JPS596769A - 転動モ−タ - Google Patents

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】 〔発明の技術分野〕 本発明は低速で回転するものではあるが大きなトルクを
発生できる転動モータに関する。

〔技術の背景〕

従来のモータは、利用面の広いことから、高速回転する
ものが求められ、また電磁機械変換効率の面からもまた
高速回転のものが求められてきた。

ことに軽量で大きなトルクを発生させるためには高速回
転するモータを減速機構で増力するものが良いとされて
きた。

しかし電気機械が身近かなものに用いられ、使用者の傍
らで作業するものが増えてくると、身近かに高速回転し
ているモータが存在することは使用者にとって危険なこ
とであり、安全上好ましくない。そこで危険性の少ない
、低速回転で大きなトルクを発生し、減速機構も簡単で
＠瀘なモータが要求されるようになってきた。

その端的なψｄは工業用四ボッＦであって１例えｔｆｌ
ｊｌの長さの腕がｌ　ｎｈ／ｚの速さで旋回するとすれ
は、その回転速度は毎秒０．８１８回、すなわち毎分３
８回という低速であるが、１ｍ４の物体を持ち上げるに
はｌ　Ｋｆ−ｍの大きなトルクが必要である。

〔従来技術と問題点〕

従来のモータは毎分１５００回より高速のものが多く、
この速度で同じＩ　Ｋｇ−ｍのトルクを発生させようと
すると、２馬力を越えるモータの大きさが必要となる。

そこでこれまでは通常高速小トルクモータを減速機によ
り低速大トルクに変換していた。

しかしながら１５００ｉｌ転をｌＯ回回転度に減速させ
るためには何段もの減速歯車機構が必要になるため、損
失が大きくなり、バックラッシュにより精密な運動が損
われ、さらに減速歯車機構それ自体の重量が増大して全
体の軽量化を妨げるようになるという問題があった。

一方損失やバックラッシュの少ない減速歯車機構のもの
にしようとすると歯車の工作精度、特に歯切り精度を高
くしなければならないので製造コストが高価なものにな
るという欠点があった。

〔発明の目的〕 本発明の目的は、このような欠点は減速用歯車機構の段
数を減らすことにより解決されることに着目して本質的
に低速・大トルクの転動モータを提供することである。

〔発明の構成〕

この目的を達成するため本発明の転動モータでは９円周
上に配列された複数の励磁磁極を有する固定子と、前記
励磁磁極により形成される円周の内面をこの励磁磁極が
順次励磁されるに伴って転勤する転勤磁極と、前記励磁
磁極によって形成される円周と同心に回転する従動輪と
、前記転勤磁極の回転を前記従動輪に伝達する伝達手段
を有することを特徴とする。

〔発明の実施例〕

本発明を第１図〜第４図に示した一笑施例により詳細に
説明する。

第１図は１本発明の転動モータの１つの実施例の基本構
成を示す断面図、第２図は、第１図の転動モータの主要
部分を分離して示した斜視図である。

第１図及び第２図において、１１は固定子。

１２（Ｌ、１２ｂ、１２ｃｍはそれぞれ励磁磁極、１３
ａ１３Ａ、１３ｃ・・・は対応する励磁磁極に対する励
磁コイル、１４は転動磁極、１５は転動磁極１４と同心
でかつ一体の転勤歯車、１６は固定子１１と同心の関係
で回転１する従動歯車、１７は従動歯車と同心でかつ一
体の従動輪、１８＃ｉ固定子１１に同心の関係で固定さ
れた案内スリーブで、従動輪１７はこの案内スリーブ１
８の内側を自由に回転できる０１９は従動輪１７の回転
を外部に伝達する回転軸、２０は転動磁極１４を回転可
能に支持するカバーである。

転勤磁極は磁性体であり、その直径（２Ｒ１）は励磁磁
極群１？、１２ｂ、・・・の内径（２Ｒｓ）よりも小さ
く設定されている◎また転動歯車１５は従動歯車１６と
噛合い０両者は内歯車の関係にある。

この構造において、その回転原理を第３図を用いてまず
定性的に説明する。

第３図において、０は固定子１１及び励磁磁極群１２（
！、　　１２ｈ、・・・の中心、αは転動磁極１４の中
心である。なお各励磁磁極に対する励磁コイルは省略し
ている。

いま励磁磁極１２αが励磁されていると磁性体の転勤磁
極１４は吸引されてＡ点で励磁磁極１２αに接する。そ
のときの転動磁極１４の中心αはＯｃの位置にありＯ，
Ｏｇ、　　Ａは一直線上にある。

次に励磁磁極１２ｇの磁極を減少しながら次の励磁磁極
１２ｈの励磁を零から増加してゆくと。

転勤磁極１４は励磁磁極１２にの吸引力によって回転し
、ｌ後に励磁磁極１２ｂの８点で接するようになる。こ
のとき転動磁極１４の中心０′はＯｂの位置に移動し、
０．ＯＡ、Ｂは一直線上にある。

この状態では励磁磁極１２ｂだけが励磁されている。

次に同様にして励磁磁極１２にの励磁を減少しながら次
の励磁磁極１２１？の励磁を零から増加してゆくと、転
勤磁極１４は励磁磁極１２１？の吸引力によって回転し
、遂に励磁磁極１２にの励磁が零になって励磁磁極１２
０（００点で接する。このと１０．Ｏｃ、Ｏはこれまた
一直線上にある。

以下同様にして相隣れる次の励磁磁極を順次励磁してゆ
くと転勤磁極１４は励磁磁極群１２ｃＬ。

１２に、・・・によって形成され円の内周に接しながら
回転、すなわち転動してゆく。

そして転動磁極１４の中心（７ｔｊ：　Ｏａ、　ＯＡ、
　Ｏｃ・・・と半径ＯＯ′の円周上を反時計方向に回転
するが。

転勤磁極１４自体に着目すれば、中心Ｏ′を時計方向に
ゆっくりと回転している。

次に第４図によυ転動磁極１４の回転を定量的に説明す
る。各記号の意味は一次のとおりである。

几ｌ　Ｓ励磁磁極群１２ａ、ｉ２ｂ・・・の内面半径（
中心は０） Ｒ１；転動磁極１４の外面半径（中心は０′）Ｒ３；転
勤磁極１４と同心の転勤歯車１５のピッチ円ＰＣｓの半
径 几４　；励磁磁極群と同心の従動歯車１６のピッチ円Ｐ
Ｏ４の半径 いま、励磁磁極１２Ｇが転勤磁極１４を吸着している状
態から励磁磁極１２７に励磁を切替えた場合について説
明すると、磁極１２ｈの吸引力Ｆｂはほぼ半径方向に作
用するので転勤磁極１４には。

Ａ点を瞬間中心として下式で示されるモーメントＭＡが
働く。

ＭＡ　＝　Ｆｈ　・　ｔ　　・・・・・・・・・・・・
・・・（り但しｔはＡ点から吸引力Ｆｈまでの距離であ
る。

転動歯車１５は転動磁極１４と一体となって回転するが
、転動歯車１５は従動歯車１６と噛み合っているので、
転勤磁極１４に慟〈モーメン）Ｍｂによって従動歯車１
６に同じモーメントが発生する。

従動歯車１６のピッチ円ＰＯ４と直線００’Ａの交点を
ＡＩとすると、従動歯車１６にはＡ１において図示の方
向すなわちＯＡｓに直角に下方の力Ｆ１が作用する。Ａ
Ａｌの距離をδとすると 従動歯車１６に働くモーメン）＝Ｆ１・−・・・・・・
・・・・・・（２） （１）　＝　（２）であるから Ｆｈ−Ｌ＝Ｆ＊・δ すなわちｐｌなる起動トルクが従動歯車１６に発生する
ことになる。

δを小さくすれば、　Ｆｓは極めて大きくなるので従動
歯輪に大きな力を発生させることができる。

このモーメントにより転勤磁極１４が、第３図で説明し
たように、励磁磁極群の内面を転動しながらゆっくりと
時計方向に回転してゆっくりと、転勤歯車１５に噛み合
っている従動歯車１６もゆっくりと時計方向に回転する
。

なお転勤磁極１４が転動して瞬間中心がＡ点からずれて
テコ比が減少するが、転動磁極１４の転動とともに励磁
磁極１２ｂとのギャップが減少し吸引力が増大する結果
、全体のモーメンＦは転勤によっても殆んど変動しない
。

また第４図は説明を解かりやすくするため各励磁磁極間
に大きなギャップが存在するが、実際上は従来のモータ
の励磁磁極と同様に各励磁磁極間のギャップは小さく。

さらに各励磁磁極の励磁方法も従来のモータの励磁方法
と同様に隣接する複数個の励磁磁極を順次励磁する方法
がとられるので、転勤磁極には常に一定のモーメントが
働いて転勤が滑らかに行われる。

このように励磁が転勤磁極１４０円周上を１巡すれば、
Ａ点にあった円周上の点はＡｍに移る。角ＡＯＡｍをθ
とすれば転勤磁極１４の転動は滑りなしで行われるので
次式が成立する。

２πＲ１＝（２π十〇）Ｒ雪 同様に、Ａ１点にあった従動歯車１６のピッチ円ＰＯ４
の点はＡＩに移る。角ＡＯＡＩをφとすると。

従動歯車１４０回転も滑り無しで行われるので。

次の式が成立する。

２ｒＲｓ＃＝２πＲ４φ 励磁の１周を入力ｌ＠転とすれば出方φは。

となる。

（３）　、　（５）　、　（６）式よりａを小さくすれ
ばすなわち几１と拗を近づけば、減速比を大きくすると
とも鴎起動トルクを大きくすることができるので一挙に
所要の低速大トルクのモータを得ることができる。

例えば口頭に挙げたＩ　Ｋｆ−ｍのトルクを出すものに
対し、励磁磁極の励磁を５ｓＳで１巡させるとすると、
毎分３８回の減速比３１５となる。いま。

大略値を求めるためにＲｆ　＃Ｒ１”　ｍ　Ｒ４”’几
とすると、（６）式より 一方、ｔと几はコンパラブルであるからｐｂは路次のよ
うになる。

δ ＦＡ　＃Ｉ　Ｋｆ−落×− Ｒ虞 １（、ｗｘ　５　Ｑ　ｍＷＬとすルト すなわちＦｂは６３！ｉと小さいので、励磁磁極が小さ
なマグネットでも充分に発生できる大きさであるので、
従来の２馬力のモータの重量に比し格段に小形のものと
なる。

また減速機構も一段の内歯車形式のものでよいので、従
来の複数段の歯車による減速機構に比べて極めて小形・
軽量ですみ、さらに歯切り精度も従来程商い値が要求さ
れない。

さらにモータ構造も単純で固定子に給電するのみである
から製造も容易で経済的である。

なお転＃磁極１４のモーメントを従動輪１７に伝達する
手段として歯車機構の他に摩擦車を使用してもよい。

第５図及び第６図は本発明の他の実施例を示したもので
ある。

これは工業用ロボットのアームのヒンジ部に組込んだ例
であって、転動歯車及び従動歯車を転動磁極の両側に配
置することにより９回転運動の安定性を向上させ、また
励磁コイルによって励磁磁極に形成される電磁石は励磁
コイルがらみて磁路が閉じているので漏洩磁束を大幅に
減少させることができる。

回転動作は第１ｗｉ〜第４図に示した実施例と全く同じ
であり構成も相対しているので簡単に対応する構成と動
作について説明する。

第５図、第６図において、１１は固定子、１２α。

１２ｈ・・・は励磁磁極、１３１Ｂ、１３ｂ・・・は励
磁コイル、１４は転動磁櫨、１５Ｌと１５ｂ社転動磁極
１４と同心でかつ一体に設けられた左右の転勤歯車、１
６Ｌと１６Ｂは固定子１１と同心の関係で連動して回転
する従動歯車、１７Ｌ、！：１７几はそれぞれ左右の従
動歯車１６Ｌ、１６Ｂと同心でかつ一体の左右の従動輪
、１８Ｌ、！：１８Ｒは固定子１１と同心の°関係で固
定アーム２１に固定された案内スリーブで、左右の従動
輪１７Ｌと１７Ｂはこの案内スリーブ１８Ｌと１８Ｈの
内側を自由に回転できる。また左右の従動輪１７Ｌと１
７Ｒは回転アーム２２に一体に取付けられている。

この構成で励磁コイル１３α、１３４・・・により励磁
磁極１２α、１２ｈ・・・が順次励磁されると、転勤磁
極１４は励磁磁極群によって形成される円周内面を転動
しながら、それ自体がゆっくりと回転する。この転勤磁
極１４０回転は左右の転動歯車１５Ｌ、１５Ｒを介して
左右の従動歯車１６Ｌ。

１６几に伝達され、これと一体に回転する左右の従動輪
１７Ｌ、１７Ｂを回転させる。この結果。

回転アーム２２が回転することになる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、小形軽量の簡単な伝達機構で低コスト
の本質的に低速回転で大シルクをもつモータを得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図は同笑施例
の主要部分を分離して示した斜視図、第３図及び第４図
は本発明の転動モータの回転原理に対する説明図、第５
図は本発明の他の実施例の斜視図、第６図はその断面図
である。 図中、１１は固定子、１２ｇ、１２Ａ・・・は励磁磁極
、１３α、１３ｂ・・・は励磁コイル、１４ａ転動磁極
、１５．１５Ｌ、１５Ｂは転勤歯車、１６゜１６Ｌ、１
６Ｒは従動歯車、１７．１７Ｌ、１７Ｒは従動輪、１８
．１８Ｌ、１８Ｒは案内スリーブ。 １９は回転軸、２０はカバー、２１￥１固定アーム。 ２２は回転アームである。 特許出願人　富士通株式会社 代理人　弁理士　　山　谷　晧　榮

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　円周上に配列された複数の励磁磁極を有する
   固定子と、前記励磁磁極により形成される円周の内面を
   この励磁磁極が順次励磁されるに伴って転勤する転勤磁
   極と、前記励ａｆａ極によって形成される円周と同心に
   回転する従動輪と、前記転勤磁極の回転−を前記従動輪
   に伝達する伝達手段を有する仁とを特徴とする低速回転
   で大トルクを発生する転動モータ。
2. （２）　　伝達手段が歯車機構であることを特徴とする
   特許請求の範囲１１１（１）項記載の転動モータ。
3. （３）伝達手段が摩擦車機構であることを特徴とする特
   許請求の範囲ＩＮ（１）項記載の転動モータ。