JP4138343B2 - 減速体付き回転電機及びこの回転電機を用いた駆動装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転電機の回転を減速して出力する減速体付き回転電機と、この回転電機を利用した駆動装置、特に、電子カメラを利用した監視カメラ装置等に適した駆動装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
監視カメラ装置は、電子カメラ(ＴＶカメラ)と、この電子カメラを水平方向回転(パン)、垂直方向回転(チルト)に回転駆動する駆動装置とを備えている。
駆動装置は、それぞれの方向の回転に利用される２つの駆動モータ(回転電機)と駆動モータの回転を伝達する伝達機構とを備える。
また、電子カメラの方向が風力や人力等の外部から作用する力により変化しないように保持するブレーキ効果も持つ必要がある。
ブレーキ効果を得るためには、減速比の大きな減速機構が必要であるため、従来の監視カメラ装置の駆動装置は、各方向の回転軸に大きな径のギヤやタイミングプーリーを取り付け、回転軸から偏心した位置に各駆動モータを配置し、その出力をギヤやタイミングベルトにより伝達していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の駆動装置では、各駆動モータが大きな径のギヤやタイミングプーリの横に取り付けられるため、駆動機構の占有スペースが大きく、駆動装置の小型化が困難である。
一方、小型化のため、可動部を直接モータの回転軸に取り付けるダイレクトドライブ方式も試みられたが、この方式ではブレーキ効果が無いために外力により電子カメラの方向が変化したり、トルクが弱いために急速な起動・停止ができないといった問題点があった。
【０００４】
本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、特に監視カメラ装置に適用した場合に、駆動機構の占有スペースを小さくして装置全体を小型化することができ、かつ、ブレーキ効果を持ちトルクが強い回転電機、及びこの回転電機を利用した駆動装置の提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る減速体付き回転電機は、上記の目的を達成させるため、回転子軸を含む内部を中空にしてその出力を減速して取り出すようにしたインナーロータ型又はアウターロータ型回転電機において、前記回転電機に対して軸方向の一方側に配置され、前記回転子軸の出力を減速し、前記回転子軸と同軸で中空の出力軸により出力する中空の減速体を有することを特徴とする。また、前記回転子軸を含む中空穴内に、固定フレームに前記減速体の反対側で接続された中空円筒状のスリップリング支持体を前記減速体に同心に設け、該スリップリング支持体の内側に、前記出力軸に結合された中空円筒状のスリップリング軸を回転自在に設け、前記スリップリング支持体と前記スリップリング軸との一方にスリップリングを設けると共に、他方に該スリップリング上を摺動するブラシを設け、前記スリップリングとブラシ間の導通により、前記出力軸と一体に回転する回路と前記固定フレーム側の回路とを電気的に接続したことを特徴とする。
【０００６】
上記の構成によれば、同軸タイプの減速体を用いることにより、駆動機構の占有スペースを小さくすることができる。また、回転電機、減速体がいずれも中空構造であるため、この部分にスリップリングとブラシとを設けて固定側の回路と回転側の回路とを電気的に接続することもできる。さらに、出力軸の回転を制限する必要がなくなり、かつ、スリップリング軸を軸受を介して支持体に対して回転自在に設けることにより、スリップリング軸と出力軸とが結合して構成される出力軸部を軸方向に離れた複数箇所で回転自在に保持し、出力軸の回転を安定させることができる。また、前記スリップリングはそのスリップリング軸内にリード線を通して片側のスリップリングの軸受の内部を通し、一方の入、出力端子とし又前記スリップリング支持体からリード線を引き出して他方の入、出力端子として接続することができる。
【０００７】
減速体としては、調和型減速体、遊星歯車減速体、複数の二段歯車を用いた減速体等を用いることができる。
調和型減速体の場合、一段減速で３０〜５０の減速比を得ることができるため、回転電機への通電を遮断しても十分なブレーキ効果が得られ、外力が加えられた場合にも停止位置を保つことができる。
また、回転電機の回転子軸にかかるトルクは、減速比の自乗に反比例するため、減速比が大きいと、負荷が大きい場合にも、急速な起動・停止が可能となる。遊星歯車減速体を用いた場合、やはり一段減速で減速比は１０程度であるが、調和型減速体を利用するより軸方向の厚さを抑えることができる。
【０００８】
本発明の他の態様に係る減速体付き回転電機は、上記と同様の回転電機と減速体とを有し、減速体が、回転子軸側に連動しアウターナルギヤが形成された駆動側ギヤと、このアウターナルギヤに噛合するインターナルギヤが形成され、駆動側ギヤの回転を出力軸側に伝達する従動側ギヤとを備え、駆動側ギヤと従動側ギヤとの少なくともいずれか一方が、樹脂製であることを特徴とする。
【０００９】
上記のように減速体の一方のギヤを樹脂製にすることにより、金属製のギヤを利用する場合と比較して安価、軽量となり、回転電機のコストを低減し、軽量化することができる。
また、調和型減速体、あるいは遊星歯車減速体を利用する場合には、駆動側ギヤと従動側ギヤとが常時複数の位置で噛み合うことになるため、１箇所の噛み合いによる場合よりもバックラッシュを低減することができ、かつ、伝達トルクが分散されるために１つの歯にかかるトルクが小さくなり、強度の低い樹脂製のギヤを用いても強度上の問題が生じない。
特に、減速体として調和型減速体を用いる場合には、弾性体で構成されて回転時に変形するウェーブギヤを樹脂製にすると、その変形によりバックラッシュを吸収させることができ、高精度の位置決めが可能となる。
【００１０】
また、固定フレーム側と出力軸側との一方にスリップリングを設けると共に、他方にこのスリップリング上を摺動するブラシを設け、スリップリングとブラシ間の導通により、出力軸と一体に回転する回路と固定フレーム側の回路とを電気的に接続することができる。
スリップリングを利用することにより、出力軸と一体に回転する回路に対する電気的な配線が出力軸の回転によってねじれることがなく、出力軸の回転を制限する必要がなくなる。
【００１３】
上記の本発明の減速体付き回転電機は、多関節ロボットアームの各関節駆動用のモータとして利用することができる。この場合、スリップリングとブラシとの組み合わせを用いることにより、固定側から末端側の関節駆動用のモータへの給電のためのリード線のねじれを生じさせず、各関節の回転の自由度を確保することができる。
【００１４】
一方、本発明に係る駆動装置は、固定部に設けられた第１の回転電機により固定部に対して第１の可動部を第１の回転軸回りに回転駆動し、第１の可動部に設けられた第２の回転電機により第１の可動部に対して第２の可動部を第１の回転軸に対して垂直な第２の回転軸回りに回転駆動させる２軸の自由度を持つ駆動装置において、第１、第２の回転電機の少なくとも一方が、上記のいずれかの減速体付き回転電機であり、この回転電機が、出力軸を対応する回転軸と同軸にして取り付けられていることを特徴とする。
【００１５】
上記の構成によれば、第１、第２の回転電機の一方、若しくは両方を上述した本発明の減速体付き回転電機とすることにより、従来よりも装置の小型、軽量化が可能となり、かつ、少なくともいずれかの可動部については、大きな減速比により外力が加えられた場合にも停止位置を保つことができる。
【００１６】
上記の駆動装置は、監視カメラ装置内で電子カメラの撮影方向を変化させるために用いることができる他、アンテナや照明装置、マイクロフォンの方位を３次元で変化させるための駆動装置として利用することもできる。
【００１７】
また、第１の回転電機を上述した本発明の減速体付き回転電機とした場合、この回転電機の固定フレーム側と出力軸側との一方にスリップリングを設けると共に、他方に該スリップリング上を摺動するブラシを設け、スリップリングとブラシ間の導通により、固定部側の電源回路と第２の回転電機とを電気的に接続することができる。
これにより、第２の回転電機、あるいは第２の可動部に搭載される回路に対する配線のねじれを防ぐことができ、第１の可動部の回転を制限する必要がなくなる。
【００１８】
第２の回転電機としては、固定子コイルがスター結線又はデルタ結線された３相永久磁石式の３端子給電のステッピングモータを用いることが望ましい。
このように、第２の回転電機に対してスリップリングとブラシとを用いて電源を供給する場合、必要な端子は少ない方がスリップリングの数を減らすことができて望ましい。
直流モータを利用すれば、２端子で足りるが、ノイズが大きく、寿命が短く、しかも正確な位置、速度制御が難しいため、ステッピングモータを利用するのが望ましい。ここで２相永久磁石式のステッピングモータを用いると、少なくとも４端子が必要となる。
これに対し、上記のようなスター結線又はデルタ結線の３相永久磁石式を用いると、３端子で駆動することができる。しかも、３相式とすることで、２相式の場合より振動や騒音を低減させ、高精度での制御が可能となる。
【００１９】
監視カメラ装置として利用する場合には、第２の可動部に電子カメラを固定し、第１の回転軸を水平軸、第２の回転軸を垂直軸とする。
この場合、第１、第２の回転電機をいずれも上述した本発明の減速体付き回転電機とし、これらの第１、第２の回転電機のそれぞれについて、固定フレーム側と出力軸側との一方にスリップリングを設けると共に、他方に該スリップリング上を摺動するブラシを設けることにより、第１の回転電機のスリップリングとブラシ間の導通、及び第２の回転電機のスリップリングとブラシの導通により、固定部側のカメラ制御回路と電子カメラとを電気的に接続することができる。このように構成すると、電子カメラに対する配線のねじれを防ぐことができ、第１、第２の可動部の回転を制限する必要がなくなる。
【００２０】
さらに、電子カメラが捉えている被写体の移動速度を水平方向成分と垂直方向成分とに分離し、その速度成分に比例した速度で第１、第２の回転電機をそれぞれ駆動することにより被写体を追従するようにしたり、電子カメラが捉えている被写体の遠近方向の移動速度、あるいは被写体の位置情報を求め、求めた情報により電子カメラのフォーカス機能、ズーム機能を制御することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る減速体付き回転電機の実施の形態を５例、これを用いた駆動装置の実施の形態を１例、図面に基づいて説明する。
【００２２】
第１の実施の形態：
図１は、第１の実施の形態にかかる減速体付き回転電機を示し、(Ａ)が回転軸に平行な断面図、(Ｂ)が減速体部分を示す回転軸に垂直な断面図である。第１の実施の形態にかかる減速体付き回転電機は、中空の回転子軸７を備える回転子５、及び、この回転子５の外側に位置して出力側ブラケット２、後側ブラケット３により固定された固定子１から成る内転型のモータ(回転電機)１５と、モータ１５に対して軸方向の一方側に配置され、回転子軸７の出力を減速し、回転子軸７と同軸で中空の出力軸８により出力する中空の減速体１６とを有する。
【００２３】
モータ１５は、例えば永久磁石式のステッピングモータで構成され、固定子１には複数の磁極（例えば、６極）が形成されてそれぞれにコイル４が巻回され、各磁極の内周側には極歯１ａが形成されている。
回転子５は、その外周部に設けられる永久磁石５ａを含み、回転子軸７は左右の２箇所に配置された軸受６を介して出力側ブラケット２、後側ブラケット３により回転自在に支持されている。これらの出力側ブラケット２、後側ブラケット３と、減速体１６を覆う減速体カバー２０とが固定フレームを構成している。
【００２４】
出力軸８は、回転子軸７の中空穴内を貫通する小径筒状部８ａと、この小径筒状部８ａの一方側に形成されたフランジ及びこのフランジの外周に形成された大径の円筒部から構成される出力ギヤ８ｂとを有する一体構造品である。
出力軸８は、一方側において出力軸受１７を介して減速体カバー２０により回転自在に支持されると共に、回転子軸７の中空穴内を貫通し、モータ１５に対して減速体１６が設けられた側とは反対側においても出力軸受１７ａを介して後側ブラケット３により回転自在に支持されている。
【００２５】
減速体１６は、回転子軸７の一端に形成された直径方向に延びるアーム７ａの先端に回転自在に取り付けられた一対の内転ローラー１０と、アウターナルギヤ９ａが形成されたリング状の弾性体であるウェーブギヤ９と、このウェーブギヤ９の外周に配置され、内周に内転ローラー１０の位置でウェーブギヤ９に噛み合うインターナルギヤ８ｃが形成された出力ギヤ８ｂとを含む調和型減速体である。出力ギヤ８ｂは、上記のように出力軸８の一部として一体に形成されている。
【００２６】
モータ１５を駆動して回転子軸７が回転すると、アーム７ａに取り付けられた内転ローラー１０がウェーブギヤ９の内側を摺動して自転しつつ公転する。
ウェーブギヤ９は、弾性体により形成されるため、内転ローラー１０が内側を摺動することにより楕円の長軸方向を回転させるように変形する。ウェーブギヤ９は、ピン状のストッパーＰにより出力側ブラケット２に固定され、回転が阻止されている。ウェーブギヤ９に形成されたアウターナルギヤ９ａの歯数は出力ギヤ８ｂに形成されたインターナルギヤ８ｃの歯数より僅かに少なく、これによりウェーブギヤ９を変形させ、かつ、その回転を阻止することにより、反作用で出力ギヤ８ｂが回転する。
なお、ストッパＰは出力ギヤ８ｂと出力側ブラケット２間に亙って設けるようにしてもよいし、ピン状に代え、係合用の突起と嵌合用の凹部の組み合わせとしてもよい。
ウェーブギヤ９に形成されたアウターナルギヤ９ａの歯数をｎ、出力ギヤ８ｂに形成されたインターナルギヤ８ｃの歯数をｎ＋２とすると、減速比はｎ／２となり、例えばｎ＝１００の場合には減速比は５０となり、大きな減速比を得ることができる。なお、上記の例とは逆に、インターナルギヤを固定し、ウェーブギヤから出力を得ることもできる。この場合の減速比も上記と同様である。
【００２７】
図１の構成によれば、出力軸８を軸方向に離れた複数箇所で出力軸受１７、１７ａを介して支持しているために回転が安定し、片持ちの構造と比較して、簡単な構造のボールベアリング等の軸受を用いた場合にも回転時の振動を抑えることができる。
片持ちの場合には、ボールベアリングを用いると振動が大きくなるため、スラスト方向、ラジアル方向の遊びがないクロスローラーベアリングを用いる必要があるが、クロスローラーベアリングは構造が複雑でサイズが大きく、しかも高価である。
出力軸８を両端で支持することにより、小型で安価なボールベアリングを採用することができ、回転電機の小型化、コストダウンを図ることができる。
【００２８】
また、出力軸８の小径筒状部８ａが装置全体を貫通しているため、この内部にリード線等を通すことができる。
回転子軸７は高速で回転するために接触するとリード線等の劣化を招く可能性があるが、出力軸８の回転は低速であるため、短時間であればリード線等が接触したとしても問題はない。
【００２９】
さらに、調和型減速体を用いているため、大きな減速比を得ることができ、モータ１５への通電を遮断しても十分なブレーキ効果が得られ、外力が加えられた場合にも停止位置を保つことができる。
また、モータ１５の回転子軸７にかかるトルクを軽減することができ、負荷が大きい場合にも、急速な起動・停止が可能となる。
【００３０】
第２の実施の形態：
図２は、第２の実施の形態にかかる減速体付き回転電機を示す回転軸に平行な断面図である。第２の実施の形態にかかる減速体付き回転電機は、概略の構成は図１に示す第１の実施の形態と同一であり、回転子５及び固定子１から成る内転型のモータ１５と、モータ１５に対して軸方向の一方側に配置された中空の調和型の減速体１６とを有する。
図２において、第１の実施の形態におけるものと同一及び等価な部材には、図１と同一の符号を付している。
【００３１】
第１の実施の形態と異なるのは、出力軸８が一方側に配置された出力軸受１７のみを介して減速体カバー２０により回転自在に支持されている点と、ウェーブギヤ９が樹脂により形成されている点とである。
ウェーブギヤ９は、回転子軸７側に連動しアウターナルギヤ９ａが形成された駆動側ギヤであり、出力ギヤ８ｂは、このアウターナルギヤ９ａに噛合するインターナルギヤ８ｃが形成され、駆動側ギヤの回転を出力軸８側に伝達する従動側ギヤである。これらのウェーブギヤ９(駆動側ギヤ)と出力ギヤ８ｂ(従動側ギヤ)との少なくともいずれか一方、この例ではウェーブギヤ９が樹脂製である。
【００３２】
上記のように減速体１６の一方のギヤを樹脂製にすることにより、金属製のギヤを利用する場合と比較して安価、軽量となり、回転電機のコストを低減し、軽量化することができる。
また、樹脂製のウェーブギヤ９を用いることにより、回転時に樹脂の変形によりバックラッシュを吸収させることができ、高精度の位置決めが可能となる。さらに、調和型の減速体１６を利用しているため、ウェーブギヤ９と出力ギヤ８ｂとが常時２箇所で噛み合うことになるため、１箇所の噛み合いによるより伝達トルクが分散され、１つの歯にかかるトルクが小さくなり、強度の低い樹脂製のギヤを用いても強度上の問題が生じない。特に、後述する監視カメラ装置に適用する場合には、回転は断続的であるため、さほど大きな強度は要求されず、金属製のギヤを用いたのではオーバースペックとなる。
【００３３】
第３の実施の形態：
図３は、第３の実施の形態にかかる減速体付き回転電機を示す回転軸に平行な断面図である。第３の実施の形態にかかる減速体付き回転電機は、概略の構成は図２に示す第２の実施の形態と同一であり、回転子５及び固定子１から成る内転型のモータ１５と、モータ１５に対して軸方向の一方側に配置された中空の調和型の減速体１６とを有する。
図３において、第２の実施の形態におけるものと同一及び等価な部材には、図２と同一の符号を付している。
【００３４】
第２の実施形態との違いは以下の構造である。すなわち、回転子軸７の中空穴内に、固定フレームである後側ブラケット３に接続された中空円筒状のスリップリング支持体１２が設けられ、このスリップリング支持体１２の内側に、出力軸８に結合された中空円筒状のスリップリング軸２１が設けられている。スリップリング支持体１２の一端側には、リング状のカバー１８が内周に嵌合しており、このカバー１８内周にさらに出力軸受１７ｂが嵌合している。スリップリング支持体１２の他端側は、上記のカバー１８と同一形状の突起が内周に向けて形成されており、ねじ１９を後側ブラケット３を通して突起に係合させることにより、スリップリング支持体１２を後側ブラケット３に対して固定している。また、この突起の内周には出力軸受１７ｂが嵌合している。
【００３５】
スリップリング軸２１は、左右の２箇所に設けられた出力軸受１７ｂを介してスリップリング支持体１２に対して回転自在に設けられている。
この構造により、スリップリング軸２１と出力軸８とが結合して構成される出力軸部を軸方向に離れて配置される出力軸受１７、１７ｂ、１７ｂの３箇所で回転自在に保持し、出力軸８の回転を安定させることができる。
【００３６】
また、スリップリング支持体１２の内周壁には、薄い金属板等の導電体から成るスリップリング１４が円周方向に沿って設けられており、スリップリング軸２１には、スリップリング１４上を摺動するブラシ１３がスリップリング軸２１から外周側に突出して設けられている。スリップリング１４は、スリップリング支持体１２とスリップリング軸２１との間から引き出されたリード線１４ａにより固定フレーム側の回路に接続され、ブラシ１３は、スリップリング軸２１内を通されたリード線１３ａにより出力軸８と一体に回転する回路に接続される。
【００３７】
上記の構成によれば、スリップリング１４とブラシ１３間の導通により、出力軸８と一体に回転する回路と固定フレーム側の回路とを電気的に接続することができ、しかも、このような接続によればリード線のねじれが生じないため、出力軸８の回転を制限する必要がなくなり、電気的な接続を保ったまま、出力軸８を自由に回転させることができる。
【００３８】
第４の実施の形態：
図４は、第４の実施の形態にかかる減速体付き回転電機を示し、(Ａ)は回転軸に平行な断面図、(Ｂ)はギヤの噛み合いを示す説明図である。
第４の実施の形態にかかる減速体付き回転電機は、中空の回転子軸２７を備える回転子２５及びこの回転子２５の外側に位置して出力側ブラケット２２、後側ブラケット２３、ケーシング３５により固定された固定子３７から成る内転型のモータ(回転電機)４０と、モータ４０に対して軸方向の一方側に配置され、回転子軸２７の出力を減速し、回転子軸２７と同軸で中空の出力軸４２により出力する中空の減速体４１とを有する。
【００３９】
モータ４０は、例えば永久磁石式のステッピングモータで構成され、固定子３７には複数の磁極が形成されてそれぞれにコイル２４が巻回され、各磁極の内周側には極歯３７ａが形成されている。回転子２５は、その外周部に永久磁石２５ａを含み、回転子軸２７は左右の２箇所に配置された軸受２６ａを介して出力側ブラケット２２、後側ブラケット２３により回転自在に支持されている。これらの出力側ブラケット２２、後側ブラケット２３、ケーシング３５と、減速体４１を覆うギヤカバー３１とが固定フレームを構成している。なお、４７は減速体４１とモータ４０間を連結するための固定用のねじである。
【００４０】
減速体４１は、回転子軸２７にブッシュ３２を介して固定されたアウターナルギヤを備える中空のピニオン３０と、このピニオン３０と同軸で間隔をおいて対向するインターナルギヤが形成され出力側ブラケット２２に固定された固定ギヤ２８と、ピニオン３０と固定ギヤ２８との双方に噛み合ってピニオン３０の回転と共に自転しつつ公転する３つの遊星ギヤ２９と、これらの遊星ギヤ２９の回転軸３３を回転自在に支持して遊星ギヤの公転と共にピニオン３０と同軸で回転する回転プレート４２ａとを備え、この回転プレート４２ａが出力軸４２の一部として形成されている。
【００４１】
出力軸４２は、軸受２６を介してギヤカバー３１に回転自在に支持されている。また、回転子軸２７の中空穴内には、後側ブラケット２３に固定されたスリップリング内蔵の円筒状のスリップリング支持体３６が配置されている。
このスリップリング支持体３６は、図４では詳細を省略しているが、図３に示すスリップリング支持体１２と同様の構造であり、その内部にスリップリングが内蔵されると共にスリップリング軸３６ａを回転自在に支持している。スリップリング軸３６ａは、出力軸４２の中空穴に嵌合しており、出力軸４２と一体に回転する。
【００４２】
モータ４０を駆動して回転子軸２７が回転すると、回転子軸２７と一体に固定されたブッシュ３２と、このブッシュ３２に固定されたピニオン３０とが同時に回転する。このピニオン３０の回転により遊星ギヤ２９が回転するが、遊星ギヤ２９は外周で固定ギヤ２８に噛み合っているため、図４(Ｂ)に矢印で示すように、ピニオン３０が反時計回りに回転すると、遊星ギヤ２９は時計回りに自転しつつ反時計回りに公転する。
この遊星ギヤ２９の公転により、遊星ギヤ２９を支持している回転プレート４２ａが反時計回りに回転し、これが出力軸４２の回転となる。
なお、図４の構成において、回転プレート４２ａを固定し、インターナルギヤを有する外側の部材から出力を取り出すようにしてもよい。
【００４３】
図４の構成によれば、遊星歯車減速体を用いることにより、一段減速でギヤ部分の厚さを調和型減速体より抑えることができ、かつ、回転子軸と同軸で出力軸を回転させることができるため、これを用いる駆動装置の小型化を図ることができる。
また、遊星歯車減速体を用いているため、減速比は調和型減速体より小さいとはいえ、十分な減速比を得ることができ、モータ４０への通電を遮断しても十分なブレーキ効果が得られ、外力が加えられた場合にも停止位置を保つことができる。さらに、モータ４０の回転子軸２７にかかるトルクを軽減することができ、負荷が大きい場合にも、急速な起動・停止が可能となる。
なお、図４の示す第４の実施の形態の構成では、回転子軸２７の中空部分の内径を出力軸４２の内径よりも大となるように形成しているため、減速体の減速比を大とできる特徴があるので、これを請求項８に記載した。
この構成は、図４に示すように減速体が遊星歯車減速体の場合には、特に、有効であり、一段ギヤの減速体でも減速比を大とできるという技術的意義を有している。
即ち、本実施の形態のものでは、図４に示すように、図示のスリップリングの構成とも関連して、回転子軸２７の中空部分の内径を出力軸４２の内径よりも大となるように形成すると、自ずから、減速体４１を構成するピニオン３０の径は遊星ギヤ２９の径よりも大幅に小さくなるので、減速比は大きくなり、一段ギヤであっても十分の減速比が得られる。
なお、この請求項８に記載の構成は、図４に示す第４の実施の形態のほか、図３に示す第３の実施の形態、及び次に述べる図５に示す第５の実施の形態の場合も、減速体と結合されるスリップリングの構成との関連で、第４の実施の形態の場合と同様に、減速体の減速比を大とできる機能を発揮できる。
【００４４】
第５の実施の形態：
図５は、第５の実施の形態にかかる減速体付き回転電機を示し、(Ａ)は回転軸に平行な断面図、(Ｂ)はギヤの噛み合いを示す説明図である。第５の実施の形態にかかる減速体付き回転電機は、第４の実施形態と同様に構成されたモータ４０と、モータ４０に対して軸方向の一方側に配置され、回転子軸２７の出力を減速し、回転子軸２７と同軸で中空の出力軸５６により出力する中空の二段ギヤを用いた減速体４３とを有する。
図５において、第４の実施の形態におけるものと同一及び等価な部材には、図４と同一の符号を付している。
【００４５】
減速体４３は、回転子軸２７に固定されたアウターナルギヤを備える中空のピニオン５０と、このピニオン５０より大径で同軸で出力軸５６に固定された中空の出力ギヤ５５と、ピニオン５０に噛み合う大径ギヤ５１及び出力ギヤ５５に噛み合う小径ギヤ５２を有して固定フレームに回転自在に取り付けられた複数の二段ギヤ４５とを備える。
【００４６】
二段ギヤ４５の回転軸５３は、軸受５４を介して出力側ブラケット２２とギヤカバー３１とに回転自在に支持されている。
また、出力軸５６及び出力ギヤ５５は、１個の軸受２６を介してギヤカバー３１に回転自在に支持されている。
さらに、出力軸５６の中空穴内には、スリップリングが内蔵された円筒状のスリップリング支持体３６が格納されている。このスリップリング支持体３６は、図５では詳細を省略しているが、図３に示すスリップリング支持体１２と同様の構造であり、その内部にスリップリング軸３６ａを回転自在に支持している。ただし、図５の例では、スリップリング支持体３６が出力軸５６と一体に回転し、スリップリング軸３６ａが後側ブラケット２３により固定されている。
【００４７】
モータ４０を駆動して回転子軸２７が回転すると、回転子軸２７と一体に固定されたピニオン５０が同時に回転する。このピニオン５０の回転により二段ギヤ４５の大径ギヤ５１が回転し、これに固定された小径ギヤ５２が回転して出力ギヤ５５を回転させる。図５(Ｂ)に矢印で示すように、ピニオン５０が反時計回りに回転すると、二段ギヤ４５は時計回りに回転し、これにより出力ギヤ５５が反時計回りに回転し、これが出力軸５６の回転となる。
なお、図５の構成において、ピニオン５０を小径ギヤ５１の外周を囲む円周より大きなギヤとしてインターナルギヤを形成し、噛み合わせてもよい。
【００４８】
図５の構成によれば、二段ギヤの減速体を用いることにより、二段減速で減速比を遊星歯車減速体より大きくとることができ、モータ４０への通電を遮断しても十分なブレーキ効果が得られ、外力が加えられた場合にも停止位置を保つことができる。
また、ギヤ部分の厚さは遊星歯車減速体よりは大きくなるが、調和型減速体より抑えることができ、かつ、回転子軸と同軸で出力軸を回転させることができるため、これを用いる駆動装置の小型化を図ることができる。
なお、図５に示すように、中空穴を有する出力ギヤ５５を、１個の軸受２６で支持し、出力ギヤ５５の歯部を３個以上の小径のギヤ５２で噛み合い支持するようにした二段ギヤを備えた減速体４３を構成するようにすると、所定間隔（３個のギヤの場合は１２０°間隔）で出力ギヤ５５が安定に支持されるから、出力軸は回転振れを生じない。
【００４９】
第６の実施の形態：
図６は、第６の実施の形態にかかる監視カメラ装置の一部を切り欠いて示す斜視図である。第６の実施の形態にかかる監視カメラ装置は、上記の第３の実施の形態の減速体付き回転電機を利用した駆動装置に電子カメラを搭載して構成されている。
図６に示すように、監視カメラ装置１０１は、既知のドーム状カメラエンクロージャー１０３の透明、あるいは半透明のドーム１０３Ａ内に配置される。
【００５０】
駆動装置は、第１、第２の回転電機(モータ)１０２、１１０を備える。固定部である基板１０４に設けられた第１の回転電機１０２は、基板１０４に対して第１の可動部であるカメラ保持ブラケット１０７を第１の回転軸(水平軸Ｈ)回りに回転駆動する。
カメラ保持ブラケット１０７に設けられた第２の回転電機１１０は、カメラ保持ブラケット１０７に対して第２の可動部である電子カメラ１１２を水平軸Ｈに対して垂直な第２の回転軸(垂直軸Ｖ)回りに回転駆動させる。
このような２軸の自由度を持つ駆動装置である。なお、垂直軸Ｖと水平軸Ｈと電子カメラ１１２の光軸（レンズ軸）Ｌとは、互いに１点で交差するよう構成される。第１、第２の回転電機１０２、１１０は、いずれも上記の第３の実施の形態に開示されるスリップリング付の減速体付き回転電機であり、この回転電機が、出力軸を対応する回転軸(水平軸Ｈあるいは垂直軸Ｖ)と同軸となるよう取り付けられている。
【００５１】
カメラ保持ブラケット１０７は、第１の回転電機１０２の減速体を介した出力軸１１４に固定され、第１の回転電機１０２の回転により電子カメラ１１２の撮影方向を水平方向に変化させることができる(パンニング)。
また、電子カメラ１１２は、第２の回転電機１１０の減速体を介した出力軸１０９に固定され、これと反対側では垂直軸Ｖに沿って延びる周知の回転ジョイント１１５を介してカメラ保持ブラケット１０７に回動可能に支持されている。
第２の回転電機１１０を回転させると、電子カメラ１１２の撮影方向を垂直方向に変化させることができる(チルティング)。
【００５２】
第１の回転電機１０２は、その中空の出力軸１１４内にスリップリング軸１０６を備えている。同様に、第２の回転電機１１０は、その中空の出力軸１０９内にスリップリング軸１１６を備えている。
スリップリング軸は、図３において説明したように、スリップリングとブラシとの接触により、固定部側の回路と、出力軸と一体に回転する回路との間を電気的に接続する。
【００５３】
図６の構成では、第１の回転電機１０２を駆動するためのリード線１１３が、基板に形成された穴１１３Ａを通して第１の回転電機１０２に接続されている。また、基板１０４に形成された穴から電子カメラ１１２に電力と制御信号とを送るリード線、カメラから映像信号を受けるリード線、第２の回転電機１１０を駆動する電力供給用のリード線を含むリード線群１０５が、第１の回転電機１０２のスリップリング軸１０６内に導入され、スリップリングに接触するブラシに接続されたリード線群１０８が出力軸１１４から取り出されている。
このうち、第２の回転電機１１０を駆動するためのリード線は第２の回転電機１１０に接続されている。カメラ関係のリード線群は、第２の回転電機１１０のスリップリング軸１１６内に導入され、スリップリングに接触するブラシに接続されたリード線群１１１が出力軸１０９から取り出されて電子カメラ１１２に接続されている。
【００５４】
上述した図６の構成によれば、第１、第２の回転電機１０２、１１０を第３の実施の形態の減速体付き回転電機とすることにより、大径のギヤやプーリーを用いなくとも減速した出力を得ることができ、かつ、回転電機を水平軸、垂直軸と同軸に取り付けることができるため、従来よりも装置の小型、軽量化が可能となる。
また、従来のダイレクトドライブ方式とは異なり、減速体を介しているため、各減速体付き回転電機がブレーキ効果を持ち、垂直方向、水平方向いずれの外力が加えられた場合にも、停止位置を保つことができる。
【００５５】
さらに、上記のようにスリップリングとブラシとを用いて電気的な接続を行うことにより、カメラ保持ブラケット１０７の水平方向の回転、あるいは電子カメラの垂直方向の回転によってリード線がねじれることがなく、各可動部の回転を制限する必要がなくなる。
【００５６】
なお、第１、第２の回転電機１０２、１１０としては、固定子コイルがスター結線又はデルタ結線された３相永久磁石式の３端子給電のステッピングモータが用いられている。監視カメラ装置のモータとしては、一般に正確な制御が可能なステッピングモータが用いられる。
ただし、２相式のステッピングモータでは、第３次高調波が発生するために振動や騒音が大きく、かつ、４端子が必要で駆動回路には８トランジスタが必要となる。また、低速域で乱調帯があり、連続的な変速には適さないという問題がある。
そこで、３相式のステッピングモータを用いている。３相式では、第３次高調波が常にキャンセルされるため、低騒音、低振動であり、かつ、デルタ結線やスター結線とすれば３端子で駆動でき、駆動回路は６トランジスタで足りる。また、乱調帯もないために連続的な変速にも適している。
特に、第２の回転電機１１０に対してスリップリングとブラシとを用いて電源を供給する場合、必要な端子は少ない方がスリップリングの数を減らすことができて望ましい。
【００５７】
さらに、電子カメラ１１２が捉えている被写体の移動速度を水平方向成分と垂直方向成分とに分離し、その速度成分に比例した速度で第１、第２の回転電機１０２、１１０をそれぞれ駆動することにより被写体を追従することができる。
追従制御をする場合、速度成分に比例した速度のパルス列を送ることにより、上記の３相式ステッピングモータの特性を生かし、スムースに被写体を追従することができる。
また、電子カメラ１１２が捉えている被写体の遠近方向(光軸Ｌ方向)の移動速度、あるいは被写体の位置情報を求め、求めた情報により電子カメラ１１２のフォーカス機能、ズーム機能を制御することができる。この場合には適切なサイズでピントの合った被写体像を捉えることができる。
【００５８】
本発明は上記の各実施の形態のものに限定されるものではなく、上記の実施の形態に示した技術思想の中で各種の変形が可能である。
例えば、第１乃至第５の各実施の形態に示した回転電機は、全て内転型のモータ（インナーロータ型モータ）の場合で示したが、これらのモータは外転型のモータ（アウターロータ型モータ）の場合であっても良いことは勿論である。
また、回転電機としても実施の形態に示した３相永久磁石式ステッピングモータの場合のほか、３端子で駆動できるものであれば、固定子の相を軸方向に分布したボビン巻コイルの３相ステッピングモータ（カスケード型３相ＰＭ型ステッピングモータ）或いはブラシュレスモータであっても良い。
また、作図の都合上、図４及び図５ではステッピングモータに対する給電用のリード線を省略したが、図３の場合と同様、それらのモータのスリップリングに対してリード線が接続されているものとする。
【００５９】
【発明の効果】
本発明に基づく減速体付き回転電機は、上述のように構成し作動するようにしたので、次のような優れた効果を有する。
(１)請求項１乃至１１の構成によれば、同軸タイプの減速体を用いることにより、駆動機構の占有スペースを小さくすることができる。
(２)請求項１乃至１１の構成によれば、回転電機、減速体がいずれも中空構造であるため、この部分にスリップリングとブラシとを設けて固定側の回路と回転側の回路とを電気的に接続することもできる。
(３)請求項１、８、９のように、スリップリングとブラシとの間の導通により、出力軸と一体に回転する回路と固定フレーム側の回路とを電気的に接続した場合、出力軸と一体に回転する回路に対する電気的な配線が出力軸の回転によってねじれることがなく、出力軸の回転を制限する必要がなくなる。
【００６０】
(４)請求項２又は４のように減速体として調和型減速体を用いた場合、一段減速で３０〜５０の減速比を得ることができるため、回転電機への通電を遮断しても十分なブレーキ効果が得られ、外力が加えられた場合にも停止位置を保つことができる。
(５)請求項３のように減速体の一方のギヤを樹脂製にすることにより、金属製のギヤを利用する場合と比較して安価、軽量となり、回転電機のコストを低減し、軽量化することができる。
(６)請求項５のように減速体として遊星歯車減速体を用いた場合、一段減速で減速比は１０程度であるが、調和型減速体を利用するより軸方向の厚さを抑えることができる。
【００６１】
(７)請求項２又は４のように調和型減速体を用いる場合、請求項５のように遊星歯車減速体を利用する場合、あるいは請求項６のように複数の二段歯車を用いた減速体を利用する場合には、駆動側ギヤと従動側ギヤとが常時複数の位置で噛み合うことになるため、１箇所の噛み合いによるよりバックラッシュを低減することができ、かつ、伝達トルクが分散されるために１つの歯にかかるトルクが小さくなり、強度の低い樹脂製のギヤを用いても強度上の問題が生じない。
【００６２】
また、本発明に基づく駆動装置は、上述のように構成し作動するようにしたので、次のような優れた効果を有する。
(１)請求項１０又は１３の構成によれば、２軸の駆動のうち少なくとも一方の回転電機に本発明の減速体付き回転電機を用いることにより、従来よりも装置の小型、軽量化が可能となり、かつ、少なくともいずれかの可動部については、大きな減速比により外力が加えられた場合にも停止位置を保つことができる。
(２)請求項１１のように、第１の回転電機を上述した本発明の減速体付き回転電機とし、この回転電機にスリップリングとブラシとを設けることにより、第２の回転電機、あるいは第２の可動部に搭載される回路に対する配線のねじれを防ぐことができ、第１の可動部の回転を制限する必要がなくなる。
(３)請求項１２のように、回転電機にスター結線又はデルタ結線された３相永久磁石式の３端子給電のステッピングモータを用いた場合には、２相式の場合より振動や騒音を低減し、高精度での制御が可能となり、かつ、３端子で駆動することができるため、スリップリングとブラシとを用いて給電する場合にも、４端子が必要な２相式より構成を簡単にすることができる。
【００６３】
(４)請求項１４の構成によれば、電子カメラが捉えている被写体の移動速度を水平方向成分と垂直方向成分とに分離し、その速度成分に比例した速度で第１、第２の回転電機をそれぞれ駆動することにより、被写体を追従することができる。
(５)請求項１５の構成によれば、電子カメラが捉えている被写体の遠近方向の移動速度、あるいは被写体の位置情報を求め、求めた情報により電子カメラのフォーカス機能、ズーム機能を制御することにより、適切なサイズでピントの合った被写体像を捉えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる減速体付き回転電機を示し、(Ａ)が回転軸に平行な断面図、(Ｂ)が減速体部分を示す回転軸に垂直な断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態にかかる減速体付き回転電機を示す回転軸に平行な断面図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態にかかる減速体付き回転電機を示す回転軸に平行な断面図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態にかかる減速体付き回転電機を示し、(Ａ)は回転軸に平行な断面図、(Ｂ)はギヤの噛み合いを示す説明図である。
【図５】本発明の第５の実施の形態にかかる減速体付き回転電機を示し、(Ａ)は回転軸に平行な断面図、(Ｂ)はギヤの噛み合いを示す説明図である。
【図６】本発明の第６の実施の形態にかかる監視カメラ装置の一部を切り欠いて示す斜視図である。
【符号の説明】
１：固定子
２：出力側ブラケット
３：後側ブラケット
４：コイル
５：回転子
６：軸受
７：回転子軸
８：出力軸
８ａ：小径筒状部
９：ウェーブギヤ
１０：内転ローラー
１５：モータ
１６：減速体
１７、１７ａ：出力軸受
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転電機の回転を減速して出力する減速体付き回転電機と、この回転電機を利用した駆動装置、特に、電子カメラを利用した監視カメラ装置等に適した駆動装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
監視カメラ装置は、電子カメラ(ＴＶカメラ)と、この電子カメラを水平方向回転(パン)、垂直方向回転(チルト)に回転駆動する駆動装置とを備えている。
駆動装置は、それぞれの方向の回転に利用される２つの駆動モータ(回転電機)と駆動モータの回転を伝達する伝達機構とを備える。
また、電子カメラの方向が風力や人力等の外部から作用する力により変化しないように保持するブレーキ効果も持つ必要がある。
ブレーキ効果を得るためには、減速比の大きな減速機構が必要であるため、従来の監視カメラ装置の駆動装置は、各方向の回転軸に大きな径のギヤやタイミングプーリーを取り付け、回転軸から偏心した位置に各駆動モータを配置し、その出力をギヤやタイミングベルトにより伝達していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の駆動装置では、各駆動モータが大きな径のギヤやタイミングプーリの横に取り付けられるため、駆動機構の占有スペースが大きく、駆動装置の小型化が困難である。
一方、小型化のため、可動部を直接モータの回転軸に取り付けるダイレクトドライブ方式も試みられたが、この方式ではブレーキ効果が無いために外力により電子カメラの方向が変化したり、トルクが弱いために急速な起動・停止ができないといった問題点があった。
【０００４】
本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、特に監視カメラ装置に適用した場合に、駆動機構の占有スペースを小さくして装置全体を小型化することができ、かつ、ブレーキ効果を持ちトルクが強い回転電機、及びこの回転電機を利用した駆動装置の提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る減速体付き回転電機は、上記の目的を達成させるため、回転子軸を含む内部を中空にしてその出力を減速して取り出すようにしたインナーロータ型又はアウターロータ型回転電機において、前記回転電機に対して軸方向の一方側に配置され、前記回転子軸の出力を減速し、前記回転子軸と同軸で中空の出力軸により出力する中空の減速体を有することを特徴とする。また、前記回転子軸を含む中空穴内に、固定フレームに前記減速体の反対側で接続された中空円筒状のスリップリング支持体を前記減速体に同心に設け、該スリップリング支持体の内側に、前記出力軸に結合された中空円筒状のスリップリング軸を回転自在に設け、前記スリップリング支持体と前記スリップリング軸との一方にスリップリングを設けると共に、他方に該スリップリング上を摺動するブラシを設け、前記スリップリングとブラシ間の導通により、前記出力軸と一体に回転する回路と前記固定フレーム側の回路とを電気的に接続したことを特徴とする。
【０００６】
上記の構成によれば、同軸タイプの減速体を用いることにより、駆動機構の占有スペースを小さくすることができる。また、回転電機、減速体がいずれも中空構造であるため、この部分にスリップリングとブラシとを設けて固定側の回路と回転側の回路とを電気的に接続することもできる。さらに、出力軸の回転を制限する必要がなくなり、かつ、スリップリング軸を軸受を介して支持体に対して回転自在に設けることにより、スリップリング軸と出力軸とが結合して構成される出力軸部を軸方向に離れた複数箇所で回転自在に保持し、出力軸の回転を安定させることができる。また、前記スリップリングはそのスリップリング軸内にリード線を通して片側のスリップリングの軸受の内部を通し、一方の入、出力端子とし又前記スリップリング支持体からリード線を引き出して他方の入、出力端子として接続することができる。
【０００７】
減速体としては、調和型減速体、遊星歯車減速体、複数の二段歯車を用いた減速体等を用いることができる。
調和型減速体の場合、一段減速で３０〜５０の減速比を得ることができるため、回転電機への通電を遮断しても十分なブレーキ効果が得られ、外力が加えられた場合にも停止位置を保つことができる。
また、回転電機の回転子軸にかかるトルクは、減速比の自乗に反比例するため、減速比が大きいと、負荷が大きい場合にも、急速な起動・停止が可能となる。遊星歯車減速体を用いた場合、やはり一段減速で減速比は１０程度であるが、調和型減速体を利用するより軸方向の厚さを抑えることができる。
【０００８】
本発明の他の態様に係る減速体付き回転電機は、上記と同様の回転電機と減速体とを有し、減速体が、回転子軸側に連動しアウターナルギヤが形成された駆動側ギヤと、このアウターナルギヤに噛合するインターナルギヤが形成され、駆動側ギヤの回転を出力軸側に伝達する従動側ギヤとを備え、駆動側ギヤと従動側ギヤとの少なくともいずれか一方が、樹脂製であることを特徴とする。
【０００９】
上記のように減速体の一方のギヤを樹脂製にすることにより、金属製のギヤを利用する場合と比較して安価、軽量となり、回転電機のコストを低減し、軽量化することができる。
また、調和型減速体、あるいは遊星歯車減速体を利用する場合には、駆動側ギヤと従動側ギヤとが常時複数の位置で噛み合うことになるため、１箇所の噛み合いによる場合よりもバックラッシュを低減することができ、かつ、伝達トルクが分散されるために１つの歯にかかるトルクが小さくなり、強度の低い樹脂製のギヤを用いても強度上の問題が生じない。
特に、減速体として調和型減速体を用いる場合には、弾性体で構成されて回転時に変形するウェーブギヤを樹脂製にすると、その変形によりバックラッシュを吸収させることができ、高精度の位置決めが可能となる。
【００１０】
また、固定フレーム側と出力軸側との一方にスリップリングを設けると共に、他方にこのスリップリング上を摺動するブラシを設け、スリップリングとブラシ間の導通により、出力軸と一体に回転する回路と固定フレーム側の回路とを電気的に接続することができる。
スリップリングを利用することにより、出力軸と一体に回転する回路に対する電気的な配線が出力軸の回転によってねじれることがなく、出力軸の回転を制限する必要がなくなる。
【００１３】
上記の本発明の減速体付き回転電機は、多関節ロボットアームの各関節駆動用のモータとして利用することができる。この場合、スリップリングとブラシとの組み合わせを用いることにより、固定側から末端側の関節駆動用のモータへの給電のためのリード線のねじれを生じさせず、各関節の回転の自由度を確保することができる。
【００１４】
一方、本発明に係る駆動装置は、固定部に設けられた第１の回転電機により固定部に対して第１の可動部を第１の回転軸回りに回転駆動し、第１の可動部に設けられた第２の回転電機により第１の可動部に対して第２の可動部を第１の回転軸に対して垂直な第２の回転軸回りに回転駆動させる２軸の自由度を持つ駆動装置において、第１、第２の回転電機の少なくとも一方が、上記のいずれかの減速体付き回転電機であり、この回転電機が、出力軸を対応する回転軸と同軸にして取り付けられていることを特徴とする。
【００１５】
上記の構成によれば、第１、第２の回転電機の一方、若しくは両方を上述した本発明の減速体付き回転電機とすることにより、従来よりも装置の小型、軽量化が可能となり、かつ、少なくともいずれかの可動部については、大きな減速比により外力が加えられた場合にも停止位置を保つことができる。
【００１６】
上記の駆動装置は、監視カメラ装置内で電子カメラの撮影方向を変化させるために用いることができる他、アンテナや照明装置、マイクロフォンの方位を３次元で変化させるための駆動装置として利用することもできる。
【００１７】
また、第１の回転電機を上述した本発明の減速体付き回転電機とした場合、この回転電機の固定フレーム側と出力軸側との一方にスリップリングを設けると共に、他方に該スリップリング上を摺動するブラシを設け、スリップリングとブラシ間の導通により、固定部側の電源回路と第２の回転電機とを電気的に接続することができる。
これにより、第２の回転電機、あるいは第２の可動部に搭載される回路に対する配線のねじれを防ぐことができ、第１の可動部の回転を制限する必要がなくなる。
【００１８】
第２の回転電機としては、固定子コイルがスター結線又はデルタ結線された３相永久磁石式の３端子給電のステッピングモータを用いることが望ましい。
このように、第２の回転電機に対してスリップリングとブラシとを用いて電源を供給する場合、必要な端子は少ない方がスリップリングの数を減らすことができて望ましい。
直流モータを利用すれば、２端子で足りるが、ノイズが大きく、寿命が短く、しかも正確な位置、速度制御が難しいため、ステッピングモータを利用するのが望ましい。ここで２相永久磁石式のステッピングモータを用いると、少なくとも４端子が必要となる。
これに対し、上記のようなスター結線又はデルタ結線の３相永久磁石式を用いると、３端子で駆動することができる。しかも、３相式とすることで、２相式の場合より振動や騒音を低減させ、高精度での制御が可能となる。
【００１９】
監視カメラ装置として利用する場合には、第２の可動部に電子カメラを固定し、第１の回転軸を水平軸、第２の回転軸を垂直軸とする。
この場合、第１、第２の回転電機をいずれも上述した本発明の減速体付き回転電機とし、これらの第１、第２の回転電機のそれぞれについて、固定フレーム側と出力軸側との一方にスリップリングを設けると共に、他方に該スリップリング上を摺動するブラシを設けることにより、第１の回転電機のスリップリングとブラシ間の導通、及び第２の回転電機のスリップリングとブラシの導通により、固定部側のカメラ制御回路と電子カメラとを電気的に接続することができる。このように構成すると、電子カメラに対する配線のねじれを防ぐことができ、第１、第２の可動部の回転を制限する必要がなくなる。
【００２０】
さらに、電子カメラが捉えている被写体の移動速度を水平方向成分と垂直方向成分とに分離し、その速度成分に比例した速度で第１、第２の回転電機をそれぞれ駆動することにより被写体を追従するようにしたり、電子カメラが捉えている被写体の遠近方向の移動速度、あるいは被写体の位置情報を求め、求めた情報により電子カメラのフォーカス機能、ズーム機能を制御することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る減速体付き回転電機の実施の形態を５例、これを用いた駆動装置の実施の形態を１例、図面に基づいて説明する。
【００２２】
第１の実施の形態：
図１は、第１の実施の形態にかかる減速体付き回転電機を示し、(Ａ)が回転軸に平行な断面図、(Ｂ)が減速体部分を示す回転軸に垂直な断面図である。第１の実施の形態にかかる減速体付き回転電機は、中空の回転子軸７を備える回転子５、及び、この回転子５の外側に位置して出力側ブラケット２、後側ブラケット３により固定された固定子１から成る内転型のモータ(回転電機)１５と、モータ１５に対して軸方向の一方側に配置され、回転子軸７の出力を減速し、回転子軸７と同軸で中空の出力軸８により出力する中空の減速体１６とを有する。
【００２３】
モータ１５は、例えば永久磁石式のステッピングモータで構成され、固定子１には複数の磁極（例えば、６極）が形成されてそれぞれにコイル４が巻回され、各磁極の内周側には極歯１ａが形成されている。
回転子５は、その外周部に設けられる永久磁石５ａを含み、回転子軸７は左右の２箇所に配置された軸受６を介して出力側ブラケット２、後側ブラケット３により回転自在に支持されている。これらの出力側ブラケット２、後側ブラケット３と、減速体１６を覆う減速体カバー２０とが固定フレームを構成している。
【００２４】
出力軸８は、回転子軸７の中空穴内を貫通する小径筒状部８ａと、この小径筒状部８ａの一方側に形成されたフランジ及びこのフランジの外周に形成された大径の円筒部から構成される出力ギヤ８ｂとを有する一体構造品である。
出力軸８は、一方側において出力軸受１７を介して減速体カバー２０により回転自在に支持されると共に、回転子軸７の中空穴内を貫通し、モータ１５に対して減速体１６が設けられた側とは反対側においても出力軸受１７ａを介して後側ブラケット３により回転自在に支持されている。
【００２５】
減速体１６は、回転子軸７の一端に形成された直径方向に延びるアーム７ａの先端に回転自在に取り付けられた一対の内転ローラー１０と、アウターナルギヤ９ａが形成されたリング状の弾性体であるウェーブギヤ９と、このウェーブギヤ９の外周に配置され、内周に内転ローラー１０の位置でウェーブギヤ９に噛み合うインターナルギヤ８ｃが形成された出力ギヤ８ｂとを含む調和型減速体である。出力ギヤ８ｂは、上記のように出力軸８の一部として一体に形成されている。
【００２６】
モータ１５を駆動して回転子軸７が回転すると、アーム７ａに取り付けられた内転ローラー１０がウェーブギヤ９の内側を摺動して自転しつつ公転する。
ウェーブギヤ９は、弾性体により形成されるため、内転ローラー１０が内側を摺動することにより楕円の長軸方向を回転させるように変形する。ウェーブギヤ９は、ピン状のストッパーＰにより出力側ブラケット２に固定され、回転が阻止されている。ウェーブギヤ９に形成されたアウターナルギヤ９ａの歯数は出力ギヤ８ｂに形成されたインターナルギヤ８ｃの歯数より僅かに少なく、これによりウェーブギヤ９を変形させ、かつ、その回転を阻止することにより、反作用で出力ギヤ８ｂが回転する。
なお、ストッパＰは出力ギヤ８ｂと出力側ブラケット２間に亙って設けるようにしてもよいし、ピン状に代え、係合用の突起と嵌合用の凹部の組み合わせとしてもよい。
ウェーブギヤ９に形成されたアウターナルギヤ９ａの歯数をｎ、出力ギヤ８ｂに形成されたインターナルギヤ８ｃの歯数をｎ＋２とすると、減速比はｎ／２となり、例えばｎ＝１００の場合には減速比は５０となり、大きな減速比を得ることができる。なお、上記の例とは逆に、インターナルギヤを固定し、ウェーブギヤから出力を得ることもできる。この場合の減速比も上記と同様である。
【００２７】
図１の構成によれば、出力軸８を軸方向に離れた複数箇所で出力軸受１７、１７ａを介して支持しているために回転が安定し、片持ちの構造と比較して、簡単な構造のボールベアリング等の軸受を用いた場合にも回転時の振動を抑えることができる。
片持ちの場合には、ボールベアリングを用いると振動が大きくなるため、スラスト方向、ラジアル方向の遊びがないクロスローラーベアリングを用いる必要があるが、クロスローラーベアリングは構造が複雑でサイズが大きく、しかも高価である。
出力軸８を両端で支持することにより、小型で安価なボールベアリングを採用することができ、回転電機の小型化、コストダウンを図ることができる。
【００２８】
また、出力軸８の小径筒状部８ａが装置全体を貫通しているため、この内部にリード線等を通すことができる。
回転子軸７は高速で回転するために接触するとリード線等の劣化を招く可能性があるが、出力軸８の回転は低速であるため、短時間であればリード線等が接触したとしても問題はない。
【００２９】
さらに、調和型減速体を用いているため、大きな減速比を得ることができ、モータ１５への通電を遮断しても十分なブレーキ効果が得られ、外力が加えられた場合にも停止位置を保つことができる。
また、モータ１５の回転子軸７にかかるトルクを軽減することができ、負荷が大きい場合にも、急速な起動・停止が可能となる。
【００３０】
第２の実施の形態：
図２は、第２の実施の形態にかかる減速体付き回転電機を示す回転軸に平行な断面図である。第２の実施の形態にかかる減速体付き回転電機は、概略の構成は図１に示す第１の実施の形態と同一であり、回転子５及び固定子１から成る内転型のモータ１５と、モータ１５に対して軸方向の一方側に配置された中空の調和型の減速体１６とを有する。
図２において、第１の実施の形態におけるものと同一及び等価な部材には、図１と同一の符号を付している。
【００３１】
第１の実施の形態と異なるのは、出力軸８が一方側に配置された出力軸受１７のみを介して減速体カバー２０により回転自在に支持されている点と、ウェーブギヤ９が樹脂により形成されている点とである。
ウェーブギヤ９は、回転子軸７側に連動しアウターナルギヤ９ａが形成された駆動側ギヤであり、出力ギヤ８ｂは、このアウターナルギヤ９ａに噛合するインターナルギヤ８ｃが形成され、駆動側ギヤの回転を出力軸８側に伝達する従動側ギヤである。これらのウェーブギヤ９(駆動側ギヤ)と出力ギヤ８ｂ(従動側ギヤ)との少なくともいずれか一方、この例ではウェーブギヤ９が樹脂製である。
【００３２】
上記のように減速体１６の一方のギヤを樹脂製にすることにより、金属製のギヤを利用する場合と比較して安価、軽量となり、回転電機のコストを低減し、軽量化することができる。
また、樹脂製のウェーブギヤ９を用いることにより、回転時に樹脂の変形によりバックラッシュを吸収させることができ、高精度の位置決めが可能となる。さらに、調和型の減速体１６を利用しているため、ウェーブギヤ９と出力ギヤ８ｂとが常時２箇所で噛み合うことになるため、１箇所の噛み合いによるより伝達トルクが分散され、１つの歯にかかるトルクが小さくなり、強度の低い樹脂製のギヤを用いても強度上の問題が生じない。特に、後述する監視カメラ装置に適用する場合には、回転は断続的であるため、さほど大きな強度は要求されず、金属製のギヤを用いたのではオーバースペックとなる。
【００３３】
第３の実施の形態：
図３は、第３の実施の形態にかかる減速体付き回転電機を示す回転軸に平行な断面図である。第３の実施の形態にかかる減速体付き回転電機は、概略の構成は図２に示す第２の実施の形態と同一であり、回転子５及び固定子１から成る内転型のモータ１５と、モータ１５に対して軸方向の一方側に配置された中空の調和型の減速体１６とを有する。
図３において、第２の実施の形態におけるものと同一及び等価な部材には、図２と同一の符号を付している。
【００３４】
第２の実施形態との違いは以下の構造である。すなわち、回転子軸７の中空穴内に、固定フレームである後側ブラケット３に接続された中空円筒状のスリップリング支持体１２が設けられ、このスリップリング支持体１２の内側に、出力軸８に結合された中空円筒状のスリップリング軸２１が設けられている。スリップリング支持体１２の一端側には、リング状のカバー１８が内周に嵌合しており、このカバー１８内周にさらに出力軸受１７ｂが嵌合している。スリップリング支持体１２の他端側は、上記のカバー１８と同一形状の突起が内周に向けて形成されており、ねじ１９を後側ブラケット３を通して突起に係合させることにより、スリップリング支持体１２を後側ブラケット３に対して固定している。また、この突起の内周には出力軸受１７ｂが嵌合している。
【００３５】
スリップリング軸２１は、左右の２箇所に設けられた出力軸受１７ｂを介してスリップリング支持体１２に対して回転自在に設けられている。
この構造により、スリップリング軸２１と出力軸８とが結合して構成される出力軸部を軸方向に離れて配置される出力軸受１７、１７ｂ、１７ｂの３箇所で回転自在に保持し、出力軸８の回転を安定させることができる。
【００３６】
また、スリップリング支持体１２の内周壁には、薄い金属板等の導電体から成るスリップリング１４が円周方向に沿って設けられており、スリップリング軸２１には、スリップリング１４上を摺動するブラシ１３がスリップリング軸２１から外周側に突出して設けられている。スリップリング１４は、スリップリング支持体１２とスリップリング軸２１との間から引き出されたリード線１４ａにより固定フレーム側の回路に接続され、ブラシ１３は、スリップリング軸２１内を通されたリード線１３ａにより出力軸８と一体に回転する回路に接続される。
【００３７】
上記の構成によれば、スリップリング１４とブラシ１３間の導通により、出力軸８と一体に回転する回路と固定フレーム側の回路とを電気的に接続することができ、しかも、このような接続によればリード線のねじれが生じないため、出力軸８の回転を制限する必要がなくなり、電気的な接続を保ったまま、出力軸８を自由に回転させることができる。
【００３８】
第４の実施の形態：
図４は、第４の実施の形態にかかる減速体付き回転電機を示し、(Ａ)は回転軸に平行な断面図、(Ｂ)はギヤの噛み合いを示す説明図である。
第４の実施の形態にかかる減速体付き回転電機は、中空の回転子軸２７を備える回転子２５及びこの回転子２５の外側に位置して出力側ブラケット２２、後側ブラケット２３、ケーシング３５により固定された固定子３７から成る内転型のモータ(回転電機)４０と、モータ４０に対して軸方向の一方側に配置され、回転子軸２７の出力を減速し、回転子軸２７と同軸で中空の出力軸４２により出力する中空の減速体４１とを有する。
【００３９】
モータ４０は、例えば永久磁石式のステッピングモータで構成され、固定子３７には複数の磁極が形成されてそれぞれにコイル２４が巻回され、各磁極の内周側には極歯３７ａが形成されている。回転子２５は、その外周部に永久磁石２５ａを含み、回転子軸２７は左右の２箇所に配置された軸受２６ａを介して出力側ブラケット２２、後側ブラケット２３により回転自在に支持されている。これらの出力側ブラケット２２、後側ブラケット２３、ケーシング３５と、減速体４１を覆うギヤカバー３１とが固定フレームを構成している。なお、４７は減速体４１とモータ４０間を連結するための固定用のねじである。
【００４０】
減速体４１は、回転子軸２７にブッシュ３２を介して固定されたアウターナルギヤを備える中空のピニオン３０と、このピニオン３０と同軸で間隔をおいて対向するインターナルギヤが形成され出力側ブラケット２２に固定された固定ギヤ２８と、ピニオン３０と固定ギヤ２８との双方に噛み合ってピニオン３０の回転と共に自転しつつ公転する３つの遊星ギヤ２９と、これらの遊星ギヤ２９の回転軸３３を回転自在に支持して遊星ギヤの公転と共にピニオン３０と同軸で回転する回転プレート４２ａとを備え、この回転プレート４２ａが出力軸４２の一部として形成されている。
【００４１】
出力軸４２は、軸受２６を介してギヤカバー３１に回転自在に支持されている。また、回転子軸２７の中空穴内には、後側ブラケット２３に固定されたスリップリング内蔵の円筒状のスリップリング支持体３６が配置されている。
このスリップリング支持体３６は、図４では詳細を省略しているが、図３に示すスリップリング支持体１２と同様の構造であり、その内部にスリップリングが内蔵されると共にスリップリング軸３６ａを回転自在に支持している。スリップリング軸３６ａは、出力軸４２の中空穴に嵌合しており、出力軸４２と一体に回転する。
【００４２】
モータ４０を駆動して回転子軸２７が回転すると、回転子軸２７と一体に固定されたブッシュ３２と、このブッシュ３２に固定されたピニオン３０とが同時に回転する。このピニオン３０の回転により遊星ギヤ２９が回転するが、遊星ギヤ２９は外周で固定ギヤ２８に噛み合っているため、図４(Ｂ)に矢印で示すように、ピニオン３０が反時計回りに回転すると、遊星ギヤ２９は時計回りに自転しつつ反時計回りに公転する。
この遊星ギヤ２９の公転により、遊星ギヤ２９を支持している回転プレート４２ａが反時計回りに回転し、これが出力軸４２の回転となる。
なお、図４の構成において、回転プレート４２ａを固定し、インターナルギヤを有する外側の部材から出力を取り出すようにしてもよい。
【００４３】
図４の構成によれば、遊星歯車減速体を用いることにより、一段減速でギヤ部分の厚さを調和型減速体より抑えることができ、かつ、回転子軸と同軸で出力軸を回転させることができるため、これを用いる駆動装置の小型化を図ることができる。
また、遊星歯車減速体を用いているため、減速比は調和型減速体より小さいとはいえ、十分な減速比を得ることができ、モータ４０への通電を遮断しても十分なブレーキ効果が得られ、外力が加えられた場合にも停止位置を保つことができる。さらに、モータ４０の回転子軸２７にかかるトルクを軽減することができ、負荷が大きい場合にも、急速な起動・停止が可能となる。
なお、図４の示す第４の実施の形態の構成では、回転子軸２７の中空部分の内径を出力軸４２の内径よりも大となるように形成しているため、減速体の減速比を大とできる特徴があるので、これを請求項８に記載した。
この構成は、図４に示すように減速体が遊星歯車減速体の場合には、特に、有効であり、一段ギヤの減速体でも減速比を大とできるという技術的意義を有している。
即ち、本実施の形態のものでは、図４に示すように、図示のスリップリングの構成とも関連して、回転子軸２７の中空部分の内径を出力軸４２の内径よりも大となるように形成すると、自ずから、減速体４１を構成するピニオン３０の径は遊星ギヤ２９の径よりも大幅に小さくなるので、減速比は大きくなり、一段ギヤであっても十分の減速比が得られる。
なお、この請求項８に記載の構成は、図４に示す第４の実施の形態のほか、図３に示す第３の実施の形態、及び次に述べる図５に示す第５の実施の形態の場合も、減速体と結合されるスリップリングの構成との関連で、第４の実施の形態の場合と同様に、減速体の減速比を大とできる機能を発揮できる。
【００４４】
第５の実施の形態：
図５は、第５の実施の形態にかかる減速体付き回転電機を示し、(Ａ)は回転軸に平行な断面図、(Ｂ)はギヤの噛み合いを示す説明図である。第５の実施の形態にかかる減速体付き回転電機は、第４の実施形態と同様に構成されたモータ４０と、モータ４０に対して軸方向の一方側に配置され、回転子軸２７の出力を減速し、回転子軸２７と同軸で中空の出力軸５６により出力する中空の二段ギヤを用いた減速体４３とを有する。
図５において、第４の実施の形態におけるものと同一及び等価な部材には、図４と同一の符号を付している。
【００４５】
減速体４３は、回転子軸２７に固定されたアウターナルギヤを備える中空のピニオン５０と、このピニオン５０より大径で同軸で出力軸５６に固定された中空の出力ギヤ５５と、ピニオン５０に噛み合う大径ギヤ５１及び出力ギヤ５５に噛み合う小径ギヤ５２を有して固定フレームに回転自在に取り付けられた複数の二段ギヤ４５とを備える。
【００４６】
二段ギヤ４５の回転軸５３は、軸受５４を介して出力側ブラケット２２とギヤカバー３１とに回転自在に支持されている。
また、出力軸５６及び出力ギヤ５５は、１個の軸受２６を介してギヤカバー３１に回転自在に支持されている。
さらに、出力軸５６の中空穴内には、スリップリングが内蔵された円筒状のスリップリング支持体３６が格納されている。このスリップリング支持体３６は、図５では詳細を省略しているが、図３に示すスリップリング支持体１２と同様の構造であり、その内部にスリップリング軸３６ａを回転自在に支持している。ただし、図５の例では、スリップリング支持体３６が出力軸５６と一体に回転し、スリップリング軸３６ａが後側ブラケット２３により固定されている。
【００４７】
モータ４０を駆動して回転子軸２７が回転すると、回転子軸２７と一体に固定されたピニオン５０が同時に回転する。このピニオン５０の回転により二段ギヤ４５の大径ギヤ５１が回転し、これに固定された小径ギヤ５２が回転して出力ギヤ５５を回転させる。図５(Ｂ)に矢印で示すように、ピニオン５０が反時計回りに回転すると、二段ギヤ４５は時計回りに回転し、これにより出力ギヤ５５が反時計回りに回転し、これが出力軸５６の回転となる。
なお、図５の構成において、ピニオン５０を小径ギヤ５１の外周を囲む円周より大きなギヤとしてインターナルギヤを形成し、噛み合わせてもよい。
【００４８】
図５の構成によれば、二段ギヤの減速体を用いることにより、二段減速で減速比を遊星歯車減速体より大きくとることができ、モータ４０への通電を遮断しても十分なブレーキ効果が得られ、外力が加えられた場合にも停止位置を保つことができる。
また、ギヤ部分の厚さは遊星歯車減速体よりは大きくなるが、調和型減速体より抑えることができ、かつ、回転子軸と同軸で出力軸を回転させることができるため、これを用いる駆動装置の小型化を図ることができる。
なお、図５に示すように、中空穴を有する出力ギヤ５５を、１個の軸受２６で支持し、出力ギヤ５５の歯部を３個以上の小径のギヤ５２で噛み合い支持するようにした二段ギヤを備えた減速体４３を構成するようにすると、所定間隔（３個のギヤの場合は１２０°間隔）で出力ギヤ５５が安定に支持されるから、出力軸は回転振れを生じない。
【００４９】
第６の実施の形態：
図６は、第６の実施の形態にかかる監視カメラ装置の一部を切り欠いて示す斜視図である。第６の実施の形態にかかる監視カメラ装置は、上記の第３の実施の形態の減速体付き回転電機を利用した駆動装置に電子カメラを搭載して構成されている。
図６に示すように、監視カメラ装置１０１は、既知のドーム状カメラエンクロージャー１０３の透明、あるいは半透明のドーム１０３Ａ内に配置される。
【００５０】
駆動装置は、第１、第２の回転電機(モータ)１０２、１１０を備える。固定部である基板１０４に設けられた第１の回転電機１０２は、基板１０４に対して第１の可動部であるカメラ保持ブラケット１０７を第１の回転軸(水平軸Ｈ)回りに回転駆動する。
カメラ保持ブラケット１０７に設けられた第２の回転電機１１０は、カメラ保持ブラケット１０７に対して第２の可動部である電子カメラ１１２を水平軸Ｈに対して垂直な第２の回転軸(垂直軸Ｖ)回りに回転駆動させる。
このような２軸の自由度を持つ駆動装置である。なお、垂直軸Ｖと水平軸Ｈと電子カメラ１１２の光軸（レンズ軸）Ｌとは、互いに１点で交差するよう構成される。第１、第２の回転電機１０２、１１０は、いずれも上記の第３の実施の形態に開示されるスリップリング付の減速体付き回転電機であり、この回転電機が、出力軸を対応する回転軸(水平軸Ｈあるいは垂直軸Ｖ)と同軸となるよう取り付けられている。
【００５１】
カメラ保持ブラケット１０７は、第１の回転電機１０２の減速体を介した出力軸１１４に固定され、第１の回転電機１０２の回転により電子カメラ１１２の撮影方向を水平方向に変化させることができる(パンニング)。
また、電子カメラ１１２は、第２の回転電機１１０の減速体を介した出力軸１０９に固定され、これと反対側では垂直軸Ｖに沿って延びる周知の回転ジョイント１１５を介してカメラ保持ブラケット１０７に回動可能に支持されている。
第２の回転電機１１０を回転させると、電子カメラ１１２の撮影方向を垂直方向に変化させることができる(チルティング)。
【００５２】
第１の回転電機１０２は、その中空の出力軸１１４内にスリップリング軸１０６を備えている。同様に、第２の回転電機１１０は、その中空の出力軸１０９内にスリップリング軸１１６を備えている。
スリップリング軸は、図３において説明したように、スリップリングとブラシとの接触により、固定部側の回路と、出力軸と一体に回転する回路との間を電気的に接続する。
【００５３】
図６の構成では、第１の回転電機１０２を駆動するためのリード線１１３が、基板に形成された穴１１３Ａを通して第１の回転電機１０２に接続されている。また、基板１０４に形成された穴から電子カメラ１１２に電力と制御信号とを送るリード線、カメラから映像信号を受けるリード線、第２の回転電機１１０を駆動する電力供給用のリード線を含むリード線群１０５が、第１の回転電機１０２のスリップリング軸１０６内に導入され、スリップリングに接触するブラシに接続されたリード線群１０８が出力軸１１４から取り出されている。
このうち、第２の回転電機１１０を駆動するためのリード線は第２の回転電機１１０に接続されている。カメラ関係のリード線群は、第２の回転電機１１０のスリップリング軸１１６内に導入され、スリップリングに接触するブラシに接続されたリード線群１１１が出力軸１０９から取り出されて電子カメラ１１２に接続されている。
【００５４】
上述した図６の構成によれば、第１、第２の回転電機１０２、１１０を第３の実施の形態の減速体付き回転電機とすることにより、大径のギヤやプーリーを用いなくとも減速した出力を得ることができ、かつ、回転電機を水平軸、垂直軸と同軸に取り付けることができるため、従来よりも装置の小型、軽量化が可能となる。
また、従来のダイレクトドライブ方式とは異なり、減速体を介しているため、各減速体付き回転電機がブレーキ効果を持ち、垂直方向、水平方向いずれの外力が加えられた場合にも、停止位置を保つことができる。
【００５５】
さらに、上記のようにスリップリングとブラシとを用いて電気的な接続を行うことにより、カメラ保持ブラケット１０７の水平方向の回転、あるいは電子カメラの垂直方向の回転によってリード線がねじれることがなく、各可動部の回転を制限する必要がなくなる。
【００５６】
なお、第１、第２の回転電機１０２、１１０としては、固定子コイルがスター結線又はデルタ結線された３相永久磁石式の３端子給電のステッピングモータが用いられている。監視カメラ装置のモータとしては、一般に正確な制御が可能なステッピングモータが用いられる。
ただし、２相式のステッピングモータでは、第３次高調波が発生するために振動や騒音が大きく、かつ、４端子が必要で駆動回路には８トランジスタが必要となる。また、低速域で乱調帯があり、連続的な変速には適さないという問題がある。
そこで、３相式のステッピングモータを用いている。３相式では、第３次高調波が常にキャンセルされるため、低騒音、低振動であり、かつ、デルタ結線やスター結線とすれば３端子で駆動でき、駆動回路は６トランジスタで足りる。また、乱調帯もないために連続的な変速にも適している。
特に、第２の回転電機１１０に対してスリップリングとブラシとを用いて電源を供給する場合、必要な端子は少ない方がスリップリングの数を減らすことができて望ましい。
【００５７】
さらに、電子カメラ１１２が捉えている被写体の移動速度を水平方向成分と垂直方向成分とに分離し、その速度成分に比例した速度で第１、第２の回転電機１０２、１１０をそれぞれ駆動することにより被写体を追従することができる。
追従制御をする場合、速度成分に比例した速度のパルス列を送ることにより、上記の３相式ステッピングモータの特性を生かし、スムースに被写体を追従することができる。
また、電子カメラ１１２が捉えている被写体の遠近方向(光軸Ｌ方向)の移動速度、あるいは被写体の位置情報を求め、求めた情報により電子カメラ１１２のフォーカス機能、ズーム機能を制御することができる。この場合には適切なサイズでピントの合った被写体像を捉えることができる。
【００５８】
本発明は上記の各実施の形態のものに限定されるものではなく、上記の実施の形態に示した技術思想の中で各種の変形が可能である。
例えば、第１乃至第５の各実施の形態に示した回転電機は、全て内転型のモータ（インナーロータ型モータ）の場合で示したが、これらのモータは外転型のモータ（アウターロータ型モータ）の場合であっても良いことは勿論である。
また、回転電機としても実施の形態に示した３相永久磁石式ステッピングモータの場合のほか、３端子で駆動できるものであれば、固定子の相を軸方向に分布したボビン巻コイルの３相ステッピングモータ（カスケード型３相ＰＭ型ステッピングモータ）或いはブラシュレスモータであっても良い。
また、作図の都合上、図４及び図５ではステッピングモータに対する給電用のリード線を省略したが、図３の場合と同様、それらのモータのスリップリングに対してリード線が接続されているものとする。
【００５９】
【発明の効果】
本発明に基づく減速体付き回転電機は、上述のように構成し作動するようにしたので、次のような優れた効果を有する。
(１)請求項１乃至１１の構成によれば、同軸タイプの減速体を用いることにより、駆動機構の占有スペースを小さくすることができる。
(２)請求項１乃至１１の構成によれば、回転電機、減速体がいずれも中空構造であるため、この部分にスリップリングとブラシとを設けて固定側の回路と回転側の回路とを電気的に接続することもできる。
(３)請求項１、８、９のように、スリップリングとブラシとの間の導通により、出力軸と一体に回転する回路と固定フレーム側の回路とを電気的に接続した場合、出力軸と一体に回転する回路に対する電気的な配線が出力軸の回転によってねじれることがなく、出力軸の回転を制限する必要がなくなる。
【００６０】
(４)請求項２又は４のように減速体として調和型減速体を用いた場合、一段減速で３０〜５０の減速比を得ることができるため、回転電機への通電を遮断しても十分なブレーキ効果が得られ、外力が加えられた場合にも停止位置を保つことができる。
(５)請求項３のように減速体の一方のギヤを樹脂製にすることにより、金属製のギヤを利用する場合と比較して安価、軽量となり、回転電機のコストを低減し、軽量化することができる。
(６)請求項５のように減速体として遊星歯車減速体を用いた場合、一段減速で減速比は１０程度であるが、調和型減速体を利用するより軸方向の厚さを抑えることができる。
【００６１】
(７)請求項２又は４のように調和型減速体を用いる場合、請求項５のように遊星歯車減速体を利用する場合、あるいは請求項６のように複数の二段歯車を用いた減速体を利用する場合には、駆動側ギヤと従動側ギヤとが常時複数の位置で噛み合うことになるため、１箇所の噛み合いによるよりバックラッシュを低減することができ、かつ、伝達トルクが分散されるために１つの歯にかかるトルクが小さくなり、強度の低い樹脂製のギヤを用いても強度上の問題が生じない。
【００６２】
また、本発明に基づく駆動装置は、上述のように構成し作動するようにしたので、次のような優れた効果を有する。
(１)請求項１０又は１３の構成によれば、２軸の駆動のうち少なくとも一方の回転電機に本発明の減速体付き回転電機を用いることにより、従来よりも装置の小型、軽量化が可能となり、かつ、少なくともいずれかの可動部については、大きな減速比により外力が加えられた場合にも停止位置を保つことができる。
(２)請求項１１のように、第１の回転電機を上述した本発明の減速体付き回転電機とし、この回転電機にスリップリングとブラシとを設けることにより、第２の回転電機、あるいは第２の可動部に搭載される回路に対する配線のねじれを防ぐことができ、第１の可動部の回転を制限する必要がなくなる。
(３)請求項１２のように、回転電機にスター結線又はデルタ結線された３相永久磁石式の３端子給電のステッピングモータを用いた場合には、２相式の場合より振動や騒音を低減し、高精度での制御が可能となり、かつ、３端子で駆動することができるため、スリップリングとブラシとを用いて給電する場合にも、４端子が必要な２相式より構成を簡単にすることができる。
【００６３】
(４)請求項１４の構成によれば、電子カメラが捉えている被写体の移動速度を水平方向成分と垂直方向成分とに分離し、その速度成分に比例した速度で第１、第２の回転電機をそれぞれ駆動することにより、被写体を追従することができる。
(５)請求項１５の構成によれば、電子カメラが捉えている被写体の遠近方向の移動速度、あるいは被写体の位置情報を求め、求めた情報により電子カメラのフォーカス機能、ズーム機能を制御することにより、適切なサイズでピントの合った被写体像を捉えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる減速体付き回転電機を示し、(Ａ)が回転軸に平行な断面図、(Ｂ)が減速体部分を示す回転軸に垂直な断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態にかかる減速体付き回転電機を示す回転軸に平行な断面図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態にかかる減速体付き回転電機を示す回転軸に平行な断面図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態にかかる減速体付き回転電機を示し、(Ａ)は回転軸に平行な断面図、(Ｂ)はギヤの噛み合いを示す説明図である。
【図５】本発明の第５の実施の形態にかかる減速体付き回転電機を示し、(Ａ)は回転軸に平行な断面図、(Ｂ)はギヤの噛み合いを示す説明図である。
【図６】本発明の第６の実施の形態にかかる監視カメラ装置の一部を切り欠いて示す斜視図である。
【符号の説明】
１：固定子
２：出力側ブラケット
３：後側ブラケット
４：コイル
５：回転子
６：軸受
７：回転子軸
８：出力軸
８ａ：小径筒状部
９：ウェーブギヤ
１０：内転ローラー
１５：モータ
１６：減速体
１７、１７ａ：出力軸受
Claims (15)
- 回転子軸を含む内部を中空にしてその出力を減速して取り出すようにしたインナーロータ型又はアウターロータ型回転電機において、
前記回転電機に対して軸方向の一方側に配置され、前記回転子軸の出力を減速し、前記回転子軸と同軸で中空の出力軸により出力する中空の減速体を有し、
前記回転子軸を含む中空穴内に、固定フレームに前記減速体の反対側で接続された中空円筒状のスリップリング支持体を前記減速体に同心に設け、該スリップリング支持体の内側に、前記出力軸に結合された中空円筒状のスリップリング軸を回転自在に設け、前記スリップリング支持体と前記スリップリング軸との一方にスリップリングを設けると共に、他方に該スリップリング上を摺動するブラシを設け、前記スリップリングとブラシ間の導通により、前記出力軸と一体に回転する回路と前記固定フレーム側の回路とを電気的に接続したことを特徴とする減速体付き回転電機。 - 前記減速体は、前記回転子軸の一端に形成された直径方向に延びるアームの先端に回転自在に取り付けられた一対の内転ローラーと、アウターナルギヤが形成されたリング状の弾性体であって前記一対の内転ローラーが内側を摺動することにより楕円の長軸方向を回転させるように変形するウェーブギヤと、該ウェーブギヤの外周に配置され、内周に前記内転ローラーの位置で前記ウェーブギヤに噛み合うインターナルギヤが形成された出力ギヤとを含む調和型減速体であり、該出力ギヤが前記出力軸に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の減速体付き回転電機。
- 前記減速体は、前記回転子軸側に連動しアウターナルギヤが形成された駆動側ギヤと、該アウターナルギヤに噛合するインターナルギヤが形成され、前記駆動側ギヤの回転を前記出力軸側に伝達する従動側ギヤとを備え、前記駆動側ギヤと前記従動側ギヤとの少なくともいずれか一方が、樹脂製であることを特徴とする請求項１に記載の減速体付き回転電機。
- 前記減速体は、前記回転子軸の一端に形成された直径方向に延びるアームの先端に回転自在に取り付けられた一対の内転ローラーを更に備え、前記駆動側ギヤは、リング状の弾性体であって前記一対の内転ローラーが内側を摺動することにより楕円の長軸方向を回転させるように変形するウェーブギヤであり、前記従動側ギヤは、前記ウェーブギヤの外周に配置され、前記内転ローラーの位置で前記ウェーブギヤに噛み合う出力ギヤであり、全体として調和型減速体を構成し、前記出力ギヤが前記出力軸に固定されていることを特徴とする請求項３に記載の減速体付き回転電機。
- 前記減速体は、前記回転子軸に固定されたアウターナルギヤを備える中空のピニオンと、該ピニオンと同軸で間隔をおいて対向するインターナルギヤが形成され前記ピニオンと前記インターナルギヤとの双方に噛み合って前記ピニオンの回転と共に自転しつつ公転する複数の遊星ギヤと、前記複数の遊星ギヤの回転軸を回転自在に支持して該遊星ギヤの公転と共に前記ピニオンと同軸で回転する回転プレートとを備え、該回転プレートが前記出力軸に結合していることを特徴とする請求項１に記載の減速体付き回転電機。
- 前記減速体は、前記回転子軸に固定されたアウターナルギヤを備える中空のピニオンと、該ピニオンと同軸で前記出力軸に固定された中空の出力ギヤと、前記ピニオンに噛み合う大径ギヤに前記出力ギヤに噛み合う小径ギヤを同心に固定して構成される複数の二段ギヤとを備えることを特徴とする請求項１に記載の減速体付き回転電機。
- 上記減速体は、出力軸に固定される中空の出力ギヤの歯部を３個の小径のギヤで噛み合い支持するようにした二段ギヤを備えて構成するようにしたことを特徴とする請求項６に記載の減速体付き回転電機。
- 前記スリップリング軸は、軸受を介して前記スリップリング支持体に対して回転自在に設けられ、出力軸部が軸方向に離れた複数箇所で回転自在に保持されていることを特徴とする請求項１に記載の減速体付き回転電機。
- 前記スリップリングはそのスリップリング軸内にリード線を通して片側のスリップリングの軸受の内部を通し一方の入、出力端子とし、又前記スリップリング支持 体からリード線を引き出して他方の入、出力端子として接続するようにしたことを特徴とする請求項８に記載の減速体付き回転電機。
- 固定部に設けられた第１の回転電機により前記固定部に対して第１の可動部を第１の回転軸回りに回転駆動し、前記第１の可動部に設けられた第２の回転電機により前記第１の可動部に対して第２の可動部を前記第１の回転軸に対して垂直な第２の回転軸回りに回転駆動させる２軸の自由度を持つ駆動装置において、前記第１、第２の回転電機の少なくとも一方が、請求項１乃至９のいずれかに記載の減速体付き回転電機であり、該回転電機は、出力軸が対応する回転軸と同軸となるよう取り付けられていることを特徴とする駆動装置。
- 前記第１の回転電機が、請求項１乃至６のいずれかに記載の減速体付き回転電機であり、該回転電機の前記固定フレーム側と前記出力軸側との一方にスリップリングを設けると共に、他方に該スリップリング上を摺動するブラシを設け、前記スリップリングとブラシ間の導通により、前記固定部側の電源回路と前記第２の回転電機とを電気的に接続したことを特徴とする請求項１０に記載の駆動装置。
- 水平駆動又は垂直駆動する前記第１の回転電機又は第２の回転電機の内、少なくとも水平駆動する第１の回転電機の回転軸中心部を中空とし、その出力を同心的に減速する減速体もその回転軸中心部を中空とし、少なくとも第１又は第２の回転電機のどちらか一方の回転電機は、３相永久磁石式のスター又はデルタ結線の３端子給電のステッピングモータであることを特徴とする請求項１０に記載の駆動装置。
- 前記第２の可動部に電子カメラが固定され、前記第１の回転軸が水平軸、前記第２の回転軸が垂直軸であり、前記第１、第２の回転電機が共に請求項１乃至６のいずれかに記載の減速体付き回転電機であり、該第１、第２の回転電機のそれぞれについて、前記固定フレーム側と前記出力軸側との一方にスリップリングを設けると共に、他方に該スリップリング上を摺動するブラシを設け、前記第１の回転電機の前記スリップリングとブラシ間の導通、及び前記第２の回転電機の前記スリップリングと前記ブラシの導通により、前記固定部側のカメラ制御回路と前記電子カメラとを電気的に接続したことを特徴とする請求項１０に記載の駆動装置。
- 前記電子カメラが捉えている被写体の移動速度を水平方向成分と垂直方向成分とに分離し、その速度成分に比例した速度で前記第１、第２の回転電機をそれぞれ駆動することにより被写体を追従するようにしたことを特徴とする請求項１３に記載の駆動装置。
- 前記電子カメラが捉えている被写体の遠近方向の移動速度、あるいは前記被写体の位置情報を求め、求めた情報により前記電子カメラのフォーカス機能、ズーム機能を制御することを特徴とする請求項１３又は１４に記載の駆動装置。
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