JPH11355988A - ブラシレスｄｃサーボモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低速回転領域では高トルクの出力を得られ、
低負荷の高速回転領域では回転速度を高められるブラシ
レスＤＣサーボモータを提供する。 【解決手段】 制御回路３によって給電制御される３つ
のコイルＬ１〜Ｌ３の磁界内に回動可能に設けたロータ
ユニット２の内部に、遠心力に抗する方向へコイルスプ
リング９ａ〜９ｄで牽引されるようにした高透磁率材製
の第１〜第４可動部材８ａ〜８ｄを設け、コイルスプリ
ング９ａ〜９ｄの張力に抗する遠心力が働いて、第１〜
第４可動部材８ａ〜８ｄが空隙部７ａ〜７ｄを閉塞する
ように移動すると、永久磁石２ａの各磁極と磁気的に結
合した高透磁率材製の磁束誘導体６ａ，６ｂとロータ内
磁束誘導路形成体６ｃ，６ｄとの間のギャップが高透磁
率材により充填され、ロータユニット２内に磁路が形成
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、永久磁石を回動軸
回りに回転可能としたロータと、該ロータの周囲に３個
以上のコイルを配置してなるステータとからなり、ステ
ータの各コイルへの給電制御を行うことで、ロータの永
久磁石の両磁極に作用する磁界を変化させ、ロータを回
転させるブラシレスＤＣサーボモータに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来のブラシレスＤＣサーボモータは９
図に示すようなもので、ブラシレスサーボモータ１０１
は、ケースに固定された３組のコイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３
よりなるステータと、永久磁石で作られたロータ１０２
から構成されており、ロータ１０２たる永久磁石の磁極
位置をホール素子などのセンサ（図示省略）で検出し、
永久磁石の磁極位置に応じてコイルＬ１〜Ｌ３への給電
制御を制御回路１０３が行うことで、ロータ１０２との
間に吸引力もしくは反発力を生じさせて、ロータ１０２
を一定方向へ回転させる力を発生し続けるのである。

【０００３】なお、ブラシレスＤＣサーボモータの動作
原理は、磁界中の導線に電流が流れたとき、磁界と電流
の積に比例する力が発生するという、いわゆる「フレミ
ングの左手の法則」である。そして、モータが発生する
トルクτは、ロータの永久磁石が作り出す磁束密度Ｂ、
コイルに流れる電流ｉより次式で計算できる。

【０００４】τ＝ｋ_t ×Ｂ×ｉ …（１）

【０００５】上記（１）式中のｋ_t はコイルの巻数やモ
ータの形状によって決まる定数である。

【０００６】一方、モータが回転している時に、コイル
の両端には回転速度に比例する電圧が発生する（フレミ
ングの右手の法則）。これはモータの発電機としての作
用を表しており、コイルの両端に発生する電圧Ｅは、ロ
ータの永久磁石が作り出す磁束密度Ｂ、ロータの回転速
度ωより次式で計算できる。

【０００７】Ｅ＝ｋ_e ×Ｂ×ω …（２）

【０００８】上記（２）式中のｋ_e はコイルの巻数やモ
ータの形状によって決まる定数である。

【０００９】以上がブラシレスＤＣサーボモータの基本
原理であり、モータの各種の特性はすべて（１）式と
（２）式より導出することができる。

【００１０】ここで、図１０に示す如く、モータＭに電
圧Ｖの電源を接続し、回転数ωで回転しているとすれ
ば、モータＭのコイルの抵抗をＲとして、オームの法則
と上記（２）式からコイルに流れる電流ｉを、下式のよ
うに計算できる。

【００１１】 ｉ＝（Ｖ−Ｅ）／Ｒ＝（Ｖ−ｋ_e Ｂω）／Ｒ …（３）

【００１２】上記（３）式と（１）式の電流ｉとトルク
τの関係から、トルクτと回転数ωの関係が下式のよう
に得られる。

【００１３】 τ＝ｋ_t Ｂ（Ｖ−ｋ_e Ｂω）／Ｒ …（４）

【００１４】また、上記（４）式において、回転数ωを
トルクτの関数として表せば、下式のようになる。

【００１５】 ω＝Ｖ／ｋ_e Ｂ−（Ｒ／ｋ_t ｋ_e Ｂ² ）τ …（５）

【００１６】上記（５）式を特性図として表示すると、
図１１のようになる。これは、一定の電圧Ｖを与えられ
たモータＭの負荷と回転数の関係を表している。具体的
に説明すれば、モータＭが発生し得る最大のトルクτは
ｋ_t ＢＶ／Ｒであり、このときモータＭの回転数は０で
ある（図１１における点ａ）。そして、負荷トルクτが
減少するに従って回転数ωは増大し、負荷トルクτが０
のときモータＭは最大速度Ｖ／ｋ_e Ｂで回転する（図１
１における点ｂ）。このように、電圧Ｖが一定のもとで
モータＭが回転し得る最大速度ω_max は、負荷トルクτ
を０として、下式で決定される。

【００１７】ω_max ＝Ｖ／ｋ_e Ｂ …（６）

【００１８】すなわち、従来型のモータＭは、与えられ
た電源電圧Ｖで駆動する限り、これ以上の回転速度を得
ることはできないのである。特に近年は、より大きなト
ルクτを得るべく、ロータに希土類磁石を用いるように
なっており、磁束密度Ｂが大きくなったため、最大回転
速度ω_max を大きくすることが一層難しくなってきてい
る。

【００１９】このため、モータＭの最大回転速度を高め
るために、モータＭをより高い電源電圧で駆動する方法
も考えられるが、電源電圧が高くなるために感電等の危
険性が増大してしまうため、好ましくない。そこで、変
速装置を使ってモータの回転速度を切り替えるモータ機
構も提案されている。

【００２０】変速装置を使ったモータ機構の例は、図１
２に示すようなもので、モータＭの駆動軸１０４に第１
駆動ギア１０５ａと第２駆動ギア１０５ｂとを取り付
け、負荷１０６の従動軸１０７には第１従動ギア１０８
ａと第２従動ギア１０８ｂとを取り付け、負荷１０６を
モータＭの回転速度で回転させる低速領域においては、
ギア比が１：１となる第１駆動ギア１０５ａと第１従動
ギア１０８ａとを噛み合わせ（図１２（ａ）参照）、負
荷１０６を高速回転させる高速領域においては、ギア比
がｎ：１となる第２駆動ギア１０５ｂと第２従動ギア１
０８ｂとを噛み合わせる（図１２（ｂ）参照）。

【００２１】すなわち、負荷の起動時や加速動作時など
の大きなトルクを必要する場合には、ギア比が１：１と
なるようにし、大トルクを必要としない高速動作時には
ギア比がｎ：１となるように変速すればよいのである。

【００２２】上述したような変速装置を用いたモータ機
構のトルクと回転数の特性図は、図１３に示すようなも
のとなり、例えば、ギア比１：１で負荷に接続されたモ
ータＭの起動直後である点ａから徐々に回転数が上昇し
て負荷トルクが低下した点ｂにおいてギアを切り替える
と、ギア比がｎ：１に変わることで点ｃに移行し、負荷
トルクが０となる点ｄの回転数を高くすることができ
る。すなわち、モータＭ自体の特性は同じであるが、低
速回転時と高速回転時とでギアを切り替えることにより
モータ機構としての出力特性を変えられるのである。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たような変速装置を用いて最大回転速度を高くするモー
タ機構では、モータの他に複雑な変速機構が必要となる
ために、機構の重量増大を招いてしまい、小型軽量が要
求される分野では利用できない。特に、敏速な起動・停
止制御と高速動作が要求されるロボットの駆動系等に搭
載するブラシレスＤＣサーボモータの機構としては好ま
しくない。

【００２４】そこで、本発明は、重く嵩張る駆動機構を
用いることなく、負荷トルクの大きな低速回転状態から
負荷トルクが軽減された高速回転状態になると、自動的
に最大回転速度が高められ、負荷トルクの軽減された高
速回転状態から負荷トルクの大きな低速回転状態になる
と自動的に大トルクを発生させられるようなブラシレス
ＤＣサーボモータの提供を目的とする。

【００２５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に係るブラシレスＤＣサーボモータは、永
久磁石（２ａ）を回動軸（２ｂ）回りに回転可能とした
ロータ（例えば、ロータユニット２）と、該ロータの周
囲に３個以上のコイル（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３）を配置して
なるステータとからなり、ステータの各コイルへの給電
制御を行うことで、ロータの永久磁石の両磁極に作用す
る磁界を変化させ、ロータを回転させるブラシレスＤＣ
サーボモータ（１）において、ロータの回転速度上昇に
伴って増大する遠心力により、永久磁石の磁束をロータ
内に誘導する磁路を形成するロータ内磁路形成手段を備
えるものとした。

【００２６】また、請求項２に係るブラシレスＤＣサー
ボモータは、請求項１のロータ内磁路形成手段として、
永久磁石の両磁極間を高透磁率材料で短絡するように設
けたロータ内磁路の一部にギャップ（例えば、磁束誘導
体６ａ，磁束誘導体６ｂ，ロータ内磁束誘導路形成体６
ｃ，ロータ内磁束誘導路形成体６ｄの間に生ぜしめた空
隙部７ａ〜７ｄ）を形成し、該ギャップを閉塞し得る形
状の高透磁率材よりなる可動部材（例えば、第１〜第４
可動体８ａ〜８ｄ）を回動軸側へ向わせる力を有弾性体
（例えば、コイルスプリング９ａ〜９ｄ）により付与
し、ロータの回転速度上昇に伴って増大する遠心力によ
り有弾性体の弾性力に抗して可動部材がギャップ内へ移
動することで、ロータ内磁路が形成されるようにした。

【００２７】また、請求項３に係るブラシレスＤＣサー
ボモータは、請求項１のロータ内磁路形成手段として、
永久磁石の両磁極間に高透磁率材料よりなる透磁性壁体
（例えば、磁束誘導体１０ａ，磁束誘導体１０ｂ，ロー
タ内磁束誘導路形成体１０ｃ，ロータ内磁束誘導路形成
体１０ｄ）で仕切った磁性体封入空部（例えば、第１〜
第４磁性体封入空部１１ａ〜１１ｄ）を形成し、該磁性
体封入空部内に磁性流体等の流動性を有する磁性体（例
えば、磁性流体１２…）を封入し、磁性体封入空部内で
磁極に吸着されている磁性体がロータの回転速度上昇に
伴って増大する遠心力により磁性体封入空部の内周壁面
に広がることで、透磁性壁体と磁性体よりなるロータ内
磁路が形成されるようにした。

【００２８】また、請求項４に係るブラシレスＤＣサー
ボモータは、永久磁石（２０ａ）を回動軸（２０ｂ）回
りに回転可能としたロータ（例えば、ロータユニット２
０）と、該ロータの周囲に３個以上のコイル（Ｌ１，Ｌ
２，Ｌ３）を配置してなるステータとからなり、ステー
タの各コイルへの給電制御を行うことで、ロータの永久
磁石の両磁極に作用する磁界を変化させ、ロータを回転
させるブラシレスＤＣサーボモータ（１″）において、
ロータ内に設けた永久磁石の両磁極からロータ外部へ磁
束を導く磁束誘導路を形成する磁束誘導手段を備え、該
磁束誘導手段はロータの回転速度上昇に伴って増大する
遠心力により不能動化するものとした。

【００２９】また、請求項５に係るブラシレスＤＣサー
ボモータは、請求項４の磁束誘導手段として、磁性流体
等の流動性を有する磁性体を封入した磁性体封入空部
（例えば、第１，第２磁性体封入空部２１ａ，２１ｂ）
をロータ内に形成し、該磁性体封入空部に永久磁石の磁
極を臨ませることで、永久磁石の磁極に吸着された磁性
体が磁束流出方向に集まって、永久磁石の磁極からロー
タ外部へ磁束を導く磁束誘導路が磁性体封入空部内に形
成されるものとし、ロータの回転速度上昇に伴って増大
する遠心力により磁性体が磁極から引き離されること
で、磁性体封入空部内で磁束をロータ外部へ導く磁束誘
導路が消失するようにした。

【００３０】

【作用】したがって、請求項１に係るブラシレスＤＣサ
ーボモータによれば、負荷トルクの大きな低速回転状態
においては、ロータ内磁路形成手段がロータ内磁路を形
成し得るほどの遠心力は生じないが、高速回転状態にな
って遠心力が増大すると、ロータ内磁路形成手段によっ
てロータ内磁路が形成されるので、永久磁石からロータ
外に漏れ出てステータの各コイルに作用する磁束が小さ
くなり、反磁作用によるロータの回転制限が低減され
る。

【００３１】また、請求項４に係るブラシレスＤＣサー
ボモータによれば、負荷トルクの大きな低速回転状態に
おいては、永久磁石の磁極からロータ外へ磁束を導く磁
束誘導路を形成する磁束誘導手段を不能動化し得るほど
の遠心力は生じないが、高速回転状態になって遠心力が
増大すると、磁束誘導手段が不能動化して磁束誘導路が
形成されなくなるので、永久磁石の磁極からロータ外に
漏れ出てステータの各コイルに作用する磁束が小さくな
り、反磁作用によるロータの回転制限が低減される。

【００３２】

【発明の実施の形態】次に、本発明に係るブラシレスＤ
Ｃサーボモータの実施形態を添付図面に基づいて詳細に
説明する。

【００３３】図１に示すのは、第１実施形態に係るブラ
シレスＤＣサーボモータ１であり、ケースに固定された
３組のコイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３よりなるステータと、例
えば円筒状のロータユニット２から構成してある。ロー
タユニット２は永久磁石２ａを備えるものとし、回動軸
２ｂから対称な位置に２つの磁極が各々位置するような
配置構造とし、上記永久磁石２ａの磁極位置をホール素
子などのセンサ（図示省略）で検出し、永久磁石２ａの
磁極位置に応じてコイルＬ１〜Ｌ３への給電制御を制御
回路３が行うことで、永久磁石２ａの磁極との間に吸引
力もしくは反発力を生じさせて、ロータユニット２を一
定方向へ回転させる力を与えるのである。

【００３４】上記ロータユニット２の詳細を説明する。
ロータユニット２の主要な構造は、非透磁率材料よりな
る中空筒状の周壁体４と、磁石２ａを保持すると共に該
磁石２ａよりも若干径の小なる中実な概略円柱状の芯体
５と、上記周壁体４と芯体５との間に生じた円環状の空
部内において磁石２ａの磁極端と周壁体４の内面との間
を閉止するように設けた高透磁率材製の磁束誘導体６
ａ，６ｂと、これら磁束誘導体６ａ，６ｂと空隙部７
ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄを介して周壁体４と芯体５との間
に生じた円環状の空部を閉止するように設けた高透磁率
材製のロータ内磁束誘導路形成体６ｃ，６ｄである。

【００３５】そして、上記磁束誘導体６ａとロータ内磁
束誘導路形成体６ｃとの間の空隙部７ａを閉塞し得る所
要形状の高透磁率材よりなる第１可動体８ａは、芯体５
内に形成した第１可動体収容空部５ａ内に収容されるよ
うにコイルスプリング９ａにより引き込まれるものとし
てあり、コイルスプリング９ａの牽引力に抗する力が作
用すると、第１可動体８ａは可動体収容空部５ａ内から
空隙部７ａへスライド移動してゆき、磁束誘導体６ａか
らロータ内磁束誘導路形成体６ｃへ至るギャップを高透
磁率材料で充足した状態となる。

【００３６】同様に、上記磁束誘導体６ａとロータ内磁
束誘導路形成体６ｄとの間の空隙部７ｂを閉塞し得る所
要形状の高透磁率材よりなる第２可動体８ｂは、芯体５
内に形成した第２可動体収容空部５ｂ内に収容されるよ
うにコイルスプリング９ｂにより引き込まれるように、
上記磁束誘導体６ｂとロータ内磁束誘導路形成体６ｃと
の間の空隙部７ｃを閉塞し得る所要形状の高透磁率材よ
りなる第３可動体８ｃは、芯体５内に形成した第３可動
体収容空部５ｃ内に収容されるようにコイルスプリング
９ｃにより引き込まれるように、上記磁束誘導体６ｂと
ロータ内磁束誘導路形成体６ｄとの間の空隙部７ｄを閉
塞し得る所要形状の高透磁率材よりなる第４可動体８ｄ
は、芯体５内に形成した第４可動体収容空部５ｄ内に収
容されるようにコイルスプリング９ｄにより引き込まれ
るように、各々設定してある。

【００３７】上記のように構成したロータユニット２
は、静止状態においては、第１〜第４可動体８ａ〜８ｄ
が各々第１〜第４可動体収容空部５ａ〜５ｄ内にコイル
スプリング９ａ〜９ｄにより引き込まれているために、
磁石２ａのＮ極から出た磁束は第１〜第４空隙部７ａ〜
７ｄへは殆ど漏れ出さず、磁束誘導体６ａ，６ｂによっ
て周壁体４の内周面へ効率良く導かれ、ロータユニット
２の外周面から外部へ抜け出してＳ極へ至る（図２
（ａ）参照）。

【００３８】そして、制御回路３からコイルＬ１〜Ｌ３
への給電制御によりロータユニット２が回転を始め、徐
々に回転速度が高くなると、第１〜第４可動部材８ａ〜
８ｄにはコイルスプリング９ａ〜９ｄの牽引力に抗する
ように遠心力が作用し始め、第１〜第４可動部材８ａ〜
８ｄは空隙部７ａ〜７ｄを閉塞する方向へ移動してゆ
き、磁束誘導体６ａ，６ｂとロータ内磁束誘導路形成体
６ｃ，６ｄとの間のギャップが高透磁率材料で充足され
た状態となり、ロータユニット２内には、磁束誘導体６
ａ→第１可動体８ａ→ロータ内磁束誘導路形成体６ｃ→
第３可動体８ｃ→磁束誘導体６ｂへ至るロータ内磁路
と、磁束誘導体６ａ→第２可動体８ｂ→ロータ内磁束誘
導路形成体６ｄ→第４可動体８ｄ→磁束誘導体６ｂへ至
るロータ内磁路と、が形成され、ロータユニット２の外
部へ漏れ出す磁束が減少し、ステータのコイルＬ１〜Ｌ
３に作用する磁束密度は低くなるのである。

【００３９】すなわち、本第１実施形態における磁束誘
導路形成手段は、永久磁石２ａの両磁極間を高透磁率材
料で短絡するようなロータ内磁路を磁束誘導体６ａ，６
ｂとロータ内磁束誘導路形成体６ｃ，６ｄと第１〜第４
可動体８ａ〜８ｄにより形成すると共に、第１〜第４可
動体８ａ〜８ｄを芯体５に設けた第１〜第４可動体収容
部５ａ〜５ｄへ引き込む力（ロータ内磁路から回動軸２
ｂ側へ向わせる力）をコイルスプリング９ａ〜９ｄによ
り付与することにより形成するものとした。

【００４０】この特性を図３により説明すると、低速回
転時の磁束密度ＢはＢ₀ で、コイルスプリング９ａ〜９
ｄの牽引力に抗して第１〜第４可動体８ａ〜８ｄを移動
させ得るほどの遠心力が作用していない低速域（図３中
の点ａ〜点ｂの範囲）では、ステータに作用する磁束密
度は変化せず、ほぼ一定値を保つが、負荷トルクが減少
してロータユニット２が低速域を脱すると、コイルスプ
リング９ａ〜９ｄの牽引力を遠心力が上回って、空隙部
７ａ〜７ｄを閉塞するように第１〜第４可動体８ａ〜８
ｄが移動してゆき（図３中の点ｂ〜点ｃの範囲）、ステ
ータに作用する磁束密度ＢはＢ₀ ／ｎにまで減少する。
従って、高速域（図３中の点ｃ〜点ｄの範囲）において
は、より回転数を高くまで上げることが可能となる。

【００４１】よって、上述した構成のロータユニット２
を備えるブラシレスＤＣサーボモータ１においては、図
４に示すような特性を得ることが可能となる。すなわ
ち、ロータ内磁路形成手段が機能していない状態では、
回転速度が高まるに連れてトルクが減少するように点ａ
から点ｂへ至る特性を呈するが、ロータ内磁路形成手段
が機能し始めるとトルクの減少に伴う回転数の上昇度合
いが高まるような点ｂから点ｃへ至る特性を呈し、ロー
タ内磁路が完全に形成されて、ロータユニット２からス
テータに作用する磁束Ｂが１／ｎになると点ｃから点ｄ
へ至る特定を呈する。

【００４２】してみれば、ロータユニット２からステー
タに作用する磁束Ｂが１／ｎとなることで、負荷トルク
が０の状態ではロータユニット２の回転速度は、ｎＶ／
ｋ_eＢとなり、ロータ内磁路形成手段によってロータ内
部へ誘導される磁束が多いほど、回転速度は高くなるの
である。なお、回転数と磁束密度の特性は、可動体等の
磁路を形成する部材の材質や形状、可動体を遠心力に抗
して止めておくコイルスプリングの弾性係数等で変化さ
せることができるので、これらを適宜に設定すること
で、所望の特性を得ることができる。

【００４３】このように、本発明に係るブラシレスＤＣ
サーボモータ１においては、低速回転時には高トルクの
出力を得られると共に、低トルク時には回転数を高くす
ることができ、しかも、変速装置を別途必要とするよう
な従来のモータ機構の如く重く嵩張るようなことがない
ので、ロボットの駆動系に好適である。

【００４４】なお、上記実施形態においては、第１〜第
４可動体８ａ〜８ｄを第１〜第４可動体収容空部５ａ〜
５ｄ内へ向わせる為にコイルスプリング９ａ〜９ｄを用
いるものとしたが、適宜な有弾性体であれば何でも良
く、例えば適宜な弾力性を有する板状ゴム等で代用して
も良い。また、第１〜第４可動体８ａ〜８ｄが第１〜第
４可動体収容空部５ａ〜５ｄから空隙部７ａ〜７ｄへ移
動する際に生ずる摩擦が摺動抵抗となってしまうので、
摺動抵抗を低減するような摺動抵抗軽減手段を設けるこ
とが望ましい。

【００４５】図５に示すのは、第２実施形態に係るブラ
シレスＤＣサーボモータ１′であり、ケースに固定され
た３組のコイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３よりなるステータと、
例えば円筒状のロータユニット２′から構成してある。
本ロータユニット２′も、上記ロータユニット２と同様
に永久磁石２ａを備えるものとし、回動軸２ｂから対称
な位置に２つの磁極が各々位置するような配置構造と
し、上記永久磁石２ａの磁極位置をホール素子などのセ
ンサ（図示省略）で検出し、永久磁石２ａの磁極位置に
応じてコイルＬ１〜Ｌ３への給電制御を制御回路３が行
うことで、永久磁石２ａの磁極との間に吸引力もしくは
反発力を生じさせて、ロータユニット２′を一定方向へ
回転させる力を与えるのである。

【００４６】上記ロータユニット２′も、非透磁率材料
よりなる中空筒状の周壁体４と、磁石２ａを保持すると
共に該磁石２ａよりも若干径の小なる中実な概略円柱状
の芯体５とを備え、上記周壁体４と芯体５との間に生じ
た円環状の空部内において磁石２ａの磁極端と周壁体４
の内面との間を閉止するように設けた高透磁率材製の磁
束誘導体１０ａ，１０ｂを設けると共に、周壁体４と芯
体５との間に生じた円環状の空部内に第１磁性体封入空
部１１ａ，第２磁性体封入空部１１ｂ，第３磁性体封入
空部１１ｃ，第４磁性体封入空部１１ｄが形成されるよ
うに、永久磁石２ａの磁極方向に直交する位置へ高透磁
率材製のロータ内磁束誘導路形成体１０ｃ，１０ｄを設
けてあり、第１〜第４磁性体封入空部内には磁性流体１
２を封入してある。なお、磁性流体１２は、強磁性体の
微粒子を液体中に多量に分散させたコロイド溶液であ
る。

【００４７】上記のように構成したロータユニット２′
は、静止状態においては、磁性流体１２が第１〜第４磁
性体封入空部１１ａ〜１１ｄ内で、永久磁石２ａの磁極
に吸着されているために、磁石２ａのＮ極から出た磁束
は磁束誘導体１０ａ，１０ｂと磁性流体１２によって周
壁体４の内周面へ効率良く導かれ、ロータユニット２′
の外周面から外部へ抜け出してＳ極へ至る（図６（ａ）
参照）。

【００４８】そして、制御回路３からコイルＬ１〜Ｌ３
への給電制御によりロータユニット２′が回転を始め、
徐々に回転速度が高くなると、第１〜第４磁性体封入空
部１１ａ〜１１ｄ内に封入された磁性流体１２…は、遠
心力によって周壁体４の内面側へ押しつけられてゆき、
磁束誘導体１０ａ，１０ｂとロータ内磁束誘導路形成体
１０ｃ，１０ｄとの間のギャップが磁性流体１２…で充
足された状態となり、ロータユニット２′内には、磁束
誘導体１０ａ→第１磁性体封入空部１１ａ内の磁性流体
１２→ロータ内磁束誘導路形成体１０ｃ→第３磁性体封
入空部１１ｃ内の磁性流体１２→磁束誘導体１０ｂへ至
るロータ内磁路と、磁束誘導体１０ａ→第２磁性体封入
空部１１ｂ内の磁性流体１２→ロータ内磁束誘導路形成
体１０ｄ→第４磁性体封入空部１１ｄ内の磁性流体１２
→磁束誘導体１０ｂへ至るロータ内磁路と、が形成さ
れ、ロータユニット２′の外部へ漏れ出す磁束が減少
し、ステータのコイルＬ１〜Ｌ３に作用する磁束密度は
低くなるのである。

【００４９】すなわち、第２実施形態における磁束誘導
路形成手段は、永久磁石２ａの両磁極間を、高透磁率材
料よりなる磁束誘導体１０ａ，１０ｂとロータ内磁束誘
導路形成体１０ｃ，１０ｄで４つに仕切ることで、第１
〜第４磁性体封入空部１１ａ〜１１ｄを形成すると共
に、各磁性体封入空部１１ａ〜１１ｄ内に流動性を有す
る磁性体として磁性流体１２…を封入し、各磁性体封入
空部１１ａ〜１１ｄ内で永久磁石２ａの磁極に吸着され
ている磁性体がロータの回転速度上昇に伴って増大する
遠心力により各磁性体封入空部１１ａ〜１１ｄの内周壁
面（周壁体４の内周面）に広がることで、透磁性壁体で
ある磁束誘導体１０ａ，１０ｂ及びロータ内磁束誘導路
形成体１０ｃ，１０ｄと磁性流体よりなるロータ内磁路
が形成されるものとしたのである。

【００５０】上記した第２実施形態に係るロータ２′を
備えるブラシレスＤＣサーボモータ１′においても、上
述した第１実施形態に係るブラシレスＤＣサーボモータ
１と同様の効果を期せる。なお、磁性体封入空部内に封
入するのは磁性流体に限らず、磁性を持った粉体、ない
し、細かな金属片を用いてもよい。また、本実施形態に
おける回転数と磁束密度の特性は、磁性体封入空部の形
状，磁性体の種類や粘性等を変えることで、適宜に変化
させることができる。

【００５１】上述した第１実施形態と第２実施形態で示
したブラシレスＤＣサーボモータ１，１′は、何れも、
ロータの回転速度上昇に伴ってロータ外へ漏れ出す磁束
を積極的にロータ内へ導くロータ内磁路を形成すること
で、コイルに作用する磁束を減少させるものであった
が、逆のアプローチを採ることもできる。すなわち、ロ
ータの低速回転時には積極的にロータ外へ磁束を導くよ
うな磁束誘導手段を設けておき、ロータの回転速度上昇
に伴って磁束誘導手段が不能動化することで、ロータ外
へ漏れ出す磁束を減少させるのである。以下、後者の方
法による実施形態を説明する。

【００５２】図７に示すのは、第３実施形態に係るブラ
シレスＤＣサーボモータ１″であり、ケースに固定され
た３組のコイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３よりなるステータと、
例えば円筒状のロータユニット２０から構成してあり、
ロータユニット２０は永久磁石２０ａを備えるものと
し、回動軸２０ｂから対称な位置に２つの磁極が各々位
置するような配置構造とし、上記永久磁石２０ａの磁極
位置をホール素子などのセンサ（図示省略）で検出し、
永久磁石２０ａの磁極位置に応じてコイルＬ１〜Ｌ３へ
の給電制御を制御回路３が行うことで、永久磁石２０ａ
の磁極との間に吸引力もしくは反発力を生じさせて、ロ
ータユニット２０′を一定方向へ回転させる力を与える
のである。

【００５３】上記ロータユニット２０の詳細を説明す
る。ロータユニット２０の主要な構造は、非透磁率材料
により形成されて内部に永久磁石２０ａを保持する円筒
状の回転体２１と、該回転体２１内の永久磁石２０ａの
各磁極の端部が臨む第１磁性流体封入空部２１ａ，第２
磁性流体封入空部２１ｂを形成し、第１，第２磁性流体
封入空部２１ａ，２１ｂ内に磁性流体２２を封入したも
のである。

【００５４】上記のように構成したロータユニット２０
は、静止状態においては、磁性流体２２が第１，第２磁
性体封入空部２１ａ，２１ｂ内で、永久磁石２０ａの磁
極に吸着されているために、磁石２０ａのＮ極から出た
磁束は磁性流体２２によって回転体２１の外周部へ効率
良く導かれるので、ロータユニット２０の外周面から外
部へ抜け出してＳ極へ至る（図８（ａ）参照）。すなわ
ち、本実施形態においては、磁性流体２２が永久磁石２
０ａの両磁極からロータ外部へ磁束を導く磁束誘導路と
なるのである。

【００５５】そして、制御回路３からコイルＬ１〜Ｌ３
への給電制御によりロータユニット２０が回転を始め、
徐々に回転速度が高くなると、第１，第２磁性体封入空
部２１ａ，２１ｂ内に封入された磁性流体２２，２２
は、遠心力によって永久磁石２０ａの磁極から離れて第
１，第２磁性体封入空部２１ａ，２１ｂの周壁へ押しつ
けられてゆくために、磁性流体２２，２２の磁束誘導機
能が消失し、永久磁石２１の磁極端にある第１，第２磁
性体封入空部２１ａ，２１ｂがギャップとなるから、ロ
ータユニット２０の外周まで到達してロータ外部に漏れ
出る磁束が減少し、ステータのコイルＬ１〜Ｌ３に作用
する磁束密度は低くなる。

【００５６】すなわち、第３実施形態においては、ロー
タユニット２０内に予め設けた磁束誘導路を、遠心力に
よって不能動化（磁束誘導路を消失）させることで、高
速回転時にロータ外に漏れ出す磁束を減少させるのであ
る。従って、本実施形態においても、上記第１，第２実
施形態と同様の作用効果を期せるのである。なお、磁性
体封入空部内に封入するのは磁性流体に限らず、磁性を
持った粉体、ないし、細かな金属片を用いてもよい。ま
た、本実施形態における回転数と磁束密度の特性は、磁
性体封入空部の形状や形成位置，磁性体の種類や粘性等
を変えることで、適宜に変化させることができる。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係るブ
ラシレスＤＣサーボモータによれば、負荷トルクの大き
な低速回転状態においては、ロータ内磁路形成手段がロ
ータ内磁路を形成し得るほどの遠心力は生じないが、高
速回転状態になって遠心力が増大すると、ロータ内磁路
形成手段によってロータ内磁路が形成されるので、永久
磁石からロータ外に漏れ出てステータの各コイルに作用
する磁束が小さくなり、反磁作用によるロータの回転制
限が低減されることで、ロータの最大回転速度を高める
ことが可能となる。よって、低速回転時には大トルクの
出力が得られ、高速回転時には低トルクで回転速度を高
めることができるブラシレスＤＣサーボモータを提供で
きるのである。

【００５８】また、請求項４に係るブラシレスＤＣサー
ボモータによれば、負荷トルクの大きな低速回転状態に
おいては、永久磁石の磁極からロータ外へ磁束を導く磁
束誘導路を形成する磁束誘導手段を不能動化し得るほど
の遠心力は生じないが、高速回転状態になって遠心力が
増大すると、磁束誘導手段が不能動化して磁束誘導路が
形成されなくなるので、永久磁石の磁極からロータ外に
漏れ出てステータの各コイルに作用する磁束が小さくな
り、反磁作用によるロータの回転制限が低減されること
で、ロータの最大回転速度を高めることが可能となる。
よって、低速回転時には大トルクの出力が得られ、高速
回転時には低トルクで回転速度を高めることができるブ
ラシレスＤＣサーボモータを提供できるのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態に係るブラシレスＤＣサーボモー
タの概略構成図である。

【図２】第１実施形態に係るブラシレスＤＣサーボモー
タにおけるロータの動作説明図である。

【図３】第１実施形態に係るブラシレスＤＣサーボモー
タにおける磁束密度と回転数の特性図である。

【図４】第１実施形態に係るブラシレスＤＣサーボモー
タにおける回転数とトルクの特性図である。

【図５】第２実施形態に係るブラシレスＤＣサーボモー
タの概略構成図である。

【図６】第２実施形態に係るブラシレスＤＣサーボモー
タにおけるロータの動作説明図である。

【図７】第３実施形態に係るブラシレスＤＣサーボモー
タの概略構成図である。

【図８】第３実施形態に係るブラシレスＤＣサーボモー
タにおけるロータの動作説明図である。

【図９】従来のブラシレスＤＣサーボモータの概略構成
図である。

【図１０】モータへの給電系を示す模式図である。

【図１１】従来のモータにおける回転数とトルクの特性
図である。

【図１２】モータの出力をギアで切り替える変速装置を
備えたモータ機構の動作説明図である。

【図１３】変速装置を備えたモータ機構における回転数
とトルクの特性図である。

【符号の説明】

１ ブラシレスＤＣサーボモータ ２ａ 永久磁石 ２ｂ 回動軸 Ｌ１〜Ｌ３ コイル ６ａ，６ｂ 磁束誘導体 ６ｃ，６ｄ ロータ内磁束誘導路形成体 ７ａ〜７ｄ 空隙部 ８ａ 第１可動体 ８ｂ 第２可動体 ８ｃ 第３可動体 ８ｄ 第４可動体 ９ａ〜９ｄ コイルスプリング

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【手続補正書】

【提出日】平成１１年４月１９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】 明細書

【発明の名称】 ブラシレスＤＣサーボモータ

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、永久磁石を回動軸
回りに回転可能としたロータと、該ロータの周囲に３個
以上のコイルを配置してなるステータとからなり、ステ
ータの各コイルへの給電制御を行うことで、ロータの永
久磁石の両磁極に作用する磁界を変化させ、ロータを回
転させるブラシレスＤＣサーボモータに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来のブラシレスＤＣサーボモータは９
図に示すようなもので、ブラシレスサーボモータ１０１
は、ケースに固定された３組のコイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３
よりなるステータと、永久磁石で作られたロータ１０２
から構成されており、ロータ１０２たる永久磁石の磁極
位置をホール素子などのセンサ（図示省略）で検出し、
永久磁石の磁極位置に応じてコイルＬ１〜Ｌ３への給電
制御を制御回路１０３が行うことで、ロータ１０２との
間に吸引力もしくは反発力を生じさせて、ロータ１０２
を一定方向へ回転させる力を発生し続けるのである。

【０００３】なお、ブラシレスＤＣサーボモータの動作
原理は、磁界中の導線に電流が流れたとき、磁界と電流
の積に比例する力が発生するという、いわゆる「フレミ
ングの左手の法則」である。そして、モータが発生する
トルクτは、ロータの永久磁石が作り出す磁束密度Ｂ、
コイルに流れる電流ｉより次式で計算できる。

【０００４】τ＝ｋ_t ×Ｂ×ｉ …（１）

【０００５】上記（１）式中のｋ_t はコイルの巻数やモ
ータの形状によって決まる定数である。

【０００６】一方、モータが回転している時に、コイル
の両端には回転速度に比例する電圧が発生する（フレミ
ングの右手の法則）。これはモータの発電機としての作
用を表しており、コイルの両端に発生する電圧Ｅは、ロ
ータの永久磁石が作り出す磁束密度Ｂ、ロータの回転速
度ωより次式で計算できる。

【０００７】Ｅ＝ｋ_e ×Ｂ×ω …（２）

【０００８】上記（２）式中のｋ_e はコイルの巻数やモ
ータの形状によって決まる定数である。

【０００９】以上がブラシレスＤＣサーボモータの基本
原理であり、モータの各種の特性はすべて（１）式と
（２）式より導出することができる。

【００１０】ここで、図１０に示す如く、モータＭに電
圧Ｖの電源を接続し、回転数ωで回転しているとすれ
ば、モータＭのコイルの抵抗をＲとして、オームの法則
と上記（２）式からコイルに流れる電流ｉを、下式のよ
うに計算できる。

【００１１】 ｉ＝（Ｖ−Ｅ）／Ｒ＝（Ｖ−ｋ_e Ｂω）／Ｒ …（３）

【００１２】上記（３）式と（１）式の電流ｉとトルク
τの関係から、トルクτと回転数ωの関係が下式のよう
に得られる。

【００１３】 τ＝ｋ_t Ｂ（Ｖ−ｋ_e Ｂω）／Ｒ …（４）

【００１４】また、上記（４）式において、回転数ωを
トルクτの関数として表せば、下式のようになる。

【００１５】 ω＝Ｖ／ｋ_e Ｂ−（Ｒ／ｋ_t ｋ_e Ｂ² ）τ …（５）

【００１６】上記（５）式を特性図として表示すると、
図１１のようになる。これは、一定の電圧Ｖを与えられ
たモータＭの負荷と回転数の関係を表している。具体的
に説明すれば、モータＭが発生し得る最大のトルクτは
ｋ_t ＢＶ／Ｒであり、このときモータＭの回転数は０で
ある（図１１における点ａ）。そして、負荷トルクτが
減少するに従って回転数ωは増大し、負荷トルクτが０
のときモータＭは最大速度Ｖ／ｋ_e Ｂで回転する（図１
１における点ｂ）。このように、電圧Ｖが一定のもとで
モータＭが回転し得る最大速度ω_max は、負荷トルクτ
を０として、下式で決定される。

【００１７】ω_max ＝Ｖ／ｋ_e Ｂ …（６）

【００１８】すなわち、従来型のモータＭは、与えられ
た電源電圧Ｖで駆動する限り、これ以上の回転速度を得
ることはできないのである。特に近年は、より大きなト
ルクτを得るべく、ロータに希土類磁石を用いるように
なっており、磁束密度Ｂが大きくなったため、最大回転
速度ω_max を大きくすることが一層難しくなってきてい
る。

【００１９】このため、モータＭの最大回転速度を高め
るために、モータＭをより高い電源電圧で駆動する方法
も考えられるが、電源電圧が高くなるために感電等の危
険性が増大してしまうため、好ましくない。そこで、変
速装置を使ってモータの回転速度を切り替えるモータ機
構も提案されている。

【００２０】変速装置を使ったモータ機構の例は、図１
２に示すようなもので、モータＭの駆動軸１０４に第１
駆動ギア１０５ａと第２駆動ギア１０５ｂとを取り付
け、負荷１０６の従動軸１０７には第１従動ギア１０８
ａと第２従動ギア１０８ｂとを取り付け、負荷１０６を
モータＭの回転速度で回転させる低速領域においては、
ギア比が１：１となる第１駆動ギア１０５ａと第１従動
ギア１０８ａとを噛み合わせ（図１２（ａ）参照）、負
荷１０６を高速回転させる高速領域においては、ギア比
がｎ：１となる第２駆動ギア１０５ｂと第２従動ギア１
０８ｂとを噛み合わせる（図１２（ｂ）参照）。

【００２１】すなわち、負荷の起動時や加速動作時など
の大きなトルクを必要する場合には、ギア比が１：１と
なるようにし、大トルクを必要としない高速動作時には
ギア比がｎ：１となるように変速すればよいのである。

【００２２】上述したような変速装置を用いたモータ機
構のトルクと回転数の特性図は、図１３に示すようなも
のとなり、例えば、ギア比１：１で負荷に接続されたモ
ータＭの起動直後である点ａから徐々に回転数が上昇し
て負荷トルクが低下した点ｂにおいてギアを切り替える
と、ギア比がｎ：１に変わることで点ｃに移行し、負荷
トルクが０となる点ｄの回転数を高くすることができ
る。すなわち、モータＭ自体の特性は同じであるが、低
速回転時と高速回転時とでギアを切り替えることにより
モータ機構としての出力特性を変えられるのである。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たような変速装置を用いて最大回転速度を高くするモー
タ機構では、モータの他に複雑な変速機構が必要となる
ために、機構の重量増大を招いてしまい、小型軽量が要
求される分野では利用できない。特に、敏速な起動・停
止制御と高速動作が要求されるロボットの駆動系等に搭
載するブラシレスＤＣサーボモータの機構としては好ま
しくない。

【００２４】そこで、本発明は、重く嵩張る駆動機構を
用いることなく、負荷トルクの大きな低速回転状態から
負荷トルクが軽減された高速回転状態になると、自動的
に最大回転速度が高められ、負荷トルクの軽減された高
速回転状態から負荷トルクの大きな低速回転状態になる
と自動的に大トルクを発生させられるようなブラシレス
ＤＣサーボモータの提供を目的とする。

【００２５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に係るブラシレスＤＣサーボモータは、永
久磁石（２０ａ）を回動軸（２０ｂ）回りに回転可能と
したロータ（例えば、ロータユニット２０）と、該ロー
タの周囲に３個以上のコイル（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３）を配
置してなるステータとからなり、ステータの各コイルへ
の給電制御を行うことで、ロータの永久磁石の両磁極に
作用する磁界を変化させ、ロータを回転させるブラシレ
スＤＣサーボモータ（１″）において、ロータ内に設け
た永久磁石の両磁極からロータ外部へ磁束を導く磁束誘
導路を形成する磁束誘導手段を備え、該磁束誘導手段は
ロータの回転速度上昇に伴って増大する遠心力により磁
束をロータ外部へ導く磁束誘導路が消失して不能動化す
るものとした。

【００２６】また、請求項２に係るブラシレスＤＣサー
ボモータは、請求項１の磁束誘導手段として、磁性流体
等の流動性を有する磁性体を封入した磁性体封入空部
（例えば、第１，第２磁性体封入空部２１ａ，２１ｂ）
をロータ内に形成し、該磁性体封入空部に永久磁石の磁
極を臨ませることで、永久磁石の磁極に吸着された磁性
体（２２）が磁束流出方向に集まって、永久磁石の磁極
からロータ外部へ磁束を導く磁束誘導路が磁性体封入空
部内に形成されるものとし、ロータの回転速度上昇に伴
って増大する遠心力により磁性体が磁極から引き離され
ることで、磁性体封入空部内で磁束をロータ外部へ導く
磁束誘導路が消失するようにした。

【００２７】

【作用】したがって、請求項１に係るブラシレスＤＣサ
ーボモータによれば、負荷トルクの大きな低速回転状態
においては、永久磁石の磁極からロータ外へ磁束を導く
磁束誘導路を形成する磁束誘導手段を不能動化し得るほ
どの遠心力は生じないが、高速回転状態になって遠心力
が増大すると、磁束をロータ外部へ導く磁束誘導路が消
失して磁束誘導手段が不能動化し、磁束誘導路が形成さ
れなくなるので、永久磁石の磁極からロータ外に漏れ出
てステータの各コイルに作用する磁束が小さくなり、反
磁作用によるロータの回転制限が低減される。

【００２８】

【発明の実施の形態】次に、本発明に係るブラシレスＤ
Ｃサーボモータの実施形態を添付図面に基づいて詳細に
説明する。

【００２９】図１に示すのは、第１実施形態に係るブラ
シレスＤＣサーボモータ１であり、ケースに固定された
３組のコイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３よりなるステータと、例
えば円筒状のロータユニット２から構成してある。ロー
タユニット２は永久磁石２ａを備えるものとし、回動軸
２ｂから対称な位置に２つの磁極が各々位置するような
配置構造とし、上記永久磁石２ａの磁極位置をホール素
子などのセンサ（図示省略）で検出し、永久磁石２ａの
磁極位置に応じてコイルＬ１〜Ｌ３への給電制御を制御
回路３が行うことで、永久磁石２ａの磁極との間に吸引
力もしくは反発力を生じさせて、ロータユニット２を一
定方向へ回転させる力を与えるのである。

【００３０】上記ロータユニット２の詳細を説明する。
ロータユニット２の主要な構造は、非透磁率材料よりな
る中空筒状の周壁体４と、磁石２ａを保持すると共に該
磁石２ａよりも若干径の小なる中実な概略円柱状の芯体
５と、上記周壁体４と芯体５との間に生じた円環状の空
部内において磁石２ａの磁極端と周壁体４の内面との間
を閉止するように設けた高透磁率材製の磁束誘導体６
ａ，６ｂと、これら磁束誘導体６ａ，６ｂと空隙部７
ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄを介して周壁体４と芯体５との間
に生じた円環状の空部を閉止するように設けた高透磁率
材製のロータ内磁束誘導路形成体６ｃ，６ｄである。

【００３１】そして、上記磁束誘導体６ａとロータ内磁
束誘導路形成体６ｃとの間の空隙部７ａを閉塞し得る所
要形状の高透磁率材よりなる第１可動体８ａは、芯体５
内に形成した第１可動体収容空部５ａ内に収容されるよ
うにコイルスプリング９ａにより引き込まれるものとし
てあり、コイルスプリング９ａの牽引力に抗する力が作
用すると、第１可動体８ａは可動体収容空部５ａ内から
空隙部７ａへスライド移動してゆき、磁束誘導体６ａか
らロータ内磁束誘導路形成体６ｃへ至るギャップを高透
磁率材料で充足した状態となる。

【００３２】同様に、上記磁束誘導体６ａとロータ内磁
束誘導路形成体６ｄとの間の空隙部７ｂを閉塞し得る所
要形状の高透磁率材よりなる第２可動体８ｂは、芯体５
内に形成した第２可動体収容空部５ｂ内に収容されるよ
うにコイルスプリング９ｂにより引き込まれるように、
上記磁束誘導体６ｂとロータ内磁束誘導路形成体６ｃと
の間の空隙部７ｃを閉塞し得る所要形状の高透磁率材よ
りなる第３可動体８ｃは、芯体５内に形成した第３可動
体収容空部５ｃ内に収容されるようにコイルスプリング
９ｃにより引き込まれるように、上記磁束誘導体６ｂと
ロータ内磁束誘導路形成体６ｄとの間の空隙部７ｄを閉
塞し得る所要形状の高透磁率材よりなる第４可動体８ｄ
は、芯体５内に形成した第４可動体収容空部５ｄ内に収
容されるようにコイルスプリング９ｄにより引き込まれ
るように、各々設定してある。

【００３３】上記のように構成したロータユニット２
は、静止状態においては、第１〜第４可動体８ａ〜８ｄ
が各々第１〜第４可動体収容空部５ａ〜５ｄ内にコイル
スプリング９ａ〜９ｄにより引き込まれているために、
磁石２ａのＮ極から出た磁束は第１〜第４空隙部７ａ〜
７ｄへは殆ど漏れ出さず、磁束誘導体６ａ，６ｂによっ
て周壁体４の内周面へ効率良く導かれ、ロータユニット
２の外周面から外部へ抜け出してＳ極へ至る（図２
（ａ）参照）。

【００３４】そして、制御回路３からコイルＬ１〜Ｌ３
への給電制御によりロータユニット２が回転を始め、徐
々に回転速度が高くなると、第１〜第４可動部材８ａ〜
８ｄにはコイルスプリング９ａ〜９ｄの牽引力に抗する
ように遠心力が作用し始め、第１〜第４可動部材８ａ〜
８ｄは空隙部７ａ〜７ｄを閉塞する方向へ移動してゆ
き、磁束誘導体６ａ，６ｂとロータ内磁束誘導路形成体
６ｃ，６ｄとの間のギャップが高透磁率材料で充足され
た状態となり、ロータユニット２内には、磁束誘導体６
ａ→第１可動体８ａ→ロータ内磁束誘導路形成体６ｃ→
第３可動体８ｃ→磁束誘導体６ｂへ至るロータ内磁路
と、磁束誘導体６ａ→第２可動体８ｂ→ロータ内磁束誘
導路形成体６ｄ→第４可動体８ｄ→磁束誘導体６ｂへ至
るロータ内磁路と、が形成され、ロータユニット２の外
部へ漏れ出す磁束が減少し、ステータのコイルＬ１〜Ｌ
３に作用する磁束密度は低くなるのである。

【００３５】すなわち、本第１実施形態における磁束誘
導路形成手段は、永久磁石２ａの両磁極間を高透磁率材
料で短絡するようなロータ内磁路を磁束誘導体６ａ，６
ｂとロータ内磁束誘導路形成体６ｃ，６ｄと第１〜第４
可動体８ａ〜８ｄにより形成すると共に、第１〜第４可
動体８ａ〜８ｄを芯体５に設けた第１〜第４可動体収容
部５ａ〜５ｄへ引き込む力（ロータ内磁路から回動軸２
ｂ側へ向わせる力）をコイルスプリング９ａ〜９ｄによ
り付与することにより形成するものとした。

【００３６】この特性を図３により説明すると、低速回
転時の磁束密度ＢはＢ₀ で、コイルスプリング９ａ〜９
ｄの牽引力に抗して第１〜第４可動体８ａ〜８ｄを移動
させ得るほどの遠心力が作用していない低速域（図３中
の点ａ〜点ｂの範囲）では、ステータに作用する磁束密
度は変化せず、ほぼ一定値を保つが、負荷トルクが減少
してロータユニット２が低速域を脱すると、コイルスプ
リング９ａ〜９ｄの牽引力を遠心力が上回って、空隙部
７ａ〜７ｄを閉塞するように第１〜第４可動体８ａ〜８
ｄが移動してゆき（図３中の点ｂ〜点ｃの範囲）、ステ
ータに作用する磁束密度ＢはＢ₀ ／ｎにまで減少する。
従って、高速域（図３中の点ｃ〜点ｄの範囲）において
は、より回転数を高くまで上げることが可能となる。

【００３７】よって、上述した構成のロータユニット２
を備えるブラシレスＤＣサーボモータ１においては、図
４に示すような特性を得ることが可能となる。すなわ
ち、ロータ内磁路形成手段が機能していない状態では、
回転速度が高まるに連れてトルクが減少するように点ａ
から点ｂへ至る特性を呈するが、ロータ内磁路形成手段
が機能し始めるとトルクの減少に伴う回転数の上昇度合
いが高まるような点ｂから点ｃへ至る特性を呈し、ロー
タ内磁路が完全に形成されて、ロータユニット２からス
テータに作用する磁束Ｂが１／ｎになると点ｃから点ｄ
へ至る特定を呈する。

【００３８】してみれば、ロータユニット２からステー
タに作用する磁束Ｂが１／ｎとなることで、負荷トルク
が０の状態ではロータユニット２の回転速度は、ｎＶ／
ｋ_eＢとなり、ロータ内磁路形成手段によってロータ内
部へ誘導される磁束が多いほど、回転速度は高くなるの
である。なお、回転数と磁束密度の特性は、可動体等の
磁路を形成する部材の材質や形状、可動体を遠心力に抗
して止めておくコイルスプリングの弾性係数等で変化さ
せることができるので、これらを適宜に設定すること
で、所望の特性を得ることができる。

【００３９】このように、本発明に係るブラシレスＤＣ
サーボモータ１においては、低速回転時には高トルクの
出力を得られると共に、低トルク時には回転数を高くす
ることができ、しかも、変速装置を別途必要とするよう
な従来のモータ機構の如く重く嵩張るようなことがない
ので、ロボットの駆動系に好適である。

【００４０】なお、上記実施形態においては、第１〜第
４可動体８ａ〜８ｄを第１〜第４可動体収容空部５ａ〜
５ｄ内へ向わせる為にコイルスプリング９ａ〜９ｄを用
いるものとしたが、適宜な有弾性体であれば何でも良
く、例えば適宜な弾力性を有する板状ゴム等で代用して
も良い。また、第１〜第４可動体８ａ〜８ｄが第１〜第
４可動体収容空部５ａ〜５ｄから空隙部７ａ〜７ｄへ移
動する際に生ずる摩擦が摺動抵抗となってしまうので、
摺動抵抗を低減するような摺動抵抗軽減手段を設けるこ
とが望ましい。

【００４１】図５に示すのは、第２実施形態に係るブラ
シレスＤＣサーボモータ１′であり、ケースに固定され
た３組のコイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３よりなるステータと、
例えば円筒状のロータユニット２′から構成してある。
本ロータユニット２′も、上記ロータユニット２と同様
に永久磁石２ａを備えるものとし、回動軸２ｂから対称
な位置に２つの磁極が各々位置するような配置構造と
し、上記永久磁石２ａの磁極位置をホール素子などのセ
ンサ（図示省略）で検出し、永久磁石２ａの磁極位置に
応じてコイルＬ１〜Ｌ３への給電制御を制御回路３が行
うことで、永久磁石２ａの磁極との間に吸引力もしくは
反発力を生じさせて、ロータユニット２′を一定方向へ
回転させる力を与えるのである。

【００４２】上記ロータユニット２′も、非透磁率材料
よりなる中空筒状の周壁体４と、磁石２ａを保持すると
共に該磁石２ａよりも若干径の小なる中実な概略円柱状
の芯体５とを備え、上記周壁体４と芯体５との間に生じ
た円環状の空部内において磁石２ａの磁極端と周壁体４
の内面との間を閉止するように設けた高透磁率材製の磁
束誘導体１０ａ，１０ｂを設けると共に、周壁体４と芯
体５との間に生じた円環状の空部内に第１磁性体封入空
部１１ａ，第２磁性体封入空部１１ｂ，第３磁性体封入
空部１１ｃ，第４磁性体封入空部１１ｄが形成されるよ
うに、永久磁石２ａの磁極方向に直交する位置へ高透磁
率材製のロータ内磁束誘導路形成体１０ｃ，１０ｄを設
けてあり、第１〜第４磁性体封入空部内には磁性流体１
２を封入してある。なお、磁性流体１２は、強磁性体の
微粒子を液体中に多量に分散させたコロイド溶液であ
る。

【００４３】上記のように構成したロータユニット２′
は、静止状態においては、磁性流体１２が第１〜第４磁
性体封入空部１１ａ〜１１ｄ内で、永久磁石２ａの磁極
に吸着されているために、磁石２ａのＮ極から出た磁束
は磁束誘導体１０ａ，１０ｂと磁性流体１２によって周
壁体４の内周面へ効率良く導かれ、ロータユニット２′
の外周面から外部へ抜け出してＳ極へ至る（図６（ａ）
参照）。

【００４４】そして、制御回路３からコイルＬ１〜Ｌ３
への給電制御によりロータユニット２′が回転を始め、
徐々に回転速度が高くなると、第１〜第４磁性体封入空
部１１ａ〜１１ｄ内に封入された磁性流体１２…は、遠
心力によって周壁体４の内面側へ押しつけられてゆき、
磁束誘導体１０ａ，１０ｂとロータ内磁束誘導路形成体
１０ｃ，１０ｄとの間のギャップが磁性流体１２…で充
足された状態となり、ロータユニット２′内には、磁束
誘導体１０ａ→第１磁性体封入空部１１ａ内の磁性流体
１２→ロータ内磁束誘導路形成体１０ｃ→第３磁性体封
入空部１１ｃ内の磁性流体１２→磁束誘導体１０ｂへ至
るロータ内磁路と、磁束誘導体１０ａ→第２磁性体封入
空部１１ｂ内の磁性流体１２→ロータ内磁束誘導路形成
体１０ｄ→第４磁性体封入空部１１ｄ内の磁性流体１２
→磁束誘導体１０ｂへ至るロータ内磁路と、が形成さ
れ、ロータユニット２′の外部へ漏れ出す磁束が減少
し、ステータのコイルＬ１〜Ｌ３に作用する磁束密度は
低くなるのである。

【００４５】すなわち、第２実施形態における磁束誘導
路形成手段は、永久磁石２ａの両磁極間を、高透磁率材
料よりなる磁束誘導体１０ａ，１０ｂとロータ内磁束誘
導路形成体１０ｃ，１０ｄで４つに仕切ることで、第１
〜第４磁性体封入空部１１ａ〜１１ｄを形成すると共
に、各磁性体封入空部１１ａ〜１１ｄ内に流動性を有す
る磁性体として磁性流体１２…を封入し、各磁性体封入
空部１１ａ〜１１ｄ内で永久磁石２ａの磁極に吸着され
ている磁性体がロータの回転速度上昇に伴って増大する
遠心力により各磁性体封入空部１１ａ〜１１ｄの内周壁
面（周壁体４の内周面）に広がることで、透磁性壁体で
ある磁束誘導体１０ａ，１０ｂ及びロータ内磁束誘導路
形成体１０ｃ，１０ｄと磁性流体よりなるロータ内磁路
が形成されるものとしたのである。

【００４６】上記した第２実施形態に係るロータ２′を
備えるブラシレスＤＣサーボモータ１′においても、上
述した第１実施形態に係るブラシレスＤＣサーボモータ
１と同様の効果を期せる。なお、磁性体封入空部内に封
入するのは磁性流体に限らず、磁性を持った粉体、ない
し、細かな金属片を用いてもよい。また、本実施形態に
おける回転数と磁束密度の特性は、磁性体封入空部の形
状，磁性体の種類や粘性等を変えることで、適宜に変化
させることができる。

【００４７】上述した第１実施形態と第２実施形態で示
したブラシレスＤＣサーボモータ１，１′は、何れも、
ロータの回転速度上昇に伴ってロータ外へ漏れ出す磁束
を積極的にロータ内へ導くロータ内磁路を形成すること
で、コイルに作用する磁束を減少させるものであった
が、逆のアプローチを採ることもできる。すなわち、ロ
ータの低速回転時には積極的にロータ外へ磁束を導くよ
うな磁束誘導手段を設けておき、ロータの回転速度上昇
に伴って磁束誘導手段が不能動化することで、ロータ外
へ漏れ出す磁束を減少させるのである。以下、後者の方
法による実施形態を説明する。

【００４８】図７に示すのは、第３実施形態に係るブラ
シレスＤＣサーボモータ１″であり、ケースに固定され
た３組のコイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３よりなるステータと、
例えば円筒状のロータユニット２０から構成してあり、
ロータユニット２０は永久磁石２０ａを備えるものと
し、回動軸２０ｂから対称な位置に２つの磁極が各々位
置するような配置構造とし、上記永久磁石２０ａの磁極
位置をホール素子などのセンサ（図示省略）で検出し、
永久磁石２０ａの磁極位置に応じてコイルＬ１〜Ｌ３へ
の給電制御を制御回路３が行うことで、永久磁石２０ａ
の磁極との間に吸引力もしくは反発力を生じさせて、ロ
ータユニット２０′を一定方向へ回転させる力を与える
のである。

【００４９】上記ロータユニット２０の詳細を説明す
る。ロータユニット２０の主要な構造は、非透磁率材料
により形成されて内部に永久磁石２０ａを保持する円筒
状の回転体２１と、該回転体２１内の永久磁石２０ａの
各磁極の端部が臨む第１磁性流体封入空部２１ａ，第２
磁性流体封入空部２１ｂを形成し、第１，第２磁性流体
封入空部２１ａ，２１ｂ内に磁性流体２２を封入したも
のである。

【００５０】上記のように構成したロータユニット２０
は、静止状態においては、磁性流体２２が第１，第２磁
性体封入空部２１ａ，２１ｂ内で、永久磁石２０ａの磁
極に吸着されているために、磁石２０ａのＮ極から出た
磁束は磁性流体２２によって回転体２１の外周部へ効率
良く導かれるので、ロータユニット２０の外周面から外
部へ抜け出してＳ極へ至る（図８（ａ）参照）。すなわ
ち、本実施形態においては、磁性流体２２が永久磁石２
０ａの両磁極からロータ外部へ磁束を導く磁束誘導路と
なるのである。

【００５１】そして、制御回路３からコイルＬ１〜Ｌ３
への給電制御によりロータユニット２０が回転を始め、
徐々に回転速度が高くなると、第１，第２磁性体封入空
部２１ａ，２１ｂ内に封入された磁性流体２２，２２
は、遠心力によって永久磁石２０ａの磁極から離れて第
１，第２磁性体封入空部２１ａ，２１ｂの周壁へ押しつ
けられてゆくために、磁性流体２２，２２の磁束誘導機
能が消失し、永久磁石２１の磁極端にある第１，第２磁
性体封入空部２１ａ，２１ｂがギャップとなるから、ロ
ータユニット２０の外周まで到達してロータ外部に漏れ
出る磁束が減少し、ステータのコイルＬ１〜Ｌ３に作用
する磁束密度は低くなる。

【００５２】すなわち、第３実施形態においては、ロー
タユニット２０内に予め設けた磁束誘導路を、遠心力に
よって不能動化（磁束誘導路を消失）させることで、高
速回転時にロータ外に漏れ出す磁束を減少させるのであ
る。従って、本実施形態においても、上記第１，第２実
施形態と同様の作用効果を期せるのである。なお、磁性
体封入空部内に封入するのは磁性流体に限らず、磁性を
持った粉体、ないし、細かな金属片を用いてもよい。ま
た、本実施形態における回転数と磁束密度の特性は、磁
性体封入空部の形状や形成位置，磁性体の種類や粘性等
を変えることで、適宜に変化させることができる。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係るブ
ラシレスＤＣサーボモータによれば、負荷トルクの大き
な低速回転状態においては、永久磁石の磁極からロータ
外へ磁束を導く磁束誘導路を形成する磁束誘導手段を不
能動化し得るほどの遠心力は生じないが、高速回転状態
になって遠心力が増大すると、磁束誘導手段が不能動化
して磁束誘導路が形成されなくなるので、永久磁石の磁
極からロータ外に漏れ出てステータの各コイルに作用す
る磁束が小さくなり、反磁作用によるロータの回転制限
が低減されることで、ロータの最大回転速度を高めるこ
とが可能となる。よって、低速回転時には大トルクの出
力が得られ、高速回転時には低トルクで回転速度を高め
ることができるブラシレスＤＣサーボモータを提供でき
るのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態に係るブラシレスＤＣサーボモー
タの概略構成図である。

【図２】第１実施形態に係るブラシレスＤＣサーボモー
タにおけるロータの動作説明図である。

【図３】第１実施形態に係るブラシレスＤＣサーボモー
タにおける磁束密度と回転数の特性図である。

【図４】第１実施形態に係るブラシレスＤＣサーボモー
タにおける回転数とトルクの特性図である。

【図５】第２実施形態に係るブラシレスＤＣサーボモー
タの概略構成図である。

【図６】第２実施形態に係るブラシレスＤＣサーボモー
タにおけるロータの動作説明図である。

【図７】第３実施形態に係るブラシレスＤＣサーボモー
タの概略構成図である。

【図８】第３実施形態に係るブラシレスＤＣサーボモー
タにおけるロータの動作説明図である。

【図９】従来のブラシレスＤＣサーボモータの概略構成
図である。

【図１０】モータへの給電系を示す模式図である。

【図１１】従来のモータにおける回転数とトルクの特性
図である。

【図１２】モータの出力をギアで切り替える変速装置を
備えたモータ機構の動作説明図である。

【図１３】変速装置を備えたモータ機構における回転数
とトルクの特性図である。

【符号の説明】 １ ブラシレスＤＣサーボモータ ２ａ 永久磁石 ２ｂ 回動軸 Ｌ１〜Ｌ３ コイル ６ａ，６ｂ 磁束誘導体 ６ｃ，６ｄ ロータ内磁束誘導路形成体 ７ａ〜７ｄ 空隙部 ８ａ 第１可動体 ８ｂ 第２可動体 ８ｃ 第３可動体 ８ｄ 第４可動体 ９ａ〜９ｄ コイルスプリング ─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１１年７月８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に係るブラシレスＤＣサーボモータは、永
久磁石（２０ａ）を回動軸（２０ｂ）回りに回転可能と
したロータ（例えば、ロータユニット２０）と、該ロー
タの周囲に３個以上のコイル（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３）を配
置してなるステータとからなり、ステータの各コイルへ
の給電制御を行うことで、ロータの永久磁石の両磁極に
作用する磁界を変化させ、ロータを回転させるブラシレ
スＤＣサーボモータ（１０）において、ロータ内に設け
た永久磁石の両磁極からロータ外部へ磁束を導く磁束誘
導路を形成する磁束誘導手段を備え、該磁束誘導手段は
ロータの回転速度上昇に伴って増大する遠心力により磁
束をロータ外部へ導く磁束誘導路が消失して不能動化す
るものとした。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２８】

【発明の実施の形態】次に、本発明に係るブラシレスＤ
Ｃサーボモータの実施形態を添付図面に基づいて詳細に
説明する。なお、本発明の実施例を説明するに当たり、
機械的機構を用いることなくモータの回転速度に応じて
トルクを得られるブラシレスＤＣサーボモータの技術例
を示す

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２９】図１に示すのは、第１技術例に係るブラシ
レスＤＣサーボモータ１であり、ケースに固定された３
組のコイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３よりなるステータと、例え
ば円筒状のロータユニット２から構成してある。ロータ
ユニット２は永久磁石２ａを備えるものとし、回動軸２
ｂから対称な位置に２つの磁極が各々位置するような配
置構造とし、上記永久磁石２ａの磁極位置をホール素子
などのセンサ（図示省略）で検出し、永久磁石２ａの磁
極位置に応じてコイルＬ１〜Ｌ３への給電制御を制御回
路３が行うことで、永久磁石２ａの磁極との間に吸引力
もしくは反発力を生じさせて、ロータユニット２を一定
方向へ回転させる力を与えるのである。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３５】すなわち、上述した第１技術例では、永久
磁石２ａの両磁極間を高透磁率材料で短絡するようなロ
ータ内磁路を磁束誘導体６ａ，６ｂとロータ内磁束誘導
路形成体６ｃ，６ｄと第１〜第４可動体８ａ〜８ｄを備
え、第１〜第４可動体８ａ〜８ｄを芯体５に設けた第１
〜第４可動体収容部５ａ〜５ｄへ引き込む力（ロータ内
磁路から回動軸２ｂ側へ向わせる力）をコイルスプリン
グ９ａ〜９ｄにより付与することで、ギア等の機械的機
構を用いることなく、モータの回転に応じたトルクを得
られる。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３９】このように、第１技術例に係るブラシレス
ＤＣサーボモータ１においては、低速回転時には高トル
クの出力を得られると共に、低トルク時には回転数を高
くすることができる。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４０】なお、上記したブラシレスＤＣサーボモー
タ１においては、第１〜第４可動体８ａ〜８ｄを第１〜
第４可動体収容空部５ａ〜５ｄ内へ向わせる為にコイル
スプリング９ａ〜９ｄを用いるものとしたが、適宜な有
弾性体であれば何でも良く、例えば適宜な弾力性を有す
る板状ゴム等で代用することもできる。また、第１〜第
４可動体８ａ〜８ｄが第１〜第４可動体収容空部５ａ〜
５ｄから空隙部７ａ〜７ｄへ移動する際に生ずる摩擦が
摺動抵抗となってしまうので、摺動抵抗を低減するよう
な摺動抵抗軽減手段を設ければ良い。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４１】図５に示すのは、第２技術例に係るブラシ
レスＤＣサーボモータ１′であり、ケースに固定された
３組のコイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３よりなるステータと、例
えば円筒状のロータユニット２′から構成してある。本
ロータユニット２′も、上記ロータユニット２と同様に
永久磁石２ａを備えるものとし、回動軸２ｂから対称な
位置に２つの磁極が各々位置するような配置構造とし、
上記永久磁石２ａの磁極位置をホール素子などのセンサ
（図示省略）で検出し、永久磁石２ａの磁極位置に応じ
てコイルＬ１〜Ｌ３への給電制御を制御回路３が行うこ
とで、永久磁石２ａの磁極との間に吸引力もしくは反発
力を生じさせて、ロータユニット２′を一定方向へ回転
させる力を与えるのである。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４５】すなわち、上述した第２技術例では、永久
磁石２ａの両磁極間を、高透磁率材料よりなる磁束誘導
体１０ａ，１０ｂとロータ内磁束誘導路形成体１０ｃ，
１０ｄで４つに仕切ることで、第１〜第４磁性体封入空
部１１ａ〜１１ｄを形成すると共に、各磁性体封入空部
１１ａ〜１１ｄ内に流動性を有する磁性体として磁性流
体１２…を封入することで、各磁性体封入空部１１ａ〜
１１ｄ内で永久磁石２ａの磁極に吸着されている磁性体
がロータの回転速度上昇に伴って増大する遠心力により
各磁性体封入空部１１ａ〜１１ｄの内周壁面（周壁体４
の内周面）に広がって、透磁性壁体である磁束誘導体１
０ａ，１０ｂ及びロータ内磁束誘導路形成体１０ｃ，１
０ｄと磁性流体よりなるロータ内磁路が形成されるの
で、ギア等の機械的機構を用いることなく、モータの回
転に応じたトルクを得られる。

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４６】上記した第２技術例に係るロータ２′を備
えるブラシレスＤＣサーボモータ１′においても、上述
した第１技術例に係るブラシレスＤＣサーボモータ１と
同様の効果を期せる。なお、磁性体封入空部内に封入す
るのは磁性流体に限らず、磁性を持った粉体、ないし、
細かな金属片を用いることができる。また、本技術例に
おける回転数と磁束密度の特性は、磁性体封入空部の形
状，磁性体の種類や粘性等を変えることで、適宜に変化
させることができる。

【手続補正１０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４７】上述した第１技術例と第２技術例で示した
ブラシレスＤＣサーボモータ１，１′は、何れも、ロー
タの回転速度上昇に伴ってロータ外へ漏れ出す磁束を積
極的にロータ内へ導くロータ内磁路を形成することで、
コイルに作用する磁束を減少させるものであったが、本
発明では、逆のアプローチを採るものとし、ロータの低
速回転時には積極的にロータ外へ磁束を導くような磁束
誘導手段を設けておき、ロータの回転速度上昇に伴って
磁束誘導手段が不能動化することで、ロータ外へ漏れ出
す磁束を減少させるのである。以下、本発明の実施形態
を説明する。

【手続補正１１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４８】図７に示すのは、本発明の実施形態に係る
ブラシレスＤＣサーボモータ１０であり、ケースに固定
された３組のコイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３よりなるステータ
と、例えば円筒状のロータユニット２０から構成してあ
り、ロータユニット２０は永久磁石２０ａを備えるもの
とし、回動軸２０ｂから対称な位置に２つの磁極が各々
位置するような配置構造とし、上記永久磁石２０ａの磁
極位置をホール素子などのセンサ（図示省略）で検出
し、永久磁石２０ａの磁極位置に応じてコイルＬ１〜Ｌ
３への給電制御を制御回路３０が行うことで、永久磁石
２０ａの磁極との間に吸引力もしくは反発力を生じさせ
て、ロータユニット２０′を一定方向へ回転させる力を
与えるのである。

【手続補正１２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５１】そして、制御回路３０からコイルＬ１〜Ｌ
３への給電制御によりロータユニット２０が回転を始
め、徐々に回転速度が高くなると、第１，第２磁性体封
入空部２１ａ，２１ｂ内に封入された磁性流体２２，２
２は、遠心力によって永久磁石２０ａの磁極から離れて
第１，第２磁性体封入空部２１ａ，２１ｂの周壁へ押し
つけられてゆくために、磁性流体２２，２２の磁束誘導
機能が消失し、永久磁石２１の磁極端にある第１，第２
磁性体封入空部２１ａ，２１ｂがギャップとなるから、
ロータユニット２０の外周まで到達してロータ外部に漏
れ出る磁束が減少し、ステータのコイルＬ１〜Ｌ３に作
用する磁束密度は低くなる。

【手続補正１３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５２】すなわち、本発明の実施形態においては、
ロータユニット２０内に予め設けた磁束誘導路を、遠心
力によって不能動化（磁束誘導路を消失）させること
で、高速回転時にロータ外に漏れ出す磁束を減少させる
のである。従って、本実施形態においては、低速回転時
には高トルクの出力を得られると共に、低トルク時には
回転数を高くすることができ、しかも、変速装置を別途
必要とするような従来のモータ機構の如く重く嵩張るよ
うなことがないので、ロボットの駆動系に好適である。
なお、磁性体封入空部内に封入するのは磁性流体に限ら
ず、磁性を持った粉体、ないし、細かな金属片を用いて
もよい。また、本実施形態における回転数と磁束密度の
特性は、磁性体封入空部の形状や形成位置，磁性体の種
類や粘性等を変えることで、適宜に変化させることがで
きる。

【手続補正１４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】第１技術例に係るブラシレスＤＣサーボモータ
の概略構成図である。

【図２】第１技術例に係るブラシレスＤＣサーボモータ
におけるロータの動作説明図である。

【図３】第１技術例に係るブラシレスＤＣサーボモータ
における磁束密度と回転数の特性図である。

【図４】第１技術例に係るブラシレスＤＣサーボモータ
における回転数とトルクの特性図である。

【図５】第２技術例に係るブラシレスＤＣサーボモータ
の概略構成図である。

【図６】第２技術例に係るブラシレスＤＣサーボモータ
におけるロータの動作説明図である。

【図７】本発明の実施形態に係るブラシレスＤＣサーボ
モータの概略構成図である。

【図８】本発明の実施形態に係るブラシレスＤＣサーボ
モータにおけるロータの動作説明図である。

【図９】従来のブラシレスＤＣサーボモータの概略構成
図である。

【図１０】モータへの給電系を示す模式図である。

【図１１】従来のモータにおける回転数とトルクの特性
図である。

【図１２】モータの出力をギアで切り替える変速装置を
備えたモータ機構の動作説明図である。

【図１３】変速装置を備えたモータ機構における回転数
とトルクの特性図である。

【符号の説明】 １０ ブラシレスＤＣサーボモータ２０ ロータユニッ
ト２０ａ 永久磁石２０ｂ 回動軸Ｌ１〜Ｌ３ コイル
２１ａ 第１磁性体封入空部２１ｂ 第２磁性体封入空
部２２ 磁性体

【手続補正１５】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図７

【補正方法】変更

【補正内容】

【図７】

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 永久磁石を回動軸回りに回転可能とした
   ロータと、該ロータの周囲に３個以上のコイルを配置し
   てなるステータとからなり、ステータの各コイルへの給
   電制御を行うことで、ロータの永久磁石の両磁極に作用
   する磁界を変化させ、ロータを回転させるブラシレスＤ
   Ｃサーボモータにおいて、 ロータの回転速度上昇に伴って増大する遠心力により、
   永久磁石の磁束をロータ内に誘導する磁路を形成するロ
   ータ内磁路形成手段を備えるものとしたことを特徴とす
   るブラシレスＤＣサーボモータ。
2. 【請求項２】 上記ロータ内磁路形成手段は、永久磁石
   の両磁極間を高透磁率材料で短絡するように設けたロー
   タ内磁路の一部にギャップを形成し、該ギャップを閉塞
   し得る形状の高透磁率材よりなる可動部材を回動軸側へ
   向わせる力を有弾性体により付与し、ロータの回転速度
   上昇に伴って増大する遠心力により有弾性体の弾性力に
   抗して可動部材がギャップ内へ移動することで、ロータ
   内磁路が形成されるようにしたことを特徴とする請求項
   １に記載のブラシレスＤＣサーボモータ。
3. 【請求項３】 上記ロータ内磁路形成手段は、永久磁石
   の両磁極間に高透磁率材料よりなる透磁性壁体で仕切っ
   た磁性体封入空部を形成し、該磁性体封入空部内に磁性
   流体等の流動性を有する磁性体を封入し、磁性体封入空
   部内で磁極に吸着されている磁性体がロータの回転速度
   上昇に伴って増大する遠心力により磁性体封入空部の内
   周壁面に広がることで、透磁性壁体と磁性体よりなるロ
   ータ内磁路が形成されるようにしたことを特徴とする請
   求項１に記載のブラシレスＤＣサーボモータ。
4. 【請求項４】 永久磁石を回動軸回りに回転可能とした
   ロータと、該ロータの周囲に３個以上のコイルを配置し
   てなるステータとからなり、ステータの各コイルへの給
   電制御を行うことで、ロータの永久磁石の両磁極に作用
   する磁界を変化させ、ロータを回転させるブラシレスＤ
   Ｃサーボモータにおいて、 ロータ内に設けた永久磁石の両磁極からロータ外部へ磁
   束を導く磁束誘導路を形成する磁束誘導手段を備え、該
   磁束誘導手段はロータの回転速度上昇に伴って増大する
   遠心力により不能動化するものとしたことを特徴とする
   ブラシレスＤＣサーボモータ。
5. 【請求項５】 上記磁束誘導手段は、磁性流体等の流動
   性を有する磁性体を封入した磁性体封入空部をロータ内
   に形成し、該磁性体封入空部に永久磁石の磁極を臨ませ
   ることで、永久磁石の磁極に吸着された磁性体が磁束流
   出方向に集まって、永久磁石の磁極からロータ外部へ磁
   束を導く磁束誘導路が磁性体封入空部内に形成されるも
   のとし、ロータの回転速度上昇に伴って増大する遠心力
   により磁性体が磁極から引き離されることで、磁性体封
   入空部内で磁束をロータ外部へ導く磁束誘導路が消失す
   るようにしたことを特徴とする請求項４に記載のブラシ
   レスＤＣサーボモータ。