JPH0538125A - 高トルク電動機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 偏心回転子の回転に伴なう偏心回転子と固定
子間の空隙長の変化に基づき磁界エネルギーの大量の変
化による大きなトルクを外部に取り出すようにした高ト
ルク電動機を提供することを目的とする。 【構成】 中心軸２に対し夫々異なる偏心量を有しかつ
中心軸２回りに回転自在な複数の偏心回転子８，９を一
体的に設け、偏心回転子８，９の外側方に従動体１３を
設け、従動体１３と偏心回転子８，９とを融通継手１４
を介して連結し、偏心回転子８，９と固定子５間の空隙
長の変化に基づき低速回転する偏心回転子８，９の高ト
ルク成分を融通継手１４及び従動体１３を介して外部に
取り出すように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、小型軽量でありながら
低速で高トルクを取り出せるようにした高トルク電動機
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、工作機械等のディジタル制御機構
における駆動要素として、信号パルスの数に比例した角
度だけステップ状に回転させるようにした電動機は、固
定子と回転子を有するステッピングモータとして既に公
知でありかつ実用に供されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、固定子に内
接する回転子に電磁吸引力を作用させて、回転子にサイ
クロイド運動を行なわせるという構造上の工夫によっ
て、可変空隙形の電磁力を利用しながら大きな回転トル
クを発生させるようにした可変空隙形アクチュエータ
（ステロモータ）と称するものも知られているが、この
種のモータは回転子の形状が単なる真円筒状のもので、
固定子と回転子間の空隙長が回転子の軸方向全巾にわた
って均等であるため、得られるトルクも大きなトルクが
期待できないうえ、振動、騒音、接触部の耐久性等の諸
種の点で問題を抱えており、未だ広く普及されるに至っ
ていないものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明に係る高トルク電
動機は上記のような実状に基づきなされたものであっ
て、中心軸の外周に２極多相巻線を備えた固定子を同心
状に配置し、該固定子と中心軸の間に、中心軸の軸芯に
対して夫々適宜の偏心量を有しかつ中心軸回りに回転自
在な複数の偏心回転子を一体的に設けると共に、偏心回
転子の外側方に従動体を設け、該従動体と偏心回転子と
を融通機構を有する融通継手を介して連結し、偏心回転
子の回転に伴なう偏心回転子と固定子間の空隙長の変化
に基づき低速回転する偏心回転子の高トルク成分を前記
融通継手及び従動体を介して外部に取り出すように構成
したことを要旨とするものである。

【０００５】

【作用】中心軸の外周に設けた固定子は信号電圧により
時計回り又は反時計回りに順次励磁されるため、固定子
と中心軸の間に設けた偏心回転子は電圧が加えられた固
定子をめがけて所定角度づつステップ状に回転する。こ
の偏心回転子の回転に伴なう偏心回転子と固定子間の空
隙長の変化に基づき、磁界エネルギーの大量の変化量に
よる大きなトルクが発生し、このトルクは融通継手及び
従動体を介して外部に取り出される。

【０００６】

【実施例】本発明の構成を図面に示された一実施例に基
づき説明する。１は電動機Ａのケースで、該ケース１に
は中心軸２が軸受３，３を介して回転自在に貫挿横架さ
れており、中心軸２の外周には２極多相巻線４を備えた
固定子５が配置されている。固定子５は通常の電動機準
じ電磁石に図３に示すような巻線（コイル）４を施して
なるもので、図示例では巻線４を中心軸２の回りに同心
状に１２個等配した構造のものが例示されている。６は
中心軸２に対し軸受７，７を介し相対回転自在に外嵌さ
れた複数の偏心円筒部６ａ，６ｂを有する偏心リング
で、該偏心リング６と固定子５の間には中心軸２の軸芯
に対して夫々適宜の偏心量を有しかつ中心軸２回りに回
転自在な磁性材からなる複数の筒状偏心回転子８，９が
配設されている。図示例のものは前記偏心リング６の偏
心円筒部６ａ，６ｂに対応してその外周に２個の偏心回
転子８，９を夫々ニードルベアリング１０，１１を介し
て相対回転自在に嵌挿し、両偏心回転子８，９をブレな
いように自在物１２で一体的に接続したものである。な
お、複数の偏心回転子８，９は予め一体に構成してもよ
く、また偏心回転子を軸方向に２個以上連結してもよ
い。ところで、偏心回転子８，９は偏心回転子８，９の
偏心量に応じ固定子５に対し最小空隙長ｍと最大空隙長
ｎを以って自由に回転し得るようになっており、この空
隙部ｍ’，ｎ’に集中磁界を作るべくコイル４が配置さ
れている。また、偏心回転子８，９の左右両外側方には
従動体１３が設けられており、該従動体１３と偏心回転
子８，９とは融通機構１４ａを有する融通継手１４を介
して連結されており、偏心回転子８，９の回転に伴なう
偏心回転子８，９と固定子５間の空隙長の変化に基づき
低速回転する偏心回転子８，９の高トルク成分を前記融
通継手１４及び従動体１３を介して外部に取り出すよう
に構成されている。図示例では中心軸２にボス１５を介
して円板状の従動体１３を一体に固定すると共に、従動
体１３に平滑な内周面を有する丸穴１６を中心軸２に対
して同心状に６個等間隔で設ける一方、偏心回転子８，
９の外側面には前記丸穴１６に対応して６個のピン１７
を偏心回転子８，９の回転中心に対して同心状に外側方
に向け一体的に突設し、該ピン１７の突出端側を従動体
１３の丸穴１６に対し円周方向に摺動自在に遊嵌させた
もので、丸穴１６の内径は固定子５に対する偏心回転子
８，９の最大偏心量ｎを考慮してピン１７の外径ｗより
も大きく設定してあり、偏心回転子８，９の回転により
ピン１７は外周面の一部を常に丸穴１６の内周面に接触
し従動体１３を押しながら回動するようになっている。
この例では丸穴１６が融通機構１４ａに、また丸穴１６
とピン１７が融通継手１４に該当するものであり、偏心
回転子８，９の回転トルクをピン１７、従動体１３を介
して中心軸２に伝達し、該中心軸２を経由して外部に取
り出すように構成してある。図中、符号１８はケース１
の前蓋、１９は後蓋、２０は蓋止めネジ、２１はトラン
ジスタである。

【０００７】図６及び図７に示すものは、ピン１７にロ
ーラ２２を回転自在にかつ着脱自在に嵌合させたもので
ある。

【０００８】上記の構成において、いま出力回路ａとｂ
を動作させると、それらのコイル４に電流が流れるため
出力回路ａ，ｂの固定子４が励磁される。次に出力回路
ａをＯＦＦにして出力回路ｃをＯＮにする（出力回路
ｂ，ｃがＯＮとなり、それらの固定子４が励磁され
る）。このようにして出力回路ａ〜ｆを順次動作させて
巻線電流を制御することにより集中磁界Ｐの位置が逐次
移転し、これにより磁性材からなる偏心回転子８，９は
電磁吸引力で時計回りにステップ状に回転するものであ
るが、偏心回転子８，９は最小空隙長ｍを保ちながら固
定子４の内面を転移することになる。この間の量的変化
を図４により説明すれば、固定子４の中心Ｏに対する磁
界方向の変位Ｆ₁ →Ｆ₂ の角変位αに対し偏心回転子
８，９は中心Ｏ₁→Ｏ₂ に移し、その角変位は空隙にお
ける弧長ｇｇ’とｈｈ’が略相等しい条件を保ちβを取
る。これにより、Ｒ×αはｒ×βに略等しくなり（β＝
ｒ×α分のＲ）、また、α−β＝−α×ｒ分の（Ｒ−
ｒ）となり、絶対空間に対する偏心回転子８，９は磁界
の回転角がαで変位するも、低速（α−β）の変位、即
ちα（ｒ分の（Ｒ−ｒ））半径の差の割合の変化にて回
転する。そして、この場合の微小変位の発生機構は空隙
長変化に伴なうこの部に含まれる磁気エネルギーの変化
量に基づいて発生するものであり、従来の磁界と電流に
起算される発生力に比較して、磁気エネルギーの変化量
の大きい分だけ大きい電磁吸引力を直接回転力として利
用できるものである。そして、この回転力は偏心回転子
８，９の外側面に突設した複数個のピン１７と円板状の
従動体１３に設けた丸穴１６を介して中心軸２に伝達さ
れ、該中心軸２を経由して外部に取り出される。ところ
で、偏心回転子８，９の回転中心と従動体１３の回転中
心は異なるが（オフセット量＝最大空隙長ｍ−最小空隙
長ｎ）、偏心回転子８，９の回転により各ピン１７は夫
々対応する丸穴１６の内周面全周にわたって摺動しなが
ら回転トルクの伝達作用が行なわれるため偏心回転子
８，９から従動体１３に対する回転トルクの伝達は極め
て良好に行なわればかりでなく、ステップ時における従
動体１３の位置決めが確実に行なわれ、しかも振動や騒
音の発生は著しく軽減される。また、偏心回転子８，９
がサイクロイド運動を行なうことにより、極めて大きな
減速比を得ることができ減速比５０分の１〜１００分の
１を容易に実現することが可能となり、この結果、例え
ばロボットアームのダイレクトドライブに必要な超低速
をギヤによる減速なしに容易に得ることができる。ま
た、ピン１７にローラ２２を回転自在にかつ着脱自在に
嵌合させたもの（図６、図７参照）においては接触部の
摺擦抵抗を極力小さくできるので摩耗が極端に少なくな
り耐久性が大巾に向上するばかりでなく、摩耗時にはロ
ーラ２２を交換することにより対処できる。さらに、偏
心回転子８，９と従動体１３の関係位置はピン１７と丸
穴１６により常時適正位置に規制されるため回転時偏心
回転子８，９と従動体１３がガタついたりして回転作用
がギクシャクすることはない。また、本発明はギヤを全
く使用していないのでギヤ潤滑用のオイルは不要となり
その分シール構造等を簡略化できる。なお、偏心回転子
８，９の回転速度は周波数を変えることにより自由に制
御することができ、また出力回路ａ〜ｆの動作順序を逆
にすることにより偏心回転子８，９を逆回転させること
ができる。

【０００９】

【発明の効果】本発明は上記のように構成したので、構
造簡単でしかも極力小型化できるものでありながら固定
子と偏心回転子間の空隙長の変化に伴なう磁気エネルギ
ーの変化量に基づいて発生する大きな磁気吸引力を直接
回転力として有効に取り出すことができると共に、振動
や騒音の発生を著しく軽減できる等、低速で高トルクの
電動機として極めて有用な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す断面図である。

【図２】融通継手と従動体の関係を示す正面図である。

【図３】２極多相巻線の結線状態とその極性を示す説明
図である。

【図４】偏心回転子の回転及びトルク発生の原理を示す
概略図である。

【図５】電動機ケースの内部構造を示す断面図である。

【図６】ピンにローラを嵌合させた例の断面図である。

【図７】ピンにローラを嵌合させた例の正面図である。

【符号の説明】

２ 中心軸 ４ ２極多相巻線 ５ 固定子 ６ 偏心リング ８ 偏心回転子 ９ 偏心回転子 １３ 従動体 １４ 融通継手 １４ａ 融通機構 １６ 丸穴 １７ ピン ｍ 固定子と偏心回転子間の最小空隙長 ｎ 固定子と偏心回転子間の最大空隙長

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 中心軸の外周に２極多相巻線を備えた固
   定子を同心状に配置し、該固定子と中心軸の間に、中心
   軸の軸芯に対して夫々異なる適宜の偏心量を有しかつ中
   心軸回りに回転自在な複数の偏心回転子を一体的に設け
   ると共に、偏心回転子の外側方に従動体を設け、該従動
   体と偏心回転子とを融通機構を有する融通継手を介して
   連結し、偏心回転子の回転に伴なう偏心回転子と固定子
   間の空隙長の変化に基づき低速回転する偏心回転子の高
   トルク成分を前記融通継手及び従動体を介して外部に取
   り出すように構成したことを特徴とする高トルク電動
   機。