JP6358127B2 - ギアモータ - Google Patents

Description

本発明は、ギアモータに関する。

従来、このような分野の技術として、特開２０１０−１３０８３０号公報がある。この公報に記載された駆動装置は、波動歯車装置と、電動モータと、回転検出装置を備えている。波動歯車装置は、略椀形状に形成されており、電動モータは波動歯車装置に対して同軸であり、略椀形状の歯車波動装置の内側に形成された空間に電動モータの一部を配置している。

特開２０１０−１３０８３０号公報

しかしながら、前述した駆動装置では、アキシャルギャップ型モータのステータコイルが片側のみ配置されており、永久磁石による界磁磁束が漏洩するためにトルクの密度が上がらないという問題がある。また、前述した駆動装置では、電動モータの一部をフレクスプラインの内側に配置することにより径方向に小型化されたドライブモジュールを実現しているが、軸方向にデッドスペースが存在しており、さらに小型化することが望まれていた。
本発明は、トルク密度を向上させると共に、小型化されたギアモータを提供するものである。

本発明にかかるギアモータは、内歯が形成された内周面を有するサーキュラスプラインと、前記サーキュラスプラインの内歯に係合する外歯が形成された外周面を有し、前記サーキュラスプラインの径方向内側に配されたフレクスプラインと、前記フレクスプラインの外周面より径方向内側に配されたウェーブジェネレータと、からなる波動歯車減速機を有するギアモータであって、前記ウェーブジェネレータの軸方向の両面に永久磁石が設置されることにより形成されたロータと、前記フレクスプラインの外周面より径方向内側において、前記ロータを軸方向の両側から挟むようにステータコイルが設置された一対のステータと、を備え、前記一対のステータは、前記サーキュラスプラインに接続されている。
これにより、フレクスプライン内のスペースにステータコイルを収めると共に、２枚のステータでロータを挟み込むことができる。

トルク密度を向上させると共に、小型化されたギアモータを提供することができる。

ギアモータの斜視図である。 ギアモータのＡ−Ａ断面図である。 ギアモータの分解斜視図である。 界磁磁界を示したギアモータの分解斜視図である。

実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１〜図３に示すように、ギアモータ１は、円環形状のケーシング部材１１と、ケーシング部材１１に対して固定され、剛性部材により形成されるサーキュラスプライン１２と、ケーシング部材１１に対して固定されている第１のステータ１３と、サーキュラスプライン１２の径方向の内側に配置されるフレクスプライン１４と、フレクスプライン１４の径方向の内側に配置されるウェーブジェネレータ１５と、フレクスプライン１４の底部の近傍に配置された第２のステータ１６と、回転軸１７ｆが中央部に配置されたクロスローラベアリング１７と、を備える。なお、サーキュラスプライン１２と、フレクスプライン１４と、ウェーブジェネレータ１５は、後述するように波動歯車減速機として動作する。

ケーシング部材１１は、円環状の部材であり、軸方向に複数の貫通穴１１ａが形成されている。ケーシング部材１１の軸方向の一方にはサーキュラスプライン１２が当接し、軸方向の他方にはクロスローラベアリング１７が当接している。以下では、ケーシング部材１１に対してサーキュラスプライン１２が当接している方向を上方、クロスローラベアリング１７が当接している方向を下方として説明する。

サーキュラスプライン１２の内周面１２ａには、複数の内歯１２ｄが軸方向に円周方向に等ピッチに形成されている。また、サーキュラスプライン１２は、内周側面を形成している壁部の円周外側に沿って形成された平板部１２ｂを有する。平板部１２ｂには、軸方向に貫通する複数の貫通穴１２ｃが、周方向に略等間隔で設けられている。なお、貫通穴１２ｃは、ケーシング部材１１に設けられた貫通穴１１ａと対向するように配置される。サーキュラスプライン１２は、後述する第１のステータ１３の上方から挿入されたボルト２１により、貫通穴１２ｃを介して固定される。これにより、サーキュラスプライン１２は、ケーシング部材１１及び第１のステータ１３と固定される。

第１のステータ１３は、サーキュラスプライン１２の上方に配置されている。第１のステータ１３は、ステータコア１３ａと、ステータコイル１３ｂと、を備える。ステータコア１３ａは、円形のプレート状のステータコア本体１３ｃと、ステータコア本体１３ｃの中心部から下方に突出されて設けられた中心軸１３ｄと、ステータコア本体１３ｃのプレート下側端面から下方に突出形成されている複数の鉄心１３ｅと、を備える。

ステータコア本体１３ｃのプレート内周側には、鉄心１３ｅの位置に対応して、軸方向に貫通した複数の挿通孔１３ｆが形成されている。また、ステータコア本体１３ｃのプレート外周側には、ケーシング部材１１の貫通穴１１ａ及びサーキュラスプラインの貫通穴１２ｃと対向するように、軸方向に貫通した貫通穴１３ｇが形成されている。

中心軸１３ｄは、中空部１３ｉ有する固定軸であり、中空部１３ｉの下端１３ｊの近傍において径方向に貫通する複数の挿通孔１３ｈが形成されている。

ステータコイル１３ｂは、鉄心１３ｅに電線が巻かれることにより形成されている。なお、ステータコイル１３ｂは、上下方向をコイル軸方向として、周方向に並べて配置されている。ステータコイル１３ｂを形成する電線の端部は、挿通孔１３ｆを介してステータコア本体１３ｃの外に配されている。ステータコア本体１３ｃの外に配された電線は、ギアモータ１の外部に設けられた電源（図示せず）に接続される。

フレクスプライン１４は、カップ状である。フレクスプライン１４は、サーキュラスプライン１２の径方向の内側に配置された可撓性の歯車であり、ウェーブジェネレータ１５が内側から当接することにより楕円形状にたわめられる。フレクスプライン１４の外周面１４ａには、複数の外歯１４ｄが軸方向に円周方向に等ピッチで形成されている。例えば、複数の外歯１４ｄは、サーキュラスプライン１２の内歯１２ｄより２つ少なく形成されている。

また、フレクスプライン１４の底部１４ｂには、軸方向に貫通する複数の貫通穴１４ｃが円周状に等ピッチで設けられている。貫通穴１４ｃにはボルト２２が挿入され、フレクスプライン１４の底部１４ｂは、後述するクロスローラベアリング１７の内周部１７ｂに連結されている。

ウェーブジェネレータ１５は、フレクスプライン１４の径方向の内側に配置されている。ウェーブジェネレータ１５は、可撓性を有する円筒の外周部１５ａと、外周部１５ａの内側において複数の鋼球１５ｆを介して配置され、ロータとして動作するカム部材１５ｂと、を有する。カム部材１５ｂは楕円の円盤形状であり、中心部１５ｃと、カム外周部１５ｄと、中心部１５ｃとカム外周部１５ｄの間の面に形成された凹部１５ｅと、を有する。

中心部１５ｃは中空形状で、ステータコア１３ａの中心軸１３ｄが貫通しており、カム部材１５ｂは中心軸１３ｄ周りに回動自在である。鋼球１５ｆは、外周部１５ａの内壁と、カム外周部１５ｄの外壁と、に当接する状態で、円周方向に等ピッチで設けられている。

凹部１５ｅは、中心部１５ｃ及びカム外周部１５ｄに比べて軸方向の厚みが薄くなるように形成されている。言い換えると、カム部材１５ｂの上下の両面において、凹部１５ｅは中心部１５ｃとカム外周部１５ｄの間において周方向に溝状に形成されており、カム部材１５ｂの断面は略Ｈ状である。凹部１５ｅには、マグネット（永久磁石）２３が配置されている。より具体的には、凹部１５ｅには、カム部材１５ｂの上面にマグネット２３ａ、カム部材１５ｂの下面にマグネット２３ｂが、それぞれ周方向に並べて配置されている。これにより、カム部材１５ｂはロータとして動作する。ここで、並べて配置されたマグネット２３ａ，２３ｂは、それぞれ、カム部材１５ｂを挟んだ上下のマグネット２３ａ，２３ｂの磁束の向きが等しくなるように、Ｎ極及びＳ極が配置されている。また、周方向に隣接するマグネット２３の磁束の向きが、交互に逆向きになるように配置されている。

第２のステータ１６は、フレクスプライン１４の底部１４ｂの上方に配置されている。言い換えると、第２のステータ１６はフレクスプライン１４の内部であって、ウェーブジェネレータ１５と、フレクスプライン１４の底部１４ｂの間に配置されている。第２のステータ１６は、ステータコア１６ａと、ステータコイル１６ｂと、を備える。ステータコア１６ａは、プレート状のステータ本体１６ｃと、ステータコア本体１６ｃの中心に設けられた挿入部１６ｄと、ステータコア本体１６ｃの上側端面から上方に突出形成されている複数の鉄心（図示せず）と、を備える。

挿入部１６ｄは、第１のステータ１３の中心軸１３ｄが挿入された状態で連結されている。すなわち、第２のステータ１６は、第１のステータ１３の中心軸１３ｄを介して、サーキュラスプライン１２に固定されている。

ステータコイル１６ｂは、ステータコア本体１６ｃの上側端面から上方に突出形成されている複数の鉄心に、電線が巻かれることにより形成されている。なお、ステータコイル１６ｂは、上下方向をコイル軸方向として、周方向に並べて配置されている。ステータコイル１６ｂを形成する電線の端部は、第１のステータ１３の中心軸１３ｄに設けられた挿通孔１３ｈを介して中心軸１３ｄ内を通過し、第１のステータ１３の上方に配され、ギアモータ１の外部に設けられた電源（図示せず）に接続される。

ここで、ステータコイル１３ｂとマグネット２３ａは、軸方向に間隙を有した状態で対向し、ステータコイル１６ｂとマグネット２３ｂは軸方向に間隙を有した状態で対向して配置されている。すなわち、ステータコイル１３ｂ，１６ｂは、フレクスプライン１４の外周部１４ａより、径方向内側に配置されている。これにより、第１のステータ１３及び第２のステータ１６と、マグネット２３が設置されロータとして動作するカム部材１５ｂを有するウェーブジェネレータ１５と、によりアキシャルギャップ式のモータが形成されている。

クロスローラベアリング１７は、外周部１７ａと、内周部１７ｂと、外周部１７ａと内周部１７ｂの間を回動自在に支持する円柱状のコロ１７ｃと、を有する。外周部１７ａには、円周状に等ピッチで形成された軸方向に貫通する複数の貫通穴１７ｄが設けられている。外周部１７ａは、ケーシング部材１１の下端に当接しており、貫通穴１７ｄを貫通するボルト２１がケーシング部材１１の貫通穴１１ａに挿入されることで、ケーシング部材１１に固定されている。

内周部１７ｂには、円周状に等ピッチで設けられた貫通穴１７ｅと、内周部１７ｂの中心で支持された回転軸１７ｆを有する。貫通穴１７ｅは、フレクスプライン１４の貫通穴１４ｃと対向しており、ボルト２２により固定される。これにより、フレクスプライン１４が中心軸１３ｄ周りで回動すると、内周部１７ｂも同様に回動する。なお、回転軸１７ｆと内周部１７ｂは、複数の鋼球１７ｇを介して連結されており、内周部１７ｂが回動することによって、回転軸１７ｆは回動する。なお、回転軸１７ｆの上端部は、中心軸１３ｄの下端１３ｊにおいて、中心軸１３の中空部１３ｉに挿入されている。

次に、ギアモータ１の動作について説明する。

ステータコイル１３ｂ及びステータコイル１６ｂに対して、電力を供給する。

ここで図４に示すように、ウェーブジェネレータ１５を挟むように設けられたマグネット２３ａ，２３ｂによる界磁磁界を、第１のステータ１３と第２のステータ１６間で掃引するように発生させ、ウェーブジェネレータ１５において、界磁磁界を直線的に貫通させている。

これによりウェーブジェネレータ１５では、カム部材１５ｂにトルクが発生し、カム部材１５ｂが回動を行う。以下では、カム部材１５ｂが、中心軸１３ｄの周りを時計回りで回転するものとして説明する。

ウェーブジェネレータ１５のカム部材１５ｂが回動することにより、外周部１５ａの一部がフレクスプライン１４に接触する。これにより、フレクスプライン１４は、ウェーブジェネレータ１５によって内側から楕円形状にたわめられる。フレクスプライン１４の楕円の長軸部分では、サーキュラスプライン１２の内歯１２ｄとフレクスプライン１４の外歯１４ｄが噛み合い、短軸部分では外歯１４ｄは完全に離れた状態になる。

ここで、サーキュラスプライン１２は、ケーシング部材１１に固定されており、回動しない状態である。フレクスプライン１４の外歯１４ｄは、ウェーブジェネレータ１５の動作によりフレクスプライン１４が弾性変形することにより、サーキュラスプライン１２の内歯１２ｄとかみ合う位置が時計回りに移動していく。

ここでフレクスプライン１４の外歯１４ｄは、サーキュラスプライン１２の内歯１２ｄより２枚少なく形成されている。したがって、ウェーブジェネレータ１５が３６０°回転することにより、フレクスプライン１４はサーキュラスプライン１２に対して、歯数２枚分だけ反時計回りに回転する。このように、サーキュラスプライン１２と、フレクスプライン１４と、ウェーブジェネレータ１５は、ウェーブジェネレータ１５の時計回りの回動が、フレクスプライン１４の歯数２枚分の動きとなるように減速される波動歯車減速機として動作する。

フレクスプライン１４の底部１４ｂは、ボルト２２を介して、クロスローラベアリング１７の内周部１７ｂと連結されている。フレクスプライン１４の底部１４ｂが、外歯１４ｄの２枚分だけ反時計回りに回転することにより、クロスローラベアリング１７の内周部１７ｂも同様に、反時計回りに回転する。なお、クロスローラベアリング１７の内周部１７ｂは、外周部１７ａに対してコロ１７ｃを介して接続されており、外周部１７ａ、内周部１７ｂ及びコロ１７ｃは、転がり軸受けとして動作する。

クロスローラベアリング１７の内周部１７ｂは、鋼球１７ｇを介して回転軸１７ｆと連結されている。内周部１７ｂが回動することにより回転軸１７ｆが回動する。なお、内周部１７ｂ、回転軸１７ｆ及び鋼球１７ｇは、転がり軸受けとして動作する。回転軸１７ｆは、ギアモータ１の下方に設けられた駆動部材（図示せず）に連結されており、回転軸１７ｆの回動により駆動部材に回転する力が加えられる。これにより、駆動部材が駆動する。

このように、第１のステータ１３及び第２のステータ１６に設けられたステータコイル１３ｂ，１６ｂに電力を供給し、マグネット２３を取り付けたウェーブジェネレータ１５のカム部材１５ｂをロータとして回動させることができる。このとき、マグネット２３ａ，２３ｂによる界磁磁界を、第１のステータ１３と第２のステータ１６間で掃引するように発生させ、カム部材１５ｂにおいて、界磁磁界を直線的に貫通させている。そのため、カム部材１５ｂ内での磁束漏洩量を低減させ、ステータコア１３ｂ，１６ｂを形成する巻き線に鎖交する鎖交磁束線を増大させることができる。したがって、カム部材１５ｂは、漏れ磁束が少なくトルク密度が向上した状態で動作を行うことができ、ギアモータ１を、高トルクで動作させることができる。

また、第２のステータ１６は、フレクスプライン１４の底部１４ｂと、ウェーブジェネレータ１５の間に配されている。これにより、フレクスプライン１４の底部１４ｂとウェーブジェネレータ１５の間のスペースを有効に利用することができ、ギアモータ１を、軸方向に扁平に構成することができる。

また、ウェーブジェネレータ１５のカム部材１５ｂに、凹部１５ｅを設けておき、凹部１５ｅにマグネット２３を配置することにより、ギアモータ１を、軸方向に扁平に構成することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、フレクスプライン１４の外歯１４ｄは、サーキュラスプライン１２の内歯１２ｄより２つ少ないものとして説明したが、２つに限られず、外歯１４ｄが内歯１２ｄより少なく形成されていれば良い。

１ ギアモータ
１１ ケーシング部材
１１ａ 貫通穴
１２ サーキュラスプライン
１２ａ 内周面
１２ｂ 平板部
１２ｃ 貫通穴
１２ｄ 内歯
１３ 第１のステータ
１３ａ ステータコア
１３ｂ ステータコイル
１３ｃ ステータコア本体
１３ｄ 中心軸
１３ｅ 鉄心
１３ｆ 挿通孔
１３ｇ 貫通穴
１３ｈ 挿通孔
１３ｉ 中空部
１３ｊ 下端
１４ フレクスプライン
１４ａ 外周面
１４ｂ 底部
１４ｃ 貫通穴
１４ｄ 外歯
１５ ウェーブジェネレータ
１５ａ 外周部
１５ｂ カム部材（ロータ）
１５ｃ 中心部
１５ｄ カム外周部
１５ｅ 凹部
１５ｆ 鋼球
１６ 第２のステータ
１６ａ ステータコア
１６ｂ ステータコイル
１６ｃ ステータコア本体
１６ｄ 挿入部
１７ クロスローラベアリング
１７ａ 外周部
１７ｂ 内周部
１７ｃ コロ
１７ｄ 貫通穴
１７ｅ 貫通穴
１７ｆ 回転軸
１７ｇ 鋼球
２１ ボルト
２２ ボルト
２３ マグネット

Claims (1)

1. 内歯が形成された内周面を有するサーキュラスプラインと、前記サーキュラスプラインの内歯に係合する外歯が形成された外周面を有し、前記サーキュラスプラインの径方向内側に配されたフレクスプラインと、前記フレクスプラインの外周面より径方向内側に配されたウェーブジェネレータと、からなる波動歯車減速機を有するギアモータであって、
   前記ウェーブジェネレータの軸方向の両面に永久磁石が設置されることにより形成されたロータと、
   前記フレクスプラインの外周面より径方向内側において、前記ロータを軸方向の両側から挟むようにステータコイルが設置された一対のステータと、を備え、
   前記一対のステータのうちの一方のステータは、前記サーキュラスプラインに直接接続され、他方のステータが前記一方のステータの中心軸を介して前記サーキュラスプラインに接続されている、
   ギアモータ。

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