JPH0327757A

JPH0327757A - 電気モータ

Info

Publication number: JPH0327757A
Application number: JP2059790A
Authority: JP
Inventors: Michel Pierrat; マイケル・エイ・ピエラ
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-03-09
Filing date: 1990-03-09
Publication date: 1991-02-06
Also published as: US4914330A; EP0386429A2; CA2007998A1; EP0386429A3

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］この発明は低速のブラシレス電気モータに関する。

さらに詳しくは、この発明はステーターロータ構造の一
体化された部分として減速機構を有するステッピングタ
イプの電気モータに関する。

［従来の技術］電気モータは一般に、出力シャフトへ連結された高速の
ロータを有する。多くの場合には、そのとき要求される
速度とトルクに一致した動作速度を供給するために、ギ
ャーボックスやベルト、あるいはプーりや牽引駆動装置
（ｔｒａｃｔｉｏｎ　ｄｒｉｖｅ）といった別個の減速
装置が必要となる。

駆動モータと別個に設けられた、トロコイド形状を使用
した減速装置が広く用いられ．ている。米国特許第１，
　６８２，　５６３号、第３，９９８，１１２号、第４
，４８７，　０９１号、第４，　５８４．　９０４号、
第４，　６４３，　０４７号には、多かれ少なかれそう
した減速装置の代表的なものが開示されている。これら
の装置においては、外トロコイド形状の周辺部を有する
内側軌道上のロータが、高速回転入力によって駆動され
る。前述のロータは、多数の離間して設けられたローラ
、あるいは内トロコイド内側形状を有するリングによっ
て囲まれている。いずれにせよ、ステーターリングに設
けられたローラあるいはローブの数は軌道上のロータに
設けられたローブの数よりも一つあるいは二つ多い。通
常、ロータは偏心してキ一連結された入カシャフ１・へ
回転自在に取付けられている。シャフトが回転すること
によってロータが軌道上を移動し、ローブ及びロータの
数によって決まる減速比で回転する。いずれの場合も減
速装置は駆動装置とは別個に設けられている。

従来の方法で速度を落とす場合、ロータやシステムの他
の部材が有する大きな慣性のために、始動したり、停止
したり、出力を逆転したりすることが困難である。その
上、過負荷などの要因によって前述したシステムが停止
した場合、モータはオーバーヒートするか破壊されてし
まう。非常に軽いロータを使用してこれらの問題の幾つ
かを軽減する試みが行われてきたが、ロータが高速回転
する必然的な結果として、始動や停止あるいは逆転は依
然として困難な動作であり、多くの場合時間が掛かりす
ぎる。

［発明の概要］この発明においては、トロコイド形状を有する減速機構
が、電気モータのステータ及びロータの一体化された部
分を形威しており、モータに高速回転する部材をなんら
５使用することなく、低速で高トルクの出力を得ること
ができる。パススルー（ｐａｓｓ−ｔｈｒｏｕｇｈ）出
力シャフトへ連結された円形のロータは、予め決められ
た数のローブを備えた外トロコイド形状を有する。ロー
タのまわりには軌道上を回転せずに移動する二つのステ
ーターリングが配置されている。これら二つのステータ
ーリングは位相が１８０度ずれており、それぞれがロー
タに設けられたローブの数にｌを加えた数に等しいロー
ラを看する。ローラはステーターリングの内側表面に回
転可能に取付けられており、シャフトのロータが有する
外トロコイド面へ絶えず接触している。■２個のローラ
を有するシステムにおいては、外側のリングとロータの
軌道上の速度比はｌｌ：ｌである。すなわち、外側のリ
ングが軌道を１１回まわると（回転ではない）、出力シ
ャフトは一回まわる。減速比は、ロータに設けられたロ
ーブの数と周囲のステーターリングに設けられたローラ
の数を増やすことによって簡単に変えられる。

ステーターリングは軌道上を移動可能に取付けられてい
るが、回転は抑制されている。ステーターリングの回転
を抑えた状態での軌道上の移動は、ステーターリングの
周囲に磁極として配置された一連のステータ巻線からの
磁力によって行われる。

対向する巻線は、電気インパルスによって同時に励磁さ
れる。電気インパルスはステータの周囲上に互いに対向
するように配置された極のまわりを順番に移動する。こ
れらの磁力によってステーターリングは回転せずに軌道
上を移動させられる。

この移動の結果、ステーターリングの軌道上の速度を作
り付けの減速比で割った速度でロータが回転される。二
つのステーターリングが１８０度ずれて軌道上を移動す
るため、軌道上の質量とロータのトルクはバランスをと
ることができる。ステータの巻線を流れる電流、シーケ
ンスのタイミング、回転方向、速度はすべて従来型のソ
リッドステート回路によって制御される。

一方のステーターリングの回転位置は他方のステーター
リングの位置から１８０度ずれている。

すなわち、一方のステーターリングとモータのある磁極
との間のギャップが最小のとき、他方のステーターリン
グは最初の磁極から１８０度ずれて配置された磁極と最
小のギャップを有する。

［実施例コ以下、添付図面に基づいてこの発明による電気モータの
実施例を説明する。実施例において、同じあるいは類似
した部材は、同じ参照番号あるいは異なる添え字を有す
る同じ参照番号によって表されている。

第１図において参照番号２によって表されたブラシレス
の電気モータは、二つのハウジング４ａ，４ｂに収容さ
れている。中心部に長平方向の開口部８を有する出力シ
ャフト６が電気モータ２を貫いて延びている。この出力
シャフト６はベヤリング１０ａ，１０ｂ（第２図参照の
こと）によって支持されている。電力は電気ケーブル１
２を介してユニットへ供給される。

第２図、第３図、第４図に示されているように、ロータ
１４が出力シャフト６と一体化して形成されている。ロ
ータ１４の外側表面は１１個のローブを備えた外トロコ
イド形状を有する。ロータ１４の周囲には二つのステー
ターリング２０ａ，２０ｂが偏心して取付けられている
。ステーターリング２０ａは第３図に、また、ステータ
ーリング２０ｂは第４図に示されている。二つのステー
ターリングの構造は同じであり、１８０度位相をずらせ
て偏心して取付けられている。各ステーターリングは、
他方とは独立に軌道上を移動する。各ステーターリング
はその内側表面に、半円形の断面をもつ１２個のソケッ
トを有する。このソケットの各々は、ソケット内におい
て回転自在になっている同じ構造のローラ２２を有する
。それぞれのローラ２２はロータ１４の表面に絶えず接
触している。

ステーターリング２０ａを軌道上で移動させる一方でこ
れを回転させないようにするために、直径を挟んで対向
するように配置された二つの突起部２４ａが設けられて
いる（第２図及び第５図参照のこと）。突起部２４ａの
それぞれは、トルク伝達用のプレート２８ａに形成され
たスロット２６ａの中へ延びている。プレート２８ａを
横方向へ動かし軌道上での移動を可能にするために、ハ
ウジング４ａと一体化された二つの突起部３０ａがトル
ク伝達用のプレート２８ａに形成された二つのスロット
３１ａの中へ延びている。ステーターリングの反対側に
設けられた第２のトルク伝達用のプレート２８ｂに対し
ても同じ構造が用いられている。ステーターリング２０
ｂからは同じ突起部が延びており、ステーターリング２
０ｂが回転することなく軌道上を移動するようになって
いる。

各ステーターリング２０ａ，２０ｂは磁性材料から形成
された一連の磁性体部分３２を有する。

ステーターリング２０ａ（第３図参照のこと）は等間隔
に離．間された８個の磁性体部分を有する。

これらの磁性体部分は参照番号３２ａ〜３２ｈで表され
ており、ステーターリングの外側周辺部に取付けられて
いる。ステーターリング２０ｂは、第４図において参照
番号３２ｐ〜３２ｗで表された８個の同様の磁性体部分
を有する。もし必要ならば、ステーターリング全体は軟
鉄のような磁性材料から形成してもよい。

ハウジング４ａ，４ｂによって、鉄の薄板からなる環状
のリング３４が支持されている。薄板は、両方のステー
ターリング２０ａ，２０ｂの厚みを収容できるだけの充
分な厚さを有する。リング３４には等間隔に離間して設
けられた８個の開口部が設けられている。これらの開口
部には８個の電気巻線３６ａ〜３６ｈが収容される電気
巻線３６ａ〜３６ｈはリング３４の隙間部分（ｉｎｔｅ
ｒｖｅｎｉｎｇｐｏｒｔｉｏｎ）の回りに巻き付けられ
ている。こうした構造によって８個の磁極３８ａ・〜３
８ｈが形成される。電気巻線は対向する磁極対を順番に
励磁できるように配置されている。電力は、適当なソリ
ッドステートスイッチ回路（図示されていない）の制御
のもとに、例えば電気巻線３６ａ．３６ｅへ供給される
。電力は次に電気巻線３６ｂ，３６ｆへ、次に電気巻線
３６ｃ，３６ｇへ、そして最後に電気巻線３６ｄ，３６
ｈへ供給される。

その後、このサイクルが繰り返される。

第３図及び第４図においては、磁極３８ａ，３８ｅが励
磁されている。第３図において、ステーターリング２０
ａの磁性体部分３２ａは磁極３８ａの表面とほぼ接触す
る状態に描かれており、一方、反対側の磁性体部分３２
ｅは磁極３８ｅから最も離れた状態に描かれている。磁
性体部分３２と磁極３８との間のギャップの最小値は、
実際上ほとんどゼロに設定されている。磁性体部分３２
ａと磁極３８ａとの間のギャップは、磁性体部分３２ｅ
と磁極３８ａとの間のギャップよりもずっと小さいため
、対向する磁極の両方が励磁されてもステーターリング
２Ｇａの方が磁極３８ａへ強く引きつけられる。ステー
ターリング２０ｂ（第４図参照のこと）の磁性体部分３
２ｔは磁極３８ｅの表面とほぼ接触するまで引き付けら
れ、磁性体部分３２ｐは磁極３８ａから最も離れた状態
にある。両方の磁極が励磁されるが、磁極３８ｅへ向け
ての吸引力の方がずっと大きい。これらの図面から分か
るように、ステーターリング２０ａは下方へ引かれ、ス
テーターリング２０ｂは上方へ引かれる。

次にスイッチ回路による制御のもとに、磁極３８ｂ，３
８ｆが励磁される。すると、ステーターリング２０ａは
磁極３８ｂの方へ引かれ、ステーターリング２０ｂは反
対方向の磁極３８ｆの方へ引かれる。ステーターリング
の中心は、磁極３８ａと磁極３８ｂの間の隙間に等しい
角度だけロータ１４のまわりの軌道上を移動する。順番
に電気巻線を励磁すると、ステーターリングはロータ１
４のまわりの軌道上をスイッチ回路で制御された速度で
移動する。

トルク伝達用のプレート２８ａ，２８ｂによってステー
ターリング２０ａ，２０ｂの回転が防止されているため
、二つのステーターリング２０ａ，２０ｂが軌道上を移
動することによってロータ１４が回転する。出力を取り
出すために、ロータ１４は出力シャフト６へ固定されて
いる。出力シャフト６はステーターリング２０の軌道上
における回転方向とは反対の方向へ回転し、固有の減速
比で減速された速度によって、ステーターリングの軌道
上での移動に等しい角度だけ移動する。この減速比は、
■をロータ１４に設けられたローブ１６の数で割った値
に等しい。この実施例においては、１２個のローラ２２
と１１個のローブが存在するため、減速比は１：１１で
ある。従って、出力シャフト６はステーターリング２０
の軌道上における移動速度の１１分の１の速度で回転す
る。

例えば、仮に電気巻線３６がｌ分間に５００回転するよ
うに励磁された場合、出力シャフト６は約４５ｒｐｍの
速度で回転する。ローラ２２を５０個使用すれば、減速
比はｌ：４９である。

従来の任意の回路を用いて電気巻線を励磁することがで
きる。特別な使用目的にふさわしい特別の特性を有する
回路が、米国特許第４．　７３９，　３４６号及び第４
，　２７５，　３３９号に開示されている。ステッピン
グモータを駆動するための回路の種々の点に関しては、
「七オリ・アンド・アプリケーションズ・オブ・ステッ
プ・モーターズ（Ｔｈｅｏｒｙ　ａｎｄＡｐｐｌｉｃａ
ｔｉｏｎｓ　ｏｆ　Ｓｔｅｐ　Ｍｏｔｅｒｓ）Ｊ　　（
ペンジャミン・シー・クオ（Ｂｅｎｊａｍｉｎ　Ｃ．　
Ｋｕｏ）著、ウエスト・パブリッシング・カンパニ（Ｗ
ｅｓｔ　ＰｕｂｌｉｓｈｉｎｇＣｏｍｐａｎｙ）発行、
１９７４年）に記載されている。

当該分野の技術者にとっては、そのほかの多くの制御回
路が周知のものである。

他の固有の減速装置を使用することもできる。

例えば、第６図はロータ１４ｃの周囲に等間隔に設けら
れたソケットの中にローラ２２ｃが配置された逆の配置
が示されている。この実施例においては、ステーターリ
ング２０は内トロコイド形状を有する。ステーターリン
グ２０ｃで示されるようなステーターリングは、それぞ
れロータに設けられたローラよりもーっ多いローブを有
する。減速比は、ｌをシャフトのロータ１４ｃに設けら
れたローラの数で割った数に等しい。

米国特許第４．　５８４．　９０４号及び第４，　６４
３．　０４７号に基づいた他の実施例が第７図に示され
ている。この実施例においては、ステーターリング２０
ｄに示されているように、ステーターリングのそれぞれ
は内トロコイド形状を有し、ロータ１４は前の実施例に
示されているように外トロコイド形状を有する。二つの
トロコイド面の間には一連のローラ４２が配置されてお
り、各表面と絶えず接触している。この実施例において
は、内トロコイド面上には一つ多いローブが設けられ、
ロータ１４の外トロコイド面上には一つ少ないローブが
設けられている。すなわち、ロータ１４上には１１のロ
ーブが設けられ、ステーターリング２０ｄの内トロコイ
ド面上には１３のローブが設けられている。

減速比は前の実施例の半分であり、■をロータ１４上の
ローブの数の半分で割った値に等しい。従って、減速比
はｌ　：　５．　５である。

別の実施例が第８図に示されている。この実施例におい
ては、ロータ１４ｅは所定数（少なくとも１２個）の、
外側のインボリュート歯４４を有している。インボリュ
ート歯４４はステーターリング２０ｅの内側に設けられ
た内側のインボリュート歯４６と噛み合う。各ステータ
ーリングには、歯干渉（ｔｏｏｔｈ　ｉｎｔｅｒｆｅｒ
ｅｎｃｅ）を防止するためにさらに少なくとも三つの歯
が設けられている必要がある。前述した実施例における
ように、ステーターリングは回転せずに軌道上を駆動さ
れる。この結果、減速比は非常に小さくなり、１をシャ
フトのロータ１４ｅに設けられた歯の数の３分のｌで割
った値に等しい。例えば、シャフトのロータ１４ｅにｌ
２個の歯を設け、ステーターリング２０ｅに１５個の歯
を設けた場合には、固有の減速比はｌ：３．６６である
。

各実施例において、ステーターリングは軌道上を移動さ
れる一方において、ロータの軸のまわりには回転しない
ようになっている。それぞれの実施例において、外トロ
コイド面あるいは内トロコイド面、あるいはその両方が
減速機構の一部を形成している。

第９図に示されているように、電力はスイッチ５２を介
して適当な直流電源４８からはモータの巻線へ供給され
る。対向する巻線対は直列に接続されている。従来型の
任意の駆動源（図示されていない）によって駆動される
スイッチ５２が電気巻線を次々に接続する。スイッチ５
２が図の位置にあると、電気巻線３６ａ，３６ｅが直流
電源４８に接続される。スイッチが次の位置へ移動する
と、電気巻線３６ｂ，３６ｆが接続される。その後、電
気巻線３６ｃ，３６ｇが接続され、次に電気巻線３６ｄ
，３６ｈが接続される。その後、このサイクルが繰り返
される。ここで述べた機械式のスイッチ機構は単に説明
のためである。実際のシステムにおいては、スイッチリ
ングは周知のソリッドステート回路を用いて行うことが
好ましい。

モータは迅速に逆転することが可能であり、極めて素早
く加速でき、またモータに損傷を与えることなく長い期
間設置することができる。ステーターリングを位相をず
らせて配置することにより、動的にバランスのとれた装
置になる。一般にパイ形状（ｐｉｅ　ｓｈａｐｅｄ）を
有するモータはスペースが貴重な場合にその適用性が高
くなる。このモータの形状によれば、多くのモータを従
続接続して出力を増大させることが可能になる。

上述した実施例は単に説明のためのものであり、発明を
制限するものではない。従って、この発明による電気モ
ータは発明の精神及び範囲から逸脱しない限りいかなる
形によっても実現することが可能である。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明による電気モータの実施例を示しており
、第１図は電気モータの斜視図、第２図は第１図の２−
２線縦断面図、第３図は第２図の３−３線横断面図、第
４図は第２図の４−４線横断面図、第５図は第２図の５
−５線横断面図、第６図は別の減速装置を示す第２図の
３−３線部分横断面図、第７図はさらに別の減速装置を
示す第２図の３−３線部分横断面図、第８図はさらに別
の減速装置を示す第２図の３−３線部分横断面図、第９
図はモータの磁極を連続して励磁するための装置を示す
図である。４　′゛ハウジング６゛・゛出力シャフト８　゜開　口　部１０゜−ベヤリング１２゜・゜電気ケーブル１４　−゛゜ロ　　ー　　タ１６・・−ロ　ー　ブ２０・ステーターリング２２，４２　　゛゛ロ　　ー　　ラ２４．３０−”突起部２６・”スロット２８，３１　　゜゛゜プレート３２゛′磁性体部分３４゛　リ　　　ン　　グ３６・・・一電気巻線３８一　磁　　　極４４，　４６゜−゛インボリュート歯４８゜゛′直流電源５　２　゛゛スイッチＦＩＧ，　５ＦＩＧ．　６ＦＩＧ．　７ＦＩＧ，　８ＦＩＧ．　９

Claims

【特許請求の範囲】

（１）第１のステーターリングと、軌道上を移動させるために前記第１のステーターリング
を支持する装置と、前記ステーターリングを軌道上で移動させるために前記
ステーターリングの周囲に配置された磁気装置と、ロータと、前記ステーターリングの軌道上の移動に応じて、前記ス
テーターリングの軌道上における速度よりも遅い速度で
前記ロータを回転させるための減速装置と、を有する電気モータ。
（２）前記ステーターリングの回転を抑制するための装
置が設けられている特許請求の範囲第１項記載の電気モ
ータ。
（３）第２のステーターリングと、この第２のステータ
ーリングが前記第１のステーターリングの移動の位相か
ら１８０度ずれて移動するようにこの第２のステーター
リングを支持する装置とが設けられ、前記磁気装置が前
記第１及び第２のステーターリングを軌道上で同時に移
動させる特許請求の範囲第１項記載の電気モータ。
（４）前記減速装置が、前記ロータの周辺に設けられた
外トロコイド面を有する特許請求の範囲第１項記載の電
気モータ。
（５）前記減速装置が、前記第１のステーターリングの
内側表面に設けられた内トロコイド面を有する特許請求
の範囲第１項記載の電気モータ。
（６）前記ロータの外側に予め決められた数のローブを
備えた外トロコイド面が形成され、前記第１のステータ
ーリングがこの第１のステーターリングの内側表面へ回
転可能に取付けられた予め決められた数のローラを有し
、前記ローラの数とローブの数の差が１である特許請求
の範囲第１項記載の電気モータ。
（７）前記第１のステーターリングの内側には予め決め
られた数のローブを備えた内トロコイド面が形成される
とともに、前記ロータの周囲へ回転可能に取付けられた
予め決められた数のローラが設けられ、このローラの数
とローブの数の差が１である特許請求の範囲第１項記載
の電気モータ。
（８）ハウジングと、このハウジングへ回転可能に取付けられた出力シャフト
と、この出力シャフトへ回転可能に取付けられたロータと、第１のステーターリングと、この第１のステーターリングを二つの直角なラインに沿
わせるとともにこれらのライン内で移動させ、前記ステ
ーターリングを回転させずに軌道上を移動させるように
支持する装置と、前記第１のステーターリングのまわりに設けられた複数
の磁極と、前記磁極を電気的に順番に励磁して前記ステーターリン
グを軌道上で移動させる磁気装置と、前記第１のステー
ターリングを前記ロータへ連結して、前記ロータを前記
第１のステーターリングの軌道上における速度よりも遅
い速度で回転させるトロコイド形状の減速装置と、を有する電気モータ。
（９）前記減速装置が、前記ロータの表面上に予め決め
られた数のローブを備えた外トロコイド面を有する特許
請求の範囲第８項記載の電気モータ。
（１０）前記第１のステーターリングの内側表面へ回転
可能に予め決められた数のローラが取付けられ、このロ
ーラが前記ロータへ絶えず係合している特許請求の範囲
第９項記載の電気モータ。
（１１）前記ローラの数が前記ローブの数よりも一つ多
い特許請求の範囲第１０項記載の電気モータ。
（１２）前記第１のステーターリングの内側に内トロコ
イド面が形成されている特許請求の範囲第８項記載の電
気モータ。
（１３）前記ロータの周囲に予め決められた数のローラ
が回転可能に取付けられ、このローラが前記内トロコイ
ド面と絶えず接触している特許請求の範囲第１２項記載
の電気モータ。
（１４）前記ロータの外側に、前記第１のステーターリ
ングの内トロコイド面と接触する外トロコイド面が形成
されている特許請求の範囲第１２項記載の電気モータ。
（１５）第２のステーターリングと、この第２のステー
ターリングを二つの直角なラインに沿わせるとともにこ
れらのライン内で移動させ、前記第２のステーターリン
グを回転させずに軌道上を移動させるように支持する装
置とを有し、前記第２のステーターリングが前記第１の
ステーターリングから１８０度ずれた周囲の位置に回転
可能に配置されており、前記磁気装置により前記第２の
ステーターリングが軌道上で移動させられ、その位相が
前記第１のステーターリングの軌道上の動きの位相から
１８０度ずれている特許請求の範囲第８項記載の電気モ
ータ。
（１６）第一の方向へ独立に移動できるように前記ハウ
ジングによってそれぞれが支持された第１及び第２のト
ルク伝達用のプレートと、前記第１のステーターリング
を前記第１のトルク伝達用のプレートへ連結して前記第
１のステーターリングを第２の方向に沿って前記第１の
トルク伝達用のプレートに対して移動させる装置と、前
記第２のステーターリングを前記第２のトルク伝達用の
プレートへ連結して前記第２のステーターリングを前記
第２の方向に沿って前記第２のトルク伝達用のプレート
に対して移動させる装置とが設けられた特許請求の範囲
第１５項記載の電気モータ。
（１７）出力シャフトを電気的に駆動する方法であって
、回転せずに軌道上を移動する入力部とそれよりも速度が
遅い出力部とを有する減速機構を提供する段階と、回転する磁界を発生する段階と、前記入力部を前記磁界により駆動する段階と、前記出力
シャフトを前記減速機構の前記出力部からの出力で駆動
する段階と、を有する方法。