JPWO2020050242A1 - 駆動装置 - Google Patents

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智之 大塚
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暉久夫 岡村
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Abstract

駆動装置は、剛性内歯歯車と、可撓性外歯歯車と、非真円状のカムと、ステータと、ロータとを備える。ロータは、回転軸と、円板部と、マグネットとを有する。ロータの回転軸は、ステータの貫通孔に挿入される。ロータの円板部は、前記カムの軸方向の一方側と前記回転軸の軸方向の他方側に挟まれて、前記カムと前記回転軸とに結合される。前記円板部の一部にマグネットが固定される。剛性内歯歯車の内歯と、可撓性外歯歯車の外歯との噛み合い部は、軸方向において、空間を挟んで、円板部の軸方向の他方側の板面と対向している。

Description

本発明は、駆動装置に関する。
従来、電動機で機械的エネルギーとしての回転を発生させて、後段の機械式の減速機で減速して、減速後の回転を動力として取り出す方式の駆動装置が知られている。この種の駆動装置は、例えば特許第4833028号公報に開示されている。
特許第4833028号公報に開示されたアクチュエータは、モータの先端側に同軸状態に連結された波動歯車減速機を備えている。波動歯車減速機は、円環状の剛性内歯歯車と、この内側に同軸状に配置されている可撓性外歯歯車と、この内側に同軸状に嵌め込まれている楕円形輪郭の波動発生器とを備えている。特許第4833028号公報のアクチュエータでは、斯かる構成により、モータの回転軸であるモータ回転軸が回転すると、これに伴い波動発生器が駆動されて可撓性外歯歯車が楕円状に撓み変形し、可撓性外歯歯車あるいは剛性内歯歯車から、両歯車の歯数差に応じて大幅に減速された回転が出力される。
なお、モータと波動歯車減速機との間には前側エンドブラケットが配置されており、上記の両歯車の噛み合い部が配置される領域と、モータが配置される領域とが、前側エンドブラケットにより区画されている。また、前側エンドブラケットの内周面部分にモータ固定子が装着固定されている。また、前側エンドブラケットの内周端に軸受が装着されている。この軸受を介して、モータ回転子がモータ固定子に対して回転自在の状態で支持されている。
特許第4833028号公報
特許第4833028号公報に記載のような構成のアクチュエータでは、上記の両歯車の噛み合い部が、前側エンドブラケットによって、モータが配置される領域とは隔てられている。そのため、両歯車の噛み合い部に充填される潤滑油が、モータが配置される領域には到達し難い点で、有利であると考えられる。しかしながら、上記のように両歯車の噛み合い部が配置される領域と、モータが配置される領域と、の間に前側エンドブラケットが設けられていると、アクチュエータの軸方向の厚みが大きくなってしまう点で、軸方向の薄型化に不利であった。
特に、特許第4833028号公報に記載のような構成のアクチュエータでは、前側エンドブラケットは、内周端に軸受を保持する機能を有しているため、単純に前側エンドブラケットの厚みを薄型化することは困難であった。
本発明は以上の事情に鑑みてなされたものであり、その潜在的な目的は、軸方向の厚みを薄くするとともに、軽量化を図ることが可能な、駆動装置を提供することにある。
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
本発明の観点においては、以下の構成の駆動装置が提供される。即ち、この駆動装置は、軸方向に延びる筒状のケーシングと、ケーシングの軸方向の一方側に収容される電動機と、ケーシングの軸方向の他方側に収容される減速機と、を備え、減速機は、ケーシングの内周面に相対回転不能に固定され、内周部に内歯を有する円環状の剛性内歯歯車と、剛性内歯歯車の径方向内方に配置され、軸方向の一方側の外周部に内歯とは歯数が異なる外歯を有し、軸方向の他方側に出力部材を取付け可能な取付部を有する、可撓性の環状の可撓性外歯歯車と、可撓性外歯歯車の径方向内方に配置され、回転することによって、可撓性外歯歯車の外周部を径方向に撓み変形させて内歯と外歯とを部分的に噛み合わせる非真円状のカムと、を有し、電動機は、ケーシングに相対回転不能に固定され、軸心部に貫通孔を有する円板状のステータと、ステータに対して相対回転可能に支持されるロータと、を備え、ロータは、ステータの貫通孔に挿入される回転軸と、カムの軸方向の一方側と回転軸の軸方向の他方側とに挟まれて、カムと回転軸とに結合される板状の円板部と、円板部の一部に固定されるマグネットと、を有し、内歯と外歯との噛み合い部は、軸方向において、空間を挟んで、円板部の軸方向の他方側の板面と対向している。
本発明の観点によれば、軸方向の厚みを薄くするとともに、軽量化を図ることが可能な、駆動装置が提供される。
図1は、第1実施形態に係る駆動装置の構成を示した縦断面図である。 図2は、図1中のII−II線断面図であり、噛み合い部の様子を示している。 図3は、第2実施形態に係る駆動装置の構成を示した縦断面図である。 図4は、第3実施形態に係る駆動装置の構成を示した縦断面図である。 図5は、第4実施形態に係る駆動装置の構成を示した縦断面図である。 図6は、第5実施形態に係る駆動装置の構成を示した縦断面図である。
以下、本願の例示的な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本願では、駆動装置のロータの回転中心である中心軸Cに平行な方向を「軸方向」と、ロータの中心軸Cに垂直な方向を「径方向」と、ロータの中心軸Cを中心とする円弧に沿う方向を「周方向」と、それぞれ称して説明を行う。
<1.第1実施形態>
以下では、図1および図2を参照して、第1実施形態に係る駆動装置100について説明する。図1は、本実施形態に係る駆動装置100の構成を示した縦断面図である。図2は、図1中のII−II線断面図であり、噛み合い部の様子を示している。ただし、図2において、剛性内歯歯車30に挿入される締結部材および当該剛性内歯歯車30よりも径方向外方に配置される部材は省略してある。
駆動装置100は、ケーシング10と、モータケーシング20と、円環状の剛性内歯歯車30と、可撓性の環状の可撓性外歯歯車40と、非真円状の外周面を有するカム50と、ステータ60と、ロータ70と、出力部材80とを備える。ケーシング10とモータケーシング20とを合わせたものが、本実施形態における「ケーシング」をなしている。ステータ60およびロータ70が、駆動装置100のいわゆる電動機の部分をなしている。剛性内歯歯車30、可撓性外歯歯車40、およびカム50が、駆動装置100のいわゆる減速機の部分をなしている。
本実施形態の駆動装置100においては、電動機の部分で機械的エネルギーとしての回転を発生させて、後段の減速機の部分で減速して、減速後の回転を動力として取り出すことが可能である。駆動装置100は、公知の様々な用途に用い得るが、例えばオペレータが力仕事をするときに着用するアシストスーツの関節部に適用すると好適である。駆動装置100の後述する取付部42には、減速後の回転を外部に取り出すための出力部材80が取り付けられている。
ケーシング10は、径方向内方に駆動装置100の減速機の部分を略収容する。ケーシング10は、筒状部11と、接続部12とを有する。本実施形態の筒状部11は、軸方向に延びる円筒状である。接続部12は、円環形状の板状の部分である。接続部12は、筒状部11の軸方向の一方側の端部から径方向外方に延びる。接続部12は、筒状部11と、後述するモータ筒状部21とを接続する。
モータケーシング20は、径方向内方に駆動装置100の電動機の部分を収容する。モータケーシング20は、モータ筒状部21と、蓋部22とを有する。本実施形態のモータ筒状部21は、軸方向に延びる円筒状である。蓋部22は、概ね円板形状の部分である。蓋部22は、モータ筒状部21の軸方向の一方側の端部から径方向内方に広がる。別の言い方をすれば、蓋部22は、モータ筒状部21の軸方向の一方側の端部を閉塞する。ただし、蓋部22の中央部、すなわち軸心部には、貫通孔22aが設けられる。ケーシング10と、モータ筒状部21と、蓋部22とは、それぞれの外周部に形成された貫通孔を互いに重ね合わせて、これらの貫通孔にボルト等の公知の締結部材を挿入することにより、結合される。
図2に示すように、円環状の剛性内歯歯車30は、内周部に一定の間隔で内歯31を有する。本実施形態の剛性内歯歯車30は、ケーシング10の筒状部11の一方側の端部の位置で、筒状部11の内周面に相対回転不能に固定される。剛性内歯歯車30の剛性は、後述する可撓性外歯歯車40の外歯41が形成されている部位の剛性よりも、はるかに高い。したがって、剛性内歯歯車30は、実質的に剛体とみなすことができる。
図1および図2に示すように、可撓性の環状の可撓性外歯歯車40は、剛性内歯歯車30の径方向内方に配置される。本実施形態の可撓性外歯歯車40は、カップ型の形状を有する。より具体的には、可撓性外歯歯車40は、その閉塞された側を軸方向の他方側に向けた状態で、剛性内歯歯車30の径方向内方に配置される。可撓性外歯歯車40は、軸方向の一方側の外周部に、一定の間隔で外歯41を有する。可撓性外歯歯車40の外歯41が形成されている部位は、剛性内歯歯車30に比べて、はるかに高い可撓性を有する。外歯41の数は、上述の内歯31の歯数とは若干異なっている。この歯数差は、要求される減速比に応じて様々に設定可能であるが、例えば、2つとしてもよい。
図1に示すように、可撓性外歯歯車40は、軸方向の他方側に、後述する出力部材80を取付け可能な取付部42を有する。詳細には、可撓性外歯歯車40の筒状の部分の、軸方向における他方側の端部から、径方向内方に向かって、薄肉の円環状の部位が広がる。この薄肉の円環状の部位から、さらに径方向内方に向かって、相対的に厚肉の円環状の取付部42が広がる。
カム50は、可撓性外歯歯車40の径方向内方に配置される。カム50は、剛性内歯歯車30と同軸上に配置される。本実施形態のカム50は、楕円形のカムプロフィールを有する。後に詳述するように、カム50は、ロータ70の回転に伴って回転する。カム50の径方向外方には、可撓性軸受51が設けられる。可撓性軸受51は、カム50が回転すると、それに伴って長軸の位置を周方向に変位させながら楕円状に撓み変形する。すなわち、カム50と可撓性軸受51とで、いわゆる波動発生器をなしている。
ステータ60は、電動機の固定子である。ステータ60は、モータケーシング20のモータ筒状部21の一方側の端部の位置で、モータ筒状部21の内周面に相対回転不能に固定される。より具体的には、ステータ60は、積層鋼板部63と、ベース部69とを有する。積層鋼板部63は、中心軸Cを中心とする円環状の磁性体が、複数積層された積層構造体であり、軸心部が中空となっている。ベース部69は、概ね円筒状の部分である。積層鋼板部63の内周部は、ベース部69の外周部に固定されている。図1には図示していないが、ステータ60は複数のコイルを有する。各コイルは、その磁芯が中心軸Cと平行となる向きで、ステータ60に設けられる。ステータ60のベース部69は、軸心部に貫通孔60aを有する。貫通孔60aの周面は、軸方向に見て円形状である。
ロータ70は、電動機の回転子である。ロータ70は、ステータ60と同軸上に配置され、ステータ60に対して相対回転可能に支持される。より具体的には、ロータ70は、回転軸71と、円板部72と、マグネット73とを有する。マグネット73は、上述したステータ60のコイルと、軸方向に対向する。すなわち、本実施形態のステータ60とロータ70とは、いわゆるアキシャルギャップ型の電動機をなしている。
回転軸71は、軸方向に延びる円筒状の部位である。回転軸71は、ステータ60の貫通孔60aに挿入される。回転軸71の外周面と、ステータ60の貫通孔60aの周面との間には、転がり玉軸受(第1軸受)61が介在する。
円板部72は、円板状であり、回転軸71の軸方向の他方側に同軸上に接続される。円板部72の軸方向の他方側の板面は、上述のカム50の一方側に結合されている。本実施形態では、円板部72(ロータ70)とカム50とは、締結部材等を用いることなく、1つの回転部材として構成される。別の言い方をすれば、円板部72とカム50とは、相対回転不能に、かつ同軸上に接続されている。このようにして、円板部72は、カム50の軸方向の一方側と、回転軸71の軸方向の他方側とに挟まれて、カム50と回転軸71とに結合されている。
マグネット73は、円板部72の一部である円板部72の軸方向の一方側の、ステータ60と対向する板面に固定される。より具体的には、円板部72の軸方向の一方側の板面において、回転軸71が位置する箇所よりも径方向外方に、マグネット73が周方向に沿って全周に固定される。マグネット73の軸方向の一方側の面は、周方向に沿ってN極とS極とが交互に配列された磁極面となっている。
出力部材80は、減速後の回転を外部に出力する部材である。出力部材80は、円板状の被取付部81と、軸部82とを有する。被取付部81は、円板状であり、軸心部に貫通孔81aが形成される。被取付部81の軸方向の一方側の端面は、可撓性外歯歯車40の取付部42の軸方向の他方側の端面に、同軸上で重ね合わされる。この状態で、取付部42と被取付部81とが複数の締結部材85により相対回転不能に結合される。
軸部82は、被取付部81の軸方向の一方側の端面から、一方側に延びる円筒状の部位である。軸部82は、被取付部81と同軸上に設けられる。軸部82は、軸心部に、軸方向に貫通する貫通孔82aを有する。上述の貫通孔81aと、この貫通孔82aとは、軸方向に連続する。軸部82の一方側の端部は、蓋部22の上述の貫通孔22aに挿入される。別の言い方をすれば、出力部材80の軸心部に形成される貫通孔81a,82aは、駆動装置100の中央部を中心軸Cに沿って貫通している。
以上のような構成の駆動装置100において、ステータ60のコイルに電流を供給すると、ステータ60とマグネット73との間の磁束の作用により、ステータ60とロータ70との間に周方向のトルクが発生する。その結果、ステータ60に対してロータ70が、中心軸Cの周りを回転する。
ロータ70が中心軸Cの周りを回転すると、これと一体となって、カム50も回転する。これにより、カム50の楕円の長軸の位置が、周方向に変位し、これに伴い可撓性軸受51が、長軸の位置を周方向に変位させながら、楕円状に撓み変形する。すると、前記楕円の長軸の位置において、可撓性外歯歯車40の外歯の裏面が可撓性軸受51の外輪によって押されて、外歯41と内歯31とが噛み合う。この際、前記楕円の長軸の位置以外の位相位置においては、外歯41と内歯31とは噛み合わない。すなわち、外歯41と内歯31とは、180°回転対称な2つの位相位置において、部分的に噛み合う。カム50の回転に伴って、可撓性外歯歯車40と可撓性軸受51の噛み合い位置は、中心軸Cを中心に、周方向に変化する。ここで、外歯41と内歯31とは歯数が異なるため、噛み合い位置が1周するごとに、剛性内歯歯車30に対して可撓性外歯歯車40が、歯数差の分だけ相対回転する。可撓性外歯歯車40が回転すると、当該可撓性外歯歯車40の取付部42に取り付けられた出力部材80も、可撓性外歯歯車40と同じ回転数で回転する。
このようにして、駆動装置100では、ステータ60およびロータ70の部分で発生された機械的エネルギーとしての回転が、剛性内歯歯車30、可撓性外歯歯車40、およびカム50の部分で大幅に減速されて、減速後の回転が出力部材80から取り出される。
ところで、従来の駆動装置においては、電動機の部分と減速機の部分とが、隔壁により隔てられているのが一般的であった。斯かる隔壁で電動機の部分と減速機の部分とが区画されることにより、減速機の歯車の噛み合い部分に供給される潤滑油が、電動機のステータやマグネットが配置される領域にまで至ってしまうことが阻止されていた。さらに、従来、上記のような隔壁の内周部に軸受を保持させて、当該軸受を介して回転子を回転可能に支持する構成が一般的であった。しかしながら、駆動装置を、このような隔壁を備えた構成とすると、駆動装置の軸方向の厚みが大きくなってしまうので、改善の余地があった。とりわけ、駆動装置をアシストスーツの関節部等に適用する場合においては、より一層の薄型化が求められているのが現状である。
この点、本実施形態の駆動装置100では、図1に示すように、内歯31と外歯41との噛み合い部が、従来のような隔壁に隔てられることなく、軸方向において空間を挟んで、ロータ70の円板部72と対向している。このため、駆動装置100の軸方向の厚みを、従来の隔壁の厚み分だけ薄くすることができるとともに、軽量化を図ることもできる。
なお、本実施形態の駆動装置100のように、従来の隔壁を無くした構成とした場合、内歯31と外歯41との噛み合い部に供給される潤滑油が、ステータ60やマグネット73が配置される領域に侵入してしまうことが懸念される。この点、本実施形態の駆動装置100では、斯かる問題に対応する措置として、後述する特有の構成を有する。
加えて、本実施形態の駆動装置100では、ロータ70や出力部材80を安定的に回転可能に支持するための、特有の構成を各部に有する。すなわち、軸受を保持する機能を、従来の隔壁以外の各部に持たせている。
以下では、本実施形態の駆動装置100に特有の構成について、詳細に説明する。
既述のように、ステータ60の貫通孔60aの周面と、回転軸71の外周面と、の間には、転がり玉軸受61が介在する。これにより、ロータ70の回転軸71がステータ60の内周部で回転可能に支持される。その結果、モータケーシング20でロータ70を回転可能に支持する構成を採用した場合と比べて、駆動装置100を径方向にコンパクト化することができる。
さらに、本実施形態のロータ70は、転がり玉軸受61だけではなく、転がり玉軸受(第2軸受)54によっても、回転可能に支持される。詳細には、ロータ70、より厳密にはカム50の内周面と、出力部材80の軸部82の外周面と、の間に転がり玉軸受54が介在する。軸方向に距離をおいた2つの転がり玉軸受61,54によってロータ70が支持されることにより、1つのみの転がり玉軸受61によって支持する場合と比べて、ロータ70の回転が安定する。
また、本実施形態の駆動装置100では、ケーシング10の軸方向の他方側の端部の位置において、ケーシング10の内周面と、被取付部81の外周面と、の間にクロスローラベアリング83(第4軸受)が介在する。クロスローラベアリング83は、可撓性外歯歯車40と出力部材80とが結合したものを、ケーシング10に対して回転可能に支持する。被取付部81とクロスローラベアリング83とにより、可撓性外歯歯車40が軸方向の他方側から被覆される。本実施形態ではクロスローラベアリング83によって出力部材80が支持されることにより、出力部材80の回転が安定する。
図1に示すように、接続部12は、円板部72の他方側の板面に軸方向に対向している。接続部12は、減速機の剛性内歯歯車30の径方向外側に配置される。ケーシング10の接続部12の軸方向の一方側の面は、凹凸部12aを有する。本実施形態の凹凸部12aは、軸方向の一方側に向かって突出する円環状の複数の凸部と、径方向に隣り合う凸部の間に形成される円環状の凹部とを有する。詳述すると、本実施形態の接続部12においては、径方向の2箇所に凸部が形成されている。これらのうち径方向外方側の凸部は、径方向内方側の凸部よりも、軸方向の一方側に長く延びている。
上記の凹凸部12aが形成された接続部12の一方側の面と、軸方向に対向している、円板部72の他方側の板面には、凹凸部72aが形成される。別の言い方をすれば、円板部72の板面のうち、マグネット73が配置される側とは反対側の板面は、凹凸部72aを有する。凹凸部72aは、上記の凹凸部12aと相補的な形状とされる。本実施形態の凹凸部72aは、軸方向の他方側に向かって突出する円環状の複数の凸部と、径方向に隣り合う凸部の間に形成される円環状の凹部とを有する。詳述すると、本実施形態の円板部72においては、径方向の2箇所に凸部が形成されている。これらの円板部72側の凸部は、互いの間に、凹凸部12aのうちの径方向内方側の凸部を挟んで配置される。ただし、接続部12の凹凸部12aの表面と、円板部72の凹凸部72aの表面とは、接触しない。
上述のような、接続部12側の凹凸部12aと、円板部72側の凹凸部72aとにより、いわゆるラビリンス構造が形成されている。これにより、内歯31と外歯41との噛み合い部に供給されたグリス等の潤滑油が、減速機の領域から漏れ出て電動機の領域に侵入してしまうことが阻止される。しかも、接続部12側の凹凸部12aと、円板部72側の凹凸部72aとは非接触のため、回転抵抗が小さく、ロータ70の回転が阻害される虞が少ない。本実施形態では、斯かる構成により、駆動装置100のうちの減速機側の領域からの潤滑油の流出を防いでいる。
以上に示したように、本実施形態の駆動装置100においては、内歯31と外歯41との噛み合い部は、軸方向において、空間を挟んで、円板部72の軸方向の他方側の板面と対向している。これにより、内歯31と外歯41との噛み合い部が、従来のような隔壁に隔てられることなく、軸方向においてロータ70の円板部72と対向する。よって、駆動装置100の軸方向の厚みを薄くすることができるとともに、軽量化を図ることができる。
また、本実施形態の駆動装置100は、カム50と円板部72とを含む単一の回転部材を有する。これにより、カム50と円板部72とを結合するための締結部材が不要となり、駆動装置100の軸方向の厚みを、より薄くすることができる。その結果、駆動装置100をさらに薄型化・軽量化することができる。
また、本実施形態の駆動装置100は、転がり玉軸受61を第1軸受として備える。これにより、モータケーシング20でロータ70を回転可能に支持することに代えて、ステータ60の内周部でロータ70を回転可能に支持することができる。その結果、駆動装置100の径方向の寸法を小型化することが可能である。また、ロータ70を支持する軸受と、ステータ60とを、異なる軸方向位置に配置する場合と比べて、駆動装置100の軸方向の寸法を抑えることができる。
また、図1に示すように、本実施形態の駆動装置100は、可撓性外歯歯車40の径方向内方に、ロータ70を回転可能に支持する転がり玉軸受54が、第2軸受として備えられる。これにより、ロータ70が、転がり玉軸受61と、当該転がり玉軸受61から軸方向に離間した転がり玉軸受54と、によって支持されるので、ロータ70の回転をより安定させることができる。また、転がり玉軸受54を、可撓性外歯歯車40の径方向内方に配置することで、スペースを有効活用して、駆動装置100をより薄型化することができる。
また、本実施形態の駆動装置100は、被取付部81および軸部82を有する出力部材80と、第4軸受としてのクロスローラベアリング83とを備える。これにより、出力部材80の被取付部81を、ケーシング10の他方側の開口を閉塞する蓋のようにして取り付けることができ、コンパクトな駆動装置100を実現することができる。また、クロスローラベアリング83は、ケーシング10の内周面を利用して固定されるので、部品点数を少なく抑えることができる。さらに、第4軸受をクロスローラベアリング83とすることにより、単一の軸受のみによって出力部材80を安定した状態でケーシング10に対して支持することができる。
ただし、本実施形態の駆動装置100は、転がり玉軸受54を第5軸受として備える。これにより、図1に示すように、転がり玉軸受54は、可撓性外歯歯車40の径方向内方に配置されることになるので、スペースを有効活用して、駆動装置100をより薄型化することができる。また、転がり玉軸受54が、ロータ70を回転可能に支持する機能を備えるので、部品点数を抑えることができる。
しかも、本実施形態の駆動装置100は、接続部12側に形成される凹凸部12aと、円板部72側に形成される凹凸部72aと、を有し、これらがいわゆるラビリンスシールを形成している。これにより、内歯31と外歯41との噛み合い部分に充填されたグリス等の潤滑油が、マグネット73やステータ60が配置される領域にまで至ってしまうことを防止できる。また、このラビリンスシールが、摩擦抵抗の少ない非接触の凹凸部12a,72aにより構成されるので、駆動装置100の電動機の性能に悪影響が生じ難い。
また、本実施形態の駆動装置100においては、接続部12側の凹凸部12aと、円板部72側の凹凸部72aとは、内歯31と外歯41との噛み合い部よりも径方向外方に設けられる。これにより、以下のような効果を奏する。すなわち、グリスは、駆動装置100の駆動に伴って、遠心力により径方向外側に移動しやすいところ、本実施形態では、グリスが塗布される噛み合い部分よりも径方向外方にラビリンスシールを形成している。そのため、グリスの移動が効果的に阻止される。
また、本実施形態の駆動装置100においては、出力部材80の軸部82の軸方向の一方側の端部が、蓋部22を貫通している。また、被取付部81および軸部82は、中空部としての貫通孔81a,82aを有する。これにより、貫通孔81a,82aに、ステータ60等から延びる配線、または他の駆動装置の配線を通すことができる。よって、駆動装置100を例えばロボットの関節部のような動きが複雑な部分に搭載する場合であっても、配線の配策を容易に行うことができる。
<2.第2実施形態>
以下では、図3を参照して、第2実施形態に係る駆動装置200について説明する。図3は、本実施形態に係る駆動装置200の構成を示した縦断面図である。なお、以下の説明においては、上記の実施形態で示したのと同様の構成・機能の部材については、同一の符号を付し、重複説明を省略する。以降の実施形態および変形例の説明においても、同様とする。
第2実施形態に係る駆動装置200は、ステータ60に代えてステータ160を備える。また、ロータ70に代えてロータ170を備えるとともに、第2ロータ190を追加の構造として備える。また、出力部材80に代えて出力部材180を備える。さらに、クロスローラベアリング83に代えて転がり玉軸受(第4軸受)183を備える。斯かる点において、第2実施形態に係る駆動装置200は、第1実施形態に係る駆動装置100とは主として相違する。
ステータ160は、電動機の固定子である。ステータ160は、積層鋼板部163と、ベース部169とを有する。積層鋼板部163は、中心軸Cを中心とする円環状の磁性体が、複数積層された積層構造体であり、軸心部が中空となっている。ステータ160の積層鋼板部163は、モータ筒状部21の内周面に相対回転不能に固定される。ベース部169の外周部は、積層鋼板部163の内周部に固定されている。ベース部169は概ね円環状であり、その内周部が軸方向の一方側および他方側の両方に向かって延びている。別の言い方をすれば、ベース部169は、軸心部に円筒状の軸受保持部169aを有する。
ロータ170は、電動機の回転子である。ロータ170は、ステータ160と同軸上に配置され、ステータ160に対して相対回転可能に支持される。より具体的には、ロータ170は、回転軸171と、円板部72と、マグネット73とを有する。
回転軸171は、円板部72の一方側の板面から軸方向の一方側に延びる円柱状の部位である。回転軸171は、円板部72と同軸上に設けられる。回転軸171は、ステータ160の軸受保持部169aに挿入された状態で、2つの転がり玉軸受(第1軸受)61,61を介してステータ160に対して相対回転可能に支持される。2つの転がり玉軸受61,61は、軸受保持部169aの径方向内方に、軸方向に並んで配置される。
第2ロータ190は、ロータ170と対をなす回転子である。第2ロータ190は、円板部92と、マグネット93とを有する。円板部92は、円板状であり、回転軸171の軸方向の一方側の端部に同軸上に接続される。第2ロータ190の円板部92は、軸方向においてステータ160を挟んで、第1ロータ170の円板部72とは反対側に配置される。第2ロータ190の円板部92のうち、ステータ160の軸方向の一方側と対向する板面には、マグネット93が配置される。すなわち、ステータ160は、軸方向に間隔を置いて配置される2つのマグネット73,93の間に、配置される。
なお、本実施形態では、ロータ170の円板部72の他方側の板面と、カム50の一方側の端面とは、公知の締結部材153を用いて結合される。締結部材153には、例えばボルトが用いられる。
出力部材180は、減速後の回転を外部に出力する部材である。出力部材180は、被取付部81と軸部182とを有する。
軸部182は、被取付部81の軸方向の一方側の端面から、軸方向の一方側に延びる円柱状の部位である。軸部182は、被取付部81と同軸上に設けられる。軸部182の軸方向の一方側の端部は、カム50の軸心部に形成された貫通孔(図示省略)に、転がり軸受(第5軸受)54を介在して挿入される。軸部182の軸方向の長さは、第1実施形態に係る軸部82に比べて、短い。すなわち、ケーシング10およびモータケーシング20の内部において、軸部182と回転軸171とが軸方向に並んで配置される。
以上のような構成の駆動装置200において、ロータ170の回転軸171は軸方向に並んだ2つの転がり玉軸受61で支持される。これにより、回転軸171の回転を安定させることができる。図1および図3に示すように、本実施形態に係る駆動装置200においては、個々の転がり玉軸受61は、第1実施形態のものと比べて小径であるものの、1対で用いているので、ロータ170の支持を安定させることができる。また、この構成により、ベース部169を小径化することができるので、ステータ160のコイルの巻線を広くとることができる。
また、本実施形態に係る駆動装置200においては、第1実施形態に比べて、出力部材180の軸線方向の長さが短くなっている。そのため、クロスローラベアリング83のような特殊な軸受を用いなくても、通常の2つの転がり玉軸受183,54によって出力部材180の支持を安定させることができる。
さらに、本実施形態に係る駆動装置200においては、ステータ160の軸方向の他方側にロータ170を設け、さらにステータ160の軸方向の一方側にも第2ロータ190を設けることで、駆動装置200で発生させる回転トルクを大きくすることができる。その結果、小型の駆動装置200で大きな動力を出力することができる。
以上に示したように、本実施形態の駆動装置200においては、第1軸受としての転がり玉軸受61は、軸方向に2つ並んで配置される。これにより、複数の転がり玉軸受61,61でロータ170の回転軸171が支持されるので、回転軸171の回転を安定させることができる。その結果、ロータ170の振れを抑制することができ、駆動装置200の電動機の性能が向上する。
また、本実施形態の駆動装置200は、ロータ170と対をなす第2ロータ190を備える。これにより、ステータ160の両側にロータ170,190を対で設けることで、駆動装置200で発生させる回転トルクを大きくすることができる。その結果、駆動装置200をパワフルなアクチュエータとすることができる。
<3.第3実施形態>
以下では、図4を参照して、第3実施形態に係る駆動装置300について説明する。図4は、本実施形態に係る駆動装置300の構成を示した縦断面図である。
第3実施形態に係る駆動装置300のモータケーシング20は、蓋部22に代えて蓋部222を備える。また、ロータ70に代えてロータ270を備える。加えて、本実施形態に係る駆動装置300は、転がり玉軸受(第3軸受)203およびスペーサ部材205を付加的に備える。斯かる点において、第3実施形態に係る駆動装置300は、第1実施形態および第2実施形態に係る駆動装置100,200とは主として相違する。
蓋部222は、ステータ60および第2ロータ190を軸方向の一方側から被覆する。蓋部222は、円環状の鍔部222aと、第1筒部222bと、第1閉塞部222cと、第2筒部222dと、第2閉塞部222eとを有する。鍔部222aは、モータ筒状部21の一方側の端面に重ね合わされる。モータ筒状部21と鍔部222aとに公知の締結部材が挿入されることにより、蓋部222がモータ筒状部21の軸方向の一方側に接続される。締結部材には、例えばボルトが用いられる。
第1筒部222bは、鍔部222aの内周部から軸方向の一方側に延びる、円筒状の部位である。第1筒部222bの径方向内方に、第2ロータ190が収容される。第1閉塞部222cは、第1筒部222bの軸方向の一方側の端部から、径方向内方に向かって広がる、円環状の部位である。第1閉塞部222cの軸方向の他方側の面は、第2ロータ190の円板部72と、軸方向に対向する。
第2筒部222dは、第1閉塞部222cの内周部から軸方向の一方側に延びる、円筒状の部位である。第2筒部222dの径方向内方に、後述する転がり玉軸受203およびスペーサ部材205が略収容される。第2閉塞部222eは、第2筒部222dの軸方向の一方側の端部から、径方向内方に向かって広がる、円環状の部位である。第2閉塞部222eの軸心部には、貫通孔22aが設けられる。貫通孔22aには、出力部材80の軸部82の一方側の端部が貫通する。
ロータ270の回転軸271は、軸方向に延びる円筒状の部位である。本実施形態の回転軸271は、第1実施形態の回転軸71と比べて、軸方向に長い。回転軸271の外周面の中途部には、段差面271bが形成されており、この段差面271bに、転がり玉軸受61の内輪の軸方向の他方側の端面が接触した状態で、当該転がり玉軸受61がモータケーシング20内に搭載されている。
転がり玉軸受203は、軸方向において、第2ロータ190を挟んで転がり玉軸受61とは反対側に配置される。転がり玉軸受203の内輪は、回転軸271の軸方向の一方側の端部に嵌め込まれる。転がり玉軸受203の外輪は、第2筒部222dの内周面に接触した状態で、第2筒部222d内に嵌め込まれる。この構成により、転がり玉軸受203は、ロータ270の回転軸271をモータケーシング20に対して相対回転可能に支持する。
転がり玉軸受203の外輪の軸方向の一方側の端面と、第2閉塞部222eの軸方向の他方側の面と、の間には、円環状のスペーサ部材205が配置される。スペーサ部材205としてシム(平ワッシャー)を採用することにより、転がり玉軸受61と第2ロータ190との間、および、第2ロータ190と転がり玉軸受203との間の、隙間を調整することが可能である。これにより、転がり玉軸受を含む各部材を位置決めすることができる。
あるいは、スペーサ部材205としてウェーブワッシャーを採用することにより、転がり玉軸受203をロータ270,190の円板部72の方へと近づける予圧を発生させることができる。これにより、回転軸271の回転時の振れを抑制することができる。
以上のような構成の駆動装置300において、ロータ270は、転がり玉軸受61に加えて、当該転がり玉軸受61から軸方向に距離をおいた転がり玉軸受203によっても、回転可能に支持される。よって、ロータ270の回転をより安定させることができる。加えて、駆動装置300は、スペーサ部材205を備えることによって、ロータ270の回転軸271の振れを抑制することができる。
さらに、本実施形態の駆動装置300においては、第4軸受としてクロスローラベアリング83を採用するとともに、第5軸受としての転がり玉軸受54を省略している。これにより、少ない部品点数で、出力部材80の回転を安定化することができる。
以上に示したように、本実施形態の駆動装置300は、転がり玉軸受203を第3軸受として備える。これにより、ロータ270が、転がり玉軸受61と、当該転がり玉軸受61から軸方向に離間した転がり玉軸受203と、によって支持される。その結果、ロータ270の回転をより安定化させることができる。また、転がり玉軸受203は、モータケーシング20の内周面を利用して固定されるので、部品点数を少なく抑えることができる。
また、本実施形態の駆動装置300は、転がり玉軸受203の軸方向の一方側の端面と、蓋部222の軸方向の他方側の端面と、の間に、スペーサ部材205を備える。これにより、例えばスペーサ部材205としてシムを採用することにより、転がり玉軸受を含む部材間の隙間を調整することができる。その結果、回転軸271の振れを抑制することができ、駆動装置300の電動機の性能を向上することができる。あるいは、スペーサ部材205としてウェーブワッシャーを採用することにより、転がり玉軸受203を円板部72の方へと近づける圧力を付与することができる。これによっても、回転軸271の振れを抑制することができ、駆動装置300の電動機の性能を向上することができる。
<4.第4実施形態>
以下では、図5を参照して、第4実施形態に係る駆動装置400について簡単に説明する。図5は、第4実施形態に係る駆動装置400の構成を示した縦断面図である。
第4実施形態に係る駆動装置400は、ステータ60に代えてステータ360を備える。また、ロータ70に代えてロータ370を備える。本実施形態のステータ360とロータ370とは、いわゆるアウターロータ型の電動機をなしている。
本実施形態のステータ360は、積層鋼板部363と、ベース部369とを有する。ベース部369は、概ね円筒状であり、軸方向の一方側の端部が蓋部22に接続されている。積層鋼板部363は、中心軸Cを中心とする円環状の磁性体が、複数積層された積層構造体であり、軸心部が中空となっている。積層鋼板部363の内周部は、ベース部369の外周部に相対回転不能に固定されている。また、ステータ360は複数のコイル365を有する。コイル365は、積層鋼板部363に取り付けられる。
ロータ370は、円板部372と、マグネット保持部372aと、マグネット373とを有する。円板部372は、円環状の板状部位である。円板部372は、ステータ360と同軸上に設けられる。円板部372の軸方向の一方側の板面は、ステータ360の積層鋼板部363と軸方向に対向する。円板部372の軸方向の他方側の板面は、カム50の軸方向の一方側の端面に結合される。これにより、ロータ370とカム50とが同一の回転数で回転する。
マグネット保持部372aは、円板部372の外側縁部から軸方向の一方側に向かって延びる円筒部である。マグネット保持部372aの内周面には、マグネット373が固定される。マグネット373は、径方向においてステータ360と対向する。マグネット373の内周面は、周方向に沿ってN極とS極とが交互に配列された磁極面となっている。
本実施形態の回転軸71は、円板部372の軸方向の一方側の板面に代えて、カム50の軸方向の一方側の端面に接続されている。すなわち、回転軸71は、カム50の軸方向の一方側の端面から、軸方向に延びている。回転軸71の外周面と、ベース部369の内周面との間には、転がり玉軸受(第1軸受)61,61が軸方向に複数並んで設けられている。
図5に示すように、本実施形態においても、内歯31と外歯41との噛み合い部が、軸方向に空間を挟んで、ロータ370の円板部372と対向している。このため、駆動装置400の軸方向の厚みを、薄型化することができるとともに、軽量化を図ることができる。特に、本実施形態では、ステータ360とマグネット373とが径方向に対向しているので、軸方向に対向して配置する場合と比べて、軸方向の寸法をより薄くできる余地がある。
<5.第5実施形態>
以下では、図6を参照して、第5実施形態に係る駆動装置500について簡単に説明する。図6は、第5実施形態に係る駆動装置500の構成を示した縦断面図である。
第5実施形態に係る駆動装置500は、ステータ60に代えてステータ460を備える。また、ロータ70に代えてロータ470を備える。本実施形態のステータ460とロータ470とは、いわゆるインナーロータ型の電動機をなしている。
本実施形態のステータ460は、中心軸Cを中心とする円環状の磁性体が、複数積層された積層構造体であり、軸心部が中空となっている。本実施形態のステータ460は、ベース部を備えていない。ステータ460の外周面は、モータ筒状部21の内周面に相対回転不能に固定される。また、ステータ460は複数のコイル465を有する。
ロータ470は、円板部472と、マグネット保持部474と、マグネット473とを有する。円板部472は、円環状の板状部位である。円板部472は、ステータ460と同軸上に設けられる。円板部472の軸方向の一方側の板面は、ステータ460と軸方向に対向する。円板部472の軸方向の他方側の板面は、カム50の軸方向の一方側の端面に結合される。これにより、ロータ470とカム50とが同一の回転数で回転する。
マグネット保持部474は、円筒状であり、円板部472の内周縁部から軸方向の一方側に向かって延びる。マグネット保持部474の外周面には、マグネット473が固定される。マグネット473は、径方向においてステータ460と対向する。マグネット473の外周面は、周方向に沿ってN極とS極とが交互に配列された磁極面となっている。
本実施形態の回転軸71は、円板部472の軸方向の一方側の板面に代えて、カム50の軸方向の一方側の端面に接続されている。すなわち、回転軸71は、カム50の軸方向の一方側の端面から、軸方向に延びている。回転軸71の内周面と、出力部材80の軸部82の外周面との間には、転がり玉軸受54,54が軸方向に距離をおいて設けられている。転がり玉軸受54,54は、第2軸受としての機能と、第5軸受としての機能と、を兼ねている。
図6に示すように、本実施形態においても、内歯31と外歯41との噛み合い部が、軸方向に空間を挟んで、ロータ470の円板部472と対向している。このため、駆動装置500の厚みを、薄型化することができるとともに、軽量化を図ることができる。特に、本実施形態では、ステータ460とマグネット473とが径方向に対向しているので、軸方向に対向して配置する場合と比べて、軸方向の寸法をより薄くできる余地がある。
<6.その他の変形例>
以上、本発明の例示的な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されない。
上記の実施形態では、接続部12は筒状部11の軸方向の一方側の端部に接続されていたが、これに代えて、接続部がモータ筒状部21の軸方向の他方側の端部に接続されていてもよい。すなわち、接続部は、ケーシングとモータケーシングのどちらに属していてもよい。
上記の第2実施形態では、接続部12側の凹凸部12aは2つの凸部と1つの凹部を備え、また、円板部72側の凹凸部72aは2つの凸部と1つの凹部を備えていた。しかしながら、これに代えて、凸部および凹部の数を増減してもよい。あるいは、凹凸部12a,72aに代えてVシールを接続部12側または円板部72側に備えることにしてもよい。
上記の第3実施形態において、スペーサ部材205を軸方向に複数重ねて転がり玉軸受203と第2閉塞部222eとの間に配置してもよい。これにより、隙間量を細かく調整したり、予圧の大きさを調整したりすることが可能である。
上記の実施形態では、可撓性外歯歯車40はカップ型であるものとしたが、これに代えて、シルクハット型にしてもよい。すなわち、取付部が、可撓性外歯歯車の軸方向の他方側の端部から、径方向外方へ延びていてもよい。そして、当該取付部に、出力部材80が取り付けられていてもよい。
また、駆動装置100(200,300)の細部の構成、例えば歯車の歯数や締結部材の取付位置等については、本願の各図に示されたものと異なっていてもよい。また、上記の実施形態または変形例に登場した各要素を、矛盾がない範囲で、適宜に組み合わせてもよい。
本出願は、2018年9月3日に出願された日本出願である特願2018−164252号に基づく優先権を主張し、当該日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
本願は、駆動装置に利用できる。
100 駆動装置
10 ケーシング
11 筒状部
12 接続部
12a 凹凸部
20 モータケーシング
21 モータ筒状部
22 蓋部
30 剛性内歯歯車
31 内歯
40 可撓性外歯歯車
42 取付部
41 外歯
50 カム
51 可撓性軸受
54 転がり玉軸受(第2軸受、第5軸受)
60 ステータ
61 転がり玉軸受(第1軸受)
70 ロータ
71 回転軸
72 円板部
72a 凹凸部
73 マグネット
80 出力部材
81 被取付部
81a 貫通孔(中空部)
82 軸部
82a 貫通孔(中空部)
83 クロスローラベアリング(第4軸受)
203 転がり玉軸受(第3軸受)
C 中心軸

Claims (15)

  1. 軸方向に延びる筒状のケーシングと、
    前記ケーシングの軸方向の一方側に収容される電動機と、
    前記ケーシングの軸方向の他方側に収容される減速機と、
    を備え、
    前記減速機は、
    前記ケーシングの内周面に相対回転不能に固定され、内周部に内歯を有する円環状の剛性内歯歯車と、
    前記剛性内歯歯車の径方向内方に配置され、軸方向の一方側の外周部に前記内歯とは歯数が異なる外歯を有し、軸方向の他方側に出力部材を取付け可能な取付部を有する、可撓性の環状の可撓性外歯歯車と、
    前記可撓性外歯歯車の径方向内方に配置され、回転することによって、前記可撓性外歯歯車の前記外周部を径方向に撓み変形させて前記内歯と前記外歯とを部分的に噛み合わせる非真円状のカムと、
    を有し、
    前記電動機は、
    前記ケーシングに相対回転不能に固定され、軸心部に貫通孔を有する円板状のステータと、
    前記ステータに対して相対回転可能に支持されるロータと、
    を備え、
    前記ロータは、
    前記ステータの前記貫通孔に挿入される回転軸と、
    前記カムの軸方向の一方側と前記回転軸の軸方向の他方側とに挟まれて、前記カムと前記回転軸とに結合される板状の円板部と、
    前記円板部の一部に固定されるマグネットと、
    を有し、
    前記内歯と前記外歯との噛み合い部は、軸方向において、空間を挟んで、前記円板部の軸方向の他方側の板面と対向している、駆動装置。
  2. 請求項1に記載の駆動装置であって、
    前記カムと前記円板部とを含む単一の回転部材を有する、駆動装置。
  3. 請求項1または請求項2に記載の駆動装置であって、
    前記ステータの前記貫通孔の内周面と、前記回転軸の外周面と、の間に配置される第1軸受をさらに備える、駆動装置。
  4. 請求項3に記載の駆動装置であって、
    前記第1軸受は複数備えられ、軸方向に並んで配置される、駆動装置。
  5. 請求項3または請求項4に記載の駆動装置であって、
    前記可撓性外歯歯車の径方向内方において、前記ロータを回転可能に支持する第2軸受が備えられる、駆動装置。
  6. 請求項3から請求項5までのいずれか1項に記載の駆動装置であって、
    前記ケーシングの内周面と、前記回転軸の外周面と、の間に配置される第3軸受を備える、駆動装置。
  7. 請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載の駆動装置であって、
    前記取付部に取り付けられる円板状の被取付部と、
    前記被取付部から軸方向の一方側へ向けて延びる軸部と、
    を有する出力部材と、
    前記ケーシングの内周面と、前記被取付部の外周面と、の間に配置される第4軸受と、を備える、駆動装置。
  8. 請求項7に記載の駆動装置であって、
    前記カムの内周面と、前記軸部の外周面と、の間に配置される第5軸受をさらに備える、駆動装置。
  9. 請求項1から請求項8までのいずれか1項に記載の駆動装置であって、
    前記ケーシングは、
    前記円板部の軸方向の他方側の板面に対向するとともに、前記減速機の径方向外側に配置される円環形状の板状の接続部
    を備え、
    前記接続部の軸方向の一方側の面と、当該面に対向する前記円板部の軸方向の他方側の板面と、のそれぞれに、相補的な凹凸部が形成される、駆動装置。
  10. 請求項6に記載の駆動装置であって、
    前記ケーシングは、
    当該ケーシングの軸方向の一方側に接続され、前記ステータを軸方向の一方側から被覆する蓋部
    をさらに有し、
    前記第3軸受と、前記蓋部の軸方向の他方側の面と、の間に、スペーサ部材が備えられる、駆動装置。
  11. 請求項7に記載の駆動装置であって、
    前記ケーシングは、
    当該ケーシングの軸方向の一方側に接続され、前記ステータを軸方向の一方側から被覆する蓋部
    をさらに有し、
    前記軸部の軸方向の一方側の端部は、前記蓋部を貫通し、
    前記被取付部および前記軸部は、軸方向に貫通する中空部を有する、駆動装置。
  12. 請求項1から請求項11までのいずれか1項に記載の駆動装置であって、
    前記マグネットは、前記円板部の軸方向の一方側の、前記ステータと軸方向に対向する板面に固定される、駆動装置。
  13. 請求項12に記載の駆動装置であって、
    軸方向において前記ステータを挟んで前記ロータとは反対側に配置されるとともに、前記ロータと対をなす第2ロータをさらに備える、駆動装置。
  14. 請求項1から請求項11までのいずれか1項に記載の駆動装置であって、
    前記マグネットは、前記円板部の径方向の外側縁部から軸方向の一方側に延びる円筒部の内周面に固定され、
    径方向において、前記ステータの外周面と、前記マグネットとは、径方向に対向する、駆動装置。
  15. 請求項1から請求項11までのいずれか1項に記載の駆動装置であって、
    前記マグネットは、前記回転軸の径方向外側に固定され、
    径方向において、前記ステータの内周面と、前記マグネットとは、径方向に対向する、駆動装置。

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