JP2021087254A

JP2021087254A - 駆動装置

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Publication number: JP2021087254A
Application number: JP2019213271A
Authority: JP
Inventors: 陽介百瀬; Yosuke Momose
Original assignee: Nidec Copal Corp
Current assignee: Nidec Copal Corp
Priority date: 2019-11-26
Filing date: 2019-11-26
Publication date: 2021-06-03
Anticipated expiration: 2039-11-26
Also published as: CN214045317U; JP7424806B2

Abstract

【課題】高効率かつ高出力の薄型のギヤドモータを提供する。【解決手段】ギヤドモータ２は、モータ本体２０、モータ本体２０に接続される伝達機構３０および伝達機構３０に接続され中心軸Ｊ線周りに回転するピニオンギヤ２ａを有する複数のギヤドモータ２と、複数のピニオンギヤ２ａと噛み合うメインギヤ３と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、駆動装置に関する。

モータを高出力化するためには、一般的にモータの径方向寸法を大型化することがなされる。一方で、近年、スマートフォン等の電子機器の薄型化に伴い、搭載されるギヤドモータの小型化が進んでおり、径方向寸法を大型化することができない。そこで高出力を得ることを目的として、複数のステータを軸方向に沿って積層する構造が知られている（例えば、特許文献１）。

特開２０００−１５２５９３号公報

しかしながら、モータの全長を長くすると、ロータのマグネットの全長も長くなるため、衝撃等でマグネットに損傷が生じやすくなる。また、マグネットを長くすると、ロータマグネットとステータとの間のエアギャップを十分に確保することが難しくなり、マグネットを薄くする必要が生じて、出力を向上させる効果を十分に享受できないという問題があった。

本発明の一つの態様は、高効率かつ高出力の薄型のギヤドモータの提供を目的の一つとする。

本発明の一つの態様のギヤドモータは、モータ本体、前記モータ本体に接続される伝達機構および前記伝達機構に接続され中心軸線周りに回転するピニオンギヤを有する複数のギヤドモータと、複数の前記ピニオンギヤと噛み合うメインギヤと、を備える。

本発明の一つの態様によれば、高効率かつ高出力の薄型のギヤドモータが提供される。

図１は、一実施形態の動装置の斜視図である。図２は、一実施形態の駆動装置の断面図である。図３は、一実施形態のフレームの斜視図である。図４は、一実施形態のフレームの斜視図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係るギヤドモータについて説明する。
なお、本発明の範囲は、以下の実施の形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。

図面においては、適宜３次元直交座標系としてＸＹＺ座標系を示す。以下の説明において特に断りのない限り、中心軸線Ｊに平行な方向（Ｚ軸方向）を単に「軸方向」と呼び、＋Ｚ側を単に「軸方向一方側」と呼び、−Ｚ側を単に「軸方向他方側」と呼ぶ。また、中心軸線Ｊ周りの周方向を単に「周方向」とよび、中心軸線Ｊに対する径方向を単に「径方向」と呼ぶ。さらに、本明細書の説明の簡易のために、Ｙ軸方向を単に上下方向と呼び、＋Ｙ軸方向を単に上側とよび、−Ｙ方向を単に下側と呼ぶ。なお、本明細書における上下方向は、説明の便宜のために設定する方向であって、駆動装置１の使用時の姿勢を限定するものではない。

図１は、駆動装置１の斜視図である。図２は、駆動装置１の断面図である。本実施形態の駆動装置１は、Ｙ軸方向に沿う寸法が抑制された薄型の電子機器に搭載される。

図１に示すように、駆動装置１は、複数（本実施形態では２つ）のギヤドモータ２と、ラックギヤ（メインギヤ）３と、フレーム１０と、を備える。ギヤドモータ２は、Ｚ軸方向に沿って延びる円柱状である。２つのギヤドモータ２は、Ｘ軸方向に隣り合って配置される。

図２に示すように、ギヤドモータ２は、モータ本体２０と、モータ本体２０に接続される遊星歯車機構（伝達機構）３０と、遊星歯車機構３０に接続されるピニオンギヤ２ａと、を有する。それぞれのギヤドモータ２において、モータ本体２０、遊星歯車機構３０およびピニオンギヤ２ａは、中心軸線Ｊ周りを回転する。２つのギヤドモータ２の中心軸線Ｊは、互いに平行に延びる。

モータ本体２０は、中心軸線Ｊに沿って延びる。モータ本体２０は、全体として中心軸線Ｊを中心とする円柱状である。本実施形態において、モータ本体２０は、ステッピングモータである。モータ本体２０は、中心軸線Ｊ周りに回転するロータ２１と、ロータ２１を中心軸線Ｊの径方向外側から囲むステータ２２と、を有する。ロータ２１は、中心軸線Ｊに沿って延びるモータシャフト２９を有する。モータ本体２０は、後述する遊星歯車機構３０の第１太陽ギヤ３３ａを回転させる。

遊星歯車機構３０は、モータシャフト２９に接続される。遊星歯車機構３０は、モータ本体２０から出力された動力を減速する。遊星歯車機構３０は、ギヤハウジング３５と、第１太陽ギヤ３３ａと、３つの第１遊星ギヤ３３ｂと、第１キャリア３１と、３つの第２遊星ギヤ３４ｂと、第２キャリア３２と、を有する。

ギヤハウジング３５は、フレーム１０に固定される。すなわち、遊星歯車機構３０は、ギヤハウジング３５においてフレーム１０に支持される。ギヤハウジング３５は、中心軸線Ｊを中心として軸方向に延びる内歯ギヤ３５ａと、内歯ギヤ３５ａの軸方向他方側の端部に位置する底部３５ｂと、を有する。内歯ギヤ３５ａは、第１遊星ギヤ３３ｂおよび第２遊星ギヤ３４ｂに噛み合う。また、底部３５ｂの中央には、第２軸受部３５ｄが固定される中央孔３５ｃが設けられる。本実施形態において、第２軸受部３５ｄとしては、滑り軸受が採用される。しかしながら、第２軸受部３５ｄとして、ボールベアリング等の他の軸受を採用してもよい。

第１太陽ギヤ３３ａは、モータシャフト２９に固定され、モータシャフト２９とともに中心軸線Ｊを中心として回転する。３つの第１遊星ギヤ３３ｂは、中心軸線Ｊの周方向に等間隔に配置される。３つの第１遊星ギヤ３３ｂは、第１太陽ギヤ３３ａに噛み合う。３つの第１遊星ギヤ３３ｂは、第１太陽ギヤ３３ａの回転に伴い、中心軸線Ｊの周方向に公転回転する。第１遊星ギヤ３３ｂの中央には、貫通孔３３ｂａが設けられる。

第１キャリア３１は、第１円盤部３１ｂと、３本の第１サブシャフト３１ａと、第２太陽ギヤ３１ｃと、を有する。第１円盤部３１ｂは、中心軸線Ｊを中心として径方向に延びる。３本の第１サブシャフト３１ａは、第１円盤部３１ｂから軸方向一方側に延びる。第２太陽ギヤ３１ｃは、中心軸線Ｊを中心として第１円盤部３１ｂから軸方向他方側に延びる。

３本の第１サブシャフト３１ａは、それぞれ第１遊星ギヤ３３ｂの貫通孔３３ｂａに挿入される。第１サブシャフト３１ａは、第１遊星ギヤ３３ｂを自転回転可能に支持する。第１キャリア３１は、３つの第１遊星ギヤ３３ｂの中心軸線Ｊを中心とする公転回転に伴い、中心軸線Ｊを中心として回転する。

第２太陽ギヤ３１ｃは、第１キャリア３１の一部であるため、第１遊星ギヤ３３ｂの公転回転に伴い、中心軸線Ｊを中心として回転する。

３つの第２遊星ギヤ３４ｂは、中心軸線Ｊの周方向に等間隔に配置される。３つの第２遊星ギヤ３４ｂは、第２太陽ギヤ３１ｃに噛み合う。３つの第２遊星ギヤ３４ｂは、第２太陽ギヤ３１ｃの回転に伴い、中心軸線Ｊの周方向に公転回転する。第２遊星ギヤ３４ｂの中央には、貫通孔３４ｂａが設けられる。

第２キャリア３２は、第２円盤部３２ｂと、３本の第２サブシャフト３２ａと、円柱部３２ｃと、を有する。第２円盤部３２ｂは、中心軸線Ｊを中心として径方向に延びる。３本の第２サブシャフト３２ａは、第２円盤部３２ｂから軸方向一方側に延びる。円柱部３２ｃは、中心軸線Ｊを中心として第２円盤部３２ｂから軸方向他方側に延びる。

３本の第２サブシャフト３２ａは、それぞれ第２遊星ギヤ３４ｂの貫通孔３４ｂａに挿入される。第２サブシャフト３２ａは、第２遊星ギヤ３４ｂを自転回転可能に支持する。第２キャリア３２は、３つの第２遊星ギヤ３４ｂの中心軸線Ｊを中心とする公転回転に伴い、中心軸線Ｊを中心として回転する。

円柱部３２ｃは、中心軸線Ｊを中心とする円柱状である。円柱部３２ｃは、ギヤハウジング３５の中央孔３５ｃを貫通する。また、円柱部３２ｃは、第２軸受部３５ｄによって回転可能に支持される。円柱部３２ｃの端面には、保持穴３２ｄが設けられる。保持穴３２ｄには、出力シャフト３２ｐが挿入される。

ピニオンギヤ２ａは、出力シャフト３２ｐに固定される。ピニオンギヤ２ａは、遊星歯車機構３０によって伝達されたモータ本体２０の動力で中心軸線Ｊ周りを回転する。図１に示すように、２つのギヤドモータ２は、それぞれピニオンギヤ２ａを有する。２つのピニオンギヤ２ａは、Ｘ軸方向に隣り合って配置される。

図１に示すように、ラックギヤ３は、中心軸線Ｊと直交する方向（本実施形態においてＸ軸方向）に沿って直線状に延びる。ラックギヤ３は、Ｙ軸方向を板厚方向とする板状である。ラックギヤ３は、Ｚ軸方向の両側から突出するレール部３ａが設けられる。レール部３ａは、ラックギヤ３の延在方向に沿って延びる。

ラックギヤ３は、一対の出力シャフト３２ｐおよびピニオンギヤ２ａの下側に位置する。ラックギヤ３には、２つのピニオンギヤ２ａが噛み合う。ラックギヤ３は、２つのギヤドモータ２から出力される動力が伝わることで、Ｘ軸方向に沿って移動する。

本実施形態の駆動装置１によれば、２つのギヤドモータ２によって１つの駆動対象であるラックギヤ３を駆動する。このため、駆動装置１は、ラックギヤ３を高主力で駆動することができる。加えて、ギヤドモータ２の回転を平行運動に変換することができる。

本実施形態の駆動装置１によれば、２つのギヤドモータ２は、Ｘ軸方向に沿って並んで配置される円柱状である。このため、駆動装置１のＹ軸方向の寸法を抑制することができ、駆動装置１をＹ軸方向に薄型の電子機器に搭載しやすくなる。すなわち、本実施形態によれば、２つのモータ本体２０を用いることで駆動装置１の出力を確保しつつ、Ｙ軸方向の寸法を抑制できる。また、ステータを軸方向に積層する場合と比較して、ロータマグネットを軸方向に沿って長くする必要がなく、衝撃等が加わった場合であっても、ロータマグネットの損傷を抑制できる。

なお、本実施形態の駆動装置１では、一対のギヤドモータ２のピニオンギヤ２ａが、１つのメインギヤ（ラックギヤ３）に噛み合いラックギヤを駆動させる場合について説明したが、この構成に限定されない。３以上のギヤドモータのピニオンギヤがラックギヤに噛み合って、さらに高出力の駆動装置１を実現してもよい。さらに、複数のギヤドモータのピニオンギヤが、メインギヤとしての他のピニオンギヤを回転させてもよい。加えて、複数のギヤドモータのピニオンギヤが他のピニオンギヤを介してラックギヤを駆動させてもよい。

図３および図４は、互いに異なる方向から見たフレーム１０の斜視図である。
フレーム１０は、複数（本実施形態では２つ）のハウジング部１１と、ギヤ支持部１２と、複数の固定部１５と、を有する。２つのハウジング部１１は、それぞれギヤドモータ２を支持する。ギヤ支持部１２は、ラックギヤ３を駆動可能に支持する。また、フレーム１０は、固定部１５において、駆動装置１が格納される電子機器の筐体（外部部材）内に固定される。

ハウジング部１１は、上側に開口する。ハウジング部１１は、開口内にギヤドモータ２を収容し、ギヤドモータ２に固定される。本実施形態において、２つのハウジング部１１は、Ｘ軸方向に並んで配置され、互いに繋がっている。

ハウジング部１１は、底板部１１ｐと、底板部１１ｐの軸方向一方側の端部に位置し底板部１１ｐの軸方向一方側の開口を覆う側板部１１ｑと、を有する。また、底板部１１ｐの軸方向他方側の開口には、ギヤ支持部１２の主壁部１２ａが配置される。底板部１１ｐは、ギヤドモータ２の下側に位置し、ギヤドモータ２の外周面に沿い上側に開口する断面円弧形である。底板部１１ｐは、一様な断面形状で軸方向に延びる。

ハウジング部１１は、ハウジング内周面１１ａとハウジング外周面１１ｂとを有する。ハウジング内周面は、底板部１１ｐの上側を向く面である。ハウジング内周面１１ａは、モータ本体２０の外周面と対向し接触する。また、ハウジング外周面１１ｂは、底板部１１ｐの下側を向く面である。

図４に示すように、ハウジング外周面１１ｂには、複数の放熱フィン１１ｆが設けられる。複数の放熱フィン１１ｆは、中心軸線Ｊに対し直交する板状であり軸方向に沿って並ぶ。放熱フィン１１ｆは、ハウジング外周面１１ｂに対し下側に突出する。また、放熱フィン１１ｆは、隣り合う２つのハウジング部１１のハウジング外周面１１ｂに設けられた放熱フィン１１ｆは、連なっている。また、放熱フィン１１ｆの形状は、肉抜き形状の一部としても機能する。一対のハウジング部１１同士の間であって放熱フィン１１ｆ同士の間には、肉抜き凹部１１ｇが設けられる。特に、フレーム１０をＭＩＭ（Metal Injection Molding、金属粉末射出成形）によって成形する場合、フレーム１０を軽量化するとともに、フレーム１０の成型精度を高めることができる。

本実施形態によれば、ハウジング部１１は、ハウジング内周面１１ａにおいてモータ本体２０の外周面に接触する。したがって、モータ本体２０が駆動によって発熱した場合に、モータ本体２０の熱をハウジング部１１に移動させることで、モータ本体２０を冷却することができる。

本実施形態によれば、ハウジング外周面１１ｂに放熱フィン１１ｆが設けられるため、モータ本体２０からハウジング部１１に移動した熱を外部に効率的に放出できる。これにより、ハウジング部１１を介してモータ本体２０を効率的に冷却することができ、モータ本体２０の駆動効率を高めることができる。

本実施形態によれば、２つのモータ本体２０をそれぞれ収容するハウジング部１１の放熱フィン１１ｆが互いに連なっている。このため、放熱フィン１１ｆは、フレーム１０の剛性を高めるリブとして機能し、フレーム１０の変形を抑制できる。これにより、フレーム１０に支持される一対のギヤドモータ２の相対的な位置関係を安定させることができる。結果的に、一対のギヤドモータ２によって駆動されるラックギヤ３の駆動効率を高めることができる。

図３に示すように、本実施形態において、ハウジング内周面１１ａは、底板部１１ｐにおいて上側を向く面である。ハウジング内周面１１ａには、凹部１１ｄが設けられる。凹部１１ｄは、ハウジング内周面１１ａにおいてギヤドモータ２の外周面の接触する部分に対し一様な深さで凹んでいる。凹部１１ｄは、上側から見て矩形状である。凹部１１ｄには、放熱グリスＧが収容される。すなわち、ハウジング内周面１１ａとモータ本体２０の外周面との間には、放熱グリスＧが充填される。

本実施形態によれば、放熱グリスＧがモータ本体２０の外周面とハウジング内周面１１ａとの間に介在することで、モータ本体２０の熱をハウジング部１１に効率的に伝えることができる。

本実施形態によれば、凹部１１ｄ内に放熱グリスＧが収容されるため、放熱グリスＧがモータ本体２０とハウジング内周面１１ａとの間から流出することが抑制される。さらに、放熱グリスＧの使用量の個体差を抑制することができる。これにより、放熱グリスＧによるモータ本体２０からハウジング部１１への熱の伝達を安定的に行わせることができ、モータ本体２０の冷却の信頼性を高めることができる。

本実施形態によれば、フレーム１０は、ギヤドモータ２およびラックギヤ３を支持する。すなわち、フレーム１０は、単一の部材において、ギヤドモータ２およびラックギヤ３を支持する。このため、駆動装置１は、ギヤドモータ２とラックギヤ３との相対的な位置精度を高めて、動力の伝達効率を高めることができる。

ギヤ支持部１２は、主壁部１２ａと、一対の側壁部１２ｂと、梁部１２ｃと、を有する。主壁部１２ａと一対の側壁部１２ｂおよび梁部１２ｃは、一対のピニオンギヤ２ａを四方から囲む枠状である。ギヤ支持部１２に囲まれた空間は、上下方向に開口する。なお、駆動装置１は、ギヤ支持部１２に装着され、ギヤ支持部１２の上側の開口を覆う蓋部を有していてもよい。

主壁部１２ａは、一対のピニオンギヤ２ａの＋Ｚ側に位置する。主壁部１２ａには、それぞれギヤドモータ２端部が挿入される一対の切欠１２ａａが設けられる。ギヤ支持部１２は、切欠１２ａａにおいてギヤドモータ２の端部を支持する。一対の側壁部１２ｂは、一対のピニオンギヤ２ａに対してそれぞれＸ軸方向両側に位置する。梁部１２ｃは、一対のピニオンギヤ２ａの−Ｚ側において、一対の側壁部１２ｂ同士を繋ぐ。

主壁部１２ａおよび梁部１２ｃは、側壁部１２ｂの下端部から下側に突出するガイド部１２ｇをそれぞれ有する。一対のガイド部１２ｇは、互いに向き合う方向に突出する棚部１２ｈをそれぞれ有する。棚部１２ｈは、一様な断面形状でＸ軸方向に沿って延びる。棚部１２ｈには、摺動部材１２ｋが装着される。棚部１２ｈは、摺動部材１２ｋを介し、ラックギヤ３のレール部３ａを下側から支持する。これにより、ギヤ支持部１２は、ラックギヤ３のＸ軸方向に沿う移動をガイドする。

固定部１５は、Ｘ−Ｚ平面に沿って延びる板状である。それぞれの固定部１５には、板厚方向に貫通する固定孔１５ｐが設けられる。固定孔１５ｐには、ギヤドモータ２を外部部材（図示略）に固定するための固定ネジが挿入される。

本実施形態によれば、フレーム１０は、外部部材に固定するための固定部１５を有する。すなわち、フレーム１０は、単一の部材において、ラックギヤ３を支持するとともに外部部材に固定される。したがって、駆動装置１は、外部部材に対するラックギヤ３の位置精度を高めることができ、外部装置にラックギヤ３の動力を効率的に伝えることができる。

以上に、本発明の実施形態および変形例を説明したが、実施形態における各構成およびそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはない。

１…駆動装置、２…ギヤドモータ、２ａ…ピニオンギヤ、３…ラックギヤ、３…ラックギヤ（メインギヤ）、１０…フレーム、１１…ハウジング部、１１ａ…ハウジング内周面、１１ｂ…ハウジング外周面、１１ｄ…凹部、１１ｆ…放熱フィン、１２…ギヤ支持部、２０…モータ本体、３０…遊星歯車機構、３０…遊星歯車機構（伝達機構）、Ｇ…放熱グリス、Ｊ…中心軸線

Claims

モータ本体、前記モータ本体に接続される伝達機構および前記伝達機構に接続され中心軸線周りに回転するピニオンギヤを有する複数のギヤドモータと、
複数の前記ピニオンギヤと噛み合うメインギヤと、を備える、
駆動装置。
フレームをさらに備え、
前記フレームは、
前記ギヤドモータを保持するハウジング部と、
前記メインギヤを駆動可能に支持するギヤ支持部と、を有する、
請求項１に記載の駆動装置。
前記ハウジング部は、
前記モータ本体の外周面に対向し接触するハウジング内周面と、
放熱フィンが設けられるハウジング外周面と、を有する、
請求項２に記載の駆動装置。
前記ハウジング内周面と前記モータ本体の外周面との間には、放熱グリスが充填される、
請求項３に記載の駆動装置。
前記ハウジング内周面には、前記放熱グリスを収容する凹部が設けられる、
請求項４に記載の駆動装置。
前記メインギヤは、前記中心軸線と直交する方向に沿って直線状に延びるラックギヤである、
請求項１〜５の何れか一項に記載の駆動装置。
前記伝達機構は、遊星歯車機構であり、
それぞれの前記ギヤドモータにおいて、前記モータ本体および前記遊星歯車機構は、前記中心軸線周りを回転し、
複数の前記ギヤドモータの前記中心軸線同士は、互いに平行である、
請求項１〜６の何れか一項に記載の駆動装置。