JPS605767A

JPS605767A - 転動モ−タ

Info

Publication number: JPS605767A
Application number: JP11193783A
Authority: JP
Inventors: Kaneyuki Kurokawa; 黒川　兼行; Masao Hiyane; 比屋根　正雄
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1983-06-23
Filing date: 1983-06-23
Publication date: 1985-01-12

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〉本発明は低速回転で大きなトルクを発生可能な特に磁力
を利用して回転動作を得る転動モータに関するものであ
る。

く技術の背景〉従来のモータは、利用面の広いことから、萬速回転する
ものがめられ、また電磁機械変換効率の面からもまた高
速回転のものがめられていた。

従って、大きなトルクを得る場合には高速回転モータを
一減速させて用いることが一般的であった。

しかしながら、このような高速回転モータは作業者の身
近かで使用する場合、安全上好ましくない。そこで、危
険性の少い、低速回転で大きなトルクが得られ減速機構
も簡単なモータが要求されるようになってきた。その端
的な例は工業用ロボットであって、例えば１ｍの長さの
腕が１ｍ／８の速さで旋回するとすれば、その回転速度
は毎秒０．３１８回、すなわち毎分６８回という低速で
あるが、１ｋｌの物体を持ち上げるには１　ｋｌ　−ｍ
の大ぎ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（、
Ｉｋｙ−ｍのトルクを発生するモータは、実際に使用す
る馬力は０．１３馬力であっても、モータの大きさとし
ては２馬力相当のものが必要となる。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、１５００回転を１０回回
転度に減速させるためには何度も減速歯車を介す必要が
あり、損失が大きくなり、バックラッシュにより精密な
運動制御ができず、さらに減速歯車機構自体の重置が増
加し装置の小型軽量化の妨げになるという問題があった
。

減速歯車機構として公知の遊星歯車の一例を第１図に示
す。歯数Ｎ３の固定された内歯歯車５に駆動軸１が装着
され、この駆動軸１の回転によりピニオン軸２が回転す
る。ピニオン軸２には６ｉ　ＩＱＮｌ、Ｎ２の２連のビ
ニオン６が装着されビニオン＠２廻りに自転しこれに噛
み合う従動歯車４が低速回転する。このような遊星歯車
は一般に３Ｎ１＜Ｔ・Ｎ、、　＜　、４であって・減Ｍ比はそれ程
大きくない。この理由の一つは、もしＮ２＋Ｎ３をＮ１
Ｎ２　に近づけると軸間距離△が小さくなり、入力トル
クＴ１に対し転動体の軸に加わる力はＴ］／△となって
その値が過大となり、軸の曲がりあるいは軸受は荷重の
過大などにより円？Ｉ＃な回転が阻害されることになり
がちであるためと考えられる。

軸荷重の大きいことは減速比を大きくシ、従ってトルク
増大を設るこｋと裏腹であり、歯車減速としては避は難
い難点である。

磁力を利用した転動機械により低速で大きいトルクを得
る機構が特公昭５３−９９４０５号公報に記載されてい
る。この従来構造においては、単に転勤偏心する運動を
中心軸が振れない出力軸に伝達するのに継手の類を設け
たものであって、このような構造においては、前記遊星
歯車の場合と同様に、得られるトルクの大きさに限度が
ある。

磁力を利用した転動モータの別の従来例が特公昭５５−
５３１７０に開示されている。この従来例の串力結合部
の関係は第２図のように表わすことができる。固定子６
の内周に沿って転動体７の外周が転動し、この転動体７
の内周に形成された内歯歯車に出力歯車８の外歯歯車が
噛み合い出力回転が得られる。即ち、歯車伝達でいえば
、固定内歯歯車→転動外歯歯車→内歯歯車→出力用外歯
歯車と内外歯車に交互に伝達される。従って、歯車同士
の接触点（噛み合い点）は各中心軸の各々反対側に位置
することになる。第２図において、駆動側の電磁石の励
磁をθだけ移動させたとき従動歯となりθの一回転に対
し用が生じない。トルクについてみれば、電磁石の吸引力
Ｆにより発生したトルクＦ　−ｔｓｉｎαを２Ｒ〜δ′
−２Δ′　のレバー長の点で受けるので力はためトルク
増大の機能をもたない。

〈発明の目的〉本発明は上記従来技術の欠点に軽みなされたものであっ
て、低速、大トルクの出力が円溺な回転動作とともに得
られる転動モータの提供を目的とする。

〈発明の構成〉この目的を達成するため本発明に係る転動モータは、相
互に噛み合う内側動力伝達車および外側動力伝達車の一
方を固定子と一体の第１の動力伝達車とし、他の一方を
磁性体からなる転動子と一体の第２の動力伝達車とし、
該第２の動力伝達車とピッチ円径の異る第３の動力伝達
車を該第２の動力伝達車に同心一体重に設け、各動力伝
達車の中心からみて第１、第２の動力伝達車の噛み合い
位置と同じ方向の該第３の動力伝達車と噛み合う第４の
動力伝達車を上記第１の動力伝達車と同軸的にかつ該第
１の動力伝達車に対し回転可能に設け、上記第１の動力
伝達車と同心円周上に３ケ又はそれ以上の磁極を設けて
上記固定子を構成し、該固定子の各磁極に対面して上記
転勤子を設けている。

〈発明の実施例〉本発明に係る転動モータの一実施例を第３図から第５図
を用いて説明する。固定子１１の外周に複数個（この例
では４個（第５図））の励磁磁極１２（１２α、１２ｈ
、１２Ｃ，１２ｄ）が設けられる。各磁極１２には各々
励磁コイル１６（１３α、１３ｂ・・・）が巻回される
。励磁磁極１２に対面してその外周に磁性体からなる転
勤磁極１４が設けられる。転勤磁極１４と同心一体重に
転動内歯歯車１５．１５’が設けられる。この転動内歯
歯車ｉ５，１５’は固定子１１と同心一体重な固定外歯
歯車１０．１０’と噛み合う。転勤内歯歯車１５．１５
’とピッチ円径の異る内＃歯車９を転動内歯歯車１５．
１５’と同心一体重に設ける。

固定子１１と同軸的に従動軸１７が装着され、この従動
軸１７には内歯歯車９と噛み合う外歯歯車１６が同心一
体重に設けられる。１９は従動軸１７と同心の出力軸で
ある。転勤磁Ｗｉ１４の内径は、同軸の転勤内歯歯車１
５．１５’のピッチ円直径２Ｒ１とほぼ等しい。励磁磁
極群１２α、１２ｈ・・・の磁極表面外径はこれと同軸
の固定外歯歯車１０゜１０′のピッチ円直径２Ｒ２とほ
ぼ等しい。固定外歯歯車１０．１０’のモジュールは転
動内歯歯車１５゜１５′と同じで、歯数は転勤内歯歯車
１５．１５’より少・ぐ２Ｒ１＞　２Ｒ２である。転勤
磁極１４と同軸一体の内歯歯車９は、そのピッチ円直径
２Ｒ４がこれと噛み合う外歯歯車１６のピッチ円直径２
Ｒ５より大きく、またその歯数も外歯歯車１６の歯数よ
りも多い。第５図において、励磁磁極１２αが励磁され
転動磁極１４は点Ａで励磁磁極１２αに吸引されて接し
、他の励磁磁極１２ｈ、１？。

１２ｄは励磁されず、転動磁極１４がら離れている。Ａ
Ａ１間の寸法δはＲ５−Ｒ２であり同時にＲ４−４１で
ある。このような寸法関係に４つの歯車１０　（１０’
）、１５（１５’）、９．１６　を構成することは、こ
れらの歯車のモジュールを等しくするならば、転動内歯
歯車１５（１５’）の歯数をＮ１、固定外歯歯車１０（
１０’）の歯数をＮ２、内歯歯車９の歯数をＮ４、外歯
歯車１６の歯数をＮ３とするとき、Ｎ５−Ｎ２　＝Ｎ４
−Ｎ１−ΔＮとすることになる。次に励磁磁極１２ｈ、
１２ｃ、１２ｄを順次次切換えて励磁していくと転勤磁
極１４は順次吸着され固定外歯歯車１０（１０’）およ
び転動内歯歯車１５（１５’）の噛合いに従って滑るこ
となく一巡して接触点は再びＡに戻る。このときＮ１と
Ｎ２の歯数の差に相当する角度θだけ噛合い位置はずれ
る。即ち、転勤磁極１４は実質的にθだけ回転する。こ
の場合、（２π−θ）Ｒ１＝２πＲ２である。一方、内
歯歯車９および外歯歯車１６も相互に噛み合って一巡す
るが、内歯歯車９の噛み合ってきたピッチ円の周長は（
２π−θ）Ｒ４であり、外歯歯車１６の噛み合ってきた
ピッチ円の周長け（２π−φ）Ｒ３であり、これらが等
しいことから（２π−θ）Ｒ４＝（２π−φ）Ｒ３となり、励磁の一巡回転２πラジアンに対し、減速され
た回転φが出力軸１９がら得られる。半径いると、ＩＮ５と表わされる。これをさらに−膜化すれば、第５図に示
すような、転動体が外側に配置された＋１１成ではＲ２
を基準として、 △・δ と表わされる。△・δが正ならば出力軸は転動体と同方
向に回転する。

第６図は転動体を内側に配置した場合の転動モータの構
成例である。この例においては、励磁磁極１１２が外側
に設けられその磁極面は内側を向きこれに対面して転勤
磁極（図示しない）が設けられる。この励磁磁極１１２
と同心一体の内歯歯車１１９と転動磁極と同心一体の外
歯歯車１１６が噛み合い、この外歯歯車１１６と同心の
外歯歯表わされ、△・δが正であれば出力軸は転勤子と
反対方向に回転する。

〈発明の効果〉以上説明したように、本発明に係る転動モータは、複数
（６ケ以上）の磁極を順次励磁して転動体を吸着して回
転させるものであって、この励磁磁極の吸引力Ｆにより
発生するトルクはＦと接触点の距ａｔとの積であり、こ
れをテコ比の大きいｔ：δで従動軸へ加わる力Ｗに変換
し出力トルクＲ，５Ｗを得ているので摩擦による損失が
小さく効率良く大トルクが得られる。転勤とともに接触
点はＦの作用点に近づきレバー長ｔが短くなるが、吸着
ギャップも減少して同じ励磁起磁力に対し力Ｆが急激に
増大するので強いトルクが得られる。その間転動体には
遊星歯車の場合のような軸受部もなく、無理のない吸着
作用による円滑な転勤運動が得られる。

励磁磁極と転動磁極とを密着させることなく歯車を介し
て僅かな空隙を隔てて構成配置することにより、転動体
はピッチ円の正しい円形板がり軌跡をたどり、間欠的な
励磁磁極の吸り１力ではあっても、吸着衝撃音を発生す
ることなく静かな運転が達成される。

前述の本発明の実施例において、例えば各歯車の歯数が
Ｎ１＝３２、Ｎ２＝３１、Ｎ５＝３２、となり、励磁磁
極数を５とすると、５１２０切換で出力が１回転という
極めて高分解能のパルスモータが得られる。このような
高分解能を得るためには従来ならば、例えば歯数比４で
５段の平歯車減速機あるいはＮ１　”　１０００、Ｎ２
＝５０１、Ｎ５＝５０２、Ｎ４＝１００１　という歯数
の多い歯車を用いた遊星歯車を用いなければならなかっ
たのに比べ、本願発明は少い歯数の小さい歯車で高分解
能を達成できて小形化および経済化に効果がある。

本願発明の歯車機構においては、固定子の第１の歯車を
外歯とすれば、転動体は内歯と内歯が一体となり、出力
歯車は外歯となり、外歯→内歯→内歯→外歯（又は第１
の歯車を内歯とすれば内歯→外歯→外歯→内歯）の順に
回転が伝達されるように構成される。このような構成に
より歯車同士の噛み合い点は、各歯車の中心からみて同
じ方向に位置することになり最初に発生したトルクを微
少量δとｔの比で拡大することができ、前記特公昭５５
−５！１１７０号公報に記載された従来例に比べ大きな
トルクを得ることができる。

本考案の説明は全てインボリュート歯車でなされている
が、サイクルイド歯車或は第７図の如くビン列の歯車、
及び摩擦車伝導で接触内が本説明のピッチ円と同じ対応
関係のものであってもよいことは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は遊星歯車の一例の断面図、第２図は従来の転動
モータの出力機構の一例の構成説明図、第６図は本発明
に係る転動モータの断面図、第４図は第３図の転動モー
タの分解斜視図、第５図は第３図の転動モータの回転伝
達関係を示す説明図、第６図は本発明の別の実施例の転
動モータの回転伝達関係を示す説明図、第７図はピン歯
車の例を示す図である。１１・・・固定子、１２・・・励磁磁極、１３・・・励
磁コイル、１４・・・転動磁極、１５，１５’・・・転
勤内歯歯車、１０．１０’・・・固定外歯歯車、１６・
・・外歯歯車、９・・・内歯歯車。第５図＋２ｄ第７図

Claims

【特許請求の範囲】１、　相互に噛み合う内側動力伝達車および外側動力伝
達車の一方を固定子と一体の第１の動力伝達車とし、他
の一方を磁性体からなる転勤子と一体の第２の動力伝達
車とし、該第２の動力伝達車とピッチ円径の異る第３の
動力伝達車を該第２の動力伝達車に同心一体的に設け、
各動力伝達車の中心からみて第１、第２の動力伝達車の
噛み合い位置と同じ方向の該第３の動力伝達車と噛み合
う第４の動力伝達車を上記第１の動力伝達車と同軸的に
かつ該第１の動力伝達車に対し回転前能に設け、上記第
１の動力伝達車と同心円周上に３ケ又はそれ以上の磁イ
訴を設けて上記固定子を構成し、該固定子の各磁極に対
面して上記転動子を設けた転動モータ。２、特許請求の範囲第１項記載の転動モータにおいて、
第１および第４の動力伝達車が外側動力伝達車であって
、第２および第３の動力伝達車が内側動力伝達車である
転動モータ。３、特許請求の範囲第１項記載の転動モータにおいて、
第１および第４の動力伝達車が内側動力伝達車であって
、第２および第３の動力伝達車が外側動力伝達車である
転動モータ。４゜特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれか１項に
記載の転動モータにおいて、第１乃至第４の動力伝達車
が歯車である転動モータ。５、特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれか１項に
記載の転動モータにおいて、第１乃至第４の動力伝達車
が摩擦車である転動モータ。