JP2007282377A - 減速機付きモータ - Google Patents

Abstract

【課題】 ロータとステータと歯車減速機を有する減速機付きモータにおいて、モータ部と減速機部を一体に構成し、簡単な構造で小型の減速機付きモータを提供できるようにする。
【解決手段】 インナロータタイプのモータのロータの内周に、遊星差動歯車減速機をロータと一体に設ける。または、アウタロータタイプのモータのロータの外周に、遊星差動歯車減速機をロータと一体に設ける。前記減速機は、第１と第２の外歯車７ａ、６ａ及び第１と第２の内歯車８a、８ｂを有し、４種の歯車の各々の歯数の組合わせで、１５〜１００００内の任意の減速比とすることを特徴とする減速機付きモータとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロータとステータと歯車減速機を有する減速機付きモータに関する。

従来の減速機付きモータは、減速機部とモータ部を別個に有するものが多い。（例えば、特許文献１参照）。
図９は従来の減速機付きモータの例であり、特許文献１、図２に示されているものである。
図９において、モータ部１１０は、ケーシングの内部にロータ１１１を備えシャフト１１２に固定している。ロータ１１１はステータ１１３の内側で回転するようになっている。モータ部の出力は、ブラケット１２５に隔壁された減速機部の偏心支軸１１７の挿入孔１１８に圧入固定している。
減速機部は遊星差動歯車減速機となっており、偏心支軸１１７の外側に第１の遊星歯車１２１と第２の遊星歯車１２２とを回転自在に支持している。第１の遊星歯車１２１には第１の内歯車１３１が噛合い、第２の遊星歯車１２２には第２の内歯車１３２が噛合っている。第１の内歯車１３１はブラケット１２５に設け、ブラケット１２５は取付け部１２６により外部に固定している。第２の内歯車は、同心支軸１３３に回転自在に支持する部材に設けているため、減速された回転出力部となっている。このような遊星差動歯車減速機によれば、製作加工が難しい特殊な部品を用いることなく、１００以上の極めて高い減速比を容易に提供できる。
また、別の従来の減速機付きモータとして、減速機部とモータ部を隔壁なしに構成したものがある。（例えば、特許文献２参照）。
図１０は別の従来の減速機付きモータの例であり、特許文献２、図１に示されているものである。
図１０において、２固体の型合わせからなるハウジング２０１の内部に減速機部とモータ部を設けている。減速機部は遊星差動歯車減速機からなり、ハウジング２０１の片側を貫通して延びる出力軸２２０を、モータ部２０３の軸受けとなる軸受けロッド２３０と同軸一体に形成し、対向側のハウジング２０１まで掛け渡し状に延設し、回転自在に軸支している。
軸受けロッド２３０の外側にモータ部２０３と減速機部２０２を設けているが、モータ部と減速機部の間に隔壁がないため、その分小型化がなされている。
特開２００４−３４０１９１号公報（第８頁、図２） 特開２０００−１２０８１０号公報（第６頁、図１）

特許文献１に示した従来の減速機付きモータは、減速機部とモータ部を別個に形成し、モータ部と減速機部の間を隔壁が隔てているため、減速機付きモータの軸方向長が長くなって小型化を妨げている。
特許文献２に示した別の従来の減速機付きモータは、モータ部と減速機部の間に隔壁がないため、その分小型化がなされているものの、モータ部と減速機部を依然別個に形成しているため、モータ部から減速機部までトルクを伝達するだけの、トルクを増大することに寄与しない部材が必要となり、その体積分、小型化を妨げているという問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、モータ部と減速機部を一体に構成し、簡単な構造で小型の減速機付きモータを提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、ロータとステータと遊星差動歯車減速機とを備えた減速機付きモータにおいて、前記ロータは、インナーロータであり、前記遊星差動歯車減速機を前記ロータの内周に、前記ロータと一体に設けたことを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、前記遊星差動歯車減速機は、前記ロータの回転に応じて回転自在ながら遊星的に揺動してモータ出力を伝達する揺動体と、前記揺動体の内周に設けられた第１および第２の内歯車と、モータフレームに対して固定され、前記第１の内歯車と噛合う第１の外歯車と、出力シャフトに設けられ、前記第２の内歯車と噛合う第２の外歯車と、を備えたことを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、ロータとステータと遊星差動歯車減速機とを備えた減速機付きモータにおいて、前記ロータは、アウターロータであり、前記遊星差動歯車減速機を前記ロータの外周に、前記ロータと一体に備えたことを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、前記遊星差動歯車減速機は、前記ロータの回転に応じて回転自在ながら遊星的に揺動し、モータ出力を伝達する揺動体と、前記揺動体の外周に設けられた第１の右および左の外歯車並びに第２の外歯車と、モータフレームに対して固定され、前記第１の右および左の外歯車とそれぞれ噛合う第１の右および左の内歯車と、被駆動部に設けられ、前記第２の外歯車と噛合う第２の内歯車と、を備えたことを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明は、前記第１の右および左の外歯車は、それぞれ前記揺動体の両端に設けられたことを特徴とするものである。
請求項６に記載の発明は、前記ロータは、前記第１と第２の外歯車または前記第１と第２の内歯車に対して揺動運動を伴う自転運動を生じさせる偏心部と前記外歯車または前記内歯車を回転自在とするためのベアリングの保持部とを少なくとも有するロータの構造部材を備えたことを特徴とするものである。
請求項７に記載の発明は、前記ロータの構造部材は、前記ロータの回転に伴い発生する振動を軽減するためのカウンタウェイト部を備えたことを特徴とするものである。
請求項８に記載の発明は、ロボットのアーム駆動用モータを請求項１乃至８いずれかに記載の減速機付きモータとしたことを特徴とするものである。

請求項１に記載の発明によると、前記インナロータタイプのモータのロータの内周に、遊星差動歯車減速機をロータと一体に設けたため、モータ部から減速機部までトルクを伝達するだけの、トルクを増大することに寄与しない部材が不要となり、小型の減速機付きモータを提供できる。
また、請求項３に記載の発明によると、前記アウタロータタイプのモータのロータの外周に、遊星差動歯車減速機をロータと一体に設けたため、モータ部から減速機部までトルクを伝達するだけの、トルクを増大することに寄与しない部材が不要となり、小型の減速機付きモータを提供できる。
また、請求項２、４に記載の発明によると、前記４種の歯車の各々の歯数の組合わせで、１５〜１００００内の任意の減速比とするため、単純な構成ながら減速比の広い要求範囲に対応する減速機付きモータを提供できる。
また、請求項５に記載の発明によると、シャフトにかかる駆動トルクが左右対称となり、ベアリングや摺動部の摩擦トルクが軽減できる。
また、請求項６に記載の発明によると、前記ロータの構造部材は、第１と第２の外歯車か、または第１と第２の内歯車に揺動運動を伴う自転運動を生じさせる偏心部を有し、前記外歯車または内歯車を回転自在とするためのベアリングの保持部を有するため、別に減速機を構成する部材を設ける必要がなく、小型の減速機付きモータを提供できる。
また、請求項７に記載の発明によると、前記第１と第２の外歯車は同軸上に設け、前記第１と第２の内歯車も同軸上に設けるため、第１の外歯車または内歯車と、第２の外歯車または内歯車の偏心量が同一になり、ロータの偏心部を共用できるとともに、前記外歯車または内歯車を回転自在とするためのベアリングも共用でき、小型の減速機付きモータとすることができる。
また、請求項８に記載の発明によると、前記ロータの構造部材は、そのアンバランスに起因してロータの回転に伴い発生する振動を軽減するための、カウンタウェイト部を有するため、ロータの回転に伴い発生する振動の少ない減速機付きモータを提供できる。
また、請求項９に記載の発明によると、減速機を別に設ける必要が無く、コンパクトなロボットを提供できる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図５は、本発明のロータとステータと歯車減速機を有する第１実施例を示す減速機付きモータの適用例を示す説明図であり、産業用または人型ロボット等の関節駆動用に供する例である。
図において、本発明の減速機付きモータはフレーム３と左側ブラケット１３の内側に設けられ、シャフト６を出力軸とし、シャフトに固定される左側被駆動部１と右側被駆動部２を回動させる。リードケーブル１５はモータへの電力供給線や、必要に応じて信号線を
まとめたものである。

図１は本発明の第１実施例を示す減速機付きモータの構成を示す軸方向断面図であり、図２は本発明の第１実施例を示す減速機付きモータの構成を示す径方向断面図である。
これらの図において、フレーム３の内側にはインナロータタイプのモータ部を構成するマグネットを設置したロータとステータ４がある。ステータ４はフレーム３に固定され、その内側に、マグネット１６を設置したロータの構造部材５を、２つのロータベアリング１１を介して、左側ブラケット１３と右側ブラケット１４に対して回転自在に設けている。ロータの構造部材５の内周には、遊星差動歯車減速機を構成する偏心部５aを一体に設けている。２つの偏心部ベアリング１２を、ロータの構造部材５のベアリング保持部５bに設け、偏心部ベアリング１２を介して揺動体８を設置する。そのため、マグネットを設置したロータの回転に応じて、揺動体８は回転自在ながら遊星的に揺動する。その揺動体８の内周に、第１の内歯車８aと第２の内歯車８bを設け、その各々に第１の外歯車７aと第２の外歯車６aを噛合わせることで、差動による歯車減速を得る。第１の外歯車７aを左側ブラケット１３に連結したハブ７に設け、第２の外歯車６aをシャフト６に設けることで、モータ部の回転を減速しトルクを増大して、フレーム３に対し被駆動部１，２が相対作動する。
つまり、本発明の減速機付きモータは、インナロータタイプのモータのロータの内周に、遊星差動歯車減速機をロータと一体に設けている。

図３は、本発明の減速機付きモータに関わる遊星差動歯車減速機の原理説明図である。
仮に回転自在に同軸上に設置された各々１９と２０の歯数を持つ２つの内歯車、第１の内歯車８aと第２の内歯車８bがあり、その内側に同軸に連結された各々１８と１９の歯数を持つ２つの外歯車、第１の外歯車７aと第２の外歯車６aがあるとする。今、図に示すように、２つの外歯車を自転させずに遊星的に揺動すれば、その１回転に対し、歯数の違いにより第１の内歯車８aは１／１９回転し、第２の内歯車８bは１／２０回転する。そのため、第１の内歯車８aを固定側とし、第２の内歯車８ｂを出力側とすれば、ロータの１回転に対し、２つの内歯車の回転の差である１／３８０回転という大きな減速比が得られる。
同様に、２つの内歯車を連結し、２つの外歯車を回転自在とした場合では、１／１８回転と１／１９回転の差である１／３４２回転の減速比が得られる。
つまり、外歯車の歯数のおおよそ２乗の大きな減速比が得られ、例えば１００程度の歯数の外歯車と１だけ歯数の大きい内歯車で構成した本減速機によれば、１／１００００程度の減速比が得られる。

一方、連結した２つの内歯車の歯数を同一にし、回転自在の２つの外歯車の歯数を１だけ違えた場合、減速比はその外歯車の歯数程度となり、図３の例では１／１９程度の比較的小さな減速比も容易に得ることができる。
本実施例の減速機付きモータは、このような遊星差動歯車減速機をモータに一体に構成したものであり、連結した２つの内歯車が遊星的に揺動する動力をモータより与え、４種の歯車の各々の歯数の組合わせで、１５〜１００００内の任意の減速比を得て、トルクを増大できる。

また、以上述べたような何れの場合においても、前記第１と第２の外歯車は同軸上に設け、前記第１と第２の内歯車も同軸上に設けるため、第１の外歯車または内歯車と、第２の外歯車または内歯車の偏心量が同一になる。第１と第２の歯車の噛合いの偏心量が同一であることは必然的に転移歯車を用いた構成を意味し、一般的には小歯数差の内歯車と外歯車の噛合いにおける干渉を避けるためにも転移歯車が用いられる。

この種の高減速比とした差動歯車減速機では、効率低下の主要因は偏った噛合いにより生じる、大きなラジアル荷重に起因するところの軸受け部のロストルクである。転移歯車を用いた場合、通常、噛合い圧力角が大きくなり、このラジアル荷重をさらに増大するため効率の向上を望めない。本実施例では、噛合い干渉を避けるとともに噛合い圧力角を小さくするために、歯厚比や歯たけを変更した特殊な歯型とすることで、効率の向上を図っている。

図４は、本発明のマグネット１６を保持するロータの構造部材５の形状説明図である。
図において、マグネット１６を保持するロータの構造部材５は、筒状であり、マグネットの磁路を形成する。
また、図１に示した第１の内歯車部８aと第２の内歯車８bに揺動運動を伴う自転運動を生じさせる偏心部５aを有し、前記内歯車を回転自在とするためのベアリングの保持部５bを有するとともに、ロータの回転に伴い発生するアンバランスを軽減するための、カウンタウェイト部５cを有する。

本発明が特許文献１および２と異なる部分は、モータ部と減速機部を別個に形成せずに一体に構成しているため、モータ部から減速機部までトルクを伝達するだけの、トルクを増大することに寄与しない部材が不要となり、簡単な構造で小型の減速機付きモータとした部分である。

図６は、本発明のロータとステータと歯車減速機を有する第２実施例を示す減速機付きモータの適用例を示す説明図であり、産業用または人型ロボット等の関節駆動用に供する他の適用例として、車椅子等のインホイールモータ式駆動輪に供する例である。
図において、被駆動部２１はゴムラバー２２を外装した駆動輪となっている。その内部に本発明の減速機付きモータがフレーム２３に固定したシャフト２６に支持され設けられている。リードケーブル３５は固定したフレーム側に設けているため、駆動輪はシャフト２６に対し、回動角度の制限なく回転し得る。

図７は、本発明の第２実施例を示す減速機付きモータの構成を示す軸方向断面図である。
図において、シャフト２６の外側にはアウタロータタイプのモータ部を構成するマグネットを設置したロータとステータ２４がある。ステータ２４はシャフト２６に固定し、その外側に、マグネット３６を設置したロータの構造部材２５を、２つのロータベアリング３１を介して、左側ブラケット３３と右側ブラケット３４に回転自在に設けている。ロータの構造部材２５の外周には、遊星差動歯車減速機を構成する偏心部２５aを一体に設けている。２つの偏心部ベアリング３２はニードルタイプのベアリングであり、ロータの構造部材２５のベアリング保持部２５bに設け、偏心部ベアリング３２を介して揺動体２７を設置する。そのため、マグネットを設置したロータの回転に応じて、揺動体２７は回転自在ながら遊星的に揺動する。その揺動体２７の外周に、第１の左の外歯車部２７a、第１の右の外歯車部２７bと第２の外歯車部２７ｃを設け、その各々に第１の左の内歯車２８、第１の右の内歯車２９と被駆動部２１に設けた第２の内歯車部２１aを噛合わせることで、差動による歯車減速を得る。第１の左の内歯車２８を左側ブラケット３３に固定し、第１の右の内歯車２９を右側ブラケット３４に固定する。被駆動部２１はニードルタイプのベアリングである２つの被駆動部ベアリング３０を介して、回転自在に左側ブラケット３３と右側ブラケット３４に設置する。左側ブラケット３３と右側ブラケット３４はフレーム２３に固定するため、第２の内歯車部２１aを設けた被駆動部２１が、モータ部の回転を減速しトルクを増大して、フレーム２３に対し相対作動する。
つまり、本実施例の減速機付きモータは、アウタロータタイプのモータのロータの外周に、遊星差動歯車減速機をロータと一体に設けている。

第１の外歯車と内歯車は、各々左の外歯車部２７a、左の内歯車２８と右の外歯車部２７b、右の内歯車２９に２分割することで、左右対称な駆動トルクが駆動輪に発生するよう
図っている。そのため、実施例１と同様に前記減速機は、第１と第２の外歯車及び第１と第２の内歯車を有し、４種の歯車の各々の歯数の組合わせで、１５〜１００００内の任意の減速比を得る。
また、揺動体の両端に左の内歯車と右の内歯車を設けているので、シャフトにかかる駆動トルクが左右対称となり、ベアリングや摺動部の摩擦トルクが軽減できる。
なお、第１の外歯車と内歯車では無く、第２の外歯車と内歯車を２分割しても良い。

図８は、本実施例のマグネット３６を保持するロータの構造部材２５の形状説明図である。
図において、マグネット３６を保持するロータの構造部材２５は、筒状であり、マグネットの磁路を形成する。
また、図６に示した第１の左の外歯車部２７a、第１の右の外歯車部２７bと第２の外歯車部８bに揺動運動を伴う自転運動を生じさせる偏心部２５aを有し、前記外歯車を回転自在とするためのベアリングの保持部２５bを有する。
ベアリング保持部２５bの軸心は、内歯車と外歯車の軸心距離を偏心量として形成し、偏心部２５aに設置する偏心部ベアリング３２は、径方向のサイズを小さくするためニードルタイプのベアリングを用いている。偏心部ベアリング３２を介して設置する揺動体２７に設けた外歯車は、その噛合いピッチ円上において、内歯車の噛合いピッチ円上の片側で噛合う。

本発明の減速機付きモータの最大トルクの限界は、通常遊星差動歯車減速機を構成する歯車強度に帰結する。そのため、減速部がモータ部の外側に設置された実施例２の減速機付きモータは、実施例１に対し、最大トルクの点において優れる。
一方、本発明の減速機付きモータの効率の限界は、減速部の大きなラジアル荷重に起因するところの軸受け部のロストルクに対するモータ部が発生するトルクの比によるところが大きい。そのため、減速比を同じとして比較すれば、モータ部が減速部の外側に設置された実施例１の減速機付きモータは、実施例２に対し、効率の点において優れる。

本発明の第１実施例を示す減速機付きモータの軸方向断面図 本発明の第１実施例を示す減速機付きモータの径方向断面図 本発明の減速機付きモータに関わる遊星差動歯車減速機の原理説明図 本発明のマグネット１６を保持するロータの構造部材５の形状説明図 本発明の第１実施例を示す減速機付きモータの適用例を示す説明図 本発明の第２実施例を示す減速機付きモータの適用例を示す説明図 本発明の第２実施例を示す減速機付きモータの軸方向断面図 回転速度に対する誘起電圧の関係 従来の減速機付きモータの例（特許文献１、図２） 別の従来の減速機付きモータの例（特許文献２、図１）

符号の説明

１ 左側被駆動部
２ 右側被駆動部
３ フレーム
４ ステータ
５ ロータの構造部材
５a 偏心部
５b ベアリング保持部
５c カウンタウェイト部
６ シャフト
６a 第２の外歯車部
７ ハブ
７a 第１の外歯車部
８ 揺動体
８a 第１の内歯車部
８b 第２の内歯車部
９ Ｏリング
１１ ロータベアリング
１２ 偏心部ベアリング
１３ 左側ブラケット
１４ 右側ブラケット
１５ リードケーブル
１６ ロータマグネット
２１ 被駆動部
２１a 第２の内歯車
２２ ゴムラバー
２３ フレーム
２４ ステータ
２５ ロータの構造部材
２５a 偏心部
２５b ベアリング保持部
２６ シャフト
２７ 揺動体
２７a 第１の左の外歯車部
２７b 第１の右の外歯車部
２７c 第２の外歯車部
２８ 第１の左の内歯車
２９ 第１の右の内歯車
３０ 被駆動部ベアリング
３１ ロータベアリング
３２ 偏心部ベアリング
３３ 左側ブラケット
３４ 右側ブラケット
３５ リードケーブル
３６ ロータマグネット
１１０ モータ部
１１１ ロータ
１１２ シャフト
１１３ ステータ
１１７ 偏心支軸
１１８ 挿入孔
１１９ カウンタウェイト
１２１ 第１の遊星歯車
１２２ 第２の遊星歯車
１２５ ブラケット
１２６ 取付け部
１３１ 第１の内歯車
１３２ 第２の内歯車
１３３ 同心支軸
１３５ 止め輪
２０１ ハウジング
２０２ 減速機部
２０３ モータ部
２１０ 固定内歯車
２２０ 出力軸
２２１ 出力盤
２２１ｈ 調整孔
２２１ｐ ピン
２２２ 遊星外歯車
２２２ｐ 内ピン
２２２ｇ 外歯車
２２３ ベアリング
２２４ 偏心体
２２４ｐ 係合ピン
２２５ ベアリング
２３０ 軸受けロッド
２３１ ロータ
２３１ｈ 係合孔
２３２ ステータ
２３３ ベアリング
e 偏心量
C 偏心体の偏心軸
O 軸受けロッドの回転軸

Claims (9)

1. ロータとステータと遊星差動歯車減速機とを備えた減速機付きモータにおいて、
   前記ロータは、インナーロータであり、前記遊星差動歯車減速機を前記ロータの内周に、前記ロータと一体に設けたことを特徴とする減速機付きモータ。
2. 前記遊星差動歯車減速機は、前記ロータの回転に応じて回転自在ながら遊星的に揺動してモータ出力を伝達する揺動体と、
   前記揺動体の内周に設けられた第１および第２の内歯車と、
   モータフレームに対して固定され、前記第１の内歯車と噛合う第１の外歯車と、
   出力シャフトに設けられ、前記第２の内歯車と噛合う第２の外歯車と、を備えたことを特徴とする請求項１記載の減速機付きモータ。
3. ロータとステータと遊星差動歯車減速機とを備えた減速機付きモータにおいて、
   前記ロータは、アウターロータであり、前記遊星差動歯車減速機を前記ロータの外周に、前記ロータと一体に備えたことを特徴とする減速機付きモータ。
4. 前記遊星差動歯車減速機は、前記ロータの回転に応じて回転自在ながら遊星的に揺動し、モータ出力を伝達する揺動体と、
   前記揺動体の外周に設けられた第１の右および左の外歯車並びに第２の外歯車と、
   モータフレームに対して固定され、前記第１の右および左の外歯車とそれぞれ噛合う第１の右および左の内歯車と、
   被駆動部に設けられ、前記第２の外歯車と噛合う第２の内歯車と、を備えたことを特徴とする請求項３記載の減速機付きモータ。
5. 前記第１の右および左の外歯車は、それぞれ前記揺動体の両端に設けられたことを特徴とする請求項４記載の減速機付きモータ。
6. 前記ロータは、前記第１と第２の外歯車または前記第１と第２の内歯車に対して揺動運動を伴う自転運動を生じさせる偏心部と前記外歯車または前記内歯車を回転自在とするためのベアリングの保持部とを少なくとも有するロータの構造部材を備えたことを特徴とする請求項１または３に記載の減速機付きモータ。
7. 前記ロータの構造部材は、前記ロータの回転に伴い発生する振動を軽減するためのカウンタウェイト部を備えたことを特徴とする請求項６に記載の減速機付きモータ。
8. 前記第１と第２の外歯車及び前記第１と第２の内歯車を、同軸上に備えたことを特徴とする請求項１または３に記載の減速機付きモータ。
9. ロボットのアーム駆動用モータを請求項１乃至８いずれかに記載の減速機付きモータとしたことを特徴とするロボット。

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