JPH05244748A - 電磁クラッチ内蔵モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電磁クラッチにより回転部と回転軸とを結合
・分離自在にした電磁クラッチ内蔵モータを提供するこ
と。 【構成】 モータの回転子を、回転部と回転軸とに分離
し、回転子の一端に第１クラッチ片を固定し、このクラ
ッチ片に対向する第２クラッチ片を回転軸に固定し、両
クラッチ片相互を吸引結合する電磁コイルを設けた。 【効果】 モータの消費電力の低下・温度上昇の低下が
図られ、防塵性に富み信頼性の向上が期待でき、各種用
途に利用することが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スプリングリターンバ
ルブ、スプリングリターンダンパ、スプリングリターン
シャッタのように、電源のＯＮにより往動作し、電源の
ＯＦＦにより復動作する用途に利用出来るモータに関
し、また、各種緊急遮断用途、モータの出力トルクＯＮ
／ＯＦＦを必要とする用途、モータのディテントトルク
（無励磁保持トルク）のＯＮ／ＯＦＦを必要とする用途
に利用出来るモータに関する。

【０００２】

【従来の技術】バルブやダンパの開閉方式にスプリング
ターン方式がある。これをモータを用いて行う場合に
は、一般にモータに減速機を取り付け、減速出力軸にセ
グメントギアやレバーを取り付け、レバーの先にバルブ
やダンパの操作軸を取り付ける。レバーには復帰用スプ
リングを取り付ける。開操作時には、モータに通電し、
スプリングに抗してバルブやダンパを開け、通電を切る
とスプリングの復帰力により自動閉復帰する仕掛けにな
っている。

【０００３】一般にこの方式に用いるモータは、ヒステ
リシスモータである。ヒステリシスモータは、無通電時
の回転子保持トルクがほとんど無いので、減速機付であ
ってもスプリング力でレバー、減速機、モータを逆転さ
せて、閉復帰させることが可能である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の方式で
は、開状態を保つためにはレバーを開ストッパに当てた
状態を保つようにモータを通電し続けなければならな
い。このように、通電し続けることは、モータ温度上昇
と減速機寿命に問題を生じていた。

【０００５】スプリングリターンアクチュエータとして
は直動型、回転型のソレノイドが有るが、スピードは速
いものの、推力やトクルが小さい。モータ方式は、減速
機を用いることにより大トルクを発生させることが出来
る。

【０００６】レバーをストッパに当てる方式では、モー
タのロック時に大電流が流れるモータは使用出来ない。
また、無通電時の回転子保持トルクが大きいモータも使
用出来なかった。

【０００７】この発明は、これら問題を解決するために
為されたものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明では、モータの
回転子（ロータ）を、回転部と回転軸（シャフト）とに
分離して構成する。かつ、この回転部と回転軸とを、結
合・分離自在にする電磁クラッチを設けるものとした。

【０００９】モータとしては、各種のモータを用いるこ
とが出来るが、ＰＭ（永久磁石）型パルスモータ（ステ
ッピングモータ）・シンクロナスモータ（タイミングモ
ータ），ＨＢ（ハイブリッド）型パルスモータ・シンク
ロナスモータが適している。ただし、超音波モータのよ
うなコイルを持たないモータにもこの発明は適用出来
る。

【００１０】モータの固定子（ステータ）には、回転子
を駆動するコイルがある。また、電磁クラッチ用コイル
がある。電磁クラッチとしては、通電ＯＮ型、通電ＯＦ
Ｆ型どちらでも用いることが出来る。

【００１１】この発明の特徴は、モータの回転子を回転
部と回転軸とに分離し、電磁クラッチによりこの回転部
と回転軸とを結合・分離自在にしたことにある。

【００１２】

【作用】本発明のモータについての各種機能について説
明する。

【００１３】（Ａ）モータ無通電、電磁クラッチＯＦＦ モータシャフトはフリーとなり、シャフトは正逆転に軽
く回せる。

【００１４】（Ｂ）モータ通電、正回転、電磁クラッチ
ＯＦＦ ロータの回転部はシャフトの周りを空転し、出力トルク
はシャフトに現れない。

【００１５】モータシャフトはフリーに近い。

【００１６】（Ｃ）モータ通電、逆回転、電磁クラッチ
ＯＦＦ ロータの回転部は、シャフトの周りを空転し、出力トル
クは、シャフトに現れない。

【００１７】モータシャフトはフリーに近い。

【００１８】（Ｄ）モータ無通電、電磁クラッチＯＮ ロータの回転部は、電磁クラッチによりシャフトと結合
する。

【００１９】モータシャフトにはディテントトルク（無
励磁保持トルク）が現れ、正逆転が重くなる。ブレーキ
として用いることが出来る。

【００２０】（Ｅ）モータ通電、正回転、電磁クラッチ
ＯＮ ロータの回転部は、シャフトと結合して回転する。

【００２１】モータ正常正転トルクがシャフトに現れ
る。

【００２２】（Ｆ）モータ通電、逆回転、電磁クラッチ
ＯＮ ロータの回転部は、シャフトと結合して回転する。

【００２３】モータ正常逆転トルクがシャフトに現れ
る。

【００２４】本発明モータには、以上のような（Ａ）〜
（Ｆ）の６通りの機能があるから、これらを適宜選択し
て用いることが出来る。ある時には正転トルクを発生さ
せ、ある時には逆転トルクを発生させ、ある時にはブレ
ーキとし、ある時にはシャフトをフリーにして用いるこ
とが出来る。

【００２５】

【実施例】図１に第１実施例としての本発明基本構成図
を示す。

【００２６】回転軸（シャフト）１は、電磁クラッチ５
への通電ＯＮ／ＯＦＦにより、ある時にはフリーとな
り、ある時には回転子８と連結して出力トルクを発生す
る。前軸受２と後軸受７は回転軸１を支承している。

【００２７】前軸受２は前フランジ３に固定してあり、
また、後軸受７は後フランジ６に固定してある。

【００２８】固定子（ステータ）４はモータの種類によ
り構造が異なる。電磁式モータの場合には駆動コイルを
設け、超音波モータの場合には圧電セラミックとなる。
電磁式モータの場合には、固定子は回転磁界又は移動磁
界を発生して回転隙間１３を介して回転子８を回転駆動
する。この回転子８も固定子同様モータの種類によって
構造が異なる。

【００２９】回転子間座９には、固定子の回転磁界又は
移動磁界に作用して回転する回転子（コア）８を固定し
てあり、内径部はシャフト１に隙間１４でスルーで嵌合
しており、シャフト１に対してスラスト移動可能であ
る。また、回転子間座９には第１クラッチ片１０が固定
してある。

【００３０】この第１クラッチ片１０と結合・分離する
第２クラッチ片１１は、シャフト１に固定してある。第
１クラッチ片１０と第２クラッチ片１１の間には、復帰
用コイルスプリング１２が配置してある。

【００３１】また、第１クラッチ片１０と第２クラッチ
片１１の結合・分離を操作するコイルは、電磁クラッチ
固定子５に設けられる。

【００３２】１３は固定子４と回転子８間の回転隙間で
あり、１５は第１、第２クラッチセグメントの離間した
時のクラッチ隙間である。

【００３３】この様に本発明を構成すれば、前記作用の
項で説明した通り、モータコイルの通電ＯＮ／ＯＦＦと
電磁クラッチのＯＮ／ＯＦＦの組合せにより、シャフト
１より出力トルクを取り出したり、フリーにしたり、デ
ィテントトルクを取りだしたりする選択が可能となる。

【００３４】図２にＰＭ型パルスモータ及びシンクロナ
スモータを対象にした本発明の第２実施例を示す。

【００３５】図２のＡ部は、モータ外径φ３５（ｍｍ）
のコンデンサ型シンクロナスモータ「日本パルスモータ
（株）製ＰＴＭ−２４Ｍ」相当品で、Ｂ部は、電磁クラ
ッチとなっている。

【００３６】モータの固定子４には１組の固定子コイル
１６，１７が有り、図３の様に結線して用いる。１８は
進相用コンデンサ、１９はモータ正転、逆転、停止（中
立）切替用のスイッチである。

【００３７】回転子８は外径φ１６（ｍｍ）、ＮＳ２４
極のフェライトロータである。

【００３８】このモータのＡＣ１００Ｖ用を例にする
と、５０／６０（ＨＺ）で出力トルクは１２０／１２５
（ｇ−ｃｍ）である。コンデンサは０．２３（μＦ）あ
る。

【００３９】このモータの無励磁ディテントトルク（保
持トルク）は、２５（ｇ−ｃｍ）である。この無励磁デ
ィテントトルクは、電磁クラッチ５をＯＮした時のみシ
ャフト１に現れる。

【００４０】モータコイル通電ＯＦＦ、電磁クラッチコ
イル通電ＯＦＦ時のシャフトフリートルクは、シャフト
１の摩擦トルクのみとなり、約３（ｇ−ｃｍ）である。

【００４１】シャフトフリートルクは、モータ出力トル
ク、ディテントトルクに比して、無視し得る小さな値と
なっている。

【００４２】シンクロナスモータの固定子ならびに歯極
構造は、従来公知のものである。

【００４３】電磁クラッチ５の固定子内径部は、図２の
ように断面Ｌ字状の１対のリングになっており、磁気回
路上、電磁クラッチ５の固定子右磁極は第２クラッチ片
１１とラップしてエッジが一致しているが、第１クラッ
チ片１０は、電磁クラッチ５の左磁極に対して左に寸法
Ｃだけずらして配置してある。

【００４４】このような構成にすれば、電磁クラッチ５
のコイル２０に通電した時に、第２クラッチ片１１、つ
まり一体となっているシャフトはスラスト移動せず、第
２クラッチセグメント１０、つまり回転子８のみがスラ
スト移動し、回転子とシャフトが連結する。このよう
に、モータ内の移動で、モータ外観上シャフト１の移動
が無いから、大変使用し易いモータとなる。

【００４５】電磁クラッチコイルの通電は交流、直流ど
ちらでも良い。

【００４６】このように本発明を構成した上で、モータ
コイルの通電ＯＮ／ＯＦＦ、正逆転ＯＮ／ＯＦＦ、電磁
クラッチＯＮ／ＯＦＦの組合せを選択すれば、前記した
作用の項で説明した通り、（Ａ）〜（Ｆ）の６通りの機
能を選択使用する事が可能となる。

【００４７】図４に一方向回転隈取型シンクロナスモー
タを対象にした本発明の第３実施例を示す。

【００４８】Ａ部はモータで、日本パルスモータ（株）
製ＰＴＭ−１２Ｅ相当品である。Ｂ部は電磁クラッチと
なっている。

【００４９】固定子４には２枚の隈取銅板が組込まれて
いるが、図では省略している。２０は電磁クラッチ用コ
イルである。

【００５０】第１クラッチ片１０、第２クラッチ片１
１、復帰用コイルスプリング１２の作用は、第１、第２
実施例において説明したのと同様である。

【００５１】一方向回転モータをこのように構成して本
発明を用いれば、モータ回転のＯＮ／ＯＦＦと電磁クラ
ッチのＯＮ／ＯＦＦとの組合せにより、出力シャフト１
から、ある時にはモータ出力トルクを取出したり、ある
時にはディテントトルクを利用したブレーキにしたり、
ある時にはシャフトをフリーとする選択使用が可能とな
る。

【００５２】図５にＨＢ型パルスモータ及びシンクロナ
スモータを対象にした本発明の第４実施例を示す。

【００５３】この種モータは、基本構造上スローシンタ
イプと称しているもので、相数は２〜５相各種有るが、
何相のＨＢモータであっても本発明を適用できる。

【００５４】２相のものは、図３に示した結線図により
単相交流電源用双方向回転シンクロナスモータとして利
用されている。

【００５５】固定子４は固定子コイル２１を備えてい
る。回転子はコア２２，２３とリング状マグネット２４
を備えている。

【００５６】前記した通り、モータコイルの通電ＯＮ／
ＯＦＦとモータ正逆転ＯＮ／ＯＦＦと、電磁クラッチコ
イル２０のＯＮ／ＯＦＦの組合せにより、第１、第２ク
ラッチ片１０，１１を結合・分離させて、モータ出力軸
１から前記した作用の項で説明した通り、（Ａ）〜
（Ｆ）の６通りの機能を選択使用する事が可能となる。

【００５７】図６に本発明モータを利用した第５実施例
を示す。

【００５８】この例はボールバルブ、バタフライバルブ
等の９０度動作角バルブを用い、電源ＯＦＦ時スプリン
グリターン構造としたものである。

【００５９】電磁クラッチ内蔵モータ２５は、第２実施
例で説明したものである。

【００６０】モータ２５の出力軸には、減速比１／５０
の減速機２６を取付けており、更に、速度機出力軸にピ
ニオンギヤ２７を取付け、セグメントギヤ２８を用いて
１／１０に減速している。このセグメントギヤ２８に
は、リターン用スプリング３２を設けている。

【００６１】ＡＣ１００Ｖ，５０（Ｈｚ）を例にして説
明すると、モータ単体の出力トルクは１２０（ｇ−ｃ
ｍ）で、減速機２６の出力トルクは３．１（ｋｇ−ｃ
ｍ）である。セグメントギヤ出力軸となるバルブ操作軸
３０での出力トルクは２８（ｋｇ−ｃｍ）である。

【００６２】これに対し、モータ単体のディテントトル
ク（無励磁保持トルク）は、２５（ｇ−ｃｍ）有り、電
磁クラッチの無い通常のモータの場合には、モータ通電
ＯＦＦ時に、セグメントギヤを回わそうとすると、減速
機およびモータ単体のディテントトルクが負荷となり、
２８（ｋｇ−ｃｍ）以上のトルクがなければ回すことが
出来ないことになる。

【００６３】本発明モータでは、電磁クラッチ３１によ
りモータシャフトをフリーに出来、フリー時のモータ単
体シャフト摩擦トルクは３（ｇ−ｃｍ）程度まで低下出
来るから、無通電時にセグメントギヤを回すトルクは
３．４（ｋｇ−ｃｍ）以上あればよい。

【００６４】このリターントルクは、リターンスプリン
グコイル（又はゼンマイ）３２等のバネ張力にセグメン
トギヤの半径Ｒを乗じた、所要閉弁トルクに余裕を持た
せて設定している。

【００６５】次に本実施例の動作を説明する。

【００６６】電源ＡＣ１００Ｖを用い、バルブ開閉操作
スイッチ３３をＯＮすると、電磁クラッチ３１のコイル
３４に通電し、モータの回転子はクラッチによりモータ
出力軸と結合する。

【００６７】同時に電源は全開信号用リミットスイッチ
３５の閉接点を通って、モータコイル３６に図３の結線
図に示すように通電し（図６では省略）、モータを駆
動、ピニオンギヤ２７はリターン用スプリング３２に抗
してセグメントギヤ２８を開方向に作動し、バルブを開
いていく。バルブが９０°動作して全開すると、全開信
号用リミットスイッチ３５がＯＦＦする。

【００６８】この時にリターン用スプリングが伸びて閉
初期値１０（ｋｇ−ｃｍ）から増大してリターントルク
が１５（ｋｇ−ｃｍ）になっていると、モータ出力トル
クによるバルブ操作軸トルクは２８（ｋｇ−ｃｍ）であ
るから、その差１３（ｋｇ−ｃｍ）のトルクでバルブを
全開している。

【００６９】リミットスイッチ３５がＯＦＦすると、モ
ータ２５のコイル３６への通電がＯＦＦとなる。但し、
操作スイッチ３３がＯＮしているから電磁クラッチ３１
のコイル３４への通電は継続され、モータのディテント
トルク（無励磁保持トルク）２５（ｇ−ｃｍ）は、減速
機効率の逆算によりバルブ操作軸で２８（ｋｇ−ｃｍ）
有るので、リターン用スプリングで引戻すことは出来
ず、モータの通電を断ってもバルブ全開を保持できる。

【００７０】当然のこと乍ら、バルブ閉から開までの時
間は短時間（５０Ｈｚで３０秒、６０Ｈｚで２５秒）
で、長い保持時間はモータの通電が不要で、モータの発
熱も生じない上、電磁クラッチは消費電力も小さいメリ
ットが有る。

【００７１】操作スイッチ３３をＯＦＦにすると、電磁
クラッチ３１のコイル３４への通電が断たれ、クラッチ
が離脱すると、モータシャフトはフリーとなり、バルブ
操作軸におけるモータからの保持トルクは前記した通り
３．４（ｋｇ−ｃｍ）に低下するので、リターン用スプ
リング３２のリターントルク１５（ｋｇ−ｃｍ）が勝
り、一気にバルブを全閉状態に復帰させる（図６ではピ
ニオンギヤ２７をＧＨ出力軸から９０°ずらした図とし
ている。）。

【００７２】以上に説明した電磁クラッチの構造は、各
実施例において説明した構造に限定されるものでは無
い。

【００７３】

【発明の効果】本発明によればモータのディテントトル
ク（無励磁保持トルク）を積極的に利用する事が可能と
なる。ディテントトルクを保持ブレーキ力として利用出
来る。ヒステリシスモータのように、保持状態の間、モ
ータ通電し続ける必要が無くなり、消費電力の低下を図
れる。

【００７４】モータの温度上昇の低下を図れる。

【００７５】保持状態で可動部が無いから、モータ、減
速機の損耗が極めて少なく、信頼性が向上する。

【００７６】電磁クラッチがモータケース内に収納され
るから、塵埃を防止出来信頼性が高い。

【００７７】従来のスプリングリターン機構のモータを
本発明モータに置換え可能であるから、機構部に大改造
を要しない。

【００７８】本発明の根幹は、モータの回転子を回転部
とシャフトに分離し、クラッチによりこれらを結合・分
離操作する事に有るから、各種動作原理のモータに利用
する事が出来る。この技術思想を活かして、超小型か
ら、中型超大型までの各種バリエーションのスプリング
リターン機構に本発明を利用出来る。

【００７９】スプリングリターン機構に限らず、モータ
出力トルクのＯＮ／ＯＦＦを必要とする用途、回転子は
回っていても、クラッチＯＮ／ＯＦＦでモータ軸からの
出力トルクの発生をＯＮ／ＯＦＦしたい用途、ディテン
トトルクのＯＮ／ＯＦＦを必要とする用途等各種用途に
本発明を利用する事が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明第１実施例の一部断面側面図。

【図２】本発明第２実施例の一部断面側面図。

【図３】単相交流電源用双方向回転シンクロナスモータ
の結線図。

【図４】本発明第３実施例の一部断面側面図。

【図５】本発明第４実施例の一部断面側面図。

【図６】本発明モータを用いた第５実施例の要部概略
図。

【符号の説明】

１：回転軸 ２：前軸受 ３：前フランジ ４：固定子 ５：電磁クラッチ ６：後フランジ ７：後軸受 ８：回転子 ９：回転子間座 １０：第１クラッチ片 １１：第２クラッチ片 １３：回転隙間 １４：スライド隙間 １５：クラッチ隙間 １６：固定子コイル １７：固定子コイル １８：コンデンサ １９：切替スイッチ ２０：電磁クラッチ用コイル ２１：固定子コイル ２２：回転子コア ２３：回転子コア ２４：マグネット ３０：バルブ操作軸 ３２：リターン用スプリング ３３：操作スイッチ ３５：全開信号用リミットスイッチ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定子と回転子とからなるモータにおい
   て、回転子は回転軸に隙間を持ってスラスト移動可能に
   支承し、回転子の一端には第１クラッチ片を固定し、こ
   のクラッチ片と対向する第２クラッチ片を回転軸に固定
   し、両クラッチ片相互を吸引結合する電磁コイルを設け
   たことを特徴とする電磁クラッチ内蔵モータ。