WO2018066521A1 - 回転電機 - Google Patents

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光 石毛
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株式会社日立産機システム
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K16/00—Machines with more than one rotor or stator
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K49/00—Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/10—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters
    • H02K7/106—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with dynamo-electric brakes

Definitions

  • This disclosure relates to a rotating electrical machine.
  • Servo motors may require a large torque only at a certain point, for example, in a locked state. In such a case, it is necessary to select a motor having a capacity that is significantly larger than the capacity required during operation excluding the one point only for that one point.
  • the specification of a motor within a certain power supply capacity range is a contradictory characteristic between high-speed rotation and large torque, and a motor that can output large torque (for example, suitable for outputting large torque). How to wind the winding: Specification due to torque), it will not be able to rotate at high speed.
  • Patent Document 1 discloses a drive device that combines two motors, uses one motor during high-speed rotation, and uses the other motor when large torque is required. Has been.
  • each of the two motors be a motor that makes one rotation or more independently. And even if those motors are specialized in torque and rotation speed, the performance corresponding to each motor physique is the limit. Therefore, if a larger torque is required, the motor size must be increased. If the motor size is large, there is a problem that the size of the device itself on which the motor is mounted becomes large. The present disclosure has been made in view of such a situation, and provides a rotating electrical machine capable of outputting a large torque while reducing the physique.
  • a rotating electrical machine includes a first stator around which a first coil is wound, a first rotor that is rotated by a magnetic field from the first stator, and a first rotor. And a torque assist device that operates with a direct current.
  • the torque assist device operates with a direct current. More specifically, the torque assist device includes a stator in which a coil is wound around the pair of teeth, a rotor that is attracted to the stator by a magnetic field from the stator, and an output shaft. .
  • the rotor does not rotate more than half a rotation in a state where a direct current is supplied. That is, the rotor only rotates until it is attracted to the stator. Further, in the torque assist device, the rotor is stopped when torque is generated.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration example of a press machine 100 equipped with a servomotor with a torque assist device according to the first embodiment of the present disclosure.
  • the cross section is shown about the structure of the part below the torque auxiliary
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration example of a press machine 100 equipped with a servomotor with a torque assist device according to the first embodiment of the present disclosure.
  • the cross section is shown about the structure of the part below the torque auxiliary
  • the press machine 100 is rotated by, for example, the torque assist device 10, the servo motor 20 including the encoder 21, a host device 30 configured by a computer, a motor control device 40, a DC output device 50, and the servo motor 20.
  • the output transmission ball screw 101, the coupling member 102 for connecting the output transmission ball screw 101 and the output shaft (motor shaft) 11 of the torque assist device 10, the torque assist device 10 and the servo motor 20 are mounted.
  • a coupling cover / motor mounting base 103 that covers the coupling member 102, a press machine upper base 106 including a bearing 104, a press machine lower base 107, a press machine upper base 106, and a press machine lower base 107.
  • a slider 109 having a ball screw 105 for movement.
  • the slider 109 is coupled to the output transmission ball screw 101 and can move up and down in conjunction with the rotation of the output shaft (motor shaft) 11. Further, the slider 109 is formed with a hole (not shown) through which the support column 108 penetrates, so that the slider 109 can move up and down stably.
  • the host device 30 transmits control information (position information) of the servo motor 20 to the motor control device 40.
  • the motor control device 40 controls the rotation of the servo motor 20 in response to the received control information.
  • the servo motor 20 rotates (in this case, for example, AC power is supplied from the motor control device 40 to the servo motor 20)
  • the slider 109 moves up and down.
  • the host device 30 transmits to the DC output device 50 an ON / OFF command for supplying DC power to the torque assist device 10.
  • the DC output device 50 supplies DC power to the torque assisting device 10 or stops it in response to the received ON / OFF command.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a cross-sectional configuration of the servomotor with a torque assist device according to the first embodiment.
  • the torque auxiliary device 10 and the servo motor 20 are connected to each other and have a coaxial configuration.
  • the output shaft (motor shaft) 11 is shown as a single shaft without a joint, but the rotation shaft of the servo motor and the output shaft of the torque assist device rotate together, and the torque assist device.
  • Another configuration may be used as long as the torque generated in step 1 is transmitted to the rotating shaft of the servo motor.
  • the output shaft of the servo motor 20 and the output shaft of the torque assist device 10 may be coupled by a coupling member (one example).
  • the torque assist device 10 is mounted on a torque assist device stator 12, a winding 13 wound around the stator, a torque assist device rotor 14 fixed to the output shaft 11, and a torque assist device end bracket 17.
  • Bearing 15 Since the position of the output shaft 11 is stabilized by the bearing 15 (when the output shaft 11 rotates, it rotates stably), the positional relationship between the torque assist device stator 12 and the torque assist device rotor 14 is also stabilized. As will be described later, in the torque assist device 10, by using only one pair of stator teeth, it becomes easier to take up space for the winding 13, and a large torque is generated (a large amount of current flows).
  • the winding 13 can be made thicker than the winding 23 of the servo motor 20, or the number of windings 13 can be increased.
  • the diameter of the torque assist device rotor 14 is set to the diameter of the servo motor rotor.
  • the current value applied to the winding 13 may be increased.
  • the torque assisting device 10 has a pair of two teeth, but the number of teeth may be more than two. For example, the number may be three as shown in FIG. 4 or more.
  • the torque assisting device need not increase the number of teeth in order to reduce pulsation, and the number of teeth may be determined from the viewpoint of output torque and cost.
  • two pairs of teeth are used as a minimum configuration in order to reduce costs. From the viewpoint of cost reduction, it is desirable that the number of teeth of the torque assist device is smaller than the number of teeth of the servo motor stator 22.
  • the servo motor 20 includes a servo motor stator 22, a winding 23 wound around the stator, a servo motor rotor 24 fixed to the output shaft 11, and bearings mounted on servo motor end brackets 27 and 28. 25 and 26. Because the bearings 25 and 26 stabilize the position of the output shaft 11 (when the output shaft 11 rotates, it rotates stably), the positional relationship between the servo motor stator 22 and the servo motor rotor 24 is also stabilized.
  • the servo motor 20 is equipped with an encoder 21. The encoder 21 can detect the rotational position of the servo motor 20.
  • Servo motor stator 22 is connected to torque assist device stator 12 via servo motor end bracket (output shaft side) 27.
  • the servo motor rotor 24 is connected to the torque assist device rotor 14 by the output shaft 11.
  • ⁇ Relationship between rotor and stator in torque assist device> 3 is a diagram (enlarged view) showing a cross section taken along a dotted line AB in FIG.
  • FIG. 3 shows the relationship among the torque assisting device stator 12, the torque assisting device rotor 14, and the windings 13 in the torque assisting device 10.
  • the torque assist device 10 does not operate during the period in which the slider 109 is moved up and down by the servo motor 20, and after the slider 109 reaches the press start position of the object (bottom dead center of the slider), the pressure is applied to the object. Works when hung.
  • a coil is wound around the teeth of the torque assisting device stator 12.
  • the upper coil (winding 13) and the lower coil (winding 13) are wound in the same direction, and the ends of each coil are connected in series or in parallel.
  • the torque assisting device rotor 14 may have a circular shape, or may have a short shape in a certain direction, such as an ellipse.
  • the volume of the electrical steel sheet used for the rotor can be reduced as compared with the case where the shape extending in one direction is substantially circular, and weight reduction and cost reduction can be realized.
  • the torque assisting device 10 has a winding 13 wound around a pair of teeth of a torque assisting device stator 12 and operates with a direct current.
  • a current is supplied to the winding 13
  • one of the torque assisting device stators 12 becomes an N pole, and the other becomes an S pole, and the torque assisting device rotor 14 is attracted to the torque assisting device stator 12.
  • the torque assist device rotor 14 does not rotate.
  • the torque assisting device 10 when a current is applied, the torque assisting device rotor 14 rotates because it is attracted to the torque assisting device stator 12, but since it is not an alternating current, a rotating magnetic field is not generated, and the rotor 14 After being attracted to the nearest tooth, it will not rotate.
  • Even when an alternating current is used, the same effect as described above can be obtained through an inverter or a servo amplifier that performs control so that the torque assist device becomes a direct current only when it is desired to assist the torque. .
  • the output shaft of the servo motor 20 and the output shaft of the torque assist device 10 are the same as the output shaft 11, the outputs of the servo motor 20 and the torque assist device 10 are the same object. Will work. Further, while the torque assisting device 10 is operating, the servo motor 20 may be operated (DC power is supplied to generate torque), or may not be operated (the power is not supplied and the motor is stopped). Controlled). Further, when the rotor of the servo motor 20 is rotating, no current is supplied to the torque assisting device 10 and the rotor 14 of the torque assisting device may idle, or a current having the same frequency as that of the servo motor may be used. You may control to supply and to rotate like the servomotor 20.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of a servo system using the torque assist device 10 according to the embodiment of the present disclosure.
  • the servo system is connected to the torque assist device 10, the servo motor 20, the encoder 21, the host device 30, the host device 30, and a communication line, and connected to the servo motor 20 and an input line.
  • a motor control device 40 connected by a line, a host device 30 connected by a communication line, a DC output device 50 connected by an input line to the torque auxiliary device 10, a power source 1_51, and a power source 2_52. .
  • the servo motor 20 includes an output shaft (motor shaft) 11 penetrating through the servo motor 20 and an encoder 21 connected to the output shaft (motor shaft) 11. Further, the output shaft 11 of the torque assisting device 10 is connected to the same shaft as the output shaft of the servo motor or a coupling member.
  • the host device 30 is configured by a computer and transmits control information (including position information) to the motor control device 40. Further, the host device 30 transmits an ON / OFF command for instructing the DC output device 50 to start and stop the operation of the torque assist device 10.
  • the motor control device 40 receives control information from the host device 30, transmits position information (position information of the servo motor, that is, position information of the encoder) to the encoder 21, and current (servo) to the servo motor 20. Motor input).
  • the power source 2_52 supplies, for example, a direct current to the motor control device 40.
  • the motor control device 40 converts the supplied direct current into alternating current and provides it to the servo motor 20.
  • the motor control device 40 provides the supplied direct current to the servo motor 20 as it is.
  • the power source 1_51 supplies an alternating current to the direct current output device 50, for example.
  • the DC output device 50 converts the alternating current supplied from the power source 1_51 into a direct current and provides it to the torque assist device 10.
  • the torque assisting device 10 and the output shaft 11 of the servo motor 20 are connected to the ball screw of the press machine 100 and the coupling member. At this time, in the torque assisting device 10, the rotor near the maximum torque is generated. Assuming that the position (angle) relationship between the (core) and the stator (core) is referred to as a “prescribed position of the torque assist device”, the torque assist device 10 with respect to the position (state) where the maximum torque of the press machine 100 is desired. The positions of the rotor (core) and the stator (core) are assembled in accordance with the “specified position”.
  • the position information of the encoder in this state and the information indicating the number of rotations of the motor from this state may be stored as “the zero position of the apparatus (press machine 100)”.
  • the zero position information may be stored in a storage device (not shown) of the host device 30, or may be stored in a memory (not shown) in the motor control device 40. Any storage form can be adopted.
  • FIG. 6 is a diagram for describing an operation sequence of the press 100 according to the embodiment of the present disclosure. The sequence is for explaining a procedure for performing torque assist in the press machine 100 equipped with a servomotor with a torque assist device.
  • the host device 30 controls the DC output device 50 and supplies a DC current to the torque assist device 10 to generate an extra large torque (larger than the torque by the servo motor 20). At this time, the host device 30 may continue to generate torque (direct current) by energizing the servo motor 20 (further supplementing the torque), or may stop the servo motor 20 (sequence 510).
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of a servomotor with a torque assist device according to a second embodiment of the present disclosure.
  • the torque assist device 10 is configured to be larger than the servo motor 20. More specifically, at least the diameter from the center of the output shaft 11 in the torque assist device 10 to the end of the torque assist device rotor 14 is the end of the servo motor rotor 24 from the center of the output shaft 11 ′ in the servo motor 20. It is configured larger than the diameter up to the part.
  • torque generation is mainly performed by the torque assist device 10, and the size of the servo motor 20 can be further reduced.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a schematic configuration example of a press machine 700 according to a third embodiment of the present disclosure.
  • the difference from the press 100 according to the first embodiment is that a linear scale 701 is added in the present embodiment, and other configurations are the same as those in the first embodiment. A description of the same configuration as that of the first embodiment is omitted here.
  • the linear scale 701 is used to grasp whether or not the slider 109 has reached the “zero position of the apparatus (press machine)” (immortal point). It is assumed that which position on the linear scale 701 is the immortal point is determined in advance.
  • the position information of the encoder 21 is used to determine whether the slider 109 has reached the immortal point.
  • the encoder 21 is a servo. It is only necessary to know the rotational position of the motor 20.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a schematic configuration example of a press machine 800 according to a fourth embodiment of the present disclosure.
  • the torque assisting device 10 and the servo motor 20 are placed in the Z-axis direction and the output shaft is shared, but in the fourth embodiment, the torque assisting device 10 and the servo are shared.
  • the motor 20 is mounted on the mounting surface of the same coupling cover and motor mount 103. For this reason, the output shaft 11 of the torque assist device 10 and the output shaft 11 ′ of the servo motor 20 are not coaxial.
  • the output from the torque assist device 10 and the output from the servo motor 20 are transmitted to the output transmission ball screw 101 via the belt 90 or the belt 91, respectively.
  • Other configurations are the same as those of the first embodiment. A description of the same configuration as that of the first embodiment is omitted here.
  • FIG. 9 shows an example in which belts 80 and 81 are used, gears (such as normal gears and bevel gears) may be used instead of belts 90 and 91.
  • gears such as normal gears and bevel gears
  • both the output shafts 11 and 11 ′ are different shafts from the output transmission ball screw 101.
  • either one of the output shafts is connected by a ball screw and a coupling member or the like to be coaxial. May be.
  • a linear scale 701 may be attached to the configuration.
  • the configuration is It is valid.
  • a rotating electrical machine (servo motor) according to an embodiment of the present disclosure includes a torque assist device.
  • the torque assist device operates with a direct current. By doing so, it becomes possible to take a space for the winding in the torque assist device, the size of the torque assist device can be reduced, and the torque of the rotating electrical machine can be increased at an appropriate timing. It becomes possible to do.
  • the torque assist device includes only a pair of teeth, a stator having a coil wound only around the pair of teeth, a rotor attracted to the stator by a magnetic field from the stator, and a rotation shaft of a servo motor. And a coaxial output shaft.
  • the winding is wound only on the pair of teeth of the stator, so that the size of the rotating electrical machine can be reduced.
  • the rotor does not rotate more than half a rotation when a direct current is supplied. That is, it rotates only until the rotor is attracted to the stator. In this way, the torque assist device is specialized for torque generation. Therefore, when torque generation is unnecessary (that is, when the servo motor is rotating), the torque assist device is controlled to be in an operation stop state.

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Abstract

体格を小さくしつつ、大トルクを出力できる回転電機を提供するものである。本開示による回転電機は、第１のコイルが巻かれた第１の固定子と、第１の固定子からの磁界により回転する第１の回転子と、第１の回転子と共回りする回転軸と、直流電流で動作する回転電機で構成されるトルク補助装置と、を備える（図２参照）。

Description

回転電機
　本開示は、回転電機に関する。
　サーボモータにおいて、例えばロック状態など、ある一点でのみ大きなトルクを必要とする場合がある。このような場合、その一点のためだけに、その一点を除いた運転時に求められる容量よりも大幅に容量が大きいモータを選定しなければいけない。また、例えばある電源容量の範囲におけるモータの仕様としては、高速回転と大トルクとでは相反する特性となり、大トルクを出力することができるモータにすると（例えば、大トルクを出力するのに適した巻線の巻き方とする：トルク因りの仕様）、高速で回転させることができなくなってしまう。このような状況を改善するために、例えば、特許文献１では、２つのモータを組み合わせ、高速回転時には一方のモータを使用し、大トルクが必要な時にはもう一方のモータを使用する駆動装置が開示されている。
特開平０６－１４４０２０号公報
　しかしながら、出力トルクを大きくしようとする場合、特許文献１では、２つのモータが各々独立して１回転以上するモータである必要がある。そして、それらのモータがトルクや回転数にそれぞれ特化したものだとしても、各々のモータ体格に見合った性能が限界である。そのため、より大きなトルクが必要な場合、モータ体格を大きくしなければならない。モータ体格が大きいと、それを搭載した装置自体のサイズも大きくなってしまうという課題がある。
　本開示はこのような状況に鑑みてなされたものであり、体格を小さくしつつ、大トルクを出力できる回転電機を提供するものである。
　上記課題を解決するために、本開示は、例えば請求の範囲に記載の構成を採用する。具体的には、本開示による回転電機は、第１のコイルが巻かれた第１の固定子と、第１の固定子からの磁界により回転する第１の回転子と、第１の回転子と共回りする回転軸と、直流電流で動作するトルク補助装置と、を備える。
　本開示に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、本開示の態様は、要素及び多様な要素の組み合わせ及び以降の詳細な記述と添付される請求の範囲の様態により達成され実現される。
　本明細書の記述は典型的な例示に過ぎず、本開示の請求の範囲又は適用例を如何なる意味に於いても限定するものではないことを理解する必要がある。
　本開示によれば、回転電機の体格を必要以上に大きくせずに、適切なタイミングでトルクを大きくできる回転電機を実現することができる。
本開示の第１の実施形態によるトルク補助装置付きサーボモータを搭載したプレス機１００の概略構成例を示す図である。 第１の実施形態によるトルク補助装置付きサーボモータの断面構成を示す図である。 図２における点線ＡＢにおける断面を示す図（拡大図）である。 第１の実施形態によるトルク補助装置断面の変形例を示す図である。 本開示の実施形態によるトルク補助装置１０を用いたサーボシステムの構成例を示す図である。 本開示の実施形態におけるプレス機１００の動作シーケンスを説明するための図である。 本開示の第２の実施形態によるトルク補助装置付きサーボモータの構成例を示す図である。 本開示の第３の実施形態によるプレス機７００の概略構成例を示す図である。 本開示の第４の実施形態によるプレス機８００の概略構成例を示す図である。
　本開示は、トルク補助装置を備える回転電機について提案する。当該トルク補助装置は、直流電流で動作する。より具体的には、当該トルク補助装置は、コイルが当該一対のティースに巻かれた固定子と、当該固定子からの磁界により固定子に引きつけられる回転子と、出力軸と、を備えている。当該トルク補助装置では、回転子は、直流電流が供給された状態で、半回転以上は回転しない。つまり、回転子は固定子に引き付けられるまでしか回転しない。また、トルク補助装置において、トルクを発生している際には当該回転子は停止した状態となっている。
　以下、添付図面を参照して本開示の実施形態について説明する。添付図面では、機能的に同じ要素は同じ番号で表示される場合もある。なお、添付図面は本開示の原理に則った具体的な実施形態と実装例を示しているが、これらは本開示の理解のためのものであり、決して本開示を限定的に解釈するために用いられるものではない。また、以下の実施形態では、回転電機としてサーボモータを例に説明するが、サーボモータ以外のモータであっても良い。さらに、本開示の回転電機をプレス機に適用した場合の例を説明するが、当該回転電機はプレス機以外の装置やシステムにも適用可能であることは言うまでもない。
　本実施形態では、当業者が本開示を実施するのに十分詳細にその説明がなされているが、他の実装・形態も可能で、本開示の技術的思想の範囲と精神を逸脱することなく構成・構造の変更や多様な要素の置き換えが可能であることを理解する必要がある。従って、以降の記述をこれに限定して解釈してはならない。
（１）第１の実施形態
　＜トルク補助装置付きサーボモータを搭載したプレス機の概略構成＞
　図１は、本開示の第１の実施形態によるトルク補助装置付きサーボモータを搭載したプレス機１００の概略構成例を示す図である。図１においては、プレス機１００のトルク補助装置１０より下の部分の構成については断面が示されている。
　プレス機１００は、一例として、トルク補助装置１０と、エンコーダ２１を含むサーボモータ２０と、コンピュータで構成される上位装置３０と、モータ制御装置４０と、直流出力装置５０と、サーボモータ２０によって回転する、出力伝達用ボールネジ１０１と、出力伝達用ボールネジ１０１とトルク補助装置１０の出力軸（モータ軸）１１とを連結するためのカップリング部材１０２と、トルク補助装置１０及びサーボモータ２０を載置し、カップリング部材１０２をカバーするカップリングカバー兼モータ取付台１０３と、ベアリング１０４を含むプレス機上台１０６と、プレス機下台１０７と、プレス機上台１０６とプレス機下台１０７との間に設けられた支柱１０８と、移動用ボールネジ１０５を備えるスライダ１０９と、を備えている。
　スライダ１０９は、出力伝達用ボールネジ１０１に連結されており、出力軸（モータ軸）１１の回転に連動して上下移動可能なようになっている。また、スライダ１０９には支柱１０８が貫通する穴（図示せず）が形成されており、スライダ１０９が安定して上下に移動できるようになっている。
　上位装置３０は、モータ制御装置４０に対してサーボモータ２０の制御情報（位置情報）を送信する。モータ制御装置４０は、受信した制御情報に応答して、サーボモータ２０の回転制御を行う。サーボモータ２０が回転する（この場合、例えば、モータ制御装置４０からサーボモータ２０へは交流電源が供給される）ことにより、スライダ１０９が上下に移動することとなる。また、上位装置３０は、直流出力装置５０に対して、トルク補助装置１０への直流電源供給のＯＮ／ＯＦＦ指令を送信する。直流出力装置５０は、受信したＯＮ／ＯＦＦ指令に応答して、トルク補助装置１０に対して直流電源を供給したり、停止したりする。
　＜トルク補助装置とサーボモータの断面構成＞
　図２は、第１の実施形態によるトルク補助装置付きサーボモータの断面構成を示す図である。
　第１の実施形態では、図２に示されるように、トルク補助装置１０とサーボモータ２０とは、連結され、同軸構成となっている。なお、図２においては、出力軸（モータ軸）１１は繋ぎ目がない１つの軸として示されているが、サーボモータの回転軸とトルク補助装置の出力軸とが共回りし、トルク補助装置で発生したトルクがサーボモータの回転軸へと伝わるような構成であれば別の構成としてもよい。例えば、サーボモータ２０の出力軸とトルク補助装置１０の出力軸とをカップリング部材（一例）で連結するようにしても良い。
　トルク補助装置１０は、トルク補助装置用ステータ１２と、当該ステータに巻かれた巻線１３と、出力軸１１に固定されたトルク補助装置用ロータ１４と、トルク補助装置用エンドブラケット１７に搭載されたベアリング１５と、を備える。当該ベアリング１５によって、出力軸１１の位置が安定する（出力軸１１が回転するときには安定的に回転する）ため、トルク補助装置用ステータ１２及びトルク補助装置用ロータ１４の位置関係も安定する。なお、後述のように、トルク補助装置１０では、ステータのティースを一対だけにすることで、巻線１３のためのスペースを取りやすくなり、大トルクを発生する（多くの電流を流す）ためにサーボモータ２０の巻線２３よりも巻線１３を太くしたり、巻線１３の巻線数を多くしたりすることができる。また、トルク補助装置１０においては、サーボモータ２０と同じ巻線数及び線径が同じだったとしても、大トルクを発生させるために、トルク補助装置用ロータ１４の径をサーボモータ用ロータの径より大きくしたり、巻線１３に印加する電流値を大きくしたりしても良い。
　本実施例では図３のように、トルク補助装置１０のティースを２本一対としているが、ティースは２本より多くても構わない。例えば図４のように３本としてもよいしそれ以上でもよい。当該トルク補助装置はモータとは異なり、脈動を軽減するためにティースを増やす必要はなく、出力トルクとコストの観点からティースの本数を決定すればよい。本実施形態においては、コストを低減するため最低限の構成として２本１対のティースとしている。コスト低減の観点からは、トルク補助装置のティースの本数はサーボモータ用ステータ２２のティースの本数よりも少ない方が望ましい。
　サーボモータ２０は、サーボモータ用ステータ２２と、当該ステータに巻かれた巻線２３と、出力軸１１に固定されたサーボモータ用ロータ２４と、サーボモータ用エンドブラケット２７及び２８に搭載されたベアリング２５及び２６と、を備える。当該ベアリング２５及び２６によって、出力軸１１の位置が安定する（出力軸１１が回転するときには安定的に回転する）ため、サーボモータ用ステータ２２及びサーボモータ用ロータ２４の位置関係も安定する。また、サーボモータ２０は、エンコーダ２１を搭載している。エンコーダ２１は、サーボモータ２０の回転位置を検出することができる。
　サーボモータ用ステータ２２は、サーボモータ用エンドブラケット（出力軸側）２７を介して、トルク補助装置用ステータ１２と連結される。また、サーボモータ用ロータ２４は出力軸１１でトルク補助装置用ロータ１４と連結される。
　＜トルク補助装置におけるロータとステータとの関係＞
　図３は、図２における点線ＡＢにおける断面を示す図（拡大図）である。図３からは、トルク補助装置１０の内部における、トルク補助装置用ステータ１２、トルク補助装置用ロータ１４、及び巻線１３との関係が分かる。
　トルク補助装置１０は、サーボモータ２０によってスライダ１０９が上下移動している期間においては動作せず、スライダ１０９が対象物のプレス開始位置（スライダの下死点）に到達した後、圧力を対象物に掛けるときに動作する。
　図３に示されるように、トルク補助装置用ステータ１２のティースにコイルが巻き付けられている。上方のコイル（巻線１３）と下方のコイル（巻線１３）は、巻き付け方向は同じ方向であり、それぞれのコイルの末端同士は回路的に直列、又は、並列に接続される。例えば、これらのコイルに任意方向の電流を流した場合、同じ方向、例えば正方向の電流であれば、図３の上方向への磁界が、それぞれのコイルで発生する。また、トルク補助装置用ロータ１４は、円のような形でもよいし、例えば楕円のような、ある方向に長くある方向に短い形状となっていてもよい。一方向に延伸するような形状の方が略円形の場合と比較してロータに用いる電磁鋼板の体積を減らすことができ、軽量化、低コスト化を実現することができる。
　トルク補助装置１０は、トルク補助装置用ステータ１２の一対のティースに巻線１３が巻かれており、直流電流で動作する。巻線１３に電流が供給されると、トルク補助装置用ステータ１２の一方がＮ極となり、もう一方がＳ極となり、トルク補助装置用ロータ１４がトルク補助装置用ステータ１２に引きつけられ、それ以降トルク補助装置用ロータ１４は回転しない。トルク補助装置１０においては、電流が印加されると、トルク補助装置用ロータ１４はトルク補助装置用ステータ１２に引きつけられるため回転するが、交流電流ではないため回転磁界は発生せず、ロータ１４は最も近いティースに引き付けられた後は回転しないようになっている。
　なお、交流電流を用いた場合でも、トルク補助装置がトルクを補助したいときにのみ直流となるような制御を行うインバータあるいはサーボアンプを介することで、上記と同様の効果を得ることが可能である。
　なお、第１の実施形態では、サーボモータ２０の出力軸とトルク補助装置１０の出力軸は出力軸１１として同じであるので、サーボモータ２０及びトルク補助装置１０のそれぞれの出力は同じ対象物に作用することになる。また、トルク補助装置１０が動作している間は、サーボモータ２０が動作（直流電源が供給されてトルクを発生）するようにしても良いし、動作しない（電源を供給せずに停止状態に制御される）ようにしても良い。
　また、サーボモータ２０のロータが回転しているときは、トルク補助装置１０には電流が供給されずトルク補助装置のロータ１４が空回りするようにしてもよいし、サーボモータと同じ周波数の電流を供給しサーボモータ２０と同様の回転をするように制御してもよい。
　＜サーボシステムの構成＞
　図５は、本開示の実施形態によるトルク補助装置１０を用いたサーボシステムの構成例を示す図である。
　当該サーボシステムは、トルク補助装置１０と、サーボモータ２０と、エンコーダ２１と、上位装置３０と、上位装置３０と通信線で接続され、サーボモータ２０と入力線で接続され、エンコーダ２１とエンコーダ通信線で接続されるモータ制御装置４０と、上位装置３０と通信線で接続され、トルク補助装置１０と入力線で接続される直流出力装置５０と、電源１_５１と、電源２_５２と、によって構成される。
　サーボモータ２０は、サーボモータ２０の内部を貫通する出力軸（モータ軸）１１と、出力軸（モータ軸）１１に連結されたエンコーダ２１と、を備えている。また、トルク補助装置１０の出力軸１１は、サーボモータの出力軸と同一軸、或いはカップリング部材等によって連結されている。
　上位装置３０は、コンピュータによって構成され、モータ制御装置４０に対して制御情報（位置情報を含む）を送信する。また、上位装置３０は、直流出力装置５０に対して、トルク補助装置１０の動作開始及び動作停止を指示するためのＯＮ／ＯＦＦ指令を送信する。
　モータ制御装置４０は、上位装置３０から制御情報を受け取り、エンコーダ２１に対しては位置情報（サーボモータの位置情報、即ちエンコーダの位置情報）を送信し、サーボモータ２０に対しては電流（サーボモータ入力）を供給する。電源２_５２は、例えば直流電流をモータ制御装置４０に対して供給する。サーボモータ２０でスライダ１０９を上下移動させる場合、モータ制御装置４０は、供給された直流電流を交流電流に変換してサーボモータ２０に提供する。一方、サーボモータ２０で回転速度を０としてトルクを発生させる場合、モータ制御装置４０は、供給された直流電流をそのままサーボモータ２０に提供する。
　電源１_５１は、例えば交流電流を直流出力装置５０に供給する。直流出力装置５０は、上位装置３０からの指令がＯＮ指令の場合に、電源１_５１から供給される交流電流を直流に変換してトルク補助装置１０に提供する。
　上述のように、トルク補助装置１０及びサーボモータ２０の出力軸１１は、プレス機１００のボールネジとカップリング部材で連結されるが、このとき、トルク補助装置１０において、最大トルクの出る付近のロータ（コア）とステータ（コア）の位置（角度）関係を仮に“トルク補助装置の規定の位置”と呼ぶとすると、プレス機１００の最大トルクを得たい位置（状態）に対し、トルク補助装置１０のロータ（コア）とステータ（コア）の位置は当該“規定の位置”に合わせて組み付けられる。また、この状態におけるエンコーダの位置情報と、この状態からモータが回転した数を表す情報とを「装置（プレス機１００）のゼロ位置」として記憶するようにしても良い。なお、当該ゼロ位置の情報は、上位装置３０の記憶デバイス（図示せず）に記憶しておいたり、モータ制御装置４０内のメモリ（図示せず）に記憶しておいたりしても良く、任意の記憶形態を採用することができる。
　＜プレス機における動作シーケンス＞
　図６は、本開示の実施形態におけるプレス機１００の動作シーケンスを説明するための図である。当該シーケンスは、トルク補助装置付きサーボモータを搭載したプレス機１００において、トルク補助を行う手順を説明するためのものである。
（i）シーケンス５０１～５０３
　プレス機１００の所定の位置にプレス対象物が載置され、スライダ１０９が初期位置にある状態で、サーボモータ２０のみが動作（通常の正回転による運転）する。
（ii）シーケンス５０４～５０５
　サーボモータ２０の正転動作により、出力伝達用ボールネジ１０１が回転（正転）し、スライダ１０９が下降し始め、「装置（プレス機）のゼロ位置」（不死点）を目指して移動する。
（iii）シーケンス５０６～５０７
　スライダ１０９が「装置（プレス機）のゼロ位置」（不死点）に到着したら、上位装置３０がサーボモータ２０の回転を停止し、出力伝達用ボールネジ１０１を強制的に停止する。
（iv）シーケンス５０８
　サーボモータ２０の回転は強制的に停止させられるが、モータ制御装置４０は、サーボモータ２０を制御し、トルクを発生させる。
（v）シーケンス５０９～５１０
　上位装置３０は、直流出力装置５０を制御し、トルク補助装置１０に直流電流を供給し、特大トルク（サーボモータ２０によるトルクよりも大きい）を発生させる。このとき、上位装置３０は、サーボモータ２０を通電（直流）させてトルクを発生させ続けて（トルクをさらに補う）も良いし、サーボモータ２０を停止させても良い（シーケンス５１０）。
（vi）シーケンス５１１～５１２
　トルク補助装置１０によって特大トルクが発生しているとき、プレス機１００では、機械的に止まっているのでスライダ１０９等の位置は動かず特大トルク（加圧力）だけがスライダ１０９に与えられている状態となっている。
（vii）シーケンス５１３
　上位装置３０は、想定のトルク出力時間が過ぎたら、トルク補助装置１０に対する通電をＯＦＦにする。これにより加圧が完了する。
（viii）シーケンス５１４
　上位装置３０は、モータ制御装置４０に対して指令を送信し、サーボモータ２０を動作させる（シーケンス５０２とは逆の回転）。
（ix）シーケンス５１５～５１７
　出力伝達用ボールネジ１０１は、サーボモータ２０の回転により、シーケンス６０４のときとは逆方向に回転し、スライダ１０９が上昇し始める。そして、スライダ１０９は、初期位置まで上昇して、一連の動作が終了する。
（２）第２の実施形態
　図７は、本開示の第２の実施形態によるトルク補助装置付きサーボモータの構成例を示す図である。
　図７に示されるように、トルク補助装置１０がサーボモータ２０よりも大きく構成されている。より詳細には、少なくとも、トルク補助装置１０における出力軸１１の中心からトルク補助装置用ロータ１４の端部までの径が、サーボモータ２０における出力軸１１’の中心からサーボモータ用ロータ２４の端部までの径よりも大きく構成される。
　図７に示す構成の場合、トルク発生は主にトルク補助装置１０によって行われ、サーボモータ２０のサイズをより小さくすることが可能となる。
（３）第３の実施形態
　図８は、本開示の第３の実施形態によるプレス機７００の概略構成例を示す図である。第１の実施形態によるプレス機１００との相違点は、本実施形態ではリニアスケール７０１が追加されていることであり、その他の構成は第１の実施形態と同様である。第１の実施形態と同じ構成についての説明はここでは省略する。
　リニアスケール７０１は、スライダ１０９が「装置（プレス機）のゼロ位置」（不死点）に到達したか否かを把握するために用いられる。リニアスケール７０１においてどの位置が不死点であるかは、予め決められているものとする。
　第１の実施形態では、エンコーダ２１の位置情報を用いて不死点にスライダ１０９が到達したか判断していたが、第３の実施形態では、リニアスケール７０１を用いているため、エンコーダ２１はサーボモータ２０の回転位置のみを把握していれば良い。
（４）第４の実施形態
　図９は、本開示の第４の実施形態によるプレス機８００の概略構成例を示す図である。第１及び第３の実施形態では、トルク補助装置１０とサーボモータ２０とがＺ軸方向に載置し、出力軸を共通にしているが、第４の実施形態では、トルク補助装置１０とサーボモータ２０とを同一のカップリングカバー兼モータ取付台１０３の載置面に載置している。このため、トルク補助装置１０の出力軸１１とサーボモータ２０の出力軸１１’は同軸とはなっていない。トルク補助装置１０からの出力及びサーボモータ２０からの出力はそれぞれ、ベルト９０或いはベルト９１を介して出力伝達用ボールネジ１０１に伝達される。その他の構成は第１の実施形態と同様である。第１の実施形態と同じ構成についての説明はここでは省略する。
　なお、図９ではベルト８０及び８１を用いた例を示しているが、ベルト９０及び９１の代わりにギア（通常のギアや傘歯ギアなど）を用いても良い。また、図９では、出力軸１１及び１１’の両方が出力伝達用ボールネジ１０１と異なる軸となっているが、何れか一方の出力軸をボールネジとカップリング部材などにより連結して同軸に構成しても良い。また、当該構成に、リニアスケール７０１を取り付けても良い。
　第４の実施形態によれば、高さ方向（Ｚ軸方向）におけるプレス機８００のサイズを抑えることができるので、プレス機８００の設置場所に高さ制限があるような場合には当該構成は有効である。
（５）まとめ
　本開示の実施形態による回転電機（サーボモータ）は、トルク補助装置を備えている。当該トルク補助装置は、直流電流で動作する。このようにすることにより、トルク補助装置内に巻線のためのスペースを取ることができるようになり、トルク補助装置の体格を小さくすることができると共に、適切なタイミングで回転電機のトルクを大きくすることが可能となる。
　当該トルク補助装置は、一対のティースのみを有し、コイルが当該一対のティースにのみ巻かれた固定子と、固定子からの磁界により固定子に引きつけられる回転子と、サーボモータの回転軸と同軸の出力軸と、を備えている。このように、トルク補助装置において、固定子の一対のティースのみに巻線を巻くようにしているので、回転電機の体格を小さくすることが可能となる。
　なお、当該トルク補助装置において、回転子は、直流電流が供給された状態では半回転以上は回転しない。つまり、回転子が固定子に引き付けられるまでのみ回転することになる。このように、トルク補助装置をトルク発生に特化させるようにしている。従って、トルク発生が不要なとき（つまり、サーボモータが回転動作中）は、トルク補助装置は動作停止状態に制御される。
１０　トルク補助装置
１１　出力軸
１２　トルク補助装置用ステータ
１３、２３　巻線
１４　トルク補助装置用ロータ
１５、２５、２６　ベアリング
１７　トルク補助装置用エンドブラケット
２０　サーボモータ
２１　エンコーダ
２２　サーボモータ用ステータ
２４　サーボモータ用ロータ
２７、２８　サーボモータ用エンドブラケット
３０　上位装置
４０　モータ制御装置
５０　直流出力装置
１００、７００、８００　プレス機
１０１　出力伝達用ボールネジ
１０２　カップリング部材
１０３　カップリングカバー兼モータ取付台
１０４　ベアリング
１０５　移動用ボールネジ
１０６　プレス機上台
１０７　プレス機下台
１０８　支柱
１０９　スライダ。

Claims (6)

  1. 　第１の固定子と、
    　前記第１の固定子からの磁界により回転する第１の回転子と、
    　前記第１の回転子と共回りする回転軸とを備える回転電機であって、
    　前記回転軸と共回りする第２の回転子と、前記第２の回転子を回転させる磁界を発生させる第２の固定子とを有するトルク補助装置を備え、
    　前記第１の固定子に供給される電流と、前記第２の固定子に供給される電流とが異なる、回転電機。
  2. 　請求項１において、
    　前記トルク補助装置は直流電流によって駆動するものである回転電機。
  3. 　請求項１において、
    　前記第２の回転子の直径が、前記第１の回転子直径よりも大きいものである回転電機。
  4. 　請求項１において、
    　前記第１の固定子が備えるコイルの線径よりも、前記第２の固定子が備えるコイルの線径の方が大きい、回転電機。
  5. 　請求項１において、
    　前記第１の固定子が複数の第１ティースにそれぞれ巻き回されるコイルを備え、
    　前記第２の固定子が複数の第２ティースにそれぞれ巻き回されるコイルを備え、
    　前記第１ティースの本数が前記第２ティースの本数よりも多い、回転電機。
  6. 　請求項１において、
    　前記第２の回転子は、前記回転軸とは異なる出力軸に固定される、回転電機。
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