CN102710059A - 电力机械装置以及使用该电力机械装置的致动器、电动机 - Google Patents

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CN102710059A CN2011102887389A CN201110288738A CN102710059A CN 102710059 A CN102710059 A CN 102710059A CN 2011102887389 A CN2011102887389 A CN 2011102887389A CN 201110288738 A CN201110288738 A CN 201110288738A CN 102710059 A CN102710059 A CN 102710059A
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Abstract

本发明提供一种电力机械装置，该电力机械装置具有中心轴；转子，该转子具有沿上述中心轴的外周配置的转子磁铁；配置于上述转子的外周的定子；旋转机构，该旋转机构与上述转子连结，用于旋转驱动力的传递，在上述转子，且在上述中心轴和上述转子磁铁之间，形成有至少向上述中心轴的轴向的一个方向开口且收纳上述旋转机构的至少一部分的收纳空间。

Description

电力机械装置以及使用该电力机械装置的致动器、电动机
技术领域
本发明涉及一种电力机械装置。
背景技术
作为驱动机器人的关节部位的动力源，通常使用电动机(下述专利文献1等)。电动机一般与调整电动机的旋转速度和转矩的减速器等的旋转机构连接使用。为了使机器人小型化，优选使由电动机以及与其连接的旋转机构构成的对电力和动力进行变换的电力机械装置更紧凑地构成。事实是，至今为止，针对该要求没有进行充分的研究。
专利文献1：日本特开2008-159847号公报
发明内容
本发明的目的在于提供一种使电力机械装置小型化的技术。
本发明至少解决上述课题的一部分，能够以以下的方式或应用例实现。
应用例1
一种电力机械装置，具有：中心轴；转子，该转子具有沿上述中心轴的外周配置的转子磁铁；定子，该定子配置于上述转子的外周；旋转机构，该旋转机构与上述转子连结，用于旋转驱动力的传递。在上述转子，且在上述中心轴和上述转子磁铁之间，形成有至少向上述中心轴的轴向的一个方向开口且收纳上述旋转机构的至少一部分的收纳空间。
根据该电力机械装置，由于在转子的收纳空间收纳旋转机构的至少一部分，且产生旋转的转子和传递该旋转的旋转机构一体地构成。所以，电力机械装置小型化。
应用例2
一种应用例1记载的电力机械装置，上述中心轴具有沿上述中心轴的轴向延伸的贯通孔，在上述贯通孔插入有对用于控制上述转子的旋转的电力进行输送的导线。
根据该电力机械装置，由于用于控制转子的旋转的导线插入到中心轴的内部，所以抑制了导线向外部露出，提高了导线的保护性和配置性。并且，抑制了因导线的露出而使搭载电力机械装置的设备的美观性降低的情况。
应用例3应用例1或2记载的电力机械装置，上述旋转机构包含起到增速器或减速器功能的行星齿轮装置，且上述行星齿轮装置具有一体地设置于上述转子的太阳轮、和配置于上述收纳空间的行星齿轮以及外齿轮。
根据该电力机械装置，由于行星齿轮装置和转子一体地构成，所以电力机械装置小型化。
应用例4
一种应用例1或2记载的电力机械装置，
上述旋转机构包含谐波驱动机构，该谐波驱动机构具有一体地设置于上述转子的波发生器，和配置于上述收纳空间的柔轮以及刚轮。
根据该电力机械装置，由于谐波驱动(注册商标)机构和转子一体地构成，所以电力机械装置小型化。
应用例5
一种致动器，具有应用例1～4中的任意一项中记载的电力机械装置。
根据该致动器，由于作为驱动源使用小型化的电力机械装置，所以能够形成为更加紧凑的结构。
应用例6
一种电动机，具有：中心轴；转子，该转子具有沿上述中心轴的外周配置的转子磁铁；配置于上述转子的外周的定子。在上述中心轴和上述转子磁铁之间，形成有收纳空间，该收纳空间至少向上述中心轴的轴向的一个方向开口，且收纳与上述转子连结而用于旋转驱动力的传递的旋转机构的至少一部分。
如果是该电动机，可使转子和旋转机构更加紧凑且一体化地构成。
并且，本发明能够以各种方式实现，例如，能够以电动机和发电装置等的电力机械装置，使用电力机械装置的致动器以及机器人、移动体等方式实现。
附图说明
图1(A)、(B)是表示第1实施例中的机械臂的结构的概要图。
图2(A)、(B)是表示作为参考例的机械臂的结构的概要图。
图3是表示第1实施例的动力发生装置的内部结构的概要截面图。
图4是表示第1实施例的动力发生装置的内部结构的概要分解截面图。
图5是用于说明在第1实施例的动力发生装置的内部传递旋转驱动力的机构的示意图。
图6(A)、(B)是表示作为第1实施例的其他的结构例的动力发生装置的结构的概要图。
图7(A)、(B)是表示作为第1实施例的其他的结构例的动力发生装置的结构的概要图。
图8(A)、(B)是表示作为第1实施例的其他的结构例的动力发生装置的结构的概要图。
图9是表示第2实施例的动力发生装置的内部结构的概要截面图。
图10是表示第2实施例的动力发生装置的内部结构的概要分解截面图。
图11(A)、(B)是用于说明在第2实施例的动力发生装置的二级式的行星齿轮装置中传递旋转驱动力的机构的示意图。
图12是表示第3实施例的动力发生装置的内部结构的概要截面图。
图13是表示第3实施例的动力发生装置的内部结构的概要分解截面图。
图14是用于说明在第3实施例的动力发生装置的内部传递旋转驱动力的机构的示意图。
图15是表示第4实施例的动力发生装置的内部结构的概要截面图。
图16是表示第4实施例的动力发生装置的内部结构的概要分解截面图。
图17是用于说明在第4实施例的动力发生装置的内部传递旋转驱动力的机构的示意图。
图18是表示第5实施例的动力发生装置的结构的概要截面图。
图19(A)、(B)、(C)是例示安装于第5实施例的动力发生装置的旋转轴的种类的概要图。
符号说明
10、10cf...机械臂；11...第1基体部；12...第2基体部；13...第3基体部；14...第4基体部；21...第1锥齿轮；22...第2锥齿轮；25...导线束；100、100A～100D、100a～100e...动力发生装置；110...中心轴；111...贯通孔；112...轴承部；113...轴承环；114...固定用螺栓；115...衬套；120、120B...电动机部；121、121B...转子；1211...贯通孔；1212...凹部；1213...隔壁(转子齿轮)；121t、121tB...齿轮齿；122...壳；1221...贯通孔；123...永久磁铁；124...电磁铁；125...后磁轭；126...位置检测部；127...旋转控制电路；130、130A、130B...旋转机构部；131、131A...齿轮固定部；1311...外齿轮；1311a、1311b...第1和第2外齿轮；1312...凸缘部；1313...开口部；131t...齿轮齿；132...行星齿轮；132a、132b...第1和第2行星齿轮；132s...旋转轴；132t...齿轮齿；133、133e...负荷连接部；1331...贯通孔；1332...轴孔；133t...齿轮齿；135...行星架；1351...前段部；1352...后段部；1353...贯通孔；1354...轴孔；135t...齿轮齿；136...太阳轮；1361...贯通孔；1361a...前段部；1361b...后段部；136t...齿轮齿；140...刷密封部；141...橡胶密封部；142...热交换扇；143...控制部；143c...通信部；143d...驱动电路；144...壳；160...波发生器；1601...贯通孔；1602...凸缘部；160t...齿轮齿；161...轴承；162...柔轮；162t...齿轮齿；165...刚轮；1651...前段部；1652...后段部；165t...齿轮齿；170、170a～170c...旋转轴；170ta、170tb、170tc...齿轮齿；171...贯通孔；EL...外部负荷；FB...紧固螺栓；J1～J3...第1～第3关节部
具体实施方式
A.第1实施例：
图1(A)、(B)是表示作为本发明的一实施例的机械臂10的结构的概要图。图1(A)是表示机械臂10的变形状态的示意图，图示了变形前的机械臂10和变形后的机械臂10。并且，在图1(A)中图示了彼此正交的3维坐标x、y、z。
机械臂10具有4个基体部11～14。4个基体部11～14分别经由第1～第3关节部J1～J3彼此串联连结。后面，在机械臂10中，将第1基体部11侧称为“后端侧”，将第4基体部14侧称为“前端侧”。
机械臂10，通过各关节部J1～J3的转动，使各基体部11～14的连结角度变化，作为整体变形为弯曲状的样子。并且，在图1(A)中，作为机械臂10的变形后的状态图示了机械臂10朝向纸面上侧弯曲的状态。
图1(B)是表示机械臂10的内部结构的概要截面图。并且，在图1(B)中图示了与图1(A)对应的三维箭头x、y、z。各基体部11～14的内部是中空的，且收纳有作为各关节部J1～J3的动力源的动力发生装置100和传递来自于动力发生装置100的驱动力的2个锥齿轮(bevel gear)21、22。下面，对连结第1和第2基体部11、12的第1关节部J1的结构进行说明。另外，由于连结第2和第3基体部12、13的第2关节部J2以及连结第3和第4基体部13、14的第3关节部J3的结构与第1关节部J1的结构相同，所以省略其说明。
动力发生装置100具有通过电磁力产生旋转驱动力的电动机。关于动力发生装置100的详细内部结构将在后面叙述。动力发生装置100配置于第1基体部11的前端侧，与第1锥齿轮21的旋转轴连接。第1锥齿轮21以其旋转轴贯通第1和第2基体部11、12的边界的方式配置，设置在旋转轴的前端的齿轮部(gear部)配置于第2基体部12内。
第2锥齿轮22，在第2基体部12的后端侧，以其齿轮部与第1锥齿轮21的齿轮部连结的方式，被固定地安装于第2基体部12的内壁面。利用从动力发生装置100传递的旋转驱动力，使第1锥齿轮21旋转。通过第1锥齿轮21的旋转，使第2锥齿轮22旋转，并使第2基体部12转动。
另外，在机械臂10的内部插入有用于将电力和控制信号输送至各动力发生装置100的导线的束即导线束25。具体地，导线束25从后端侧被插入到第1基体部11的内部，其中的一部分导线分支而与第1基体部11内的动力发生装置100的连接部连接。并且，余下的导线束25通过两个贯通孔，即，通过动力发生装置100的中央的贯通孔(后述)，和贯通第1锥齿轮21的中心轴的贯通孔(图示省略)，向第2基体部12延伸。
导线束25在第2基体部12中也以相同的方式安装。即，插入于第2基体部12内部的导线束25，其中的一部分与动力发生装置100连接，余下的通过动力发生装置100以及第1锥齿轮21的内部，向第3基体部13插入。并且，插入到第3基体部13的导线束25与动力发生装置100连接。
图2(A)、(B)是表示作为本实施例的参考例的机械臂10cf的概要图。图2(A)、(B)除了导线束25配线于动力发生装置100以及第1锥齿轮21的外部这一点外，与图1(A)、(B)基本相同。
在该参考例的机械臂10cf中，导线束25在各关节部J1～J3中露在外部。因此，伴随机械臂10cf的变形，在各关节部J1～J3中，会有导线束25被各基体部11～14夹入等而产生劣化的可能。并且，由于导线束25露在外部，有降低机械臂10cf的美观性的可能性。但是，如果是本实施例的机械臂10，由于导线束25不露在外部，所以抑制了这种不良状况的发生。
图3是表示动力发生装置100的内部结构的概要截面图，图4是分解表示动力发生装置100的各结构部的概要分解截面图。并且，在图3以及图4中，以虚线图示与动力发生装置100连接的第1锥齿轮21的旋转轴。动力发生装置100具有中心轴110、电动机部120以及旋转机构部130。
如后述那样，以相互嵌合而一体化的方式配置电动机部120和旋转机构部130，以贯通被一体化了的电动机部120和旋转机构部130的中央的方式配置中心轴110。中心轴110具有沿轴向延伸的贯通孔111，在贯通孔111中插入有导线束25。
电动机部120具有转子121和壳122。转子121的主体部为大致圆盘形状，在该主体部的侧壁的外周面配列有永久磁铁123。并且，在永久磁铁123的里侧的面(转子121的侧壁侧的面)上配置有用于提高磁力效率的后磁轭125。
转子121具有用于将中心轴110插入该转子的中央的贯通孔1211。并且，在贯通孔1211的内壁面和中心轴110的外周面之间配置有轴承部112，该轴承部112可使转子121以中心轴110为中心旋转。轴承部112例如能够通过球轴承构成。
在转子121的与旋转机构部130相对置的侧的面上设置有以贯通孔1211为中心的作为大致圆环状的槽而形成的凹部1212。在隔着贯通孔1211和凹部1212的大致圆筒状的隔壁1213的外侧的壁面上形成有齿轮齿121t。后面，将设置在该转子121的中央的具有齿轮齿121t的隔壁1213称作“转子齿轮1213”。如后述那样，本实施例中的转子齿轮1213起到行星齿轮装置的太阳轮的功能。
壳122是与旋转机构部130相对置侧的面被打开了的大致圆筒形状的中空状态，且收纳转子121。壳122也可以由碳纤维强化塑料(CFRP：carbon fiber reinforced plastics)等树脂材料构成。由此，可使动力发生装置100重量变轻。
在壳122的底面的中央形成有用于插入中心轴110的贯通孔1221。对中心轴110和壳122进行彼此固定地安装。并且，在壳122的外侧，嵌合地安装有用于提高中心轴110的保持性的轴承环113。
在壳122的内周面，电磁铁124以与转子121的永久磁铁123具有间隔且对置的方式配列。即，在电动机部120中，电磁铁124起到定子的功能，使转子121以中心轴110为中心旋转。并且，在电磁铁124和壳122之间，配置有用于提高磁力效率的后磁轭125。
在壳122的底面设置有检测永久磁铁123位置的位置检测部126、和用于控制转子121的旋转的旋转控制电路127。位置检测部126例如由霍尔元件构成，且以与永久磁铁123的旋转轨道的位置相对应的方式配置。位置检测部126经由信号线与旋转控制电路127连接。
从导线束25分支的导线与旋转控制电路127连接。并且，旋转控制电路127与电磁铁124电连接。旋转控制电路127将位置检测部126输出的检测信号发送到控制动力发生装置100的驱动的控制部(未图示)。并且，旋转控制电路127根据来自于控制部的控制信号，向电磁铁124供给电力来产生磁场，使转子121旋转。
旋转机构部130同转子121的转子齿轮1213一起构成行星齿轮装置，起到减速器的功能。旋转机构部130具有齿轮固定部131、3个行星齿轮以及负荷连接部133。并且，为方便起见，在图3及图4中，只图示了2个行星齿轮132。
齿轮固定部131具有在内壁面设置有齿轮齿131t的大致圆环状的齿轮即外齿轮1311以及向外齿轮1311的外周突出的凸缘部1312。齿轮固定部131，通过使用固定用螺栓114对凸缘部1312和电动机部120的壳122的侧壁端面进行紧固而被固定地安装在电动机部120上。
齿轮固定部131的外齿轮1311被收纳在转子121的凹部1212内。并且，在外齿轮1311的内周面和转子齿轮1213的外周面之间，沿着转子齿轮1213的外周，大致等间隔地配置有3个行星齿轮132。并且，由于行星齿轮132的齿轮齿132t、外齿轮1311的齿轮齿131t以及转子齿轮1213的齿轮齿121t彼此相互啮合，所以这3种齿轮1213、132、1311被连结起来。
负荷连接部133是起到行星架功能的大致圆筒形状的部件。在负荷连接部133的底面的中央设置有供中心轴110插入的贯通孔1331。在贯通孔1331的内壁面和中心轴110的外周面之间，配置有用于可供负荷连接部133以中心轴110为中心旋转的轴承部112。并且，在安装于负荷连接部133的轴承部112和安装于转子121的轴承部112之间配置有衬套115。
此处，在齿轮固定部131的中央部形成有与外齿轮1311的内周空间连通的大致圆形的开口部1313，负荷连接部133配置于该开口部1313。在负荷连接部133的电动机部120侧(图3以及图4的纸面右侧)的底面上形成有轴孔1332，该轴孔1332以可旋转的方式对收纳于转子121的凹部1212的行星齿轮132的旋转轴132s进行保持。
在负荷连接部133的外侧(图3以及图4的纸面左侧)的底面上嵌合地安装有用于提高中心轴110的保持性的轴承环113。在负荷连接部133的外侧的底面上，进一步通过固定用螺栓114固定了第1锥齿轮21的旋转轴。
图5是用于说明在动力发生装置100的内部传递旋转驱动力的机构的示意图。在图5中示意地图示了沿着中心轴110的轴向观察动力发生装置100时的转子齿轮1213、3个行星齿轮132、外齿轮1311以及负荷连接部133。并且，为方便起见，在图5中，省略了各齿轮的齿轮齿的图示。
此处，假定在动力发生装置100中，作为太阳轮的转子齿轮1213随着转子121的旋转，向以单点划线的箭头所图示的方向旋转的情况。如上所述，由于外齿轮1311被固定配置，所以各行星齿轮132随着转子齿轮1213的旋转以自身的旋转轴132s为中心向以实线箭头所图示的方向旋转，同时向以双点划线的箭头所示的方向绕转子齿轮1213旋转移动。伴随各行星齿轮132的旋转移动，负荷连接部133旋转，且与负荷连接部133连接的第1锥齿轮21(图1)旋转。
另外，在通常的电动机中，为了提高电动机的响应性，优选缩小转子的直径，使其惯性(电动机惯性)降低，提高惯性特性。对此，在本实施例的电动机部120中，转子121的直径被扩大到可收纳旋转机构部130的程度，增大了电动机惯性。但是，本发明的发明者找出了即便是像本实施例那样在使转子121大径化而增大了电动机惯性的情况下，也能够抑制针对动力发生装置100的控制的过度响应性的降低的方法。该理由如下。
即，在本实施例的动力发生装置100中，伴随转子121的直径的大型化，在电动机部120中产生的转矩增大，在转子121开始旋转时、切换旋转方向时，传递到旋转机构部130的转矩增大。所以，在动力发生装置100中，能够使旋转机构部130即时地跟随电动机部120的旋转的变化，抑制动力发生装置100的过度响应性的降低。即，在动力发生装置100中，利用伴随转子121的大径化所产生的转矩特性的提高来补偿电动机部120中的惯性特性的降低。
这样，在本实施例的动力发生装置100中，在转子121上一体地设置太阳轮，在设置于转子121的凹部1212上收纳有行星齿轮132和外齿轮1311。即，动力发生装置100具有将电动机和作为减速器的行星齿轮装置紧凑地一体化而成的结构，通过使用该动力发生装置100，可使机械臂10小型化，轻量化。
并且，在动力发生装置100中，用于控制转子121的旋转驱动的导线束25插入到中心轴110的内部。所以，通过使用该动力发生装置100，导线束25的安装性提高。并且，能够避免导线束25露在外部，在抑制伴随机械臂10的驱动带来的导线束25的劣化的同时，能够提高机械臂10的美观性。
B.第1实施例的其他结构例：
图6(A)是表示作为本实施例的其他的结构例的动力发生装置100a的结构的概要图。图6(A)除了设置有刷密封部140这一点外，与图3基本相同。刷密封部140设置于负荷连接部133的侧面和齿轮固定部131的开口部1313的内周面之间，抑制尘垢向动力发生装置100的内部的侵入。由此，抑制动力发生装置100的劣化。
图6(B)是表示作为本实施例的其他的结构例的动力发生装置100b的结构的概要图。图6(B)除了替换刷密封部140而设置橡胶密封部141这一点以外，与图6(A)基本相同。橡胶密封部141设置在负荷连接部133的侧面和齿轮固定部131的开口部1313的内周面之间，气密地密封动力发生装置100。由此，能够降低由气流带来的动力发生装置100的齿轮和转子的旋转损失。
图7(A)是表示作为本实施例的其他的结构例的动力发生装置100c的结构的概要图。图7(A)除了设置有热交换扇142这一点以外，与图3基本相同。热交换扇142设置于电动机部120的壳122的外表面。由此，能够有效地冷却电磁铁124中的由线圈电流所导致的发热，能够使电动机部120的输出转矩增大。另外，也可以以热交换扇142和用于电磁铁124的后磁轭125直接接触的方式配置。由此，能够提高针对电磁铁124的发热的散热效果。也可以替换热交换扇142，在壳122的外周安装制冷剂套。
图7(B)是表示作为本实施例的其他的结构例的动力发生装置100d的结构的概要图。图7(B)除了替换旋转控制电路127，而在壳144的内部设置有控制部143、通信部143c、驱动电路143d外，与图3基本相同。控制部143由具有中央处理装置和主存储装置的微型电脑构成，对通信部143c和驱动电路143d进行控制。通信部143c执行与外部的命令的通信。驱动电路143d根据控制部143的指令来控制在电磁铁124中流动的电流。即，在该结构例中，通过一体地设置在动力发生装置100d上的控制部143、通信部143c、驱动电路143d，能够根据从外部发送来的命令指令对动力发生装置100d进行驱动。
图8(A)、(B)是表示作为本实施例的其他的结构例的动力发生装置100e的结构的概要图。图8(A)、(B)各自除了替换负荷连接部133，设置负荷连接部133e，且表示第1锥齿轮21的旋转轴的虚线被省略这一点外，与图3基本相同。在图8(A)、(B)的结构例中的动力发生装置100e与第1实施例的动力发生装置100不同，被应用于具有与机械臂10不同的结构的致动器和机械手。
在图8(A)所示的结构例中，负荷连接部133e与在从齿轮固定部131突出的侧壁面上设置有齿轮齿133t的正齿轮一体地构成，除了这一点外，负荷连接部133e与第1实施例的负荷连接部133(图3)同样地构成。即，在该结构例中，负荷连接部133e起到行星架的功能，同时也作为向外部负荷传递旋转驱动力的齿轮发挥功能。
图8(B)所示的结构例，除了负荷连接部133e与锥齿轮一体地构成这一点外，与图8(A)的结构例的结构相同。这样，负荷连接部133e可与各种类型的齿轮一体地构成。
C.第2实施例：
图9、图10是表示作为本发明的第2实施例的动力发生装置100A的结构的概要图。图9是表示动力发生装置100A的内部结构的概要截面图，图10是分解表示动力发生装置100A的各结构部分的概要分解截面图。该动力发生装置100A具有使行星齿轮装置二级重叠而成的减速器和电动机一体化的结构，以下几点与第1实施例的动力发生装置100(图3、图4)不同。
第2实施例的动力发生装置100A具有旋转机构部130A。在旋转机构部130A的齿轮固定部131A上设置有沿中心轴110的轴向并列地重叠设置的第1和第2外齿轮1311a、1311b。在齿轮固定部131A被固定地安装到壳122时，第1和第2外齿轮1311a、1311b同时被收纳到转子121的凹部1212。
第1外齿轮1311a经由第1行星齿轮132a与转子齿轮1213连结。即，转子齿轮1213起到第一级行星齿轮装置中的太阳轮的功能。第1行星齿轮132a以可旋转的方式被安装到行星架135上。
行星架135是直径比较大的圆筒形状的前段部1351和直径比较小的圆筒形状的后段部1352连结而组成的旋转部件。行星架135的前段部1351配置于第1和第2外齿轮1311a、1311b之间，其底面设置有用于保持第1行星齿轮132a的旋转轴132s的轴孔1354。后段部1352，在侧壁面形成有齿轮齿135t，且配置于第2外齿轮1311b的内周空间。
并且，在行星架135的中央部，供中心轴110插入的贯通孔1353同时贯通前段部1351以及后段部1352设置。在贯通孔1353和中心轴110之间配置有可使行星架135旋转的轴承部112。并且，在轴承部112彼此之间，适宜地配置有衬套115。
在行星架135的后段部1352和第2外齿轮1311b之间，配置有第2行星齿轮132b。即，后段部1352起到了第二级行星齿轮装置中的太阳轮的功能。第2行星齿轮132b以可旋转的方式被安装于起到行星架功能的负荷连接部133上。
图11(A)、(B)是用于说明在动力发生装置100A的二级式行星齿轮装置中传递旋转驱动力的结构的，同图5相同的示意图。图11(A)图示了由转子齿轮1213、第1行星齿轮132a、第1外齿轮1311a、行星架135的前段部1351构成的第一级行星齿轮装置。在第一级行星齿轮装置中，随着转子齿轮1213的旋转，第1行星齿轮132a以自身的旋转轴132s为中心旋转，同时绕转子齿轮1213的外周旋转移动。随着第1行星齿轮132a的旋转移动，行星架135的前段部1351旋转。
并且，在图11(A)中，以单点划线的箭头图示转子齿轮1213的旋转方向，以实线箭头图示第1行星齿轮132a的旋转方向。并且，以双点划线的箭头图示第1行星齿轮132a的旋转移动方向，即行星架135的旋转方向。
图11(B)图示了由行星架135的后段部1352、第2行星齿轮132b、第2外齿轮1311b以及负荷连接部133构成的第二级行星齿轮装置。在第二级行星齿轮装置中，随着行星架135的后段部1352的旋转，第2行星齿轮132b以自身的旋转轴132s为中心旋转，同时绕行星架135的后段部1352的外周旋转移动。随着第2行星齿轮132b的旋转移动，负荷连接部133旋转，且将旋转驱动力传递到与负荷连接部133连接的外部负荷。
并且，在图11(B)中，以双点划线的箭头图示行星架135的后段部1352的旋转方向，以实线的箭头图示第2行星齿轮132b的旋转方向。并且，以虚线图示第2行星齿轮132b的旋转移动的方向，即，负荷连接部133的旋转方向。
这样，第2实施例的动力发生装置100A作为可输出更高转矩的旋转驱动力的减速器，将二级式行星齿轮装置收纳到转子121的凹部1212，从而使该动力发生装置100A小型化。如果将该动力发生装置100A应用于机械臂10(图1)，则能够以比第1实施例的情况高的转矩，使第1～第3关节部J1～J3旋转。并且，在动力发生装置100A中，也可以成为构成有具有更多级数的行星齿轮装置。
D.第3实施例：
图12、13是表示作为本发明的第3实施例的动力发生装置100B的结构的概要图。图12是表示动力发生装置100B的内部结构的概要截面图，图13是分解表示动力发生装置100B的各结构部的概要分解截面图。该动力发生装置100B具有将起到增速器功能的行星齿轮装置和电动机一体化而成的结构，将旋转驱动力传递到外部负荷EL。动力发生装置100B以下几点与第1实施例的动力发生装置100(图3、图4)不同。
第3实施例的电动机部120B具有转子121B。转子121B省略了设置于中央的隔壁1213的外表面的齿轮齿121t，除了在转子121B的侧壁的内周面设置了齿轮齿121tB这一点以外，具有与在第1实施例中说明的转子121的结构相同的结构。在第3实施例的动力发生装置100B中，转子121B起到外齿轮的功能。
动力发生装置100B的旋转机构部130B具有太阳轮136。太阳轮136是在中央设置有供中心轴110插入的贯通孔1361的大致圆筒状的部件，在侧壁面形成有齿轮齿136t。贯通孔1361具有留有空隙且可收纳转子121B的中央的隔壁1213的前段部1361a和与中心轴110固定地连接的后段部1361b。
行星齿轮132配置于转子121B的凹部1212，与太阳轮136和作为外齿轮的转子121B连结。行星齿轮132以可旋转的方式被安装到起到行星架功能的负荷连接部133。通过固定用螺栓114将外部负荷EL的旋转轴(以虚线表示)安装到负荷连接部133。
图14是用于说明在动力发生装置100B的内部传递旋转驱动力的机构的，与图11相同的示意图。由于太阳轮136被固定在中心轴110上，所以，随着作为外齿轮的转子121B的旋转，行星齿轮132以自身的旋转轴132s为中心旋转，同时绕太阳轮136的外周旋转移动。随着行星齿轮132的旋转移动，作为行星架的负荷连接部133旋转。
并且，在图14中，以单点划线的箭头图示转子121B的旋转方向，以实线的箭头图示行星齿轮132的旋转方向。并且，在图14中，以双点划线的箭头图示行星齿轮132的旋转移动方向，即，负荷连接部133的旋转方向。
这样，如果是第3实施例的动力发生装置100B，则起到增速器功能的行星齿轮装置被收纳到电动机部120的转子121B的凹部1212，从而该动力发生装置100B被小型化。因此，如果使用该动力发生装置100B，则能够更加紧凑地构成需要高速的旋转驱动力的致动器和机械手。
E.第4实施例：
图15、16是表示作为本发明的第4实施例的动力发生装置100C的结构的概要图。图15是表示动力发生装置100C的内部结构的概要截面图，图16是分解表示动力发生装置100C的各结构部分的概要分解截面图。该动力发生装置100C具有将谐波驱动机构和电动机一体化而成的结构，将旋转驱动力传递到外部负荷EL。动力发生装置100C的以下几点与第1实施例的动力发生装置100(图3、图4)不同。
在该动力发生装置100C中，作为旋转机构部130C，在转子121的凹部1212收纳有构成谐波驱动机构的波发生器160、柔轮162和刚轮165。波发生器160是底面具有大致椭圆形形状的大致椭圆筒形状的部件。
在波发生器160设置有贯通其中心轴方向(纸面左右方向)的贯通孔1601，在贯通孔1601的内壁面形成有齿轮齿160t。波发生器160以将转子齿轮1213嵌合地收纳到贯通孔1601的状态，通过紧固螺栓FB与转子121紧固在一起。由此，波发生器160随着转子121的旋转一起旋转。
另外，在波发生器160的两端部设置有向外周方向突出的凸缘部1602。该凸缘部1602用于防止配置于波发生器160的外周的柔轮162的脱落。并且，在图16中，图示了为了安装柔轮162，而使一个凸缘部1602被分离的状态。被分离的凸缘部1602在配置柔轮162后，通过紧固螺栓FB固定。
柔轮162是具有可与波发生器160的旋转配合地变形的挠性的环状部件，在其外周面形成有齿轮齿162t。并且，在柔轮162的内周面配置有用于使波发生器160的旋转顺畅地进行的轴承161。
刚轮165具有前段部1651和后段部1652，该前段部1651被收纳到转子121的凹部1212，同时在内侧收纳柔轮162，中心轴110所插入的该后段部1652与外部负荷EL的旋转轴连接。前段部1651在其内周面形成有与柔轮162的齿轮齿162t相啮合的齿轮齿165t。在后段部1652，在与中心轴110之间，配置有可使刚轮165转动的轴承部112。
图17是用于说明在动力发生装置100C的内部传递旋转驱动力的机构的，与图14相同的示意图。并且，在图17中，图示省略了设置于柔轮162的内侧的轴承161。在动力发生装置100C中，随着转子齿轮1213的旋转(以单点划线的箭头图示)，波发生器160旋转(以实线的箭头图示)。
波发生器160在其长轴方向向刚轮165侧按压柔轮162，使柔轮162与刚轮165接触。由此，在波发生器160的长轴方向，柔轮162的齿轮齿162t(图示省略)与刚轮165的齿轮齿165t(图示省略)相互啮合。并且，在波发生器160的短轴方向，柔轮162与刚轮165处于非接触的状态。
通过在波发生器160的长轴方向上的柔轮162和刚轮165的连结，使波发生器160的旋转向刚轮165传递。并且，在图17中，以双点划线的箭头图示刚轮165的旋转方向。
由于谐波驱动机构一般可省略齿侧间隙，所以可传递高精度的旋转。如果是第4实施例的动力发生装置100C，则构成谐波驱动机构的旋转机构部130C被一体地收纳于转子121的凹部1212。因此，通过该动力发生装置100C，可构成紧凑且高动作精度的致动器和机械手。
F.第5实施例：
图18是表示作为本发明的第5实施例的动力发生装置100D的结构的概要截面图。图18除了替换旋转机构部130而设置有旋转轴170这一点以外，同图3基本相同。在该动力发生装置100D中，在转子121的转子齿轮1213上以可更换的方式安装有旋转轴170。
旋转轴170具有供中心轴110沿轴向插入的贯通孔171。在贯通孔171的转子121侧的内壁面上以嵌合地收纳转子齿轮1213的方式设置有齿轮齿。并且，在贯通孔171的与转子121相反的一侧，配置有轴承部112、轴承环113、衬套115。通过该结构，旋转轴170同转子121一起旋转。
图19(A)～(C)是例示在动力发生装置100D中，替换旋转轴170且安装在转子121上的旋转轴的种类的概要图。图19(A)的旋转轴170a在前端侧(纸面左侧)的外表面设置有直线状的齿轮齿170ta，起到正齿轮(spur gear)的功能。图19(B)的旋转轴170b在前端侧设置有呈螺旋状延伸的齿轮齿170tb，起到螺旋齿轮(screw gear)的功能。图19(C)的旋转轴170c在前端侧设置有锥状的齿轮齿170tc，起到锥齿轮的功能。
这样，在第5实施例的动力发生装置100D中，以可更换的方式将各种旋转轴170、170a～170c安装到电动机部120的转子121上。因此，提高了动力发生装置100D的通用性。并且，应用于动力发生装置100D的旋转轴170、170a～170c，其一部分被收纳到转子121的凹部1212。即，动力发生装置100D相应地被小型化。
G.变形例：
并且，此发明并不限于上述实施例或实施方式，在不脱离其宗旨的范围内可在各种方式中实施，例如，可进行如下变形。
G1.变形例1：
在上述第1实施例中，动力发生装置100作为机械臂10的关节部J1～J3的动力源使用。但是，第1实施例的动力发生装置100、其他的实施例的动力发生装置100A～100D也可以作为用于其他的致动器、机械手的动力源，或用于移动体的动力源等的装置。
G2.变形例2：
在上述实施例中，动力发生装置100、100A～100D将由电动机部120产生的旋转驱动力向外部负荷传递。但是，通过从外部负荷传递的旋转驱动力，动力发生装置100、100A～100D，也可以起到使电动机部120产生电力的发电装置的功能。这样，本发明不限于利用电磁力产生动力的动力发生装置，也可应用于使用转子、定子以及旋转机构来变换动力和电力的电力机械装置。
G3.变形例3：
在上述实施例中，在转子121的凹部1212收纳有行星齿轮装置、谐波驱动机构等的旋转机构的全部或一部分。即，从垂直方向观察中心轴110时，以转子121和旋转机构的全部或一部分重叠的方式构成。但是，也可以在转子121的凹部1212收纳其他的旋转机构的全部或一部分。例如，也可以在转子121的凹部1212收纳有利用链子或皮带的旋转来传递转子121的旋转的旋转机构。
G4.变形例4：
在上述实施例中，在中心轴110的贯通孔111插入了导线束25。但是，也可以省略中心轴110的贯通孔111，导线束25也可以配置到动力发生装置100、100A～100D的外部。
G5.变形例5：
在上述实施例中，转子121具有作为用于收纳旋转机构的收纳空间且作为大致环状的槽而形成的凹部1212。但是，转子121作为用于收纳旋转机构的收纳空间，也可以具有其他结构的空间。例如，也可以将转子121形成为具有圆筒形状的筐型的骨架的结构，以该骨架围成的空间也可以作为旋转机构的收纳空间。

Claims (6)

1.一种电力机械装置，其特征在于，具备：
中心轴；
转子，该转子具有沿上述中心轴的外周配置的转子磁铁；
定子，该定子配置于上述转子的外周；以及
旋转机构，该旋转机构与上述转子连结，用于旋转驱动力的传递；
在上述转子，且在上述中心轴和上述转子磁铁之间，形成有至少向上述中心轴的轴向的一个方向开口且收纳上述旋转机构的至少一部分的收纳空间。
2.根据权利要求1记载的电力机械装置，其特征在于，
上述中心轴具有沿上述中心轴的轴向延伸的贯通孔，在上述贯通孔插入有对用于控制上述转子的旋转的电力进行输送的导线。
3.根据权利要求1或2记载的电力机械装置，其特征在于，
上述旋转机构包含起到增速器或减速器功能的行星齿轮装置，且上述行星齿轮装置具有一体地设置于上述转子的太阳轮、和配置于上述收纳空间的行星齿轮以及外齿轮。
4.根据权利要求1或2记载的电力机械装置，其特征在于，
上述旋转机构包含谐波驱动机构，上述谐波驱动机构具有一体地设置于上述转子的波发生器，和配置于上述收纳空间的柔轮以及刚轮。
5.一种致动器，其特征在于，
具有权利要求1～4中任意一项记载的电力机械装置。
6.一种电动机，其特征在于，具有：
中心轴；
转子，该转子具有沿上述中心轴的外周配置的转子磁铁；
定子，该定子配置于上述转子的外周；
在上述中心轴和上述转子磁铁之间，形成有收纳空间，该收纳空间至少向上述中心轴的轴向的一个方向开口，且收纳与上述转子连结而用于旋转驱动力的传递的旋转机构的至少一部分。
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