JPH0811035Y2 - サーボアクチュエータ - Google Patents

サーボアクチュエータ

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JPH0811035Y2
JPH0811035Y2 JP1990103804U JP10380490U JPH0811035Y2 JP H0811035 Y2 JPH0811035 Y2 JP H0811035Y2 JP 1990103804 U JP1990103804 U JP 1990103804U JP 10380490 U JP10380490 U JP 10380490U JP H0811035 Y2 JPH0811035 Y2 JP H0811035Y2
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brake
rotating
motor
inductor
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寿之 河野
恭祐 宮本
孝信 岩金
博文 猪ノ口
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Yaskawa Electric Corp
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Yaskawa Electric Corp
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Description

【考案の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本考案は、産業用ロボットの関節などを駆動するアク
チュエータに関する。
[従来の技術] 従来、産業用ロボットの関節などを駆動するサーボ特
性を要するアクチュエータは、例えば第13図に示すよう
に、ハーモニック減速機A、モータB、負作動形ブレー
キC、回転検出器D等がモータBによって駆動されるモ
ータ軸A1に対して直列に配置された構造になっている。
そしてロボットの非常時などに関節を固定し、更に小形
で大きなブレーキトルクを得るために接触形の乾式負作
動形ブレーキCを使用している。そのため、軸受や減速
機の潤滑油により発生するオイルミストがブレーキ接触
面や回転検出器Dのディスクに付着しないようにするた
めためや、ブレーキ接触面に発生するゴミが軸受など他
の回転部分に入り込まないようにするために、それぞれ
軸受B1、C2、隔壁B2、C2、オイルシールC3などにより別
々に分離されている。
[考案が解決しようとする課題] ところで、上記構成では減速機、モータ、負作動形ブ
レーキ、回転検出器等の機器が直列に配置され、それぞ
れの機器の間に軸受、隔壁、オイルシールなどが設ける
必要があるためアクチュエータの軸方向長さが大きくな
る欠点があった。
本考案は、軸受、隔壁、オイルシールなどを省略でき
る構成にするとともに、放熱効率を向上させてモータの
小形化を可能にし、高密度に一体化したサーボアクチュ
エータを提供することを目的とするものである。
[課題を解決するための手段] 本考案は、フレックススプライン15とウエーブジェネ
レータ17とサーキュラスプライン14よりなるハーモニッ
ク減速機1を組み込んだ減速機フレーム11と、前記ウエ
ーブジェネレータ17を回転駆動するモータ軸21と、永久
磁石26よりなる磁極を備えた回転子27と回転磁界を発生
する巻線23を備えたモータフレーム22に固定した固定子
25よりなるモータ2と、前記モータ軸21に固定したブレ
ーキの回転部と、このブレーキの回転部に対向するブレ
ーキの固定部と、前記モータ軸21に固定した回転検出器
4の回転部42と、この回転検出器4の回転部42に対向す
る回転検出器4の固定部41を備えたサーボアクチュエー
タにおいて、 前記ブレーキの回転部を、前記モータ軸21に前記モー
タヨーク28と軸方向に併設した前記回転子27の磁極数と
同数の突極を円周方向に等間隔で配置した回転側インダ
クタ34で構成し、 前記ブレーキの固定部を、前記回転側インダクタ34と
空隙を介し対向させた、前記回転側インダクタ34の磁極
数と同数の永久磁石33を、隣接する磁極が異極となるよ
うに円周方向に等間隔で内側に、固定した中空ヨーク31
で構成し、 前記ブレーキの固定部を中空ヨーク31の端面に備えた
フランジ32により前記モータフレーム22に固定しサーボ
アクチュエータを構成する。
[作用] 固定側永久磁石または固定側インダクタの内側にモー
タ軸に固定された回転側インダクタまたは回転側永久磁
石が空隙を介して対向するようにしてブレーキを非接触
に構成したことにより、摩擦による粉塵が発生しなくな
るとともに、潤滑油がブレーキに入ってもブレーキ作用
には全く影響しなくなる。
また、ハーモニック減速機のフレックススプラインの
内側に空隙を介してブレーキ、回転検出器、ポールセン
サ、あるいはモータなどを挿入配置することにより、軸
方向長さを短くすることができる。
また、ブレーキの固定側または回転側の永久磁石また
はインダクタの形状を変化させてブレーキトルクを正弦
波状に変化させ、モータに発生するコギングトルクと打
ち消しあうようにしてあるので、滑らかな回転トルクが
得られる。
[実施例] 本考案を図に示す実施例について説明する。
第1図は本考案の実施例を示す側断面図で、ハーモニ
ック減速機1のフレーム11の内側に軸受12を介してカッ
プ状の出力軸13が設けられ、出力軸13の内側にはサーキ
ュラスプライン14が設けられている。サーキュラスプラ
イン14の内側にはフレーム11に固定された可撓性を有す
る回転筒からなり、一方端部外周の外側に張り出したフ
ランジ部15aを備えた、いわゆるシルクハット型のフレ
ックススプライン15が配置され、フレックススプライン
15の他方端部外周に設けられた外歯16がサーキュラスプ
ライン14に係合するようにしてある。フレックススプラ
イン15の内側にはウエーブジェネレータ17が接触してウ
エーブジェネレータ17からトルクを伝達するようにして
ある。ウエーブジェネレータ17は後述するモータ2によ
って発生するトルクをハーモニック減速機1に入力する
モータ軸21に固定され、モータ軸21の一方端は出力軸13
の内側に軸受18を介して支持されている。
フレックススプライン15の内側には空隙を介してブレ
ーキ3の中空ヨーク31が設けられ、フレックススプライ
ン15の外周側に張り出したフランジ部15aを介してフレ
ーム11に固定されたフランジ32に固定されている。中空
ヨーク31の内側にはモータ2の極数に対応した極数を備
えた固定側永久磁石33が円周方向に等間隔に、かつ隣接
する磁極が異極になるように固定されている。固定側永
久磁石33の内側には、この固定側永久磁石33と同数の突
極を有する磁性材料からなる回転側インダクタ34が空隙
を介して対向するようにモータ軸21に固定されている。
なお、インダクタ34は円周上に等ピッチで着磁したリ
ング状永久磁石でもよい。
また、中空ヨーク31の内側には回転検出器4の検出器
固定部41およびポールセンサ5の固定板51が固定され、
検出器固定部41の内側には検出器回転部42が空隙を介し
て対向するように、またポールセンサ5の回転板52は固
定板51に対向するようにモータ軸21に固定されている。
フランジ32には円筒状のモータ2のモータフレーム22
が固定され、モータフレーム22の内側には電機子巻線23
を備えたリング状の固定子鉄心24からなる固定子25が固
定されている。固定子25の内側にはモータ2の界磁を構
成する永久磁石26を備えた回転子27が設けられ、永久磁
石26は空隙を介して固定子鉄心24に対向させてモータ軸
21に固定された円筒状のモータヨーク28に固定されてい
る。モータフレーム22の端面にはブラケット6が固定さ
れ、軸受61を介してモータ軸21の他方端を支持してい
る。
このように、固定側永久磁石33の内側に回転側インダ
クタ34が空隙を介して対向するようにして、ブレーキを
非接触の構成にしたことにより、摩擦による粉塵が発生
しなくなるとともに、潤滑油がブレーキに入ってもブレ
ーキ作用には全く影響しない。
なお、第11図に示す他の実施例のように、ブレーキ3
の被制動部材をモータ軸21上で摺動するディスク36と
し、制動部材をライニングを備えたヨーク部37とし、デ
ィスク36とヨーク部37との間にバネ38を設け、電磁吸引
力によってバネ38に抗してディスク36をヨーク部37に接
触させるようにした電磁ブレーキにしてもよい。
また、ハーモニック減速機のフレックスプラインの内
側に空隙を介してブレーキ、回転検出器、ポールセン
サ、あるいはモータなどを挿入することにより、軸方向
長さを短くすることができる。
第2図は第2の実施例の構成を示す側面断面図で、ブ
レーキ3に大きなブレーキトルクを要求された場合に対
応できる構造である。第1図に示した構造と異なる点
は、固定側永久磁石33および回転側インダクタ34の軸方
向長さを長くし、ブレーキトルクを大きくした。また、
ブラケット6の内側に回転検出器4およびポールセンサ
5を配置し、モータ2のモータヨーク28をカップ状に形
成してモータヨーク28の内径側に回転検出器4およびポ
ールセンサ5を挿入して軸方向長さを短くしたものであ
る。
第3図は第3の実施例の構成を示す側断面図で、第1
図に示した構造と異なる点は、フレックススプライン15
の内側に設けられた中空ヨーク31の内径側にモータ2と
ブレーキ3を配置し、中空ヨーク31が固定されたフラン
ジ32の外側に回転検出器4およびポールセンサ5を設け
たものである。
この場合、モータ2の固定子25は、第4図に示すよう
に、電機子巻線23を固定子鉄心24の空隙面に固定した、
いわゆるギャップワインデイング方式としてある。ま
た、回転子27はモータ軸21に非磁性リング271を介して
円周方向に等間隔で磁極数だけ配置された磁極体272
と、それぞれの磁極体272の周囲を囲み、磁極体272に接
する面が同極性になるように着磁された界磁極を形成す
る永久磁石26と、軸方向に配置された永久磁石26の軸方
向端面に接して設けられたモータヨーク28とによって構
成された、いわゆる磁束集中形界磁方式としている。
このようなギャップワインデイング方式の構成にする
ことにより、従来のスロットを設けた固定子のようにテ
ィース部の磁気飽和による空隙磁束密度の抑制がなくな
るとともに、磁束集中形界磁方式により磁極体272から
発生する磁束密度を高くすることができ、極めて高い空
隙磁束密度を実現できるものである。
第5図は第4の実施例を示す側断面図で、第1図に示
した構造と異なる点は、フレックススプライン15の内側
に設けられた中空ヨーク31に回転検出器4およびポール
センサ5を設け、ブレーキ3をカップ状に形成したモー
タヨーク28の内径側に配置したもので、ブレーキ3の冷
却効果を高めたものである。
ここで、ブレーキ3の構成および作用について説明す
ると、第6図(a)は第1図に示したブレーキ3の正断
面図で、モータの極数と同極数の固定側永久磁石33と、
この固定側永久磁石33と同極数の突極を有する回転側イ
ンダクタ34を円周方向に等間隔で配置したものである。
モータ軸21はインダクタ34と固定側永久磁石33との間に
蓄えられた磁気エネルギーによって第12図(a)に示す
ような正弦波状に変化するブレーキトルクTBが加えられ
る。また、モータ2ではコギングトルクTeが発生する
が、これも第12図(b)に示すように正弦波状に変化す
る。
したがってブレーキの構成およびモータの電機子電流
との関係を適宜選定することにより、第12図(c)に示
すように、ブレーキトルクTBとコギングトルクTeとを合
成して互いに打ち消しあうようにし、コギングを無くす
ることができる。
また、モータを停止した場合は、ブレーキトルクTB
けが働き、モータ軸21はブレーキトルクによって固定さ
れる(本出願人による特願平1−284889号参照)。
なお、ブレーキトルクTBを高周波成分を小さくした正
弦波状にするために第6図(a)は固定側永久磁石33の
内径をモータ軸と同心円状にした場合、回転側インダク
タ34の外径曲率半径を小さくしたものである。また、第
6図(b)は回転側インダクタ34の外径をモータ軸と同
心円状にした場合で、固定側永久磁石33の回転側インダ
クタ34に対向する面を平面状にしたものである。
第7図(a),(b)は第3図に示したブレーキ3の
正断面図で、モータ軸21に回転ヨーク35を設けて回転側
インダクタ34の代りに回転側永久磁石34′を固定し、固
定側永久磁石33の代りに固定側インダクタ33′を中空ヨ
ーク31の内側に固定したもので、回転側永久磁石34′ま
たは固定側インダクタ33′の曲率半径を変えることによ
って、ブレーキトルクTBを正弦波状にするものである。
第8図(a),(b)は回転側インダクタ34の円周方
向の断面を180°位相が異なる二つの正弦波を合せたよ
うなレンズ状に形成した正断面図および側断面図で、回
転側インダクタ34の両端部の固定側永久磁石33に対向す
る面積が小さくなるようにしてブレーキトルクTBを正弦
波にするものである。
第9図(a),(b)は第1図に示した回転側インダ
クタ34の代りにモータ軸21に設けた回転ヨーク35に固定
した回転側永久磁石34′によって構成した場合で、モー
タ極数と同数の固定側永久磁石33、回転側永久磁石34′
を円周方向に等間隔で配置し、それぞれ異極が空隙を介
して対向するようにしたもので、同様に、固定側永久磁
石33または回転側永久磁石34′の曲率半径を変えること
によって、ブレーキトルクTBを正弦波状にするものであ
る。
第10図(a),(b)は中空ヨーク31に固定された固
定側永久磁石33またはモータ軸21に固定された回転側永
久磁石34′に着磁する際、一点鎖線で示すように、円周
方向に正弦波の180°位相分だけ磁束密度が変化するよ
うに着磁して、ブレーキトルクTBを正弦波状にするもの
である。
[考案の効果] 以上述べたように、本考案によればブレーキを非接触
の構成にして摩擦による粉塵が発生しないようにすると
ともに潤滑油がブレーキに影響しないようにしてあるの
で、各機器間の隔壁を設ける必要がなくなり、機体の軸
方向長さを短くすることができる。
また、軸受、隔壁、オイルシールなどを省略すること
ができるので、ハーモニック減速機のフレックススプラ
インの内側に空隙を介してブレーキ、回転検出器、ポー
ルセンサ、あるいはモータなどを挿入することにより、
さらに軸方向長さが短く、放熱効率を向上させてモータ
の小形化を可能にし、減速機、モータ、ブレーキ、回転
検出器等の機器を高密度に一体化したコギングのないサ
ーボアクチュエータを提供できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本考案の実施例を示す側断面図、第2図は第2
の実施例を示す側断面図、第3図は第3の実施例を示す
側断面図、第4図はモータ部の正断面図、第5図は第4
の実施例を示す側断面図、第6図(a),(b),第7
図(a),(b)第8図(a)はブレーキの他の実施例
を示す正断面図、第8図(b)はブレーキの他の実施例
を示す側断面図、第9図(a),(b)、第10図
(a),(b)はブレーキの他の実施例を示す正断面
図、第11図はブレーキの他の実施例を示す側断面図、第
12図(a),(b),(c)はブレーキトルクTBとコギ
ングトルクTeとの関係を説明する説明図、第13図は従来
例を示す側断面図である。 1…ハーモニック減速機、13…出力軸、15…フレックス
スプライン、17…ウエーブジジェネレータ、2…モー
タ、21…モータ軸、22…フレーム、25…固定子、26…永
久磁石、27…回転子、28モータヨーク、3…ブレーキ、
31…中空ヨーク、32…フランジ、33…固定側永久磁石、
33′…固定側インダクタ、34…回転側インダクタ、34′
…回転側永久磁石、35…回転側ヨーク、4…回転検出
器、5…ポールセンサ、6…ブラケット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−202132(JP,A) 特開 昭54−129415(JP,A) 実開 平2−113048(JP,U) 実開 平1−127349(JP,U)

Claims (3)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】フレックススプライン(15)とウエーブジ
    ェネレータ(17)とサーキュラスプライン(14)よりな
    るハーモニック減速機(1)を組み込んだ減速機フレー
    ム(11)と、前記ウエーブジェネレータ(17)を回転駆
    動するモータ軸(21)と、永久磁石(26)よりなる磁極
    を備えた回転子(27)と回転磁界を発生する巻線(23)
    を備えたモータフレーム(22)に固定した固定子(25)
    よりなるモータ(2)と、前記モータ軸(21)に固定し
    たブレーキの回転部と、このブレーキの回転部に対向す
    るブレーキの固定部と、前記モータ軸(21)に固定した
    回転検出器(4)の回転部(42)と、この回転検出器
    (4)の回転部(42)に対向する回転検出器(4)の固
    定部(41)を備えたサーボアクチュエータにおいて、 前記ブレーキの回転部と前記ブレーキの固定部を前記フ
    レックススプライン(15)の内径側に収納し、 さらに、前記ブレーキの回転部を、前記モータ軸(21)
    に前記モータヨーク(28)と軸方向に併設した前記回転
    子(27)の磁極数と同数の突極を円周方向に等間隔で配
    置した回転側インダクタ(34)で構成し、 前記ブレーキの固定部を、前記回転側インダクタ(34)
    と空隙を介し対向させた、前記回転側インダクタ(34)
    の磁極数と同数の永久磁石(33)を、隣接する磁極が異
    極となるように円周方向に等間隔で内側に、固定した中
    空ヨーク(31)で構成し、 前記ブレーキの固定部を中空ヨーク(31)の端面に備え
    たフランジ(32)により前記モータフレーム(22)に固
    定したことを特徴とするサーボアクチュエータ。
  2. 【請求項2】前記回転側インダクタ(34)の突極の曲率
    半径をギャップの曲率半径より小さくした請求項1記載
    のサーボアクチュエータ。
  3. 【請求項3】前記回転側インダクタ(34)の突極を円周
    方向の断面を180°位相が異なる2つの正弦波を合わせ
    たレンズ状に形成した請求項1記載のサーボアクチュエ
    ータ。
JP1990103804U 1990-10-01 1990-10-01 サーボアクチュエータ Expired - Lifetime JPH0811035Y2 (ja)

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