JPH10257730A - 同心多軸モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 設置面積が小さく、内側出力軸の軸長が長く
なったり負荷側にオーバーハングすることがなく、回転
軸の弾性モードに対して悪影響を及ぼすことがなく、主
回転モータの誘導トルクによって従属回転するモータを
電磁石の制御により速度制御を行う。 【解決手段】 複数の駆動モータを同心上に配置し、一
体構造として１つのケーシングに収納し、複数の回転出
力軸のうち、中空の外側出力軸１０を貫通する内側出力
軸２６と中空軸との間の空間に軸受２４、２５を配設す
る。外側出力軸１０の内側面または、内側出力軸２６の
外側面に界磁磁石２８を配設して従属回転するモータ部
に誘導トルクを発生させて回転させ、巻線７に直流電流
を流し、導電体１１との間に制動トルクを発生させて速
度制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、１つの回転軸心
上に複数の回転軸を持ち、異なる回転速度で複数の負荷
を駆動する、半導体製造装置、一般産業用テーブル装置
または繊維機械等に使用される同心多軸モータに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術による同心多軸モータの構成
を図９を参照して説明する。この図において、内側軸駆
動モータ１０１から出力を取り出す内側出力軸１０２
は、外側軸駆動モータ１０３から出力を取り出す中空の
外側出力軸１０４の中空部分を貫通して外部へ取り出さ
れ第１の負荷を回転駆動し、前記外側出力軸１０４も外
部へ取り出され内側軸駆動モータ１０１とは異なった回
転数によって第２の負荷を回転駆動する。また内側軸駆
動モータ１０１のケース１０５は取り付け足１０６を介
して共通ベース１０７に固定され、外側軸駆動モータ１
０３のケース１０８は取り付け足１０９を介して前記共
通ベース１０７に固定されて、前記内側出力軸１０２と
前記外側出力軸１０４が同一軸心を形成している。

【０００３】図示の例では、内側軸駆動モータ１０１お
よび外側軸駆動モータ１０３は永久磁石形のモータを例
としており、内側軸駆動モータ１０１の内側出力軸１０
２および外側軸駆動モータ１０３の外側出力軸１０４の
表面にはリング状の永久磁石１１０および１１１が配置
されているが、駆動モータの種類は永久磁石を使用した
モータに限定されるものではなく、インダクションモー
タ、直流モータまたはサーボモータなどによって構成す
ることも可能である。

【０００４】内側軸駆動モータ１０１および外側軸駆動
モータ１０３の２つのモータを駆動する制御回路やドラ
イバについては、前記２つのモータを異なる方式の制御
装置やドライバによって駆動したり、相互に所定の関係
を保った同期運転を行うために各々の制御装置を上位の
制御装置から制御するなど、負荷装置の要求に応じた制
御を行うことができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが上述の方法に
よる同心多軸モータには、いくつかの問題点があり、そ
の解決策が課題となっていた。第１の問題点は、２台の
モータを同一軸心上に配置するためには、各々のモータ
を配置固定する際にそれらの平行度や同心度を正確に測
定して調整することが不可欠であり、設置する際には高
度で熟練した技術を必要とし、設置後の経年的な変化や
位置ずれの修正等の保守にも多大な労力と費用を必要と
することである。

【０００６】第２の問題点は、内側軸駆動モータの内側
出力軸の軸長が長くなったりオーバーハングになること
であり、回転軸の弾性モードについて、共振点の低下や
振動剛性の低下等の原因となることである。

【０００７】第３の問題点は、内側軸駆動モータと外側
軸駆動モータを同一軸心上に連ねて配置すると、機械全
体の長さが長くなり、大きな設置面積を必要とすること
である。

【０００８】本発明はこのような背景の下になされたも
ので、設置面積が小さく、高度な技術や熟練を必要とせ
ずに２つのモータの同心配置の組み立てを高精度で行う
ことができ、経年的な位置変化に対する修正や保守も不
要で、内側出力軸の軸長が長くなったり負荷側にオーバ
ーハングすることがなく、回転軸の弾性モードに対して
悪影響を及ぼすことのない同心多軸モータを提供するこ
とを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、同心状に設けられた内側出力軸および中空の外側出
力軸と、これらの間に設けられて互いに回転自在に支持
する軸受と、前記内側出力軸の外側面に設けられて前記
内側出力軸と前記外側出力軸との間に誘導トルクを作用
させる界磁磁石と、交流電流を印加して前記内側および
外側の出力軸のいずれか一方へ駆動力を作用させる第１
のコイルと、前記内側および外側の出力軸のいずれか他
方に設けられた導電体と、直流電流を印加して前記導電
体へ制動力を作用させる第２のコイルと、を一体構造と
して１つのケースに収納したことを特徴とする同心多軸
モータを提供する。

【００１０】請求項２に記載の発明は、同心状に設けら
れた内側出力軸および中空の外側出力軸と、これらの間
に設けられて互いに回転自在に支持する軸受と、前記外
側出力軸の内側面に設けられて前記内側出力軸と外側出
力軸との間に誘導トルクを作用させる界磁磁石と、交流
電流を印加して前記内側および外側の出力軸のいずれか
一方へ駆動力を作用させる第１のコイルと、前記内側お
よび外側の出力軸のいずれか他方に設けられた導電体
と、直流電流を印加して前記導電体へ制動力を作用させ
る第２のコイルと、を一体構造として１つのケースに収
納したことを特徴とする同心多軸モータを提供する。

【００１１】請求項３に記載の発明は、前記モータ部お
よび前記電磁石部の制御演算部にそれぞれ独立した速度
指令信号を与え、前記モータ部には所定の振幅と所定の
位相を持った電流を印加して速度制御し、前記電磁石部
は前記誘導トルクによって駆動され、直流電流の印加に
よる電磁石で生ずる制動トルクにより速度制御を行うこ
とを特徴とする請求項１または請求項２に記載の同心多
軸モータを提供する。

【００１２】請求項４に記載の発明は、前記モータ部の
前記制御演算部に基準速度指令信号を与え、前記電磁石
部に前記モータ部との速度差指令信号を与えて速度制御
を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載
の同心多軸モータを提供する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、この発明による実施形態を
図を参照しながら説明する。図１は、この発明による第
１の実施形態の同心多軸モータの軸長方向の断面図であ
る。図１において、符号１の外側軸電磁石部および符号
２の内側軸モータ部は、ケース３とエンドプレート４と
から構成される空間内に、一体構造として実装される。

【００１４】外側軸電磁石部１の固定子は、前記ケース
３のＡ−Ａ部の内面に固定されて磁気回路を形成するリ
ング状鉄心５と、このリング状鉄心５の内側に取り付け
られスロットを形成する鉄心６と、この鉄心６により形
成されたスロットに収納された巻線７とから構成され、
この巻線７に直流電流を流して電磁石を形成する。

【００１５】外側軸電磁石部１の回転子は、前記ケース
３が中心部に向かって張り出した図示の位置に固定され
た軸受８と、前記エンドプレート４の図示の位置に固定
された軸受９とに支持された中空の外側出力軸１０の外
側に前記鉄心６と向き合う位置に取り付けられたリング
状の導電体１１とから構成され、前記固定子の電磁石磁
界により発生する渦電流によりブレーキトルクを発生さ
せて、後述の誘導トルクにより回転する外側出力軸１０
の回転を制御し、外側出力軸１０により負荷を回転駆動
する。なお、導電体１１の代わりに、中空の外側出力軸
１０自体を導電体としてもよい。

【００１６】内側軸モータ部２の固定子は、前記ケース
３のＢ−Ｂ部の内面に固定されて磁気回路を形成するリ
ング状鉄心２１と、このリング状鉄心２１の内側に取り
付けられスロットを形成する鉄心２２と、この鉄心２２
により形成されたスロットに収納された巻線２３とから
構成される。

【００１７】内側軸モータ部２の回転子は、前記外側出
力軸１０の反負荷側を支持する軸受８の位置の外側出力
軸１０の内側に軸受２４を配設し、前記外側出力軸１０
の負荷側を支持する軸受９の位置の外側出力軸１０の内
側に軸受２５を配設し、この軸受２４と軸受２５とによ
り支持された内側出力軸２６の前記鉄心２２と向き合う
Ｂ−Ｂ線の位置にリング状の永久磁石による界磁磁石２
７を取り付ける。

【００１８】さらに、この内側出力軸２６の外側には前
記外側出力軸１０に取り付けられた前記導電体１１の内
側の位置にリング状の永久磁石による界磁磁石２８が取
り付けられている。外側出力軸１０は導電体であるた
め、前記内側出力軸２６の界磁磁石２８と外側出力軸１
０との回転数差により、この両者間に誘導トルクが発生
して前記外側出力軸１０を回転駆動する。

【００１９】図２は、図１のＡ−Ａ線で見た、ケース３
を除いた部分の断面図であり、図３は、図１のＢ−Ｂ線
で見た、ケース３を除いた部分の断面図である。

【００２０】図２において、４スロットを形成する鉄心
６はそれぞれ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄで表し、前記４ス
ロット内に収納された巻線７はそれぞれ７ａ、７ｂ、７
ｃ、７ｄで表し、これらの巻線７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ
に直流電流を流して電磁石を形成し、前記導電体１１に
渦電流を発生させて外側出力軸１０に対しブレーキトル
クを生じさせる。また、前記スロットの開口部には、ホ
ール素子等による磁極センサ３１が図示の位置でケース
３に固定され、外側出力軸１０の回転を検出して、サー
ボモータとしての制御や回転数の検出を行う。

【００２１】図３において、３スロットを形成する鉄心
２２はそれぞれ２２ａ、２２ｂ、２２ｃで表し、３スロ
ット内に収納された巻線２３はそれぞれ２３ａ、２３
ｂ、２３ｃで表し、これらの巻線に３相電流を流すこと
により、内側出力軸２６を同期モータまたはサーボモー
タとして回転駆動することができる。また、前記スロッ
トの開口部には、ホール素子等による磁極センサ３２が
図示の位置でケース３に固定され、内側出力軸２６の回
転を検出して、サーボモータとしての制御や回転数の検
出を行う。

【００２２】以上の構成による実施形態の同心多軸モー
タの制御回路の構成ブロック図を図４に示し、動作を説
明する。

【００２３】内側軸モータ部２のホール素子等による磁
極センサ３２から出力される回転速度または位置信号ｓ
４は制御演算部４１に入力され、外部から与えられた速
度指令１信号と比較され、その偏差に基づいた電流指令
信号ｓ５と前記内側出力軸２６の回転速度または位置信
号ｓ４とを符号４３のドライバ２に与え、このドライバ
２は所定の振幅と位相を持った３相電流ｓ６を前記内側
軸モータ部２に供給して、内側出力軸２６を所定の回転
数で回転させる。

【００２４】外側軸電磁石部１の磁極センサ３１から出
力される外側軸回転速度信号ｓ１は制御演算部４１に入
力され、外部から与えられた速度指令２信号と比較さ
れ、その偏差に基づいた電流指令信号ｓ２を符号４２の
ドライバ１に与え、このドライバ１は所定の所定の値の
直流電流ｓ３を前記外側軸電磁石部１に与え、誘導トル
クによって回転する外側出力軸１０に所定のブレーキト
ルクを発生させ、所定回転数で回転させる。

【００２５】また２つの回転出力軸の間の速度差を一定
とする制御を行う場合は、外部からの指令信号として、
基準となる回転出力軸の基準速度指令信号および従属し
て回転する回転出力軸の速度差指令信号を制御演算部４
１に入力し、検出した各回転出力軸の回転数から各ドラ
イバに与える指令信号値を演算するような制御も可能で
ある。

【００２６】次に、この発明による第２の実施形態につ
いて図を参照しながら説明する。図５は、この発明によ
る第２の実施形態による同心多軸モータの軸長方向の断
面図である。図５において、符号５１の外側軸モータ部
および符号５２の内側軸電磁石部は、ケース５３とエン
ドプレート５４とから構成される空間内に、一体構造と
して実装される。

【００２７】外側軸モータ部５１の固定子は、前記ケー
ス５３のＣ−Ｃ部の内面に固定されて磁気回路を形成す
るリング状鉄心５５と、このリング状鉄心５５の内側に
取り付けられスロットを形成する鉄心５６と、この鉄心
５６により形成されたスロットに収納された巻線５７と
から構成される。

【００２８】外側軸モータ部５１の回転子は、前記ケー
ス５３が中心部に向かって張り出した図示の位置に固定
された軸受５８と、前記エンドプレート５４の図示の位
置に固定された軸受５９とに支持された中空の外側出力
軸６０の外側に前記鉄心５６と向き合う位置に取り付け
られたリング状の永久磁石による界磁磁石６１とから構
成され、前記外側出力軸６０により負荷を回転駆動す
る。

【００２９】内側軸電磁石部５２の固定子は、前記ケー
ス５３のＤ−Ｄ部の内面に固定されて磁気回路を形成す
るリング状鉄心７１と、このリング状鉄心７１の内側に
取り付けられスロットを形成する鉄心７２と、この鉄心
７２により形成されたスロットに収納された巻線７３と
から構成され、この巻線７３に直流電流を流して電磁石
を形成する。

【００３０】内側軸電磁石部５２の回転子は、前記外側
出力軸６０の反負荷側を支持する軸受５８の位置の外側
出力軸６０の内側に軸受７４を配設し、前記外側出力軸
６０の負荷側を支持する軸受５９の位置の外側出力軸６
０の内側に軸受７５を配設し、この軸受７４と軸受７５
とにより支持された内側出力軸７６の前記鉄心７２と向
き合うＤ−Ｄ線の位置に取り付けられたリング状の導電
体７７とから構成され、後述の誘導トルクによって回転
する内側出力軸７６に対し、前記固定子の電磁石磁界に
より発生する渦電流によりブレーキトルクを発生させて
内側出力軸７６の回転を制御する。

【００３１】さらに、この内側出力軸７６には前記外側
出力軸６０に取り付けられた前記界磁磁石６１の内側の
位置にリング状の永久磁石による界磁磁石７８が取り付
けられている。外側出力軸６０は導電体であるため、前
記内側出力軸７６の界磁磁石７８と外側出力軸６０との
回転数差により、この両者間に誘導トルクが発生して内
側出力軸７６を回転させ、負荷を回転駆動する。

【００３２】次に図６は、図５のＣ−Ｃ線で見た、ケー
ス５３を除いた部分の断面図であり、図７は、図５のＤ
−Ｄ線で見た、ケース５３を除いた部分の断面図であ
る。

【００３３】図６において、３スロットを形成する鉄心
５６はそれぞれ５６ａ、５６ｂ、５６ｃで表し、３スロ
ット内に収納された巻線５７はそれぞれ５７ａ、５７
ｂ、５７ｃで表し、これらの巻線５７ａ、５７ｂ、５７
ｃに３相電流を流すことにより、同期モータまたはサー
ボモータとして回転駆動することができる。また、前記
スロットの開口部には、ホール素子等による磁極センサ
８１が図示の位置でケース５３に固定され、外側出力軸
６０の回転を検出して、サーボモータとしての制御や回
転数の検出を行う。

【００３４】次に、図７において、４スロットを形成す
る鉄心７２はそれぞれ７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄ
で表し、４スロット内に収納された巻線７３はそれぞれ
７３ａ、７３ｂ、７３ｃ、７３ｄで表し、これらの巻線
に直流電流を流すことにより電磁石を形成し、前記導電
体７７に渦電流を発生させてブレーキトルクを生じさせ
る。また、前記スロットの開口部には、ホール素子等に
よる磁極センサ８２が図示の位置でケース５３に固定さ
れ、内側出力軸７６の回転を検出して、サーボモータと
しての制御や回転数の検出を行う。

【００３５】以上の構成による第２の実施形態の同心多
軸モータの制御回路の構成ブロック図を図８に示し動作
を説明する。外側軸モータ部５１の磁極センサ８１から
出力される外側軸回転速度または位置信号ｓ５１は制御
演算部９１に入力され、外部から与えられた速度指令５
１信号と比較され、その偏差に基づいた電流指令信号ｓ
５２と前記回転速度または位置信号ｓ５１とを符号９２
のドライバ５１に与え、このドライバ５１は所定の振幅
と位相を持った３相電流ｓ５３を前記外側軸モータ部５
１に与え、外側出力軸６０を所定の回転数で回転させ
る。

【００３６】内側軸電磁石部５２の磁極センサ８２から
出力される回転速度信号ｓ５４も制御演算部９１に入力
され、外部から与えられた速度指令５２信号と比較さ
れ、その偏差に基づいた電流指令信号ｓ５５を符号９３
のドライバ５２に与え、所定の直流電流ｓ５６を内側軸
電磁石部５２の巻線７３の励磁電流として与え、内側出
力軸７６を回転させる。

【００３７】また２つの回転出力軸の間の速度差を一定
とする制御を行う場合は、外部からの指令信号として、
基準となる回転出力軸の基準速度指令信号および従属し
て回転する回転出力軸の速度差指令信号を制御演算部９
１に入力し、検出した各回転出力軸の回転数から各ドラ
イバに与える指令信号値を演算するような制御も可能で
ある。以上、本発明の一実施形態の動作を図面を参照し
て詳述してきたが、本発明はこの実施形態に限られるも
のではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更
等があっても本発明に含まれる。例えば、上述した実施
形態による同心多軸モータにおいては、２軸のものに付
いて説明したが、軸数はこれに限定されることなく３軸
以上としても良い。

【００３８】

【発明の効果】これまでに説明したように、この発明に
よれば次のような効果が得られる。 １）複数の同心多軸モータの回転系が1台のモータとし
て構成され、一体構造となるので、組み立てに高度な技
術や熟練を要せず、同心配置の経年的な位置変化に対す
る保守や修正の必要がなくなる。

【００３９】２）複数のモータを同心多軸の一体構造と
して外側中空軸と内側回転軸との間に軸受を配置するの
で、内側軸の軸受支持を負荷側に近づける事ができ、内
側軸駆動モータから見た負荷側がオーバーハングになる
ことなく支持することが可能となり、軸受にかかる負荷
が軽減し、軸受の損傷や寿命の短縮を回避できる。

【００４０】３）回転出力軸の軸受の支持間の距離を長
く採る事ができるので、回転出力軸の弾性モード変形を
小さくできる。

【００４１】４）複数のモータを一体構造とすることに
より、モータ全体の軸方向長を短縮する事ができ、コン
パクトな形状となるので、設置面積の減少、製造コスト
の低減が可能となる。

【００４２】５）２つの回転系のうちの１つを電磁石部
としてブレーキングにより制御することにより、この回
転系の回転制御を直流電流で行うことができ、２つの回
転系を両方ともモータ部として駆動するよりも、小さい
電流で制御することが可能となり、制御応答が向上し、
制御装置の簡素化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施形態による同心多軸モー
タの軸長方向の断面図である。

【図２】 図１のＡ−Ａ線で見た、ケース３を除いた部
分の断面図である。

【図３】 図１のＢ−Ｂ線で見た、ケース３を除いた部
分の断面図である。

【図４】 本発明の第１の実施形態による同心多軸モー
タの制御回路の構成を示すブロック図である。

【図５】 本発明の第２の実施形態による同心多軸モー
タの軸長方向の断面図である。

【図６】 図５のＣ−Ｃ線で見た、ケース５３を除いた
部分の断面図である。

【図７】 図５のＤ−Ｄ線で見た、ケース５３を除いた
部分の断面図である。

【図８】 本発明の第２の実施形態による同心多軸モー
タの制御回路の構成を示すブロック図である。

【図９】 従来の技術による同心多軸モータの軸長方向
の断面図である。

【符号の説明】

１ 外側軸電磁石部 ２ 内側軸モータ部 ３ ケース ４ エンドプレート ５ リング状鉄心 ６ 鉄心 ７ 巻線 ８ 軸受 ９ 軸受 １０ 外側出力軸 １１ 導電体 ２１ リング状鉄心 ２２ 鉄心 ２３ 巻線 ２４ 軸受 ２５ 軸受 ２６ 内側出力軸 ２７ 界磁磁石 ２８ 界磁磁石 ３１ 磁極センサ ３２ 磁極センサ ４１ 制御演算部 ４２ ドライバ１ ４３ ドライバ２ ５１ 外側軸モータ部 ５２ 内側軸電磁石部 ５３ ケース ５４ エンドプレート ５５ リング状鉄心 ５６ 鉄心 ５７ 巻線 ５８ 軸受 ５９ 軸受 ６０ 外側出力軸 ６１ 界磁磁石 ７１ リング状鉄心 ７２ 鉄心 ７３ 巻線 ７４ 軸受 ７５ 軸受 ７６ 内側出力軸 ７７ 導電体 ７８ 界磁磁石 ８１ 磁極センサ ８２ 磁極センサ ９１ 制御演算部 ９２ ドライバ５１ ９３ ドライバ５２ １０１ 内側軸駆動モータ １０２ 内側出力軸 １０３ 外側軸駆動モータ １０４ 外側出力軸 １０５ ケース １０６ 取り付け足 １０７ 共通ベース １０８ ケース １０９ 取り付け足 １１０ 永久磁石 １１１ 永久磁石

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【手続補正書】

【提出日】平成９年４月２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同心状に設けられた内側出力軸および中
   空の外側出力軸と、 これらの間に設けられて互いに回転自在に支持する軸受
   と、 前記内側出力軸の外側面に設けられて前記内側出力軸と
   前記外側出力軸との間に誘導トルクを作用させる界磁磁
   石と、 交流電流を印加して前記内側および外側の出力軸のいず
   れか一方へ駆動力を作用させる第１のコイルと、 前記内側および外側の出力軸のいずれか他方に設けられ
   た導電体と、 直流電流を印加して前記導電体へ制動力を作用させる第
   ２のコイルと、 を一体構造として１つのケースに収納したことを特徴と
   する同心多軸モータ。
2. 【請求項２】 同心状に設けられた内側出力軸および中
   空の外側出力軸と、 これらの間に設けられて互いに回転自在に支持する軸受
   と、 前記外側出力軸の内側面に設けられて前記内側出力軸と
   外側出力軸との間に誘導トルクを作用させる界磁磁石
   と、 交流電流を印加して前記内側および外側の出力軸のいず
   れか一方へ駆動力を作用させる第１のコイルと、 前記内側および外側の出力軸のいずれか他方に設けられ
   た導電体と、 直流電流を印加して前記導電体へ制動力を作用させる第
   ２のコイルと、 を一体構造として１つのケースに収納したことを特徴と
   する同心多軸モータ。
3. 【請求項３】 前記モータ部および前記電磁石部の制御
   演算部にそれぞれ独立した速度指令信号を与え、前記モ
   ータ部には所定の振幅と所定の位相を持った電流を印加
   して速度制御し、前記電磁石部は前記誘導トルクによっ
   て駆動され、直流電流の印加による電磁石で生ずる制動
   トルクにより速度制御を行うことを特徴とする請求項１
   または請求項２に記載の同心多軸モータ。
4. 【請求項４】 前記モータ部の前記制御演算部に基準速
   度指令信号を与え、前記電磁石部に前記モータ部との速
   度差指令信号を与えて速度制御を行うことを特徴とする
   請求項１または請求項２に記載の同心多軸モータ。