JP2010144839A - 電動モータ用減速装置および減速装置付き電動モータ - Google Patents

Abstract

【課題】高い減速比で減速することが可能な小型の減速装置を提供する。
【解決手段】減速装置１００は、電動モータの回転軸２０８が連結され、電動モータの回転軸２０８の回転により回転される公転アーム１０１と、電動モータに固定された第１の太陽歯車１０２と、公転アーム１０１の一方の端部に回転自在に取り付けられ、第１の太陽歯車１０２に噛み合わされる第１の遊星歯車１０３と、公転アーム１０１の他方の端部に回転自在に取り付けられ、第１の太陽歯車１０２に噛み合わされる第２の遊星歯車１０４と、公転アーム１０１を間に挟み第１の遊星歯車１０３と互いに連結された第３遊星歯車１０７と、公転アーム１０１を間に挟み第２の遊星歯車１０４と互いに連結された第４遊星歯車１０８と、回転自在に配置され、第３および第４の遊星歯車に噛み合わされ、出力軸を有する第２の太陽歯車とを備える。
【選択図】図２

Description

この発明は、電動モータ用減速装置および減速装置付き電動モータに関し、特に遊星減速機構を備える減速装置およびそれを用いた減速装置付き電動モータに関する。

小型の電動モータのモータ特性は、一般に高回転かつ低トルクである。そのため、高トルクの出力が求められる用途に小型の電動モータを用いる場合には、減速装置が用いられ、電動モータに備わる回転軸に減速装置が取り付けられる。そして、減速装置により電動モータに備わる回転軸の回転を減速し、減速装置に備わる出力軸から減速された回転出力が取り出される。

電動モータに備わる回転軸の回転を減速する場合には、例えば、異なる歯数の平歯車を噛み合わせた減速装置でもよい。しかしながら、１０以上の高い減速比で減速する場合には、平歯車を噛み合わせた減速装置の場合には減速装置が大型化してしまうという問題がある。

そこで、減速装置を大型化することなく電動モータに備わる回転軸の回転を高い減速比で減速する場合には、小型であり、かつ、高い減速比での減速が可能なウォーム減速装置、波動歯車減速装置などが用いられる（例えば、特許文献１、特許文献２）。

特許文献１などに示されるウォーム減速装置は、回転軸の外周面に螺旋状に送りねじが形成されたウォームと、外壁に複数の外歯が形成されたウォームホイールとの間で力が伝達され、減速された回転がウォームホイールから出力される。

ウォームの条数をＺｗ、ウォームホイールの外壁に形成された外歯の歯数をＺｈとすれば、減速比はＺｈ／Ｚｗとなる。ウォーム減速装置は、小さいスペースにおいて、ＺｈをＺｗに比して大きな値（Ｚｈ≫Ｚｗ）に設定できる。そのため、ウォーム減速装置は、装置自体を大型化することなく１０から１０００までの高い減速比を実現することができる。

特許文献２などに示される波動歯車減速装置は、リング状に形成された剛性の高い内歯歯車と、その内歯歯車の内側に配置され、リング状に形成された可撓性の高い外歯歯車と、外歯歯車の内側に配置され、円盤状に形成された波動発生器とを備える。波動歯車減速装置は、外歯歯車は外部に固定されており、最外周に位置する内歯歯車が出力部となる。

外歯歯車の内側に配置された波動発生器の中央部分には、外周の形状が楕円形状である回転部材がえられており、電動モータの回転軸はこの回転部材に連結される。そして、回転軸の回転により回転部材が回転し、波動発生器の外壁に回転軸の回転に伴い周期的に変位する楕円形状の波動が発生する。

この波動発生器の外壁に発生した楕円形状の波動により、可撓性を有する外歯歯車も楕円形状に変形し、この楕円形状の変形により外歯歯車も内歯歯車に周期的に押し付けられる。内歯歯車の歯数をＺｉとすると、外歯歯車の歯数Ｚｏは外歯歯車の歯数Ｚｉよりも数個（ｎ個）少なくなって設定されている（Ｚｏ＝Ｚｉ−ｎ）。

そのため、外歯歯車が内歯歯車に周期的に押し付けられると、１周期、すなわち電動モータの回転が１回転する毎に、内歯歯車は外歯歯車に対し数個（ｎ個）分「噛み合い位置」がずれる。そのため、内歯歯車の回転数は、電動モータの回転数に対し、ｎ／Ｚｉに減速され、減速比はＺｉ／ｎとなる。通常、ｎは２に設定されることが多く、波動歯車減速装置を大型化することなくＺｉを２に対し大きく設定することができる（Ｚｉ≫２）。そのため、波動歯車減速装置も、装置自体を大型化することなく５０から２００までの高い減速比を実現することができる。
特開２００８−１４８４９３号公報 特開２００５−３１２２２３号公報

しかしながら、ウォーム減速装置は、回転軸の外周面に螺旋状に形成された送りねじの歯面と、ウォームホイールに形成された外歯の歯面との間に生じるすべりが大きい。そのため、ウォーム減速装置は、機械エネルギーを伝達する効率が低いという課題がある。

一方、波動歯車装置は、外歯歯車の製造において、可撓性の高い材料に外歯を形成する必要があるため高度の加工技術が求められる。また、構成部品が多く、更にそれらの構成部品はいずれも高い加工精度が求められる。そのため、波動歯車装置は、高いレベルの精密加工等が要求され、高コストなるという課題がある。

そこで、本発明においては、装置自体が小型であることを前提に、機械エネルギーの伝達効率が高く、低コストで製造可能であり、高い減速比で減速することが可能な減速装置を提供すること、およびその減速装置を用いた減速装置付き電動モータを提供することである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の本発明の減速装置は、略棒形状に形成され、長手方向の略中央に電動モータに備わる回転軸が連結され、前記電動モータに備わる回転軸の回転により回転される公転アームと、前記電動モータに固定され、外壁に複数の第１の外歯が形成された第１の太陽歯車と、略円盤形状に形成され、前記公転アームの一方の端部に回転自在に取り付けられ、外壁に複数の第２の外歯が形成され、前記第１の太陽歯車に噛み合わされる第１の遊星歯車と、略円盤形状に形成され、前記公転アームの他方の端部に回転自在に取り付けられ、前記第１の遊星歯車に形成された前記第２の外歯の歯数と同数の第３の外歯が外壁に形成され、前記第１の太陽歯車に噛み合わされる第２の遊星歯車と、略円盤形状に形成され、前記公転アームを間に挟み前記第１の遊星歯車の反対側に、前記第１の遊星歯車に対し同心状態に配置され、略棒形状の第１の連結部材にて前記第１の遊星歯車と互いに連結され、外壁に複数の第４の外歯が形成され、前記第１の遊星歯車の回転とともに回転する第３の遊星歯車と、略円盤形状に形成され、前記公転アームを間に挟み前記第２の遊星歯車の反対側に、前記第２の遊星歯車に対し同心状態に配置され、略棒形状の第２の連結部材にて前記第２の遊星歯車と互いに連結され、前記第３の遊星歯車に形成された前記第４の外歯の歯数と同数の第５の外歯が外壁に形成され、前記第２の遊星歯車の回転とともに回転する第４遊星歯車と、前記公転アームを間に挟み前記第１の太陽歯車の反対側に、前記第１の太陽歯車に対し同心状態にて回転自在に配置され、外壁に複数の第６の外歯が形成され、前記第３および第４の遊星歯車に噛み合わされ、出力軸を有する第２の太陽歯車とを備え、前記第１の太陽歯車に形成される前記第１の外歯の歯数をＺ１、前記第１および第２の遊星歯車に形成される前記第２および第３の外歯の歯数をＺ２、前記第３および第４の遊星歯車に形成される前記第４および第５の外歯の歯数をＺ３、前記第２の太陽歯車に形成される前記第６の外歯の歯数をＺ４としたとき、前記電動モータの回転軸の回転により回転される前記公転アームの第１の回転数Ｎｉｎに対する前記出力軸を有する前記第２の太陽歯車の第２の回転数Ｎｏｕｔの比の逆数である減速比κは、κ（＝１／（Ｎｏｕｔ／Ｎｉｎ））＝１／（１−（Ｚ３×Ｚ１）／（Ｚ４×Ｚ２））となる。

請求項２に記載の減速装置付き電動モータは、回転軸を有する電動モータと、前記電動モータに備わる前記回転軸が前記公転アームに連結される請求項１に記載の電動モータ用減速装置とを備える。さらに、請求項３に記載の減速装置付き電動モータは、電動モータはブラシレスモータである。

請求項１に記載した発明によれば、本発明の減速装置は、それぞれの歯車に備わる第１から第６の外歯の歯数（Ｚ１からＺ６）の設定により、高い減速比κを得ることができる。そして、その歯数（Ｚ１からＺ６）を小さな値としつつ高い減速比κを得ることも可能である。そのため、減速装置自体の大きさを小型にし、かつ、高い減速比κを得ることが可能である。減速装置に備わるいずれの歯車も、全て外壁に外歯が形成されたいわゆる平歯車である。そのため、各歯車の歯面の間に生じるすべりが少なく、機械エネルギーの伝達効率が高い。さらに、平歯車は加工が容易であり、本発明の減速装置は、低コストで製造することが可能である。

請求項２および３に記載した発明によれば、本発明の減速装置付き電動モータは、請求項１に記載した減速装置を用いた減速装置付き電動モータである。そのため、減速装置自体の大きさが小さく、減速比κの大きい減速装置が取り付けられた減速装置付き電動モータであるため、減速装置付き電動モータ自体の大きさを小さくすることができる。また、減速比κが大きいため、高トルクが要求される用途への適用が可能となる。

次に、この発明の実施の形態を図１から図３に基づいて説明する。図１は、本実施の形態の減速機付き電動モータの正面図である。図２は、本実施の形態の減速機付きモータの展開斜視図である。図３は、図１にて断面Ａ−Ａで示す本実施の形態の減速機付きモータの断面図である。

減速機付き電動モータ３００は、電動モータ用減速装置１００および電動モータ２００を備える。本実施の形態において電動モータ２００は、ブラシレスモータ２００である。ブラシレスモータ２００には回転軸２０８が備えられており、回転軸２０８の回転が減速装置１００にて減速され、減速装置１００に備わる出力軸１０９ｂから減速された回転が出力される。以下、ブラシレスモータ２００の構造から説明する。

ブラシレスモータ２００は、ステータ２０１、ステータ２０１に対し回転自在に配置されたロータ２０５およびロータ２０５に連結される回転軸２０８を備える。ステータ２０１は、ステータコア２０２およびステータコア２０２に備えられるステータコイル２０４を備える。

ステータコア２０２は、略円環形状のステータコア本体２０２ａおよびステータコア本体２０２ａの内壁から半径方向内側に一体に突出した複数のティース２０２ｂを備える。本実施の形態においてティース２０２ｂの数は２４個に設定されており、ステータコア２０２は、ティース２０２ｂを備える２４個の分割コア２０２ｃを互いに結合させることにより形成され、分割コア２０２ｃは、複数の薄板の鋼板を積層して形成される。

それぞれのティース２０２ｂには巻線２０４ａが集中巻にて巻装されており、これらの巻線２０４ａによりステータコイル２０４は形成される。

ロータ２０５は、略円盤形状のロータ本体２０６およびロータ本体２０６の外壁２０６ｅに取り付けられた円環形状のマグネット２０７を備える。ロータ本体２０６は、アルミニウムより形成されており、円環形状のヨーク部２０６ａ、ヨーク部２０６ａの内壁２０６ａ１から径方向内側に一体形成された円盤形状の薄肉の第１のフランジ部２０６ｂおよび第１のフランジ部２０ｂの内径側の円周端２０６ｂ１に一体形成された有底円筒形状の薄肉の第２のフランジ部２０６ｃを備える。

第２のフランジ部２０６ｃの中央には、厚肉に形成された円筒形状の取り付け部２０６ｄが形成されており、取り付け部２０６ｄの中央には、挿通孔２０６ｄ１が形成されている。また、第１のフランジ部２０６ｂには、複数の孔２０ｂ２が形成されており、ロータ２０５の軽量化が図られている。

マグネット２０７は、フェライトを主成分とする円環形状のいわゆるリングマグネットであり、円周方向に互いに異なる極性の磁極が２０極形成されている。そして、マグネット２０７の内壁２０７ａにロータ本体２０６の外壁２０６ａが挿入され、マグネット２０７は、ロータ本体２０６に取り付けられる。なお、本実施の形態においては、マグネット２０６は、接着剤によりロータ本体２０６に取り付けられ、固定されている。

ブラシレスモータ２００は、略円盤形状に形成されたフロントブラケット２１０および有底円筒形状に形成された薄肉のエンドブラケット２１１を備える。フロントブラケット２１０には、ステータ２０１および略円柱形状の回転軸２０８が取り付けられる。

フロントブラケット２１０の外周部２１０ａにはリング形状の凸部２１０ｂが一体に形成されている。ステータ２０１の外周面２０１ａは、凸部２１０ｂの内周面２１０ｃに圧入されることにより、ステータ２０１はフロントブラケット２１０に固定される。

フロントブラケット２１０の中央には、円筒形状の挿入部２１０ｄが一体に形成されており、挿入部２１０ｄの内壁２１０ｄ１には、円環形状の当接部２１０ｅが一体に形成されている。そして、挿入部２１０ｄの一方の開口からは軸受け２１２が挿入され、他方の開口からは軸受け２１３が挿入されている。軸受け２１２、２１３は、それぞれ当接部２１０ｅに突き当てられている。

軸受け２１２、２１３の内輪２１２ａ、２１３ａには回転軸２０８が圧入固定されている。そのため、それぞれ当接部２１０ｅに突き当てられている軸受け２１２、２１３は、回転軸２０８が圧入固定されることにより、フロントブラケット２１０に固定される。そして、軸受け２１２、２１３の内輪２１２ａ、２１３ａに圧入固定される回転軸２０８は、フロントブラケット２１０に対し回転自在に取り付けられる。

回転軸２０８の一端２０８ａは、ロータ２０５に備わるロータ本体２０６に形成された取り付け部２０６ｄに圧入固定されている。これにより、ロータ２０５は回転軸２０８に固定され、回転軸２０８によりロータ２０５は、フロントブラケット２１０およびステータ２０１に対し回転自在に配置される。ロータ２０５のステータ２０１に対する配置位置は、ロータ２０５に取り付けられたマグネット２０７がステータコア２０２に形成されたティース２０２ｂに対向する位置である。また、回転軸２０８の他端２０８ｂは、フロントブラケット２１０からブラシレスモータ２００の外部に向け突出される

エンドブラケット２１１の底部２１１ａには、リング形状の薄板の配電板２０９が取り付けられている。配電板２０９には、巻線２０４ａの引き出し線２０４ａ１が接続されているとともに、ブラシレスモータ２００に外部から電力を供給する制御ドライバ（図示せず）からのリード線（図示せず）が接続されている。そして、制御ドライバ（図示せず）からの電力が配電板２０９を介して、巻線２０４ａに供給される。

次に図１から図３とともに、図４に基づき、減速機付き電動モータ３００に備わる電動モータ用減速装置１００について説明する。図４は、減速装置の斜視図である。

減速装置１００は、第１の遊星歯車機構１５０および第２の遊星歯車機構１６０を備える。第１の遊星歯車機構１５０は、第１の太陽歯車１０２、第１の遊星歯車１０３、第２の遊星歯車１０４および公転アーム１０１を備えており、第２の遊星歯車機構１６０は、第２の太陽歯車１０９、第３の遊星歯車１０７、第４の遊星歯車１０８および公転アーム１０１を備えている。なお、公転アーム１０１は、第１および第２の遊星歯車機構１５０、１６０に共用される。

まず、第１の遊星歯車機構１５０について説明する。公転アーム１０１は、棒形状に形成されており、中央には取り付け部１０１ａが一体に形成されている。また、取り付け部１０１ａの中央には挿通孔１０１ａ１が形成されている。そして、公転アーム１０１に形成された挿通孔１０１ａ１に回転軸２０８の他端２０８ｂを圧入することにより、公転アーム１０１は、回転軸２０８が取り付けられる。これにより、公転アーム１０１は、長手方向の略中央にブラシレスモータ（電動モータ）２００の回転軸２０８が連結されることになる。

第１の太陽歯車１０２は、円環形状に形成されており、外壁１０２ｂに複数の第１の外歯１０２ａが形成されている。第１の太陽歯車１０２は、フロントブラケット２１０に形成された挿入部２１０ｄに、回転軸２０８の他端２０８ｂ側から圧入され、挿入部２１０ｄの外壁２１０ｆに第１の太陽歯車１０２の内壁１０２ｃが勘合される。それにより、第１の太陽歯車１０２は、ブラシレスモータ（電動モータ）２００に固定される。

公転アーム１０１の一方の端部１０１ｂには、第１の挿通孔１０１ｅが形成され、他方の端部１０１ｃには、第１の挿通孔１０１ｅと内径が等しい第２の挿通孔１０１ｆが形成されている。そして、第１の挿通孔１０１ｅには、中空ハット形状の第１の摺動部材１１０が挿入され、第２の挿通孔１０１ｆには、第１の摺動部材１１０と同一形状の第２の摺動部材１１１が挿入されている。

第１および第２の摺動部材１１０、１１１には、略棒形状の第１および第２の連結部材１０５、１０６が挿入され、第１および第２の連結部材１０５、１０６は、第１および第２の挿通部材１１０、１１１により、公転アーム１０１に対し回転自在に軸支されている。なお、本実施の形態においては、第１および第２の連結部材１０５、１０６は、第３および第４の太陽歯車１０７、１０８に一体に形成されている。

第１の遊星歯車１０３は、略円盤形状に形成され、外壁１０３ｂに複数の第２の外歯１０３ａが形成されている。第１の遊星歯車１０３の中央には、挿通孔１０３ｃが形成されており、挿通孔１０３ｃに第１の連結部材１０５の端部１０５ａが挿入固定され、第１の遊星歯車１０３は、第１の連結部材１０５に固定される。なお、第１の連結部材１０５の端部１０５ａは、回り止めのため断面形状が方形とされる。

上述に示すように、第１の遊星歯車１０３は公転アーム１０１の一方の端部１０１ｂに配置され、公転アーム１０１に対し回転自在に軸支されている第１の連結部材１０５に取り付けられる。それにより、第１の遊星歯車１０３は、公転アーム１０１の一方の端部１０１ｂに回転自在に取り付けられる。

本実施の形態においては、第１の太陽歯車１０２と第１の遊星歯車１０３は、互いに噛み合うように、それぞれの外歯１０２ａ、１０３ａのピッチ円直径および歯数（モジュール）、並びに第１の遊星歯車１０３の公転アーム１０１への取り付け位置が設定されている。

同様に、第２の遊星歯車１０４は、略円盤形状に形成され、外壁１０４ｂに複数の第３の外歯１０４ａが形成されている。本実施の形態において、第２の遊星歯車１０４に形成される第３の外歯１０４ａの歯数は、第１の遊星歯車１０３に形成される第２の外歯１０３ａの歯数と同数に設定されている。

第２の遊星歯車１０４の中央には、挿通孔１０４ｃが形成されており、挿通孔１０４ｃに第２の連結部材１０６の端部１０６ａが挿入固定され、第２の遊星歯車１０４は、第２の連結部材１０６に固定される。なお、第２の連結部材１０６の端部１０６ａは、回り止めのため断面形状が方形とされる。

上述に示すように、第２の遊星歯車１０４は公転アーム１０１の他方の端部１０１ｃに配置され、公転アーム１０１に対し回転自在に軸支されている第２の連結部材１０６に取り付けられる。それにより、第２の遊星歯車１０４は、公転アーム１０１の他方の端部１０１ｃに回転自在に取り付けられる。

本実施の形態においては、第１の太陽歯車１０２と第２の遊星歯車１０４は、互いに噛み合うように、それぞれの外歯１０２ａ、１０４ａのピッチ円直径および歯数（モジュール）、並びに第２の遊星歯車１０４の公転アーム１０１への取り付け位置が設定されている。

次に、第２の遊星歯車機構１６０について説明する。第３の遊星歯車１０７は、略円盤形状に形成され、外壁１０７ｂに複数の第４の外歯１０７ａが形成されている。第３の遊星歯車１０７には、一方の端面１０７ｃの中央に第１の連結部材１０５が一体に形成されている。そして、上述のように、第１の連結部材１０５は、公転アーム１０１に取り付けられた第１の摺動部材１１０に挿通され、そして、第１の連結部材１０５の端部１０５ａは、第１の遊星歯車１０３の中央に形成された挿通孔１０３ｃに取り付けられている。

上記のように第３の遊星歯車１０７は、第１の連結部材１０５により第１の遊星歯車１０３と互いに連結され、第３の遊星歯車１０７は、第１の遊星歯車１０３の回転とともに、第１の遊星歯車１０３の回転数と同一の回転数で回転する。また、第１の連結部材１０５により、第３の遊星歯車１０７は、公転アーム１０１を間に挟み第１の遊星歯車１０３の反対側に、第１の遊星歯車１０３と同心状態に配置される。

同様に、第４の遊星歯車１０８は、略円盤形状に形成され、第３の遊星歯車１０７に形成された第４の外歯１０７ａの歯数と同数の第５の外歯１０８ａが外壁１０８ｂに形成されている。第４の遊星歯車１０８には、一方の端面１０８ｃの中央に第２の連結部材１０６が一体に形成されている。そして、上述のように、第２の連結部材１０６は、公転アーム１０１に取り付けられた第２の摺動部材１１１に挿通され、そして、第２の連結部材１０６の端部１０６ａは、第２の遊星歯車１０４の中央に形成された挿通孔１０４ｃに取り付けられている。

上記のように第４の遊星歯車１０８は、第２の連結部材１０６により第２の遊星歯車１０４と互いに連結され、第４の遊星歯車１０８は、第２の遊星歯車１０４の回転とともに、第２の遊星歯車１０４の回転数と同一の回転数で回転する。また、第２の連結部材１０６により、第４の遊星歯車１０８は、公転アーム１０１を間に挟み第２の遊星歯車１０４の反対側に、第２の遊星歯車１０４と同心状態に配置される。

第２の太陽歯車１０９は、円盤形状の本体部１０９Ａ、本体部１０９Ａの端面１０９Ａ１に一体に形成されたリング形状の出力軸を備える。また、本体部１０９Ａの外壁１０９ｂには複数の第６の外歯１０９ａが形成されている。

回転軸２０８の他端２０８ｂの先端部２０８ｄは、第１の太陽歯車１０２が配置された位置から反対に向けて、公転アーム１０１から突出している。第２の太陽歯車１０９の本体部１０９Ａの中央には、挿通孔１０９Ａ２が形成されており、挿通孔１０９Ａ２に有底円筒形状の第３の摺動部材１１２が挿通されるとともに、回転軸２０８の先端部２０８ｄに第３の摺動部材１１２が取り付けられ、止めねじ１１３により、第３の摺動部材１１２は回転軸２０８に締め付け固定されている。これにより、第２の太陽歯車１０９は、公転アーム１０１を間に挟み第１の太陽歯車１０２の反対側に、第１の太陽歯車１０２に対し同心状態にて回転自在に配置される。

本実施の形態においては、第３および第４の遊星歯車１０７、１０８と第２の太陽歯車１０９とがそれぞれ噛み合うように、第３および第４の遊星歯車１０７、１０８の外歯１０７ａ、１０８ａと、第２の太陽歯車１０９の外歯１０９ａのピッチ円直径および歯数（モジュール）、並びに第３および第４の遊星歯車１０７、１０８の公転アーム１０１への取り付け位置が設定されている。

減速装置１００を覆うために、有底円筒形状の薄板のカバー１３０がブラシレスモータ２００のエンドブラケット２１１に取り付けされている。

本実施の形態においては、棒形状の公転アーム１０１を用い、第１の遊星減速機構１５０では、その両端に第１および第２の遊星歯車１０３、１０４の２つの遊星歯車が配置され、第２の遊星減速機構１６０では、その両端に第３および第４の遊星歯車１０７、１０８の２つの遊星歯車が配置されている。しかしながら、このように第１および第２の遊星減速機構１５０、１６０は、それぞれ２つの遊星歯車が配置される構造に限定されないことは言うまでもない。例えば、Ｙ字形状または十字形状などの公転アームを用い、第１および第２の遊星減速機構１５０、１６０にそれぞれ３つまたは４つの遊星歯車を配置する構造としてもよい。

次に、減速装置１００の動作および減速比について図５に基づき説明する。図５は、減速装置の歯車列を説明するための図である。減速装置１００に備わる第１の太陽歯車１０２に形成された第１の外歯１０２ａの歯数はＺ１、第１および第２の遊星歯車１０２、１０３に形成された第２および第３の外歯１０２ａ、１０３ａの歯数はともにＺ２、第３および第４の遊星歯車１０７、１０８に形成された第４および第５の外歯１０７ａ、１０８ａの歯数はともにＺ３、第２の太陽歯車１０９に形成された第６の外歯１０９ａの歯数はＺ４に設定されている。

ブラシレスモータ（電動モータ）２００に備わる回転軸２０８が「一の方向」（例えば、時計回り）に第１の回転数Ｎｉｎで回転すると、回転軸２０８に連結された公転アーム１０１も「一の方向」（例えば、時計回り）に第１の回転数Ｎｉｎで回転する。公転アーム１０１の回転により、公転アーム１０１の一方および他方の端部１０１ｂ、１０１ｃにそれぞれ回転自在に取り付けられた第１および第２の遊星歯車１０３、１０４は、第１の太陽歯車１０２に噛み合いながら、「一の方向」（例えば、時計回り）に第１の太陽歯車１０２の回りを公転運動する。

第１および第２の遊星歯車１０３、１０４は、第１の太陽歯車１０２に噛み合わされているため、上記の公転運動がされると、第１および第２の遊星歯車１０３、１０４は、「一の方向」（例えば、時計回り）に自転運動する。

第１の太陽歯車１０２に形成された第１の外歯１０２ａの歯数はＺ１、第１および第２の遊星歯車１０３、１０４に形成された第２および第３の外歯１０３ａ、１０４ａの歯数はともにＺ２に設定されているため、上記の第１および第２の遊星歯車１０３、１０４が自転運動する回転数Ｎｐは、Ｎｐ＝（Ｚ１／Ｚ２）×Ｎｉｎとなる。

前述したように、第３および第４の遊星歯車１０７、１０８も、公転アーム１０１の一方および他方の端部１０１ｂ、１０１ｃのそれぞれに回転自在に取り付けされている。そして、第３の遊星歯車１０７は、第１の連結部材１０５により第１の遊星歯車１０３に連結され、第４の遊星歯車１０８は、第２の連結部材１０６により第２の遊星歯車１０４に連結されている。

そのため、第１および第２の遊星歯車１０３、１０４が、「一の方向」（例えば、時計回り）に回転数Ｎｉｎで公転運動するとともに、「一の方向」（例えば、時計回り）に回転数Ｎｐで自転運動すると、第３および第４の遊星歯車１０７、１０８も同様に「一の方向」（例えば、時計回り）に回転数Ｎｉｎで公転運動するとともに、「一の方向」（例えば、時計回り）に回転数Ｎｐで自転運動する。

第３および第４の遊星歯車１０７、１０８が、上記のような回転運動を行うと、第３および第４の遊星歯車１０７、１０８に噛み合わされた第２の太陽歯車１０９は、第３および第４の遊星歯車１０７、１０８の回転運動により、以下に示す回転数Ｎｏｕｔで「一の方向」（例えば、時計回り）または「他の方向」（例えば、反時計回り）に回転する。なお、後述するように第２の太陽歯車１０９は、回転しない場合もある。

第３および第４の遊星歯車１０７、１０８による「一の方向」（例えば、時計回り）の第１の回転数Ｎｉｎの公転運動により、第２の太陽歯車１０９は「一の方向」（例えば、時計回り）に回転されようとする。それとともに、第３および第４の遊星歯車１０７、１０８による「一の方向」（例えば、時計回り）の回転数Ｎｐの自転運動により、第２の太陽歯車１０９は「他の方向」（例えば、反時計回り）に回転されようとする。

上記のように、第３および第４の遊星歯車１０７、１０８に形成された第４および第５の外歯１０７ａ、１０８ａの歯数はともにＺ３、第２の太陽歯車１０９に形成された第６の外歯１０９ａの歯数はＺ４に設定されている。そのため、第３および第４の遊星歯車１０７、１０８による「一の方向」（例えば、時計回り）の回転数Ｎｐの自転運動により、第２の太陽歯車１０９が「他の方向」（例えば、反時計回り）に回転されようとする回転数Ｎｑは、Ｎｑ＝（Ｚ３／Ｚ４）×Ｎｐとなる。

以上より、「一の方向」（例えば、時計回り）を正とした場合、第２の太陽歯車１０９の回転数である第２の回転数Ｎｏｕｔは、Ｎｏｕｔ＝Ｎｉｎ−Ｎｑ＝（１−（Ｚ３／Ｚ４）×（Ｚ１／Ｚ２））×Ｎｉｎとなる。ここで、Ｎｏｕｔが正（Ｎｏｕｔ＞０）となれば、第２の太陽歯車１０９は、「一の方向」（例えば、時計回り）に回転し、Ｎｏｕｔが負（Ｎｏｕｔ＜０）となれば、第２の太陽歯車１０９は、「他の方向」（例えば、反時計回り）に回転し、Ｎｏｕｔがゼロ（Ｎｏｕｔ＝０）となれば、第２の太陽歯車１０９は、回転しない。

次に、減速装置１００の減速比κについて説明する。減速比κは、ブラシレスモータ（電動モータ）２００に備わる回転軸２０８の回転により回転される公転アーム１０１の第１の回転数Ｎｉｎに対する出力軸１０９ｂを有する第２の太陽歯車の第２の回転数Ｎｏｕｔの比の逆数である。よって、減速比κは、κ（＝１／（Ｎｏｕｔ／Ｎｉｎ））＝１／（１−（Ｚ３×Ｚ１）／（Ｚ４×Ｚ２））となる。

表１に第１から第６の外歯（１０２ａ、１０３ａ、１０４ａ、１０７ａ、１０８ａ、１０９ａ）を歯数（Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３およびＺ４）が、種々設定された場合（設定ＡからＤ）の減速装置１００の減速比κを示す。表１に示す設定では減速比κは約４．７６（設定Ａ）から約８２８１（設定Ｄ）までの値となり、減速装置１００は、幅広い減速比κの設定が可能であり、減速比κが約８２８１（設定Ｄ）と言った高い減速比κの設定も可能である。

本実施の形態においては、第１から第６の外歯（１０２ａ、１０３ａ、１０４ａ、１０７ａ、１０８ａ、１０９ａ）の歯数は、表１にて設定Ｂにて示す値に設定されており（Ｚ１は２０、Ｚ２は２１、Ｚ３は２０、Ｚ４は２１）、減速比κは、約１０．７６とされる。また、第１から第６の外歯（１０２ａ、１０３ａ、１０４ａ、１０７ａ、１０８ａ、１０９ａ）のモジュールの値は、全て１．２５［ｍｍ］に設定されている。

次に、本実施の形態の第１および第３の遊星歯車（１０３、１０７）並びに第２および第４の遊星歯車（１０４、１０８）の組み付け構造について、図６から図９に基づき説明する。

図６は、第１の太陽歯車１０２と、第１および第２の遊星歯車（１０３、１０４）との噛みあわせを示す図であり、図７は、第２の太陽歯車１０９と、第３および第４の遊星歯車（１０７、１０８）との噛みあわせを示す図である。また、図８は、第２の遊星歯車１０４と第４の遊星歯車１０８との組み付け構造を示す図であり、図９は、第１の遊星歯車１０３と第３の遊星歯車１０７との組み付け構造を示す図である。

本実施の形態において、第１の太陽歯車１０２に形成された第１の外歯１０２ａの歯数Ｚ１は偶数である「２０」である。さらに、棒形状の公転アーム１０１に回転自在に取り付けられた第１および第２の遊星歯車１０３、１０４は、第１の太陽歯車１０２を間に挟みそれぞれ対向する位置に配置されている。

そのため、図６にて破線の円Ｊ１で示すように、第１の太陽歯車１０２に形成された第１の外歯１０２ａの歯底部分と第１の遊星歯車１０３に形成された第２の外歯１０３ａの波頭部分とが噛み合うとき、同図の破線の円Ｊ２で示すように、第２の遊星歯車１０４に形成された第３の外歯１０４ａの波頭部分も第１の太陽歯車１０２に形成された第１の外歯１０２ａの歯底部分と噛み合う。すなわち、第１の太陽歯車１０２に対して、第１および第２の遊星歯車１０３、１０４はともに同位相で第１の太陽歯車１０２に噛み合わされる。

本実施の形態において、第２の太陽歯車１０９に形成された第６の外歯１０９ａの歯数Ｚ４は奇数である「２１」である。さらに、棒形状の公転アーム１０１に回転自在に取り付けられた第３および第４の遊星歯車１０７、１０８は、第２の太陽歯車１０９を間に挟みそれぞれ対向する位置に配置されている。

そのため、図７にて破線の円Ｊ３で示すように、第２の太陽歯車１０９に形成された第６の外歯１０９ａの波頭部分と第３の遊星歯車１０７に形成された第４の外歯１０７ａの歯底部分とが噛み合うとき、破線の円Ｊ４で示すように、第４の遊星歯車１０８に形成された第５の外歯１０４ａの波頭部分が第２の太陽歯車１０９に形成された第６の外歯１０９ａの歯底部分と噛み合う。すなわち、第２の太陽歯車１０９対して、第３および第４の遊星歯車１０７、１０８は互いに逆位相で第２の太陽歯車１０９に噛み合わされる。

逆位相で噛み合わされる第３および第４の遊星歯車１０７、１０８の歯数Ｚ３は「２０」である。従って、第２の太陽歯車１０９に対する第３および第４の遊星歯車１０７、１０８の位相差は、機械角で９度となる（９度＝（３６０度／Ｚ３）×（１８０度／３６０度））。

図６および図７で説明したように、第１および２の遊星歯車１０３、１０４は、第１の太陽歯車１０２に同位相で噛み合わされるのに対し、第３および４の遊星歯車１０７、１０８は、第２の太陽歯車１０９に逆位相で噛み合わされる。そのため、第２および第４の遊星歯車１０４、１０８、並びに第１および第３の遊星歯車１０３、１０７は、それぞれ図８および図９に示す組み付け構造とされる。

図８に示すように、第２および第４の遊星歯車１０４、１０８は、それらに形成された複数の第３および第５の外歯１０４ａ、１０８ａのうちの任意の一つの歯１０４ａ１、１０８ａ１が第２の連結部材１０６の軸心方向に重なる位置にて、第２の連結部材１０６により互いに連結される。すなわち、任意の一つの歯１０４ａ１、１０８ａ１の波先と軸心を結ぶ中心線Ｌ１、Ｌ３が、それぞれ軸心方向に重なる位置に、第２および第４の遊星歯車１０４、１０８は配置され、第２の連結部材１０６により連結される。

一方、図９に示すように、第１および第３の遊星歯車１０３、１０７は、それらに形成された複数の第２および第４の外歯１０３ａ、１０７ａのうちの任意の一つの歯１０３ａ１、１０７ａ１が第１の連結部材１０５の軸心方向に重なる位置にて、第１の連結部材１０５により互いに連結される。すなわち、任意の一つの歯１０３ａ１、１０７ａ１の波先と軸心を結ぶ中心線Ｌ３、Ｌ４が、それぞれ第１の連結部材１０５の軸心方向に重なる位置に、第２および第４の遊星歯車１０４、１０８は配置され、第１の連結部材１０５により連結される。

本実施の形態においては、第１から第６の外歯（１０２ａ、１０３ａ、１０４ａ、１０７ａ、１０８ａ、１０９ａ）の歯数は、「２０」または「２１」と比較的小さな値でありながら、減速比κを約１０．７６といった大きな減速比κとすることができる。このように歯数を少なくすることができるため、それぞれの歯車（１０２、１０３、１０４、１０７、１０８、１０９）のピッチ円直径を小さくすることができ、減速装置１００自体を小型にできる。

第１から第６の外歯（１０２ａ、１０３ａ、１０４ａ、１０７ａ、１０８ａ、１０９ａ）の歯数が少ないため、第１から第６の外歯（１０２ａ、１０３ａ、１０４ａ、１０７ａ、１０８ａ、１０９ａ）のモジュールを大きくとることができるため、第１から第６の外歯（１０２ａ、１０３ａ、１０４ａ、１０７ａ、１０８ａ、１０９ａ）の強度を大きくすることができる。

減速装置１００に備わるいずれの歯車（１０２、１０３、１０４、１０７、１０８、１０９）も、全て外壁に外歯が形成されたいわゆる平歯車であるため、歯車間のすべりが少なく、機械エネルギーの伝達効率が高い。さらに、平歯車は加工が容易であり、減速装置１００は、低コストで製造することが可能である。

本実施の形態においては、公転アーム１０１にブラシレスモータ（電動モータ）１００に備わる回転軸２０８を連結し、第２の太陽歯車１０９に出力軸１０９ｂを形成し、第２の太陽歯車１０９から減速された回転出力を取り出す形態とされる。しかし、第２の太陽歯車１０９から減速された回転出力を取り出す形態とせず、第２の太陽歯車１０９にブラシレスモータ（電動モータ）１００に備わる回転軸２０８を連結し、公転アーム１０１から減速された回転出力を取り出す形態としてもよい。

電動モータ１００は、本実施の形態で示すブラシレスモータ１００に限定されないことはいうまでもなく、ブラシ付きモータであってもよい。その他、電動モータ１００に備わる回転軸２０８の減速装置１００への連結構造および出力軸の取り付け構造など本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

本発明の実施形態の減速装置付電動モータの正面図である。 本発明の実施形態の減速装置付電動モータの展開斜視図である。 図１にて断面Ａ−Ａで指示する減速装置付電動モータの断面図である。 本発明の実施形態の減速装置の斜視図である。 本発明の実施形態の減速装置の歯車列を示す図である。 本発明の実施形態の第１の太陽歯車と第１および第２の遊星歯車との噛みあわせを示す図である。 本発明の実施形態の第２の太陽歯車と第３および第４の遊星歯車との噛みあわせを示す図である。 本発明の実施形態の第２の遊星歯車と第４の遊星歯車との組み付け構造を示す図である。 本発明の実施形態の第１の遊星歯車と第３の遊星歯車との組み付け構造を示す図である。

符号の説明

１００ （電動モータ用）減速装置
１０１ 公転アーム
１０１ｂ 一方の端部
１０１ｃ他方の端部
１０２ 第１の太陽歯車
１０２ａ 第１の外歯
１０２ｂ 外壁
１０３ 第１の遊星歯車
１０３ａ 第２の外歯
１０３ｂ 外壁
１０４ 第２の遊星歯車
１０４ａ 第３の外歯
１０４ｂ 外壁
１０５ 第１の連結部材
１０６ 第２の連結部材
１０７ 第３の遊星歯車
１０７ａ 第４の外歯
１０７ｂ 外壁
１０８ 第４の遊星歯車
１０８ａ 第５の外歯
１０８ｂ 外壁
１０９ 第２の太陽歯車
１０９ａ 第６の外歯
１０９ｂ 外壁
１０９ｃ 出力軸
１５０ 第１の遊星減速機構
１６０ 第２の遊星減速機構
２００ 電動モータ（ブラシレスモータ）
２０１ ステータ
２０２ ステータコア
２０２ａ ステータコア本体
２０２ｂ ティース
２０４ ステータコイル
２０４ａ 巻線
２０５ ロータ
２０６ ロータ本体
２０７ マグネット
２０８ 回転軸
３００ 減速機付き電動モータ
Ｎｉｎ 第１の回転数
Ｎｏｕｔ 第２の回転数

Claims (3)

1. 略棒形状に形成され、長手方向の略中央に電動モータに備わる回転軸が連結され、前記電動モータに備わる回転軸の回転により回転される公転アームと、
   前記電動モータに固定され、外壁に複数の第１の外歯が形成された第１の太陽歯車と、
   略円盤形状に形成され、前記公転アームの一方の端部に回転自在に取り付けられ、外壁に複数の第２の外歯が形成され、前記第１の太陽歯車に噛み合わされる第１の遊星歯車と、
   略円盤形状に形成され、前記公転アームの他方の端部に回転自在に取り付けられ、前記第１の遊星歯車に形成された前記第２の外歯の歯数と同数の第３の外歯が外壁に形成され、前記第１の太陽歯車に噛み合わされる第２の遊星歯車と、
   略円盤形状に形成され、前記公転アームを間に挟み前記第１の遊星歯車の反対側に、前記第１の遊星歯車に対し同心状態に配置され、略棒形状の第１の連結部材にて前記第１の遊星歯車と互いに連結され、外壁に複数の第４の外歯が形成され、前記第１の遊星歯車の回転とともに回転する第３の遊星歯車と、
   略円盤形状に形成され、前記公転アームを間に挟み前記第２の遊星歯車の反対側に、前記第２の遊星歯車に対し同心状態に配置され、略棒形状の第２の連結部材にて前記第２の遊星歯車と互いに連結され、前記第３の遊星歯車に形成された前記第４の外歯の歯数と同数の第５の外歯が外壁に形成され、前記第２の遊星歯車の回転とともに回転する第４遊星歯車と、
   前記公転アームを間に挟み前記第１の太陽歯車の反対側に、前記第１の太陽歯車に対し同心状態にて回転自在に配置され、外壁に複数の第６の外歯が形成され、前記第３および第４の遊星歯車に噛み合わされ、出力軸を有する第２の太陽歯車とを備え、
   前記第１の太陽歯車に形成される前記第１の外歯の歯数をＺ１、前記第１および第２の遊星歯車に形成される前記第２および第３の外歯の歯数をＺ２、前記第３および第４の遊星歯車に形成される前記第４および第５の外歯の歯数をＺ３、前記第２の太陽歯車に形成される前記第６の外歯の歯数をＺ４としたとき、
   前記電動モータの回転軸の回転により回転される前記公転アームの第１の回転数Ｎｉｎに対する前記出力軸を有する前記第２の太陽歯車の第２の回転数Ｎｏｕｔの比の逆数である減速比κは、
   κ（＝１／（Ｎｏｕｔ／Ｎｉｎ））＝１／（１−（Ｚ３×Ｚ１）／（Ｚ４×Ｚ２））
   となることを特徴とする電動モータ用減速装置。
2. 回転軸を有する電動モータと、
   前記電動モータに備わる前記回転軸が前記公転アームに連結される請求項１に記載の電動モータ用減速装置とを備えることを特徴とする減速装置付き電動モータ。
3. 請求項２に記載の減速装置付き電動モータにおいて前記電動モータはブラシレスモータであることを特徴とする減速装置付き電動モータ。
   
   

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