JP2022171966A

JP2022171966A - 動力伝達装置

Info

Publication number: JP2022171966A
Application number: JP2022150872A
Authority: JP
Inventors: 幸次守谷; Koji Moriya; 光拡田村; Hikarikaku Tamura
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2017-11-02
Filing date: 2022-09-22
Publication date: 2022-11-11
Also published as: CN115118052A; KR20190050278A; KR102592135B1; DE102018125071A1; JP2019088046A; US11088589B2; US20190131846A1; CN109756041A; JP7229659B2

Abstract

【課題】軽量で軸方向の短縮化を図ることのできる動力伝達装置を提供することを目的とする。
【解決手段】中空構造のロータ軸と、コイルが巻回されたステータと、前記ステータを覆うモータフレームと、前記ステータの軸方向負荷側に配置される第１カバーと、前記ステータの軸方向反負荷側に配置される第２カバーと、を有するモータを備えた動力伝達装置である。そして、前記第１カバーは、非導電性の素材で構成されており、前記コイルのコイルエンドと前記第１カバーとの間の最短の沿面距離が６．３ｍｍより短く、前記第２カバーは、前記ロータ軸の中空構造と連通する中空部を有する内周壁部を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、動力伝達装置に関する。

特許文献１の図１１には、コイルが巻回されたステータと、ステータの外周側を覆うモータフレームと、ステータの軸方向の端部を覆うカバーと、を有するモータを備えた動力伝達装置が開示されている。

特開平０７－２４８０４６号公報

従来の動力伝達装置のモータにおいては、コイルとカバーとの間に比較的に大きな沿面距離を設けてコイルの十分な絶縁を確保する必要があった。このため、動力伝達装置の体積の増大、特に軸方向の長さが増して、重量が増大するという課題があった。

本発明は、軽量化と軸方向の寸法の短縮化とを図ることのできる動力伝達装置を提供することを目的とする。

本発明は、
中空構造のロータ軸と、コイルが巻回されたステータと、前記ステータを覆うモータフレームと、前記ステータの軸方向負荷側に配置される第１カバーと、前記ステータの軸方向反負荷側に配置される第２カバーと、を有するモータを備えた動力伝達装置であって、前記第１カバーは、非導電性の素材で構成されており、
前記コイルのコイルエンドと前記第１カバーとの間の最短の沿面距離が６．３ｍｍより短く、
前記第２カバーは、前記ロータ軸の中空構造と連通する中空部を有する内周壁部を有する構成とした。

本発明に係る動力伝達装置によれば、軽量化と軸方向の寸法の短縮化とを図ることができる。

本発明の実施形態の動力伝達装置を示す断面図である。図１のステータコア及びロータを示す正面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態の動力伝達装置を示す断面図である。図２は、図１のステータコア及びロータを示す正面図である。本明細書では、ロータ軸１１及び入力軸４１の中心軸Ｏ１に沿った方向を軸方向、中心軸Ｏ１から直交する方向を径方向、中心軸Ｏ１を中心に回転する方向を周方向と定義する。

本実施形態の動力伝達装置１は、モータ１０と減速機４０とが連結されユニット化されたギヤモータである。

モータ１０は、回転駆動されるロータ１２と、ロータ１２と一体化されたロータ軸１１と、コイル１３及びステータコア１４を有するステータ１５とを備える。さらに、モータ１０は、ステータ１５の外周側を覆うモータフレーム１７と、ステータ１５及びモータフレーム１７の軸方向の端部を覆う第１カバー１８及び第２カバー１９とを備える。

ステータコア１４は、磁性体から構成され、図２に示すように、複数のコアセグメント１４ａと、複数のスロット１４ｂとを有する。複数のコアセグメント１４ａは、内周面がロータ１２に対向するように、周方向に並んで配置される。複数のスロット１４ｂは、複数のコアセグメント１４ａの間に設けられる。

コイル１３は、複数のスロット１４ｂを通ってコアセグメント１４ａに巻回される。コイル１３は、ステータコア１４の軸方向の端よりも一部が外側にはみ出す。このスロット１４ｂから軸方向にはみ出した部分がコイルエンド１３ａである。

ロータ１２は、例えば回転可能に支持される軸部１２ａと、軸部１２ａの外周面に固定された複数の永久磁石１２ｂとを有する。ロータ１２の軸部１２ａ及びロータ軸１１は、金属製であり、中空構造を有し、互いに一体的に形成されている。

モータフレーム１７は、樹脂製であり、ステータコア１４の外周部に接触してステータコア１４を固定する。

第１カバー１８は、樹脂製であり、主に、ステータコア１４の軸方向の他端（減速機４０側、負荷側）を覆う。なお、第１カバー１８の素材は、樹脂に限定されるものではなく、非導電性の素材であればよい。例えば、樹脂と別素材の複合材やベーク材（紙ベーク材や布ベーク材）でもよい。第１カバー１８は、環状に構成され、中央にロータ軸１１を通す貫通孔を有する。第１カバー１８の内周部には軸受け５１が嵌入され、軸受け５１を介してロータ軸１１及び入力軸４１を回転可能に支持する。第１カバー１８は、特に制限されるものでないが、例えばボルト２１を介して第２カバー１９と連結され、第１カバー１８と第２カバー１９との間にモータフレーム１７が挟み込まれて固定される。

第１カバー１８は、コイルエンド１３ａからの最短の沿面距離が、６．３ｍｍより短い。従来のモータでは、第１カバーが導電性の素材で構成されていたため、そして、この沿面距離を６．３ｍｍ以上にして絶縁性を確保していたため、動力伝達装置の体積の増大、軸方向の長大化、ロータ軸及び入力軸が長くなることに起因して装置全体の重量が増大するという課題があった。しかし、本実施形態では、第１カバー１８に絶縁性を持たせて（非導電性の素材で構成して）沿面距離を６.３ｍｍより短くすることで、上記の課題が軽減されている。なお、第１カバー１８とコイルエンド１３ａとの沿面距離は、より好ましくは３ｍｍ以下、さらに好ましくは１ｍｍ以下としてもよい。

より具体的には、本実施形態の第１カバー１８は、ステータ１５のコイルエンド１３ａの一部に接触するように配置される。第１カバー１８は絶縁性を有するため、このような接触があっても、コイル１３と第１カバー１８との十分な絶縁性、並びに、モータ１０と減速機４０との十分な絶縁性を確保することができる。第１カバー１８とコイルエンド１３ａとが接触する面積は、好ましくは、減速機４０側のコイルエンド１３ａの表面積の５０％以下であり、より好ましくは、この表面積の１０％以下である。仮に、第１カバー１８がコイルエンド１３ａの全体に接触する場合、コイルエンド１３ａの熱膨張率と第１カバー１８の熱膨張率との違いから、第１カバー１８及びコイルエンド１３ａの耐久性に課題が生じる。しかし、上記の接触面積とすることで、熱膨張率の違いがあっても耐久性の低下を抑えることができる。

第２カバー１９は、樹脂製であり、主に、ステータ１５の軸方向の一端（減速機４０の反対側、反負荷側）を覆う。なお、第２カバー１９の素材も、樹脂に限定されるものではなく、非導電性の素材であればよい。例えば、樹脂と別素材の複合材やベーク材（紙ベーク材や布ベーク材）でもよい。第２カバー１９は、環状に構成され、減速機４０とは反対側にあるコイルエンド１３ａの内周側を覆う内周壁部１９ａと、ステータ１５の減速機４０とは反対側の一端側を覆う背面壁部１９ｂとを有する。内周壁部１９ａの一端面は、ロータ１２の永久磁石１２ｂに対向しており、この一端面における周方向の一部には回転検出用の磁気センサ２２が設けられている。

第２カバー１９は、コイルエンド１３ａからの最短の沿面距離が６．３ｍｍより短くなるように、コイルエンド１３ａに近づけて配置されてもよい。第２カバー１９は、一部がコイルエンド１３ａに接触するように配置されてもよい。

減速機４０は、例えば撓み噛合い式歯車装置であり、起振体４１ａを有する入力軸４１と、起振体４１ａにより撓み変形される外歯歯車４２と、外歯歯車４２と噛合う２つの内歯歯車４４、４５とを備える。また、減速機４０は、減速機４０の外周部を覆うケーシング４７、４８と、入力軸４１を回転可能に支持する軸受け５１、５２と、ケーシング４７に対して一方の内歯歯車４４を回転可能に支持する主軸受け５４とを備える。

入力軸４１は、中空構造を有する金属製の軸であり、ロータ軸１１と同軸にされ、ロータ軸１１と一体的に単一の部材として形成されている。なお、入力軸４１はロータ軸１１と別体に形成され、互いに連結される構成としてもよい。入力軸４１の一部には、中心軸Ｏ１に直交する断面の外形が非円形（例えば楕円）である起振体４１ａが設けられている。入力軸４１の起振体４１ａ以外の部位は、中心軸Ｏ１に直交する断面の外形が円形である。

外歯歯車４２は、コロ軸受け４３を介して起振体４１ａと相対的に回転可能に支持されている。外歯歯車４２は、起振体４１ａの外周面に沿うように、コロ軸受け４３を挟んで起振体４１ａに嵌合されている。

２つの内歯歯車４４、４５は、剛性を有し、共に樹脂製である。一方の内歯歯車４４と他方の内歯歯車４５とは歯数が異なる（例えば内歯歯車４４は外歯歯車４２と歯数が同じで、内歯歯車４５は内歯歯車４４よりも歯数が２つ多い）。一方の内歯歯車４４は減速機４０の軸方向の端側を覆うケーシング４８に連結され、他方の内歯歯車４５は減速機４０の外周部を覆うケーシング４７に連結される。他方の内歯歯車４５は、筒型の構造を有し、モータ１０の第１カバー１８と一体的に単一の部材として同じ素材により形成されている。第１カバー１８は、減速機４０の入力側カバーを兼ねている。すなわち、第１カバー１８は、外歯歯車４２及びコロ軸受け４３の軸方向におけるモータ１０側を覆って、例えば減速機４０からの潤滑油の流出を防止する。

軸受け５１、５２は、起振体４１ａの軸方向における両側で入力軸４１を支持する。一方の軸受け５１は第１カバー１８の内周に嵌入されて入力軸４１を回転可能に支持し、他方の軸受け５２はケーシング４８の内周に嵌入されて入力軸４１を回転可能に支持する。主軸受け５４は、互いに連列されたケーシング４７及び第１カバー１８の内周に嵌入され、互いに連結されたケーシング４８及び内歯歯車４４を回転可能に支持する。

＜動作説明＞
コイル１３が通電されてロータ１２に回転トルクが生じると、ロータ１２と一体化されたロータ軸１１及び入力軸４１が中心軸Ｏ１を中心に回転する。入力軸４１の回転に伴い起振体４１ａの運動が外歯歯車４２に伝わる。外歯歯車４２は、固定された内歯歯車４５に一部が噛合っているので、起振体４１ａの回転に追従して外歯歯車４２が回転することはなく、起振体４１ａが外歯歯車４２の内側で相対的に回転する。さらに、外歯歯車４２は起振体４１ａの外周面に沿うように規制されているため、起振体４１ａの回転に伴って撓み変形する。この変形の周期は、起振体４１ａの回転周期に比例する。

起振体４１ａの回転により外歯歯車４２が変形すると、起振体４１ａの径が大きい部分（長軸部分）が周方向に移動し、これにより外歯歯車４２と一方の内歯歯車４５との噛合う位置が周方向に変化する。外歯歯車４２と内歯歯車４５との歯数に違いがあるため、噛合う位置が一周するごとに、外歯歯車４２と内歯歯車４５との噛合う歯がずれていき、これにより外歯歯車４２が回転する（自転する）。例えば、内歯歯車４５の歯数が１０２で、外歯歯車４２の歯数が１００であれば、起振体４１ａの回転運動は減速比１００：２で減速されて外歯歯車４２に伝達される。

一方、外歯歯車４２は内歯歯車４４とも同様に噛合っているため、起振体４１ａの回転によって外歯歯車４２と内歯歯車４４との噛合う位置も回転方向に変化する。内歯歯車４４と外歯歯車４２との歯数は同数であるので、外歯歯車４２と内歯歯車４４とは相対的に回転せず、外歯歯車４２の回転運動が減速比１：１で内歯歯車４４へ伝達される。これらによって、起振体４１ａの回転運動が減速されて出力軸となる内歯歯車４４及びケーシング４８へ出力される。

動力伝達装置１の駆動中、コイル１３は通電される。しかし、コイルエンド１３ａの軸方向の一端側を覆う第１カバー１８が樹脂製（非導電性の素材）であることで、第１カバー１８とコイルエンド１３ａとの間の距離が短くても、コイル１３と装置外部あるいはコイル１３と減速機４０との間の高い絶縁性が確保される。また、第１カバー１８とコイル１３とは接触しているが、接触面は互いに滑り合うことで相対移動可能である。よって、コイル１３への通電により、コイル１３が発熱し、熱膨張しても、第１カバー１８及びコイル１３は接触部分において非常に僅かな歪みの力が発生するだけで、第１カバー１８及びステータ１５の耐久性にはほとんど影響しない。

以上のように、本実施形態の動力伝達装置１によれば、第１カバー１８が樹脂製（非導電性の素材）であり、コイルエンド１３ａと第１カバー１８との沿面距離が６．３ｍｍより短い位置まで、第１カバー１８がコイルエンド１３ａの近くに設けられている。沿面距離の６．３ｍｍは、従来、十分にコイル１３からの電気的な絶縁を確保するために必要な距離であり、従来構成では、これを満たすようにカバーが設けられることで、装置の軸方向が長大化していた。しかし、本実施形態では、上記の構成により、第１カバー１８とコイルエンド１３ａとを近づけても、コイル１３からの電気的な絶縁を十分に確保することができ、加えて、動力伝達装置１の軸方向の短縮化及び体積の低減を図ることができる。

さらに、本実施形態の動力伝達装置１によれば、第１カバー１８が減速機４０の入力側カバーを兼ねているので、部品点数の削減、並びに、モータ１０及び減速機４０を含めた装置全体の軸方向における更なる短縮化を図ることができる。

また、本実施形態の動力伝達装置１によれば、第１カバー１８は減速機４０の内歯歯車４５と一体化されている。したがって、部品点数の更なる削減と、装置全体の軸方向における更なる短縮化を図ることができる。

また、本実施形態の動力伝達装置１によれば、第１カバー１８とステータ１５のコイルエンド１３ａとが接触している。これにより、ステータ１５の固定を補助することができ、さらに、第１カバー１８とステータ１５とをより近づけて、装置全体の軸方向における更なる短縮化を図ることができる。

以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は上記の実施形態に限られない。例えば、上記実施形態では、モータと連結される減速機として、撓み噛合い式歯車装置を適用した例を示した。しかし、本発明に係る減速機としては、様々なタイプの減速機が適用されてもよい。また、上記実施形態では、第１カバー１８とステータ１５のコイルエンド１３ａとが接触している例を示したが、これらが接触しない構成としてもよい。また、上記実施形態では、第１カバー１８が、減速機４０の入力側のカバーを兼ね、内歯歯車４５と一体化された構成を示した。しかし、本発明においては、モータの軸方向の減速機側を覆うカバーは、減速機のカバーと別体に設けられていてもよいし、減速機の内歯歯車と一体化されていなくてもよい。また、実施形態では、第２カバー１９も樹脂性としたが、第２カバー１９とコイルエンド１３ａとの間の最短の沿面距離を６．３ｍｍより大きくするのであれば、第２カバー１９は導電性の素材で構成されてもよい。第２カバー１９を非導電性の素材で構成し、コイルエンド１３ａとの間の最短の沿面距離を６．３ｍｍより短くする場合、第１カバー１８は導電性の素材で構成し、コイルエンド１３ａとの間の最短の沿面距離を６．３ｍｍより大きくしてもよい。その他、実施の形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１動力伝達装置
１０モータ
１１ロータ軸
１２ロータ
１２ａ軸部
１２ｂ永久磁石
１３コイル
１３ａコイルエンド
１４ステータコア
１５ステータ
１７モータフレーム
１８第１カバー
１９第２カバー
４０減速機
４１入力軸
４１ａ起振体
４３コロ軸受け
４４、４５内歯歯車
４７、４８ケーシング
Ｏ１中心軸

Claims

中空構造のロータ軸と、コイルが巻回されたステータと、前記ステータを覆うモータフレームと、前記ステータの軸方向負荷側に配置される第１カバーと、前記ステータの軸方向反負荷側に配置される第２カバーと、を有するモータを備えた動力伝達装置であって、
前記第１カバーは、非導電性の素材で構成されており、
前記コイルのコイルエンドと前記第１カバーとの間の最短の沿面距離が６．３ｍｍより短く、
前記第２カバーは、前記ロータ軸の中空構造と連通する中空部を有する内周壁部を有する、
動力伝達装置。
前記内周壁部は、反負荷側のコイルエンドの内周側を覆う、
請求項１記載の動力伝達装置。
前記第１カバーと前記第２カバーとの間に前記モータフレームを挟んだ状態で前記第１カバーと前記第２カバーを連結するボルト、を有する、
請求項１に記載の動力伝達装置。
前記モータは、前記ロータ軸と一体的に回転し永久磁石の配置されたロータを有し、
前記内周壁部の一端面に配置され、前記ロータの永久磁石と対向する回転検出用の磁気センサを有する、
請求項１に記載の動力伝達装置。
前記第２カバーは、導電性の素材で構成されており、
前記コイルのコイルエンドと前記第２カバーとの間の最短の沿面距離が６．３ｍｍより大きい、
請求項１に記載の動力伝達装置。
前記モータと連結される減速機を更に備え、
前記第１カバーは、前記減速機の軸方向における入力側の端部を覆う入力側カバーを兼ねる、
請求項１記載の動力伝達装置。
前記減速機は撓み噛合い式歯車装置であり、
前記第１カバーは、前記減速機の筒型の内歯歯車と一体化されている、
請求項６記載の動力伝達装置。
前記第１カバーと前記コイルエンドとが接触している、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の動力伝達装置。
前記第１カバーと前記コイルエンドが接触する面積は、前記コイルエンドの表面積の５０％以下である、
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の動力伝達装置。