JPS6240052A - 回転及び軸直線運動両用型の電動機 - 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】 （産業上の利用分野） ・この発明は、機械や設備の自動化、省力化に有効な手
段であるモータハンドあるいはロボットハンド、マニプ
レータなどの動力源として特に効果的に使用できる電動
機に係り、さらにいえば必要に応じて回転運動（動力）
又は軸直線運動（Ｉｈ力）を発生する両用型の電動機に
関する。

（従来の技術） モータハンドあるいはロボットハンドなどは、人間の手
、足と同様に物をつかみ、押し、上げ下げするような動
作がくり返し要求される。

そこで従来、回転運動用の動力源としては各種の電動機
を使用し、直線運動用の動力源としてはソレノイドとか
エアーシリンダなどを使用し、必要とする運動特性に応
じて両者を組合せ使用していた。

また、電動機を動力源として直線運動を行なわしめる手
段として、ポールねじ機構、ビニオンラック機構、スラ
イダクランク機構などを組合せることによっても要求を
満たしていた。

（発明が解決しよとする問題点） しかし、小型、軽量、コンパクト化を至上命題とするモ
ータハンドやロボットハンド、マニプレータなどにおい
て、回転運動用の電動機の他に直線運動用のソレノイド
やエアーシリンダなどを組合せて使用することは、スペ
ースも重量もコストも約２倍になる。

ツレメイドとかエアーシリンダなどに代って、電動機と
、ポールねじ機構やピニオンラックｊａ構などの運動変
換機構とを組合せた構成を採用した場合も、事情はおよ
そ似ている０例えば、一台の電動機を回転運動用と直線
運動用に併用する場合は、当然動力伝達部に切換装置が
必要となってくるので、板木的解決は望み得ないという
問題点があった。

そこで、この発明の目的は、１台の電動機を、あるとき
は通常の電動機の如くに回転動作させ、別の場合にはロ
ッド形リニアモータの如くに軸直縁動作をさせて、もっ
て回転運動又は軸直線運動の要求を制御装置の切換操作
のみによって十分に満たすことができる両用型の電動機
を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 上記問題点を解決するための手段として、この発明に係
る回転及び軸直線運動両用型の電動機は１１図面に実施
例を示したとおり。

（イ）　まず円筒形状のアウター（１）と、前記アウタ
ー（１）内に一定のギャップで同心円状配置に挿入し組
合せた円柱形状のインナー（２）とより成るものとした
。

（ロ）　そして、インナー（２）は、軸直線運動に必要
十分な長さの軸（３）を有するものとし。

この軸（３）に、アウター（１）を、そのブラケット（
４）の回転及びすべり用軸受（８）により回転及び軸方
向移動が自在に支持させた。

（ハ）　また、アウター（１）の内周面及びインナー（
２）の外周面に、それぞれの円周及び軸方向長さを等分
したピッチで多数の磁極（５）（７）を設けた。

（ニ）　その上で、回転子（アウター１又はインナー２
）に所望の回転又は軸直線運動を行なわせるため、制御
装置により、コイル（６）に対して円周方向又は軸方向
に所望の向きの順序で次々と切換えて通電する通電する
構成とした。

（作　　用） 回転子１又は２に回転運動を必要とするときは、励磁コ
イル６に対する通電を、回転子１又は２に所望する回転
方向（円周方向）に向って１例えば第２図の３Ａ→３Ｂ
→３Ｃ・・・の如き順序で次々に切換えてその磁極の励
磁を歩進させる。

すると２．この例の場合、回転子１又は２は、所謂ステ
ッピングモータの動作と同様に励磁コイル６による磁界
の前記歩進的な変化（回転動作）に追従して回転し回転
動力を発生する。

他方、回転子１又は２に軸直線運動を必要とするときは
１回転子２の現位置を基準として、励磁コイル６に対す
る通電を所望の移動方向（軸線方向）に向って例えば第
１図のＩＡ→２Ａ→３Ａ→４Ａ・・・の如き順序で次々
に切換えてその磁極の励磁を歩進させる。

すると、この例の場合、回転子１又は２は、所謂ロッド
形のりニアモータの動作と同様に、磁極コイル６による
磁界の前記軸直線方向への歩進的な変化（直進動作）に
追従して軸線方向に直線移動し、軸直線動力を発生する
のである。

なお、回転子１又は２の回転中に、軸線方向への移動を
生じさせることも、制御装置又は制御方法のそれなりの
組立てによって可能となる。

（実　施　例） 次に１図面に示したこの発明の好適な実施例を説明する
。

まず第１図と第２図は、円筒形状のアウター１を固定子
１としてその内周面には個別に励磁コイル６を巻いた磁
極５・・・を突極として設け、他方、円柱形状の７ウタ
ー２を回転子２としてその外周面にも磁極７・・・を突
極として設けた構成の両用型電動機を示している。即ち
、固定子ｌが台に固定支持される。

回転子２は、円筒形状の固定子１の中空部内に、相互の
磁極５．７が一定のギャップをもつように同心円状配置
に挿入して組合わされている。

回転子２は、軸直線運動（例えばストローク　１００１
位）に必要十分な長さの出力軸３を有し、この出力軸３
が固定子１の両端部のブラケット４に設けた回転及びす
べり用の軸受８により回転及び軸方向移動が自在に支持
されている。

ところで、固定子１の内周面の磁極５・・・は、第３図
に示したとおり、その円周及び軸線方向の長さを等分し
たピッチで円柱形状（但し、角柱形状等でも可）の突極
として、円周方向及び軸線方向に規則正しく整列した配
置で、かつ個々独立した構成のものとして設けられてい
る。

同様に、回転子２の外周面の磁極７・・・も、第４図に
示したとおり、その円周及び軸線方向の長さを等分した
ピッチであって、しかも前記固定子１の磁極５のピッチ
よりも大きいピッチで円柱形状（但冗、角柱形状でも可
）の突極として、円周方向及び軸線方向に規則正しく整
列した配置で、かつ個々独立した構成のものとして設け
られている。また、この磁極７は単に軟鉄よりなる磁性
体又は永久磁石又は電磁石よりなるものとされている。

従って、回転子２を回転させる場合は、固定子ｌの励磁
コイル６・・・に対し、制御装置を通じて第２図に示し
たように円周方向に所望向きの順序で３Ａ→３Ｂ→３Ｃ
・・・の如く次々と切換えて通電し磁極５・・・の励磁
を歩進させる。すると、対向する磁極５．７相互間に発
生する磁界による吸引力、反発力が歩進的に変化し、こ
れに伴ない回転子２（の出力軸３）に時計回り方向の回
転力を生ずる。その回転はいわばステッピングモータ（
同期モータ）と同様で、回転数は入力周波に比例し、多
相の同期モータをインバータによる周波数制御した特性
と似ている。直接パルス信号で制御することが可能で、
制御装置はマイコンなどのデジタル機器と組合わせたド
ライブユニットとして構成される０回転速度の加減速は
、例えばパルス列の間隔を変えることによって行なえる
。

次に、回転子２を軸線方向に移動させる場合は、制御装
置を通じて固定子１の励磁コイル６・・・に対し、回転
子２の現位置を基準として、第１図に示したように軸線
方向に所望向きの順序でＩＡ→２Ａ→３Ａ→４Ａ・・・
の如くに次々と切換えて通電し励磁を歩進させる。する
と、対向する磁極５．７間に発生する磁界による吸引力
、反発力が歩進的に変化し、これに伴ないいわばロッド
形リニヤモータと同様に回転子２（の出力軸３）に軸直
線方向の推力を発生し、図中右向きに直線運動をする。

即ち、入力パルス信号によって励磁コイル６の励磁条件
を変えて、正確に一定ピッチ（ステップ量）づつ直線的
に所望向きに歩道運動させることが可能であり、オープ
ンルーズの位置決め制御が可能である。

かくして、この両用型電動機の場合、回転子２の出力軸
３に直接回転動力及び軸直線動力がもたらされるので、
それを対象物の回転又は軸直線運動の要求に応じて使い
分けることができる。

（第２の実施例） 第５図は、アウター１を回転子１として外側に配置し、
その内周面には永久磁石より成る磁極５′・・・を設け
、他方、インな−２を固定子２として内側に配置し、固
定子２の外周面には個別に励磁コイル６′を巻いた磁極
７′・・・を設けた構成の両用型電動機を示している。

即ち、インナー２（固定子）の軸３は固定軸であり、こ
の軸３が台に固定支持される。

その余の構成は上記第１実施例と全く同じであり、同様
の動作原理により回転子１に回転又は直動運動を発生さ
せることができる。

その他の実施例 以上の各実施例としては、所謂可変レラクタンス型ステ
ップモータをあげたが、永久磁石型モーター等それ以外
の原理のモーターであっても、固定子および回転子にそ
れぞれ回転方向および軸方向に磁極を分布させ、そのど
ちらかの磁極を回転方向および軸方向に順次切り換えて
やれば、回転運動および軸方向の運動を実現できる。

（発明が奏する効果） 以北に実施例と併せて詳述したとおりであって、この発
明の両用型電動機は、制御装置を通じて回転子ｌ又は２
に回転運動又は軸直線迂動を任意に取り出すことができ
る。

従って、回転子１又は２の運動をモータハンドあるいは
ロボットハンド、マニプレータなどの動力源として使用
するならば、回転運動及び直線運動の要求に１台で応え
ることができ、もって物をつかんだり押したり上げ下げ
する動作を容易に実現できる。

このため従前の如く電動機の他に直線運動用のソレノイ
ドやエアーシリンダなどを組合せて使用する必要は一切
なく、その分のスペース縮小、重量の軽減、コストダウ
ンに寄与せしめることができるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図はこの発明の第１実施例の電動機を示し
た正面方向及び側面方向の断面図、第３図と第４図は固
定子と回転子の簡略化した斜視図、第５図は第２実施例
の断面図である。 発明者　　　　小　野　昌　朗

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【１】（イ）円筒形状のアウター（１）と、前記アウタ
   ー（１）内に一定のギャップで同心円状配置に挿入し組
   合せた円柱形状のインナー（２）とより成り （ロ）インナー（２）は軸直線運動に必要十分な長さの
   軸（３）を有し、この軸（３）にアウター（１）がその
   ブラケット（４）の回転及びすべり用軸受（８）により
   回転及び軸方向移動が自在に支持されており、 （ハ）アウター（１）の内周面及びインナー（２）の外
   周面に、それぞれの円周及び軸方向長さを等分したピッ
   チで磁極（５）（７）を設けてあり、 （ニ）回転子に所望の回転又は軸直線運動を行なわせる
   ため、制御装置によりコイル（６）に対して円周方向又
   は軸方向に所望の向きの順序で次々と切換えて通電する
   こと、 を特徴とする回転及び軸直線運動両用型の電動機。 【２】特許請求の範囲第１項に記載したアウター（１）
   を固定子として外側に配置し、インナー（２）を回転子
   として内側に配置したことを特徴とする回転及び軸直線
   運動両用型の電動機。 【３】特許請求の範囲第１項に記載したインナー（２）
   を固定子として内側に配置し、アウター（１）を回転子
   として外側に配置したことを特徴とする回転及び軸直線
   運動両用型の電動機。