JP2020118261A

JP2020118261A - 減速機及び減速機付きモータ

Info

Publication number: JP2020118261A
Application number: JP2019011649A
Authority: JP
Inventors: 宏史上原; Hiroshi Uehara
Original assignee: Shinano Kenshi Co Ltd
Current assignee: Shinano Kenshi Co Ltd
Priority date: 2019-01-25
Filing date: 2019-01-25
Publication date: 2020-08-06
Also published as: US20200244137A1; CN111490630A; EP3687036A1

Abstract

【課題】モータの設置領域内に入力軸の軸方向に減速機が連なって配置されかつ減速機の一部が軸方向にモータと重なり合って配置されるため減速機付きモータを軸方向に小型化することが難しい。本発明の目的はロータマグネットやステータコアの軸方向高さに制約を受け難くモータ出力を向上させ、かつ軸方向に薄型化を実現できる減速機を提供すること。【解決手段】筒状のロータヨーク３ａの回転駆動を径方向外側に配置された外歯歯車８ａ，８ｂに対する入力として用い、外歯歯車８ａ，８ｂと噛み合う内歯歯車９が設けられた出力部材１０を相対的に減速回転させる。【選択図】図２

Description

本発明は、例えばトロコイド減速方式或いは遊星減速方式で駆動する減速機及びこれを用いた減速機付きモータに関する。

トロコイド減速方式で作動する減速機は、ハウジングに取り付けられた円環形状の内歯歯車と、ピッチ円直径が内歯歯車よりも小さく設定され、内歯歯車の内側に配置される円盤形状の外歯歯車と、外歯歯車に連係され、外歯歯車の自転運動を外部に出力する出力部材と、を備える。外歯歯車は、ハウジングに取り付けられた内歯歯車の内側にて、電動モータからの作動により内歯と外歯が噛み合いながら所定の回転数（公転回転数）にて公転運動（揺動運動）を行う。また、この公転運動（揺動運動）とともに、外歯歯車は、内歯歯車との噛み合いにより、公転回転数よりも減速された回転数（自転回転数）にて自転運動を行う。そして、この外歯歯車の減速された自転運動が出力部材に伝達され、減速された回転出力が出力部材から出力される。

外歯歯車は、内歯歯車の内側にて第一内歯歯車の内歯に一部の外歯が噛合した状態にて配置されている。そして、モータを起動して入力軸が回転することにより、外歯歯車は内歯歯車内をモータからの入力回転数にて公転（揺動）運動するとともに、公転運動に対し所定の比率にて減速された回転数にて自転運動を行う。そして、この自転運動が出力ピンを介して出力部材に伝達され、出力部材は外歯歯車とともに回転する入力軸を中心として回転するようになっている（特許文献１：特開２０１４−８１０６８号公報参照）。

特開２０１４−８１０６８号公報

上述した特許文献１に係る減速機は、モータの設置領域内に入力軸の軸方向に減速機が連なって配置されかつ減速機の一部が軸方向にモータと重なり合って配置されるため減速機付きモータを軸方向に小型化することが難しい。特にロータヨークはカップ形状をしており、入力軸と連結されるロータハブを有しているため、ロータマグネットやステータコアの軸方向高さに制約を受け易くモータ出力が制約を受ける。
また、ロータヨークがカップ形状をしているためうえに、ロータハブと入力軸との締結部が存在すると軸方向高さが高くなり易く、剛性の観点から直接荷重を受ける構造に適しておらず、剛性を上げようとすればロータヨークの板厚を増やす必要があり、軸方向に薄型化できない。

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、ロータマグネットやステータコアの軸方向高さに制約を受け難くモータ出力を向上させ、かつ軸方向に薄型化を実現できる減速機及びこれをモータと同心配置することで小型で扁平な減速機付モ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。
駆動源により回転駆動される入力軸を中心に歯車機構が減速回転して出力する減速機であって、前記駆動源によって回転駆動される前記入力軸と、前記入力軸の周りを公転する外歯歯車と、前記外歯歯車と噛み合う内歯歯車が設けられ、前記外歯歯車が回転すると前記内歯歯車を介して相対的に減速回転する出力部材と、を具備し、前記入力軸は、内周面にロータマグネットが設けられた筒状ロータヨークであり、前記ロータヨークを径方向外側に配置された前記外歯歯車に対する入力として用いたことを特徴とする。
これにより、カップ形状でなく筒状のロータヨークを回転駆動させることで、従来必要であった入力軸と連結されるロータハブを用いる必要がなく、当該ロータヨークを径方向外側に配置された外歯歯車に対する入力として用い、内歯歯車が設けられた出力部材を相対的に減速回転させるため、減速機を軸方向に薄型化することができる。
また、ロータマグネットやステータコアの軸方向高さに制約を受け難くモータ出力を向上させ、ロータヨークの回転駆動を外歯歯車に対する入力として用いているため、減速機の構成部品を減らして扁平化かつ小型化することもできる。

前記ロータヨーク、前記外歯歯車及び前記内歯歯車が径方向外側に向かって配置され、前記ロータヨークを偏心軸としてトロコイド歯形に配置された複数の前記外歯歯車を回転させて前記内歯歯車を介して前記出力部材を相対的に減速回転させるトロコイド減速機であってもよい。
このように、ロータヨークの回転が複数の外歯歯車の減速された回転運動に変換され、この外歯歯車の減速された回転運動が内歯歯車を介して径方向外側に配置された出力部材に伝達され、減速された回転出力が出力部材から出力される。よって、減速機の扁平化を図ることができる。

前記ロータヨーク外周面には外歯歯車と噛み合う歯面が形成されており、前記ロータヨークの歯面と前記外歯歯車、前記外歯歯車と前記内歯歯車が径方向外側に向かって噛み合い配置され、前記ロータヨーク外周の歯面を太陽歯車として前記外歯歯車を遊星歯車として公転させて前記内歯歯車を介して前記出力部材を相対的に減速回転させる遊星減速機であってもよい。
このように、ロータヨーク外周の歯面を太陽歯車としてこれと噛み合う外歯歯車、外歯歯車と噛み合う内歯歯車が同軸上にコンパクトに組み付けることができ、減速された回転出力が径方向外側に配置された出力部材から出力される。よって、減速機の扁平化を図ることができる。

減速機付きモータにおいては、上述したいずれかに記載の減速機の入力軸をロータヨークとし当該ロータヨークの内側にステータが配置されたアウターロータ型モータを備えたことを特徴とする。
これにより、アウターロータ型モータを中心として減速機を径方向外側に同心状に配置した減速機付モータを構成できるので、軸方向に薄型化することができる。
また、ロータマグネットやステータコアの軸方向高さに制約を受け難いため、同じ大きさのモータでも、モータ出力を向上させることができる。

前記入力軸として偏心した筒状のロータヨークが用いられ、前記ロータヨークに転がり軸受が直接設置されていてもよい。
これにより、ロータヨークにロータハブは不要となるので軸方向に薄型化を促進することができる。
また、筒状のロータヨークの内径側若しくは外径側を転がり軸受で支持されるため、中実な回転子軸は不要であり、アウターロータ型モータでありながら中空軸化が可能となる。中空軸を用いると、軸孔内をモータコイルの配線スペース等に使用することができる。

ロータマグネットやステータコアの軸方向高さに制約を受け難くモータ出力を向上させ、かつ軸方向に薄型化を実現できる減速機及びこれをモータと同心配置することで、小型で扁平な減速機付モータを提供することができる。

減速機付きモータの平面図である。図１の矢印Ａ−Ａ方向断面図である。減速機付きモータの平面図である。他例に係る減速機付きモータの平面図である。図４の矢印Ａ−Ａ方向断面図である。

以下、本発明に係る減速機及び減速機付きモ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、減速機付きモータの概略構成について図１乃至図３を参照して説明する。モータは、ＤＣブラシレスモータが用いられ、本実施例ではアウターロータ型モータが用いられる。

図１及び図２に示すように、モータハウジング１はハウジング本体１ａとモータカバー１ｂを有している。ハウジング本体１ａの中心部には、第一中空軸１ｃが設けられ、外周側には第二中空軸１ｄが周方向に沿って複数箇所に設けられている。第一中空軸１ｃには固定子コア２ａ（積層コア）が貫通して嵌め込まれている。第一中空軸１ｃはコイル２ｂに巻かれた口出し線の配線スペースとして利用してもよい。
また、第二中空軸１ｄは軸孔１ｅの孔壁にねじ山が彫り込まれている。この軸孔１ｅには、ハウジング本体１ａとモータカバー１ｂには、軸孔１ｅに連通するねじ孔１ｆが各々形成されている。ねじ孔１ｆにねじ１ｇをねじ篏合させることで、ハウジング本体１ａとモータカバー１ｂが一体に組み付けられる（図３参照）。

モータハウジング１内には電動モータＭ（駆動源）が収納されている。電動モータＭは、固定子２と回転子３を備えたアウターロータ型のモータが用いられる。ハウジング本体１ａの第一中空軸１ｃを固定子コア２ａが嵌め込まれて支持固定される。固定子コア２ａの極歯には、インシュレータを介してコイル２ｂが巻き付けられている。

固定子２の外周には、回転子３が設けられている。筒状のロータヨーク３ａの内周面に環状のロータマグネット３ｂが一体に組み付けられている。ロータマグネット３ｂは周方向にＮ極とＳ極が交互に着磁されており、固定子コア２ａの極歯と対向配置されている。ロータヨーク３ａは、電動モータＭによって回転駆動される入力軸（偏心軸）として用いられる。ロータヨーク３ａは、ハウジング本体１ａとモータカバー１ｂとの境界部に設けられる第一転がり軸受４によって回転可能に支持されている。また、このような構造により組み立てを容易にすることができる。

尚、第一転がり軸受４は図１のようにロータヨーク３ａの外径側に設けても良いし、内側に設けても良い。また、ロータヨーク３ａの軸方向の片方だけではなく両側に設けても良い。また、ハウジング本体１ａまたはモータカバー１ｂのいずれか一方でのみ保持する構造でも良い。なお、第一転がり軸受４は摩擦抵抗が少ない四点接触玉軸受け、または耐荷重が必要な場合はクロスローラーベアリングを採用している。

ロータヨーク３ａの外周面は軸方向に第一、第二偏心カム部３ａ１，３ａ２が形成されている。第一、第二偏心カム部３ａ１，３ａ２は、ロータヨーク３ａの軸心に対し同じ偏心量を有し互いに略１８０度位相がずれている。第一偏心カム部３ａ１の外周には、第二転がり軸受５Ａ（上段）が当接し、第二偏心カム部３ａ２の外周には第二転がり軸受５Ｂ（下段）が当接して各々従動回転可能に設けられている。第二転がり軸受５Ａ（上段）は第一偏心カム部３ａ１の外周部をその内輪側とし、第一外歯歯車８ａの内周側に当接する外輪５ｄとの間に回転コロ５ａとリテーナ５ｃを挟むことで構成される。回転コロ５ａとリテーナ５ｃは周方向に交互に挟み込まれており、リテーナ５ｃにより回転コロ５ａ同士の間隔を保つことで回転コロ５ａが各々回転可能に支持されている。第二転がり軸受５Ｂ（下段）、第二偏心カム部３ａ２および第二外歯歯車８ｂも第二転がり軸受５Ａと同様の構成である。第一外歯歯車８ａと第二外歯歯車８ｂの軸方向の間隔を保つためスペーサ６が設けられている。すなわち、ロータヨーク３ａの回転に対して、上述した第二転がり軸受５Ａ，５Ｂを用いた構造にすることにより、第一外歯歯車８ａ及び第二外歯歯車８ｂの回転運動が妨げられることはない。

また、スペーサ６の径方向外側には、第一外歯歯車８ａ及び第二外歯歯車８ｂが回転可能に軸支されている。第一外歯歯車８ａ及び第二外歯歯車８ｂは、外周側に配置された内歯歯車９と噛み合い可能に設けられている。内歯歯車９は、筒状に形成された出力部材１０の内周面側に一体に軸方向に抜け止めされて組み付けられている。内歯歯車９の回転中心は第一中空軸１ｃと一致しており、第一外歯歯車８ａ及び第二外歯歯車８ｂの歯形はトロコイド歯形（外歯歯車）を形成する。出力部材１０はハウジング本体１ａ及びモータカバー１ｂの境界部に設けられた第三転がり軸受１１によって回転可能に支持されている。

電動モータＭを起動すると、ロータヨーク３ａが第一転がり軸受４に支持されて回転し、第一、第二偏心カム部３ａ１，３ａ２の外周に当接する第二転がり軸受５Ａ，５Ｂが従動回転する。このとき、第二転がり軸受５Ａ，５Ｂが第一、第二偏心カム部３ａ１，３ａ２の偏心分だけ径方向に揺動し、第一外歯歯車８ａ及び第二外歯歯車８ｂは、１８０度位相がずれた位置で対向する内歯歯車９と噛み合って所定方向に回転する。
このように、ロータヨーク３ａの回転によってトロコイド歯形を形成する外歯歯車８ａ，８ｂがロータヨーク３ａの周りを公転する。このとき外歯歯車８ａ，８ｂの減速回転が内歯歯車９を介して径方向外側に配置された出力部材１０を相対的に減速回転させ、減速された回転出力が出力部材１０から出力される。なお、出力部材１０を図示しない固定部材で固定することで、モータカバー１ｂから回転出力を出力させることもできる。

これにより、ロータヨーク３ａ（偏心軸）は、内周面にロータマグネット３ｂが設けられたロータヨーク３ａの回転駆動をトロコイド歯形（外歯歯車）に対する入力として用いて内歯歯車９が一体に組み付けられた出力部材１０へ径方向外側に駆動伝達されるため、ロータマグネット３ｂや固定子コア２ａの軸方向高さに制約を受け難くモータ出力を向上させ、かつ減速機を軸方向に薄型化することができる。
またロータヨーク３ａの回転駆動をトロコイド歯形（外歯歯車）に対する入力として用いているため、減速機の構成部品を減らして扁平化かつ小型化することもできる。
また、アウターロータ型モータを中心として減速機を径方向外側に同心状に配置した減速機付モータを構成できるので、軸方向に薄型化することができる。
また、ロータマグネット３ｂや固定子コア２ａの軸方向高さに制約を受け難いため、同じ大きさのモータでも、モータ出力を向上させることができる。
特に、ロータヨーク３ａにロータハブは不要となるので軸方向に薄型化を促進することができる。更には筒状のロータヨーク３ａの内径側若しくは外径側を第一転がり軸受４で支持されるため、中実な回転子軸は不要であり、アウターロータ型モータでありながら中空軸化が可能となる。中空軸を用いると、軸孔内をモータコイルの配線スペース等に使用することができる。

次に、減速機付きモータの他例について図４及び図５を参照して説明する。尚、図１乃至図３と同一部材には同一番号を付して説明を援用するものとする。
上述した減速機は、トロコイド型減速機であったが、これに限らず例えば遊星減速機であってもよい。

図４において、筒状のロータヨーク３ａ外周面には歯面３ｃが形成されている。また歯面３ｃには複数の外歯歯車８が常時噛み合っている。複数の外歯歯車８は、第二中空軸１ｄを中心に回転自在に設けられている。複数の外歯歯車８は、内歯歯車９と常時噛み合っている。内歯歯車９は、出力部材１０の内周面に抜け止めされて一体に設けられている。
電動モータＭが起動すると、ロータヨーク３ａが回転し、ロータヨーク３ａの外周の歯面３ｃを太陽歯車として複数の外歯歯車８を遊星歯車として公転させて内歯歯車９が設けられた出力部材１０を相対的に減速回転させるようになっている。
このように、ロータヨーク３ａ外周に設けられた歯面３ｃを太陽歯車としてこれと噛み合う外歯歯車８、外歯歯車８と噛み合う内歯歯車９が同軸上にコンパクトに組み付けることができ、減速された回転出力が径方向外側に配置された出力部材１０から出力される。よって、減速機の扁平化を図ることができる。

上記実施例は、電動モータＭとしてアウターロータ型のモータを用いて説明したが、インナーロータ型のモータであってもよい。また、ブラシレスモータ以外にも、例えばブラシ付きモータまたは超音波モータなど他の種類のモータや駆動源であってもよい。

１モータハウジング１ａハウジング本体１ｂモータカバー１ｃ第一中空軸１ｄ第二中空軸１ｅ軸孔１ｆねじ孔１ｇねじＭ電動モータ２固定子２ａ固定子コア２ｂコイル３回転子３ａロータヨーク３ａ１第一偏心カム部３ａ２第二偏心カム部３ｂロータマグネット３ｃ歯面４第一転がり軸受５Ａ，５Ｂ第二転がり軸受５ａ回転コロ５ｃリテーナ５ｄ外輪６スペーサ８外歯歯車８ａ第一外歯歯車８ｂ第二外歯歯車９内歯歯車１０出力部材１１第三転がり軸受

Claims

駆動源により回転駆動される入力軸を中心に歯車機構が減速回転して出力する減速機であって、
前記駆動源によって回転駆動される前記入力軸と、
前記入力軸の周りを公転する外歯歯車と、
前記外歯歯車と噛み合う内歯歯車が設けられ、前記外歯歯車が回転すると前記内歯歯車を介して相対的に減速回転する出力部材と、を具備し、
前記入力軸は、内周面にロータマグネットが設けられた筒状ロータヨークであり、前記ロータヨークを径方向外側に配置された前記外歯歯車に対する入力として用いたことを特徴とする減速機。
前記ロータヨーク、前記外歯歯車及び前記内歯歯車が径方向外側に向かって配置され、前記ロータヨークを偏心軸としてトロコイド歯形に配置された複数の前記外歯歯車を回転させて前記内歯歯車を介して前記出力部材を相対的に減速回転させるトロコイド減速機である請求項１記載の減速機。
前記ロータヨーク外周面には外歯歯車と噛み合う歯面が形成されており、前記ロータヨークの歯面と前記外歯歯車、前記外歯歯車と前記内歯歯車が径方向外側に向かって噛み合い配置され、前記ロータヨーク外周の歯面を太陽歯車として前記外歯歯車を遊星歯車として公転させて前記内歯歯車を介して前記出力部材を相対的に減速回転させる遊星減速機である請求項1記載の減速機。
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の減速機の入力軸をロータヨークとし当該ロータヨークの内側にステータが配置されたアウターロータ型モータを備えた減速機付きモータ。
前記入力軸として偏心した筒状のロータヨークが用いられ、前記ロータヨークに転がり軸受が直接設置されている請求項4記載の減速機付きモータ。