JPH04317552A - 可変ギャップ偏心形モータ - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、円形の界磁用固定子と
円形の偏心可動子間のエアギャップ長が変化する可変ギ
ャップ偏心形モータに関するものでり、更に詳細には、
その静音化に関するものである。

【０００２】

【従来技術】一般のモータは円形回転子を軸受で支え、
円形固定子との間に均一なエアギャップを保っている。 しかし、可変ギャップ偏心形モータでは円形の偏心可動
子が円形の界磁用固定子との間で偏心揺動回転運動をす
るため、固定子との間のエアギャップ長は、変化する。

【０００３】例えば、図７に示すような可変ギャップ偏
心形モータでは円筒状モータケース１０の内部に円筒状
の偏心可動子１２を収容し、その可動子１２の内部に円
柱状の界磁用固定子１４を設置して、その固定子１４の
外周円即ち各磁極片１６の輪郭線がなす円とケース１０
の内周円とを同心円にし、且つ、可動子１２の中心を固
定子１４の中心に一致させた際、可動子１２の内、外周
円と固定子１４の外周円とを同心状にする。そこで各磁
極鉄心１８の界磁コイル２０に所定の励磁電流を流すと
、各磁極片１６を適宜Ｎ極或はＳ極に磁化して、円状に
移動する磁界を発生させることができる。このため、可
動子１２は発生磁界から吸引力を受け、磁化した磁極片
１６に吸着される。しかも、可動子１２に対する吸引力
の作用位置は磁界の移動に伴って円周に沿って移動し、
吸着位置も同様に移動する。そして、移動磁界が１回転
すると、可動子１２は固定子１６に対し、転動接触して
偏心揺動しながらエアギャップ長を変え、可動子１２の
内周長と固定子１６の外周長の差だけ回転する。この可
動子１２の回転力は歯車結合方式等により外部に取り出
す。

【発明が解決しようとする課題】

【０００４】このような従来の可変ギャップ偏心形モー
タを改良して、特性の劣化がなく、振動が小さくて、低
速大トルクの可変ギャップ偏心形モータとして、図２に
示すような可変ギャップ偏心形モータを開発し、特願平
２−１１４４９０として、開示した。

【０００５】この可変ギャップ偏心形モータは、円状に
移動磁界を発生する円形の界磁用固定子２０とその発生
磁界から吸引力を受け、円状に吸引力の作用位置が移動
する円形の偏心可動子３４とを備えるものである。そし
て、上記固定子２０は、円筒状ケース２２の内面に磁極
片３０、…を配設したものから成り、該磁極片３０、…
は、ケース２２の内周面に沿って固設された磁極鉄心２
４、…（図では６極）に界磁コイル２６、…を嵌着した
もので構成される。この固定子２０の内部には、リング
状に形成してその内面に多数の歯３２を設けた可動子３
４を固定子２０と非接触状態に収納し、その可動子３４
の内部に、可動子３４の内歯３２と噛み合う外歯３６と
ケース２２外に一端が突出する出力軸３８を有する出力
用回転歯車４０を設置する。尚、内歯３２の歯先円の半
径は、外歯３６の歯先円より、やや小さくなるように、
構成されている。

【０００６】上記偏心可動子３４からは、出力軸３８の
軸方向と平行に突子としてのピン４６、４８が突設され
ており、このピン４６、４８は、モータケース２２の内
側面に設けた円筒状の変位規制孔５０、５２中に、遊挿
されることにより、可動子の内歯３２は、回転歯車４０
の外歯とは噛合可能な状態で、且つ、固定子の内周面に
は非接触状態を保ち、磁界の移動に伴って、前記規制孔
の中心に対して、ピン４６、４８は回転運動を行い、可
動子３４は、出力軸中心に対してエアギャップ間を偏心
揺動運動を行う。かくして、可動子３４が転動し、その
各位置を固定子２２と出力用回転歯車４０との間のギャ
ップ長を直径にして回転運動させながら偏心揺動運動す
ると、その内歯３２は内部に設置された出力用回転歯車
４０の外歯３６と常に一部で噛み合い、その噛み合い箇
所を歯車４０の外周に沿って順次移動できる。このため
、出力用回転歯車４０には偏心可動子３４の転動力がそ
れ等の噛み合い箇所を通じて順次伝わり、一定方向の回
転力が発生する。従って、出力軸３８を通じてその回転
力を外部に取り出すことができる。

【０００７】この方式は、機構が簡単で、高トルクが得
られる利点があるが、可動子が偏心揺動運動するときに
、ピン４６、４８が、変位規制孔５０、５２内を高速で
移動するので、摩擦、衝撃音が発生して、騒音の原因と
なる欠点がある。

【０００８】更に、コイル２６、…への電流の供給を断
ったとき、固定子２０と可動子３４との間の吸引力が無
くなるので、可動子３４の内歯３２と出力軸を有する回
転歯車４０の外歯３６との間の噛み合う力が消失すると
共に、回転歯車４０は、出力軸から慣性力による回転力
を受けるので、外歯３６は内歯３２に力を加えて、突き
放す動作をするが、この際、ピンはこの動きを阻止する
ことなく、規制孔５０、５２中を他側の内周面に容易に
移動するので、両者の噛み合い状態にゆるみ（いわゆる
ガタ）を生じるおそれがあった。。

【０００９】又、このことは、非通電時に、出力軸を通
して、外歯３６から内歯３２に軽い回転力が加わった場
合であっても、一部の歯車同志が衝突して、歯先に大き
な衝撃力が作用し、歯車に損傷が生じるおそれがあった
。

【発明の目的】

【００１０】本発明は、このような問題点に着目してな
されたものであって、運転音が静かで、非通電時の偏心
可動子の内歯と回転歯車との噛み合いを保持することの
できる可変ギャップ偏心形モータを提供することを目的
とするものである。

【発明の構成】

【００１１】本発明の要旨を、理解を容易にするため、
一実施例を示す図１と、先行技術を示す図２とを参照し
ながら説明するが、これは本発明を実施例に限定するも
のではない。図２は、変位規制孔と突子との係合構造以
外は、その構成が、本願実施例と同じであって、本願実
施例における部材と機能を同一にする部材には、同一の
番号が付されている。尚、図１は、本願発明の一実施例
を、図２におけるＡ−Ａ断面に相当する方向からみた断
面図である。本願可変ギャップ偏心形モータは、円状に
移動磁界を発生する界磁用固定子２０と、この固定子２
０の内側に、前記移動磁界から吸引力を受け、且つ、そ
の吸引力の作用位置が移動するリング状偏心可動子３４
と、この可動子３４の内周面に刻設された内歯３２に噛
み合うことのできる外歯３６と、出力軸３８とを備えた
内側歯車４０と、前記固定子２０、偏心可動子３４及び
内側歯車４０を所定の関係位置に位置決めして収納する
モータケース２２とを備え、前記偏心可動子３４から、
前記出力軸３８と平行に突設した複数の突子４６、４８
を、前記モータケース２２に設けた円筒状の変位規制孔
５０、５２に遊挿することにより、偏心可動子が固定子
２０と非接触状態で偏心揺動して、内側歯車４０を回転
駆動するように構成して成る可変ギャップ偏心形モータ
において、前記複数の突子４６、４８の夫々が、該突子
と変位規制孔の内面との間に介装された弾性部材により
、該規制孔の中央付近に弾発力によって、支持されてい
ることを特徴とする可変ギャップ偏心形モータにある。

【００１２】更に、上記の場合と出力の取り出し方法が
異なるものとして、円状に移動磁界を発生する界磁用固
定子７５と、該固定子の内側に、前記移動磁界からの吸
引力を受け、且つ、その吸引力の作用位置が移動するリ
ング状偏心可動子７４と、該偏心可動子の内周面に沿っ
て刻設した内歯７３に噛合可能な外歯を備えた内側歯車
７０と、前記固定子及び内側歯車を所定関係位置に固定
状態で支持するモーターケース７２と、該モーターケー
スに回転自在に支持され、前記偏心可動子との対面部７
７を有する出力軸７６とを備え、前記偏心可動子から、
その回動平面と直交する方向に突設した複数の突子７９
，７９を、前記出力軸の対面部に設けた円筒状の変位規
制孔７８，７８に遊挿することにより、前記偏心可動子
が前記固定子と非接触状態で偏心揺動して、前記出力軸
を回転駆動するように構成して成る可変ギャップ偏心形
モータにおいて、前記突子の夫々が、該突子と該突子を
収納する変位規制孔の内面との間に介装された弾性部材
によって、該変位規制孔の中央付近に弾発力によって変
位自在に支持されていることを特徴とする可変ギャップ
偏心形モータにある。

【００１３】上記の如き構成により、固定子２０の各界
磁コイル２６、…に順次電流が流れると、移動磁界が発
生し、吸引力が、偏心可動子３４に作用する。これによ
って、可動子は、固定子の内周面に沿って転動するが、
突子４６、４８の動きを変位規制孔が規制するので、偏
心揺動運動を行いつつ、その内歯３２は、内側歯車４０
の外歯３６との噛み合い点を順次移動しつつ、噛合する
ことによって、１回転すると、内、外歯の歯数差だけ、
出力軸を回転駆動する。この際、突子は、変位規制孔内
周面に沿って摺動するが、突子と変位規制孔内面との間
の弾性部材の存在により、変位規制孔内周面と突子とは
直接接触することがなくなるので、摩擦音や衝撃音が発
生しない。又、固定子が無励磁の場合は、各突子は規制
孔の中央付近に向けて付勢されるので、内外歯の噛み合
いに弛みが生じない。従って、外部からの衝撃力に対し
ても多数の歯が全体でこれを吸収するので、ショックを
軽減し、歯の損傷等が皆無となる。

【００１４】

【実施例】以下、添付図面に基づいて、本発明の実施例
を説明する。図１は、本発明を適用した可変ギャップ偏
心形モータの内部構造を示すもので、先行技術を示す図
２とは、変位規制孔５０，５２と突子としてのピン４６
，４８との係合構造が異なるのみで、他の構成は、同一
であるので、図２をも参照しながら説明する。尚、図１
において、先行技術と同一の機能を有する部分には同一
の番号を付してあり、また、図１は、図２における、Ａ
−Ａ断面に相当する方向からみた図である。図１中、２
０は円筒状の界磁用固定子、２４はその円周に沿って等
間隔に配設した６個の磁極鉄心、２６（２６ω１、……
、２６ω６）は、各磁極鉄心２４にそれぞれ嵌まる界磁
コイル、２８は、それらの磁極鉄心２４と界磁コイル２
６を支持する磁気枠である。尚、界磁用固定子２０の内
周面は、各磁極鉄心２４の磁極片３０により形成される
。

【００１５】この界磁用固定子２０の内部に、リング状
部材の内周面に沿って内歯３２を設けた偏心可動子３４
を各磁極片３０と非接触状態に収納し、磁気回路を形成
する。しかも、磁界が作用して可動子３４の一部が固定
子２０の磁化した磁極片３０に吸引された時に、その磁
気回路を形成する磁極片３０と可動子３４の一部との間
のエアギャップを通る磁束密度を大きくするため、その
ギャップ長を最小にする。なお可動子３４の外周面にグ
リースを塗り、仮に接触してもその摩擦力を小さなもの
にする。更に、可動子３４の内部に、その内歯３２と噛
み合う外歯３６と、出力軸３８とを有する内側歯車４０
を設置し、その軸３８をモータケース２２に設けた２個
の軸受４２、４４で支える。尚、内歯３２の歯先円の半
径は、外歯３６の歯先円より、やや小さくなるように、
構成されている。

【００１６】以上において説明した構成は、本発明者に
よる前記先行技術と何等変りはない。本発明の特徴的な
構成は、可動子３４の変位域を一定の範囲に限定する変
位規制孔と、可動子との結合構造にある。変位規制孔５
０、５２は、モータケース２２をなす一側の側面板２１
に、該側面板の中心を挟んで対称位置に穿設した一対の
円筒状凹部から成り、この変位規制孔５０、５２中に、
可動子３４から、出力軸３８と平行に突設した突子とし
てのピン４６、４８が、遊挿されている。ピン４６、４
８と、変位規制孔の内周面との間には、弾性部材として
の、発泡ゴムから成る、弾性リング５１、５３が、介装
されることにより、非励磁状態においては、ピン４６、
４８は変位規制孔５０、５２の中心方向に、リング５１
、５３の弾発力によって付勢され、位置決めされて成る
ものである。

【００１７】発泡ゴム素材は、空隙率の高い、従って見
かけ比重の小さい素材により構成すれば、磁極による吸
引力に比して、その弾発力は無視できる程度に小さく設
定でき、しかも伸縮率は大きくなるので、ピンの変位を
実質的に妨げることがない。

【００１８】図３は、本発明の他の実施例の要部を示す
もので、変位規制孔５０中において、これに遊挿されて
いるピン４６に一端が固着し、該ピンから変位規制孔５
０の内周面に向って、放射状をなすように複数のコイル
バネ６０、６０…を介設し、これらコイルバネの他端を
変位規制孔内周面側に止着したものである。他側の変位
規制孔についても全く同様である。

【００１９】図４は、本発明の更に他の実施例の要部を
示すもので、変位規制孔の直径方向の切断面から視たも
のである。この場合は、ピン４６に一端が止着し、他端
が変位規制孔５０の内面に止着されているつるまきバネ
６２によって、ピン４６を、規制孔５０の中央付近に弾
発的に支持したものである。

【００２０】このような構成から成る本願モータの動作
を以下に説明する。図５は、上述した各界磁コイル２６
の接続を示す図であり、図６は、その６相２励磁方式に
よる界磁モードを示す図である。図中５４（５４Ｐ１、
……５４Ｐ６）は各界磁コイル２６（２６ω１、……２
６ω６）の一側端子、５６はそれ等の他端子を全て結ぶ
ニュートラル線である。又、矢印方向は各界磁コイル２
６における電流の方向を示し、ψ（ψ１、……ψ６）は
、各界磁コイル２６に発生する磁束を示す。

【００２１】このような可変ギャップ偏心形モータを起
動する場合、界磁モードの順番に従ってパルス電圧を２
端子５４の間に印加し、矢印方向に直流のパルス電流を
流して、２個ずつ界磁コイル２６を励磁する。先ず、界
磁コイル２６ω１、２６ω２の２端子５４Ｐ１、５４Ｐ
２の間に電圧を印加して矢印方向に電流を流すと、各コ
イル２６ω１、２６ω２に発生する磁束ψ１とψ２は加
わって、各磁極鉄心２４θ１、２４θ２には磁束ψ１＋
ψ２が通る。その際、磁極鉄心２４θ１の磁極片３０は
Ｎ極となり、磁気枠２８の側がＳ極になる。又、磁極鉄
心２４θ２では対応箇所が反対の極になる。この磁束ψ
１＋ψ２は可動子３４の一部と交鎖し、その部分の単位
面積当りにＦ＝｛（ψ１＋ψ２）／Ａ｝２／２μοの式
で示される吸引力を作用する。但し、Ａは磁極鉄心の断
面積、μοは真空の透磁率である。可動子３４は、両磁
極鉄心２４θ１、２４θ２の方向に移動し、その最下部
が両磁極片３０の中間位置に最も接近する。この結果、
可動子３４の最上部にある内歯３２の一部が出力用回転
歯車４０の同様位置にある外歯３６の一部と良く噛み合
う。しかも、可動子３４の内歯３２と出力用回転歯車４
０の外歯３６と噛み合う箇所は最上部付近のみであり、
その他は外れている。

【００２２】次に、界磁コイル２６ω２、２６ω３の２
端子５４Ｐ２、５４Ｐ３に、同様にパルス電圧を印加し
て磁束ψ２、ψ３を発生させると、可動子３４が吸引さ
れて両磁極鉄心２４θ２、２４θ３の方向に移動し、そ
の左下部が両磁極片３０の中間位置に最も接近する。そ
こで、可動子３４の右上部にある内歯３２の一部が出力
用回転歯車４０の同様位置にある外歯３６の一部と良く
噛み合うがその付近以外では全て外れる。以下、順次界
磁コイル２６ω３と２６ω４、コイル２６ω４と２６ω
５、２６ω５と２６ω６、２６ω６と２６ω１の順にパ
ルス電圧を印加し、移動する磁界を発生する。その後も
、モータの停止まで円状に移動する磁界の発生を繰り返
す。ちなみに、１励磁方式にすると、切り換えの瞬間に
可動子３４に対する吸引力がなくなるため、２励磁方式
にして常に吸引力を作用させる。

【００２３】このようにして、界磁固定子２２で円状に
移動する磁界を発生すると、偏心可動子３４に対する吸
引力の作用位置も円状に移動するため、可動子３４は磁
界の移動に伴って転動しながら偏心揺動運動する。この
ように可動子３４が転動し、その各位置を固定子２２と
内側歯車４０との間のギャップ長を直径にして回転運動
させながら偏心揺動運動すると、その内歯３２は内部に
設置された内側歯車４０の外歯３６と常に一部で噛み合
い、その噛み合せ箇所を歯車４０の外周に沿って順次移
動できる。可動子３４から突出する各ピン４６、４８は
、弾性部材５１、５３、６０、６２の弾発力に抗して、
界磁用固定子２０の内径と可動子３４の外径との差にほ
ぼ等しい長さを直径とする円運動を行うが、ピンと内周
面との直接接触は生じない。

【００２４】かくして、内側歯車４０には偏心可動子３
４の各転動力が噛み合い箇所にある内歯３２から外歯３
６へ順次伝わり、一定方向の回転力が発生する。その際
、可動子３４の内歯３２の歯数と内側歯車４０の外歯３
６の歯数との間に両者のギャップ長に相当する歯数差を
設けると、内側歯車４０の回転速度は移動磁界の速度に
比べ、（可動子３４の歯数−内側歯車４０の歯数）／（
可動子３４の歯数）に当る減速比で回転する。例えば、
可動子３４の歯数を６０、内側歯車４０の歯数を５８と
すると、減速比は３０分の１になる。従って、内側歯車
４０の出力軸３８から低速大トルクの回転力を外部に取
り出すことができる。尚、磁界の移動速度は各界磁コイ
ル２６に対するパルス入力によって行なわれるため、内
側歯車４０の回転速度はそのパルス周波数を変えること
により適宜変更できる。しかも、起動停止も容易であり
、一般のモータでその回転数や位置検出に用いられるエ
ンコーダー、タコゼネレータ等の装置も当然不要になる
。

【００２５】図７は、本発明の更に他の実施例を示すも
ので、図１に示した実施例においては、偏心可動子３４
が、変位規制孔５０、５２によって回転を阻止されるこ
とにより、内側歯車が回転駆動されるものであったが、
この場合は、反対に、内側歯車７０がモータケース７２
側に回転不能に固設されており、該内側歯車７０の外歯
７１と噛合する内歯７３を有するリング状偏心可動子７
４は、界磁用固定子７５が発生する移動磁界が１回転す
ると、偏心揺動しつつ内側歯車７０の廻りを両歯車の歯
数差だけ回転するように構成されている。この回転力は
、内側歯車７０の中心軸線の延長方向に、中心軸を有す
る出力軸７６に伝達されて出力する。回転力の伝達機構
は、出力軸７６を、その基部においてフランジ状に径を
拡大して設けた可動子との対面部７７に変位規制孔７８
、７８を設け、これに、可動子の回動平面と直交する方
向に突設した突子としてのピン７９、７９を遊挿し、且
つ、該ピンを弾性部材８０よって該規制孔７８，７８の
中央に向けて付勢する状態で、支持したものである。 ８１は、モータケース７２と出力軸７６とに介挿された
軸受である。他の作用は、前記実施例と全く同じである
。

【００２６】

【効果】本発明によれば、可動子に突設した突子と変位
規制孔の内周面との間には、弾性部材が介装されている
ので、突子とこれを収納する変位規制孔との間の騒音が
殆ど発生せず、運転音が著しく静かになる。又、無励磁
状態になると、可動子３４が、弾性部材によって、変位
規制孔の中央付近に保持されるので、内歯３２，７３と
外歯３６，７１の係合状態に弛みが生じることがなく、
出力軸を介して加えられる外部からの衝撃力に対しても
、衝撃力を、歯車の多数の歯で受けるので、歯一つ一つ
に加わる力は、相対的に小さくなり、その損傷が防止さ
れる。又、磁極の吸引力に比して、弾性部材の弾発力は
、無視できる程度に設定して、十分に目的を達成できる
ので、可動子を高速揺動運動させても、追随性に優れ、
高い出力を取り出すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の一実施例を示す断面図である
。

【図２】図２は、本発明の先行技術を示す説明図である
。

【図３】図３は、本発明の他の実施例の要部を示す説明
図である。

【図４】図４は、本発明の更に他の実施例の要部を示す
説明図である。

【図５】図５は、本発明にかかるモータの各界磁コイル
の接続図である。

【図６】図６は、本発明にかかるモータの６相２励磁方
式による界磁モード図である。

【図７】図７は、本発明の、更に他の実施例を示す断面
説明図である。

【図８】図８は、従来技術の一例を示す説明図である。

【符号の説明】

２０，７５　　　　　　　　固定子 ２２，７２　　　　　　　　モータケース２４　　　　
　　　　　　　　　　磁極鉄心２６　　　　　　　　　
　　　　　界磁コイル３０　　　　　　　　　　　　　
　磁極片３２，７３　　　　　　　　内歯 ３４，７４　　　　　　　　可動子 ３６，７１　　　　　　　　外歯 ３８　　　　　　　　　　　　　　出力軸４０　　　　
　　　　　　　　　　内側歯車４２、４４、　　　　　
　軸受 ４６、４８、７９　　ピン ５０、５２、７８　　変位規制孔 ５１，５３、８０　　弾性部材

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　円状に移動磁界を発生する界磁用固定
   子と、該固定子の内側に、前記移動磁界からの吸引力を
   受け、且つ、その吸引力の作用位置が移動するリング状
   偏心可動子と、該偏心可動子の内周面に沿って刻設した
   内歯に噛合可能な外歯と及び出力軸とを備えた内側歯車
   と、前記固定子、偏心可動子及び内側歯車を所定関係位
   置に位置決めして収納するモーターケースとを備え、前
   記偏心可動子から、前記出力軸と平行に突設した複数の
   突子を、前記モーターケースに設けた円筒状の変位規制
   孔に遊挿することにより、前記偏心可動子が前記固定子
   と非接触状態で偏心揺動して、前記内側歯車を回転駆動
   するように構成して成る可変ギャップ偏心形モータにお
   いて、前記突子の夫々が、該突子と該突子を収納する変
   位規制孔の内面との間に介装された弾性部材によって、
   該変位規制孔の中央付近に弾発力によって変位自在に支
   持されていることを特徴とする可変ギャップ偏心形モー
   タ。
2. 【請求項２】　　円状に移動磁界を発生する界磁用固定
   子と、該固定子の内側に、前記移動磁界からの吸引力を
   受け、且つ、その吸引力の作用位置が移動するリング状
   偏心可動子と、該偏心可動子の内周面に沿って刻設した
   内歯に噛合可能な外歯を備えた内側歯車と、前記固定子
   及び内側歯車を所定関係位置に固定状態で支持するモー
   ターケースと、該モーターケースに回転自在に支持され
   、前記偏心可動子との対面部を有する出力軸とを備え、
   前記偏心可動子から、その回動平面と直交する方向に突
   設した複数の突子を、前記出力軸の対面部に設けた円筒
   状の変位規制孔に遊挿することにより、前記偏心可動子
   が前記固定子と非接触状態で偏心揺動して、前記出力軸
   を回転駆動するように構成して成る可変ギャップ偏心形
   モータにおいて、前記突子の夫々が、該突子と該突子を
   収納する変位規制孔の内面との間に介装された弾性部材
   によって、該変位規制孔の中央付近に弾発力によって変
   位自在に支持されていることを特徴とする可変ギャップ
   偏心形モータ。
3. 【請求項３】　　弾性部材がゴム状発泡体から成るリン
   グで構成されている請求項１又は２の可変ギャップ偏心
   形モータ。
4. 【請求項４】　　弾性部材が、渦巻バネであり、該渦巻
   バネの中心に突子が係止されている請求項１又は２の可
   変ギャップ偏心形モータ。
5. 【請求項５】　　弾性部材が、突子から放射状に変位規
   制孔内周面に延設された複数のコイルバネである請求項
   １又は２の可変ギャップ偏心形モータ。