(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータ部に、円柱状のシャフトを備えると共に、ベアリングに前記シャフトを内挿し、前記ベアリングによって前記シャフトを中心に回転軸支されるロータ部と前記ロータ部の外側面上にギヤ部を備えたシャフト固定式モータにおいて、
前記ステータ部は少なくとも、前記シャフトと、リングと、電機子とから構成されると共に、
前記リングはシャフトを内挿しており、
前記電機子は、複数の突極を有し且つ前記シャフトを内挿するコアと、前記コアに巻回されるコイルとを有し、
一方、前記ロータ部は、前記シャフトの軸方向に円筒状に形成されるヨーク部と、前記ヨーク部の内側円筒側面に設けられるマグネットと、前記ヨーク部の両端の開口部に備えられるベアリングとから構成されると共に、
前記ヨーク部の外側面上には前記ギヤ部が前記ヨーク部と一体形成され、
前記シャフトが前記ベアリングに内挿されることで、前記電機子が前記ヨーク部に収納され、前記突極と前記マグネットとが対向するように配置され、
前記コイルが給電されて、前記マグネットの磁極が前記突極に磁気吸引されることで、前記ロータ部及び前記ギヤ部が前記ステータ部に対して相対的に回転することを特徴とする、シャフト固定式モータ。
【請求項２】
ステータ部に、円柱状のシャフトを備えると共に、ベアリングに前記シャフトを内挿し、前記ベアリングによって前記シャフトを中心に回転軸支されるロータ部と前記ロータ部の外側面上にギヤ部を備えたシャフト固定式モータにおいて、
前記ステータ部は少なくとも、前記シャフトと、リングと、電機子とから構成されると共に、
前記リングはシャフトを内挿しており、
前記電機子は、複数の突極を有し且つ前記シャフトを内挿するコアと、前記コアに巻回されるコイルとを有し、
一方、前記ロータ部は、前記シャフトの軸方向に円筒状に形成されるヨーク部と、前記ヨーク部の内側円筒側面に設けられるマグネットと、前記ヨーク部の両端の開口部に備えられるベアリングとから構成されると共に、
前記ヨーク部の外側面上には前記ギヤ部が嵌合固定され、
前記シャフトが前記ベアリングに内挿されることで、前記電機子が前記ヨーク部に収納され、前記突極と前記マグネットとが対向するように配置され、
前記コイルが給電されて、前記マグネットの磁極が前記突極に磁気吸引されることで、前記ロータ部及び前記ギヤ部が前記ステータ部に対して相対的に回転することを特徴とする、シャフト固定式モータ
【請求項３】
ステータ部に、円柱状のシャフトを備えると共に、ベアリングに前記シャフトを内挿し、前記ベアリングによって前記シャフトを中心に回転軸支されるロータ部と前記ロータ部の外側面上にギヤ部を備えたシャフト固定式モータにおいて、
前記ステータ部は少なくとも、前記シャフトと、リングと、電機子とから構成されると共に、
前記リングはシャフトを内挿しており、
前記電機子は、複数の突極を有し且つ前記シャフトを内挿するコアと、前記コアに巻回されるコイルとを有し、
一方、前記ロータ部は、前記シャフトの軸方向に円筒状に形成されるリラクタンスロータ部と、前記リラクタンスロータ部の両端の開口部に備えられるベアリングとから構成されると共に、
前記リラクタンスロータ部の外側面上には前記ギヤ部が嵌合固定され、
前記シャフトが前記ベアリングに内挿されることで前記電機子が前記リラクタンスロータ部に収納され、前記突極と前記リラクタンスロータ部の内側円筒側面とが対向配置され、
更に、前記外側面に切り欠きを設けることで、前記外側面に前記突極との間に生ずるリラクタンスが異なる区画が円周方向に分割して設けられると共に、前記コイルが給電されて前記突極に発生する磁束によって、前記区画のうちリラクタンスの小さい区画が前記突極に磁気吸引されることで、前記ロータ部及びギヤ部が前記ステータ部に対して相対的に回転することを特徴とする、シャフト固定式モータ。
【請求項４】
請求項１乃至３記載のシャフト固定式モータにおいて、前記シャフトの外周面上の一部にすり割り部が設けられると共に、前記すり割り部の回りにリングが嵌合され、そのリングを前記ベアリングに内挿し、更に、前記すり割り部に前記コイルへの給電用導電線が収納され、前記導電線が前記ロータ部の外部へ引き出されたことを特徴とするシャフト固定式モータ。
【請求項５】
請求項１乃至３記載のシャフト固定式モータにおいて、前記シャフトにリングを嵌合し、前記リングの内周面に溝部を設けると共に、そのリングを前記ベアリングに内挿し、更に、前記コイルへの給電用導電線を前記溝部に通過させて、前記ロータ部の外部へ引き出したことを特徴とするシャフト固定式モータ。
【請求項６】
多段に設けられたギヤと、前記ギヤを回転可能に軸支するプレートとから構成されるギヤヘッドにおいて、前記シャフトの両端を前記プレートに固定して、請求項１乃至５記載のシャフト固定式モータを内部に組み込んで構成されたことを特徴とするギヤヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ギヤ部が一体に設けられたシャフト固定式モータと、そのモータを組み込んだギヤヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、省スペース型の小型産業用ロボットや、医療分野のシリンジポンプ等といった種々の機器にギヤードモータが使用されている。
【０００３】
上記ギヤードモータは、一般的には、モータ本体と、多段のギヤを組み合わせたギヤヘッドとから構成されており、代表的には図２１に示すように、モータ22のシャフト９にギヤ26を取り付け、そのギヤ26とギヤヘッド16内部の多段の減速ギヤとを噛み合わせることでモータ22の出力トルクをシャフト９の回転によって伝達して増大し、ギヤヘッド16の出力軸17から取り出しているものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記出力トルクを増大させようとギヤヘッドをより多段のギヤから構成すると、ギヤヘッドの体積が大きくなり、前記各機器に組み込んだとき、機器内部におけるギヤヘッドの占有空間も大きくなる。又、ギヤの段数が増えるにつれ、モータからの出力トルクがギヤヘッドの出力軸に伝達するまでに失われる損失トルクの量も増大する。このような理由から、ギヤヘッドは少ない段数で構成して、できるだけ小型化することが望まれている。
【０００５】
しかし、ギヤヘッドを小型化、即ちギヤの段数を少なくすると、前記出力トルクの増幅もその小型化に伴って抑えられる傾向にある。従って、ギヤヘッドの出力軸から取り出される駆動トルクを所望の大きさにするには、前記モータを前記機器内部における許容占有体積の中で、できるだけ大きなサイズで設計する必要がある。
【０００６】
しかしながら、モータ本体の大型化は重量増加を招くと共に、その重量増加によりギヤヘッドへの取付強度の確保が困難になる。
【０００７】
又、従来のギヤードモータの固定は図２１に示すように、ベースプレート23にプレート14bを固定する事と、ギヤヘッド16を構成するプレート14aにモータ22を固定する事とで行っていた。これは取付固定の基準が一つではなく二箇所存在することであり、このことが原因でギヤードモータの生産時に、ギヤ26の噛み合いのバラツキが１つ１つのギヤードモータ毎に大きくなると共に、バックラッシのバラツキも大きかった。
【０００８】
よって、モータ22のロータ部の起動・停止時における振動や、製造において不可避に発生するロータ部の偏心による振動が発生し、その振動がギヤ26に伝わると、ギヤ26と、ギヤヘッド16内部のギヤとの間のバックラッシが小さいギヤードモータは、結果的に前記損失トルクの量が更に増加すると共に、モータ22の回転が出力軸17に速やかに伝わりにくくなるので、正確な位置決め制御などにも支障が出る。又、バックラッシにバラツキがあると、前記損失トルク量のバラツキも大きくなる。
【０００９】
本発明は、上記各課題に鑑みて為されたものであり、その目的とするところはギヤ部をモータ外周面上に直接設けてギヤードモータを構成すると共に、そのギヤードモータをギヤヘッド内部に組み込むことによって、前記各機器内部におけるモータとギヤヘッドとが占めている空間を減少させることである。これにより、各機器内部におけるモータとギヤヘッドの占有空間を減少させつつ、所望の駆動トルクが得られるギヤードモータ及びギヤヘッドが提供可能となる。
【００１０】
更に、ギヤードモータをギヤヘッド内部に組み込む際、モータのシャフト両端を支持して組み込むことにより、ギヤの支持をシャフト基準で行い、前記バックラッシのバラツキを抑えて、バックラッシに起因した影響も抑えるものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１乃至３記載の発明は、ステータ部に、円柱状のシャフトを備えると共に、ベアリングに前記シャフトを内挿し、前記ベアリングによって前記シャフトを中心に回転軸支されるロータ部を備えたシャフト固定式モータにおいて、前記ロータ部の外側面上にギヤ部を設けたことを特徴とするシャフト固定式モータを提供するものである。
【００１２】
更に、請求項１記載の発明は、請求項１記載のシャフト固定式モータにおいて、前記ステータ部は少なくとも、前記シャフトと、電機子とから構成されると共に、前記電機子は、複数の突極を有し且つ前記シャフトを内挿するコアと、前記コアに巻回されるコイルとを有し、一方、前記ロータ部は、前記シャフトの軸方向に円筒状に形成されるヨーク部と、前記ヨーク部の内側円筒側面に設けられるマグネットと、前記ヨーク部の両端の開口部に備えられるベアリングとから構成されると共に、前記ヨーク部の外側面上には前記ギヤ部が前記ヨーク部と一体形成され、前記シャフトが前記ベアリングに内挿されることで、前記電機子が前記ヨーク部に収納され、前記突極と前記マグネットとが対向するように配置され、前記コイルが給電されて、前記マグネットの磁極が前記突極に磁気吸引されることで、前記ロータ部及び前記ギヤ部が前記ステータ部に対して相対的に回転することを特徴とする、シャフト固定式モータを提供するものである。
【００１３】
特に、上記請求項１のモータの構成を、前記コアの突極数を４つ、更に前記マグネットの極数を２つとし、そのモータを２相駆動することが、前記ギヤ部を高トルクで、しかも高い位置決め制御で駆動するという点で更に望ましい。
【００１４】
又、請求項２記載の発明は、請求項２記載のシャフト固定式モータにおいて、前記ステータ部は少なくとも、前記シャフトと、電機子とから構成されると共に、前記電機子は、複数の突極を有し且つ前記シャフトを内挿するコアと、前記コアに巻回されるコイルとを有し、一方、前記ロータ部は、前記シャフトの軸方向に円筒状に形成されるヨーク部と、前記ヨーク部の内側円筒側面に設けられるマグネットと、前記ヨーク部の両端の開口部に備えられるベアリングとから構成されると共に、前記ヨーク部の外側面上には前記ギヤ部が嵌合固定され、前記シャフトが前記ベアリングに内挿されることで、前記電機子が前記ヨーク部に収納され、前記突極と前記マグネットとが対向するように配置され、前記コイルが給電されて、前記マグネットの磁極が前記突極に磁気吸引されることで、前記ロータ部及び前記ギヤ部が前記ステータ部に対して相対的に回転することを特徴とする、シャフト固定式モータを提供するものである。
【００１５】
又、請求項３記載の発明は、請求項３記載のシャフト固定式モータにおいて、前記ステータ部は少なくとも、前記シャフトと、電機子とから構成されると共に、前記電機子は、複数の突極を有し且つ前記シャフトを内挿するコアと、前記コアに巻回されるコイルとを有し、一方、前記ロータ部は、前記シャフトの軸方向に円筒状に形成されるリラクタンスロータ部と、前記リラクタンスロータ部の両端の開口部に備えられるベアリングとから構成されると共に、前記リラクタンスロータ部の外側面上には前記ギヤ部が嵌合固定され、前記シャフトが前記ベアリングに内挿されることで前記電機子が前記リラクタンスロータ部に収納され、前記突極と前記リラクタンスロータ部の内側円筒側面とが対向配置され、更に、前記外側面に切り欠きを設けることで、前記外側面に前記突極との間に生ずるリラクタンスが異なる区画が円周方向に分割して設けられると共に、前記コイルが給電されて前記突極に発生する磁束によって、前記区画のうちリラクタンスの小さい区画が前記突極に磁気吸引されることで、前記ロータ部及びギヤ部が前記ステータ部に対して相対的に回転することを特徴とする、シャフト固定式モータを提供するものである。
【００１６】
更に、請求項４記載の発明は、請求項１乃至３記載のシャフト固定式モータにおいて、前記シャフトの外周面上の一部にすり割り部が設けられると共に、前記すり割り部の回りにリングが嵌合され、そのリングを前記ベアリングに内挿し、更に、前記すり割り部に前記コイルへの給電用導電線が収納され、前記導電線が前記ロータ部の外部へ引き出されたことを特徴とするシャフト固定式モータを提供するものである。
【００１７】
又、請求項５記載の発明は、請求項１乃至３記載のシャフト固定式モータにおいて、前記シャフトにリングを嵌合し、前記リングの内周面に溝部を設けると共に、そのリングを前記ベアリングに内挿し、更に、前記コイルへの給電用導電線を前記溝部に通過させて、前記ロータ部の外部へ引き出したことを特徴とするシャフト固定式モータを提供するものである。
【００１８】
更に、請求項６記載の発明は、多段に設けられたギヤと、前記ギヤを回転可能に軸支するプレートとから構成されるギヤヘッドにおいて、前記シャフトの両端を前記プレートに固定して、請求項１乃至５記載のシャフト固定式モータを内部に組み込んで構成されたことを特徴とするギヤヘッドを提供するものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施形態＞
以下、本発明の第１の実施の形態を、図１〜図７を参照しながら説明する。
【００２０】
図１は本発明の第１の実施形態に係る、ギヤ部を有するシャフト固定式モータ（以下、略してギヤードモータと云う）のロータ部２を示す斜視図であり、図２は同ギヤードモータのステータ部７を示す斜視図である。
【００２１】
図１において、ロータ部２は、ヨーク部３と、ベアリング4a、4b、及びマグネット６とから構成される。ヨーク部３は図示しないシャフトの軸方向に磁性材を円筒状に形成して構成されており、その両端にはそれぞれ開口部を有する。更に、その内側円筒側面には、ヨーク部３と同芯円筒状に形成されたマグネット６が挿入、固定されて設けられると共に、前記各開口部には、２つとも同一の外径で形成されたベアリング4a及び4bがそれぞれ圧入されて備えられる。ヨーク部３の外側面上にはギヤ部５が、磁性材を切削及び歯切り加工することによって一体に形成されている。
【００２２】
次に、図２を参照しながらステータ部７について説明する。ステータ部７は、電機子８と、円柱状のシャフト９、及びリング10とから構成されており、電機子８は、更に、１つのコアと４つのコイルとから構成されている。コア11は90度ごとに４つの突極11a、11b、11c、11dを有し、各突極のスロットルにコイル12a、12b、12c、12dがそれぞれ巻回されている。前記各突極の外形形状は円弧状に形成されており、コア11の中心に設けられる孔にシャフト９が内挿、固定される。更に、シャフト９の一方の端部寄りの一部外周面上と端面上にすり割り部9aが設けられ、前記各コイルから引き出された給電用の導電線13が、そのすり割り部9aに収納される。リング10はすり割り部9aの一部を覆う様に、すり割り部9aの回りに嵌合される。
【００２３】
次に、図３を参照しながら上記ロータ部２及びステータ部７の組立について説明する。先ず、内側円筒側面にマグネット６が挿入、固定されたヨーク部３のギヤ部側の開口部にベアリング4aを圧入する。次に、シャフト９の一端をベアリング4aの孔に内挿させながら、ステータ部７をマグネット６の孔に挿入する。
これで、電機子11がヨーク部３に収納されたことになる。
【００２４】
更に、前記すり割り部9aに嵌合したリング10を、ベアリング4bの孔に内挿する。ベアリング4bの孔径はリング10の外径とほぼ同一サイズに形成されるので、リング10の外径面とベアリング4bの内孔面とは互いに摺動する。又、ベアリング4bが有する孔径は、ベアリング4aの孔径よりも大きく設ける。そして、ベアリング4bをヨーク部３のもう一方の開口部に圧入する。以上の工程によって組み立てられたギヤードモータ１の外観を図４に示す。
【００２５】
次に、前記ギヤードモータ１を組み込んだギヤヘッドについて、図５を参照しながら説明を行う。図５に示すように、ギヤードモータ１は、シャフト両端を２枚のプレート14a、14bで圧入固定されてギヤヘッド16内部に組み込まれる。ギヤヘッド16は、多段（図５では３段）に設けたギヤ15（省略のため一点鎖線でピッチ円のみ示す）と、ギヤ15を回転可能に軸支する２枚のプレート14a、14bとから構成される。そしてギヤードモータ１からの出力トルクがギヤ15によって増幅され、出力軸17から、ギヤヘッド16を組み込んだ機器へと伝達されていく。
【００２６】
図５のように、ギヤードモータ１をシャフト両端で固定することにより、ギヤードモータ１に設けたギヤ部５が両端支持される。これにより、図２１に示した従来のギヤードモータに比べ、ギヤ部５がシャフト９を基準に、しかも両端で固定されるため、モータ１本体及びギヤ部５が回転駆動する際に生ずる振れが抑制又は減少される。これによりギヤヘッド16毎の、ギヤ15との歯間に生ずるバックラッシのばらつきを減少させられるため、前記損失トルクのばらつき量を減少できると共に正確な位置決め制御も実現できる。よって、モータの大型化を抑えつつ、所望の駆動トルクを得ることが可能となる。
【００２７】
又、本実施例のギヤードモータ１は、ヨーク部３の両端部でベアリング4aと4bを圧入支持する構造なので、２つのベアリングを高い軸精度でギヤードモータ１内部に組み込むことが可能である。２つのベアリングの軸精度が高ければ、そのベアリングに内挿、支持されるシャフトも高い軸精度で回転軸支可能となる。これらの技術的要素も、前記振れの抑制と減少、及びバックラッシのバラツキの減少に貢献するものである。更に、ギヤ部５をヨーク部３と一体に設けたので、モータ１の出力トルクと回転が損失されることなくギヤ部５に伝達される。
【００２８】
更に、すり割り部9aを設けたシャフト端側をプレート14bの穴に圧入する際、すり割り部9aの空間分でシャフト９が撓むことで径方向に若干縮小されて、圧入される。従って、圧入時にプレート14bの穴が破損されずにシャフト９を圧入できると共に、穴が破損されないので、より堅固なシャフト９の固定が可能となる。
【００２９】
すり割り部9aは図２に示すように、シャフト９の外周面と端面とで連続するように形成することが望ましい。この様に形成すれば、１つの加工工程で済むため、工程数と工程時間の短縮を図れる。
【００３０】
次に、ギヤードモータ１本体の駆動について、図６を参照しながら説明を行う。
図６は、図４のギヤードモータ１をＡ−Ａ軸に沿って切断したときの断面図である。図６に示すように、各突極11a〜11dはマグネットの内側側面と対向するように配置される。
【００３１】
今、コイル12aと12cに通電して、突極11aをＮ極、11cをＳ極にそれぞれ励磁し、マグネット６のＮ極が突極11cに、Ｓ極が11aに磁気吸引された状態を図６(a)とする。この状態を初期状態として、以後、説明を続ける。
【００３２】
同図(a)の状態から、コイル12bと12dにも通電を行い、突極11bをN極、11dをS極にそれぞれ励磁する。この状態では、突極11aと11bがＮ極、及び突極11cと11dがＳ極にそれぞれ励磁されているため、マグネット６の各磁極は、隣り合う２つの突極同士から磁気吸引されることになる。従って、マグネット６の各磁極のうち、最も磁束の強い箇所、即ち各磁極の中心部が２つの突極から磁気吸引されて、その２つの突極の中間で磁気的に平衡となり、安定状態を取る。以上の状態を同図(b)に示す。この状態は、マグネット６とヨーク部３及びギヤ部５（以下、適宜必要に応じてロータ部分と総称する。）がステータ部に対して相対的に、同図(a)の状態から矢印Ｒ方向に45度回転して停止した状態と云える。
【００３３】
次に、同図(b)の状態からコイル12aと12cの通電を切ると、マグネット６の各磁極は、突極11bと11dにのみ磁気吸引されて、マグネット６の各磁極の最も磁束の強い箇所、即ち前記各磁極の中心部が、突極11bと11dの正面に来る。以上の状態を同図(c)に示す。この状態は、同図(b)から更に、ロータ部分が矢印Ｒ方向に45度回転して停止した状態と説明できる。
【００３４】
次に、同図(c)の状態からコイル12aと12cに通電を開始し、今度は突極11cをN極、11aをS極に励磁する。すると前記の通り、マグネット６の各磁極の中心部は、隣り合う突極11bと11c、及び11dと11aの２組の中間で磁気平衡を取ろうとするため、ロータ部分は、同図(c)の状態から矢印Ｒ方向に更に45度回転して停止する。この状態を同図（d）に示す。
【００３５】
次に、同図(d)の状態から、コイル12bと12dの通電を切ると、マグネット６の各磁極は、突極11aと11cにのみ磁気吸引されて、マグネット６の各磁極の中心部は突極11aと11cの正面に来る。以上の状態を同図(e)に示す。この状態は、同図(d)から、更に、ロータ部分が矢印Ｒ方向に45度回転して停止した状態と説明できる。
【００３６】
このように、隣り合う突極同士が同極性となるように通電する共に、順次通電を切るという制御を繰り返していくことにより、ロータ部分を回転、停止させることができる。従って、ギヤ部５を回転させて前記ギヤヘッド16内のギヤ15を回転駆動させ、出力軸17にギヤードモータ１の出力トルクを伝達させることが可能となる。また、前記ロータ部分は45度ずつ停止させることもできるので、ギヤ部５を最小45度の分解能で任意の位置に停止させることも可能である。なお、本発明では、４突極のコアを有するモータに於いて、対向する突極同士（11aと11c、及び11bと11d）が互いに異極となり、電気角で90度位相をずらして駆動する方法を、２相駆動と定義する。
【００３７】
図６で示した駆動方法は、45度の分解能でロータ部分を回転させる方法であったが、ギヤードモータ１の使用形態と目的によっては、そこまで細かい分解能が求められないときもある。そんな時は、図７に示すように90度の分解能でロータ部分を回転させても良い。その駆動方法を以下に説明する。
【００３８】
図７(a)を初期状態（どのコイルにも通電されていない状態）として、この状態からコイル12bと12dに通電して、突極11bをN極、11dをS極にそれぞれ励磁すると、突極11bとマグネット６のＳ極、及び突極11dとマグネット６のＮ極との間に磁気吸引が働き、前記ロータ部分は矢印Ｒ方向に回転・停止し、同図(a)の状態から同図(b)の状態になる。
【００３９】
次に、同図(b)の状態において、コイル12bと12dの通電を切断すると同時に、12aと12cに通電を開始して、突極11aをS極、11cをN極にそれぞれ励磁すると、突極11aとマグネット６のＮ極、及び突極11cとマグネット６のＳ極との間に磁気吸引が働き、前記ロータ部分は矢印Rの方向へ、更に90度回転して停止し、同図(c)の状態になる。
【００４０】
以降、突極11d→11a→11b→11c→・・・の順にN極励磁されるように（そのＮ極励磁に合わせて、180度に対向配置する突極を、11b→11c→11d→11a→・・・の順にＳ極励磁する）、各コイルに通電動作を繰り返すことにより、前記ロータ部分は矢印R方向に回転、停止を繰り返す。
【００４１】
図６と図７に示す駆動方法は、ギヤードモータ１の駆動対象、又は制御目的などに応じてより最適な方が選択される。ギヤ部５をより細かい分解能で位置決めしながら駆動させたい、又は、大きな出力トルクでギヤ部５を駆動させたいとき等は図６の方が適切であり、逆に細かな分解能と大きなトルクが求められないときは図７の方を選択して良い。
【００４２】
更に、より大きな出力トルクを得たい場合は、図８に示す駆動方法が最適である。この駆動方法を簡単に説明すると、先ず同図(a)を初期状態として、突極11aと11bとがＮ極となるようにコイル12aと12bに通電すると共に、同時に突極11cと11dとがＳ極になるようにコイル12cと12dにも通電を行う。
【００４３】
すると、マグネット６の各磁極の中心部がそれぞれ２つの突極から磁気吸引され、その突極の中間で磁気的に平衡となり安定状態を取るため、ロータ部分は同図(a)の状態から矢印Ｒ方向に回転、停止して同図(b)の状態になる。
【００４４】
次に、突極11aと11bがＳ極、11cと11dがＮ極となるように、各コイル12a〜12dの通電を切りかえる。
【００４５】
すると、マグネット６の各磁極の中心部は同図(c)の状態になり安定状態を取る。この状態は、ロータ部分が同図(b)の状態から矢印Ｒ方向に180度回転して停止した状態と説明できる。
【００４６】
以上のように突極11aと11b、11cと11dの２組が異極となるような励磁動作を繰り返すことにより、前記ロータ部分は矢印R方向に回転、停止を繰り返す。従って、分解能は180度である。
【００４７】
以上のように本実施形態は、ギヤ部をロータ部の１つであるヨーク部に一体形成して設けてギヤードモータを構成すると共に、そのギヤードモータをギヤヘッド内部に組み込むことによって、従来のギヤードモータに比べ、機器内部におけるモータとギヤヘッドとが占めている空間と重量を減少させることが可能となる。占有空間と重量が小さくなるので機器への取付強度の確保も容易になると共に、取付位置の位置決め精度も出しやすくなる。
【００４８】
又、本実施形態のギヤードモータは、ギヤ部とヨーク部を一体形成して１つに部品とし、更に、ヨーク部にベアリング支持体としての機能も持たせるなど、多くの機能を１つの部品に集約したので、ギヤードモータの構成が簡素化され、モータ本体の外径もより小さくできる。
【００４９】
又、前記モータの小型化に伴い、モータ外部への導電線13の引出作業の容易性を確保するために、ギヤードモータ１は、シャフト９にすり割り部9aを設け、そこに導電線13を収納してモータ外部へ引き出す構成とした。これにより、モータが小型になっても導電線の引出作業を容易に行うことができる。
【００５０】
又、本実施形態では、すり割り部9aの回りにリング10を嵌合して、そのリング10の内孔面とベアリング4bの外周面とを摺動させ、ベアリング4bの孔面とすり割り部9aとが直接、摺動しない構造とした。これにより、ロータ部２の回転による、すり割り部9aとの摺動に起因したベアリング4bの内孔面の摩耗を防止することが可能となり、ギヤードモータの信頼性向上と長寿命化を図れる。
【００５１】
なお、本実施例のギヤードモータ及びギヤヘッドはその技術思想に合わせて種々変更可能であり、例えばギヤ部５をかさ歯車などに変更して、シャフト９と出力軸17の方向を変えるようにしても良い。
【００５２】
又、図９に示すように、ギヤ部５の全長を、ヨーク部３のシャフト方向の全長に一致させた上で、ギヤ部５をヨーク部３全体に設けても良い。このようにギヤ部５の全長は、ギヤードモータ１の使用目的、又は使用形態などに応じて種々変更可能である。また、図９のギヤ部５をウォームギヤに形成して、シャフト９と出力軸17との間で大きなギヤ比が得られるようにしても良い。
【００５３】
又、本実施例では、ヨーク部３内部のモータ構成として、４突極コア・マグネット回転型を例に取り説明してきたが、そのモータ構成を、例えばマグネット固定のコアレスコイル外転型などといった、種々のアウターロータ型の構成に置き換え可能なのは云うまでも無い。
【００５４】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明のギヤードモータの第２の実施形態について図１０を参照しながら説明を行う。なお、第２の実施形態の説明は、第１の実施形態と異なる点のみとし、第１の実施形態と同じ構成部品については同一番号を付し、重複する説明は省略、又は簡略化して記述する。
【００５５】
図１０より、第２の実施形態のギヤードモータが、第１の実施形態のギヤードモータ１と異なる点は、ヨーク部3'とギヤ部5'とを別々の部品に分け、ギヤ部5'をヨーク部3'の外側周面上に嵌合、固定したことである。
【００５６】
以上の構成とすることにより、ヨーク部とギヤ部とを別々に形成できるので、その分第１の実施形態に比べ、形成手段が簡素化されると共に、ギヤ部をヨーク部と異なる材料で作成できる。従って、磁性材よりも堅丈な材質でギヤ部を形成して、ギヤードモータ全体の信頼性の向上と長寿命化を図ることが可能となる。
【００５７】
＜第３の実施形態＞
次に、本発明のギヤードモータの第３の実施形態について図１１を参照しながら説明を行う。なお、第３の実施形態の説明は、第１及び第２の実施形態と異なる点のみとし、第１及び第２の実施形態と同じ構成部品については同一番号を付し、重複する記載は省略、又は簡略して記述する。
【００５８】
図１１より、第３の実施形態のギヤードモータが、第１及び第２の実施形態のギヤードモータと異なる点は、前記の円筒型マグネット６を廃し、ヨーク部３の内側円筒側面に磁性の薄膜層を蒸着してマグネット6'を設けたことである。これにより、前記マグネット６を収納していた空間が不要となるため、その分ヨーク部３の径方向のサイズを小さくすることが可能となり、よりコンパクトなギヤードモータを形成することか可能となる。
【００５９】
又、ヨーク部３のサイズは変えず、逆にマグネット６を収納していた空間までコアの径方向サイズを拡大すれば、より多くの導電線を巻回できるため各コイルをより大きなものにすることができる。巻回数を増やすことにより、同じギヤ径でありながら、トルク定数を上げてより大きな出力トルクが得られると共に、トルクが増すことにより、制御が容易なギヤードモータを形成することができる。
【００６０】
＜第４の実施形態＞
次に、本発明のギヤードモータの第４の実施形態について図１２〜図１７を参照しながら説明を行う。なお、第４の実施形態の説明は、前記各実施形態と異なる点のみ行うこととし、前記各実施形態と同じ構成部品については同一番号を付し、重複する記載は省略、又は簡略して記述する。
【００６１】
第４の実施形態のギヤードモータ18が、前記各実施形態のギヤードモータと異なる点は、ロータ部19にマグネットを使用しないモータ構成としたことである。図１２は、本発明の第４の実施形態に係るギヤードモータのロータ部19を示す斜視図である。
【００６２】
図１２において、ロータ部19は、円筒状で磁性材からなるリラクタンスロータ部3"と、ベアリング4a、4bとから構成されている。リラクタンスロータ部3"の円筒外側面には、全周にわたって等間隔に６箇所の切り欠き21aが設けられており、その切り欠き21aの形状は図１２に示す様な凹状に設定する。この様に切り欠き21aを設けることによって、前記円筒外側面の全周に、両端部21eを残して全て切り欠かれた箇所21d、前記円筒外側面が両端部21eにわたって残された箇所21b、及び中央部にのみ前記円筒外側面が残された箇所21cが３箇所ずつ、計18の区画が円周方向に分割して設けられる。更に、ギヤ部5'がリラクタンスロータ部3"の外側面上に嵌合、固定される。
【００６３】
このロータ部19とステータ部７の組立は図１３に示すとおり、基本的に図３とほぼ同じであるが、異なる点はマグネット６を使用しないため、ステータ部７をリラクタンスロータ部3"の内側に収納すると云うことと、リラクタンスロータ部3"とギヤ部5'とが別々の部品に分けられているため、ギヤ部5'をリラクタンスロータ部3"の外周面上に嵌合、固定すると云うことである。以上の工程によって組み立てられたギヤードモータ18を、図１４に示す。
【００６４】
次に、ギヤードモータ18の駆動について図１６と図１７を参照しながら説明を行う。図１６は図１４のギヤードモータ18をA−A断面で切断したときの断面図であり、図１７は図１３の楕円二点鎖線部を拡大し、更に、ステータ部７をリラクタンスロータ部3"に収納したときに、ステータ部７を対応させて記入した要部拡大図である。なお、図１６において、説明の便宜上、上記箇所21bを平行斜線で示すと共に、上記箇所21cは平行水平線、及び上記箇所21dは無表示で、それぞれ示す。
【００６５】
図１６(a)の状態（どのコイルにも通電されていない状態）から、コイル12bと12dに通電して、突極11bをN極、11dをS極にそれぞれ励磁すると、突極11bと11d、及び突極11bと11dの近傍に位置する箇所211b、212b、211c、212cとの間に磁束の流れが生じる（同図(b)参照）。そのうちの２つの箇所211bと211c及び突極11bとの間の磁束の流れを図１７に示し、この図を用いてギヤードモータ18の駆動説明を更に続ける。
【００６６】
図１７に示すように、突極11bをN極に励磁することにより、２つの箇所211b及び211cとの間に両端部21eを通って磁束の流れが生じる。このうち、箇所211bは両端部21eにわたって磁束が発生するのに対し、箇所211cは中央部を残してリラクタンスロータ部3"の円筒外側面が切り欠かれているため、図中の楕円二点鎖線部の箇所で磁束の流れが生じない。箇所211dは両端部21eを残して円筒外側面が全て切り欠かれているため磁束の流れは生じない。従って、３つの箇所のうち箇所211bに最も多くの磁束が流れる。これは箇所211bが、箇所211c及び211dに比べ磁束が流れ易い、即ち磁気抵抗（リラクタンス）が小さいことを表す。従って、箇所211bが箇所211cよりも強く突極11bに磁気作用によって吸引されるので、ロータ部19及びギヤ部5'が破線で示すステータ部に対して、相対的に矢印R方向へと回転し、図１６(b)の状態から同図(c)の状態になる。以上から、図１２に示される箇所21b、21c、及び21dは、それぞれリラクタンスの値が異なるということが判明したため、以後、総称して箇所21bを吸引極、箇所21cを回転励起極、箇所21dをブランク極と述べる。
【００６７】
次に、図１６(c)の状態において、コイル12aと12cに通電して、突極11aをS極、11cをN極にそれぞれ励磁すると、突極11a及び11cの近傍に位置する吸引極213b、214b、及び回転励起極213c、214cに磁束の流れが生じる。すると図１７で説明したように、吸引極と回転励起極との間で磁束の流れに不均衡が生じるので、吸引極213b、214bにより多くの磁束が流れて、突極11c及び11aに磁気的に吸引される。従って図１６(c)の状態から、ロータ部とギヤ部は矢印R方向へ更に回転し、同図(d)の状態になる。
【００６８】
以後、突極11d→11a→11b→11c→・・・の順にN極励磁が行われるように（そのＮ極励磁に合わせて、180度に対向配置する突極は、11b→11c→11d→11a→・・・の順にＳ極励磁される）、各コイルに通電動作を繰り返すことにより、ロータ部とギヤ部は矢印R方向に回転駆動される。
【００６９】
このように回転駆動されるギヤードモータ18を、図５のギヤードモータ１のようにギヤヘッド16内部に組み込むことによって、ギヤードモータ18からの出力トルクがギヤ15によって増幅され、出力軸17から、ギヤヘッド16を組み込んだ機器へと伝達されていく。
【００７０】
以上のようにギヤードモータ18の構成を、マグネットを使わないリラクタンス型とすることにより、マグネットを使用するギヤードモータに比べ、組込機器への回転漏れ磁束の影響を抑えることが可能になると共に、ギヤードモータの部品点数も削減できるので、ギヤードモータ全体の製造コストのダウンも図れるものである。
【００７１】
又、切り欠き21aを設けてリラクタンスロータ部3"の円筒側面にリラクタンス値の異なる区画を分割して形成したので、リラクタンスロータ部3"の厚みを増大させることなくリラクタンスモータを形成できると共に、ギヤードモータ18の小型化と軽量化を図ることが可能となる。
【００７２】
なお、図１５に示すように、切り欠き21aの露出部にカバー27を被せることにより、ステータ部７の各コイル（図中では12a、12bのみ示す。）から発生する磁束の漏れを防止することができるため、切り欠きの露出部を覆うようなカバーを用いることは、ギヤードモータ18を機器に組み込む際にはより好ましい事とと云える。
【００７３】
なお、本実施例はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能であり、例えば、回転励起極21cの形状を、図１８(a)で示すような台形状、若しくは同図(b)の様に片側が台形でもう片側が90度に切り欠かれた形状にしても良い。
【００７４】
又、図１９の断面図に示すように、回転励起極21cを廃すると共に、リラクタンスロータ部3"の円周方向に向かって漸次厚みが薄くなるように吸引極21bの内側形状eを形成しても良い。
【００７５】
更に、本発明のギヤードモータは、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能であり、例えば、導電線13の引き出しを図２０に示すように、リング10内周面に溝部20を設けてそこに各導電線13を通過させるように行っても良い。
【００７６】
【発明の効果】
以上のように、請求項１乃至３記載の発明に依れば、ギヤ部をモータのロータ部外側面上に一体形成、又は嵌合固定して設けたので、モータの出力トルクと回転が損失されることなくギヤ部に伝達可能となる。
【００７７】
更に、請求項１記載の発明に依れば、ギヤ部とヨーク部を一体形成して１つの部品とし、更に、ヨーク部にベアリング支持体としての機能も持たせるなど、多くの機能を１つの部品に集約したので、ギヤードモータの構成が簡素化され、モータ本体の外径もより小さくできる。
【００７８】
又、請求項２記載の発明に依れば、ヨーク部とギヤ部とを別々の部品に分け、別々に形成可能としたので、請求項１の発明に比べ、各部品の形成手段を簡素化することができる。更に、ギヤ部を磁性材よりも堅丈な材質で構成することにより、ギヤードモータ全体の信頼性の向上と長寿命化を図ることができる。
【００７９】
又、請求項３記載の発明に依れば、マグネットを使用するギヤードモータに比べ、組込機器への回転漏れ磁束の影響を抑えることが可能になると共に、ギヤードモータの部品点数も削減できるので、ギヤードモータ全体の製造コストのダウンも図れるものである。
【００８０】
又、切り欠きを設けて、リラクタンスロータ部の円筒側面にリラクタンス値の異なる区画を分割して形成したので、リラクタンスロータ部の厚みを増大させることなくリラクタンスモータを形成できると共に、ギヤードモータの小型化と軽量化を図ることが可能となる。
【００８１】
又、請求項４又は５記載の発明に依れば、モータが小型になっても導電線の引出作業を容易に行うことが可能となる。
【００８２】
更に、請求項６記載の発明に依れば、ギヤードモータをシャフト両端で固定することにより、モータに設けた前記ギヤ部が両端支持される格好になる。従ってギヤ部がシャフトを基準に固定されると共に、シャフト両端で固定されるため、モータ本体及びギヤ部が回転駆動する際に生ずる振れが抑制、減少される。これによりギヤヘッド毎に、ギヤヘッドのギヤとの歯間に生ずるバックラッシのバラツキを減少させることが可能となるため、損失トルクのバラツキ量を減少できる。従って、モータの大型化を押さえつつ、所望の駆動トルクが得られる。
【００８３】
又、請求項１、２、或いは３記載のギヤードモータは、ヨーク部の両端部でベアリングを圧入支持する構造なので、２つのベアリングを高い軸精度でギヤードモータ内部に組み込むことが可能とある。従って、そのベアリングに内挿、支持されるシャフトも高い軸精度で回転可能となるので、前記振れの抑制と減少、及びバックラッシの減少に貢献するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施形態に係るシャフト固定式ギヤードモータのロータ部を示す斜視図。
【図２】  同ギヤードモータのステータ部を示す斜視図。
【図３】  ロータ部とステータ部の組立を説明する斜視図。
【図４】  ロータ部とステータ部を組み立てて構成されたギヤードモータを示す斜視図。
【図５】  本発明のギヤードモータを組み込んで構成したギヤヘッドを示す斜視図。
【図６】  図４のギヤードモータをA−A断面で切断し、その駆動方法を説明する断面図。
【図７】  図４のギヤードモータの別の駆動方法を説明する断面図。
【図８】  図４のギヤードモータの更に別の駆動方法を説明する断面図。
【図９】  ギヤ部の別形態を示す斜視図。
【図１０】  ギヤ部とヨーク部の別形態を示す斜視図。
【図１１】  マグネットの別形態を示す斜視図。
【図１２】  本発明の第４の実施形態に係るシャフト固定式ギヤードモータのロータ部を示す斜視図。
【図１３】  ロータ部とステータ部の組立を説明する斜視図。
【図１４】  ロータ部とステータ部を組み立てて構成されたギヤードモータを示す斜視図。
【図１５】  図１４のギヤードモータにカバーを取り付ける状態を示す斜視図。
【図１６】  図１４のギヤードモータをA−A断面で切断し、その駆動方法を説明する断面図。
【図１７】  図１３の楕円二点鎖線部を拡大した要部拡大図。
【図１８】  リラクタンスロータ部の別の形態を示す斜視図。
【図１９】  リラクタンスロータ部の更に別の形態を示す断面図。
【図２０】  導電線の引き出し法の別の形態を示す斜視図。
【図２１】  従来のギヤードモータを示す平面図。
【符号の説明】
１、18・・・ギヤードモータ
２、19・・・ロータ部
３、3’・・・ヨーク部
3";・・・リラクタンスロータ部
4a、4b・・・ベアリング
５、5'・・・ギヤ部
６、6'・・・マグネット
７・・・ステータ部
８・・・電機子
９・・・シャフト
10・・・リング
11・・・コア
11a、11b、11c、11d・・・突極
12a、12b、12c、12d・・・コイル
13・・・導電線
14a、14b・・・プレート
15・・・ギヤ
16・・・ギヤヘッド
17・・・出力軸
20・・・溝部
21b・・・吸引極
21c・・・回転励起極
21d・・・ブランク極
21e・・・両端部
22・・・モータ
23・・・ベースプレート
26・・・ギヤ
27・・・カバー
【図１】
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【図２】
0004064141.tif 000003
【図３】
0004064141.tif 000004
【図４】
0004064141.tif 000005
【図５】
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【図６】
0004064141.tif 000007
【図７】
0004064141.tif 000008
【図８】
0004064141.tif 000009
【図９】
0004064141.tif 000010
【図１０】
0004064141.tif 000011
【図１１】
0004064141.tif 000012
【図１２】
0004064141.tif 000013
【図１３】
0004064141.tif 000014
【図１４】
0004064141.tif 000015
【図１５】
0004064141.tif 000016
【図１６】
0004064141.tif 000017
【図１７】
0004064141.tif 000018
【図１８】
0004064141.tif 000019
【図１９】
0004064141.tif 000020
【図２０】
0004064141.tif 000021
【図２１】
0004064141.tif 000022