JP2012205441A

JP2012205441A - 減速機付きモータ装置

Info

Publication number: JP2012205441A
Application number: JP2011069286A
Authority: JP
Inventors: Makoto Otsuka; 誠大塚; Hiroaki Murakami; 裕昭村上; Takane Oda; 高根小田
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2011-03-28
Filing date: 2011-03-28
Publication date: 2012-10-22
Anticipated expiration: 2031-03-28
Also published as: JP5766480B2

Abstract

【課題】減速機の出力軸の両端部でモータの動力を伝達する形式の減速機付きモータ装置において、従来よりもモータの応答速度を速くすることができるものとする。
【解決手段】ステータ２６の内側のロータ２５の中心に中空状のモータ軸２２を固定したモータ２の一端側に、不思議遊星歯車減速機３を結合し、モータ軸２２内に貫通させた出力軸４を、減速機３の出力軸ベース３３５の中心に固定し、その出力軸４の両端部を外部に露出させたモータ装置において、モータ２を、モータ軸２２にかかる質量が比較的軽いブラシレスモータとする。
【選択図】図２

Description

本発明は、モータの回転を減速して出力する減速機付きモータ装置に係り、特に出力軸の両端部が外部に露出して延びている形式の減速機付きモータ装置に関する。

モータの動力を減速させて出力する減速機付きモータ装置は、ロータによって回転させられるモータ軸に複数のギヤ列等からなる減速機を連結し、減速機の終端の出力軸を所望の回転数で回転させる構成が一般的である。減速機の出力軸は一端部のみが突出する構成が多いが、例えばロボット関節の駆動部等に適用する場合には、出力軸の両端部から同じトルクと回転数の動力を入力することが求められる。このような場合には、図５に示すように、２つの入力部４０１の間に出力軸４０２を架け渡し、この出力軸４０２に減速機４０３を介してモータ４０４を接続する構成となる。同図の装置では、回転するモータ４０４のモータ軸４０５が減速機４０３で減速され、出力軸４０２の両端部から各入力部４０１に同じトルクと回転数の動力が入力される。

しかしながらこのような構成では、モータ軸４０５と出力軸４０２とが同軸的に配置されずオフセットされるため、出力軸４０２に対するモータ４０４の質量バランスが不均等になるといった不利な点がある。このような課題は、中空状のモータ軸の内部に、減速機の出力を受ける出力軸を同軸的に貫通させて両端部を外部に突出させた減速機付きモータ装置によって解決し得るであろう（特許文献１）。

特開２００１−１５３１８９号公報

ところで、ロボットの関節等においては、モータへの稼働信号を入力してからの応答速度が速いことが求められるが、上記特許文献１に記載のモータ装置では、モータがブラシ付きモータであるためモータ軸にかかる質量が重く、このため応答速度が遅くなることが懸念される。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、減速機の出力軸の両端部でモータの動力を伝達する形式の減速機付きモータ装置において、従来よりもモータの応答速度を速くすることができる減速機付きモータ装置を提供することを目的としている。

本発明の減速機付きモータ装置は、ステータの内側にロータが設けられたインナーロータ型ブラシレスモータと、このモータの前記ロータの回転中心に同軸的に配置され、ロータと一体回転に支持された中空状のモータ軸と、このモータ軸の軸方向一端側に前記モータと隣接して配置され、モータ軸の回転数を減速する不思議遊星歯車減速機と、前記モータ軸の内部に同軸的に貫通して回転自在に支持されるとともに、前記不思議遊星歯車減速機の出力部と一体回転するよう設けられ、その両端部が外部に突出している出力軸とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、モータ軸にかかる質量がブラシ付きモータと比べると軽いブラシレスモータを用いているため、モータへの稼働信号を入力してからの応答速度を速くすることができる。

本発明では、前記ロータはロータマグネットを有しており、前記モータ軸は磁性体からなる形態を含む。この形態では、磁性体からなるモータ軸がロータマグネットのバックヨークを兼ねる構成とすることができ、したがって部品点数の削減に伴う軽量化が促進され、上記応答速度を更に速めることが可能となる。

また、本発明では、前記モータの駆動回路部が前記ステータの外周側の周囲に配設されている形態を含む。この形態では、特に不思議遊星歯車減速機の外径がステータすなわちブラシレスモータの外径よりも大きい場合、装置全体の軸方向長さを短くすることができ、軸方向のコンパクト化が図られる。

本発明によれば、減速機の出力軸の両端部でモータの動力を伝達する形式の減速機付きモータ装置において、従来よりもモータの応答速度を速くすることができるといった効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る減速機付きモータ装置の（ａ）平面図、（ｂ）側面図である。一実施形態のモータ装置の縦断面図である。本発明の他の実施形態に係る減速機付きモータ装置の（ａ）平面図、（ｂ）側面図である。他の実施形態のモータ装置の縦断面図である。従来の減速機付きモータ装置の概念を示す図である。

以下、本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。
（１）一実施形態の構成
図１は、一実施形態の減速機付きモータ装置１を示している。このモータ装置１は、モータ２の動力が不思議遊星歯車減速機（以下、減速機）３で減速され、出力軸４に出力されるものである。モータ２と減速機３とは、それぞれの回転軸が同軸の状態で隣接して結合されている。出力軸４は当該モータ装置１の回転軸心を貫通しており、その一端部がモータ２の端面の中心から、また、他端部が減速機３の端面の中心から、それぞれ外部に突出している。

図２に示すように、モータ２は円筒状のモータケース２１を有している。このモータケース２１内の軸心には、中空状のモータ軸２２の両端部がベアリング２３を介して回転自在に支持されている。ベアリング２３は、モータケース２１の一端（図２で上端部）の中心に形成された凸部２１１内と、他端側の開口を塞ぐ軸受ホルダ２４に、それぞれ装着されている。モータ軸２２の外周面には円筒状のロータマグネットからなるロータ２５が同軸的に固定されており、このロータ２５の周囲には、モータケース２１の内周面に固定された円筒状のステータ２６が配置されている。

ステータ２６は、鉄心２６１の周囲にインシュレータ２６２を介して複数のコイル２６３が巻かれてなる一般周知の構成のもので、内周面がロータ２５と近接している。モータ２は、ステータ２６の内側にロータマグネットからなるロータ２５が設けられたインナーロータ型ブラシレスモータであり、中空状のモータ軸２２は、ロータ２５の回転中心に同軸的に配置されている。本実施形態では、モータ軸２２は磁性体により構成されている。

モータケース２１内におけるステータ２６の一端側（図２で下方）にはスペース２７が形成されており、このスペース２７に、モータ２を駆動するための円盤状の回路基板（駆動回路部）２８がモータケース２１の内周面に固定された状態で配置されている。モータ軸２２は、回路基板２８の中心を貫通している。ステータ２６のインシュレータ２６２には、コイル２６３の端部が接続される端子２９が取り付けられている。この端子２９を介して回路基板２８で制御される励磁電流がコイル２６３に流され、励磁電流がコイル２６３に流れされると、ロータ２５およびモータ軸２２が正逆回転する。

減速機３は、図２でモータケース２１の上端面に固定される円形皿状のベース３１と、このベース３１の上端に固定される円筒状の歯車ケース３２を有している。ベース３１と歯車ケース３２は径が概ね同じであり、これらベース３１と歯車ケース３２とが組み合わされて、モータケース２１よりも大径の円筒状の外殻が構成される。ベース３１の中心には嵌合孔３１１が形成されており、この嵌合孔３１１にモータケース２１の凸部２１１が嵌合された状態で、ベース３１はモータケース２１の上端面に固定されている。

上記モータ２のモータ軸２２はモータケース２１の凸部２１１から減速機３内に突出しており、その突出端部に、中空状の太陽歯車３３１の下端部が同軸的に固定されている。すなわち、太陽歯車３３１はモータ軸２２と一体に回転する。この太陽歯車３３１の周囲には、太陽歯車３３１に噛み合う複数の遊星歯車３３２が配設されている。これら遊星歯車３３２は、軸受３４に回転可能に支持されている。また、遊星歯車３３２は、遊星歯車３３２の周囲に太陽歯車３３１と同軸的に配置された固定内歯車３３３と可動内歯車３３４とに噛み合わされている。固定内歯車３３３は、歯車ケース３２およびベース３１の内周面に固定されており、外周面の等分複数箇所に形成された爪部３３３ａが、歯車ケース３２とベース３１に挟み込まれて固定されている。また、可動内歯車３３４は歯車ケース２内に回転自在に支持されている。

可動内歯車３３４の内側であって遊星歯車３３２の上方には、円盤状の出力軸ベース（出力部）３３５が可動内歯車３３４に固定された状態で配置されている。そしてこの出力軸ベース３３５の中心には、モータ軸２２および太陽歯車３３１の内部に貫通されて両端部が当該モータ装置１の端部から突出する出力軸４が固定されている。出力軸４は、一端部がモータ２の軸受ホルダ２４にベアリング４１を介して、また、他端部が減速機３の歯車ケース３２の上端部にベアリング４２を介してそれぞれ回転自在に支持されており、この状態で、モータ軸２２および太陽歯車３３１と同軸的、かつ、出力軸ベース３３５と一体回転するようになっている。出力軸４は、一端部がモータ２のモータケース２１の中心から、また、他端部が減速機３の歯車ケース３２の中心から、それぞれ外部に突出しており、これら突出端部に、所定機器の図示せぬ入力部が接続される。

（２）モータ装置の動作
上記構成を有する本実施形態のモータ装置１によれば、モータ２に通電されるとロータ２５が回転し、ロータ２５と一体にモータ軸２２が回転する。モータ軸２２が回転すると、その回転は減速機３に伝わる。すなわち、太陽歯車３３１がモータ軸２２と一体に回転し、太陽歯車３３１が回転すると、太陽歯車３３１の回転が伝わることによって複数の遊星歯車３３２が自転しながら固定内歯車３３３に噛み合って公転する。そして、遊星歯車３３２の回転が可動内歯車３３４に伝わり、可動内歯車３３４の回転が出力軸ベース３３５を介して出力軸４に伝わる。このようにしてモータ軸２２の回転が出力軸４に伝わる間に、モータ軸２２の回転は所定割合で減速される。出力軸４の突出する両端部は、同トルク・同回転数で回転する。

本実施形態のモータ装置１によれば、モータ２が、モータ軸２２にかかる質量がブラシ付きモータと比べると軽いブラシレスモータであることから、モータ２への稼働信号を入力してから出力軸４が回転するまでの応答速度を速くすることができるといった効果が得られる。また、ロータ２５はロータマグネットからなるものであり、このロータ２５が固定されてロータ２５とともに回転するモータ軸２２は磁性体からなるものである。このため、モータ軸２２がロータ２５のバックヨークを兼ねる構成となり、部品点数の削減が図られる。その結果、軽量化が促進され、応答速度を更に速めることが可能となる。

（３）他の実施形態
図３および図４は、上記実施形態におけるモータ２の構成を替えた変形例を示しており、同一の構成要素には同一の符号を付している。この場合のモータ２のモータケース２１は、減速機３と概ね同一の外径を有している。また、モータケース２１内のステータ２６の下方のスペース２７は、軸方向の寸法が短くなっており、したがってモータ装置１全体の軸方向長さが短くなっている。

先の実施形態では、モータケース２１内の下方スペース２７に回路基板２８が配設されていたが、この変形例では、ステータ２６のインシュレータ２６２の下端部の外周側の周囲に回路基板２８が配設されている。インシュレータ２６２の両端部にはフランジ２６２ａが新たに設けられ、これらフランジ２６２ａがモータケース２１の内周面に固定されている。回路基板２８に接続される端子２９は、スペース２７側のフランジ２６２ａに固定される。

この変形例では、モータ２の回路基板２８がステータ２６の外周側の周囲に配設されている。このため、モータ２の軸方向長さ、ひいてはモータ装置１全体の軸方向長さを短くすることができる。このため、軸方向のコンパクト化が図られるといった利点が得られる。

１…モータ装置
２…インナーロータ型ブラシレスモータ
２２…モータ軸
２５…ロータ（ロータマグネット）
２６…ステータ
２８…回路基板（駆動回路部）
３…不思議遊星歯車減速機
３３５…出力軸ベース（出力部）
４…出力軸

Claims

ステータの内側にロータが設けられたインナーロータ型ブラシレスモータと、
このモータの前記ロータの回転中心に同軸的に配置され、ロータと一体回転に支持された中空状のモータ軸と、
このモータ軸の軸方向一端側に前記モータと隣接して配置され、モータ軸の回転数を減速する不思議遊星歯車減速機と、
前記モータ軸の内部に同軸的に貫通して回転自在に支持されるとともに、前記不思議遊星歯車減速機の出力部と一体回転するよう設けられ、その両端部が外部に突出している出力軸と、
を備えることを特徴とする減速機付きモータ装置。
前記ロータはロータマグネットを有しており、前記モータ軸は磁性体からなることを特徴とする請求項１に記載の減速機付きモータ装置。
前記モータの駆動回路部が前記ステータの外周側の周囲に配設されていることを特徴とする請求項１または２に記載の減速機付きモータ装置。