(57)【要約】【課題】磁気吸引式三相モータにおいて、フレックススプラインの変形に伴う振動を抑制して、騒音の低減化を図ること。【解決手段】電磁吸引式三相モータにおいて、同一相の磁極群内では、隣接する磁極間のコイルの巻付け方向が逆向きである。異なる相の磁極群の間に位置する磁極片では、隣接する双方の相のコイルがそれぞれ半数ずつ巻付けられ、これらの分布巻きされた磁極片のコイル巻付け方向は、隣接する異なる相の磁極片に対するコイルの巻付け方向と同一としてある。同様に、この磁極片に巻付けられている第３の相のコイル１７Ｗの巻付け方法は、隣接する磁極片に巻付けられている第１の相のコイル１７Ｕの巻付け方向と同一である。【選択図】　　　図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内歯を形成した剛性円形のサーキュラースプラインと、このスプラインに噛み合う外歯を形成した可撓性のフレックススプラインと、このフレックススプラインに対して半径方向外側から磁界を与え、このフレックススプラインを楕円形に撓めてサーキュラースプラインに対して楕円形の長軸方向両端位置で部分的に噛み合わせる複数の磁極を有する磁界発生手段と、この磁界発生手段の磁極を順次に励磁してフレックススプラインの楕円形状を回転させて前記噛み合い位置をサーキュラースプラインの周方向に順次に移動させ、サーキュラースプラインとフレックススプラインとを両者の歯数差に対応して相対的に回転させるように三相電流を磁界発生手段に供給する励磁手段とを有し、前記磁界発生手段は、第１の相電流が供給される第１のコイルが巻付けられた複数の第１の磁極群と、第２の相電流が供給される第２のコイルが巻付けられた複数の第２の磁極群と、第３の相電流が供給される第３のコイルが巻付けられた複数の第３の磁極群とを有し、各磁極群はサーキュラスプラインの外周側において直径方向に対向した位置に同数分づつ対向配置されており、それぞれの対向配置されている同相の磁極群内においては、隣接する磁極間での巻き付け方向が逆向きとなるようにコイルが巻かれていることを特徴とする電磁吸引型三相モータ。
【請求項２】
請求項１において、隣接する異なる相の磁極群間においては、隣接する異なる相に属する磁極間での巻付け方向が同一方向となるようにコイルが巻かれていることを特徴とする電磁吸引型三相モータ。
【請求項３】
請求項１において、隣接する異なる相の磁極群の間には、双方の相のコイルが巻付けられた分布巻きの磁極を有していることを特徴とする電磁吸引型三相モータ。
【請求項４】
請求項３において、分布巻きの磁極におけるコイルの巻付け方向が、異なる相の磁極群に属している隣接する磁極のコイル巻付け方向と同一となっていることを特徴とする電磁吸引型三相モータ。
【請求項５】
摩擦係合用の内周面が形成された剛性円形部材と、この剛性円形部材の内周面に摩擦係合可能な外周面が形成された可撓性部材と、この可撓性部材に対して半径方向外側から磁界を与え、この可撓性部材を楕円形に撓めて剛性円形部材に対して楕円形の長軸方向両端位置で部分的に摩擦係合させる複数の磁極を有する磁界発生手段と、この磁界発生手段の磁極を順次に励磁して可撓性部材の楕円形状を回転させて前記摩擦係合位置を剛性円形部材の周方向に順次に移動させ、剛性円形部材と可撓性部材とを両者の周長差に対応して相対的に回転させるように三相電流を磁界発生手段に供給する励磁手段とを有し、前記磁界発生手段は、第１の相電流が供給される第１のコイルが巻付けられた複数の第１の磁極群と、第２の相電流が供給される第２のコイルが巻付けられた複数の第２の磁極群と、第３の相電流が供給される第３のコイルが巻付けられた複数の第３の磁極群とを有し、各磁極群はサーキュラスプラインの外周側において直径方向に対向した位置に同数分づつ対向配置されており、それぞれの対向配置されている同相の磁極群内においては、隣接する磁極間での巻き付け方向が逆向きとなるようにコイルが巻かれていることを特徴とする電磁吸引型三相モータ。
【請求項６】
請求項５において、隣接する異なる相の磁極群間においては、隣接する異なる相に属する磁極間での巻付け方向が同一方向となるようにコイルが巻かれていることを特徴とする電磁吸引型三相モータ。
【請求項７】
請求項５において、隣接する異なる相の磁極群の間には、双方の相のコイルが巻付けられた分布巻きの磁極を有していることを特徴とする電磁吸引型三相モータ。
【請求項８】
請求項７において、分布巻の磁極におけるコイルの巻付け方向が、異なる相の磁極群に属している隣接する磁極のコイル巻付け方向と同一となっていることを特徴とする電磁吸引型三相モータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、三相モータに関し、特に、波動歯車装置の原理を応用した騒音の少ない電磁吸引型三相モータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
波動歯車装置の原理を応用した電磁吸引型モータとしては、例えば、特公昭４８−１５０４９号公報あるいは特開昭５３−８９９１８号公報の開示されたステップモータがある。この電磁吸引型ステップモータは、これらの公報の開示されているように、内歯を形成した剛性円形のサーキュラスプラインと、このスプラインに噛み合う外歯を形成した可撓性のフレックススプラインと、このフレックススプラインに対して半径方向外側から磁界を与え、このスプラインを楕円形に撓めてサーキュラスプランに対して部分的に噛み合わせるよう複数の磁極を有する磁界発生手段と、この磁界発生手段の磁極を順次に励磁してフレックススプラインの楕円形状を回転させて噛み合い位置をサーキュラスプラインの周方向に順次に移動させ、サーキュラスプラインとフレックススプラインとを両者の歯数差に対応して相対的に回転させる励磁手段とを有している。
【０００３】
図１２には磁界発生手段を構成している磁極に対するコイルの巻線状態を示してある。図１３には、このコイルの巻線状態を平面上に展開したものである。図に示すものは８相タイプのものであり、磁極励磁用のパルス電流の状態を一例として図１４に示してある。図１５には、このようにコイルが巻かれた磁極によって得られる各磁極位置での起磁力と磁気吸引力を、各電気角毎に掲載したものである。
【０００４】
かかるステップモータは、磁界発生手段の磁極を順次に励磁することによって、フレックススプラインの楕円形を回転させ、サーキュラスプラインとフレックススプラインとを両者の歯数差に比例した大きい減速比を得るので、最小の歯車でありながら、分解能の高い小型の理想的なステップモータとなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このようなステップモータは上記の利点を有するので好ましいものである。しかし、図１５に示す磁気吸引力の分布状態から分かるように、フレックススプラインを楕円形に撓めるための磁気吸引力は周方向において滑らかではなく、このために、動作中におけるフレックススプラインの振動が大きいので大きな騒音が発生するという問題点がある。騒音の低減のためには、フレックススプラインの変形のための磁極の数を多くして噛み合いを滑らかにすることが考えられる。しかし、磁極の数を多くした場合には、各磁極を励磁するために励磁電流をその極数に合わせて多相にしなければならず、このため、ステップモータの励磁手段となる回路およびその素子数が多くなり、コストの上昇と装置全体の大型化につながり、好ましくない。
【０００６】
本発明の課題は、この点に鑑みて、騒音の低減化を実現可能な磁気吸引型三相モータを提案することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、波動歯車装置の原理を利用して磁気吸引型三相モータを構成すると共に、その磁界発生手段を構成しているコイルの巻線方法を工夫することによって、フレックススプラインを撓めるための磁気吸引力の分布を滑らかにし、これによって、フレックススプラインの振動を抑制して騒音を低減化するようにしている。
【０００８】
すなわち、本発明の磁気吸引型三相モータにおいて、そのフレックススプラインを楕円形に撓めるための磁界発生手段は、第１の相電流が供給される第１のコイルが巻付けられた複数の第１の磁極群と、第２の相電流が供給される第２のコイルが巻付けられた複数の第２の磁極群と、第３の相電流が供給される第３のコイルが巻付けられた複数の第３の磁極群とを有し、各磁極群はサーキュラスプラインの外周側において直径方向に対向した位置に同数分づつ対向配置されており、それぞれの対向配置されている同相の磁極群内においては、隣接する磁極間での巻き付け方向が逆向きとなるようにコイルが巻かれていることを特徴としている。ここに、隣接する異なる相の磁極群間においては、隣接する異なる相に属する磁極間での巻付け方向が同一方向となるようにコイルが巻かれている。
【０００９】
また、一部分布巻きを採用する場合には、隣接する異なる相の磁極群の間に、双方の相のコイルが巻付けられた分布巻きの磁極を配置すればよい。この場合、分布巻きの磁極におけるコイルの巻付け方向が、異なる相の磁極群に属している隣接する磁極のコイル巻付け方向と同一とすることが好ましい。
【００１０】
一方、本発明は、噛み合い式の代わりに摩擦係合あるいは摩擦伝動式の波動装置を採用した電磁吸引型三相モータに対しても同様に適用することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【００１２】
まず、実施例の説明に先立って波動歯車装置の動作原理について説明する。
【００１３】
図１は波動歯車装置の概略構成を示してあり、この波動歯車装置は、内歯が形成された剛性円形のサーキュラースプライン１と、このスプライン１の内側に設けられた外歯が形成された可撓性のフレックススプライン２と、このフレックススプライン２の内側に設けられ、このスプラインを楕円形に撓ませるウエーブジェネレータ３から成る。
【００１４】
フレックススプライン２は、ウエーブジェネレータ３によって楕円形に撓まされているので、サーキュラスプライン１に対して、長軸上の直径方向に対向する２点を中心としてその両側の一部でしか噛み合わない。図１では矢印ＡおよびＢの方向の２点が噛み合い点となる。ウエーブジェネレータ３はボールベアリング４を有するので、フレックススプライン２はその楕円形状が回転させられるだけで、ウエーブジェネレータ３によって直接に回転させられることはない。本例においては、フレックススプライン２はサーキュラスプライン１の歯数よりも４枚少ない歯数にされている。
【００１５】
動作を図２、３、４、５を用いて説明する。ウエーブジェレネータ３が図２の位置にあるとき、フレックススプライン２の楕円形の長軸上において、サーキュラースプライン１の歯溝５がフレックススプライン２の歯６に噛み合っている。ウエーブジェネレータ３が図３に示すように９０度回転すると、フレックススプライン２はその楕円形を回転し、フレックススプライン２の噛み合い点が楕円の長軸の移動に伴って移動して楕円形の短軸上にある歯溝５と歯６とは離れる。更に、図４に示すようにウエーブジェネレータ３が１８０度回転すると歯溝５と歯６とが再び噛み合うが、その位置は歯数差の半分すなわち２枚分だけずれる。そして、図５に示すように、ウエーブジェネレータ３が３６０度回転すると、歯溝５と歯６とは４枚の歯数差だけずれる。このように噛み合い位置が順次ずれる動きを出力として取り出せば大きな減速比を得ることができる。
【００１６】
これが波動歯車装置の原理である。本発明の実施例の電磁吸引型三相モータは、この波動歯車装置の原理を利用しており、フレックススプライン２を楕円形に変形させるのはウエーブジェレネータ３の代わりに、フレックススプラインの外周に等間隔に設けられたコイル等の磁界発生手段である。更に、この磁界発生手段の磁極を構成するコイルを順次に三相電流によって励磁してフレックススプラインの楕円形状を回転させて噛み合い点を順次に移動させる励磁回路が接続される。これにより、波動歯車装置と同様に、楕円形のフレックススプラインの形状が回転され、フレックススプラインはサーキュラスプラインに対して両者の歯数差に比例して相対的に回転させられる。
【００１７】
次に、本実施例の電磁吸引型三相モータについて、図６を参照して説明する。図６において、電磁吸引型三相モータ１０は、中空円筒のハウジング１１によって包囲され、この中に、内歯を形成した剛性円形のサーキュラースプライン１２と、このスプライン１２に噛み合う外歯を形成した可撓性のフレックススプライン１３と、このフレックススプライン１３に対して半径方向外側から磁界を与え、そのスプラインを楕円形に撓めてサーキュラースプライン１２に部分的に噛み合わせる複数の磁極を有する磁界発生手段１４とが設けられている。
【００１８】
本実施例においては、サーキュラースプライン１２はハウジング１１に固着され、フレックススプライン１３はカップ型に形成されて、そのカップ形状の底面で出力軸２１に固着されている。なお、出力軸２１をハウジング１１に対して回転できるように、出力軸２１は、ベアリング２２および２３を介してハウジング１１に支持させてある。
【００１９】
図７に示すように、磁極発生手段１４は、円筒状の鉄心１５を有し、この鉄心は、その内周面から等角度間隔で内側に突出させた複数の磁極片１６−１乃至１６−１８を有している。各磁極片にはコイル１７Ｕ、１７Ｖ、１７Ｗが巻付けられ、各磁極片が電磁石として機能する。そして、これらのコイルは、外部の回路（図示せず）に接続されて、周方向に順次に励磁されてフレックススプライン１３の楕円形状を回転させるこれにより、図１で示した噛み合い点６を固定側のサーキュラースプライン１２の周方向に順次に移動させ、サーキュラースプライン１２とフレックススプライン１３とを両者の歯数差に対応して相対的に回転させる。
【００２０】
図７および図８に示すように、本実施例においては、合計１８個の磁極片が形成され、これらの磁極片に巻回したコイルは、三相電流によって励磁される。詳細に説明すると、第１の相電流Ｕによって励磁されるコイル１７Ｕは、磁極片１６−１、１６−２、１６−３、１６−４に巻回されていると共に、これらに対して直径方向に対向した位置にある磁極片１６−１０、１６−１１、１６−１２、１６−１３に巻回されている。同様に、第２の相電流Ｖによって励磁されるコイル１７Ｖは、磁極片１６−４、１６−５、１６−６、１６−７および１６−１３、１６−１４、１６−１５、１６−１６に巻回されている。また、第３の相電流Ｗによって励磁されるコイル１７Ｗは、磁極片１６−７、１６−８、１６−９、１６−１０および１６−１６、１６−１７、１６−１８、１６−１に巻回されている。
【００２１】
本実施例においては、同一相の磁極群内においては、隣接する磁極間のコイルの巻付け方向が逆向きになるように、コイルが巻かれている。すなわち、第１の相の磁極においては、磁極片１６−１、１６−２、１６−３、１６−４に対して、交互に逆向きとなるように第１の相電流Ｕが供給されるコイル１７Ｕが巻付けられている。同様に、磁極片１６−１０、１６−１１、１６−１２、１６−１３に対しても、交互に逆向きとなるように第１の相電流Ｕが供給されるコイル１７Ｕが巻付けられている。第２の相の磁極群および第３の相の磁極群に対しても同様にコイルの巻付け方向が交互に逆向きとなるように巻付けられている。
【００２２】
ここに、本実施例においては、一部分布巻きを採用しており、異なる相の磁極群の間に位置する磁極片１６−１、１６−４、１６−７、１６−１０、１６−１３、１６−１６においては、隣接する双方の相のコイルがそれぞれ半数ずつ巻付けられている。そして、これらの分布巻きされた磁極片におけるコイルの巻付け方向は、隣接する異なる相の磁極片に対するコイルの巻付け方向と同一となっている。例えば、磁極片１６−１においては、ここに巻付けられた第１の相のコイル１７Ｕの巻付け方向は、隣接する磁極片１６−１８に巻付けられている第３の相のコイル１７Ｗの巻付け方向と同一となっている。同様に、この磁極片１６−１に巻付けられている第３の相のコイル１７Ｗの巻付け方向は、隣接する磁極片１６−２に巻付けられている第１の相のコイル１７Ｕの巻付け方向と同一となっている。他の分布巻きされた磁極片におけるコイルの巻付け方向も同様になっている。
【００２３】
図９には、各相に次式の電流を与えた場合におけるこれら各相電流Ｕ、Ｖ、Ｗの時間変化を示してあり、ここに示す各位相位置１から７における、本実施例のモータの空間起磁力分布と磁気吸引力分布を、図１０に示してある。なお、図１０の励磁状態は図９の位相位置１における状態を示している。
【００２４】
Ｕ＝Ｅ・ｃｏｓωｔ
Ｖ＝Ｅ・ｃｏｓ（ωｔ−２π／３）
Ｗ＝Ｅ・ｃｏｓ（ωｔ−４π／３）
ωは角周波数、ｔは時間
【００２５】
この図１０と、従来のステップモータにおける各分布を示す図１５を比較すると分かるように、本実施例においては、フレックススプライン１３を撓ませるための吸引力の分布が滑らかとなっており、フレックススプラインの楕円形の変形状態に沿った分布状態となっている。したがって、本実施例のコイルの巻線方法を採用すれば、フレックススプライン１３の変形に伴う振動を低減でき、よって、騒音の発生を抑制することができる。
【００２６】
次に、本実施例においては、コイルの一部分布巻きを採用しているが、この代わりに、集中巻きを採用してもよい。図１１には、各相のコイルを集中巻きにした例を示してある。この図に示すように、第１の相の磁極においては、磁極片１６−１、１６−２、１６−３に対して、交互に逆向きとなるように第１の相電流Ｕが供給されるコイル１７Ｕが巻付けられている。同様に、磁極片１６−１０、１６−１１、１６−１２に対しても、交互に逆向きとなるように第１の相電流Ｕが供給されるコイル１７Ｕが巻付けられている。第２の相の磁極群および第３の相の磁極群に対しても同様にコイルの巻付け方向が交互に逆向きとなるように巻付けられている。そして、隣接する異なる相の磁極片に対するコイルの巻付け方向と同一となっている。例えば、磁極片１６−１に巻付けられた第１の相のコイル１７Ｕの巻付け方向は、隣接する磁極片１６−１８に巻付けられている第３の相のコイル１７Ｗの巻付け方向と同一となっている。同様に、他の位置にある隣接する異なる相の磁極片に対するコイルの巻付け方向も同一となっている。このような集中巻きを採用した場合においても、従来に比べて、磁気吸引力分布を滑らかにすることができるので、フレックススプライン１３の振動を抑制でき、もって、騒音の発生を低減化することができる。
【００２７】
なお、上記の実施例は、サーキュラースプラインとフレックススプラインの噛み合い式のものであるが、本発明は、摩擦係合式あるいは摩擦伝動式の波動装置を利用した場合にも適用することができる。すなわち、サーキュラースプラインの代わりに、内周面に摩擦係合面が形成された剛性円筒部材を採用し、フレックススプラインの代わりに、剛性円筒部材に摩擦係合可能な外周面が形成された可撓性部材を採用し、可撓性部材を楕円形に撓めることによって、これらの部材を部分的に摩擦係合させ、これらの部材の周長差に応じた相対回転を発生されるように構成された波動装置が組み込まれた電磁吸引型三相モータに対しても本発明を同様に適用することができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の電磁吸引型三相モータにおいては、波動装置の原理を利用して磁気吸引式三相モータを構成すると共に、その磁界発生手段を構成している複数の磁極群に対するコイルの巻線方法が、同相の磁極群内においては、隣接する磁極間での巻き付け方向が逆向きとなるようにコイルが巻かれていることを特徴としている。さらに、隣接する異なる相の磁極群間においては、隣接する異なる相に属する磁極間での巻付け方向が同一方向となるようにコイルが巻かれていることを特徴としている。
【００２９】
このようなコイルの巻線方法を採用することにより、フレックススプラインを撓めるための磁気吸引力の分布を滑らかできる。よって、フレックススプラインの振動を抑制できるので、騒音を低減化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】波動歯車装置の概略正面図である。
【図２】波動歯車装置の動作説明図である。
【図３】波動歯車装置の動作説明図である。
【図４】波動歯車装置の動作説明図である。
【図５】波動歯車装置の動作説明図である。
【図６】本発明の一実施例である電磁吸引型三相モータの半断面図である。
【図７】図６のモータにおける鉄心を取り出して示す断面図である。
【図８】図６のモータにおける各相のコイルの巻線状態を説明する説明図である。
【図９】図６のモータに供給される三相電流を示す波形図である。
【図１０】図６のモータにおける空間起磁力および磁気吸引力の分布状態を示す図である。
【図１１】図６のモータに採用可能な別のコイル巻線方法を示す説明図である。
【図１２】従来のステップモータにおける巻線方法を示す説明図である。
【図１３】従来のステップモータにおける巻線方法を示す説明図である。
【図１４】図１２のステップモータに供給されるパルス電流の状態を示す図である。
【図１５】図１２のステップモータにおける空間起磁力分布および磁気吸引力分布を示す図である。
【符号の説明】
１、１２　サーキュラースプライン
２、１３　フレックススプライン
３　　ウエーブジェネレータ
１０　電磁吸引式三相モータ
１１　ハウジング
１４　磁界発生手段
１５　鉄心
１６−１乃至１６−１８　磁極片
１７Ｕ、１７Ｖ、１７Ｗ　コイル
Ｕ、Ｖ、Ｗ　励磁電流
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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