つまり励磁により発生する主磁束
■が、図中に一点鎖線で示すように、ステータ側環状体
１ｂ→ロータ側環状体６ｂ→ステータ側環状体１ｂの順
（またはロータ側環状体６ａ−ステータ側環状体１ａ−
ロータ側環状体６ａの順）に流れる磁気回路が形成され
る。

上記のように励磁巻線５を励磁することによって、ステ
ータ１とロータ６との間に同時に３種の磁束■、■、■
が発生する。そして第４図（ａ）のように全ての磁束■
、■、■が同方向を向くと、ステータ１とロータ６との
間に非常に大きな磁気吸引力が働く。一方、第４図（ｂ
）のようにバイアス磁束■に対し磁束■、■が逆方向を
向くと、ステータ１とロータ６との間のバイアス磁束■
による磁気吸引力が打消され、反発力が働く。

このような構成並びに制御を利用すれば、第２図中■に
おいては強力な吸引力が、モして■においては反発力が
発生する。そして励磁巻線５の励磁パターンを反時計方
向に次々に移してゆけば、ロータ６（第２図ではロータ
側環状体６ａ）がステータ１（第２図ではステータ側環
状体１ａ）の凸部つまり内周面に沿って、反時計方向に
公転運動を行なう。これに伴いロータ６は時計方向に自
転運動も行うので、出力軸１０からは本発明の作用によ
り時計方向への大トルクが出力される。もちろん励磁巻
線５の励磁パターンを時計方向とし、励磁方向（磁束■
、■の向き）を切替えれば、出力軸１０は反時計方向の
大トルクを発生する。

次に本発明の第２の実施例を説明する。第６図は本発明
の第２の実施例に係る可変空隙形モータの側断面図、第
７図は第６図中Ａ’−Ａ’線による正断面図である。尚
、第１の実施例と説明の重複する箇所は同一符号を付し
て説明を省略する。゛ここに示す可変空隙形モータはス
テータ１がモータの中心付近に位置し、その外側にロー
タ６が配置されてなるものである。ハウジング３と一体
となったステータ固定軸１８にステータ側環状体ｌａ、
ｌｂを固定すると共に、ステータ側環状体ｌａ、ｌｂ間
に円筒状の永久磁石４を設け、ロータ６はスペーサ１５
ａ、１５ｂｓロ一タ支持部材１９ａ、１９ｂ及び歯車部
材７を介してステータ固定軸１８に回転自在に支持され
る。尚、第７図に示すように、本実施例ではステータ側
環状体ｌａ、ｌｂにはそれぞれ８個の凸部が形成されて
いる。またロータ６はここでは１つの環状体から成って
いるが、これは第１の実施例で示したロータ側環状体６
ａ、６ｂ及び永久磁石４のうち永久磁石４を通常の磁性
体に置き換えたものと解することができる。もちろん磁
性体を複数連結してロータ６を構成してもよい。

上記の構成とした本実施例での磁束の流れを第８図、第
９図に示す。ここで第８図は第７図中のｘ’−ｘ’線、
Ｙ’−Ｙ’線による、ステータ１及びロータ６の側断面
を示す図、そして第９図はステータ１及びロータ６の正
断面を示す図である。

本実施例においても第１の実施例と同様に３種の磁束■
、■、■が発生する。そして全ての磁束■。

■、■が同方向を向くと、ステータ１とロータ６との間
に非常に大きな磁気吸引力が働く。一方、バイアス磁束
■に対し磁束■、■が逆方向を向くと、ステータ１とロ
ータ６との間のバイアス磁束■による磁気吸引力が打消
され、反発力が働く。

このようにして出力軸１０からは時計方向、反時計方向
の大トルクが出力される。

以上述べたように本発明によれば、磁束を有効に利用し
て大トルクを得ることができるが、本発明は上記の実施
例に限られるものではない。例えば本実施例では第２図
中の■、■に概当する凸部での励磁制御を例にとったが
、もちろんどの凸部を選んで励磁制御してもよい。また
永久磁石の磁束の大きさも磁気飽和による悪影響が発生
しない範囲で任意に選択してよく、例えば第１の実施例
に示した連絡ヨーク２の一部または全部を永久磁石に置
き換えてもよい。永久磁石の取り付は位置は、ステータ
１とロータ６により磁気回路が構成されるようにしてあ
れば、モータの設計により任意に変更してよい。

また、本実施例中で用いた連絡ヨークは、磁気回路での
磁気飽和が起きない程度にその断面積を任意に決定する
ことができるので、ステータの重量を軽減することが可
能である。もちろん、ステータ側環状体と連絡ヨークを
一体形成したステータとしてもよい。

第１０図、第１１図は本発明の可変空隙形モータをロボ
ットの間接部に組込んだ様子を示す斜視図である。尚、
本実施例の可変空隙形モータと同一の構成要素には同一
符号を付しである。このように可変空隙形モータを第１
アーム１６に固定し、出力軸１０を第２アーム１７に固
定するように組込めば、従来より大きなパワーを第２ア
ーム１７に与えることができる。そのため、アーム１６
゜１７の図示しない他端部に設けられたハンド部で、よ
り高重量の物体を容易に取り扱うことが可能になり、作
業能力の大幅に向上したロボットが実現する。

［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、磁束を有効に利用して大
トルクを発生させる可変空隙形モータが実現する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す可変空隙形モータ
の側断面図、第２図は第１図中Ａ−Ａ線による正断面図
、第３図はステータ及び連絡ヨークを示す部分斜視図、
第４図並びに第５図はモー夕の側断面及び正断面から見
た磁束の流れを示した模式図、第６図は本発明の第２の
実施例を示す可変空隙形モータの側断面図、第７図は第
７図中Ａ’−Ａ’線による正断面図、第８図並びに第９
図はモータの側断面及び正断面から見た磁束の流れを示
した模式図、第１０図、第１１図は本発明のロボッ可変
空隙形モータをロボットに組込んだ状態を示す斜視図、
第１２図、第１３図は従来の可変空隙形モータの側断面
図及び正断面図、第１４図、第１５図は、従来の可変空
隙形モータの磁束の流れを示す側断面図及び正断面図で
ある。 １・・・ステータ、ｌａ、ｌｂ・・・ステータ側環状体
、２・・・連絡ヨーク、４・・・永久磁石、５・・・励
磁巻線、６・・・ロータ、６ａ、６ｂ・・・ロータ側環
状体、１０・・・出力軸、１６．１７・・・ロボットア
ーム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 磁性体から成る第１環状体と、 前記第１環状体の円周面に形成される複数の凸部に巻回
   される励磁巻線と、 前記第１環状体を軸方向に複数連結し、前記第１環状体
   と共にステータを形成する、磁性体から成る第１の連結
   部材と、 磁性体から成る第２環状体と、 前記第２環状体を軸方向に複数連結し、前記第２環状体
   と共に前記ステータの前記凸部に沿って回転運動するロ
   ータを形成する、磁性体から成る第２の連結部材とを有
   し、 前記第１の連結部材と前記第２の連結部材の少なくとも
   一方が永久磁石から成ることを特徴とする可変空隙形モ
   ータ。