JP5980267B2 - モータ及びアクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、例えばアシスト装置などに用いられるモータ及びこれを備えたアクチュエータに関する。

例えば老人、婦人、障害者などの社会的弱者にとって、日常生活に支障をきたす過度の負荷が作用する場面ではロボット装置が用いられ、該ロボット装置にはモータの駆動力を補助的に用いるアシスト装置が用いられている（特許文献１参照）。また、車両の各部には、モータの駆動力を用いて電子制御されたアシスト装置が多数設けられている。例えば、電動モータの駆動力をモータに機械的に連結する減速機を介して車輪などの被駆動部品に伝達することが行われている（特許文献２参照）。

これらに用いられるアクチュエータは、モータの回転を減速機構により減速して出力するようになっている。例えば、特許文献１においては、モータ部と回転機構部の中心部を貫通する中心軸が設けられ、ロータが軸方向に２カ所の軸受部（ボールベアリング）によって回転可能に軸支されている。また、カップ状に形成されたロータの中央部にはサンギア（太陽歯車）が一体に設けられ、ロータに設けられた凹部にプラネタリーギア（遊星歯車）とアウターギア（内歯車）が互いに噛み合って収納されている。プラネタリーギアはサンギアと噛み合っている。アウターギアはギア固定部に形成され、ギア固定部はモータケーシングと一体に組み付けられている。プラネタリーギアは負荷接続部（プラネタリーキャリア）に回転可能に軸支されている、負荷接続部は中心軸に対して軸方向に２カ所の軸受部（ベアリング）によって回転可能に軸支されている。負荷接続部はロボットアームの関節に設けられたべベルギア（傘歯車）の軸部が一体に組み付けられている。

モータを起動するとロータが回転し、サンギアと噛み合うプラネタリーギアがアウターギアに沿って周回する。これにより負荷接続部を介してベベルルギアを減速回転するようになっている（特許文献１参照）。

特開２０１２−７０５５８号公報 特許５０２３６０６号公報

しかしながら、上述したアシスト装置に設けられるアクチュエータは、モータ部と回転機構部（減速機構）は、これらの中心に設けられた中心軸の軸方向に複数箇所で設けられた軸受部（ボールベアリング）を介して回転可能に軸支されている。このため、モータ部と回転機構部が軸方向に大型化しやすく、かつ複数の軸受部により軸支されたロータの回転振動が複数のギア列を有する減速機構側でギアどうしのバックラシュにより増幅され、騒音が発生し易くなる。特に、アシスト装置として人に装着する装置においては、動作の妨げとならないように小型でかつ動作音の静音化が要求される。

本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、軸方向に偏平化かつ薄型化を図り、しかも回転安定性が高く騒音の発生を抑えたモータ並びにこれに減速機構を一体に備えて出力軸に出力する小型で静音化を図ったアクチュエータを提供することにある。

本発明は上記目的を達成するため、次の構成を備える。
モータケースに回転可能に軸支される回転軸と該回転軸を中心に組み付けられるロータヨークとその外周面に組み付けられた環状磁石と、を備えたロータと、前記モータケース内に前記ロータの外周に配置されたステータと、を備えたモータであって、前記ロータヨークは、円盤状のベース部の中央で軸方向に起立形成され前記回転軸が組み付けられる第一の環状部と、それより外周側に前記ベース部から軸方向に起立形成された第二の環状部と、を備え、前記第一環状部と第二環状部との間は、前記モータケースから軸方向に起立形成された仕切り壁により仕切られており、前記第一の環状部と前記仕切り壁との間に軸方向両側が前記ロータヨークと前記モータケースに挟み込まれて第一軸受部が組み付けられ、前記仕切り壁と前記第二環状部との間に軸方向両側が前記ロータヨークと前記モータケースに挟み込まれて第二軸受部が組み付けられており、前記第一軸受部及び前記第二軸受部のうちいずれかの軸方向端部に配置された予圧付与部材によって、前記ロータヨークと前記モータケースを介して他方の軸受部に軸方向に作用する押圧力を強めることで双方の軸受部に予圧が付与されて同心状に組み付けられることを特徴とする。

上記構成によれば、軸方向両側がロータヨークとモータケースに挟み込まれた第一軸受部及び第二軸受部のうちいずれかの軸方向端部に配置された予圧付与部材によって、ロータヨークとモータケースを介して他方の軸受部に軸方向に作用する押圧力を強めることで双方の軸受部に予圧が付与される。このため、ロータの回転に伴う軸受部の振動を抑え、回転安定性が高く静音化を実現することができ、かつ第一軸受部及び第二軸受部が同心状に組み付けられることで軸方向に偏平化かつ薄型化を図ることができる。また、減速機構を組み付けないモータ単体で駆動しても回転安定性がよいのでモータ特性を得ることができる。

前記第一軸受部は、前記第一環状部の外周に設けられた抜け止めワッシャーにより軸方向に抜け止めされて組み付けられ、前記第二軸受部は、前記モータケースにより抜け止めされて組み付けられるのが好ましい。
これにより、一方の軸受部に予圧をかけると、ワッシャー若しくはモータケースのような固定部に対して可動部であるロータヨークに反力を作用させて他方の軸受部に予圧を付与することができる。

前記仕切り壁と前記第一軸受部との間に組み付けられた前記予圧付与部材によって前記ロータヨークを軸方向に付勢することにより、前記第二軸受部に予圧を付与するようにしてもよい。これにより、第一軸受部に予圧を付与することで、ロータヨークを介して第二軸受部に予圧を付与することができる。

或いは前記ベース部と前記第二軸受部との間に組み付けられた前記予圧付与部材によって前記ロータヨークを軸方向に付勢することにより、前記第一軸受部に予圧を付与するようにしてもよい。これにより、第二軸受部に予圧を付与することで、ロータヨークを介して第一軸受部に予圧を付与することができる。

また、前記ロータヨークのベース部外周には、第三環状部が起立形成されており、前記第一環状部及び第二環状部と前記ベース部を介して反対側には前記第三環状部に囲まれた収納部が形成されていることが好ましい。これにより、ロータヨークの第三環状部に囲まれた収納部に減速機構などを収納することでモータにコンパクトに組み付けることができる。

また、アクチュエータにおいては、出力軸と、該出力軸と機械的に連結され前述したいずれかのモータのロータヨーク内の収納部に収納されモータ回転軸から回転駆動を減速して前記出力軸に伝達する減速機構と、を備えたことを特徴とする。これにより、モータの回転駆動力を減速機構により減速して出力軸へ出力するアクチュエータの小型化及び静音化を図ることができる。

前記減速機構は、前記回転軸に形成された太陽歯車と、該太陽歯車と同心状に前記ロータヨークに組み付けられた内歯車と、前記太陽歯車と内歯車に噛み合い前記太陽歯車を中心に転がり回転する遊星歯車と、該遊星歯車の中心軸と連結すると共に前記出力軸が形成されたキャリヤと、を備えた遊星歯車機構であることが好ましい。
これにより遊星歯車機構は太陽歯車を中心に遊星歯車と内歯車が互い径方向に噛み合って組み付けられるため、ロータヨークの第三環状部に囲まれた収納部に偏平化かつ薄型化してコンパクトに収納することができる。

上述したように軸方向に偏平化かつ薄型化を図り、しかも回転安定性を高め騒音の発生を抑えたモータを提供することができ、またこれを減速機構と一体に組み合わせて小型で静音化を図ったアクチュエータを提供することができる。

電動機の平面図、矢印Ｘ−Ｘ方向断面図、正面図及び右側面図である。 モータホルダーを外した電動機の平面図、矢印Ｘ−Ｘ方向断面図及びＹ部拡大断面図である。 他例に係る電動機の平面図、Ｘ−Ｘ方向図１の矢印Ｘ−Ｘ方向断面図及びＹ部拡大断面図である。

以下、本発明に係るモータ及びアクチュエータの一実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。先ず、アクチュエータの概略構成について図１及び図２を参照して説明する。アクチュエータ１は、図１（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、取付面側に設けられるモータホルダー２にモータケース３を組み付けて用いられる。モータケース３は、第一ハウジング４と第二ハウジング５を組み合わせて形成される。

モータケース３内にはモータＭのほかに減速機構Ｎも一体に組み付けられる。先ずモータＭの構成について図１（Ｂ）を参照して説明する。
ロータ６は、モータケース３（第二ハウジング５）に回転可能に軸支される回転軸７と該回転軸７を中心に組み付けられるロータヨーク８とその外周面に環状のロータマグネット９を備えている。ロータマグネット９は周方向にＮ極とＳ極が交互に着磁されている。
また、モータケース３内にはロータ６の外周にステータ１０が配置されている。ステータコア１０ａにはコイルは巻かれており、極歯１０ｂはロータマグネット９と配向配置されている。
また、ステータコア１０ａと第二ハウジング５の内底部との隙間には、センサ基板１０ｃが設けられている。センサ基板１０ｃには図示しないホールＩＣなどのロータの磁極位置を検出する検出素子が搭載されている。

ロータヨーク８は、ベース部８ａの中央部で軸方向に起立形成され回転軸７が組み付けられる第一環状部８ｂと、それより外周側に円盤状のベース部８ａから軸方向に起立形成された第二環状部８ｃが同心状に形成されている。回転軸７は第一環状部８ｂに圧入、焼嵌め、接着などにより固定されている。

また、第一環状部８ｂと第二環状部８ｃとの間は、モータケース３（第２ハウジング５）から軸方向に起立形成された仕切り壁５ａにより仕切られている。仕切り壁５ａの軸方向先端部５ｂは径方向内側にＬ字状に折り曲げられており、後述するように第一軸受部１１の軸方向の位置決めを行っている。

第一軸受部１１（例えば転がり軸受）は、第一環状部８ｂと仕切り壁５ａとの間に組み付けられている。第一軸受部１１の内輪は第一環状部８ｂと当接して組み付けられ、外輪は仕切り壁５ａと当接して組み付けられ、内外輪ともにフリーに回転することができる。
第二軸受部１２は、仕切り壁５ａと第二環状部８ｃとの間に組み付けられている。第二軸受部１２は、ロータヨーク８のベース部８ａと第二ハウジング５との間に挟み込まれて抜け止めされて組み付けられる。第二軸受部１２の内輪は仕切り壁５ａと当接してフリーに回転し、外輪は第二環状部８ｃに圧入されて固定されて組み付けられる。

第一軸受部１１は、第一環状部８ｂの外周に設けられた抜け止めワッシャー１３により軸方向に抜け止めされて組み付けられている。第一軸受部１１と軸方向先端部５ｂとの間にはウェーブワッシャー１４が設けられている。ウェーブワッシャー１４は、第一軸受部１１を軸方向に付勢して抜け止めワッシャー１３に押し当てる。第一軸受部１１は、ウェーブワッシャー１４の下向きの付勢力（矢印Ｅ）と抜け止めワッシャー１３から得られる上向きの反力（矢印Ｆ）が釣り合って、軸方向に位置決めされる。このとき、ロータヨーク８には、図２（Ｃ）に示す矢印Ｇに示す下向きに押す力が作用する。これにより、第二軸受部１２にはロータヨーク８（ベース部８ａ）から下向きの押圧力（矢印Ｈ）を受け、この押圧力と第二ハウジング５から受ける上向きの反力（矢印Ｉ）が釣り合って軸方向に位置決めされる。

これにより、第一軸受部１１にウェーブワッシャー１４を用いて予圧を付与することで、ロータヨーク８を介して第二軸受部１２に予圧を付与することができる。このため、第一軸受部１１及び第二軸受部１２が同心状に組み付けられることでモータを軸方向に偏平化かつ薄型化を図ることができ、かつ一方の軸受部に予圧が付与されて他方の軸受部も予圧が付与されるので、ロータ６の回転に伴う軸受部の振動を抑え、静音化を実現することができる。また、モータＭは、後述する減速機構Ｎを組み付けないモータ単体で駆動しても回転安定性がよいのでモータ特性を得ることができる。

次に減速機構Ｎの一例について、図２（Ａ）〜（Ｃ）を参照して説明する。
図２（Ｂ）において、ロータヨーク８のベース部８ａ外周には、第三環状部８ｄが起立形成されている。第三環状部８ｄの外周には環状のロータマグネット９が組み付けられている。第三環状部８ｄに囲まれた第一環状部８ｂ及び第二環状部８ｃとベース部８ａを介して反対側に形成された収納部８ｅ（図２（Ｃ）参照）には、ロータ６の回転を減速して出力する減速機構Ｎが組み付けられる。

具体的には、図２（Ｂ）においてロータヨーク８の収納部８ｅには、ロータ６の回転軸７に形成された太陽歯車７ａに噛み合う複数（例えば３個）の遊星歯車１５と各遊星歯車１５と噛み合う内歯車１６を備えた遊星歯車機構が組み付けられる。回転軸７に形成された太陽歯車７ａと、該太陽歯車７ａと内歯車１６は同心状に組み付けられる。内歯車１６はモータケース３（第一ハウジング４）に止めねじ１６ａ（図１（Ａ）参照）によって一体に組み付けられている。遊星歯車１５は太陽歯車７ａと内歯車１６に噛み合い太陽歯車７ａを中心に転がり回転する。各遊星歯車１５はキャリヤ１８に固定された複数（例えば３本）の中心軸１５ａを中心に軸受１５ｂ（図２（Ｃ）参照）を介して回転可能に軸支されている。またキャリヤ１８には、出力軸１８ａが一体に形成されている。出力軸１８ａは、第一ハウジング４に組み付けられた第三軸受部１９（例えば転がり軸受）によって、回転可能に軸支されている。

減速機構Ｎは、モータＭを起動すると回転軸７が回転し、ロータヨーク８内の収納部８ｅに収納された太陽歯車７ａから遊星歯車１５を内歯車１６に沿って周回させることでキャリヤ１８が回転し、出力軸１８ａに対してモータＭの回転駆動を減速して伝達するようになっている。このモータＭと一体に組み付けられた減速機構Ｎとでアクチュエータ１が構成されている。

このように、減速機構Ｎ（遊星歯車機構）は太陽歯車７ａを中心に遊星歯車１５と内歯車１６が互い径方向に噛み合って組み付けられるため、ロータヨーク８の第三環状部８ｄに囲まれた収納部８ｅ内に偏平化かつ薄型化してコンパクトに収納することができる。よって、モータＭの回転駆動力を減速機構Ｎにより減速して出力軸１８ａへ出力するアクチュエータ１の小型化を図り、モータの振動により複数有するギア列のバックラッシュによる振動音の発生を抑えて静音化を図ることができる。

次に、アクチュエータ１の他例について図３（Ａ）〜（Ｃ）を参照して説明する。
モータケース３の構成や減速機構Ｎの構成は、図２（Ａ）〜（Ｃ）と同様であるので援用するものとし、モータＭの構成、とりわけ第一，第二軸受部の構成について説明する。図３（Ｂ）に示すように、ウェーブワッシャー１４（予圧付与部材）は、ロータヨーク８のベース部８ａと第二軸受部１２との間に組み付けられている。

図３（Ｂ）において、第一環状部８ｂと仕切り壁５ａとの間に組み付けられている第一軸受部１１は、内輪は第一環状部８ｂと当接して組み付けられ、外輪は仕切り壁５ａに圧入により組み付けられている。仕切り壁５ａと第二環状部８ｃとの間に組み付けられている第二軸受部１２は、ロータヨーク８のベース部８ａと第二ハウジング５との間に挟み込まれて組み付けられる。第二軸受部１２の内輪は仕切り壁５ａと当接してフリーに回転し、外輪も第二環状部８ｃに当接してフリーに回転するように組み付けられる。

図３（Ｃ）において、第一軸受部１１は、第一環状部８ｂの外周に設けられた抜け止めワッシャー１３により軸方向に抜け止めされて組み付けられている。第二軸受部１２とベース部８ａとの間にはウェーブワッシャー１４が設けられている。ウェーブワッシャー１４は、第二軸受部１２を軸方向に付勢して第二ハウジング５に押し当てる。第二軸受部１２は、ウェーブワッシャー１４の下向きの付勢力（矢印Ｅ´）と第二ハウジング５から得られる上向きの反力（矢印Ｆ´）が釣り合って、軸方向に位置決めされる。このとき、ロータヨーク８には、矢印Ｇ´に示す上向きに押す力が作用する。これにより、第一軸受部１１には抜け止めワッシャー１３から上向きの押圧力（矢印Ｈ´）を受け、仕切り壁５ａ（軸方向先端部５ｂ）から下向きの反力（矢印Ｉ´）が作用してこれらが釣り合って軸方向に位置決めされる。

よって、第二軸受部１２にウェーブワッシャー１４で予圧を付与することで、ロータヨーク８を介して第一軸受部１１にも予圧を付与することができる。このため、第一軸受部１１及び第二軸受部１２が同心状に組み付けられることでモータを軸方向に偏平化かつ薄型化を図ることができ、かつ一方の軸受部に予圧が付与されて他方の軸受部も予圧が付与されるので、ロータ６の回転に伴う第一，第二軸受部１１，１２の振動を抑え、回転安定性を高めて静音化を実現することができる。

また、ロータヨーク８の収納部８ｅには、ロータ６の回転軸７に形成された太陽歯車７ａに噛み合う複数（例えば３個）の遊星歯車１５と各遊星歯車１５と噛み合う内歯車１６を備えた遊星歯車機構が組み付けられる。よって、モータＭの回転駆動力を減速機構Ｎにより減速して出力軸１８ａへ出力するアクチュエータ１の小型化を図り、モータの振動により複数有するギア列のバックラッシュによる振動音の発生を抑えて静音化を図ることができる。

上述した遊星歯車機構は、遊星歯車機構は、太陽歯車７ａに周囲に遊星歯車１５を３カ所に設けたがそれより多く設けてもよい。また、減速機構Ｎとしてロータヨーク８の収納部８ｅに遊星歯車機構を設けたが、これに限定されるものではなく、モータギアと噛み合う減速ギア設けて減速するようにしてもよい。

１ アクチュエータ ２ モータホルダー ３ モータケース ４ 第一ハウジング ５ 第二ハウジング ５ａ 仕切り壁 ５ｂ 軸方向先端部 Ｍ モータ Ｎ 減速機構 ６ ロータ ７回転軸 ７ａ 太陽歯車 ８ ロータヨーク ８ａ ベース部 ８ｂ 第一環状部 ８ｃ 第二環状部 ８ｄ 第三環状部 ８ｅ 収納部 ９ ロータマグネット １０ ステータ １０ａ ステータコア １０ｂ 極歯 １０ｃ センサ基板 １１ 第一軸受部 １２ 第二軸受部 １３ 抜け止めワッシャー １４ ウェーブワッシャー １５ 遊星歯車 １５ａ 中心軸 １５ｂ 軸受 １６ 内歯車 １６ａ 止めねじ １８ キャリヤ １８ａ 出力軸 １９ 第三軸受部

Claims (7)

1. モータケースに回転可能に軸支される回転軸と該回転軸を中心に組み付けられるロータヨークとその外周面に組み付けられた環状磁石と、を備えたロータと、
   前記モータケース内に前記ロータの外周に配置されたステータと、を備えたモータであって、
   前記ロータヨークは、円盤状のベース部の中央で軸方向に起立形成され前記回転軸が組み付けられる第一の環状部と、それより外周側に前記ベース部から軸方向に起立形成された第二の環状部と、を備え、
   前記第一環状部と第二環状部との間は、前記モータケースから軸方向に起立形成された仕切り壁により仕切られており、前記第一の環状部と前記仕切り壁との間に軸方向両側が前記ロータヨークと前記モータケースに挟み込まれて第一軸受部が組み付けられ、前記仕切り壁と前記第二環状部との間に軸方向両側が前記ロータヨークと前記モータケースに挟み込まれて第二軸受部が組み付けられており、前記第一軸受部及び前記第二軸受部のうちいずれかの軸方向端部に配置された予圧付与部材によって、前記ロータヨークと前記モータケースを介して他方の軸受部に軸方向に作用する押圧力を強めることで双方の軸受部に予圧が付与されて同心状に組み付けられることを特徴とするモータ。
2. 前記第一軸受部は、前記第一環状部の外周に設けられた抜け止めワッシャーにより軸方向に抜け止めされて組み付けられ、前記第二軸受部は、前記モータケースにより抜け止めされて組み付けられる請求項１記載のモータ。
3. 前記仕切り壁と前記第一軸受部との間に組み付けられた前記予圧付与部材によって前記ロータヨークを軸方向に付勢することにより、前記第二軸受部に予圧を付与する請求項１又は請求項２記載のモータ。
4. 前記ベース部と前記第二軸受部との間に組み付けられた前記予圧付与部材によって前記ロータヨークを軸方向に付勢することにより、前記第一軸受部に予圧を付与する請求項１又は請求項２記載のモータ。
5. 前記ロータヨークのベース部外周には、第三環状部が起立形成されており、前記第一環状部及び第二環状部と前記ベース部を介して反対側には前記第三環状部に囲まれた収納部が形成されている請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のモータ。
6. 出力軸と、該出力軸と機械的に連結され請求項１乃至請求項５のいずれかに記載されたモータの前記ロータヨークの収納部に収納され前記モータの回転駆動を減速して前記出力軸に伝達する減速機構と、を備えたアクチュエータ。
7. 前記減速機構は、前記回転軸に形成された太陽歯車と、該太陽歯車と同心状に前記モータケースに組み付けられた内歯車と、前記太陽歯車と内歯車に噛み合い前記太陽歯車を中心に転がり回転する遊星歯車と、該遊星歯車の中心軸と連結すると共に前記出力軸が形成されたキャリヤと、を備えた遊星歯車機構である請求項６記載のアクチュエータ。

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