JP2008196584A - 負荷感応型モータ - Google Patents

Abstract

【課題】小型軽量でありながら、高速と高トルクの両駆動に支障なく柔軟に適応できるモータを提供する。
【解決手段】モータ３の回転速度を一定に保持しながら、変速機構の変速比が自動的に変化する負荷感応型モータである。複数の遊星部材１８を有する遊星回転体８を備える。遊星部材１８が傾動することによって変速比が変化する。遊星部材１８は、ロータ６と回転出力体７と押付体１１とで３点支持されており、移動体１０がスライド変位することで傾動する。移動体１０は、押付体１１と同期して回動変位する。回転出力体７が外部から負荷を受けると、押付体１１が回動変位し、それにともなって移動体１０も回動変位する。移動体１０が回動変位すると、圧力ピン２３が凹部１０ｅ内を相対変位し、移動体１０がスライド変位する。
【選択図】図３

Description

本発明は、モータの回転速度を一定に保持しながら、外部から受ける負荷に連動して、変速比を自動的に変化させる負荷感応型モータに関する。この負荷感応型モータは、たとえば、ロボットの車輪などに好適である。これを適用したロボットであれば、平坦地は速く走ることができ、負荷のかかる上り坂などはトルクを増大して移動できる。

近年、二足歩行可能なロボットや、傾斜面や段差があっても自在に移動できるロボットなど、多種多様なロボットが開発されている。これらロボットの駆動機構には、変速機構を備えたモータが多用されている。

変速機構を備えたモータとしては、たとえば、変速比が一定の変速機を有し、モータ出力の制御によって、速度変化に応じたトルク出力の制御を可能とするモータ出力制御型式のモータが一般的である。しかし、この種のモータはそのモータ特性に頼るところが大きいため、高速駆動に適したモータでは高トルク駆動時に負荷がかかって発熱し易く、高トルク駆動に適したモータでは回転速度が上がり難い問題があった。その一方で、高速と高トルクの両駆動に適応できるようにモータを改良すると、大型化して駆動効率が低下するという問題があったため、高速と高トルクの両駆動に支障なく柔軟に適応できる小型軽量なモータが要望されていた。

変速機構に関し、負荷トルクに応じて自動的に変速動作を行う無段変速機が提案されている（特許文献１）。

そこで示されている無段変速機は、モータの駆動軸に固定された太陽ギヤと、この太陽ギヤの周りを自転および公転する複数の遊星ギヤなどで構成される遊星回転機構を備えている。各遊星ギヤの自転軸には、円錐形状をした変速子が固定されている。これら変速子の傾斜面に、出力軸と同軸に設けられた円筒体の一端周縁が圧接されている。そして、円筒体の他端側に、トルク変換機構を介して駆動軸と同軸の出力軸が連結されている。トルク変換機構は、一対の平板と、複数の球体とで構成されている。平板の対向面には、対向状に球面状の穴が複数形成されている。各球体は、その穴に嵌め込まれた状態で両平板間に挟持されている。

出力軸に負荷が作用すると、両平板の位置がずれて球体が穴内を移動し、両平板間の隙間を押し広げる。それに伴い、円筒体が軸方向に移動して変速子の傾斜面に押し付けられ、円筒体が弾性変形し、その径が大きくなる。その結果、円筒体と変速子との接点の半径方向の位置が広がって円筒体の回転数が変化する。つまり、この無段変速機は、円筒体の弾性変形を利用して、これに圧接する変速子の半径を大小に変化させることで変速比を変化させている。

特開２００２−２７６７５９号公報

しかし、特許文献１の無段変速機は、モータと別体に構成されているため、構造上、モータを含めた全体の大きさを小型化するには課題が多い。また、円筒体は弾性変形を繰り返すため、経時的に劣化するおそれがあり、耐久性の面でも不利がある。

そこで、本発明は前記問題点に鑑み、小型軽量でありながら、高速と高トルクの両駆動に支障なく柔軟に適応できる負荷感応型モータを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の本発明にかかる負荷感応型モータは、固定軸まわりに回転自在に支持されたロータを含み、前記ロータを回転駆動するモータと、前記ロータの外側に配置されて、前記固定軸まわりに回転自在に支持される円筒状の回転出力体と、前記回転出力体が外部から受ける負荷に連動して、前記回転出力体と前記ロータとの間の変速比を変化させて前記ロータの回転を前記回転出力体に伝える変速機構と、を備え、前記モータの回転速度は保持しながら、前記変速機構の変速比が自動的に変化することを特徴とする。

請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の負荷感応型モータであって、前記ロータが、前記固定軸を軸に回転する円筒形状をした支持部を有し、前記変速機構が、前記支持部と前記回転出力体との間に配される遊星部材であって、前記固定軸まわりに公転可能であるとともに自転可能な遊星部材、を複数有する遊星回転体と、前記固定軸の軸方向に沿って前記回転出力体に隣接配置された押付体と、を含み、前記遊星部材が、前記固定軸に対して径方向に傾動可能な状態で前記遊星回転体に支持されるとともに、前記回転出力体と、前記ロータの支持部と、前記押付体と、で挟持されており、前記回転出力体が外部から受ける負荷に連動して、前記遊星部材を傾動変位させる傾動機構が設けられていることを特徴とする。

請求項３に記載の本発明は、請求項２に記載の負荷感応型モータであって、前記傾動機構が、前記遊星回転体に対して前記ロータと対向配置されて、前記固定軸の軸方向にスライド変位可能に支持されるとともに、前記固定軸まわりに回動変位可能な移動体と、前記移動体をスライド変位させるスライド機構と、を含み、前記移動体の前記遊星回転体側に、前記固定軸を中心とする環状の傾斜面を有する傾動誘導部が形成されており、前記傾斜面は、前記遊星回転体側から離れるに従って前記固定軸に沿って前記固定軸側に下り傾斜しており、前記遊星回転体が、前記固定軸に回転自在に支持された遊星部材支持体と、前記遊星部材支持体を貫通する支持孔に挿入されて、前記遊星部材支持体の両側に端部をそれぞれ突出した状態で支持された支持ピンと、を含み、前記ロータ側の前記支持ピンの一端に、前記遊星部材が回転自在に支持されており、前記移動体側の前記支持ピンの他端に、前記傾動誘導部と係合する係合部が形成されており、前記回転出力体が外部から負荷を受けると、前記スライド機構によって前記移動体が前記遊星回転体側にスライド変位し、それにともなって前記支持ピンの前記係合部が前記傾動誘導部の傾斜面に誘導されて前記支持ピンが傾動することにより、前記遊星部材が傾動することを特徴とする。

請求項４に記載の本発明は、請求項３に記載の負荷感応型モータであって、前記スライド機構が、前記固定軸に沿って前記移動体の前記傾動誘導部の反対側に形成された曲面状の凹部と、前記固定軸に固定されて、前記凹部に先端が接触する圧力ピンと、を含み、前記移動体が、前記圧力ピン側に押し出し付勢されており、前記押付体は、前記移動体に連動して前記固定軸まわりに回動変位するとともに、前記遊星部材側に押し出し付勢されており、前記回転出力体が外部から負荷を受けると、前記押付体が回動変位し、それと連動して前記移動体が回動変位し、前記圧力ピンの先端が凹部内を変位することで、前記移動体が、前記固定軸に沿って前記遊星回転体側にスライド変位することを特徴とする。

請求項５に記載の本発明は、請求項３または請求項４に記載の負荷感応型モータであって、前記傾動誘導部が、前記固定軸を中心に形成されて、前記遊星回転体側から離れるに従って前記固定軸に沿って前記固定軸側に下り傾斜する環状の傾斜溝からなり、前記支持ピンの前記係合部は、支持ピンよりも軸径が小さい小軸部を介して先端に形成された球体形状の球体部を有し、前記球体部が前記傾斜溝内に挿入されていることを特徴とする。

請求項６に記載の本発明は、請求項３ないし請求項５のいずれかに記載の負荷感応型モータであって、前記遊星部材支持体に形成された前記支持孔が、前記支持ピンの径方向への傾動のみを許すように、前記固定軸に対して径方向に長孔状に形成されていることを特徴とする。

請求項７に記載の本発明は、請求項４ないし請求項６のいずれかに記載の負荷感応型モータであって、前記移動体が、バネによって、前記圧力ピン側に押し出し付勢されており、前記バネの設定によって、前記変速機構の調整を可能としたことを特徴とする。

請求項８に記載の本発明は、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の負荷感応型モータであって、前記回転出力体と一体に、円筒形状の変速機出力軸が固定されており、前記変速機出力軸の内側に、前記モータと、前記変速機構と、が収納されていることを特徴とする。

請求項９に記載の本発明は、請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の負荷感応型モータであって、一個の前記モータと、一対の前記変速機構と、を備え、前記固定軸に沿って前記モータの両側に前記変速機構が対向配置されていることを特徴とする。

モータの回転速度を一定に保持しながら、回転出力体が外部から受ける負荷に連動して、変速機構の変速比を自動的に変化させるようにすることで、モータを効率よく利用できるうえ、モータに過度な負荷がかからず、熱の発生を抑えることができる。

変速機構に、回転出力体とロータおよび押付体で３点支持された複数の遊星部材を利用し、回転出力体が外部から受ける負荷に連動して、遊星部材を傾動変位させる傾動機構を設けることで、モータの駆動力を効率よく回転出力体に伝達することができ、外部から受ける負荷に連動して変速比を自動的に変化させることができる。耐久性にも優れ、容易に小型軽量化を図ることができる。

傾動機構を移動体や、移動体をスライド変位させるスライド機構などで構成し、移動体に形成した傾斜面を有する傾動誘導部に、遊星部材を支持する支持ピンの係合部を係合させ、スライド機構によって移動体がスライド変位するのにともなって、係合部が傾斜面に誘導されて支持ピンが傾動するようにすることで、遊星部材を効率よく傾動させることができる。各パーツをコンパクトに配置することができ、小型軽量化を図ることができる。

スライド機構を凹部と、これに接触する圧力ピンなどで構成し、回転出力体が外部から負荷を受けると、押付体と連動して移動体が回動変位し、圧力ピンが凹部内を変位することで、移動体がスライド変位するようにしてあると、外部からの負荷に連動して、自動的に移動体をスライド変位させることができる。

傾動誘導部を傾斜溝に挿入された支持ピンの球体部などで構成することで、確実かつ高精度に複数の遊星部材を傾動させることができる。

支持ピンを支持する支持孔を、径方向への傾動のみを許すように長孔状に形成してあると、遊星回転体が回転しても、周方向へ支持ピンががたつくことがなく、耐久性に優れる。

移動体をバネで圧力ピン側に押し出し付勢し、このバネの設定によって、変速機構の調整を可能とすることで、変速比の調整が簡単にできる。

回転出力体と一体に変速機出力軸を固定し、この変速機出力軸の内側にモータや、変速機構などが収納されていると、コンパクトであり、小型軽量化に優れる。

一個のモータ両側に変速機構を対向配置することで、バランスがよくなり、変速効率を向上させることができる。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。図１に、本発明にかかる負荷感応型モータを示す。

図１に示すように、負荷感応型モータの外観は、小型横長の円筒形状をしている。負荷感応型モータの外周部分が変速機出力軸１であり、この変速機出力軸１が、固定軸２まわりに回転する。

このように、本発明の負荷感応型モータは、モータ３や変速機構等が変速機出力軸１の内側にコンパクトに収納されて小型軽量化が図られており、極めてシンプルな外観形状となっている。そして、たとえば、変速機出力軸１の外周に車輪を装着して、負荷感応型モータの両端から外方に臨む固定部５をロボット側に固定すれば、直にロボットの車輪として活用できる。

図２および図３に、この負荷感応型モータの内部構造を示す。図２は、負荷感応型モータの主要なパーツを示したものである。負荷感応型モータは、中空シャフトからなる固定軸２を備え、この固定軸２の軸方向中間にロータ６を備えた一個のモータ３が固定される。ロータ６の周方向外側には、円筒形状をした回転出力体７が配置される。そして、ロータ６の軸方向両側には、変速機構を構成する一対の遊星回転体８・８が配置される。

各遊星回転体８の軸方向外側には、変速機構を構成する移動体１０や、押付体１１、固定部５などが配置される。そして、変速機出力軸１が、これら各パーツの周方向外側に配置されて、回転出力体７にボルトで一体に固定される。なお、図２では、対向状に組み付けられる同じパーツについては一部省略して示してある。

本実施の形態における負荷感応型モータは、図３に示すように、一個のモータ３の両側に、変速機構を構成する各パーツや、変速機出力軸１が、固定軸２に沿って対向状に配置されている。変速機構をモータ３の両側に配置することで、バランスに優れ、変速効率や回転安定性の向上に役立っている。なお、図３における固定軸２の軸心に対する上下の構造は上下対称であるが、ここでは説明の便宜上それぞれ異なる動作状態を示しており、上側は軽負荷の高速低トルク駆動時の状態を、下側は高負荷の低速高トルク駆動時の状態を示している（以下、軽負荷時、高負荷時という）。

次に、負荷感応型モータの構成について詳しく説明する。軸方向や径方向などの表現は、とくに示さない限り組み付け状態での固定軸２を基準とする。

モータ３は、図３に示すように、ロータ６や、ロータ６の内部に収容される複数のマグネット１２、ステータ１４、基板１５などで構成されている。

ロータ６は、略円筒形状をしており、大径の主壁部６ａと、軸方向に沿って主壁部６ａの両側に連なる側壁部６ｂと、側壁部６ｂに連なって固定軸２に沿う小径の支持部６ｃとを備える。ロータ６は、両支持部６ｃの固定軸２側の周面がベアリングを介して固定軸２に取り付られて、固定軸２まわりに回転自在に支持されている。各ベアリングの軸方向外側には、オイルシール部１６が設けられ、ロータ６の周囲に注入されているトラクションオイルのロータ６内部への侵入を阻止している。

各マグネット１２は、主壁部６ａの内周面に固定されている。ステータ１４は、ティース部に巻回された複数のコイルを有し、固定軸２の外周に固定されている。各マグネット１２とステータ１４は、対向配置されていて、ステータ１４に電源が供給されて発生する回転磁場により、ロータ６は固定軸２まわりに回転駆動する。基板１５には、マグネットの磁極を検出してロータ６の回転位置を検出するホール素子などの位置検出素子や制御回路、電源供給配線が設けられており、起動時や停止時を除けば、モータ３が最も性能を発揮できる所定の一定速度で回転するように設定されている。外部からの配線は、固定軸２の内部を通じて行われる。なお、基板１５には制御回路を設けず、これを外部に配置することも可能である。

回転出力体７は、ロータ６の主壁部６ａよりも一回り大径の円筒形状をしており、その両端にはテーパー部７ａを備えている。テーパー部の内周側には、軸方向外側に向かって拡開状に傾斜する出力面７ｂが全周にわたって形成されている。両テーパー部７ａの出力面７ｂは、それぞれロータ６の支持部６ｃの外周面と対向している。

そして、この回転出力体７のテーパー部７ａと、ロータ６の支持部６ｃとの間に、ロータ６の回転を回転出力体７に伝える遊星回転体８や移動体１０等で構成される変速機構が設けられている。

遊星回転体８は、図４に示すように、複数の遊星部材１８（ここでは６個）と、これら遊星部材１８を支持ピン１９により支持する遊星部材支持体２０などで構成されている。

遊星部材支持体２０は、環状の基部２０ａから径方向に放射状に形成された複数（ここでは６本）の支持腕２０ｂを有し、基部２０ａの内周に取り付けられたベアリングを介して固定軸２に回転自在に支持されている。各支持腕２０ｂには軸方向に貫通する支持孔２２が形成されている。支持孔２２の内径は、支持ピン１９の外径とほぼ同寸であり、支持腕２０ｂに沿って径方向に延びる長孔状に形成されている。これら支持孔２２に支持ピン１９が挿入されていて、軸方向へのスライド変位を除けば、支持ピン１９は径方向への傾動のみが許されるように支持されている。したがって、遊星回転体８が回転しても、支持ピン１９は周方向にがたつかないため、耐久性に優れる。

支持ピン１９は、支持腕２０ｂの軸方向の両側にその端部を突出した状態で支持されており、その一端に、外周面が湾曲状に膨出した太鼓形の遊星部材１８が回転自在に支持されている。各遊星部材１８は、ロータ６の支持部６ｃと回転出力体７のテーパー部７ａとの間に配置されて、ロータ６の回転を回転出力体７に伝える機能を果たしており、固定軸２まわりに公転可能であるとともに、自転可能である。支持ピン１９の他端には、その軸径よりも小さい括れた小軸部１９ａを介して球体状の球体部１９ｂが先端に形成されている（係合部）。各支持ピン１９は、この球体部１９ｂを介して移動体１０に係合している。

移動体１０は、図３に示すように、遊星回転体８に対してロータ６と対向配置されており、図５および図６に示すように、円柱形状のスライド軸部１０ａと、スライド軸部１０ａの遊星回転体８側に大径に形成された大径段部１０ｂとを備えている。スライド軸部１０ａの軸方向中心に形成された貫通孔１０ｃに固定軸２が挿入されていて、移動体１０は、固定軸２の軸方向にスライド変位可能であるとともに、固定軸２まわりに所定の範囲で回動変位可能に支持されている。

大径段部１０ｂの遊星回転体８側の壁面には、支持ピン１９と係合する傾動誘導部が形成されている。傾動誘導部は、図３に示すように、固定軸２を中心に形成された環状の傾斜溝１０ｄからなり、傾斜溝１０ｄの溝幅は、支持ピン１９の球体部１９ｂの直径よりもわずかに大きく形成されている。傾斜溝１０ｄは、同じ溝幅で大径段部１０ｂ内に掘り込まれており、遊星回転体８側から離れるにしたがって、固定軸２に沿って固定軸２側に下り傾斜している。この傾斜溝１０ｄ内に、支持ピン１９の球体部１９ｂが挿入されており、移動体１０が軸方向にスライド変位すると、それにともなって球体部１９ｂが傾斜溝１０ｄ内を変位する。傾斜溝１０ｄからなる傾動誘導部によって、球体部１９ｂを確実に誘導案内することができ、高精度で支持ピン１９の姿勢制御ができるようになっている。

移動体１０の傾動誘導部の反対側に位置するスライド軸部１０ａの側端壁には、図５および図６に示すように、周方向に沿って曲面状に凹む底浅の凹部１０ｅが、貫通孔１０ｃのまわりの複数箇所（ここでは４箇所）に等間隔で形成されている。この凹部１０ｅに、後述する圧力ピン２３の先端が圧接する。

スライド軸部１０ａは、固定軸２に沿って形成されて、大径段部１０ｂ側の固定軸２まわりに開口する中空の中空部１０ｆを有する（図３参照）。中空部１０ｆには、コイルバネからなる第２バネ２４が取り替え可能に収容されており、この第２バネ２４によって、移動体１０は軸方向に沿って圧力ピン２３側に押し出し付勢されている。

押付体１１は、移動体１０の大径段部１０ｂよりも一回り大径の円筒形状をしており、移動体１０の大径段部１０ｂの外側に装着されて、回転出力体７に隣接配置されている。押付体１１は、軸方向にスライド変位可能であるとともに、固定軸２まわりに回動変位可能に支持されている。押付体１１は、移動体１０に同期して回動変位する。

押付体１１の遊星回転体８側の端縁には、内周側の全周にわたって、軸方向外側に向かって拡開状に傾斜する押付面１１ａが形成されている。押付体１１は、他端縁からコイルバネからなる第１バネ２５によって遊星回転体８側に押し出し付勢されている。

その結果、図３および図７に示すように、各遊星部材１８は、ロータ６の支持部６ｃの外周面と、回転出力体７の出力面７ｂと、押付体１１の押付面１１ａとの３点に圧接した状態（３点支持）で挟持されている。そして、常態においては、支持ピン１９が固定軸２に対して略水平に保持されるように姿勢制御されている（図３における低負荷時）。なお、回転出力体７は、両側の第１バネ２５から両端の出力面７ｂを介して軸方向内側かつ径方向外側へ押し付けられることにより、固定軸２まわりに回転自在に支持されている。

固定部５は、略円柱形状のパーツであり、移動体１０の軸方向外側に配置されて、負荷感応型モータの両端から外方に臨んでいる。固定部５は、その中心に形成された貫通孔に固定軸２が挿入されて、固定軸２と一体に固定されている。固定部５の移動体１０側には、図３、図６に示すように、移動体１０の凹部１０ｅに対応して円柱状の圧力ピン２３が４本固定されており、その先端が移動体１０の各凹部１０ｅと接触している。圧力ピン２３は、常態では凹部１０ｅの周方向中心（最深部）に位置しており、移動体１０および押付体１１の回動変位にともなって、凹部１０ｅ内の周方向端部（最浅部）まで相対的に変位する。ちなみに、本実施の形態では、移動体１０の回動変位可能な範囲は、最深部から両最浅部まで±２０°となっている。また、固定部５の外周壁には、ベアリングを介して変速機出力軸１が回転自在に支持されている。

次に、動作について説明する。負荷感応型のモータは、モータ３の回転速度を一定に保持しながら、外部からの負荷に応じて変速比が自動的に変動するところに特徴がある。たとえば、車輪の軸部に用いた場合、負荷の小さい平坦地は低トルクで速く走り、負荷の大きい上り坂などになると、自動的に変速比が変化して、高トルクでモータに負担を与えることなく移動できる。

変速比の変化は、遊星部材１８を中心とした変速機構によって制御されている。すなわち、変速比は、図７に示すように、押付体１１の押付面１１ａの圧接点から支持ピン１９の軸芯までの圧接点間距離Ｌ１と、回転出力体７の出力面７ｂの圧接点から支持ピン１９の軸芯までの圧接点間距離Ｌ２の差によって規定されており、この圧接点間距離の差は、遊星部材１８が軸方向にそって傾動することによって変化する。たとえば、図３において、低負荷時には、遊星部材１８は固定軸２に対して略水平に支持されており、モータ３は回転出力体７を高速低トルクで駆動しているが、高負荷時には、遊星部材１８が傾動して圧接点間距離の差が小さくなり、モータ３は回転出力体７を低速高トルクで駆動する。

回転出力体７が外部から受ける負荷に連動して変速比が自動的に変化するように、遊星部材の姿勢を制御する傾動機構が設けられている。傾動機構は、支持ピン１９の球体部１９ｂと、これに係合する移動体１０の傾斜溝１０ｄなどで構成されている。

たとえば図３の低負荷時のように、常態では、移動体１０は第２バネ２４の付勢力によって圧力ピン２３側へ押し付けられて、遊星回転体８から最も離れた位置にあり、そのとき、傾斜溝１０ｄ内に挿入された球体部１９ｂは傾斜溝１０ｄの開口部近くに位置している。そして、図３の高負荷時のように、移動体１０が軸方向にそってスライド変位して遊星回転体８側に近づくと、球体部１９ｂが傾斜溝１０ｄに案内誘導されて傾斜溝１０ｄの深部へ入り込み、支持ピン１９が径方向に傾動するのにともない、遊星部材１８のロータ６側が径方向外側へ傾動するのである。

移動体１０は、これの凹部１０ｅと、圧力ピン２３などで構成されたスライド機構により、回転出力体７の負荷に連動してスライド変位する。たとえば、低負荷時に、回転出力体７が負荷を受ける、つまり負荷が増大すると、図３の高負荷時側の状態図で示す高負荷時のように、移動体１０は遊星回転体８側にスライド変位する。そして、回転出力体７の負荷が減少すると、移動体１０は、遊星回転体８から離れる方向にスライド変位し、常態に戻るようになっている。

次に、図８を用いてスライド機構について、詳しく説明する。図８の左側の図は、遊星部材１８周辺の回転駆動状態を示しており、右側の図は、左側の図に対応した移動体１０の凹部１０ｅと圧力ピン２３の状態を示している。いずれも軸方向から見た概念図である。

図８において、ロータ６の支持部６ｃが反時計回りに回転しているとすると、その駆動力により、遊星部材１８は、反時計まわりに公転するとともに、時計回りに高速で自転している。そして、その遊星部材１８の駆動力によって、回転出力体７は時計まわりに回転する。押付体１１は、所定の範囲で回動変位は可能ではあるものの回転できないため、所定の位置で止まっている。

図８の（ａ）は図３の低負荷時の状態を示しており、この状態下では、圧力ピン２３の先端は凹部１０ｅの最深部に接触していて、移動体１０は遊星回転体８から離れた位置にある。そこに、外部から負荷を受けると、回転出力体７が停止しようとするため、図８の（ｂ）に示すように、その反作用によって押付体１１は、反時計まわりへ回転変位する。移動体１０は、押付体１１に同期して回動変位するため、同右図に示すように、凹部１０ｅも回動変位する。そうすると、凹部１０ｅに接触している圧力ピン２３の先端が凹部１０ｅの最深部から最浅部側に変位するため、第２バネ２４の付勢力に抗して移動体１０が遊星回転体８側にスライド変位する。

圧力ピン２３の凹部１０ｅ内での相対変位量は、第２バネ２４の付勢力によって規定されている。たとえば、第２バネ２４の付勢力を強くすると、変速比が変化し難くできる。したがって、第２バネ２４を取り替えて負荷感応状態を調整することができ、状況に応じて対応できる。

以上のように、回転出力体７が外部から負荷を受けると、その負荷に連動して、押付体１１と移動体１０とが回動変位し、それによって移動体１０が遊星回転体８側にスライド変位する。移動体１０が遊星回転体８側にスライドすると、支持ピン１９の球体部１９ｂが移動体１０の傾斜溝１０ｄに誘導されて支持ピン１９および遊星部材１８が傾動する。そして、遊星部材１８の姿勢が変わることで変速比が自動的に変化するようになっている。したがって、本発明の負荷感応型モータによれば、小型軽量でありながら、高速と高トルクの両駆動に支障なく柔軟に適応することができる。

モータ３の片側にだけ変速機構を設け、一つのモータ３に対して一つの変速機構を備える構成であってもよい。

傾動誘導部は、必ずしも傾斜溝１０ｄでなくてもよい。たとえば、大径段部１０ｂに、固定軸２を中心とした環状の傾斜面を形成する。そして、傾斜面が遊星回転体８側から離れるにしたがって、固定軸２に沿って固定軸２側に下り傾斜するように構成する。そして、この傾斜面に支持ピン１９の球体部１９ｂを常接させ、傾動案内させる。

本発明の負荷感応型モータの外観を示す斜視図である。 本発明の負荷感応型モータの分解断面図である。 本発明の負荷感応型モータの側面断面図である。 遊星回転体を示す図である。 移動体を示す図である。 移動体を示す斜視図である。 変速比を説明するための要部を示す部分断面図である。 スライド機構を説明するための図である。

符号の説明

１ 変速機出力軸
２ 固定軸
３ モータ
５ 固定部
６ ロータ
６ｃ 支持部
７ 回転出力体
８ 遊星回転体
１０ 移動体
１０ｄ 傾斜溝
１０ｅ 凹部
１１ 押付体
１８ 遊星部材
１９ 支持ピン
１９ｂ 球体部
２０ 遊星部材支持体
２２ 支持孔
２３ 圧力ピン
２４ 第２バネ
２５ 第１バネ

Claims (9)

1. 固定軸まわりに回転自在に支持されたロータを含み、前記ロータを回転駆動するモータと、
   前記ロータの外側に配置されて、前記固定軸まわりに回転自在に支持される円筒状の回転出力体と、
   前記回転出力体が外部から受ける負荷に連動して、前記回転出力体と前記ロータとの間の変速比を変化させて前記ロータの回転を前記回転出力体に伝える変速機構と、
   を備え、
   前記モータの回転速度は保持しながら、前記変速機構の変速比が自動的に変化することを特徴とする負荷感応型モータ。
2. 請求項１に記載の負荷感応型モータであって、
   前記ロータが、前記固定軸を軸に回転する円筒形状をした支持部を有し、
   前記変速機構が、
   前記支持部と前記回転出力体との間に配される遊星部材であって、前記固定軸まわりに公転可能であるとともに自転可能な遊星部材、を複数有する遊星回転体と、
   前記固定軸の軸方向に沿って前記回転出力体に隣接配置された押付体と、
   を含み、
   前記遊星部材が、前記固定軸に対して径方向に傾動可能な状態で前記遊星回転体に支持されるとともに、前記回転出力体と、前記ロータの支持部と、前記押付体と、で挟持されており、
   前記回転出力体が外部から受ける負荷に連動して、前記遊星部材を傾動変位させる傾動機構が設けられていることを特徴とする負荷感応型モータ。
3. 請求項２に記載の負荷感応型モータであって、
   前記傾動機構が、
   前記遊星回転体に対して前記ロータと対向配置されて、前記固定軸の軸方向にスライド変位可能に支持されるとともに、前記固定軸まわりに回動変位可能な移動体と、
   前記移動体をスライド変位させるスライド機構と、
   を含み、
   前記移動体の前記遊星回転体側に、前記固定軸を中心とする環状の傾斜面を有する傾動誘導部が形成されており、
   前記傾斜面は、前記遊星回転体側から離れるに従って前記固定軸に沿って前記固定軸側に下り傾斜しており、
   前記遊星回転体が、
   前記固定軸に回転自在に支持された遊星部材支持体と、
   前記遊星部材支持体を貫通する支持孔に挿入されて、前記遊星部材支持体の両側に端部をそれぞれ突出した状態で支持された支持ピンと、
   を含み、
   前記ロータ側の前記支持ピンの一端に、前記遊星部材が回転自在に支持されており、
   前記移動体側の前記支持ピンの他端に、前記傾動誘導部と係合する係合部が形成されており、
   前記回転出力体が外部から負荷を受けると、前記スライド機構によって前記移動体が前記遊星回転体側にスライド変位し、それにともなって前記支持ピンの前記係合部が前記傾動誘導部の傾斜面に誘導されて前記支持ピンが傾動することにより、前記遊星部材が傾動することを特徴とする負荷感応型モータ。
4. 請求項３に記載の負荷感応型モータであって、
   前記スライド機構が、
   前記固定軸に沿って前記移動体の前記傾動誘導部の反対側に形成された曲面状の凹部と、
   前記固定軸に固定されて、前記凹部に先端が接触する圧力ピンと、
   を含み、
   前記移動体が、前記圧力ピン側に押し出し付勢されており、
   前記押付体は、前記移動体に連動して前記固定軸まわりに回動変位するとともに、前記遊星部材側に押し出し付勢されており、
   前記回転出力体が外部から負荷を受けると、前記押付体が回動変位し、それと連動して前記移動体が回動変位し、前記圧力ピンの先端が凹部内を変位することで、前記移動体が、前記固定軸に沿って前記遊星回転体側にスライド変位することを特徴とする負荷感応型モータ。
5. 請求項３または請求項４に記載の負荷感応型モータであって、
   前記傾動誘導部が、前記固定軸を中心に形成されて、前記遊星回転体側から離れるに従って前記固定軸に沿って前記固定軸側に下り傾斜する環状の傾斜溝からなり、
   前記支持ピンの前記係合部は、支持ピンよりも軸径が小さい小軸部を介して先端に形成された球体形状の球体部を有し、
   前記球体部が前記傾斜溝内に挿入されていることを特徴とする負荷感応型モータ。
6. 請求項３ないし請求項５のいずれかに記載の負荷感応型モータであって、
   前記遊星部材支持体に形成された前記支持孔が、前記支持ピンの径方向への傾動のみを許すように、前記固定軸に対して径方向に長孔状に形成されていることを特徴とする負荷感応型モータ。
7. 請求項４ないし請求項６のいずれかに記載の負荷感応型モータであって、
   前記移動体が、バネによって前記圧力ピン側に押し出し付勢されており、
   前記バネの設定によって、前記変速機構の調整を可能としたことを特徴とする負荷感応型モータ。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の負荷感応型モータであって、
   前記回転出力体と一体に、円筒形状の変速機出力軸が固定されており、
   前記変速機出力軸の内側に、前記モータと、前記変速機構と、が収納されていることを特徴とする負荷感応型モータ。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の負荷感応型モータであって、
   一個の前記モータと、
   一対の前記変速機構と、
   を備え、
   前記固定軸に沿って前記モータの両側に前記変速機構が対向配置されていることを特徴とする負荷感応型モータ。

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