JPH11275851A - 可変ギャップ型モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の出力伝達機構と、固定子および回転子
のそれぞれに設けられる小歯とを削除し、偏心公転する
複数の回転子鉄心の公転力を出力させる。 【解決手段】 固定子２は、複数ｍ個の突極５を有し、
回転子３は、偏心して、回転子クランク軸３ｃに回転自
在に配設される複数個の回転子鉄心３ａ，３ｂを有する
とともに、該回転子鉄心３ａ，３ｂのそれぞれは、その
極性が外周面に沿って交互になるように、ｎ個（ｎは、
ｎ≦（ｍ−１）、またはｎ≧（ｍ＋１）の正の整数）の
永久磁石１５が配設され、前記突極５，５を所定の順番
で励磁して、前記それぞれの回転子鉄心３ａ，３ｂを、
前記突極数ｍと前記永久磁石数ｎとの差によって自転さ
せながら公転させ、その公転出力を前記回転子クランク
軸３ｃを介して、外部に伝達する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、偏心回転子を備え
る可変ギャップ型モータに関し、特に、固定子内を偏心
して自転しながら公転する複数個の回転子鉄心からなる
回転子を有する可変ギャップ型モータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の偏心回転子を備える可変
ギャップ型モータは、一種の可変リラクタンス型モータ
であり、例えば図６および図７に示すような４相８極構
成のものがある。図６および図７において、前記可変ギ
ャップ型モータ３１は、固定子３２と、該固定子３２内
を偏心して公転しながら自転する複数個（例えば、２
個）の回転子鉄心３３ａ，３３ｂを有する回転子３３
と、該回転子鉄心３３ａ，３３ｂの自転による回転出力
のみを出力軸３４ａに伝達する出力伝達機構３４とから
なっている。

【０００３】前記固定子３２は、内側から外側に向かっ
て放射状に等ピッチ角に配設された複数個（例えば、８
個で、Ａ相、Ｂ相〜Ｄ相、逆Ａ相、逆Ｂ相〜逆Ｄ相）の
突極３５が形成された、継鉄を含むほぼ中空円筒状のも
ので、その内周面には、等ピッチで連続的に配設された
複数ｎ（ｎ；正の整数）個の固定子小歯３６を有し、前
記それぞれの突極３５が隣接する突極３５との間は、前
記固定子小歯３６がその間を連続した１つの山または谷
を形成できる間隔で、該固定子小歯３６は実質的に等ピ
ッチで連続的に配設されている。また前記突極３５のそ
れぞれには巻線３７が巻回され、図示しない励磁用電源
から１個または複数個ずつ所定の順番で順次励磁され
る。

【０００４】前記固定子３２内には、該固定子中心軸Ｓ
Ｃから偏心して回転自在に円筒状の前記２個の回転子鉄
心３３ａ，３３ｂが、回転子クランク軸３３ｃ上に配設
されており、その外周面に前記固定子小歯３６と同一ピ
ッチで、該固定子小歯３６と互いに噛合する複数ｍ（ｍ
≦（ｎ−１）；正の整数）個の回転子小歯３８を有し、
前記巻線３７を介して前記それぞれの突極３５を順次励
磁すると、前記回転子鉄心３３ａ，３３ｂは、順次励磁
された前記突極３５に吸引され、前記両小歯３６，３８
を互いに噛合しつつ、前記固定子３２内を偏心しながら
公転するとともに、前記両小歯３６，３８の歯数差に応
じて自転する。

【０００５】前記出力伝達機構３４は、前記回転子鉄心
３３ａ，３３ｂの自転による回転出力をのみをその出力
軸３４ａに伝達する機構であり、前記固定子３２と回転
子３３とともにモータハウジング４０内の固定子中心軸
ＳＣ上に、回転自在（軸受を介して）に配設されてい
る。該機構３４は、固定子中心軸ＳＣ上独立して配設さ
れる出力軸３４ａと、該出力軸３４ａに形成された端板
部３４ｂと、該端板部３４ｂの前記固定子中心軸ＳＣか
ら所定の半径位置Ｒに該固定子中心軸ＳＣに平行に設け
られた断面円形の複数個（８個）のピン３４ｃとからな
っている。

【０００６】前記回転子３３の該回転子鉄心３３ａ，３
３ｂは、固定子中心軸ＳＣ上に、回転自在（軸受を介し
て）に支持されたクランク軸３３ｃに、回転自在（軸受
を介して）に、かつそれぞれの回転子鉄心３３ａ，３３
ｂの中心が、前記固定子中心軸ＳＣから同一偏心距離で
等ピッチ角（この場合、１８０度）に配設される。該そ
れぞれの回転子鉄心３３ａ，３３ｂは、そのの中心か
ら、前記出力伝達機構３４のピン３４ｃの前記固定子中
心軸ＳＣからの所定半径Ｒ位置と同一の半径位置に中心
を有し、前記ピン３４ｃの直径より大きな直径を有する
ピン貫通穴３３ｄが設けられている。そして、該ピン貫
通穴３３ｄと前記ピン３４ｃとの直径の差は、前記回転
子鉄心３３ａ，３３ｂの偏心公転時の半径方向の移動距
離Ｓ（偏心距離の２倍）にほぼ等しく形成させて、前記
ピン貫通穴３３ｄを貫通する前記ピン３４ｃを介して、
該回転子鉄心３３ａ，３３ｂの自転による回転出力のみ
を、該回転子３３の公転とは無関係に、前記出力伝達機
構３４の出力軸３４ａに伝達する。

【０００７】そこで、前記固定子３２のそれぞれの突極
３５を順次切換えながら励磁すると、前記回転子鉄心３
３ａ，３３ｂは、順次励磁された突極３５の前記固定子
小歯３６のピッチ円のほぼ法線方向に吸引され、前記両
小歯３６，３８を互いに噛合しつつ、前記固定子３２内
を偏心しながら公転するとともに、前記両小歯３６，３
８の歯数差に応じて自転する。この回転子３３の自転に
よる滑らかで大きな回転トルクを、前記出力伝達機構３
４を介して、その出力軸３４ａに伝達して外部に出力し
ている。（同一出願人による出願、特願平９−１３３２
６６号）

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の偏心回転子を有する可変ギャップ型モータ３１にあ
っては、下記のような問題点があった。 （１） 偏心して公転する前記回転子鉄心３３ａ，３３
ｂの自転力（自転回転トルク）を出力するため、複雑な
前記出力伝達機構３４を設けなければならなかった。ま
た、前記回転子鉄心３３ａ，３３ｂを支持する回転子ク
ランク軸３３ｃと、前記出力伝達機構３４の出力軸３４
ｃとを同じ前記固定子中心軸ＳＣ上に配置するため、該
中心軸ＳＣ方向の長さが長くなってしまう。

【０００９】（２） 前記固定子３２および回転子３３
のそれぞれの小歯３６，３８同士が、互いに噛み合うた
め、騒音が発生する。 （３） 前記小歯３６，３８は、互いの噛み合い時に、
摩耗されるので、その精度の経時変化が発生する。 （４） 前記回転子鉄心３３ａ，３３ｂの材質は、その
磁気特性を考慮すると、硬度の低い材料を選択しなけれ
ばならず、前記出力伝達機構３４のピン３４ｃと、該ピ
ン３４ｃが挿入、接触される貫通穴３３ｄとの間で、摩
耗が発生する。

【００１０】本発明はかかる点に鑑みなされたもので、
その目的は前記問題点を解決し、前記出力伝達機構と、
前記固定子および回転子のそれぞれに設けられる小歯と
を削除するとともに、前記回転子鉄心の公転力（公転回
転トルク）を出力する可変ギャップ型モータを提供する
ことにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明の可変ギャップ型モータの構成は、内側に向か
って放射状に等ピッチ角に配設された複数ｍ個の突極の
それぞれに巻線が巻回される固定子と、該固定子内に、
該固定子の中心軸から偏心して回転子クランク軸に回転
自在に配設される複数個の回転子鉄心を有する回転子と
を備えるモータにおいて、次のとおりである。

【００１２】（１） 前記回転子のそれぞれの回転子鉄
心には、前記突極に空隙を介して対向し、その極性が外
周面に沿って交互になるように、偶数ｎ個（ｎは、ｎ≦
（ｍ−１）、またはｎ≧（ｍ＋１）の正の整数）の永久
磁石が配設されており、前記突極を所定の順番で励磁す
ることにより、前記それぞれの回転子鉄心を、前記突極
数ｍと前記永久磁石数ｎとの差によって自転させながら
公転させ、その公転出力、すなわち公転トルクを前記回
転子クランク軸を介して、外部に伝達することを特徴と
する。

【００１３】（２） 前記（１）において、前記複数個
の回転子鉄心は、それぞれの中心が前記固定子中心軸か
ら同一距離で、同一ピッチ角度に前記回転子クランク軸
に配設されることを特徴とする。

【００１４】本発明は、以上のように構成されているの
で、回転子を、同一形状の複数個の回転子鉄心からなる
ようにし、軸受を介して回転子クランク軸に偏心し、互
いに独立して回転自在に配設し、それぞれの回転子鉄心
の中心軸が公転中心軸（固定子中心軸）に対して等偏心
距離、等ピッチ角に前記クランク軸に配置することによ
り、該回転子全体として機械的なバランスがとられる。
該回転子鉄心の数は２個に限らず、３個以上でもよい。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の好
適な発明の実施の形態を例示的に詳しく説明する。すな
わち、この可変ギャップ型モータは、固定子および回転
子のそれぞれに設けられ、互いに噛合する小歯を削除し
て、複数個の偏心して配置された回転子鉄心のそれぞれ
の外周面に沿って、その極性が交互になるように、それ
ぞれ複数個の永久磁石を配設する。前記固定子の内周面
と、前記回転子鉄心のそれぞれの外周面との間に空隙を
設けて、該回転子鉄心のそれぞれを回転自在（軸受を介
して）に支持する回転子クランク軸を出力軸とする。そ
して、前記固定子の突極のそれぞれを巻回する巻線を所
定の順番で励磁することにより、前記回転子鉄心を自転
させながら公転させ、その公転出力を前記回転子クラン
ク軸を介して、外部に伝達するものである。

【００１６】図１および図２は、本発明の可変ギャップ
型モータの一実施の形態を示す３相６極構成の場合の図
で、図１は該可変ギャップ型モータの縦断面図、図２
は、図１のII-II 線矢視による断面図である。

【００１７】図１および図２において、前記可変ギャッ
プ型モータ１は、固定子２と、該固定子２内を偏心して
公転しながら自転する複数個（本実施の形態では２個の
場合を示す）の回転子鉄心３ａ，３ｂと、該回転子鉄心
３ａ，３ｂの公転による回転出力を出力する回転子クラ
ンク軸３ｃとからなる回転子３とから構成されている。

【００１８】前記固定子２の固定子鉄心２０は、突極鉄
心部２１と、継鉄鉄心部２２とからなる。該固定子鉄心
２０は、図２に示すように、例えば珪素鋼板を積層して
形成された中空円筒状のもので、前記突極鉄心部２１
は、内側に向かって放射状に等ピッチ角に配設された複
数のｍ個（本実施の形態ではｍ＝６個）の突極５（それ
ぞれＡ相，Ｂ相，Ｃ相，逆Ａ相，逆Ｂ相，逆Ｃ相）が形
成され、前記継鉄鉄心部２２は、前記突極鉄心部２１に
一体的に連結するように形成されるとともに、該それぞ
れの突極５，５には、励磁用の巻線７，７が巻回されて
いる。そして、該それぞれの巻線７，７には、図示しな
い励磁用電源から１個（または複数個）ずつの突極５が
順次励磁されるようになっている。なお、該巻線７は絶
縁材で成形（例えばモールド）されている。

【００１９】前記固定子２内には、回転子３として、図
１および図２に示すように、公転しながら自転する２個
の円筒状の前記回転子鉄心３ａ，３ｂが、固定子中心軸
ＳＣ上に回転自在に支持された、図３（ａ）および図３
（ｂ）に示す回転子クランク軸３ｃの嵌合部３ｄ，３ｅ
に、それぞれ２個ずつの軸受１１ａ，１１ｂ；１１ｃ，
１１ｄを嵌合させ、回転自在に配設されている。

【００２０】前記それぞれの回転子鉄心３ａ，３ｂの中
心ＲａＣ，ＲｂＣは、図４に示すように、該回転子クラ
ンク軸３ｃの嵌合部３ｄ，３ｅにより、該回転子クラン
ク軸３ｃの中心、すなわち前記固定子中心軸ＳＣに対し
て互いに逆方向（等ピッチ角１８０度で）に同一距離Δ
Ｌだけ偏心して配置されている。この場合、前記回転子
クランク軸３ｃの、前記回転子鉄心３ａ，３ｂを配設し
ている部分（クランク部）の半径は、図３（ｂ）に示す
ように、該回転子クランク軸３ｃの半径をｒとすると、
ｒ＋ΔＬである。なお、前記回転子鉄心が３個の場合
は、前記等ピッチ角は１２０度になる。

【００２１】前記回転子クランク軸３ｃは、前記固定子
２および回転子鉄心３ａ，３ｂを内部に収容する、モー
タハウジング１０内であって、該モータハウジング１０
の前記固定子中心軸ＳＣ上に配設された軸受１２ａ，１
２ｂにより回転自在に支持、配設されている。

【００２２】前記２個の回転子鉄心３ａ，３ｂは、それ
ぞれ前記固定子２の内周面の直径より小さい直径を有
し、それぞれの外周面は、前記固定子２の突極５，５に
空隙を介して対向し、その極性が円周方向の外周面に沿
って交互に繰り返される、偶数のｎ個（ｎは、ｎ≦（ｍ
−１）、またはｎ≧（ｍ＋１）の正の整数で、本実施の
形態では、ｎ≦（ｍ−１）を採用し、ｎ≦（６−１）
で、ｎ＝４個）の永久磁石１５が等ピッチで配設されて
いる。

【００２３】そして、前記巻線７を介し前記それぞれの
突極５（Ａ相，Ｂ相，Ｃ相，逆Ａ相，逆Ｂ相，逆Ｃ相）
を所定の順番で順次励磁すると、前記回転子鉄心３ａ，
３ｂは、順次励磁された前記突極５，５に吸引されつ
つ、前記固定子２内を偏心して、前記突極５，５の個数
ｍと前記永久磁石１５の個数ｎとの差によって自転され
ながら公転するとともに、その公転出力（公転による回
転トルク）を前記回転子クランク軸３ｃを介して、外部
に伝達ようになっている。

【００２４】図５は、図２または図４の状態から、前記
固定子２の前記それぞれの突極５をＡ相からＢ相に切換
えて励磁したときの、前記回転子鉄心３ａの回転変化を
示す図である。

【００２５】すなわち、最初に、磁極５のＡ相を励磁
し、該Ａ相をＮ極とすると、一方の回転子鉄心３ａの外
周面に配設されている永久磁石１５のＳ極は、そのほぼ
中心が、図４のように、Ａ相の突極５の内周円（固定子
内周面における円）上のほぼ法線方向に吸引され、該Ａ
相の突極５と向かい合う位置で停止する。次いで、Ａ相
の励磁を切りＢ相を励磁し、該Ｂ相をＳ極とすると、回
転子鉄心３ａの、前記永久磁石（Ｓ極）１５の隣に配設
された永久磁石１５のＮ極は、前記同様に、Ｂ相の突極
５に吸引される。このため、該回転子鉄心３ａは、前記
回転子クランク軸３ｃとともに、図５のように角度θ１
だけ公転して、停止する。

【００２６】さらに、Ｂ相の励磁を切りＣ相を励磁する
と、前記回転子鉄心３ａの、前記永久磁石（Ｎ極）１５
の隣に配設された永久磁石１５のＳ極は、前記同様に、
Ｃ相の突極５に吸引され、該回転子鉄心軸３ａは、さら
に角度θ１だけ公転して、停止する（合計で角度θ１の
２回分回転）。このように、自転しながら偏心公転する
前記回転子鉄心３ａの公転出力が、軸受１１ａ，１１ｂ
を介して、前記回転子クランク軸３ｃの回転力として伝
達される。

【００２７】また、前記２個の回転子鉄心３ａ，３ｂ
は、その公転軸（固定子中心軸ＳＣ）に対して、互いに
逆方向（等ピッチ角１８０度で）に同一距離ΔＬだけ偏
心して配設されており、他方の回転子鉄心３ｂも突極
５，５，５を逆Ａ相、逆Ｂ相、逆Ｃ相と順次励磁を切り
換えるごとに、１８０度ずれた位置で、前記同様に回転
する。このため、前記回転子鉄心３ａ，３ｂは軸受１１
ａ，１１ｂ；１１ｃ，１１ｄにより配設されている前記
回転子クランク軸３ｃを介して、該回転子鉄心３ａ，３
ｂの公転による大きい回転トルクを、外部に効率よく伝
達することができる。

【００２８】本実施の形態による前記可変ギャップ型モ
ータ１によれば、前記固定子２の突極５，５の励磁によ
る強力な半径方向の吸引力を回転出力に転換することが
でき、強力なトルクを発生させることができるととも
に、前記回転子３の偏心公転運動は、複数個の回転子鉄
心３ａ，３ｂを同一偏心距離、かつ等ピッチ角に配置
し、回転子バランスをとることにより、振動が少なく、
かつ長寿命で信頼性の高い大きなトルクが得られるとい
う効果がある。

【００２９】なお、本発明の技術は前記実施の形態にお
ける技術に限定されるものではなく、同様な機能を果た
す他の態様の手段によってもよく、また、本発明の技術
は前記構成の範囲内において種々の変更、付加が可能で
ある。

【００３０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の可変ギャップ型モータによれば、固定子は、複数個の
突極を有し、回転子は、偏心して、回転子クランク軸に
回転自在に配設される複数個の回転子鉄心を有するとと
もに、該回転子鉄心のそれぞれは、その極性が外周面に
沿って交互になるように、複数個の永久磁石が配設さ
れ、前記突極を所定の順番で励磁して、前記それぞれの
回転子鉄心を、突極数と永久磁石数との差によって自転
させながら公転させ、その公転出力を前記回転子クラン
ク軸を介して、外部に伝達するので、従来の可変ギャッ
プ型モータに対して、前記回転子からの出力を伝達する
出力伝達機構と、前記固定子および回転子のそれぞれに
設けられる小歯とを削除することができる。このため、
中心軸方向の長さを短くでき、前記小歯から発生してい
た騒音をなくすとともに、摩耗される部分を少なくする
ことができるので、コンパクトで、寿命の長い可変ギャ
ップ型モータを提供することができる。

【００３１】また、同時に、前記回転子の回転子鉄心の
公転力（公転回転トルク）を出力することができ、かつ
偏心公転する回転子鉄心が複数個でも、それらの回転子
鉄心から公転による大きな回転出力（回転トルク）を同
時に取り出すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の可変ギャップ型モータの一実施の形態
を示す該モータの縦断面図である。

【図２】図１のII-II 線矢視による断面図である。

【図３】２個の回転子鉄心が配設される回転子クランク
軸で、図３（ａ）はその正面図、図３（ｂ）はその右側
面図である。

【図４】図２に対応する断面図で、Ａ相の突極が励磁さ
れたときの図である。

【図５】図４に対応する断面図で、Ｂ相の突極が励磁さ
れたときの図である。

【図６】従来の可変ギャップ型モータの縦断面図であ
る。

【図７】図６のVII-VII 線矢視による側断面図である。

【符号の説明】

１ 可変ギャップ型モータ ２ 固定子 ３ 回転子 ３ａ，３ｂ 回転子鉄心 ３ｃ 回転子クランク軸 ５ 突極 ７ 巻線 １１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１２ａ，１２ｂ 軸
受 １５ 永久磁石 ２０ 固定子鉄心 ２１ 突極鉄心部 ２２ 継鉄鉄心部 ＲａＣ，ＲｂＣ 回転子中心軸（自転軸） ＳＣ 固定子中心軸（公転軸） ΔＬ 偏心距離

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内側に向かって放射状に等ピッチ角に配
   設された複数ｍ個の突極のそれぞれに巻線が巻回される
   固定子と、該固定子内に、該固定子の中心軸から偏心し
   て回転子クランク軸に回転自在に配設される複数個の回
   転子鉄心を有する回転子とを備えるモータにおいて、 前記回転子のそれぞれの回転子鉄心には、前記突極に空
   隙を介して対向し、その極性が外周面に沿って交互にな
   るように、ｎ個（ｎは、ｎ≦（ｍ−１）、またはｎ≧
   （ｍ＋１）の正の整数）の永久磁石が配設されており、 前記突極を所定の順番で励磁して、前記それぞれの回転
   子鉄心を、前記突極数ｍと前記永久磁石数ｎとの差によ
   って自転させながら公転させ、その公転出力を前記回転
   子クランク軸を介して、外部に伝達することを特徴とす
   る可変ギャップ型モータ。
2. 【請求項２】 前記複数個の回転子鉄心は、それぞれの
   中心が前記固定子中心軸から同一距離で、同一ピッチ角
   度に配設されることを特徴とする請求項１に記載の可変
   ギャップ型モータ。