CN1390378A - 减速器一体型致动器 - Google Patents

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Abstract

在具备谐波减速器(14)与电动机(7)及旋转位置检出器(26)的减速器一体型致动器中,以杯状之旋转轭(12)构成转子(11),同时将永久磁铁(13)固装于旋转轭(12)之外周,圆花键(15)是丝绒礼帽状地形成,并将凸缘部(15a)固定在致动器框(2)之一方的端部,又经由旋转轭(12)的内周与空隙对向配置圆筒部(15b)。在输出轴(5)与旋转轴(6)间,设置在柔性花键(16)的内周侧与输出轴(5)连结的杯状壳(18),在与支撑旋转轴(6)的轴承(21)之间设置给与预压的弹性构件(25)。由此,可提供一种可缩短致动器的轴向长度,不会与小型,轻量化相反地可大驱动扭矩之廉价的减速器一体型致动器。

Description

减速器一体型致动器
技术领域
本发明是关于一种可缩短整体致动器的轴向长度，同时不会与小型，轻量化相反地可增大驱动扭矩的廉价的减速器一体型致动器。
背景技术
以往被使用于机器人或工作机械等，一体化谐波减速器与电动机的致动器，成为如图3所示。
图3是表示以往的减速器一体型致动器的侧剖面图。
在图中，30是致动器，31a是负载侧托架，31b、31c、31d是致动器框，31e是反负载侧托架，32是输出轴，33是旋转轴，34是电动机，35是定子，36是定子铁心，37是电枢绕组，38是转子，39是轭，40是永久磁铁，41是谐波减速器，42是圆花键，43是柔性花键，44是波产生器，45、46、47、48及49是轴承，50、51是弹性构件，52是旋转位置检出器，53是旋转盘，54是固定开缝，55是发光元件，56是受光元件L0是表示致动器30的轴向长度。
此种减速器一体型致动器30是成为从负载侧朝反负载侧，依谐波减速器41，电动机34，旋转位置检出器52的顺序朝轴向串列地连结的构造。又，此等装置是分别被固定在中空圆筒状的致动器框31b、31c、31d的内侧，两端部藉著负载侧托架31a及反负载侧托架31e被覆盖。
其中，谐波减速器41是由：被固定于致动器框31b的内周，同时呈环状具内齿的圆花键42，及装设于圆花键42之内侧，且被连结于输出轴32，同时具有杯形状，外齿的有可挠性的柔性花键43，及经由轴承47被装设于柔性花键43的内侧，且被连结于旋转轴33，同时呈椭圆形状的波产生器44所构成。又，轴承45、46支撑输出轴32，同时藉著弹性构件50给予预压。轴承48、49是支撑旋转轴33，同时藉著弹性构件51给与预压。
又，电动机34具备：嵌合于旋转轴33的轭39，及成为磁极的永久磁铁40所构成的转子38，同时具备由与转子38的外周侧经由空隙相对向设置的定子铁心36，及在定子铁心36发生旋转磁场的电枢绕组37的定子35所构成。
旋转位置检出部52是由：成为固定于旋转轴33的旋转部的旋转盘53，及成为相对向于该旋转部的旋转位置检出器的固定部的固定开缝54，及发光元件55，及受光元件56所形成的光学型编码器所构成。来自发光元件55的光投光至旋转盘53时，经由固定开缝54，受光元件56重复受光与不受光，而将受光与不受光检出作为导通与断开的电气信号。然后，成为藉着未图示的运算回路来运算转子的角度。
以下，说明动作。
在定子35的电枢绕组37藉著未图示的驱动电路施行通电时，则在转子38的永久磁铁40发生驱动扭矩，藉著该驱动扭矩使转子38高速旋转。之后，藉著与转子的旋转轴33结合的波产生器44施行旋转，使柔性花键43经由轴承47被挠曲成椭圆形状，而在波产生器44的椭圆长轴方向的两端位置与圆花键42相啮合。此时，相对旋转发生在柔性花键43与圆花键42之间，而从柔性花键43大幅度被减速的旋转力被传动至输出轴32后被输出。
然而在以往技术，由于串列排列地连结谐波减速器，电动机及旋转位置检出部，因此特别是结合谐波减速器与电动机之间，或是电动机与旋转位置检出器之间时的轴向长度变长，同时配置在轴向的旋转位置检出器的空间变大，而在谋求致动器小型，轻量化上成为问题。
又，由于谐波减速器，电动机及旋转位置检出部是分别固定于三具致动器框，因此会增加零件件数且也增加装配工时数，有增加成本的问题。
又，除了要求谋求致动器的小型，轻量化之外，还有要求提高致动器的扭矩性能，此乃必须增大安装转子的永久磁铁的位置的外径，或增大转子的驱动扭矩。然而，在以往技术的构件中，若增大转子的外径时。由于定子及致动器框的外径也变大，因此，整体电动机使体积或重量变大，有与致动器的小型，轻量化与高扭矩化相反的问题。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而创作的，其目的是在于提供一种可缩短致动器的轴向长度，不会与小型，轻量化相反地可大驱动扭矩的廉价的减速器一体型致动器。
为了解决上述问题，本发明是作成如下的构成。
方案1的发明，是一种减速器一体型致动器，属于具备：中空圆筒状的致动器框，及固定于上述致动器框，且在内周具有内齿的圆花键，及具有与上述圆花键的内齿相啮合的外齿，且在端面连结致动器的输出轴的圆筒状柔性花键，及装设于上述柔性花键的内周的椭圆状波产生器，及旋转驱动上述波产生器的旋转轴，及具备永久磁铁所构成的磁极的转子及在与上述转子的外周侧经由空隙相对向的定子铁心具备发生磁场的驱框绕组的定子所构成的电动机，及固定于上述旋转轴的旋转位置检出器的旋转部，及相对向于该旋转位置检出器的旋转部的旋转位置检出部的固定部的减速器一体型致动器，其特征为：上述转子是构成在中心能贯穿上述旋转轴地一体设置的杯状旋转轭，同时将上述永久磁铁固装于上述旋转轭的外周；上述圆花键是形成丝绒礼帽状，同时将凸缘部固定于上述致动器框的其中一方的端部，并将圆筒部经由上述旋转轭的内周与空隙配置成相对向；在上述输出轴与上述旋转轴之间，具备：于上述柔性花键的内周侧与上述输出轴的杯状外壳，及嵌合于上述外壳的内部且支撑上述旋转轴的轴承，及设于上述外壳与上述轴承的轴向的空隙部，将预压给于上述轴承的弹性构件。
又，方案2的本发明是在方案1所述的减速器一体型致动器中，上述旋转位置检出器的旋转部是由：朝与上述旋转轴垂直的一方向被磁化的圆板状角度检出用磁铁所构成；上述旋转位置检出器的固定部是由：设于上述旋转位置检出器的旋转部的外周侧的固定环，及至少安装两具于该固定环的周方向的磁性感测器所构成。
方案3的发明，是一种减速器一体型致动器，属于具备：中空圆筒状的致动器框，及固定于上述致动器框，且在内周具有内齿的圆花键，及具有与上述圆花键的内齿相啮合的外齿，且在端面连结致动器的输出轴的圆筒状柔性花键，及装设于上述柔性花键的内周的椭圆状波产生器，及旋转驱动上述波产生器的旋转轴，及具备永久磁铁所构成的磁极的转子及在与上述转子的外周侧经由空隙相对向的定子铁心具备发生磁场的电框绕组的定子所构成的电动机，及固定于上述旋转轴的旋转位置检出器的旋转部，及相对向于该旋转位置检出器的旋转部的旋转位置检出部的固定部的减速器一体型致动器，其特征为：上述转子是构成在中心能贯穿上述旋转轴地一体设置的杯状旋转轭，同时将上述永久磁铁固装于上述旋转轭的内周；
上述圆花键是形成丝绒礼帽状，同时将凸缘部固定于上述致动器框的其中一方的端部，并将圆筒部配置成固装于上述定子的内周侧；在上述输出轴与上述旋转轴之间，具备：于上述柔性花键的内周侧与上述输出轴的杯状外壳，及嵌合于上述外壳的内部且支撑上述旋转轴的轴承，及设于上述外壳与上述轴承的轴向的空隙部，将预压给于上述轴承的弹性构件。
又，方案4的本发明是在方案3所述的减速器一体型致动器中，上述旋转位置检出器的旋转部是由：朝与上述旋转轴垂直的一方向被磁化的圆板状角度检出用磁铁所构成；上述旋转位置检出器的固定部是由：设于上述旋转位置检出器的旋转部的外周侧的固定环，及至少安装两具于该固定环的周方向的磁性感测器所构成。
附图的简单说明
图1是表示本发明的第一实施例的减速器一体型致动器的侧剖面图。
图2是表示本发明的第一实施例的减速器一体型致动器的侧剖面图。
图3是表示以往的减速器一体型致动器的侧剖面图。
记号的说明
1，30        致动器
2，31b，31d  致动器框
3，31a       负载侧托架
4，31e       反负载侧托架
5，32        输出轴
6，33        旋转轴
7，34        电动机
8，35        定子
9，36        定子铁心
10，37       电枢绕组
11，38       转于
12           旋转轭
13，40       永久磁铁
14，41            谐波减速器
15，42            圆花键
15a               凸缘部
15b               圆筒部
16，43            柔性花键
17，44            波产生器
18                外壳
19，23，45～49    轴承
24，25，50，51    弹性构件
26，52            旋转位置检出器
27                角度检出磁铁
28                固定环
29                磁性感测器
39                轭
53                旋转盘
54                固定开缝
55                发光元件
56                受光元件
实施发明所用的最佳形态
以下，依据图式说明本发明的实施例。
图1是表示本发明的第一实施例的减速器一体型致动器的侧剖面图。
在图中，1是致动器，2是致动器框，3是负载托架，4是反负载侧托架，5是输出轴，6是旋转轴，7是电动机，8是定子，9是定子铁心，10是电枢绕组，11是转子，12是旋转轭，13是永久磁铁，14是谐波减速器，15是圆花键，16是柔性花键，17是波产生器，18是外壳，19、20、21、22及23是轴承，24及25是弹性构件，26是旋转位置检出器，27是角度检出磁铁，28是固定环，29是磁性感测器，L1是致动器1的轴向长度。
本发明的致动器的基本构成，亦即具备谐波减速器14，电动机7，旋转位置检出器26的构成，及藉著轴承19、20支撑配置于负载侧的输出轴5，并藉著弹性构件24给予预压的构成，是与以往技术相同，惟本发明是在以下四点不同。亦即，
(1)将转子11一体构成能将旋转轴6贯穿于中心而设置的杯状旋转轭12，并将永久磁铁13固装于旋转轭12的外周这一点。
(2)将圆花键15形成丝绒礼帽状，同时将圆花键15的凸缘部15a固定在致动器框2的其中一方的端部，又将圆花键15的圆筒部15b经由空隙与旋转轭12的内周配置成相对向的点。
(3)在输出轴5与旋转轴6之间，将与输出轴5连结的杯状外壳18设于柔性花键16的内周侧，同时将旋转轴6支撑于外壳18的内部的轴承21嵌合于旋转轴6，而在外壳18与轴承21的轴向空隙部插设将预压给予轴承21的弹性构件25的点。
(4)作为旋转位置检出器26的旋转部，设置朝与旋转轴6垂直的一方被磁化的圆板状角度检出用磁铁27，同时在角度检出用磁铁27的外周侧，作为旋转位置检出器26的固定部设置固定环28，而在该固定环28的周方向至少设置两具磁性感测器29，亦即以磁性型编码器构成旋转位置检出器之处。
在此，旋转位置检出器26的磁性感测器29使用霍尔效应元件。
在此等构成，由于电动机7与谐波减速器14设于相同的致动器框1的内周，因此，以往朝轴向串列地排列连接谐波减速器与电动机所必需的各该空间成为以一个空间即足够。又，由于将旋转位置检出器，替代将以往的旋转部与固定部轴向地配置者。作成径向地配置而可减小该构件的空间，因此可缩短整体致动器的轴向长度。由此，图1的致动器的轴向长度L1是与表示于图3的以往的致动器的轴向长度L0相比较，缩短大约40％，可大幅度小型化。
以下，说明动作。
在定子8的电枢绕组10藉著未图示的驱动电路施行通电时，则在转子11的永久磁铁13发生驱动扭矩，藉著该驱动扭矩使转子11高速旋转。之后，藉著与转子的旋转轴6结合的波产生器17施行旋转，使柔性花键16经由轴承22被挠曲成椭圆形状，而在波产生器17的椭圆长轴方向的两端位置与圆花键15相啮合。此时，相对旋转发生在柔性花键16与圆花键15之间，而从柔性花键16大幅度被减速的旋转力被传动至输出轴5后被输出。此时，因相对向于安装在旋转轴6的角度检出用磁铁27的磁性感测器29，将旋转的角度检出用磁铁27的磁极位置检出作为电气信号，从该电气信号藉著未图示的运算电路来运算旋转轴的旋转角度位置。
以下说明本发明的第二实施例。
图2是表示第二实施例的减速器一体型致动器的侧剖面图。由于第二实施例是与第一实施例具相同构成元件，因此赋予相同记号。又，由于设于致动器的输出轴与旋转轴间的外壳部，旋转位置检出部的构成与效果是与第一实施例相同，故省略其说明。
第二实施例是对于第一实施例在以下两点不同。亦即，
(1)将转子11以形成杯状的旋转轭12所构成，又将永久磁铁13固装于旋转轭12的内周，同时经由空隙永久磁铁13将定子8配置于其内侧这一点(外转子方式)。
(2)将圆花键15形成丝绒礼帽状，同时将凸缘部15a固定于致动器框1的一方的端部，并将圆筒部15b配置成固装于定子8的内周侧这一点。
在此等构成，由于与第一实施例同样地电动机7与谐波减速器14是设于相同的致动器框1的内周，因此可缩短整体致动器的轴向长度。由此，图2的致动器的轴向长度L2是与表示于图3的以往的致动器的轴向长度L0相比较，缩短大约40％，可大幅度小型化。又，对于第二实施例的动作，由于与第一实施例相同，因此省略说明。
因此，第一及第二实施例是将构成转子的旋转轭形成杯状，利用形成于杯状的旋转轭的内周侧与旋转轴之间的空间部来配置谐波减速器，同时将定子与转子所构成的电动机设于谐波减速器的外周侧的构成，故谐波减速器及电动机的轴向长度配置成对于径向重叠成大约同心圆状。如此，成为不需要如以往轴向地串列连接谐波减速器与电动机所必须的各该空间，同时收纳此等两件装置的空间成为以一个空间可共有，而可将电动机与谐波减速器设置于相同的致动器框的内周。又，成为将旋转位置检出器设于径向的构成，可缩短整体致动器的轴向长度。由此，可提供一种小型又轻量的致动器。
结果，藉本实施例的致动器，是与以往以三件零件构成致动器框的致动器相比较，则可删减成一件零件件数，故可删减装配工数，同时可提供低成本的致动器。
由于转子的旋转轭是外径大而具有中空部的杯形状，可减小转子的重量成为轻量化，因此可将致动器在轴向小型化，且即使被要求高扭矩时，也不会与小型化或轻量化相反地可增大驱动扭矩。
在各实施例中，以在定子侧设置电枢绕组，而在转子侧具有设置永久磁铁的构成的磁性电路的电动机的例子加以说明，惟并不被限定于本实施例的形态，而以其他磁性电路构成定子侧或转子侧的至少任何一方也可以。
又将预压给予轴承间的弹性构件，例如可用板簧或螺旋弹簧，若能替代此者并不被限定。
又，旋转位置检出器的磁性感测器替代霍尔效应元件，使用磁阻元件者或利用磁阻抗效果的非晶线(アモルフアスワイヤ)者也可以。
如上所述，本发明的一体化电动机与谐波减速器所构成的减速器一体型致动器，作为使用于机械人或工作机械等有用。

Claims (4)

1.一种减速器一体型致动器，具备：中空圆筒状的致动器框，及固定于上述致动器框，且在内周具有内齿的圆花键，及具有与上述圆花键的内齿相啮合的外齿，且在端面连结致动器的输出轴的圆筒状柔性花键，及装设于上述柔性花键的内周的椭圆状波产生器，及旋转驱动上述波产生器的旋转轴，及具备永久磁铁所构成的磁极的转子及在与上述转子的外周侧经由空隙相对向的定子铁心具备发生磁场的电枢绕组的定子所构成的电动机，及固定于上述旋转轴的旋转位置检出器的旋转部，及相对向于该旋转位置检出器的旋转部的旋转位置检出部的固定部，其特征是：
上述转子是构成在中心能贯穿上述旋转轴地一体设置的杯状旋转轭，并将上述永久磁铁固装于上述旋转轭的外周；
上述圆花键形成丝绒礼帽状，并将凸缘部固定于上述致动器框的其中一方的端部，并将圆筒部经由空隙与上述旋转轭的内周配置成相对向；
在上述输出轴与上述旋转轴之间，具备：于上述柔性花键的内周侧与上述输出轴连结的杯状外壳，及嵌合于上述外壳的内部且支撑上述旋转轴的轴承，及设于上述外壳与上述轴承的轴向的空隙部，将预压给于上述轴承的弹性构件。
2.如权利要求1所述的减速器一体型致动器，其特征是，
上述旋转位置检出器的旋转部是由朝与上述旋转轴垂直的一方向被磁化的圆板状角度检出用磁铁所构成；
上述旋转位置检出器的固定部是由设于上述旋转位置检出器的旋转部的外周侧的固定环，及至少安装两个于该固定环的周方向的磁性感测器所构成。
3.一种减速器一体型致动器，具备：中空圆筒状的致动器框，及固定于上述致动器框，且在内周具有内齿的圆花键，及具有与上述圆花键的内齿相啮合的外齿，且在端面连结致动器的输出轴的圆筒状柔性花键，及装设于上述柔性花键的内周的椭圆状波产生器，及旋转驱动上述波产生器的旋转轴，及具备永久磁铁所构成的磁极的转子及在与上述转子的外周侧经由空隙相对向的定子铁心具备发生磁场的电枢绕组的定子所构成的电动机，及固定于上述旋转轴的旋转位置检出器的旋转部，及相对向于旋转位置检出器的旋转部的旋转位置检出部的固定部，其特征是：
上述转子构成在中心能贯穿上述旋转轴地一体设置的杯状旋转轭，并且上述永久磁铁固装于上述旋转轭的内周；
上述圆花键形成丝绒礼帽状，并且凸缘部固定于上述致动器框的其中一方的端部，并将圆筒部配置成固装于上述定子的内周侧；
在上述输出轴与上述旋转轴之间，具备：于上述柔性花键的内周侧与上述输出轴连结的杯状外壳，及嵌合于上述外壳的内部且支撑上述旋转轴的轴承，及设于上述外壳与上述轴承的轴向的空隙部，将预压给于上述轴承的弹性构件。
4.如权利要求3所述的减速器一体型致动器，其特征是，
上述旋转位置检出器的旋转部由朝与上述旋转轴垂直的一方向被磁化的圆板状角度检出用磁铁所构成；
上述旋转位置检出器的固定部由设于上述旋转位置检出器的旋转部的外周侧的固定环，及至少安装两个于该固定环的周方向的磁性感测器所构成。
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