JPS63213457A - ダイレクト・ドライブ・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】 （産業上の利用分野） 本発明は、ファクトリ−オートメーション（ＦＡ）の分
野で用いられるダイレクト・ドライブ・モータに関する
。更に詳しくは、本発明は、磁気誘導子型の同期モータ
であって、駆動トルクを受けて回転する回転子が固定子
より外側に設けられる構造のアウター・ロータ形のダイ
レクト・ドライブモータに関するものである。

（従来の技術） ＦＡの分野で要求されるモータは、トルクが大きく、高
速で、かつ高精度の位置決め制御が行なえることが要求
される。

従来、このような要求を満たすＦＡ用のサーボアクチュ
エータとしては、減速機と直流サーボモータとを組合せ
たもの等が多く用いられてきた。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、減速機と組合せて構成されるこれまでの
サーボモータは、バックラッシュによるトルクむらや、
低剛性のためロストモーションの影響がある等の問題点
があった。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、
その目的は、トルりむらやロストモーションの影響がな
く、高速で、かつ高精度で位置決めの制御が可能なダイ
レクト・ドライブ・モータを実現することにある。また
、本発明の他の目的は、モータ自身の機械的な固有振動
数を高くし、負荷を結合させた場合においても共振する
ことなく、安定な動作をするダイレクト・ドライブ・モ
ータを実現することにある。

（問題点を解決するための手段） 前記問題点を解決する本発明のダイレクト・ドライブ・
モータは、内側固定子と、この内側固定子に対して外側
に僅かな空隙を隔てて配置させた外側回転子と、この外
側回転子を内部に固定させた円筒形状の回転子ハブと、
この回転子ハブの円筒形状内部にあって回転子ハブを片
持構造で回転の最大軸方向長さ■１を、Ｄ＞Ｈなる関係
に選定しことを特徴としている。

（作用） 外側回転子は、円筒形状の回転子ハブを介して、円筒形
状内部に設けられている軸受けによって回転可能に支持
され、内側固定子に生ずる磁気誘導によってダイレクト
に駆動され回転する。

また、軸受けの直径りを負荷系の最大軸方向長さＨより
大きく選定することによって、固有振動数を高くする。

（実施例） 以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図は、本発明に係るダイレクト・ドライブモータの
一例を示す軸、方向断面図であり、第２図は組立分解図
である。

これらの図において、１は内側固定子で、２組の磁性体
１１，１２、この磁性体にはさまれた永久磁石１３及び
励磁コイル１４とからなる。各磁性体１１．１２は、励
磁コイル１４が巻回された複数個（ここでは１２個）の
突極１１ａ、ＩＩｂ・・・があり、また各突極の先端に
はピッチＰの歯１５が設けられている。

２は内側固定子ｌの外側に僅かな空隙を隔てて回転可能
に配置された外側回転子で、内側固定子ｌに対向する面
には、ピッチＰで並ぶ歯２１が設けられている。

３は外側回転子２を円筒形状内部において固定し、外側
回転子２とともに回転する円筒形状の回転子ハブで、円
筒形状底面部３１に回転力を取りだすための負荷４が取
付けられる。３２は回転子ハブ３の底面部３１から内側
に突出させた円筒状取付部で、その先端には後述するエ
ンコーダ７のスリット板７１が取付けられる。

５は軸受で、外側回転子２を回転子ハブ３を介して片持
構造で支持するもので、ここではクロスローラ軸受を用
いたものを示しており、回転ローラ５１１回転ローラ５
１を上下から（内側、外側から）挟持する保持部材５２
．５３とからなる。

第３図は、このクロス・ローラ軸受けの構成説明図であ
る。下側（内＠）支持部材５２と上側（内側）支持部材
５３との間には、リティナー５１ａが介在してあり、こ
のリティナ−５１ａには、回転ローラ５１を保持する保
持穴５１ｂが所定ピッチで設けられている。そして各保
持穴５１ｂに、ころとして動作する回転ローラ５１が、
交互にその回転軸Ｃ１が直交するように一周に亘って配
列されている。下側（内側）支持部材５２と上ＩＴＩＩ
（内側）支持部材５３には、それぞれ回転ローラ５１の
回転面が回転接触する■溝が設けられ、これらのＶ　’
ｔＲが回転ローラ５１を内側及び外側より、押圧保持し
ている。

このような構成のクロス・ローラ軸受は、回転ローラ５
１の転がり面は線接触のため、軸受は荷重による弾性変
形はほとんど無く、しかもラジアル荷重、アキシアル荷
重、モーメント？７ｉｆｆＩなどの複雑な荷重を同時に
受けることができるという特長をもっている。

第１図及び第２図に戻り、５４は回転子ハブ３の円筒形
状内側に設けられたリング部材、５５はクランプリング
で、クロス・ローラ軸受５の一方の保持部材５３を、回
転子ハブ３側に固定させるためのものである。

６は円筒形状の回転子ハブ３内に多くの部分が納まるよ
うに設置された円筒状のハウジングで、内側固定子１が
固定されるとともに、クロス・ローラ軸受け５の他方の
支持部材５２が固定される。

６１は支持部材５２をハウジング６に固定させるための
クランプリングである。

７は回転子ハブ３の回転変位を検出するためのエンコー
ダで、回転子ハブ３の中央円筒取付部３２に固定された
回転スリット板７１．この回転スリット板７１に対して
光ビームをＶＡ射させるＬＥＤやレンズを含む光照射部
７２、スリット板７１を通過した光を受光する受光素子
とこの受光素子からの信号を処理して回転ハブ３の回転
角度に比剥した信号を得る信号処理部を収容したアセン
ブリ７３で構成される。なお、７４はスリット板７１を
中央円筒取付部３２に固定するための取付はリングであ
る。

ここで、回転子ハブ３の中央円筒取付部３２は、円筒状
ハウジング６の内部に設置され、スリット板７１は、こ
の中央円筒取付部３２の先端に、クロス・ローラ軸受５
が設置された平面ＰＬとほぼ同一平面上に配置されるよ
うに取付けられている。

なお、このエンコーダ７は、回転子ハブ３の回転角度に
関連した信号を取り出し、サーボループを形成するよう
な場合において用いられるものであり、回転角度信号を
必要でない場合は不要で、本発明における必須の構成要
素ではない。

本発明のモータは、上記のような各構成要素からなるが
、ここで、特に、軸受け５の直径りと、この軸受けによ
って片持構造で回転可能に支持される回転子ハブ３及び
負荷４からなる負荷系の最大軸方向長さＨを、Ｄ＞Ｈと
なるように選定しである。

第４図は、軸受け５の直径りと、負荷系の最大軸方向長
さＨとの関係をいくつか変えて、モータ全体の固有周波
数ｆｃを求めた線図である。

Ｄ＞Ｈの範囲に選定することによって、モータ全体の固
有周波数ｆｃを高くすることができ、共振による振動の
影響を無くするようにしている。

次に、このように構成されるダイレクト・ドライブ・モ
ータの組立て方を第２図を参照しながら説明する。

まず、回転子ハブ３の円筒形状内側に、外側回転子２を
挿入し、両者が一体となるように、例えば接着剤あるい
はネジ、あるいは接着剤とネジの両方によって固定する
。

また、内側固定子１をハウジング６の円筒部に挿入し、
両者を一体となるように、例えば接着剤等によって固定
する。また、ハウジング６の円筒内部に、光照射部７２
を例えばネジによって固定させる。

次に回転子ハブ３の円筒形状内に、ハウジング６を挿入
し、回転子ハブ３の内側とハウジング６の外側の所定位
置に軸受け５を位置させ、クランプリング５５によって
軸受け５の上部支持部材５３を回転子ハブ３のリング部
材５４に押圧固定させるとともに、クランプリング６１
によって軸受け５の下部支持部材５２をハウジング６に
押圧固定させる。これによって軸受け５は、回転子ハブ
３とハウジング６の間にクランプリング５５及び６１を
介して支持される。ここで、各クランプリング５５．６
１において、支持部材５２．５３への押圧部には、それ
ぞれ切欠部５０．６０が形成されており、軸受け５に加
えられる押圧力を適当に吸収し、適切な押圧力で軸受け
を支持できるようにしている。

次にエンコーダ７のスリット板７１を、回転子ハブ３の
中央円筒取付部３２の先端に、取付はリング７４によっ
て固定する。また、信号処理部アセンブリ７３を、光照
射部７２からの光ビームがスリット板７１のスリット孔
？１ａ、　７１ｂを通過し、イメージセンサ７３ａ上に
正確に当るように位置決めを行ないながらハウジング６
の内側に取付けて完成する。

このような構成の本発明のダイレらト・ドライブ・モー
タは、外側回転子を円筒形状の回転子ハブ３内に固定し
、この回転子ハブ３を回転子ハブの円筒形状内に設置さ
れた軸受け５によって、片持構造で回転可能に支持する
構造としたもので、全体構成が小計にできる。また、軸
受け５の直径りと、軸受けによって支持される負荷系の
最大軸方向長さＨを、Ｄ　＞　）ｌなる関係に容易に構
成することができ、安定な動作を行なわせることができ
る。

第５図は、内側固定子１に設けられている励磁コイル１
４の巻き方の一例を示す図である。ここではＡ相、Ｂ相
、Ｃ相からなる３相の励磁回路が使用されており、Ａ相
は、突極１１ｍ、から２つおきに突極１１ｄ、　Ｉｌｇ
、　Ｉｌｊの合計４個の突極に直列に巻回され、Ｂ相は
突極ｆｉｂ、　ｌｌｅ、　Ｉｌｂ、　ｌｌｋに直列に巻
回され、Ｃ相は突極１１ｃ、ＩＩｆ、Ｉｌｉ、１１　ｍ
に直列に巻回されている。内側固定子１と外側回転子２
との対向面に設けられている歯１５．２１の位置関係は
、ＰＭ型型組相パルスモータ同様であり、詳細は省略す
る。

第６図は、外側回転子２の回転原理を示す説明図である
。

内側固定子ｌにおいて、突極１１ａでの磁束は、永久磁
石１３によるバイアス磁束φＭと、突極１１ａに巻回さ
れた励磁コイル１４に励磁電流を流すことによって生ず
る励磁磁束φＣとの和φ０＝φＭ＋φＣによって形成さ
れる。突極１１ａの励磁を、励磁コイル１４に流す電流
を、例えば、Ａ相。

Ｂ相、Ｃ相の１１で、互いに１２０６位相差をもったも
のとすることにより、励磁磁束φＣが順にＡ相。

Ｂ相、Ｃ相の順に移動し、これによってφＭ＋φＣで表
わされる和磁束部分も移動するので、外側回転子２がこ
れに吸引され回転する。

Ａ相、Ｂ相、Ｃ相に流す励磁電流の位相の進み、遅れを
切換えれば、回転方向→よ逆となる。

ここで、外側回転子２の推力（トルク）Ｔは、バイアス
磁束φＭと励磁磁束ΦＣとの和ΦＯの２乗に比例するも
ので、（１）式で表わされる７ｃｃ（φＭ＋φＣ）２　
　　　　　　　　（１）本発明のモータは、（１）式で
表わされるトルクＴの発生部分が外周に位置するもので
、これにより、小型でありながら大きなトルクを発生す
ることを可能としている。

なお、上記の実施例では、モータ部分の構成において、
内側固定子は１２個の突極を有し、３相励磁回路を用い
るものを示したが、このような構成に限定されるもので
はない、また、バイアス磁束を与える永久磁石を内側固
定子に設けたものであるが、外側回転子に設けるように
してもよい。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明は、外側回転子を円
筒形状の回転子ハブの内部に固定するとともに、回転子
ハブを円筒形状の内部に設けられる軸受けによって片持
構造で支持するようにしたものである。従って、本発明
によれば、全体構成を簡単にでき、小型でありながら大
きなトルクを得ることができる。また、回転子ハブから
直接トルクを得るもので、トルクむらやロストモーショ
ンの影響を受けないダイレクト・ドライブ・モータが実
現できる。また、モータ全体の固有振動数が高いので、
負荷を結合させた場合に生じろる共振の問題を解決し、
安定に動作させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るダイレクト・ドライブ・モータの
一例を示す軸方向断面図、第２図は組立分解図、第３図
は第１図のモータにおいて用いられるクロス・ローラ軸
受けの構成説明図、第４図は軸受け５の直径りと負荷系
の最大軸方向長さＨとの比Ｈ／Ｄと固有振動数の関係を
調べた線図、第５図は励磁コイルの巻き方を示した図、
第６図は回転原理の説明図である。 ｌ・・・内側固定子、１１．１２・・・磁性体、１３・
・・永久磁石、１４・・・励磁コイル、２・・・外側回
転子、３・・・回転子ハブ、４・・・負荷、５・・・軸
受け、６・・・ハウジング、７・・・エンコーダ、５５
．６１・・・クランプリング。 ・）可　　　　３１．−リ 第４図 −Ｉ″’／Ｄ’ ４！、　　５　１°ｉ ｌ′１〜６　図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）内側固定子と、この内側固定子の外側に僅かな空
   隙を隔てて配置させた磁性体からなる外側回転子と、こ
   の外側回転子を内部に固定させた円筒形状の回転子ハブ
   と、この回転子ハブの円筒形状内部において当該回転子
   ハブを片持構造で回転可能に支持する軸受けとを備え、 前記軸受の直径Ｄと軸受けによって片持構造で支持され
   る前記回転子ハブを含む負荷系の最大軸方向長さＨを、
   Ｄ＞Ｈなる関係に選定したことを特徴とするダイレクト
   ・ドライブ・モータ。
2. （２）軸受けとしてクロス・ローラ軸受けを用いたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のダイレクト・
   ドライブ・モータ。
3. （３）内側固定子は円筒形状のハウジングによって固定
   されるものであり、軸受けは回転子ハブと前記ハウジン
   グとの間にクランプリングによつて固定される特許請求
   の範囲第１項記載のダイレクト・ドライブ・モータ。
4. （４）回転子ハブは、円筒形状内部に突出する円筒形状
   取付部を有しており、前記円筒形状取付部に回転子ハブ
   の回転角度を検出するためのエンコーダを取付け可能と
   した特許請求の範囲第１項記載のダイレクト・ドライブ
   ・モータ。