WO2001026203A1 - Actionneur integre a un engrenage reducteur - Google Patents

Actionneur integre a un engrenage reducteur Download PDF

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WO2001026203A1
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rotating
fixed
actuator
position detector
shaft
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PCT/JP2000/006966
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Inventor
Masafumi Tamai
Yasuhiro Miyamoto
Mayumi Umetsu
Original Assignee
Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/10—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H49/00—Other gearings
    • F16H49/001—Wave gearings, e.g. harmonic drive transmissions
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/10—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters
    • H02K7/116—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with gears
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T74/00—Machine element or mechanism
    • Y10T74/19—Gearing

Definitions

  • the present invention relates to an inexpensive reducer-integrated actuator that can reduce the axial length of the entire actuator and can increase the driving torque without contradicting the reduction in size and weight.
  • actuators that are used in robots and machine tools and integrate a harmonic reduction gear and an electric motor are shown in Fig. 3.
  • FIG. 3 is a side sectional view of a conventional reducer-integrated actuator.
  • 30 is the actuator
  • 3 13 is the load (rule bracket, 31 b, 31 c, 31 d is the actuator frame
  • 31 e is the anti-load side bracket
  • 32 is Output shaft
  • 33 is the rotating shaft
  • 34 is the motor
  • 35 is the stator
  • 36 is the stator core
  • 3 is the armature winding: 38 is the rotor
  • 39 is the yoke
  • 40 is the permanent magnet
  • 4 1 is the harmonic deceleration
  • 42 is a circular ply
  • 43 is a flex spline
  • 44 is a wave generator
  • 45, 46, 4F, 48 and 49 are bearings
  • 50 and 51 are elastic members
  • 52 is a rotational position detector
  • 53 is a rotation.
  • a disc, 54 is a fixed slit
  • 55 is a light emitting element
  • 56 is a light receiving element
  • L is the axial length of the actuator 30.
  • Such a reducer-integrated actuator 30 is connected in series in the axial direction from the load side to the non-load side in the order of the harmonic reducer 41, the electric motor 34, and the rotational position detector 52. It has a structure. These devices are fixed inside hollow cylindrical actuator frames 31b, 31c and 31d, respectively, and both ends are connected to the load-side bracket 31a and the anti-load Covered by side bracket 31e.
  • the harmonic reducer 41 is fixed to the inner periphery of the actuator frame 31b, is attached to the inside of the circular spline 42 having a circular inner spline 42, and has an output. It is connected to the shaft 32 and is a cup-shaped, flexible flexspline 43 having external teeth.
  • the flexspline 43 is mounted inside the flexspline 43 via a bearing 47 and connected to the rotating shaft 33.
  • a wave generator 44 having an elliptical shape.
  • the bearings 45 and 46 support the output shaft 32 At the same time, the preload is applied by the elastic member 50.
  • the bearings 48 and 49 support the rotating shaft 33 and are preloaded by the elastic member 51.
  • the electric motor 34 includes a rotor 38 including a yoke 39 fitted to the rotation shaft 33 and a permanent magnet 4 mm serving as a magnetic pole, and is opposed to the outer peripheral side of the rotor 38 via a gap.
  • the stator 35 includes a stator core 36 provided and an armature winding 37 for generating a rotating magnetic field in the stator core 36.
  • the rotational position detecting section 52 includes a rotating disk 53 serving as a rotating section fixed to the rotating shaft 33, a fixed slit 54 serving as a fixing section of a rotating position detector facing the rotating section, a light emitting element 55,
  • the optical encoder comprises an element 56.
  • the light receiving element 56 repeats light reception / non-light reception through the fixed slit 54, and detects the light reception / non-light reception as an ON / OFF electric signal. . Thereafter, the angle of the rotor is calculated by a calculation circuit (not shown).
  • the harmonic reducer, the electric motor, and the rotational position detector are connected in series, so that the harmonic reducer and the electric motor, especially when the electric motor and the rotational position detector are connected, are connected.
  • the space for the rotational position detectors arranged in the axial direction increases, and this has been a problem in reducing the size and weight of the actuator.
  • the present invention has been made to solve the above-described problem, and can reduce the axial length of the actuator, increase the driving torque without contradicting the miniaturization and weight reduction, and reduce the cost. It is an object of the present invention to provide a compact reducer-integrated actuator.
  • the present invention has the following configuration.
  • the present invention provides a hollow cylindrical actuator frame, a circular spline fixed to the actuator frame and having internal teeth on the inner periphery, and an internal tooth of the circular spline.
  • a cylindrical flexspline having external teeth meshed with the flexspline and an end face connected to an output shaft of an actuator; an elliptical wave generator mounted on an inner periphery of the flexspline;
  • a rotating shaft for rotating the generator is provided, a rotor having magnetic poles made of permanent magnets, and an armature winding for generating a rotating magnetic field on a stator core facing an outer peripheral side of the rotor via an air gap.
  • the rotor forms a cup-shaped rotating yoke integrally provided so as to penetrate the rotating shaft at the center, and the permanent magnet is fixed to an outer periphery of the rotating yoke.
  • the sagittal spline is formed in a silk hat shape, a flange portion is fixed to one end of the actuator frame, and a cylindrical portion is opposed to the inner periphery of the rotary yoke via a gap.
  • a cup-shaped housing connected to the output shaft on the inner peripheral side of the flexspline, and the cup-shaped housing fitted inside the housing.
  • a bearing for supporting the rotating shaft and an axial gap between the housing and the bearing.
  • An elastic member for applying a preload to the bearing.
  • the rotating portion of the rotational position detector has a disk shape magnetized in one direction perpendicular to the rotation axis.
  • the fixed portion of the rotational position detector includes a fixed ring provided on the outer peripheral side of the rotary portion of the rotational position detector, and at least two fixed rings attached in the circumferential direction of the fixed ring. It is composed of a magnetic sensor.
  • the present invention provides a hollow cylindrical actuator frame, a sacrificial spline fixed to the actuator frame and having internal teeth on an inner periphery, and the sacrificial spline.
  • a cylindrical flexspline having external teeth meshing with the internal teeth of the flexspline and having an output shaft of an actuator connected to an end face thereof; an elliptical wave generator mounted on an inner periphery of the flexspline;
  • a rotating shaft that rotationally drives the ⁇ -bulb generator, a rotor having magnetic poles made of permanent magnets, and an electric field for generating a rotating magnetic field on a stator core that is opposed to the inner peripheral side of the rotor via an air gap.
  • a motor comprising a stator having a winding; a rotating portion of a rotating position detector fixed to the rotating shaft; and a reduction portion having a rotating position detector fixing portion opposed to the rotating portion of the rotating position detector.
  • the rotor constitutes a cup-shaped rotating yoke integrally provided so as to penetrate the rotating shaft at the center, and the permanent magnet is fixed to an inner periphery of the rotating yoke.
  • the sacrificial spline is formed in a silk hat shape, and has a flange portion fixed to one end of the actuator frame and a cylindrical portion fixed to the inner peripheral side of the stator.
  • a cup-shaped housing connected to the output shaft on the inner peripheral side of the flexspline, between the output shaft and the rotating shaft, and the rotating shaft fitted inside the housing. And a resilient member that is provided in an axial gap between the housing and the bearing and applies a preload to the bearing.
  • the rotating portion of the rotational position detector is a disk magnetized in one direction perpendicular to the rotation axis.
  • FIG. 1 is a sectional side view of a speed reducer-integrated actuator according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a sectional view of a reduction gear integrated type actuator showing a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a side sectional view showing a conventional reducer-integrated actuator.
  • FIG. 1 is a sectional side view of a speed reducer-integrated actuator according to a first embodiment of the present invention.
  • 1 is an actuator
  • 2 is an actuator frame
  • 3 is a load-side bracket
  • 4 is a non-load-side bracket
  • 5 is an output shaft
  • 6 is a rotating shaft
  • 7 is a motor
  • 8 is a stator
  • 9 is a stator.
  • Stator core 10 is armature winding
  • 1 is rotor
  • 1 is rotating yoke
  • 13 is permanent magnet
  • 14 is harmonic reducer
  • 15 is sacrificial spline
  • 16 is flex spline
  • 17 is a wave generator
  • 18 is a housing
  • 19, 20, 21, 22, and 23 are bearings
  • 24 and 25 are elastic members
  • 26 is a rotational position detector
  • 27 is an angle detection magnet
  • 28 is a fixing ring.
  • Reference numeral 29 denotes a magnetic sensor, and denotes an axial length of the actuator 1.
  • the basic configuration of the actuator according to the present invention a configuration including a motor reducer "! 4, an electric motor 7, a rotational position detector 26, and an output shaft 5 arranged on the load side as bearings 19,
  • the configuration supported by 20 and the preload applied by the elastic member 24 is the same as the prior art, but the present invention is different in the following four points:
  • the rotor 11 is formed integrally with a cup-shaped rotating yoke 12 provided so as to penetrate the rotating shaft 6 at the center, and the permanent magnet 13 is fixed to the outer periphery of the rotating yoke 12.
  • the circular spline 15 is formed in a top hat shape, and the flange portion 15a of the circular line 15 is fixed to one end of the actuator frame 2. 5 is that the cylindrical portion 15b is arranged so as to face the inner periphery of the rotating yoke 12 via a gap,
  • a cup-shaped housing 18 connected to the output shaft 5 is provided on the inner peripheral side of the flexspline 16 and the rotating shaft 6 is provided inside the housing 18.
  • the bearing 21 to be supported is fitted to the rotating shaft 6, and the axial direction between the housing 18 and the bearing 21 is An elastic member 25 for applying a preload to the bearing 21 is provided in the gap of
  • a disk-shaped angle detecting magnet 27 magnetized in one direction perpendicular to the rotating shaft 6 is provided, and the rotational position is provided on the outer peripheral side of the angle detecting magnet 27.
  • a fixing ring 28 is provided as a fixing part of the detector 26, and at least two magnetic sensors 29 are provided in the circumferential direction of the fixing ring 28, that is, the rotational position detector is constituted by a magnetic encoder.
  • the magnetic sensor 29 of the rotational position detector 26 uses a Hall effect element.
  • FIG. 2 is a side sectional view of a reduction gear integrated type actuator showing a second embodiment. Since the second embodiment has the same components as the first embodiment, the same reference numerals are given. Further, the configuration and effects of the housing and the rotation position detector provided between the output shaft and the rotation shaft of the actuator are the same as those of the first embodiment, and therefore description thereof is omitted.
  • the second embodiment differs from the first embodiment in the following two points. That is,
  • the rotor 11 is composed of a rotating yoke 12 formed in the shape of a cup, and the permanent magnet 13 is fixed to the inner periphery of the rotating yoke 12 and the permanent magnet 13 is interposed between the permanent magnet 13 and the air gap. (With outer rotor)
  • the sacrificial spline 15 is formed in a top hat shape, the flange 15a is fixed to one end of the actuator frame 1, and the cylindrical portion 15b is connected to the inner peripheral side of the stator 8. Points that are arranged to stick,
  • the rotating yoke constituting the rotor is formed into a cup shape, and a space formed between the inner peripheral side of the rotating yoke and the rotating shaft is utilized.
  • the harmonic reducer is arranged, and the motor consisting of the stator and the rotor is provided on the outer periphery of the harmonic reducer, so that the axial length of the harmonic reducer and the electric motor is They are arranged almost concentrically and overlapped.
  • the space required for connecting the harmonic reducer and the electric motor in series in the axial direction is no longer required, and the space for storing these two devices can be shared by one space.
  • the electric motor and the harmonic reducer can be provided on the inner periphery of the same actuator frame.
  • the rotational position detector With such a configuration, the axial length of the entire actuator can be reduced. As a result, a compact and lightweight actuator can be provided.
  • the actuator according to the present embodiment can reduce the number of parts to one as compared with an actuator that conventionally has an actuator frame composed of three parts, leading to a reduction in the number of assembly steps and Inexpensive factories can be provided.
  • the rotating yoke of the rotor has a cup shape with a large outside diameter and a hollow portion, so that the actuator can be downsized in the axial direction and the torque can be increased.
  • the driving torque can be increased without contradicting the reduction in size and weight.
  • the elastic member for applying the preload between the bearings is not limited as long as the elastic member can be replaced by a plate panel or a coil panel.
  • the magnetic sensor of the rotational position detector may use a magnetoresistive element or an amorphous wire using a magnetic impedance effect instead of the Hall effect element.
  • the speed reducer-integrated actuator constituted by integrating the electric motor and the harmonic speed reducer according to the present invention is useful as, for example, a robot or a machine tool.

Description

明細書
減速機一体型ァクチユエ一夕
[技術分野]
本発明は、ァクチユエ一タ全体の軸方向長さを短縮できると共に、小型■軽量化 に相反することなく駆動トルクを増大することができる、安価な減速機一体型ァク チユエ一タに関する。
[背景技術]
従来、ロボットや工作機械などに用いられ、ハ一モニック減速機と電動機とを一 体化したァクチユエ一タは、図 3のようになっている。
図 3は従来の減速機一体型ァクチユエ一タの側断面図である。
図におしヽて、 30はァクチユエ一タ、 3 1 3は負荷(則ブラケッ卜、 31 b、 3 1 c, 3 1 dは ァクチユエ一タフレーム、 3 1 eは反負荷側ブラケット、 32は出力軸、 33は回転軸、 34は電動機、 35は固定子、 36は固定子鉄心、 3フは電機子巻線： 38は回転子、 39はヨーク、 40は永久磁石、 4 1はハーモニック減速機、 42はサーキュラスプライ ン、 43はフレクスプライン、 44はウエーブジェネレータ、 45、 46、 4フ、 48および 4 9は軸受、 50および 5 1は弾性部材、 52は回転位置検出器、 53は回転ディスク、 54は固定スリット、 55は発光素子、 56は受光素子、 L。はァクチユエータ 30の軸 方向長さを示す。
このような減速機一体型のァクチユエ一タ 30は、負荷側から反負荷側に向かつ て、ハ一モニック減速機 4 1、電動機 34、回転位置検出器 52の順に軸方向に直列 に連結した構造となっている。また、これらの装置はそれぞれ中空円筒状のァクチ ユエ一タフレ一厶 3 1 b、 3 1 c、 3 1 dの内側に固定されており、両端部は負荷側ブラ ケット 3 1 aと、反負荷側ブラケット 31 eにより覆われている。
このうち、ハーモニック減速機 41は、ァクチユエ一タフレーム 3 1 bの内周に固定さ れると共に、環状で内歯を有するサーキユラスプライン 42と、サーキユラスプライン 42の内側に装着され、かつ、出力軸 32に連結されると共に、カップ形状で、外歯 を有した可撓性のあるフレクスプライン 43と、フレクスプライン 43の内側に軸受 47 を介して装着され、かつ、回転軸 33に連結されると共に、楕円形状をしたウエーブ ジェネレータ 44から構成されている。なお、軸受 45、 46は、出力軸 32を支持する と共に、弾性部材 50によリ予圧が与えられている。そして、軸受 48、 49は、回転 軸 33を支持すると共に、弾性部材 51によリ予圧が与えられている。
また、電動機 34は、回転軸 33に嵌合されたヨーク 39と、磁極となる永久磁石 4 〇とよりなる回転子 38を備えると共に、回転子 38の外周側と空隙を介して対向さ せて設けた固定子鉄心 36と、固定子鉄心 36に回転磁界を発生させる電機子卷 線 37とを備えた固定子 35から構成されている。
さらに、回転位置検出部 52は、回転軸 33に固定した回転部となる回転ディスク 53と、この回転部に対向する回転位置検出器の固定部となる固定スリット 54と、 発光素子 55と、受光素子 56とからなる光学式エンコーダで構成されている。発光 素子 55からの光が回転ディスク 53に投光されると、固定スリット 54を介して、受 光素子 56が受光'不受光を繰り返し、受光'不受光をオン'オフの電気信号として 検出する。この後、図示しない演算回路により回転子の角度を演算するようになつ ている。
次に、動作を説明する。
固定子 35の電機子巻線 37に図示しない駆動回路より通電すると、回転子 38 の永久磁石 40に駆動トルクが発生し、その駆動トルクにより回転子 38が高速回 転する。次に、回転子の回転軸 33と結合されたウェーブジェネレータ 44が回転す ることにより、フレクスプライン 43が軸受 47を介して楕円形状に撓められ、ゥェ一 ブジヱネレ一タ 44における楕円の長軸方向の両端位置でサ一キユラスプライン 42 と嚙み合う。この時、フレクスプライン 43とサ一キユラスプライン 42との間に相対回 転が発生し、フレクスプライン 43から大幅に減速された回転力が出力軸 32に伝 達されて出力される。
ところ力 従来技術では、ハーモニック減速機、電動機および回転位置検出部を 直列に並べて連結していることから、特にハーモニック減速機と電動機の間、電動 機と回転位置検出器の間を結合した際の軸方向長さが長くなると共に、軸方向に 配置した回転位置検出器のスペースが大き〈なり、ァクチユエータの小型'軽量化 を図る上で問題となっていた。
また、ハーモニック減速機、電動機および回転位置検出部は三つのァクチェエー タフレームにそれぞれ固定されているため、部品点数が多く、組立工数も増えるこ とからコストが高くなるという問題があった。
さらに、ァクチユエ一タの小型'軽量化を図る要求と別に、ァクチユエ一タのトルク 性能を向上させる要求が有り、これには回転子の永久磁石を取り付けた位置にお ける外径を大きくし、回転子の駆動トルクを増大させる必要がある。しかしながら、 従来技術の構造では、回転子の外径を大きくすると、固定子おょぴァクチユエ一タ フレームの外径も大きくなるので、電動機全体として体積'重量が大きくなリ、ァク チユエ一タの小型 ·軽量化と高トルク化は相反するという問題があった。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、ァクチユエ一タの軸 方向長さを短縮できると共に、小型'軽量化に相反することなく駆動トルクを増大す ることができる、安価な減速機一体型ァクチユエータを提供することを目的とする。
[発明の開示]
上記問題を解決するため、本発明は以下のような構成にしたものである。
請求項 1の本発明は、中空円筒状のァクチユエ一タフレームと、'前記ァクチユエ —タフレームに固定され、かつ、内周に内歯を有するサーキユラスプラインと、前記 サ一キユラスプラインの内歯と歯合する外歯を有し、かつ、端面にァクチユエ一タの 出力軸を連結した円筒状のフレクスプラインと、前記フレクスプラインの内周に装 着された楕円状のウエーブジェネレータと、前記ウェーブジェネレータを回転駆動す る回転軸と、永久磁石よりなる磁極を備えた回転子と前記回転子の外周側と空隙 を介して対向させた固定子鉄心に回転磁界を発生させる電機子巻線を備えた固 定子よりなる電動機と、前記回転軸に固定した回転位置検出器の回転部と、この 回転位置検出器の回転部に対向する回転位置検出器の固定部を備えた減速機 —体型ァクチユエ一タにおいて、前記回転子は、中心に前記回転軸を貫通するよ うに一体に設けられたカップ状の回転ヨークを構成すると共に、前記永久磁石を前 記回転ヨークの外周に固着してあり、前記サ一キユラスプラインは、シルクハツ卜状 に形成されると共に、フランジ部を前記ァクチユエ一タフレームの一方の端部に固 定し、円筒部を前記回転ヨークの内周と空隙を介して対向するように配置してあり、 前記出力軸と前記回転軸との間には、前記フレクスプラインの内周側に前記出力 軸と連結したカップ状のハウジングと、前記ハウジングの内部に嵌合され前記回 転軸を支持する軸受と、前記ハウジングと前記軸受との軸方向の空隙部に設けら れ、前記軸受に予圧を与える弾性部材とを備えている。
また、請求項 2の本発明は、請求項 1記載の減速機一体型ァクチユエ一タにおい て、前記回転位置検出器の回転部は、前記回転軸と垂直な一方向に磁化された 円板状の角度検出用マグネットで構成され、前記回転位置検出器の固定部は、前 記回転位置検出器の回転部の外周側に設けた固定リングと、この固定リングの周 方向に少なくとも 2個取り付けた磁気センサとより構成されている。
また、請求項 3の本発明は、中空円筒状のァクチユエ一タフレームと、前記ァクチ ユエ一タフレームに固定され、かつ、内周に内歯を有するサ一キユラスプラインと、 前記サ一キユラスプラインの内歯と歯合する外歯を有し、かつ、端面にァクチユエ —タの出力軸を連結した円筒状のフレクスプラインと、前記フレクスプラインの内周 に装着された楕円状のウェーブジェネレータと、前記ゥ I—ブジヱネレータを回転駆 動する回転軸と、永久磁石よりなる磁極を備えた回転子と前記回転子の内周側と 空隙を介して対向させた固定子鉄心に回転磁界を発生させる電 子卷線を備え た固定子よりなる電動機と、前記回転軸に固定した回転位置検出器の回転部と、 この回転位置検出器の回転部に対向する回転位置検出器の固定部を備えた減 速機一体型ァクチユエータにおいて、前記回転子は、中心に前記回転軸を貫通す るように一体に設けられたカップ状の回転ヨークを構成すると共に、前記永久磁石 を前記回転ヨークの内周に固着してあり、前記サ一キユラスプラインは、シルクハツ ト状に形成されると共に、フランジ部を前記ァクチユエ一タフレームの一方の端部 に固定し、円筒部を前記固定子の内周側と固着するように配置してあり、前記出 力軸と前記回転軸との間には、前記フレクスプラインの内周側に前記出力軸と連 結したカップ状のハウジングと、前記ハウジングの内部に嵌合され前記回転軸を 支持する軸受と、前記ハウジングと前記軸受との軸方向の空隙部に設けられ、前 記軸受に予圧を与える弾性部材とを備えている。
さらに、請求項 4の本発明は、請求項 3記載の減速機一体型ァクチユエ一タにお いて、前記回転位置検出器の回転部は、前記回転軸と垂直な一方向に磁化され た円板状の角度検出用マグネットで構成され、前記回転位置検出器の固定部は、 前記回転位置検出器の回転部の外周側に設けた固定リングと、この固定リングの 周方向に少なくとも 2個取り付けた磁気センサとより構成されている。 [図面の簡単な説明]
図 1は、本発明の第 1の実施例を示す減速機一体型ァクチユエ一タの側断面図 である。図 2は、本発明の第 2の実施例を示す減速機一体型ァクチユエ一タ側断 面図である。図 3は、従来の減速機一体型ァクチユエータを示す側断面図である。
[発明を実施するための最良の形態]
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
図 1は、本発明の第 1の実施例を示す減速機一体型ァクチユエ一タの側断面図 である。
図において、 1はァクチユエータ、 2はァクチユエ一タフレーム、 3は負荷側ブラケ ット、 4は反負荷側ブラケット、 5は出力軸、 6は回転軸、 7は電動機、 8は固定子、 9は固定子鉄心、 1 0は電機子巻線、 1 1は回転子、 1 2は回転ヨーク、 1 3は永久 磁石、 1 4はハーモニック減速機、 1 5はサ一キユラスプライン、 1 6はフレクスプライ ン、 1 7はウェーブジェネレータ、 1 8はハウジング、 1 9、 20、 21、 22および 23は 軸受、 24および 25は弾性部材、 26は回転位置検出器、 27は角度検出マグネッ 卜、 28は固定リング、 29は磁気センサ、 はァクチユエータ 1の軸方向長さであ る。
本発明におけるァクチユエ一タの基本構成、つまリハ一モニック減速機" ! 4、電動 機 7、回転位置検出器 26を備えた構成、および負荷側に配置された出力軸 5を軸 受 1 9、 20により支持し、弾性部材 24によリ予圧を与えるようにした構成は、従来 技術と同じであるが、本発明は、次の 4つの点で異なっている。すなわち、
( 1 )回転子 1 1を、中心に回転軸 6を貫通するように設けたカップ状の回転ヨーク 1 2を一体に構成し、永久磁石 1 3を回転ヨーク 1 2の外周に固着した点、
( 2)サ一キユラスプライン 1 5をシルクハット状に形成すると共に、サ一キュラスプラ イン 1 5のフランジ部 1 5aをァクチユエ一タフレーム 2の一方の端部に固定し、また、 サーキユラスプライン 1 5の円筒部 1 5bを回転ヨーク 1 2の内周と空隙を介して対向 するように配置した点、
( 3)出力軸 5と回転軸 6との間において、フレクスプライン 1 6の内周側に出力軸 5 と連結したカップ状のハウジング 1 8を設けると共に、ハウジング 1 8の内部に回転 軸 6を支持する軸受 21を回転軸 6に嵌合し、ハウジング 1 8と軸受 21との軸方向 の空隙部には軸受 21に予圧を与える弾性部材 25とを揷設した点、
( 4)回転位置検出器 26の回転部として、回転軸 6と垂直な一方向に磁化された円 板状の角度検出用マグネット 27を設けると共に、角度検出用マグネット 27の外周 側に、回転位置検出器 26の固定部として固定リング 28を設け、この固定リング 2 8の周方向に磁気センサ 29を少なくとも 2個設けて、すなわち回転位置検出器を 磁気式エンコーダで構成した点、
である。ここで、回転位置検出器 26の磁気センサ 29は、ホール効果素子を用い たものである。
このような構成において、電動機 7とハ一モニック減速機 1 4とカ^同一のァクチュ ェ一タフレーム 1の内周に設けてあるため、従来、ハーモニック減速機と電動機と を軸方向に直列に並べて接続するのに必要であった各々のスペースが一つのス ペースで足りることになる。また、回転位置検出器を、従来の回転部と固定部を軸 方向に配置したものに替えて、径方向に配置したことでそれを収納-するスペースが 小さくなること力、ら、ァクチユエータ全体の軸方向長さを短縮できる。これにより、図 1におけるァクチユエ一タの軸方向長さし，は、図 3に示した従来のァクチユエ一タの 軸方向長さし。と比較すると、約 40%程度短くなつておリ、大きく小型化されてい る。
次に、動作を説明する。
固定子 8の電機子巻線 1 0に図示しない駆動回路よリ通電すると、回転子 1 1の 永久磁石 1 3に駆動トルクが発生し、その駆動トルクにより回転子 1 1が高速回転 する。次に、回転子の回転軸 6と結合されたウエーブジェネレータ 1 7が回転するこ とにより、フレクスプライン 1 6が軸受 22を介して楕円形状に撓められ、ウエーブジ エネレ一タ 1 7における楕円の長軸方向の両端位置でサ一キユラスプライン 1 5と嚙 み合う。この時、フレクスプライン 1 6とサーキユラスプライン 1 5との間に相対回転 が発生し、フレクスプライン 1 6から大幅に減速された回転力が出力軸 5に伝達さ れて出力される。この時、回転軸 6に取り付けた角度検出用マグネット 27に対向 する磁気センサ 29カ^回転する角度検出用マグネット 27の磁極位置を電気信号 として検出するので、その電気信号から図示しない演算回路により回転軸の回転 角度位置が演算される。 次に本発明の第 2の実施例を説明する。
図 2は、第 2の実施例を示す減速機一体型ァクチユエ一タの側断面図である。 なお、第 2実施例は第 1の実施例と同じ構成要素であるため、同一符号を付してい る。また、ァクチユエ一タの出力軸と回転軸間に設けたハウジング部、回転位置検 出器の構成と効果については第 1の実施例と同じであるためその説明を省略す る。
第 2の実施例は、第 1の実施例に対して次の 2つの点で異なっている。すなわち、
( 1 )回転子 1 1をカップ状に形成された回転ヨーク 1 2で構成し、永久磁石 1 3を回 転ヨーク 1 2の内周に固着すると共に、永久磁石 1 3と空隙を介しその内側に固定 子 8を配置にした点（アウターロータ方式）、
( 2)サ一キユラスプライン 1 5をシルクハット状に形成すると共に、フランジ部 1 5aを ァクチユエ一タフレーム 1の一方の端部に固定し、円筒部 1 5bを固定子 8の内周側 と固着するように配置した点、
である。
このような構成において、第 1の実施例と同様に電動機 7とハーモニック減速機 1 4と力 同一のァクチユエ一タフレーム 1の内周に設けてあることから、ァクチユエ一 タ全体の軸方向長さを短縮できる。これにより、図 2におけるァクチユエ一タの軸方 向長さ L2は、図 3に示した従来のァクチユエ一タの軸方向長さ L。と比較すると、約 40%程度短くなつており、大きく小型化されている。なお、第 2の実施例の動作に ついては、第 1実施例と同じであるため説明を省略する。
したがって、第 1および第 2実施例は、回転子を構成する回転ヨークをカップ状に し、力ップ状の回転ヨークの内周側と回転軸との間に形成される空間部を利用して ハーモニック減速機を配置すると共に、固定子と回転子よりなる電動機をハーモニ ック減速機の外周側に設ける構成にしたので、ハーモニック減速機および電動機 の軸方向長さが、径方向に対してほぼ同心円状に重なって配置される。そして、従 来、ハーモニック減速機と電動機とを軸方向に直列に接続するのに必要であった 各々のスペースが不要となると共に、これらの二つの装置を収納するスペースが 一つのスペースで共有できることになリ、電動機とハーモニック減速機を同一のァ クチユエ一タフレームの内周に設けることができる。さらに回転位置検出器を径方 向に設ける構成にすることで、ァクチユエ一タ全体の軸方向長さを短縮できる。こ れにより、小型 ·軽量のァクチユエ一タを提供することができる。
また、その結果、本実施例によるァクチユエータは、従来、ァクチユエ一タフレー ムを三つの部品で構成していたァクチユエータと比較すると、部品点数を一つに削 減できることから、組立工数の削減につながると共に、安価なァクチユエ一タを提 供することができる。
さらに、回転子の回転ヨークは、外径が大きく中空部を有したカップ形状であるこ とから回転子の重量を小さくし軽量化できるため、ァクチユエ一タを軸方向に小型 化し、かつ、高トルクが要求される場合であっても、小型化■軽量化に相反すること なく駆動トルクを増大させることができる。
なお、各実施例では、固定子側に電機子巻線を設け、回転子側に永久磁石を設 けた構成の磁気回路を有する電動機の例で説明したが、本実施例の形態に限定 されることなぐ固定子側あるいは回転子側の少なくとも何れかを他の磁気回路で 構成しても良い。
また、軸受間に予圧を与える弾性部材は、例えば板パネ、コイルパネを用いて良 ぐこれに代わるものであれば限定されることはない。
また、回転位置検出器の磁気センサは、ホール効果素子に代えて、磁気抵抗素 子を用いたものあるいは磁気インピーダンス効果を利用したアモルファスワイヤを 用いたものでも構わない。
[産業上の利用可能性]
以上のように、本発明にかかる電動機とハーモニック減速機を一体化して構成さ れる減速機一体型ァクチユエータは、例えばロボットや工作機 などに用いられる ものとして有用である。

Claims

請求の範囲
1 . 中空円筒状のァクチユエ一タフレームと、前記ァクチユエ一タフレームに固定さ れ、かつ、内周に内歯を有するサーキユラスプラインと、前記サーキユラスプライン の内歯と歯合する外歯を有し、かつ、端面にァクチユエータの出力軸を連結した円 筒状のフレクスプラインと、前記フレクスプラインの内周に装着された楕円状のゥェ ーブジェネレータと、前記ウエーブジェネレータを回転駆動する回転軸と、永久磁石 よりなる磁極を備えた回転子と前記回転子の外周側と空隙を介して対向させた固 定子鉄心に回転磁界を発生させる電機子卷線を備えた固定子よりなる電動機と、 前記回転軸に固定した回転位置検出器の回転部と、この回転位置検出器の回転 部に対向する回転位置検出器の固定部を備えた減速機一体型ァクチユエ一タに おいて、
前記回転子は、中心に前記回転軸を貫通するように一体に設けられたカップ状 の回転ヨークを構成すると共に、前記永久磁石を前記回転ヨークの外周に固着し てあり、
前記サ一キユラスプラインは、シルクハット状に形成されると共に、フランジ部を 前記ァクチユエ一タフレームの一方の端部に固定し、円筒部を前記回転ヨークの 内周と空隙を介して対向するように配置してあり、
前記出力軸と前記回転軸との間には、前記フレクスプラインの内周側に前記 出力軸と連結したカップ状のハウジングと、前記ハウジングの内部に嵌合され前 記回転軸を支持する軸受と、前記ハウジングと前記軸受との軸方向の空隙部に 設けられ、前記軸受に予圧を与える弾性部材とを備えたことを特徴とする減速機 一体型ァクチユエ一タ。
2.前記回転位置検出器の回転部は、前記回転軸と垂直な一方向に磁化された 円板状の角度検出用マグネットで構成され、
前記回転位置検出器の固定部は、前記回転位置検出器の回転部の外周側 に設けた固定リングと、この固定リングの周方向に少なくとも 2個取り付けた磁気 センサとより構成された請求項 1記載の減速機一体型ァクチユエータ。
3. 中空円筒状のァクチユエ一タフレームと、前記ァクチユエ一タフレームに固定さ れ、かつ、内周に内歯を有するサ一キユラスプラインと、前記サ一キユラスプライン の内歯と歯合する外歯を有し、かつ、端面にァクチユエ一タの出力軸を連結した円 筒状のフレクスプラインと、前記フレクスプラインの内周に装着された楕円状のゥェ —ブジェネレータと、前記ウェーブジェネレータを回転駆動する回転軸と、永久磁石 よりなる磁極を備えた回転子と前記回転子の内周側と空隙を介して対向させた固 定子鉄心に回転磁界を発生させる電機子卷線を備えた固定子よりなる電動機と、 前記回転軸に固定した回転位置検出器の回転部と、この回転位置検出器の回転 部に対向する回転位置検出器の固定部を備えた減速機一体型ァクチユエータに おいて、
前記回転子は、中心に前記回転軸を貫通するように一体に設けられたカップ状 の回転ヨークを構成すると共に、前記永久磁石を前記回転ヨークの内周に固着し てあり、
前記サーキユラスプラインは、シルクハット状に形成されると共に、フランジ部を 前記ァクチユエ一タフレームの一方の端部に固定し、円筒部を前言己固定子の内周 側と固着するように配置してあり、
前記出力軸と前記回転軸との間には、前記フレクスプラインの内周側に前記 出力軸と連結したカップ状のハウジングと、前記ハウジングの内部に嵌合され前 記回転軸を支持する軸受と、前記ハウジングと前記軸受との軸方向の空隙部に 設けられ、前記軸受に予圧を与える弾性部材とを備えたことを特徴とする減速機 一体型ァクチユエ一タ。
4.前記回転位置検出器の回転部は、前記回転軸と垂直な一方向に磁化された 円板状の角度検出用マグネットで構成され、
前記回転位置検出器の固定部は、前記回転位置検出器の回転部の外周側に 設けた固定リングと、この固定リングの周方向に少なくとも 2個取り付けた磁気セン サとより構成された請求項 3記載の減速機一体型ァクチユエータ。
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