JPH04285482A - 反動電動機及びその駆動方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、産業用のロボットやマ
ニピュレータ、あるいは駆動装置に用いられる反動電動
機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の反動電動機は、鉄心によって構成
されたスロット付きの固定子に単相あるいは多相の巻線
を施し、これに電流を流して回転磁界を発生させ、鉄心
によって構成され巻線を持たない突極形回転子と前記固
定子の間の空隙差に伴う磁気抵抗差を利用して回転子の
回転トルクを発生させる構成となっている。また、固定
子巻線を有せず、しかも圧電素子を有した電動機として
特開昭６４−１２８４７の進行波を用いた可変磁気抵抗
形モータがあるが、これは圧電素子の伸縮により、固定
子の内周に組み付けられたシート状永久磁石の磁極面に
発生する進行波と、前記突極形回転子との空隙変化に伴
う磁気抵抗変化を利用して回転子を回すという構成にな
っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の反動
電動機は、大トルクを発生させるためには大きな電流を
必要とし、当然ドライバは大容量のものが必要となる。 また巻線部において大きなジュール熱が発生し、このた
め水冷や空冷の強制冷却を行う必要があった。さらに、
固定子に巻線を施すために多くの製造工程を必要とし、
重量も増大するという問題があった。一方、特開昭６４
−１２８４７のものは、圧電素子の伸縮によりシート状
永久磁石に変形を起こすために、変形の繰り返しによる
永久磁石の劣化や、永久磁石がシート状であり起磁力が
大きくとれないため、トルクを大きくできないなどの問
題があった。そこで本発明は、小電力・低損失の駆動が
可能で、軽量かつ低コストの電動機を提供することを目
的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
、回転磁界を発生する磁極を持つ固定子と、円柱形鉄心
の中心を回転軸からずらして配置することにより突極性
を持たせ、前記固定子内面と所定の空隙を介して軸受に
より支持される回転子とで構成される反動形電動機にお
いて、円筒形固定枠と、一端を前記固定枠に固着され、
円周方向に等間隔で配置された３つ以上の積層形圧電素
子と、軸方向に着磁し、前記積層形圧電素子の他端によ
って支持される円筒形永久磁石と、前記円筒形永久磁石
を軸方向から挟む２枚の中空円盤状の磁極とで固定子を
構成する。また、前記積層形圧電素子に印加する電圧を
制御して積層形圧電素子を伸縮させることにより、前記
円筒形永久磁石および磁極を前記回転子の回りで公転さ
せ、磁極内面と回転子との空隙変化に伴う磁気抵抗変化
で回転子にトルクを発生させる。

【０００５】

【作用】回転磁界を発生させる駆動源に積層形圧電素子
を用いることにより、電動機を小電力で駆動でき、ジュ
ール損がないので損失も低減され、発熱が小さくなる。 また、固定子巻線を施す必要がないので製造工程が短縮
され、電動機自体の重量が軽減される。さらに、永久磁
石の径方向の厚みを薄くして柔軟性を持たせるというこ
とが不必要なので通常の焼結磁石が使用でき、磁石の加
工も容易である。従って小電力・低損失で駆動が可能な
、軽量かつ低コストの電動機が実現できる。

【０００６】

【実施例】第１図に本発明の具体的実施例の正面図を示
す。ここでは、積層形圧電素子が６つとしている。本発
明の電動機は、円筒形の固定枠１１と６つの積層形圧電
素子１２〜１７と円筒形永久磁石２１を持つ磁界発生部
２とからなる固定子１と、軸受け（図示せず）により固
定子の中心に支持された軸３２に偏心して取り付けられ
る円柱形の鉄心３１でできた回転子３とから構成される
。積層形圧電素子１２〜１７は、一端を固定枠１１内面
に半径方向に固着され、積層形圧電素子１２〜１７が最
大伸び量の半分伸びた状態において、磁界発生部２を６
つの方向から保持できるように配置されている。軸３２
の中心から見た回転子３の突極部の最大外径は、磁界発
生部２のある内面が最も回転子３に近付いたときに、所
定の空隙をもつように決定される。磁界発生部２は、第
２図に示すように回転軸方向に着磁された円筒形（リン
グ状のものも含む）永久磁石２１と、この磁石の着磁面
に軸方向から張り付けられた２枚の中空円盤状磁極２３
と、これらを取り囲み前記永久磁石２１を保護する役目
を持つ補強材２２とから構成される。

【０００７】なお、積層形圧電素子１２〜１７の伸び量
が不足し磁界発生部２と回転子３間の空隙の機械的精度
が得られない場合には、積層形圧電素子１２〜１７と磁
界発生部との間に変位拡大機構（図示せず）を付加して
もよい。また、積層形圧電素子１２〜１７を固定枠１１
内面に周方向に配置し、この伸縮の方向を直角方向に変
換する機構を用いて磁界発生部２を公転させてもよい。 以上の構成による本発明の駆動方法の一例を、以下に説
明する。第３図は各駆動ステップに対する本電動機の動
作状態を示す。第４図に示すように、積層形圧電素子１
２〜１７に印加する駆動電圧波形はそれぞれが電気角で
６０゜ずつ位相の遅れた６つの正弦波電圧（振幅をＶｐ
とする）に、その振幅と同じ大きさの直流電圧（Ｖｐ）
を加えたもので、■〜■がそれぞれ積層形圧電素子１２
〜１７に印加される電圧波形である。

【０００８】回転動作の説明 １．第３図に示す積層形圧電素子１２〜１７に、第４図
の駆動電圧波形を印加する。まず、第４図駆動電圧波形
中（１）の時点では積層形圧電素子１２が最も伸びて積
層形圧電素子１５が最も縮んだ状態となり、第３図（１
）のように磁界発生部２が積層形圧電素子１５の方向に
偏心した位置に来るために、磁界発生部２内面の積層形
圧電素子１２側の部分が軸に最も近い状態となる。 第４図（１）→（２）間の駆動電圧の変化で、磁界発生
部２の軸に最も近い点が積層形圧電素子１３の方向に移
動し、これに伴って、磁界発生部２と回転子３突極部と
の間の吸引力の働きで回転子３に時計方向のトルクが発
生し、突極部が積層形圧電素子１３の方向を向く様に回
転子３が第３図（２）のように回転する。 ２．次に、第４図（２）→（３）間の駆動電圧の変化で
、磁界発生部２の軸に最も近い点が積層形圧電素子１４
の方向に移動し、これに伴って、磁界発生部２と回転子
３突極部との間の吸引力の働きで回転子３に時計方向の
トルクが発生し、回転子３が回転して第３図（３）のよ
うに突極部が積層形圧電素子１４の方向を向く。 ３．続く第４図（３）→（４）間の駆動電圧の変化で、
磁界発生部２の軸に最も近い点が積層形圧電素子１５の
方向に移動し、これに伴って、磁界発生部２と回転子３
突極部との間の吸引力の働きで回転子３に時計方向のト
ルクが発生し、回転子３が回転して第３図（４）のよう
に突極部が積層形圧電素子１５の方向を向く。 ４．以下、同様に第４図（４）→（５）→（６）→（７
）間の駆動電圧の変化で、磁界発生部２の軸に最も近い
点が積層形圧電素子１５→１６→１７→１２の方向に連
続して移動し、これに伴って回転子３が第３図（４）→
（５）→（６）→（１）に示すように回転する。従って
、回転子３は、１．で説明した最初の位置から３６０゜
回転したことになる。

【０００９】以上のように、第４図に示す駆動電圧波形
を積層形圧電素子１２〜１７に連続して印加することに
より、回転子３は電圧波形に同期して時計方向になめら
かに回転することになる。また、駆動電圧波形の電圧の
ピーク値２Ｖｐ・周波数を変えることで回転子３の回転
速度・回転トルクを自由に変えることができる。上記は
時計方向の回転についての説明であるが、反時計方向の
回転の場合については、各積層形圧電素子に印加する駆
動電圧波形の位相の遅れを、進みに変えることにより時
計方向の回転と全く同様に駆動することができる。また
、第４図に示した駆動電圧波形の、任意時点の電圧を積
層形圧電素子１２〜１７に印加し続けることにより、回
転子３を任意の回転位置で保持することも可能である。

【００１０】第５図は、本圧電形反動電動機の非回転状
態を示したものである。同図（１）は積層形圧電素子１
２〜１７に全く電圧を印加していない状態を示しており
、この時積層形圧電素子１２〜１７は全く伸びておらず
、磁界発生部２と積層形圧電素子１２〜１４および１６
〜１７との間に隙間ができて、重力によって同図のよう
な位置に保持される。回転子３は、その突極部と磁界発
生部２間の吸引力との兼ね合いで、同図のような位置に
保持される。このとき、磁界発生部２の内面と回転子３
の突極部との間には所定の空隙が存在する。次に、第４
図に示すＶｐと同じ大きさの直流電圧を積層形圧電素子
１２〜１７に印加すると、積層形圧電素子１２〜１７全
部がその最大伸び量の半分だけ伸び、積層形圧電素子１
２〜１７の固定されていない側の端が磁界発生部２の外
面に接触して、第５図（２）に示すように磁界発生部２
が軸３２と同心の状態で保持される。このとき、回転子
２がどの角度になっても、磁界発生部２の内面と回転子
３との間に働く吸引力は一定であるので、回転子３は外
力によって自由に回転させることができる。

【００１１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば固定
子巻線を持たないので電動機が小損失・軽量となり、積
層形圧電素子を用いたので電圧駆動ができて電流が小さ
くて済み、電動機が軽量かつ大出力になるといった効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の具体的実施例

【図２】磁界発生部の構成図

【図３】各駆動ステップに対する磁界発生部と回転子の
動作状態の説明図

【図４】圧電素子に印加する駆動電圧波形

【図５】本電
動機の電源ＯＦＦ時及び静止時の説明図

【符号の説明】

１　　固定子 ２　　磁界発生部 ３　　回転子 １１　　固定枠 １２〜１７　　積層形圧電素子 ２１　　円筒形永久磁石 ２２　　補強材 ２３　　磁極 ３１　　円柱形鉄心 ３２　　軸

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　回転磁界を発生する磁極を持つ固定子
   と、円柱形鉄心の中心を回転軸からずらして配置するこ
   とにより突極性を持たせ、前記固定子内面と所定の空隙
   を介して軸受により支持される回転子とで構成される反
   動形電動機において、前記固定子を円筒形固定枠と、一
   端を前記固定枠に固着され、円周方向に等間隔で配置さ
   れた３つ以上の積層形圧電素子と、軸方向に着磁し、前
   記積層形圧電素子の他端によって支持される円筒形永久
   磁石と、前記円筒形永久磁石を軸方向から挟む２枚の中
   空円盤状の磁極とで構成することを特徴とする反動電動
   機。
2. 【請求項２】　　前記積層形圧電素子に印加する電圧を
   制御して積層形圧電素子を伸縮させることにより、前記
   円筒形永久磁石および磁極を前記回転子の回りで公転さ
   せ、磁極内面と回転子との空隙変化に伴う磁気抵抗変化
   で回転子にトルクを発生させることを特徴とする請求項
   １の反動電動機の駆動方法。