JPH0614779B2 - パルスモ−タ - Google Patents
パルスモ−タInfo
- Publication number
- JPH0614779B2 JPH0614779B2 JP27558784A JP27558784A JPH0614779B2 JP H0614779 B2 JPH0614779 B2 JP H0614779B2 JP 27558784 A JP27558784 A JP 27558784A JP 27558784 A JP27558784 A JP 27558784A JP H0614779 B2 JPH0614779 B2 JP H0614779B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- rotor
- teeth
- pulse motor
- torque
- motor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K37/00—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors
- H02K37/02—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of variable reluctance type
- H02K37/06—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of variable reluctance type with rotors situated around the stators
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Stepping Motors (AREA)
- Linear Motors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、多関節形のロボットの関節駆動などに使用さ
れるパルスモータの改良に関するものである。
れるパルスモータの改良に関するものである。
〔従来の技術〕 多関節形のロボットの関節駆動などのように、低速で高
トルクを必要とする用途ではＤＣモータと減速機を用い
た駆動系が多く用いられている。しかしながら、ＤＣモ
ータのブラシや減速機の寿命、あるいは潤滑油のメイン
テナンスなどを考慮すると、このようなロボットの関節
はブラシレスモータで直接駆動することが望ましい。ま
た、モータの発生トルクは固定子と回転子との空隙にお
ける磁束密度の２乗に比例するので、構造上この磁束密
度がより大きな値となるパルスモータを使用することが
有利である。
トルクを必要とする用途ではＤＣモータと減速機を用い
た駆動系が多く用いられている。しかしながら、ＤＣモ
ータのブラシや減速機の寿命、あるいは潤滑油のメイン
テナンスなどを考慮すると、このようなロボットの関節
はブラシレスモータで直接駆動することが望ましい。ま
た、モータの発生トルクは固定子と回転子との空隙にお
ける磁束密度の２乗に比例するので、構造上この磁束密
度がより大きな値となるパルスモータを使用することが
有利である。
本願出願人は、このような用途に使用するために、軽量
で高トルクを発生することのできるパルスモータとし
て、第５図に示す如きパルスモータを既に出願している
（実願昭58−79109）。これは、従来のパルスモータに
おける固定子と回転子との位置関係を逆転させ、外側回
転子形とするとともに、従来、回転子側にあった永久磁
石を固定子側に配置したものである。
で高トルクを発生することのできるパルスモータとし
て、第５図に示す如きパルスモータを既に出願している
（実願昭58−79109）。これは、従来のパルスモータに
おける固定子と回転子との位置関係を逆転させ、外側回
転子形とするとともに、従来、回転子側にあった永久磁
石を固定子側に配置したものである。
図において、第５図（Ａ）は正面図、第５図（Ｂ）は断
面図である。図中、１は磁性体11，12および永久磁石13
よりなる固定子、２はこの固定子１の外側に配置された
回転子である。磁性体11，12はそれぞれその外周に突極
111〜118，121〜128を有しており、永久磁石13を挟むよ
うにその両側に接合されている。また、回転子２の内周
には、これらの突極111〜118，121〜128に設けられた歯
と対向するように、同様な歯が設けられている。さら
に、これらの突極111〜118，121〜128には、永久磁石13
を介して対向する各組毎（111と121、112と122、…）に
励磁コイル141〜148が巻回されている。この励磁コイル
はそれぞれ４個づつ（141〜144と145〜148）直列に接続
されている。
面図である。図中、１は磁性体11，12および永久磁石13
よりなる固定子、２はこの固定子１の外側に配置された
回転子である。磁性体11，12はそれぞれその外周に突極
111〜118，121〜128を有しており、永久磁石13を挟むよ
うにその両側に接合されている。また、回転子２の内周
には、これらの突極111〜118，121〜128に設けられた歯
と対向するように、同様な歯が設けられている。さら
に、これらの突極111〜118，121〜128には、永久磁石13
を介して対向する各組毎（111と121、112と122、…）に
励磁コイル141〜148が巻回されている。この励磁コイル
はそれぞれ４個づつ（141〜144と145〜148）直列に接続
されている。
ここで、回転子２における歯のピッチをＰとすれば、磁
性体11，12の突極111〜118，121〜128にも同じピッチＰ
で歯が設けられており、同一磁性体の隣り合う突極同志
（例えば、111と112）の各歯は、互いにＰ／４分だけ位
相ずれが設けられている。また、２つの磁性体11，12の
対向する突極同志（例えば、111と121）の各歯の間で
は、Ｐ／２分だけの位相ずれが設けられている。
性体11，12の突極111〜118，121〜128にも同じピッチＰ
で歯が設けられており、同一磁性体の隣り合う突極同志
（例えば、111と112）の各歯は、互いにＰ／４分だけ位
相ずれが設けられている。また、２つの磁性体11，12の
対向する突極同志（例えば、111と121）の各歯の間で
は、Ｐ／２分だけの位相ずれが設けられている。
このように構成されたパルスモータにおいて、励磁コイ
ル141〜144および145〜148に互いに90゜位相のずれた電
流を流せば、永久磁石13による磁束と励磁コイル141〜1
48による磁束とが固定子１と回転子２との空隙において
交互に加算または減算され、回転子２にトルクを発生さ
せ、これを回転させる。この回転方向は励磁電流の位相
の進みや遅れによって決まるもので、その位相関係を制
御することにより、任意に切換えることができる。ま
た、回転子２を固定子１の外側に設けるように構成した
ため、回転子２における歯部分の半径を大きくすること
ができ、同一体積のモータに比べて格段に大きなトルク
を得ることができる。
ル141〜144および145〜148に互いに90゜位相のずれた電
流を流せば、永久磁石13による磁束と励磁コイル141〜1
48による磁束とが固定子１と回転子２との空隙において
交互に加算または減算され、回転子２にトルクを発生さ
せ、これを回転させる。この回転方向は励磁電流の位相
の進みや遅れによって決まるもので、その位相関係を制
御することにより、任意に切換えることができる。ま
た、回転子２を固定子１の外側に設けるように構成した
ため、回転子２における歯部分の半径を大きくすること
ができ、同一体積のモータに比べて格段に大きなトルク
を得ることができる。
しかしながら、このような構成のパルスモータにおいて
は、この製作費の大半は高価な希土類磁石で占められて
おり、高能率の磁石を使用するほど、モータの性能は向
上するが、その価格も高価となってしまう。また、この
ような構成のパルスモータにおいては、永久磁石による
脈動トルク（ディテントトルク）が発生し、もともと正
弦波状でないモータのホールディングトルク特性が、さ
らに歪んでしまう。ロボットに使用するパルスモータに
おいては、モータが滑らかに回転することが必要であ
り、このような歪んだトルクの特性は好ましくない。
は、この製作費の大半は高価な希土類磁石で占められて
おり、高能率の磁石を使用するほど、モータの性能は向
上するが、その価格も高価となってしまう。また、この
ような構成のパルスモータにおいては、永久磁石による
脈動トルク（ディテントトルク）が発生し、もともと正
弦波状でないモータのホールディングトルク特性が、さ
らに歪んでしまう。ロボットに使用するパルスモータに
おいては、モータが滑らかに回転することが必要であ
り、このような歪んだトルクの特性は好ましくない。
本発明は、上記のような従来装置の欠点をなくし、モー
タの駆動のために永久磁石を使用しないとともに、トル
クの歪みをなくし、回転子を滑らかに回転させることの
できるパルスモータを簡単な構成により実現することを
目的としたものである。
タの駆動のために永久磁石を使用しないとともに、トル
クの歪みをなくし、回転子を滑らかに回転させることの
できるパルスモータを簡単な構成により実現することを
目的としたものである。
本発明のパルスモータは、励磁方法を３相励磁とするこ
とにより固定子側の永久磁石をなくすとともに、固定子
側の突極に設ける歯のピッチを工夫することにより、ト
ルクの歪みを防止するようにしたものである。詳しく
は、前記したような各歯におけるトルク特性が高次の高
調波成分に分解できることに着目して、回転子側の歯と
突極側の歯とのピッチのずれを、２π／（ｍ×Ｎｓ）
（ただし、ｍは主たる高周波の次数で、２以上の整数、
Ｎｓは１つの突極に設ける歯の数である）に選ぶように
したものである。
とにより固定子側の永久磁石をなくすとともに、固定子
側の突極に設ける歯のピッチを工夫することにより、ト
ルクの歪みを防止するようにしたものである。詳しく
は、前記したような各歯におけるトルク特性が高次の高
調波成分に分解できることに着目して、回転子側の歯と
突極側の歯とのピッチのずれを、２π／（ｍ×Ｎｓ）
（ただし、ｍは主たる高周波の次数で、２以上の整数、
Ｎｓは１つの突極に設ける歯の数である）に選ぶように
したものである。
このように、パルスモータの励磁回路を永久磁石を使用
せずに構成すると、高価な部品を省略することができ、
安価なモータを実現することができる。また、固定子側
の突極に働く高調波成分のトルクを位相の異なる歯の間
で打ち消すことができるので、従来歪んでいたトルク特
性を正弦波状に近づけることができ、モータの回転を滑
らかにすることができる。
せずに構成すると、高価な部品を省略することができ、
安価なモータを実現することができる。また、固定子側
の突極に働く高調波成分のトルクを位相の異なる歯の間
で打ち消すことができるので、従来歪んでいたトルク特
性を正弦波状に近づけることができ、モータの回転を滑
らかにすることができる。
第１図は本発明のパルスモータの一実施例を示す構成図
である。図において、第１図（Ａ）は正面図、第１図
（Ｂ）は断面図である。図中、前記第５図と同様なもの
は同一符号を付して示す。図に示すように、励磁コイル
の数は６個であり、２つづつの励磁コイル（141と142，
143と144，145と146）がそれぞれ直列または並列に接続
されており、３相の励磁回路を構成している。また、こ
の場合、回転子２における歯のピッチをＰとし、１つの
突極に設けられる歯の数をＮｓとすれば、磁性体11の突
極111〜116に設けられる歯のピッチＰｓは、Ｐ＋２π／
３・Ｎｓ（またはＰ−２π／３・Ｎｓ）となっている。
である。図において、第１図（Ａ）は正面図、第１図
（Ｂ）は断面図である。図中、前記第５図と同様なもの
は同一符号を付して示す。図に示すように、励磁コイル
の数は６個であり、２つづつの励磁コイル（141と142，
143と144，145と146）がそれぞれ直列または並列に接続
されており、３相の励磁回路を構成している。また、こ
の場合、回転子２における歯のピッチをＰとし、１つの
突極に設けられる歯の数をＮｓとすれば、磁性体11の突
極111〜116に設けられる歯のピッチＰｓは、Ｐ＋２π／
３・Ｎｓ（またはＰ−２π／３・Ｎｓ）となっている。
このように構成されたパルスモータにおいて、３つの励
磁コイル141，142、143，144および145，146に互いに12
0゜位相のずれた励磁電流を流せば、それぞれの励磁コ
イル141〜146により発生される磁速が固定子１と回転子
２との空隙において回転子２に吸引力を与え、回転トル
クを発生させる。この回転方向は励磁電流の位相の進み
や遅れによって決まるもので、その位相関係を制御する
ことにより、任意に切換えることができる。
磁コイル141，142、143，144および145，146に互いに12
0゜位相のずれた励磁電流を流せば、それぞれの励磁コ
イル141〜146により発生される磁速が固定子１と回転子
２との空隙において回転子２に吸引力を与え、回転トル
クを発生させる。この回転方向は励磁電流の位相の進み
や遅れによって決まるもので、その位相関係を制御する
ことにより、任意に切換えることができる。
したがって、３相励磁方式のパルスモータにおいては、
その励磁回路の中の永久磁石を設けなくとも回転子の回
転トルクを与えることができ、永久磁石を省略すること
ができる。
その励磁回路の中の永久磁石を設けなくとも回転子の回
転トルクを与えることができ、永久磁石を省略すること
ができる。
前記第５図のパルスモータにおいて、ディテントトルク
の発生原因は、１枚の歯が発生するトルクＴが正弦波か
ら歪んでいるためと、永久磁石13によって４つの突極が
すべてトルク発生に寄与しているためである。永久磁石
を除いたモータでは、この２つの条件のうちのひとつが
欠けるので、無励磁時（励磁コイルに電流を流していな
い時）に発生するディテントトルクはないが、もともと
ホールディングトルク特性は第２図のように歪んでいる
ので、励磁コイルに電流を供給して回転させても、滑ら
かに回転させることはできない。
の発生原因は、１枚の歯が発生するトルクＴが正弦波か
ら歪んでいるためと、永久磁石13によって４つの突極が
すべてトルク発生に寄与しているためである。永久磁石
を除いたモータでは、この２つの条件のうちのひとつが
欠けるので、無励磁時（励磁コイルに電流を流していな
い時）に発生するディテントトルクはないが、もともと
ホールディングトルク特性は第２図のように歪んでいる
ので、励磁コイルに電流を供給して回転させても、滑ら
かに回転させることはできない。
ホールディングトルク特性の歪みは、第３図のように１
次の成分に２次，３次… …の高調波成分が重量された
ものと考えることができ、この高調波成分を除去してや
れば、滑らかな回転を得ることができる。
次の成分に２次，３次… …の高調波成分が重量された
ものと考えることができ、この高調波成分を除去してや
れば、滑らかな回転を得ることができる。
本発明においては、各突極に設けられた歯のピッチを回
転子のピッチに対して２π／（ｍ×Ｎｓ）だけずらせる
ことにより、これらの高調波成分を除去し、滑らかな回
転が得られるようにしたものである。ここで、ｍは最も
大きな高調波成分の次数であり、Ｎｓは１つの突極に設
けられた歯の総数である。
転子のピッチに対して２π／（ｍ×Ｎｓ）だけずらせる
ことにより、これらの高調波成分を除去し、滑らかな回
転が得られるようにしたものである。ここで、ｍは最も
大きな高調波成分の次数であり、Ｎｓは１つの突極に設
けられた歯の総数である。
以下の説明では、ｍ＝３として説明を行なう。
第４図（ａ）は各歯の位相状態をベクトル的に示したも
ので、各歯は２π／３Ｎｓずつ位相がずれた状態で、０
〜２π／３の間に連続的に分布している。各歯の発生ト
ルクのうちの１次成分Ｔ１〜ＴNsはこのベクトルと同位
相であり、その合成ベクトルが１次のホールディングト
ルクになる。
ので、各歯は２π／３Ｎｓずつ位相がずれた状態で、０
〜２π／３の間に連続的に分布している。各歯の発生ト
ルクのうちの１次成分Ｔ１〜ＴNsはこのベクトルと同位
相であり、その合成ベクトルが１次のホールディングト
ルクになる。
一方、２次の成分Ｔ１２〜ＴNs2は第４図（ｂ）のよう
に、４π／３Ｎｓずつ位相がずれて、０〜４π／３の間
に分布し、このうち、０〜π／３の間のベクトルとπ〜
４π／３の間のベクトルとは、位相がπだけずれている
ために打消し合い、残るπ／３〜πの間（全体の１／
２）の２次成分のみが現われる。
に、４π／３Ｎｓずつ位相がずれて、０〜４π／３の間
に分布し、このうち、０〜π／３の間のベクトルとπ〜
４π／３の間のベクトルとは、位相がπだけずれている
ために打消し合い、残るπ／３〜πの間（全体の１／
２）の２次成分のみが現われる。
また、第４図（ｃ）は３次の成分Ｔ１３〜ＴＮｓ３につ
いて示したもので、３次の成分は２π／Ｎｓずつ位相が
ずれて、０〜２πの間の分布し、この成分は完全になく
なってしまう。
いて示したもので、３次の成分は２π／Ｎｓずつ位相が
ずれて、０〜２πの間の分布し、この成分は完全になく
なってしまう。
さらに、第４図（ｄ）は４次の成分Ｔ１４〜ＴＮｓ４に
ついて示したもので、４次の成分は８π／３Ｎｓずつ位
相がずれて、０〜８π／３の間に分布し、０〜２πの成
分は打ち消されて、１／４の大しさの４次成分のみが現
われる。
ついて示したもので、４次の成分は８π／３Ｎｓずつ位
相がずれて、０〜８π／３の間に分布し、０〜２πの成
分は打ち消されて、１／４の大しさの４次成分のみが現
われる。
同様に、ｍの整数倍の高調波成分は完全に除去され、残
るＮ次の成分は１／Ｎに減少する。
るＮ次の成分は１／Ｎに減少する。
このように、本発明によってホールディングトルクのう
ちの最も大きなものの次数をｍ値に設定すると、その次
数の高調波成分を完全に除去することができるととも
に、その前後の高調波成分をも大幅に減少させることが
でき、モータを滑らかに回転させることができる。
ちの最も大きなものの次数をｍ値に設定すると、その次
数の高調波成分を完全に除去することができるととも
に、その前後の高調波成分をも大幅に減少させることが
でき、モータを滑らかに回転させることができる。
なお、上記の説明においては、ｍ＝３とした場合を例示
したが、ｍは値は３に限られたものではない。また、突
極の数も６個に限られるものではなく、３の整数倍であ
ればいくつでも良い。大型のモータにおいては、12極や
18極などが合理的である。例えば、12極のモータにおい
ては、同一位相の電流で励磁される励磁コイルが４つあ
るので、このうちの２つの突極でｍ１次の高調波成分を
除去し、残る２つの突極でｍ２次の高調波成分を除去す
るように構成すれば、より滑らかな回転を得ることがで
き、効果的である。
したが、ｍは値は３に限られたものではない。また、突
極の数も６個に限られるものではなく、３の整数倍であ
ればいくつでも良い。大型のモータにおいては、12極や
18極などが合理的である。例えば、12極のモータにおい
ては、同一位相の電流で励磁される励磁コイルが４つあ
るので、このうちの２つの突極でｍ１次の高調波成分を
除去し、残る２つの突極でｍ２次の高調波成分を除去す
るように構成すれば、より滑らかな回転を得ることがで
き、効果的である。
以上説明したように、本発明のパルスモータでは、励磁
方法を３相励磁するとともに、回転子側の歯と突極側の
歯とのピッチのずれを、２π／（ｍ×Ｎｓ）（ただし、
ｍは主たる高調波の次数で、２以上の整数、Ｎｓは１つ
の突極に設ける歯の数である）に選ぶようにしているの
で、任意の高調波成分を互いに打ち消すことができ、全
体としてのトルク特性を正弦波に近づけることができ
て、モータの駆動のために永久磁石を使用しないととも
に、脈動トルクをなくし、回転子を滑らかに回転させる
ことのできるパルスモータを簡単な構成により実現する
ことができる。
方法を３相励磁するとともに、回転子側の歯と突極側の
歯とのピッチのずれを、２π／（ｍ×Ｎｓ）（ただし、
ｍは主たる高調波の次数で、２以上の整数、Ｎｓは１つ
の突極に設ける歯の数である）に選ぶようにしているの
で、任意の高調波成分を互いに打ち消すことができ、全
体としてのトルク特性を正弦波に近づけることができ
て、モータの駆動のために永久磁石を使用しないととも
に、脈動トルクをなくし、回転子を滑らかに回転させる
ことのできるパルスモータを簡単な構成により実現する
ことができる。
第１図〜第４図は本発明のパルスモータの一実施例を示
す構成図、第５図は従来のパルスモータの一例を示す構
成図である。 １……固定子、２……回転子、11，12……磁性体、111
〜118，121〜128……突極、13……永久磁石、141〜148
……励磁コイル。
す構成図、第５図は従来のパルスモータの一例を示す構
成図である。 １……固定子、２……回転子、11，12……磁性体、111
〜118，121〜128……突極、13……永久磁石、141〜148
……励磁コイル。
Claims (1)
- 【請求項１】その内周に一定ピッチの歯が設けられた回
転子と、３の整数倍の数の突極を有する固定子と、この
固定子を３相の励磁電流により励磁する複数の励磁コイ
ルとを具備するとともに、前記回転子の歯と前記固定子
の歯とのピッチのずれを ２π／（ｍ×Ｎｓ） ここで、ｍは主たる高調波の次数で、２以上の整数。Ｎ
ｓは１つの突極に設けらる歯の数。 に選んだことを特徴とするパルスモータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27558784A JPH0614779B2 (ja) | 1984-12-28 | 1984-12-28 | パルスモ−タ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27558784A JPH0614779B2 (ja) | 1984-12-28 | 1984-12-28 | パルスモ−タ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61157253A JPS61157253A (ja) | 1986-07-16 |
| JPH0614779B2 true JPH0614779B2 (ja) | 1994-02-23 |
Family
ID=17557531
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27558784A Expired - Lifetime JPH0614779B2 (ja) | 1984-12-28 | 1984-12-28 | パルスモ−タ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0614779B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4739201A (en) * | 1986-07-25 | 1988-04-19 | The Superior Electric Company | Means to reduce harmonic torque in electromagnetic machines |
| JPH03212149A (ja) * | 1990-01-12 | 1991-09-17 | Oriental Motor Co Ltd | ステッピングモータ |
-
1984
- 1984-12-28 JP JP27558784A patent/JPH0614779B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61157253A (ja) | 1986-07-16 |
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