(57)【要約】【課題】従来のモータよりも、設計に応じて簡易に製造できると共に、回転軸までの歯車の係合によるバックラッシュを小さくすることが可能なマルチ駆動モータを提供する。【解決手段】内歯歯車を有するロータ１０１と、内歯歯車に内接する駆動歯車１０２を回転させてロータ１０１を回転させる複数の要素モータ１１〜１４と、ロータ１０１が回転可能に固定されると共に、要素モータ１１〜１４が固定される固定フランジ１０３と、を備え、固定フランジ１０３と対向する外リングフランジ１０５とで軸受１０４を挟持し、ロータ１０１と対向する内リングフランジ１０６とで軸受１０４を挟持し、ロータ１０１が固定フランジ１０３に対して回転可能に固定される。外リングフランジ１０５は固定フランジ１０３にネジ１０７によって固定され、内リングフランジ１０６はロータ１０１にネジ１０８によって固定される構成を有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内歯歯車を有するロータと、
前記内歯歯車に内接する駆動歯車を有し、前記駆動歯車を回転させて前記ロータを回転させる複数の要素モータと、
前記ロータが回転可能に固定されると共に、前記各要素モータが固定される固定フランジと、を備えることを特徴とするマルチ駆動モータ。
【請求項２】
前記固定フランジが、前記内歯歯車の回転軸を含む領域に開口を有することを特徴とする請求項１に記載のマルチ駆動モータ。
【請求項３】
前記各要素モータが、前記固定フランジの同一面上に固定されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のマルチ駆動モータ。
【請求項４】
前記開口が、内径５０ｍｍ以上の円又はこれを内接する多角形であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のマルチ駆動モータ。
【請求項５】
前記各要素モータが、軸の位置が前記内歯歯車の回転軸に対して回転対称となるように配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のマルチ駆動モータ。
【請求項６】
前記要素モータの総数が、４つであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のマルチ駆動モータ。
【請求項７】
前記各要素モータが、誘導モータであることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載のマルチ駆動モータ。
【請求項８】
前記各要素モータが、トルク制御又は速度制御されることを特徴とする請求項７に記載のマルチ駆動モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のモータを用いて１つのロータを回転するマルチ駆動モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、搬送機、ＡＧＶ（Autonomous Guided Vehicle）、ロボット等での利用に示されるように、モータの用途が多様化し、新たな用途が種々発生してきている。従来、駆動力の伝達という観点から、駆動力を直接負荷に伝達するＤＤ（Direct Drive）モータと、駆動力をギア等からなる減速機で調節してから負荷に伝達するモータ（以下、減速機付きモータという。）と、が知られている。
【０００３】
ＤＤモータは、駆動力を直接負荷に伝達するため、高い回転速度が得られると共に、工業用ロボット等の高い位置制御を必要とする用途に適している。その一方で、回転方式のＤＤモータは駆動特性の変更が柔軟にできないため、所謂リニア方式のモータ等が開発されてきた（例えば、特許文献１参照。）。図４は、従来のリニア方式のＤＤモータの一構成例を示す模式図である。
【０００４】
図４に示す構成では、外周の胴体１とこれにプリントされた磁気コイル２がステータをなし、磁石３が形成された円筒筐体４がロータをなし、ロータが軸受５を介して胴体１に回転可能に取り付けられている。このように構成されるモータはカメラレンズの回転等に用いられ、レンズ等の負荷となるもの６がロータの内側に取り付けられる。
【０００５】
一方、減速機付きモータは、駆動力を減速機で調節してから負荷に伝達するため、負荷に応じた駆動特性を得ることが相対的容易である。具体的には、減速機付きモータは、速度を下げてトルクを高くすることが比較的容易にでき、その結果、ベルトコンベア用等のモータに大きな負荷がかかる用途にも負荷に応じて比較的柔軟に対応できる。
【０００６】
近年は、モータの用途の多様化に伴い、ブラシレスで使用できるモータ、第２の回転軸を設けられる構成のモータ等への需要も高まっている。かかる需要に応えるモータとして、回転軸を含む領域に開口を有する構造のものが開発された。そして、この開口を大きくすることができれば、さらに用途が広がることが明らかになってきた。
【特許文献１】特開２００５−２０２３１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来のリニア方式のモータでは、用いられる部品が特殊で入手に期間、費用等を要することが多いという問題に加え、同じリニア方式の異なる設計のモータへの転用が通常困難であるという問題を有していた。その結果、モータを簡易に製造することや設計変更に柔軟に対応することが困難であり、製造期間の長期化、コストの上昇を招いていた。
【０００８】
又、従来の減速機付きモータは、減速機に１つ以上の歯車を用いるため、係合する歯車間の遊びによる所謂バックラッシュが大きいという問題があった。減速機の歯車は、大きいトルクで駆動されるため、機械的強度を保持するように通常厚くする必要があった。その結果、回転軸を含む領域に開口を有し、バックラッシュの小さい減速機付きモータを製造することは、きわめて期間を要するものであったり、コストの高いものであったりする。
【０００９】
以上の現状に鑑み、本発明の目的は、従来のモータよりも、設計に応じて簡易に製造できると共に、回転軸までの歯車の係合によるバックラッシュを小さくすることが可能なマルチ駆動モータを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決すべく、本発明は以下の構成を提供する。
請求項１に係る発明は、内歯歯車を有するロータと、前記内歯歯車に内接する駆動歯車を有し、前記駆動歯車を回転させて前記ロータを回転させる複数の要素モータと、前記ロータが回転可能に固定されると共に、前記各要素モータが固定される固定フランジと、を備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に係る発明は、請求項１のマルチ駆動モータにおいて、前記固定フランジが、前記内歯歯車の回転軸を含む領域に開口を有することを特徴とする。
【００１２】
請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２のマルチ駆動モータにおいて、前記各要素モータが、前記固定フランジの同一面上に固定されることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に係る発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項のマルチ駆動モータにおいて、前記開口が、内径５０ｍｍ以上の円又はこれを内接する多角形であることを特徴とする。
【００１４】
請求項５に係る発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一項のマルチ駆動モータにおいて、前記各要素モータが、軸の位置が前記内歯歯車の回転軸に対して回転対称となるように配置されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項６に係る発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか一項のマルチ駆動モータにおいて、前記要素モータの総数が、４つであることを特徴とする。
【００１６】
請求項７に係る発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか一項のマルチ駆動モータにおいて、前記各要素モータが、誘導モータであることを特徴とする。
【００１７】
請求項８に係る発明は、請求項７のマルチ駆動モータにおいて、前記各要素モータが、トルク制御又は速度制御されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１に係る発明によれば、内歯歯車を有するロータと、内歯歯車に内接する駆動歯車を有し、駆動歯車を回転させてロータを回転させる複数の要素モータと、ロータが回転可能に固定されると共に、各要素モータが固定される固定フランジと、を備えるため、入手が容易な部品を用いて容易に負荷分散できると共に、これによって内歯歯車のピッチを低減できるため、従来のモータよりも、設計に応じて簡易に製造できると共に、回転軸までの歯車の係合によるバックラッシュを小さくすることが可能なマルチ駆動モータを実現することができる。
【００１９】
請求項２に係る発明によれば、上記請求項１の効果に加えて、固定フランジが内歯歯車の回転軸を含む領域に開口を有するため、ブラシレス化、２重の回転機構の実現等、用途の多様性への対応を容易にすることができる。
【００２０】
請求項３に係る発明によれば、上記請求項１又は請求項２の効果に加えて、各要素モータが固定フランジの同一面上に固定されるため、要素モータの個数の変更、寸法の変更等、設計に柔軟に対応することができる。
【００２１】
請求項４に係る発明によれば、請求項１乃至請求項３のいずれか一項の効果に加えて、開口が内径５０ｍｍ以上の円又はこれを内接する多角形であるため、用途の多様性に応えることをさらに容易にすることができる。
【００２２】
請求項５に係る発明によれば、請求項１乃至請求項４のいずれか一項の効果に加えて、各要素モータが、軸の位置が内歯歯車の回転軸に対して回転対称となるように配置されているため、均等な負荷分散を可能とし、もってバックラッシュ等をさらに低減することができる。
【００２３】
請求項６に係る発明によれば、請求項１乃至請求項５のいずれか一項の効果に加えて、要素モータの総数が４つであるため、マルチ駆動モータをコンパクトに構成しつつ相対的大きな開口を確保することができる。
【００２４】
請求項７に係る発明によれば、請求項１乃至請求項６のいずれか一項の効果に加えて、各要素モータが誘導モータであるため、入手がきわめて容易いで安価なモータを用いて構成することができる。
【００２５】
請求項８に係る発明によれば、請求項１乃至請求項７のいずれか一項の効果に加えて、各要素モータがトルク制御又は速度制御されるため、モータの制御を、駆動電流を制御する等の極めて簡易な制御にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、実施例を示した図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明によるマルチ駆動モータの一実施例を模式的に示す図であり、図１（a）は正面図、図１（ｂ）は側面図、図１（ｃ）は背面図である。マルチ駆動モータは、図１に示すように、内歯歯車を有するロータ１０１と、内歯歯車に内接する駆動歯車１０２を回転させてロータ１０１を回転させる複数の要素モータ１１〜１４と、ロータ１０１が回転可能に固定されると共に、要素モータ１１〜１４が固定される固定フランジ１０３と、を備える。
【００２７】
ここで、固定フランジ１０３は、軸受１０４を介してロータ１０１を回転可能に固定する。具体的には、固定フランジ１０３と対向する外リングフランジ１０５とで軸受１０４を挟持し、ロータ１０１と対向する内リングフランジ１０６とで軸受１０４を挟持し、ロータ１０１が固定フランジ１０３に対して回転可能に固定される。外リングフランジ１０５は固定フランジ１０３にネジ１０７によって固定され、内リングフランジ１０６はロータ１０１にネジ１０８によって固定される。
【００２８】
固定フランジ１０３は、また、一方の面の、内歯歯車の回転軸（以下、単に回転軸という。）を中心とする円周上に要素モータ１１〜１４の軸１０９が位置するように、要素モータ１１〜１４が固定されるようになっている。具体的には、要素モータ１１は、胴部の軸１０９の先端側に設けられた固定部１１０が、４箇所、ネジ１１１と固定フランジ１０３に設けられたネジ穴Ｓ１とによって、固定フランジ１０３に固定される。ネジ穴Ｓ２は上記のネジ穴Ｓ１に対応するものであり、要素モータ１２を固定フランジ１０３にネジ１１２で固定するために設けられる。複数の要素モータを用いてロータを駆動させることは、負荷分散を可能とし、もって内歯歯車の歯にかかるトルクを軽減できる。その結果、内歯歯車のピッチを縮めることが可能になり、もってバックラッシュを低減することができる。
【００２９】
マルチ駆動モータは、固定フランジ１０３の外周近傍に設けられた貫通孔Ｈ１を介して、回転対象の負荷を有する装置に例えばネジ止めされる。負荷となる部材、装置等は、ロータ１０１に設けられたネジ穴Ｓ３を介してロータ１０１にネジ止めされる。
【００３０】
固定フランジが要素モータに囲まれた領域に開口を有することは、用途の多様性に応えることができるため、好ましい。図１に示す開口Ｈ２は円形の形状を有するが、開口の形状は、多角形でもよい。また、開口は、回転軸を中心とするように設けられるのでもよい。また、開口が円形の形状を有する場合、内径が５０ｍｍ以上、７０ｍｍ以上等であることが、用途の多様性にさらに応えることができるため、好ましい。具体的には、ロボット等の用途では、例えば、関節部等に２重の回転機構を設けること、回転機構が位置する部分を通過させて信号線、電源線等の電気的配線をブラシレスで通す場合等が多く、固定フランジ１０３が大きな開口を有することは極めて好ましい。図１に示す例では、開口Ｈ２の周囲に設けられた４つのネジ穴Ｓ４を介して要素モータ１１〜１４と同程度の規模のモータが固定フランジ１０３に取り付け可能になっている。モータを設けない場合は、ブラシレスで信号線、電源線等の電気的配線を通すことができることは、明らかである。
【００３１】
回転軸に関して軸１０９の位置が回転対称になるように要素モータ１１〜１４を配置することは、要素モータ１１〜１４にかかる負荷を均等に分散でき、バックラッシュのさらなる低減を可能とする。図１に示す構成では、軸１０９が４回対称となるように４つの要素モータ１１〜１４が配置されている。この場合、マルチ駆動モータをコンパクトに構成しつつ相対的大きな開口を確保できるため、好ましい。ただし、要素モータの個数は、設計に応じて変更でき、４つ以外のその他の個数でもよい。図２は、要素モータの他の配置例を示す図である。図２には、３つの要素モータ２１〜２３と、６つの要素モータ３１〜３６とが、軸の配置が回転軸に関して回転対称となるように配置されている例が示されている。
【００３２】
以下、本発明によるマルチ駆動モータの動作について、図面を参照しつつ説明する。図３は、マルチ駆動モータの駆動及び制御について説明するための図である。マルチ駆動モータには、例えば図３に示すように、操作が入力され制御を行う制御部１２１と、制御部１２１から出力されたデジタル信号Ｓｄ１〜Ｓｄ４をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器１３１〜１３４と、変換されたアナログ信号を増幅し、駆動電流として要素モータ１１’〜１４’に出力する増幅器１４１〜１４４と、位置センサ、速度センサ等からなり要素モータ１１’〜１４’の回転状態を検出する図示しない要素モータセンサと、要素モータセンサからのアナログの出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１５１〜１５４とが接続される。ここで、要素モータ１１’〜１４’の接続端子（図１に符号１１３で示す。）の向きは図１に示す要素モータ１１〜１４と異なるが、接続端子の向きは配線の都合に応じて決定されるものとする。また、制御部１２１には、駆動開始、回転数の設定値等が操作によって入力されるものとする。
【００３３】
制御部１２１に操作が入力されたとき、入力された操作は、制御部１２１によって、要素モータ１１’〜１４’の駆動開始の信号、回転状態の設定値等に変換される。次に、変換された駆動開始の信号、回転状態の設定値等に応じて、制御信号が制御部１２１によって生成され、Ｄ／Ａ変換器１３１〜１３４にデジタル信号として出力される。Ｄ／Ａ変換器１３１〜１３４に出力された制御信号Ｓｄ１〜Ｓｄ４は、Ｄ／Ａ変換器１３１〜１３４によってアナログ信号に変換されて増幅器１４１〜１４４に出力され、増幅器１４１〜１４４によって増幅され要素モータ１１’〜１４’に出力され、要素モータ１１’〜１４’を駆動する。要素モータ１１’〜１４’の位置、回転速度等の情報は、要素モータセンサによって検出されてＡ／Ｄ変換器１５１〜１５４に出力され、Ａ／Ｄ変換器１５１〜１５４によってデジタル信号に変換されて制御部１２１に出力され、制御部１２１によって設定値と比較され、要素モータ１１’〜１４’の回転状態を設定値に近づける制御に用いられる。
【００３４】
なお、上記では、位置センサ、速度センサ等からなる要素モータセンサを用いて制御を行う例について説明したが、用途、目的等に応じて要素モータセンサは、必ずしも設ける必要は無い。また、必ずしもデジタル回路を含む構成で制御を行う必要は無く、所定の場合にはアナログのみの回路構成とするのでもよい。具体的には、要素モータ１１’〜１４’を誘導モータによって構成し、要素モータ１１’〜１４’のトルクが等しくなるように駆動電流を制御する、簡易な構成にするのでもよい。このように構成することによって、構成部材、装置等が従来のものに比較して簡易に入手できると共に、高い回転速度で要素モータを回転し負荷分散を行うことができるため、簡易に、速度、トルク等を所定値以上に維持できると共にバックラッシュを小さく抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明によるマルチ駆動モータの一実施例を概略的に示す平面図および側面図である。
【図２】本発明によるマルチ駆動モータが袋物を抱えて持ち上げられている状態を表す正面図である。
【図３】マルチ駆動モータの駆動及び制御について説明するための図である。
【図４】従来のリニア方式のＤＤモータの一構成例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  胴体
２  磁気コイル
３  磁石
４  円筒筐体
５  軸受
６  レンズ等の負荷となるもの
１１〜１４、２１〜２３、３１〜３６  要素モータ
１０１  ロータ
１０２  駆動歯車
１０３  固定フランジ
１０４  軸受
１０５  外リングフランジ
１０６  内リングフランジ
１０７、１０８、１１１、１１２  ネジ
１０９  要素モータの軸
１１０  固定部
１１３  接続端子
１２１  制御部
１３１〜１３４  Ｄ／Ａ変換器
１４１〜１４４  増幅器
１５１〜１５４  Ａ／Ｄ変換器
Ｈ１  貫通孔
Ｈ２  開口
Ｓ１〜Ｓ４  ネジ穴
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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