JPH07112344B2

JPH07112344B2 - ダイレクト・ドライブ・モ−タ

Info

Publication number: JPH07112344B2
Application number: JP62047157A
Authority: JP
Inventors: 康彦村松; 進太田; 敏行高木; 治雄樋口; 光宏二階堂
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1987-03-02
Filing date: 1987-03-02
Publication date: 1995-11-29
Anticipated expiration: 2010-11-29
Also published as: JPS63213458A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、ファクトリーオートメーション（FA）の分野
で用いられるダイレクト・ドライブ・モータに関する。
更に詳しくは、本発明は、磁気誘導子型の同期モータで
あって、駆動トルクを受けて回転する回転子が固定子よ
り外側に設けられる構造のアウター・ロータ形のダイレ
クト・ドライブモータに関するものである。

（従来の技術） FAの分野で要求されるモータは、トルクが大きく、高速
で、かつ高精度の位置決め制御が行なえることが要求さ
れる。

従来、このような要求を満たすFA用のサーボアクチュエ
ータとしては、減速機と直流サーボモータとを組合せた
もの等が多く用いられてきた。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、減速機と組合せて構成されるこれまでの
サーボモータは、バックラッシュによるトルクむらや、
低剛性のためロストモーションの影響がある等の問題点
があった。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、
その目的は、トルクむらやロストモーションの影響がな
く、高速で、かつ高精度で位置決めの制御が可能なダイ
レクト・ドライブ・モータを実現することにある。ま
た、本発明の他の目的は、周囲温度の影響を受けず、し
かも装置全体が軽量で、常に安定に動作するダイレクト
・ドライブ・モータを実現するにある。

（問題点を解決するための手段）このような目的を達成する本発明は、内側固定子と、この内側固定子の外側に僅かな空隙を隔てて配置させた
磁性体からなる外側回転子と、この外側回転子を内部に固定させた円筒形状で軽合金で
構成された回転子ハブと、この回転子ハブの円筒形状内に多くの部分が納まるよう
に配置されると共に前記内側固定子が固定された円筒形
状で軽合金で構成されたハウジングと、回転子ハブの円筒形状内部にあって当該回転子ハブをハ
ウジングに対して片持構造で回転可能に支持するクロス
・ローラ軸受けと、このクロス・ローラ軸受けを回転子ハブとハウジングと
の間に固定するための軽合金で構成されたクランプリン
グとを備え、前記クランプリングにおいて、クロス・ローラ軸受けを
押圧する部分に切欠部を設け、前記クロス・ローラ軸受
けに加わる力をこの切欠部で吸収できるようにしたこと
を特徴とするダイレクト・ドライブ・モータである。

（作用）外側回転子は、円筒形状の回転子ハブを介して、円筒形
状内部に設けられている軸受けによって回転可能に支持
され、内側固定子に生ずる磁気誘導によってダイレクト
に駆動され回転する。回転子ハブ及びクランプリング
は、いずれも軽合金で構成され、重量を軽くするととも
に、温度が変化しても軸受けを押圧する力を一定とし、
常に安定な動作を可能とする。

（実施例）以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図は、本発明に係るダイレクト・ドライブモータの
一例を示す軸方向断面図であり、第２図は組立分解図で
ある。

これらの図において、１は内側固定子で、２組の磁性体
11,12、この磁性体にはさまれた永久磁石13及び励磁コ
イル14とからなる。各磁性体11,12は、励磁コイル14が
巻回された複数個（ここでは12個）の突極11a,11b…が
あり、また各突極の先端にはピッチＰの歯15が設けられ
ている。

２は内側固定子１の外側に僅かな空隙を隔てて回転可能
に配置された外側回転子で、内側固定子１に対向する面
には、ピッチＰで並ぶ歯21が設けられている。

３は外側回転子２を円筒形状内部において固定し、外側
回転子２とともに回転する円筒形状の回転子ハブで、円
筒状底面部31に回転力を取りだすための負荷４が取付け
られる。本発明においては、この回転子ハブ３は、軽合
金（例えばアルミ，ジラルミン等）材料で構成されてい
る。32は回転子ハブ３の底面部31から内側に突出させた
円筒状取付部で、その先端には後述するエンコーダ７の
スリット板71が取付けられる。

５は軸受で、外側回転子２を回転子ハブ３を介して片持
構造で支持するもので、ここではクロスローラ軸受を用
いたものを示しており、回転ローラ51,回転ローラ51を
上下から（内側，外側から）挟持する保持部材52,53と
からなる。

第３図は、このクロス・ローラ軸受けの構成説明図であ
る。下側（内側）支持部材52と上側（内側）支持部材53
との間には、リティナー51aが介在してあり、このリテ
ィナー51aには、回転ローラ51を保持する保持穴51bが所
定ピッチで設けられている。そして各保持穴51bに、こ
ろとして動作する回転ローラ51が、交互にその回転軸Cl
が直交するように一周に亘って配列されている。下側
（内側）支持部材52と上側（外側）支持部材53には、そ
れぞれ回転ローラ51の回転面が回転接触するＶ溝が設け
られ、これらの溝が回転ローラ51を内側及び外側より押
圧保持している。

このような構成のクロス・ローラ軸受は、回転ローラ51
の転がり面は線接触のため、軸受け荷重による弾性変形
はほとんど無く、しかもラジアル荷重、アキシアル荷
重、モーメント荷重などの複雑な荷重を同時に受けるこ
とができるという特長をもっている。

第１図及び第２図に戻り、54は回転子ハブ３の円筒形状
内側に設けられたリング部材,55はクランプリングで、
クロス・ローラ軸受５の一方の保持部材53を、回転子ハ
ブ３側に固定させるためのもので、本発明においては、
このクランプリング55を、回転子ハブ３と同じ、軽合金
材料で構成してある。

６は円筒形状の回転子ハブ３内に多くの部分が納まるよ
うに設置された円筒形状のハウジングで、軽合金材料で
構成されており、内側固定子１が固定されるとともに、
軸受け５の他方の支持部材52が固定される。61は支持部
材52をハウジング６に固定させるためのクランプリング
で、ハウジング６と同じ、軽合金材料で構成してある。

７は回転子ハブ３の回転変位を検出するためのエンコー
ダで、回転ハブ３の中央円筒取付部32に固定された回転
スリット板71,この回転スリット板71に対して光ビーム
を照射させるLEDやレンズを含む光照射部72、スリット
板71を通過した光を受光する受光素子とこの受光素子か
らの信号を処理して回転子ハブ３の回転角度に比例した
信号を得る信号処理部を収容したアセンブリ73で構成さ
れる。なお、74はスリット板71を中央円筒取付部32に固
定するための取付けリングである。

ここで、回転子ハブ３の中央円筒取付部32は、円筒状ハ
ウジング６の内部に設置され、スリット板71は、この中
央円筒取付部32の先端に、軸受５が設置された平面PLと
ほぼ同一平面上に配置されるように取付けられている。

なお、このエンコーダ７は、回転子ハブ３の回転角度に
関連した信号を取り出し、サーボループを形成するよう
な場合において用いられるものであり、回転角度信号を
必要でない場合は不用で、本発明における必須の構成要
素ではない。

本発明のモータは、上記のような各構成要素からなる
が、とりわけ、回転子ハブ3,ハウジング６を軽合金材料
で構成するとともに、軸受け５を回転子ハブ３及びハウ
ジング６に固定させるためのクランプリング55及び61
を、いずれも軽合金材料で構成したもので、全体の重量
を軽量化することができる。また、このクランプ方式
は、弾性定予圧方式を採用しているため、周囲温度が変
化した場合におけるクランプリング55,61による軸受け
５への押圧力は、内側（ハウジング６側）と外側（回転
子ハブ３側）との力がほぼ等しく、従ってバランスして
いて、軸受け５を変形させることはない。よって、周囲
温度の変化に影響なく、外側回転部を支持することがで
き、常に安定な動作を行なわせることができるようにし
ている。

次に、このように構成されるダイレクト・ドライブ・モ
ータの組立て方を第２図を参照しながら説明する。

まず、回転子ハブ３の円筒形状内側に、外側回転子２を
挿入し、両者が一体となるように、例えば接着剤あるい
はネジ，あるいは接着剤とネジの両方によって固定す
る。

また、内側固定子１をハウジング６の円筒部に挿入し、
両者を一体となるように、例えば接着剤等によって固定
する。また、ハウジング６の円筒内部に、光照射部72を
例えばネジによって固定させる。

次に回転子ハブ３の円筒形状内に、ハウジング６を挿入
し、回転子ハブ３の内側とハウジング６の外側の所定位
置に軸受け５を位置させ、クランプリング55によって軸
受け５の上部支持部材53を回転子ハブ３のリング部材54
に押圧固定させるとともに、クランプリング61によって
軸受け５の下部支持部材52をハウジング６に押圧固定さ
せる。これによって軸受け５は、回転子ハブ３とハウジ
ング６の間にクランプリング55及び61を介して支持され
る。ここで、各クランプリング55,61において、支持部
材52,53への押圧部には、それぞれ切欠部50,60が形成さ
れており、軸受け５に加えられる押圧力を適当に吸収
し、適切な押圧力で軸受けを支持できるようにしてい
る。

次にエンコーダ７のスリット板71を、回転子ハブ３の中
央円筒取付部32の先端に、取付けリング74によって固定
する。また、信号処理部アセンブリ73を、光照射部72か
らの光ビームがスリット板71のスリット孔71a,71bを通
過し、イメージセンサ73a上に正確に当るように位置決
めを行ないながらハウジング６の内側に取付けて完成す
る。

このような構成の本発明のダイレクト・ドライブ・モー
タは、外側回転子を軽合金材料の円筒形状回転子ハブ３
内に固定し、この回転子ハブ３を回転子ハブの円筒形状
内に設置された軸受けによって、片持構造で回転可能に
支持する構造としたもので、全体構成を小型に、かつ軽
量にすることができる。また、軸受け軽合金材料のクラ
ンプリングで固定するようにしたことから、周囲温度の
影響を受けなくできる。

第４図は、内側固定子１に設けられている励磁コイル14
の巻き方の一例を示す図である。ここではＡ相,B相,C相
からなる３相の励磁回路が使用されており、Ａ相は、突
極11a,から２つおきに突極11d,11g,11jの合計４個の突
極に直列に巻回され、Ｂ相は突極11b,11e,11h,11kに直
列に巻回され、Ｃ相は突極11c,11f,11i,11lに直列に巻
回されている。内側固定子１と外側回転子２との対向面
に設けられている歯15,21の位置関係は、PM型３相パル
スモータと同様であり、詳細は省略する。

第５図は、外側回転子２の回転原理を示す説明図であ
る。

内側固定子１において、突極11aでの磁束は、永久磁石1
3によるバイアス磁束φＭと、突極11aに巻回された励磁
コイル14に励磁電流を流すことによって生ずる励磁磁束
φＣとの和φＯ＝φＭ＋φＣによって形成される。突極
11aの励磁を、励磁コイル14に流す電流を、例えば、Ａ
相,B相,C相の順で、互いに120゜位相差をもったものと
することにより、励磁磁束φＣが順にＡ相,B相,C相の順
に移動し、これによってφＭ＋φＣで表わされる和磁束
部分も移動するので、外側回転子２がこれに吸引され回
転する。

Ａ相,B相,C相に流す励磁電流の位相の進み、遅れを切換
えれば、回転方向は逆となる。

ここで、外側回転子２の推力（トルク）Ｔは、バイアス
磁束φＭと励磁磁束ΦＣとの和ΦＯの２乗に比例するも
ので、（１）式で表わされる。

Ｔ∝（φＭ＋φＣ）^２（１）本発明のモータは、（１）式で表わされるトルクＴの発
生部分が外周に位置するもので、これにより小型であり
ながら大きなトルクを発生することを可能としている。

なお、上記の実施例では、モータ部分の構成において、
内側固定子は12個の突極を有し、３相励磁回路を用いる
ものを示したが、このような構成に限定されるものでは
ない。また、バイアス磁束を与える永久磁石を内側固定
子に設けたものであるが、外側回転子に設けるようにし
てもよい。

（発明の効果）以上詳細に説明したように、本発明は、外側回転子を円
筒形状の回転子ハブの内部に固定するとともに、回転子
ハブを円筒形状の内部に設けられる軸受けによって片持
構造で支持するようにしたものである。従って、本発明
によれば、全体構成を簡単にでき、小型かつ軽量であり
ながら大きなトルクを得ることができる。また、回転子
ハブから直接トルクを得るもので、トルクむらやロスト
モーションの影響を受けないダイレクト・ドライブ・モ
ータが実現できる。また、周囲温度の影響を受けず常に
安定に動作するダイレクト・ドライブ・モータが実現で
きる。

また、本発明においては、回転子ハブ３、ハウジング
６、クロス・ローラ軸受けを固定させるためのクランプ
リング55,61をいずれも軽合金材料で構成すると共に、
クランプリングに切欠部を設け、この部分によりクロス
・ローラ軸受けを回転子ハブとハウジングとの間に押圧
して固定する構成としたものである。

従って、周囲温度が変化しても軸受けへの押圧力が、ハ
ウジング側と回転子ハブ側とでほぼ等しく、バランスす
ることとなり、軸受けを変形させることはなく、また、
クロスローラ軸受けに加わる力が、振動等により変動し
たとしても、これは切欠部で吸収されクロス・ローラに
加わる力は常に最適に調整されることとなり、軸受けの
寿命を長くできるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るダイレクト・ドライブ・モータの
一例を示す軸方向断面図、第２図は組立分解図、第３図
は本発明のモータにおいて用いられるクロス・ローラ軸
受けの構成説明図、第４図は励磁コイルの巻き方を示し
た図、第５図は回転原理の説明図である。１……内側固定子、11,12……磁性体、13……永久磁
石、14……励磁コイル、２……外側回転子、３……回転
子ハブ、４……負荷、５……クロス・ローラ軸受け、６
……ハウジング、７……エンコーダ、55,61……クラン
プリング。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者樋口治雄東京都武蔵野市中町２丁目９番32号横河電機株式会社内 (72)発明者二階堂光宏東京都武蔵野市中町２丁目９番32号横河電機株式会社内 (56)参考文献特開昭62−37044（ＪＰ，Ａ) 特開昭48−93856（ＪＰ，Ａ) 実開昭49−90808（ＪＰ，Ｕ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内側固定子（１）と、この内側固定子の外側に僅かな空隙を隔てて配置させた
磁性体からなる外側回転子（２）と、この外側回転子を内部に固定させた円筒形状で軽合金で
構成された回転子ハブ（３）と、この回転子ハブの円筒形状内に多くの部分が納まるよう
に配置されると共に前記内側固定子が固定された円筒形
状で軽合金で構成されたハウジング（６）と、回転子ハブの円筒形状内部にあって当該回転子ハブをハ
ウジングに対して片持構造で回転可能に支持するクロス
・ローラ軸受け（５）と、このクロス・ローラ軸受けを回転子ハブ（３）とハウジ
ング（６）との間に固定するための軽合金で構成された
クランプリング（55,61）とを備え、前記クランプリングにおいて、クロス・ローラ軸受けを
押圧する部分に切欠部（50,60）を設け、前記クロス・
ローラ軸受けに加わる力をこの切欠部で吸収できるよう
にしたことを特徴とするダイレクト・ドライブ・モー
タ。