JP2015148338A - ギヤモータ - Google Patents

Abstract

【課題】ギヤモータの冷却効率を向上させる。【解決手段】ギヤモータ１００では、モータ１０と減速機２０とが連結されている。モータ１０は、中空部１２ｂが形成されたモータ軸１２と、モータ軸１２と一体的に回転する冷却ファン６８と、モータ軸中空部１２ｂに配置されモータ軸１２よりも熱伝達率の高い熱伝達部材７０と、を有する。熱伝達部材７０は減速機２０の内部に延在されて、減速機２０の構成部材に接触する。【選択図】図１

Description

本発明は、ギヤモータに関する。

モータと減速機とを組み合わせたギヤモータが知られている。ギヤモータでは、モータのモータ軸と減速機の入力軸とが連結され、モータの回転力が減速して出力される（例えば特許文献１を参照）。

特開２００８−２８６３５７号公報

減速機内では歯車等の構成部品が高速で回転するため、ギヤモータ内で減速機からの発熱量が特に大きくなる。しかしながら、一般的に減速機の冷却効率は低い。冷却が不足して減速機が高熱になると、シールやオイルの劣化、油膜の減少による早期の軸受損傷といった問題が生じうる。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、ギヤモータの冷却効率を向上させる技術を提供することにある。

本発明のある態様は、減速機とモータが連結されたギヤモータである。モータは、中空部が形成されたモータ軸と、モータ軸中空部に配置されモータ軸よりも熱伝達率の高い熱伝達部材と、を有し、熱伝達部材は減速機の内部に延在されて、減速機の構成部材に接触する。

この態様によると、主な発熱源である減速機の構成部材に、モータ軸よりも熱伝達率の高い熱伝達部材を接触させることで、減速機からモータ側への熱の輸送効率が改善されるので、ギヤモータの冷却効率が向上する。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、ギヤモータの冷却効率が向上する。

本発明の一実施形態に係るギヤモータの構成を示す図である。 本発明の別の実施形態に係るギヤモータの構成を示す図である。 本発明のさらに別の実施形態に係るギヤモータの構成を示す図である。 図３の実施形態の変形例を示す図である。

図１は、本発明の一実施形態に係る、モータ１０および減速機２０から構成されるギヤモータ１００を示す。図１は、ギヤモータ１００の中心軸を含む鉛直面で切断したときの断面図である。

モータ１０は、例えばかご形誘導電動機である。

ステータ３４は、同一形状に型抜きされた多数の薄板状（例えば、厚さ０．５ｍｍ）の電磁鋼板を積層して形成される。ステータ３４は、モータケーシング６０の内周に、例えば焼き嵌めによって嵌合される。ステータ３４に形成された複数のスロット（図示せず）には銅線のコイル３８が所定回数だけ巻回されている。

ロータ３６も、ステータ３４と同様に同一の円形状に型抜きされた多数の薄板状の電磁鋼板を積層して形成される。ロータ３６には、中央にモータ軸１２を挿通するための円形穴３６ａが形成されるとともに、その外周側には、径方向に延びる複数の同一形状のスロット（図示せず）が等間隔に形成されている。ロータ３６の円形穴３６ａは、モータ軸１２に締まり嵌めによって固定される。

ロータ３６に形成されたスロット内には、アルミニウムまたは銅などの導体がダイキャスト鋳造により鋳込まれている。ロータ３６の両端面には、スロット内の導体と一体構造となる短絡環３７が形成される。

モータケーシング６０は、例えばアルミダイキャスト製、鋳鉄製または鋼板製であり、ロータ３６およびステータ３４の重量を支持するとともに、ステータ等で発生する熱をモータ外部に放熱する役割も有する。放熱性能を高めるために、モータ軸と平行な方向に延びる多数の放熱フィン６２がモータケーシング６０の外周に形成されている。

モータ軸１２は、減速機側の軸受５２と、モータ後端側の軸受１７とでステータ３４に対して回転自在に支持されている。軸受５２は、モータケーシング６０の外周から内径側に延び出す減速機側カバー１４の内周に形成された軸受装着部１４ａに嵌合される。減速機側カバー１４とモータ軸１２の間は、回転シール４４により密封される。軸受１７は、モータケーシング６０の外周から内径側に延び出す後端側カバー１５の内周に形成された軸受装着部１５ａに嵌合される。

減速機側カバー１４および後端側カバー１５とモータケーシング６０とは、それぞれボルト６４、６６によって締結される。

モータ軸１２の減速機側の先端１２ａは、減速機２０の内部まで延在し、減速機２０の入力軸としても機能する。モータ軸と減速機の入力軸とを別々に構成し、両者をカップリングやスプライン嵌め合い等により連結してもよい。

モータ１０の後端には、冷却ファン６８が配置される。冷却ファン６８の軸部６８ａは、モータ軸１２の後端面にボルト７６によって締結される。より具体的には、モータ軸１２の後端面と冷却ファン６８（の軸部６８ａ）の軸方向端面とを対向させた状態で、ボルト７６によって締結される。冷却ファン６８は熱伝達率の高い材料、例えばアルミニウム製であると好ましい。

冷却ファン６８は、ファンカバー１９によって覆われている。ファンカバー１９は、冷却ファン６８により発生した風を、モータケーシング６０の外周に形成された放熱フィン６２に導く役割も有している。

減速機２０は、偏心揺動噛合型と呼ばれる遊星歯車減速機の一種である。モータ軸１２と一体に構成される入力軸１２ａは、後述する外歯歯車２４、２６の半径方向中央に配置されている。入力軸１２ａの外周には、該入力軸１２ａと軸心のずれた偏心体１８、２０が固定または嵌合されている。偏心体１８、２０は、互いに１８０度の位相差を有して偏心している。なお、図１では偏心体１８、２０は一体に構成されているが、それぞれ別体で構成し入力軸１２ａに別々に固定または嵌合されてもよい。あるいは、偏心体１８、２０と入力軸１２ａとを一体に構成してもよい。

各偏心体１８、２０の外周には、ころ軸受２１、２３を介して二枚の外歯歯車２４、２６が揺動可能に外嵌されている。外歯歯車２４、２６は、それぞれ内歯歯車２８に内接噛合している。

内歯歯車２８は、内歯を構成する円筒状の内歯ピン２８Ａと、内歯ピン２８Ａを貫通してこれを回転自在に保持する保持ピン２８Ｂと、保持ピン２８Ｂを回転自在に支持するとともに、減速機ケーシング３２と一体化された内歯歯車本体２８Ｃとで、主に構成されている。

外歯歯車２４、２６のモータ１０と反対側には、減速機２０の出力軸１６と一体に構成されたキャリア体１６ａが配置されている。キャリア体１６ａの外周に沿って形成される貫通穴１６ｂには、軸方向に延びる複数本の内ピン４０が嵌合されている。

外歯歯車２４には、その軸心からオフセットされた位置に複数個の同径の貫通穴が等間隔に形成されている。これらの貫通穴には、キャリア体１６ａから延びる内ピン４０がそれぞれ挿通される。外歯歯車２４の外周には波形の歯が形成されており、この歯が内歯歯車２８の内歯ピン２８Ａ上を接触しつつ移動することで、中心軸を法線とする面内で外歯歯車２４が揺動できるようになっている。外歯歯車２４に対して１８０度の位相差がある点以外は外歯歯車２６も同様である。

減速機２０の出力軸１６は、一対の軸受５４、５６を介して、減速機ケーシング３２に回転自在に支持されている。モータ１０のモータ軸１２と減速機２０の出力軸１６とは、同軸に配置される。

減速機ケーシング３２と出力軸１６の間は、回転シール４６により密封される。減速機ケーシング３２の内部には冷却液が封入される。この冷却液は、減速機内の軸受および摺動部の潤滑液の役割も同時に果たしている。

以下、モータ１０の駆動時の減速機２０の作用を説明する。

モータ１０が駆動されると、ステータ３４に対してロータ３６およびモータ軸１２が回転し、モータ軸と一体である減速機２０の入力軸１２ａが回転する。入力軸１２ａが回転すると、偏心体１８、２０の外周が偏心運動を行い、ころ軸受２１、２３を介して外歯歯車２４、２６が揺動する。この揺動により、外歯歯車２４、２６の外歯と内歯歯車２８の内歯ピン２８Ａとの噛合位置が順次ずれてゆく現象が生じる。

外歯歯車２４、２６と内歯歯車２８との歯数差は、本実施形態においては「１」に設定されている。また、内歯歯車２８は減速機ケーシング３２と一体であるため、内歯歯車２８の自転は拘束されている。このため、入力軸１２ａが一回回転する毎に、自転が拘束されている内歯歯車２８に対して外歯歯車２４、２６が歯数差に相当する分だけ自転（回転）することになる。この自転は、外歯歯車２４、２６の貫通穴に挿入されている内ピン４０を介してキャリア体１６ａに伝達される。この結果、入力軸１２ａの回転により、１／（外歯歯車の歯数）に減速された回転速度にて、キャリア体１６ａおよび一体である出力軸１６が回転する。

モータ１０の駆動時には、減速機２０のころ軸受２１、２３や回転シール４４とモータ軸１２との接触部が最も高速で回転するため、図１中にＡで示す部分の発熱量がギヤモータ１００内で特に大きくなる。また、モータ１０のロータ３６には誘導電流が流れるため、図１中にＢで示す部分の発熱量も大きくなる。

部分Ａ、Ｂにおける発熱を速やかに冷却ファン６８に伝達するために、本実施形態では、モータ軸１２内に熱伝達部材７０を配置している。

モータ軸１２の内部には、軸方向に延びる貫通穴である中空部１２ｂが形成されている。この中空部１２ｂ内に、モータ軸（例えば、銅または鋼鉄製）よりも熱伝達率の高い、棒状の熱伝達部材７０が挿入される。したがって、モータ軸１２の全長にわたって、熱伝達部材７０は中空部１２ｂの内周と接触している。熱伝達部材７０は、モータ軸１２の先端、すなわち減速機２０の入力軸１２ａの部分まで延在している。このように、主たる発熱源である減速機２０の内部まで熱伝達部材７０を延在させ内周に直接接触させることで、減速機２０からモータ軸後端にある冷却ファン６８までの熱の輸送効率が改善されるので、ギヤモータ１００の冷却効率が向上する。

熱伝達部材７０は、異方性を有していることが好ましい。つまり、熱伝達部材７０の軸方向の熱伝達率が、径方向の熱伝達率よりも大きいことが好ましい。このような材料の例としてはグラファイトを積層して製作したものがある。異方性はないものの、熱伝達効率の高いアルミニウム基セラミックス複合材料を熱伝達部材として用いてもよい。

中空部１２ｂ内に熱伝達部材７０を挿入した後に、中空部１２ｂの内周と熱伝達部材７０との間の隙間を埋めるために、モータ軸をメッキ液に浸漬して中空部１２ｂの内周にメッキを施してもよい。但し、隙間を埋める部材を配置できれば、メッキに限定されない。

なお、モータ軸１２と減速機の入力軸１２ａとが別体である場合でも、モータ軸の中空部と入力軸の中空部とを連通させて、一本の熱伝達部材をそれぞれの中空部内に挿入するようにすれば、モータ軸と入力軸とが一体である場合と同様の効果が得られる。

冷却ファン６８の軸部６８ａには、モータ軸１２の中空部１２ｂと同心同径の中空部６８ｂが形成されている。モータ軸１２の中空部１２ｂと冷却ファンの中空部６８ｂとを連通させて、熱伝達部材７０の後端７０ｂをこの冷却ファン６８の中空部６８ｂまで延在させて内周に直接接触させることで、熱伝達部材７０から冷却ファン６８への熱伝達効率をさらに高めることができる。なお、冷却ファン６８の径方向内側まで熱伝達部材７０の後端が届いていれば、中空部６８ｂは図１に示すような貫通穴でなく、後端が閉じていてもよい。

図１中のＡ部およびＢ部では、発熱源であるころ軸受２１、２３、回転シール４４またはロータ３６からモータ軸１２を通して熱伝達部材７０に熱を伝達させる一方で、それ以外の部分では、熱伝達部材７０からモータ軸１２への熱伝達をできるだけ抑制する方が、冷却ファン６８への熱の輸送効率の観点からは望ましい。そこで、Ａ部およびＢ部以外の部分（すなわち、ロータ３６と減速機２０の間の部分、およびロータ３６と冷却ファン６８の間の部分）のいずれかまたは両方で、モータ軸の中空部１２ｂと熱伝達部材７０との間に筒状の空間が形成されるように、中空部１２ｂを加工してもよい。具体的には、Ａ部およびＢ部以外の部分では、Ａ部およびＢ部よりも中空部１２ｂの内径を大きくするか、あるいは、Ａ部およびＢ部以外の部分における熱伝達部材７０の外形を、Ａ部およびＢ部における熱伝達部材の外形よりも小さくしてもよい。このような空間を設けることで、空気が断熱材となり熱伝達部材７０からモータ軸１２への熱伝達を抑制することができる。

熱伝達部材が積層構造を有するグラファイトである場合、熱伝達部材７０の軸方向中間部では積層方向を軸方向にするとともに、熱伝達部材７０の減速機側端部７０ａと冷却ファン側端部７０ｂのいずれかまたは両方では、積層方向が径方向になるようにグラファイトを作成してもよい。こうすると、減速機側端部７０ａでは、減速機２０から熱伝達部材７０への熱輸送効率が高まり、中間部では、減速機側端部７０ａから冷却ファン側端部７０ｂへの熱輸送効率が高まり、冷却ファン側端部７０ｂでは、熱伝達部材７０から冷却ファン６８への熱輸送効率が高くなるので、ギヤモータ１００の冷却効率をさらに高めることができる。

図２は、本発明の別の実施形態に係るギヤモータ２００の構成を示す断面図である。図１に示したギヤモータ１００では、減速機２０とロータ３６からの発熱を、一本の熱伝達部材７０にて冷却ファン６８へと輸送している。これに対し、図２に示すギヤモータ２００では、モータ軸１２の中空部１２ｂの内径を拡大した拡径部１２ｃがロータ付近（ロータの径方向内側部分）から後端まで形成されており、拡径部１２ｃ内に第２熱伝達部材７４が追加されている。この第２熱伝達部材７４は、熱伝達部材７０の外周に筒状に配置され、ロータ３６からモータ軸１２の後端まで延び、拡径部１２ｃの内周に接触する。ファンの中空部６８ｂも拡開して、ファンの径方向内側まで第２熱伝達部材７４を延在させてもよい。このような第２熱伝達部材を設けることで、熱伝達経路の断面積が増加するので、ロータ３６からの発熱をより効果的に冷却ファン６８まで輸送することができ、ギヤモータ１００の冷却効率をさらに高めることができる。なお、熱伝達部材７０の外周と第２熱伝達部材７４の内周とは接触していない方が好ましい。

以上説明したように、本発明の一実施形態によれば、主な発熱源である減速機の構成部材および／またはモータのロータに、モータ軸よりも熱伝達率の高い熱伝達部材を接触させることで、減速機および／またはロータから冷却ファンへの熱の輸送効率が改善されるので、ギヤモータの冷却効率を向上させることができる。

図１および２では、熱伝達部材の端部が冷却ファンの軸部の径方向内側まで延びている構造を示したが、熱伝達部材がモータ軸の中空部内で終了していてもよい。この場合、冷却ファンの軸部をモータ軸の端面にボルト等で結合するか、またはモータ軸の外周に嵌合してもよい。このような構成でも、モータ軸と冷却ファン軸部との間で熱伝達が行われるので、ある程度の冷却効率の改善を達成することができる。

熱伝達部材７０を接触させる減速機の構成部材は、減速機の入力軸１２ａの内周に限定されず、減速機の構成部材のうち特に発熱の大きい部材を適宜選択して接触させればよい。

上述した実施の形態においては、熱伝達部材を減速機内部に延在させて減速機の構成部材に接触させることを述べた。しかし、ギヤモータを構成するモータのモータ容量や減速機の減速機構の組合せによっては、減速機における発熱よりもモータにおける発熱の方が特に問題となる場合がある。

このような場合には、熱伝達部材を減速機の構成部材に接触させず、モータ軸の内周にのみ接触させた方がよい場合もある。例えば、図１において、ロータ３６の径方向内側の部分からファン６８の径方向内側の部分にわたって熱伝達部材７０を中空部１２ｂに配置する。そして、熱伝達部材７０の全長を中空部１２ｂおよび６８ｂの内周と接触させるか、あるいはロータ３６およびファン６８の径方向内側の部分のみで中空部１２ｂおよび６８ｂの内周と接触させる。この場合、ロータ３６よりも減速機側の領域には熱伝達部材７０は配置されない。したがって、中空部１２ｂは、モータ軸１２を貫通していてもよいし、ロータ３６よりも減速機側の領域が中実であってもよい。

このような構造の場合には、本願発明をモータの発明として捉え、以下のように表現することができる。

中空部が形成されたモータ軸と、該モータ軸と一体的に回転するロータとを有するモータであって、前記モータ軸と一体的に回転する冷却ファンと、前記モータ軸中空部に配置され前記モータ軸よりも熱伝達率の高い熱伝達部材と、を有し、該熱伝達部材は、ロータの径方向内側において中空部内周と接触するとともに、冷却ファン側に向けて延在されていることを特徴とするモータ。

このような構造の場合、熱伝達部材は冷却ファンの径方向内側にまで延在されているのが好ましく、冷却ファンの中空部内周に接触しているとさらに好ましい。

上記では、冷却ファンを備えるギヤモータについて説明したが、本発明は、冷却ファンを備えないギヤモータにも適用することができる。

図３は、本発明のさらに別の実施形態に係るギヤモータ３００の構成を示す断面図である。図１、２に示したギヤモータ１００、２００と同様の構成には、同様の符号が付されている。

ギヤモータ３００では、熱伝達部材７０は、モータ後端部側の軸受１７の径方向内側まで延在し、モータ軸１２の中空部１２ｂ内で終了して、モータ軸１２の後端に露出している。さらに、熱伝達部材７０は、モータ軸１２の後端側で拡径部７０ｃを形成している。また、図２のギヤモータ２００と同様に、モータ軸１２の中空部１２ｂの内径を拡大した拡径部１２ｃがロータ付近（ロータの径方向内側部分）から後端まで形成されており、拡径部１２ｃ内に第２熱伝達部材７４が配置されている。この第２熱伝達部材７４は、熱伝達部材７０の外周に筒状に配置される。第２熱伝達部材７４は、ロータ３６からモータ軸１２の後方に延び、モータ後端側の軸受１７の径方向内側まで延在するが、内側にある熱伝達部材７０よりも短くなっている。つまり、熱伝達部材７０の方が、第２熱伝達部材７４よりもモータ後方側まで延びている。このようにすると、軸受１７の径方向内側で、熱伝達部材７０と第２熱伝達部材７４の後端部（拡径部７０ｃ）の両方をモータ軸１２の内周と接触させることができ、減速機２０とロータ３６からの発熱を、熱伝達部材７０または第２熱伝達部材７４、モータ軸１２、軸受１７、および後端側カバー１５を通して熱輸送して、モータの外部に放熱することができる。

以上説明したように、この実施形態によれば、主な発熱源である減速機の構成部材および／またはモータのロータに、モータ軸よりも熱伝達率の高い熱伝達部材を接触させることで、減速機および／またはロータからモータ外部への熱の輸送効率が改善されるので、ギヤモータの冷却効率を向上させることができる。

なお、熱伝達部材７０の後端部は、拡径部７０ｃを有さず、図４に示すように同径のままの後端部７０ｄとしてもよい。この場合、モータ軸後端部の内周を内側に突出させることで、突出部の内周と熱伝達部材７０の後端部７０ｄとが接触する。こうすることで、熱伝達部材７０および第２熱伝達部材７４の両方からの熱を、モータ軸１２、軸受１７、および後端側カバー１５を通してモータ外部に放熱することができる。

以上、本発明のいくつかの実施の形態について説明した。これらの実施の形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

実施の形態では、減速機の減速機構として、入力軸（偏心体軸）が内歯歯車の中心に配置されるタイプの揺動内接噛合型の減速機構を採用することを述べた。しかしながら、本発明に係るモータと共に用いられる減速機の減速機構はこれに限定されない。例えば、単純遊星歯車減速機構や、内歯歯車の中心からオフセットした位置に複数本の偏心体軸が配置されるタイプの遊星歯車減速機構を採用してもよい。また、入力軸と出力軸が同軸である一段の減速機構でなく、多軸または多段の減速機構であってもよい。

実施の形態では、ケーシングを固定し、キャリア体から回転を出力するように、偏心揺動噛合型の減速機構を構成することを述べた。しかしながら、キャリア体を固定し、ケーシングから回転を出力するように減速機構を構成してもよい。

実施の形態では、モータとしてかご形誘導電動機を採用することを述べたが、モータの種類は特に限定されず、例えばＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）モータやＳＰＭ（Surface Permanent Magnet）モータなどの同期電動機を採用してもよい。

１０ モータ、 １２ モータ軸、 １２ａ 入力軸、 １２ｂ モータ軸中空部（入力軸中空部）、 ２０ 減速機、 ３６ ロータ、 ６８ 冷却ファン、 ６８ｂ 冷却ファン中空部、 ７０ 熱伝達部材、 ７４ 第２熱伝達部材、 １００、２００、３００ ギヤモータ。

Claims (14)

1. 減速機とモータが連結されたギヤモータであって、
   前記モータは、中空部が形成されたモータ軸と、前記モータ軸の中空部に配置され前記モータ軸よりも熱伝達率の高い熱伝達部材と、を有し、
   前記熱伝達部材は前記減速機の内部に延在されて、該減速機の構成部材に接触することを特徴とするギヤモータ。
2. 前記熱伝達部材は、前記モータ軸の後端部側を支持する軸受の径方向内側まで延在することを特徴とする請求項１に記載のギヤモータ。
3. 前記減速機の入力軸に入力軸中空部が形成され、前記熱伝達部材が前記入力軸中空部に挿入されその内周に接触することを特徴とする請求項１または２に記載のギヤモータ。
4. 前記モータ軸と前記減速機の入力軸とが一体に構成されていることを特徴とする請求項３に記載のギヤモータ。
5. 前記モータ軸中空部および／または前記入力軸中空部と前記熱伝達部材との間の隙間を埋める部材をさらに有することを特徴とする請求項３または４に記載のギヤモータ。
6. 前記熱伝達部材と前記モータ軸中空部との間に空間があることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のギヤモータ。
7. 前記モータのロータと前記モータ軸の後端部側を支持する軸受との間に延びる第２熱伝達部材をさらに有することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のギヤモータ。
8. 前記熱伝達部材の方が、前記第２熱伝達部材よりもモータ後方側まで延び、前記熱伝達部材の後端部が前記モータ軸内周と接触していることを特徴とする請求項７に記載のギヤモータ。
9. 前記モータ軸と一体的に回転する冷却ファンをさらに有することを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載のギヤモータ。
10. 前記熱伝達部材は前記冷却ファンの径方向内側まで延在されることを特徴とする請求項９に記載のギヤモータ。
11. 前記冷却ファンに前記モータ軸中空部と連通するファン中空部が形成され、前記熱伝達部材が前記ファン中空部に挿入されその内周に接触することを特徴とする請求項９または１０に記載のギヤモータ。
12. 前記第２伝達部材は、前記モータのロータと前記冷却ファンとの間に延びることを特徴とする、請求項７を引用する請求項９ないし１１のいずれかに記載のギヤモータ。
13. 前記モータのロータの径方向内側で前記モータ軸中空部の内周と前記熱伝達部材とが接触し、前記ロータと前記減速機の間の部分および前記ロータと前記冷却ファンとの間の部分の少なくとも一方で、前記モータ軸中空部と前記熱伝達部材との間に空間があることを特徴とする請求項９に記載のギヤモータ。
14. 前記熱伝達部材は積層構造を有する部材であり、該熱伝達部材の減速機側端部およびモータ後端部側端部と中間部とで積層方向が異なることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれかに記載のギヤモータ。

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