JPS59165977A - 複合ブラシレスサ−ボモ−タ - Google Patents

複合ブラシレスサ−ボモ−タ

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Publication number
JPS59165977A
JPS59165977A JP58036722A JP3672283A JPS59165977A JP S59165977 A JPS59165977 A JP S59165977A JP 58036722 A JP58036722 A JP 58036722A JP 3672283 A JP3672283 A JP 3672283A JP S59165977 A JPS59165977 A JP S59165977A
Authority
JP
Japan
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servo
sensor
motor
rotation
composite
Prior art date
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Pending
Application number
JP58036722A
Other languages
English (en)
Inventor
Junpei Inagaki
純平 稲垣
Masateru Nagakura
長倉 征輝
Takeshi Kinoshita
木下 斌
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shibaura Mechatronics Corp
Original Assignee
Shibaura Engineering Works Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Priority to JP58036722A priority Critical patent/JPS59165977A/ja
Publication of JPS59165977A publication Critical patent/JPS59165977A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P5/00Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors
    • H02P5/46Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors for speed regulation of two or more dynamo-electric motors in relation to one another

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Multiple Motors (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は複数の交流電動機の出力軸に設けた小歯車を1
つの大歯車に噛合させ、これら複数の交流電動機を同期
運転するようにした複合ブラシレスサーボモータに関す
るものである。
(従来技術) 第1図は従来の減速歯車付きのブラシレスサーボモータ
の構成図、第2図は同じくその回転機構部を示す断面図
である。これらの図で、符号1は同期電動機または誘導
電動機などの交流電動機である。2は永久磁石形回転子
、3は電機子巻線、4は減速歯車装置、5は回転センサ
であり、これらと前記電動機1とで回転機構部Aが形成
される。
減速歯車装置4は、回転子出方軸6に設けた小歯車7と
、減速用中間歯車8,9と、最終出力軸】0に設けた最
終減速歯車11とを備える。また回転センサ5は回転子
2の出力軸6に設けられている。第1図で12は制御回
路であシ、その中にはサーボ回路13とインバータ回路
14とが内蔵でれている。前記回転センサ5は、回転子
磁極位置を検出してインバータ回路工4内のケ゛−ト回
路を駆動するためのインバータ用センサ15と、目的勺
するサーボ方式に対応した位置 速度またはトルクのい
ずれかを検出するサーボ用センサ】6とを@える。すな
わちサーボ方式を位置決めサーボとした時にはサーボモ
ータ16は回転子位置を、速度サーボとした時には速度
を、またトルクサーボとした時にはトルクをそれぞれ検
出する検出器を設ける。
このサーボモータでi/i 、サーボ基準信号aQサー
ボ回路13においてサーボ用センサ16のサーボ信号す
七比較し両者の差に基づき制御信号Cをインバータ回路
]4へ出彷するうインバータ回路14ばこの制御信号C
に基づきインバータ用センサ15の出力信号eに同期す
る電機子電圧・電流dを電機子巻線3へ送る。
このよう・な従来のブラシレスサーボモータは次のよう
な欠点を持っている。第1にパワレイトやトルク慣性比
などで示されるサーボ性能を高めることが困難である。
第2にサーボシステムには減速歯車装置が多くの場合に
用いられるが、歯車間の伝達トルクが大きくなると騒音
、歯面の摩耗等歯車伝導機構に特有な諸問題がある。第
3に回転センサ5を電動機の出力軸6に直結しているた
め、電機子巻線3や回転子2からの漏洩磁束による誘導
障害、回転子2の回転むら(コギング)による振動障害
、電動機内部の発熱による温度障害等が回転センサ5に
誘発され易い。第4に、モータ本体と減速歯車装置4と
回転センサ5とからなる第2図に示す回転機構部Aの寸
法が、サーボ性能を高めようとすると極めて細長い形状
になるので、工業用ロボットなど組込み相手となる装置
への回転機構部Aの組付けが困難になることが多い。
(発明の目的) 本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり・こ
°れらの欠点の無いモータ、すなわちサーボ゛性能が高
く、減速歯車装置個鳴の諸問題を改善し、回転センサに
種々の障害が発生せず、相手装置へ組付は易い外形寸法
にしつつサーボ性能の向上を図り、全体として信頼性を
高めることが可能な複合ブラシレスサーボモータを提供
することを目的とする。
(構 成) 本発明はこの目的を達成するため、複数の交流電動機を
同期運転し各電動機の出力を減速歯車装置に入力してト
ルク増加を図ると共に、回転センサをこの減速装置にと
シつけることにより、減速用大歯車から回転子位置、そ
の他サーボ用の信号を検出するようにした。すなわち、
出力軸に小歯車が取付けられた複数の交流電動機と、前
記各小歯車に噛合する1つの大歯車と、この大歯車の回
転を検出しサーボ信号およびインバータ信号を出力する
回転センサと、とのセンサの出力信号によりフィードバ
ック制御される1組のサーボ回路およびインバータ回路
からなる制御回路を備え、前記各交流司嶋電勧機を前記
インバータ回路の出力端7v並列接続する一方、前記交
流7電動機と大歯車と回転センサと制御回路とによりフ
ィードバックループを形成するように構成した。以下図
示の実施例に基づき、本発明の詳細な説明する。
(実施例) 第3図は本発明の一実施例の構成図、第4図は回転機構
部の斜視図、第5図(r:!、その一部断面図、第6図
はそのt−V+線断面図である。これらの図で符号50
は3台の同期電動機(504,、50,B。
50C)から々る交流電動機群、52(52A’。
52B、、52C)はこれらの永久磁石式回転子、54
(54A、’s4.B、54c)は電機子巻線、56(
56A、56B、56C)は出力軸、58(58A、5
8B 、58C,)はこの出力軸56に設けた小歯車で
ある。60は減速用大歯車であ広この大歯車60には前
記3個の小歯車58が120゜おきに等間隔に噛合して
いる。大歯車60と7」・歯車58で減速歯車装置が形
成され、この減速歯車装置は減速機ケース62内に収容
されている。
64はこの大歯車60が固定された最終出力軸である。
66は回転センサであり、とのセンサ66は大歯車60
に噛合する小歯車68によシ駆動される。
なおこの小歯車68は前記電動機群50のそれぞれの小
歯車58と同じ歯数か整数倍の歯数を有する。回転セン
サ66内には回転子位置検出器66Aと、サーボ用セン
サ66Bとが内蔵され、各センサ66A、66Bが出力
する信号eとbは、それぞれ制御回路70内のインバー
タ回路70Aとサーボ回路70 Bに入力される。この
結果、電動機群50、大歯車60、回転センサ66、制
−節回路70でフィードバックループが形成される。信
号e、bはそれぞれインバータ信号、サーボ信号である
。サーボ用センサ66Bは、目的とするサーボ方式によ
シその種類を決める。すなわちこの実施例の場合は位置
サーボまたは速度サーボが可能で、前者の場合はサーボ
用センサ66Bは位置を検°出するロータリエンコーダ
やレゾルバなどの位置センサが、また後者の場合は回転
速度を検出する速度発電機などの速度センサが用いられ
るっ50A、50i、50Cの回転は、小歯車58A。
58’B、58C1犬歯車60を経て最終出力軸64へ
伝えられる。
大歯車60の回転は回転センサ66に伝9えられるが、
小歯車68,58は同歯数か整数倍の歯数であるから、
回転センサ66は各電動機!5OA。
50B、50Cと同期して回転する。サーボ用センサ6
6Bll″!′目的とするサーボ方式に応じた位置また
は速度のサーボ信号すをサーボ回路70Bへ入力する。
サーボ回路70Bはサーボ基準信号aとこのサーボ信号
すとを比較し、その差を示す制御信号Cをインバータ回
路70’Aへ送出する。インバータ回路70Aはこの制
御信号Cに対応した電圧・電流を、位置センサ6’6A
の位置信号eに同期して各電動機50A、50B、50
’Cの電機子巻線54A、5’4B、54Cへ並列に送
出する。
すなわち各電動機50A 、50B 、50C1t1つ
の回転センサ66と1つの制御回路7oにより並列運転
される。従って最終出力軸64の出力は各電動機50 
A 、 、50 B 、 50 Cの出力の和となる。
本実施例では回転センサ66内に2つのセンサ66A、
66Bを内蔵きせたので、これらセンサを各電動機50
A、50B、5.OCがら完全に隔離でき、各電動機5
0A、、50B’、5’0C(7)漏洩磁束による誘導
障害や、熱による温度障害を確実に防止できる。しかし
本発明では、これらの障害を受けやすい極めて、精密な
構造を持つロータリエフ コ−タなどを用いたサーボ用
センサ66Bのみを電動機から分離し、これらの障害を
あlり受けないインバータ用センサ66Aiいずれか1
つの電動機に内蔵させてもよい。
また本実施例では、第4図に示すように回転センサ66
を大歯車60によって各電動機50A。
50 B 、’ 50 Gと等速又は整数倍の速度で駆
動する。従ってセンサ66が高速回転になり精度が向上
するという効果がある。しかし本発明は、回転60の回
転を検出することもできる。この場合は各電動機50A
、50B、50Cで囲まれる位置、すなわち−5図で仮
想線Xで示す位置に回転センサを設けるのが望ましい。
さらに最終出力軸64に機械的なブレーキを装着してお
けば、最終出力軸64の固定が確実になる。
本実施例では電動機を3個並列運転するが、本発明は2
個或い((−14個以上の交流電動機を並列運転しても
よく、また交流電動機としては前記同期電動機だけでな
く誘導電動機としてもよいことは勿論である。
−またサーボ方式をトルクサーボとする場合にはサーボ
用センサは最終出力軸64や大歯車60など適宜の場所
に設けたトルク検出器とする。
なお、第5図、第6図に示す実施例では、内歯式の大歯
車を用いた場合を示したが、これを外歯式の大歯車とす
ることもできる。また、個々の11・歯車と大歯車との
間に中間歯車を介在きぜた、いわゆる多段歯車減速装置
とすることも含む。す々わち図5,6は1段歯車の場合
のみを例示したに過ぎない。
(発明の効果) 本発明は以上のように、複数の交流電動機を同期状態で
並列運転し、各電動機の回転を減速歯車装置を介して最
終出力軸64へ伝える一方、回転センサを大歯車から回
転検出するように構成した。
従って次のような効果が得られる。
(1)第1にパワレイトやトルク慣性比が大きくなりサ
ーぎ性能を高めることができる。サーボ性能はモータト
ルクをT1モータの回転子の慣性モーメント−iJとし
て、ノぐワレイトPccT/Jと、トルク慣性比T/J
とで表され、これらを大きくすることによりサーぎ性能
を向上できる。この7ヒめトルクTを太きくシ、慣性モ
ーメントJt小さくする必要がある。一方、回転子の外
径をD1有効長さをLとすれば、Tt)CD2L、 J
=D’L、1である。従ってP’ocL、 T/Joc
 1/D 、となり、サーボ性能は長さ外径比α−L/
Dを大きくすることにより向上する。
従来のモータではこの比αを3以上にするこ。
とは経済的−には困難で、サーボ性能(パワレイト)は
通常の第2図に示すようなモータ(α中1)の場合に比
べ約2倍にするのが限度であった。
これに対し本発明によれば交流電動機を2個以上並列運
転するので比αを容易に3以上にすることができる。、
゛例えば3個のα−3の電動機の。
並列運転ではモータ全体としてはα=3x、’3=9と
なり、サーホ・性能はα−1の場合に比べ約4倍になる
(2)  #i; 2に減速歯車装置の個有な諸問題を
解消できる。例えば3個の電動機を用いた場合、細事の
噛合率が、第1図、第2しのような従来の場合に比べ3
倍−なるので、歯の荷重が従来の3分の1になり、各歯
車の荷重が減り摩耗を減らせるだけでなく、荷重の減少
に応じて歯のモジュールも小さくできることがらバック
ラッシュも小さくなる。このため騒音低減も同時に可能
となる。また荷重が小さいため歯幅が小さくてすみプラ
スチ、り歯車の要用も一可能となるから、装置の軽量化
も図れる。
さらに第4〜6図に示したよう(C各賞動機50A 、
50B 、50Cを最終出力軸64を中心にして等間隔
に配置すれば、最終出力軸64に加わる中心軸に直交す
る向きのカが相殺されるので、歯車装置の剛性の低下が
可能で、装置の軽量化にも適する。
(3)第3に回転センサを交流電動機から離隔して配置
できるので、電動機の漏洩磁束による誘導障害を(はじ
め、振動障害、熱障害等を防止できる。
(4)第4に相手装置へ組込み易くなる。すなわち回転
機構部の長さの外径比β”−Lo/Do (第2図参照
)は、従来構造の回転機構部では、前記の比αを大きく
すると共に大きくなり、ロボットや工作機械等に組込み
にくい。これに対し本発明によれば回転機構部の全長り
。を大きくすることなく比αを増大でき、前記のように
αキ9にして、かつ第5図に示すようにβf−1にする
ことが可能である。
(5)第5にこのように回転機構部の外形寸法を適切ニ
ジつつ、サーボ性能を十分に大きくすることができる。
(6)第6に信頼性が向上する。すなわち交流電動機は
複数個並列運転されるので、そのうちの1つが万一故障
したシ異常検出回路の動作により停止した場合でも、他
の残りの電動機が正常に作動するから最終出力軸が完全
に停止するなどの最悪事態は避けることができる。この
ため、特Vこ高い信頼性が求められる医療機器等にも適
したものとなる。
(7)  さらに第7として、本発明によれば減速装置
もずでにコン・ぐクトに組込まれているので、直接、相
手装置にその′−!ま組込んで低速・高トルクを発生さ
せることができ、相手装置の構造簡素化により相手装置
の小型・軽量化に大きく寄与する。
本発明(d以上のように種々の優れた効果を有するもの
である。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来装置の構成図、第2図はその回転機構部の
断面図、第3図は本発明の一実施例の構成図、第4,5
図はその回転機構部の斜視図と断面図、また第6図は第
5図における■−Vl線断面図である。 50・・・交流電動機群、56・出力軸、58・・小歯
車、60・・・大歯車、66・・・回転センサ、70・
・・制御回路。 第1図 第2図 第3図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)  出力軸に小歯車が取付けられた複数の交流電
    動機と、前記各l」・歯車に噛合する1つの大歯車と、
    この大歯車の回転を検出しサーボ信号およびインバータ
    信号を出力する回転センサと、このセンサの出力信号に
    よりフィードバック制御される1組のサーボ回路および
    インバータ回路から成る制御回路とを励え、前記各交流
    電動機を前記インバータ回路の出力端に並列接続する一
    方、前記交流電動機と大歯車と回転センサと制御回路と
    によシフイードパ、クループを形成したことを特徴とす
    る複合ブラシレスサーボモータ。 (2)交流電動機を同期電動機とし、回転センサに内蔵
    されインバータ信号を出力するセンサを同期電動機の回
    転子位置検出器とした特許請求の範囲第1項記載の複合
    ブラシレスサーボモータ、(3)交流電動機を誘導電動
    機とし、回転センサに内蔵されインバータ信号を出力す
    るセンサを、誘導電動機の速度検出器とした特許請求の
    範囲第1項記載の複合ブラシレスサーボキータ。 (4)  サーボ回路およびインバータ回路からなる制
    御回路のサー゛ボ方式を、位置決めサーボ、速゛度サー
    ボまたはトルクサーボとする一方、回転センサに内蔵さ
    れサーボ信号を出力するセンサを、これらのサーボ方式
    に対応して位置センサ、速度センケ捷たはl・ルクセン
    サのいづれかとした特許請求の範囲第1項記載の複合ブ
    ラシレスサーボモータ。 (5)回転センサは大歯車に噛合する小歯車により駆動
    される特許請求の範囲第1〜4項のいずれかに記載され
    た複合ブラシレスサーボモータ。 (6)回転センサは大歯車の出力軸の回転を特徴とする
    特許請求の範囲第1〜4項のいずれかに記載された複合
    ブラシレスサーボモータ。
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