CN108496026B - 波动齿轮装置以及致动器 - Google Patents

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Abstract

本发明的波动齿轮装置(3)具有用于产生使得外齿齿轮(7)的周向上的各部分在半径方向上反复挠曲的波动运动的波动发生器(8)。波动发生器(8)具备沿外齿齿轮(7)的周向而配置于规定的角度间隔的位置的多个波动发生部件(16(1)～16(3))。波动发生部件分别具备外周凸轮面(16a)，并以与装置中心轴线(1a)平行的旋转中心线(4b)为中心进行旋转而使得外齿齿轮(7)的各部分以规定的振幅在半径方向上反复挠曲。能够获得适合于形成较大的装置中空部(5)的波动齿轮装置(3)。

Description

波动齿轮装置以及致动器
技术领域
本发明涉及一种波动齿轮装置，该波动齿轮装置具备适合于实现中空致动器的波动发生器。
背景技术
作为在马达上组装有波动齿轮装置的结构的致动器，已知如下中空致动器，该中空致动器具备以将其中心贯通的方式而延伸的中空部。专利文献1中公开了采用具备礼帽形状的外齿齿轮的波动齿轮装置的中空致动器。
专利文献
专利文献1：国际公开第2012/157020号
发明内容
在采用波动齿轮装置的中空致动器中，其中空部的内径受到在配置于中心侧的波动发生器所形成的中心贯通孔的内径的限制。一般情况下，波动发生器具备：刚性凸轮板；以及在上述刚性凸轮板的外周面装配的波动发生器轴承，并在刚性凸轮板形成有贯通孔。为了增大中空直径而不增大波动发生器的外径，需要在刚性凸轮板设置大径的贯通孔，因此，需要减薄该刚性凸轮板的半径方向上的厚度。另外，在刚性凸轮板的外周面装配的波动发生器轴承也需要减薄。然而，波动发生器的结构部件的减薄化存有限度，有时无法形成具有目标尺寸的中空部。
鉴于上述这种问题，本发明的课题在于提供具备适合于实现较大的中空直径的致动器的波动发生器的波动齿轮装置、以及采用该波动齿轮装置的致动器。
为了解决上述课题，本发明的波动齿轮装置的特征在于，具有：
刚性的内齿齿轮；
挠性的外齿齿轮，其挠曲成非圆形、且与所述内齿齿轮局部啮合；
波动发生器，其用于产生使得所述外齿齿轮的周向上的各部分在半径方向上反复挠曲的波动运动，使得所述外齿齿轮与所述内齿齿轮局部啮合的位置沿所述内齿齿轮的圆周方向移动，
所述波动发生器具备多个波动发生部件，这些波动发生部件沿所述外齿齿轮的周向而配置于规定的角度间隔的位置，
所述波动发生部件分别具备外周凸轮面，当所述波动发生部件以与所述外齿齿轮的中心轴线平行的旋转中心线为中心而旋转时，该外周凸轮面使得在所述半径方向上与所述波动发生部件对置的所述外齿齿轮的部分以规定的振幅在所述半径方向上反复挠曲。
本发明的波动齿轮装置的波动发生器构成为包括沿外齿齿轮的周向而配置的多个波动发生部件。在现有的波动发生器中，在波动齿轮装置的中心部分，以与外齿齿轮同心的状态而配置有1个或多个形成为椭圆状轮廓等非圆形轮廓的刚性凸轮板等波动发生部件。在设置有将装置中心部分贯通的中空部的情况下，中空部形成为将波动发生器的结构部件贯通而延伸的状态。在本发明中，波动发生器的结构部件沿外齿齿轮的周向而配置。另外，波动发生部件只要能够使对置的外齿齿轮的部位在半径方向上以微小的振幅挠曲即可，因此，与以往的刚性凸轮板等波动发生部件相比，可以形成为更小的直径。
这样，在装置中心部分并未配置波动发生器的结构部件，沿外齿齿轮的周向而配置的各波动发生部件的尺寸较小，因此，可以将较大直径的中空部设置于装置中心部分。
在本发明中，可以利用波动发生部件分别从外周侧对外齿齿轮进行按压而使其挠曲成非圆形。或者，可以从内周侧对外齿齿轮进行按压而使其挠曲成非圆形。因此，所述波动发生部件的所述外周凸轮面只要与所述外齿齿轮的外齿形成部分的内周面部分、以及所述外齿齿轮的在所述中心轴线的方向上与所述外齿形成部分相邻的外周面部分中的至少一方对置或抵接即可。
例如，在采用具备同一形状的外周凸轮面的波动发生部件的情况下，所述波动发生部件分别配置为：使得所述波动发生部件的所述旋转中心线分别在以所述外齿齿轮的所述中心轴线为中心的同一圆上位于等角度间隔的位置。
以保持规定的相位差的状态使波动发生部件分别同步地旋转，由此能够使外齿齿轮产生波动运动。
例如，作为波动发生部件可以采用进行偏心旋转的具备正圆的外周凸轮面的部件。即，可以使所述波动发生部件的所述外周凸轮面形成为相对于所述旋转中心线产生了偏心的圆形外周面。
接下来，本发明的致动器的特征在于，具有：上述结构的波动齿轮装置；以及使所述波动齿轮装置的所述波动发生部件分别绕所述旋转中心线旋转的1台或多台马达。
在该情况下，可以利用1台马达对多个波动发生部件进行驱动而使其旋转。或者，也可以使多台马达例如以一一对应的关系分别与波动发生部件连结。
在波动发生部件分别配置有马达的情况下，例如，以同轴的方式将波动发生器和马达连结。即，所述波动发生部件分别配置为：使得所述波动发生部件的所述旋转中心线分别在以所述外齿齿轮的所述中心轴线为中心的同一圆上位于等角度间隔的位置，所述马达相对于所述波动发生部件配置为：使得马达中心线与所述旋转中心线一致。
在该情况下，可以在所述波动齿轮装置上形成在所述中心轴线的方向上贯通延伸的中空部，所述波动发生部件以及所述马达可以配置为将所述中空部包围的状态。
据此，与在装置中心部分配置有波动发生部件的情况相比，有利于实现具有更大的中空直径的致动器。
附图说明
图1是示出应用了本发明的中空致动器的一例的立体图、侧视图以及端面图。
图2是图1的中空致动器的半立体图以及纵向剖视图。
图3是示出图1的中空致动器的波动齿轮装置的立体图、端面图、侧视图以及纵向剖视图。
图4是示出由波动发生部件使得外齿齿轮挠曲的状态的说明图。
图5是示出应用了本发明的中空致动器的其他例子的立体图、侧视图以及端面图。
图6是图5的中空致动器的半立体图以及纵向剖视图。
图7是示出图5的中空致动器的波动齿轮装置的立体图、端面图、侧视图以及纵向剖视图。
具体实施方式
(实施方式1)
图1～图4中示出了应用本发明的实施方式1所涉及的中空致动器。图1(A)是示出应用了本发明的实施方式1所涉及的中空致动器的立体图，图1(B)是其侧视图，图1(C)是其端面图。图2(A)是以包含其中心轴线的平面进行剖切后的状态而示出中空致动器的半立体图，图2(B)是其纵向剖视图。图3(A)是示出组装于中空致动器的波动齿轮装置的立体图，图3(B)是其端面图，图3(C)是其侧视图，图3(D)是其纵向剖视图。
中空致动器1具备：装置壳体2，其形成为圆筒形状；礼帽型的波动齿轮装置3，其安装于装置壳体2；以及多台、在本例中为3台马达4(1)～4(3)，它们安装于装置壳体2。在中空致动器1的中心部分，形成有在装置中心轴线1a的方向上贯通延伸的圆形截面的装置中空部5。
马达4(1)～4(3)例如以装置中心轴线1a为中心在同一圆上以120度的角度间隔进行配置。另外，各马达4(1)～4(3)以各自的马达轴4a的旋转中心线4b与装置中心轴线1a平行的方式而安装于装置壳体2。
根据图3可知，波动齿轮装置3具备：刚性的内齿齿轮6，其形成为圆环形状；挠性的外齿齿轮7，其形成为礼帽形状；以及波动发生器8，其具备波动发生部件16(1)～16(3)。内齿齿轮6以同轴的方式固定于装置壳体2的内周部。借助主轴承9、本例中的交叉滚子轴承并利用装置壳体2而将外齿齿轮7支承为旋转自如的状态。
利用构成波动发生器8的波动发生部件16(1)～16(3)使波动齿轮装置3的外齿齿轮7挠曲成非圆形而与内齿齿轮6局部啮合。在本例中，外齿齿轮7挠曲成椭圆状，并在椭圆形状的长轴两端的位置处与内齿齿轮6啮合。另外，利用马达4(1)～4(3)分别对波动发生器8的波动发生部件16(1)～16(3)进行驱动而使其旋转。若对波动发生部件16(1)～16(3)进行旋转而使其驱动，则产生使得外齿齿轮7的周向上的各部分反复在半径方向上挠曲的波动运动，由此使得外齿齿轮7相对于内齿齿轮6局部啮合的啮合位置沿内齿齿轮6的圆周方向移动。
根据图3(D)可知，外齿齿轮7具备：圆筒状主体部11，其能够在半径方向上挠曲；圆盘状的隔膜12，其从圆筒状主体部11的一个端部朝半径方向的外侧延伸；呈圆环形状的刚性的凸台13，其形成为相对于隔膜12的外周缘而连续；以及外齿14，其形成于圆筒状主体部11的另一个端部的外周面部分。圆筒状主体部11的形成有外齿14的外齿形成部分以同轴状态而配置于内齿齿轮6的内侧，外齿14与内齿齿轮6的内齿15对置。根据图2可知，凸台13固定于主轴承9的内圈9a的端面，主轴承9的外圈9b固定于装置壳体2的端面。
构成波动发生器8的波动发生部件16(1)～16(3)沿外齿齿轮7的周向而配置于等角度间隔的位置。波动发生部件16(1)～16(3)例如是作为外周凸轮面16a而具备圆形外周面的偏心凸轮，分别以相对于3台马达4(1)～4(3)的马达轴4a产生了一定量的偏心的状态被固定于3台马达4(1)～4(3)的马达轴4a。即，圆形的外周凸轮面16a是将相对于马达4(1)～4(3)的旋转中心线4b产生了一定量的偏心的位置作为中心的正圆。偏心量与外齿齿轮7的各部分所需的半径方向挠曲量对应。
此处，根据图3可知，本例的波动发生部件16(1)～16(3)配置于外齿齿轮7的圆筒状主体部11的外周侧。另外，波动发生部件16(1)～16(3)的外周凸轮面16a与在外齿齿轮7的中心轴线(装置中心轴线1a)的方向上同外齿齿轮7的外齿形成部分相邻的圆筒状主体部11的外周面部分(隔膜12那侧的外周面部分)抵接。
此外，根据图2可知，马达4(1)～4(3)配置于由外侧罩17以及内侧罩18包围的圆环状的空间内。外侧罩17安装于装置壳体2，并具备圆筒状罩部分17a以及圆环状的端面罩部分17b。内侧罩18对装置中空部5进行规定，并同轴地安装于外侧罩17。
在该结构的中空致动器1中，利用未图示的控制单元使马达4(1)～4(3)同步地进行驱动而使得波动发生器8的各波动发生部件16(1)～16(3)进行偏心旋转。波动发生部件16(1)～16(3)的外周凸轮面16a与外齿齿轮7的圆筒状主体部11的外周面部分抵接。这些波动发生部件随着旋转而产生使得外齿齿轮7的周向上的各部分反复在半径方向上挠曲的波动运动，由此使得外齿齿轮7相对于内齿齿轮6局部啮合的啮合位置沿内齿齿轮6的圆周方向移动。
图4是示出借助波动发生器8的各波动发生部件16(1)～16(3)而挠曲成椭圆状的外齿齿轮7的说明图。在该图中，如点划线所示，外齿齿轮7的外齿形成部分的初始形状处于正圆的状态。例如，如图中的(0度)的旋转状态所示，利用3个波动发生部件16(1)～16(3)使得外齿齿轮7的外齿形成部分挠曲成长轴沿上下方向延伸的椭圆形状。
在从该状态起使椭圆形状绕装置中心轴线1a旋转的情况下，能够以使得波动发生部件16(1)～16(3)分别与各旋转位置处的椭圆形状外切的方式而使上述波动发生部件16(1)～16(3)旋转。换言之，使波动发生部件16(1)～16(3)以旋转中心线4b为中心且以规定的同步方式进行偏心旋转而产生使得外齿齿轮7的周向上的各部分在半径方向上反复挠曲的波动运动，由此使得外齿齿轮7相对于内齿齿轮6局部啮合的啮合位置(椭圆形状的长轴两端部分)沿内齿齿轮6的圆周方向移动。
在此，波动发生器8具备3个波动发生部件16(1)～16(3)。波动发生部件的数量并不限定于3个。也可以设为4个以上的个数。
另外，本例的波动发生部件16(1)～16(3)具备圆形的外周凸轮面16a，并相对于马达4(1)～4(3)的各自的旋转中心线4b而进行偏心旋转。波动发生部件16(1)～16(3)并不限定于偏心凸轮。例如，可以使椭圆状轮廓等的凸轮板以旋转中心线4b为中心进行旋转而使得外齿齿轮7产生波动运动。也可以采用椭圆状轮廓以外的各种轮廓的外周凸轮面。
并且，本例的波动发生部件16(1)～16(3)由圆形轮廓的凸轮板构成。也可以取而代之地使波动发生部件形成为具备滚子的结构。另外，虽然使凸轮板直接与外齿齿轮的外周面部分抵接，但是，也可以在凸轮板的外周面安装滚子、或者轴承等，借助这些部件且利用波动发生部件而对外齿齿轮的外周面部分进行按压。
另一方面，关于马达4(1)～4(3)，可以将编码器搭载于各马达而使它们分别进行驱动，但是，也可以将编码器仅搭载于1台马达而使其他马达同步地进行驱动。另外，还可以将制动用的制动器搭载于各马达。
(实施方式2)
图5～图7中示出了应用本发明的实施方式2所涉及的中空致动器。图5(A)是示出应用了本发明的实施方式1所涉及的中空致动器的立体图，图5(B)是其侧视图，图5(C)是其端面图。图6(A)是以包含其装置中心轴线的平面进行剖切后的状态而示出中空致动器的半立体图，图6(B)是其纵向剖视图。图7(A)是示出组装于中空致动器的波动齿轮装置的立体图，图7(B)是其端面图，图7(C)是其侧视图，图7(D)是其纵向剖视图。
实施方式2的中空致动器20的基本结构与图1的中空致动器1相同，波动发生器的波动发生部件配置于外齿齿轮的外齿形成部分的内周侧这一点、以及配置有5个波动发生部件这一点有所不同。
中空致动器20具备：装置壳体22，其形成为圆筒形状；礼帽型的波动齿轮装置23，其安装于装置壳体22；以及5台马达24(1)～24(5)，它们安装于装置壳体22。在中空致动器20的中心部分，形成有在装置中心轴线20a的方向上贯通延伸的圆形截面的装置中空部25。
根据图7可知，在本例中，马达24(1)～24(5)以装置中心轴线20a为中心在同一圆上以72度的角度间隔进行配置。另外，各马达24(1)～24(5)以它们的马达轴24a的旋转中心线24b与装置中心轴线20a平行的方式安装于装置壳体22。
如图6、图7所示，波动齿轮装置23具备：刚性的内齿齿轮26，其形成为圆环形状；挠性的外齿齿轮27，其形成为礼帽形状；以及波动发生器28，其具备5个波动发生部件36(1)～36(5)。内齿齿轮26以同轴的方式固定于装置壳体22的内周部。借助主轴承29、本例中的交叉滚子轴承并利用装置壳体22而将外齿齿轮27支承为旋转自如的状态。
利用构成波动发生器28的5个波动发生部件36(1)～36(5)使波动齿轮装置23的外齿齿轮27挠曲成非圆形而相对于内齿齿轮26局部啮合。在本例中，外齿齿轮27挠曲成椭圆状，并在椭圆形状的长轴两端的位置处与内齿齿轮26啮合。另外，若利用马达24(1)～24(5)对波动发生器28的波动发生部件36(1)～36(5)进行驱动而使其旋转，则产生使得外齿齿轮27的周向上的各部分在半径方向上反复挠曲的波动运动，由此使得外齿齿轮27相对于内齿齿轮26局部啮合的啮合位置沿内齿齿轮26的圆周方向移动。
根据图6(B)、图7(D)可知，外齿齿轮27具备：圆筒状主体部31，其能够在半径方向上挠曲；圆盘状的隔膜32，其从圆筒状主体部31的一个端部朝半径方向的外侧延伸；呈圆环形状的刚性的凸台33，其形成为相对于隔膜32的外周缘而连续；以及外齿34，其形成于圆筒状主体部31的另一个端部的外周面部分。圆筒状主体部31的形成有外齿34的外齿形成部分以同轴状态而配置于内齿齿轮26的内侧，外齿34与内齿齿轮26的内齿35对置。凸台33固定于主轴承29的内圈29a的端面，主轴承29的外圈29b固定于装置壳体22的端面。
波动发生器28的波动发生部件36(1)～36(5)沿外齿齿轮27的周向而配置于等角度间隔的位置。波动发生部件36(1)～36(5)例如是作为外周凸轮面36a而具备圆形外周面的偏心凸轮，分别以相对于5台马达24(1)～24(5)的马达轴24a产生一定量的偏心的状态被固定于5台马达24(1)～24(5)的马达轴24a。即，圆形的外周凸轮面36a是将相对于马达24(1)～24(5)的旋转中心线24b产生一定量的偏心的位置作为中心的正圆。偏心量与外齿齿轮27的各部分所需的半径方向挠曲量对应。
在此，本例的波动发生部件36(1)～36(5)配置于外齿齿轮27的圆筒状主体部31的内周侧。即，波动发生部件36(1)～36(5)的外周凸轮面36a与外齿齿轮27的外齿形成部分的内周面部分抵接。
根据图6可知，马达24(1)～24(5)配置于由外侧罩37以及内侧罩38包围的圆环状的空间内。外侧罩37安装于装置壳体22，并具备圆筒状罩部分37a以及圆环状的端面罩部分37b。内侧罩38对装置中空部25进行规定，并以同轴的方式安装于外侧罩37。
在该结构的中空致动器20中，也利用未图示的控制单元使马达24(1)～24(5)同步地进行驱动，由此使得波动发生器28的各波动发生部件36(1)～36(5)进行偏心旋转。波动发生部件36(1)～36(5)的外周凸轮面36a与外齿齿轮27的内周面部分抵接，并随着旋转而产生使得外齿齿轮27的周向上的各部分在半径方向上反复挠曲的波动运动，由此使得外齿齿轮27相对于内齿齿轮26局部啮合的啮合位置沿内齿齿轮26的圆周方向移动。

Claims (9)

1.一种波动齿轮装置，所述波动齿轮装置具有：
刚性的内齿齿轮；
挠性的外齿齿轮，其挠曲成非圆形，且与所述内齿齿轮局部啮合；
波动发生器，其用于产生使所述外齿齿轮的周向上的各部分在半径方向上反复挠曲的波动运动，使得所述外齿齿轮相对于所述内齿齿轮局部啮合的啮合位置沿所述内齿齿轮的圆周方向移动，
所述波动发生器具备多个波动发生部件，这些波动发生部件沿所述外齿齿轮的周向而配置于规定的角度间隔的位置、且在所述外齿齿轮的周向上不移动，
所述波动发生部件分别具备外周凸轮面，当所述波动发生部件以与所述外齿齿轮的中心轴线平行的旋转中心线为中心而旋转时，该外周凸轮面使在所述半径方向上与所述波动发生部件对置的所述外齿齿轮的部分以规定的振幅在所述半径方向上反复挠曲。
2.根据权利要求1所述的波动齿轮装置，其中，
所述波动发生部件的所述外周凸轮面与所述外齿齿轮的外齿形成部分的内周面部分、以及所述外齿齿轮的在所述中心轴线的方向上与所述外齿形成部分相邻的外周面部分中的至少一方抵接或对置。
3.根据权利要求1所述的波动齿轮装置，其中，
所述波动发生部件分别配置为：使得所述波动发生部件的所述旋转中心线分别在以所述外齿齿轮的所述中心轴线为中心的同一圆上位于等角度间隔的位置。
4.根据权利要求1所述的波动齿轮装置，其中，
所述波动发生部件的所述外周凸轮面是相对于所述旋转中心线产生了偏心的圆形外周面。
5.一种致动器，所述致动器具有：
权利要求1所述的波动齿轮装置；以及
1台或多台马达，该1台或多台马达使得所述波动齿轮装置的所述波动发生部件分别绕所述旋转中心线旋转。
6.根据权利要求5所述的致动器，其中，
在所述波动发生部件分别配置有所述马达。
7.根据权利要求6所述的致动器，其中，
所述波动发生部件的所述外周凸轮面与所述外齿齿轮的外齿形成部分的内周面部分、以及所述外齿齿轮的在所述中心轴线的方向上与所述外齿形成部分相邻的外周面部分中的至少一方抵接或对置。
8.根据权利要求7所述的致动器，其中，
所述波动发生部件分别配置为：使得所述波动发生部件的所述旋转中心线分别在以所述外齿齿轮的所述中心轴线为中心的同一圆上位于等角度间隔的位置，
所述马达相对于所述波动发生部件配置为：使得马达中心线与所述旋转中心线一致。
9.根据权利要求8所述的致动器，其中，
所述波动齿轮装置具备在所述中心轴线的方向上贯通延伸的中空部，
所述波动发生部件以及所述马达配置为将所述中空部包围的状态。
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