WO2013062047A1

WO2013062047A1 - 駆動装置

Info

Publication number: WO2013062047A1
Application number: PCT/JP2012/077600
Authority: WO
Inventors: 高仁東; 弘希水橋
Original assignee: ナブテスコ株式会社
Priority date: 2011-10-27
Filing date: 2012-10-25
Publication date: 2013-05-02
Also published as: KR20140095064A; TW201319426A; CN103891109B; CN103891109A; TWI577904B; US20140260791A1; DE112012004509T5; JP2013094017A; US9705379B2; JP5812802B2

Abstract

　駆動装置は、ギアユニットとアキシャルギャップモータを備えている。ギアユニットは、インプットシャフトと被駆動部材を備えている。インプットシャフトは、支持部材に支持されている。インプットシャフトは、被駆動部材に係合している。２個のアキシャルギャップモータが、インプットシャフトに向かい合わせに取り付けられている。

Description

駆動装置

　本出願は、２０１１年１０月２７日に出願された日本国特許出願第２０１１－２３５９２９号に基づく優先権を主張する。その出願の全ての内容は、この明細書中に参照により援用されている。本出願は、ギアユニットとアキシャルギャップモータを備える駆動装置に関する。

　支持部材に支持されているインプットシャフトと、そのインプットシャフトに係合している被駆動部材を備える駆動部材が知られている。その駆動装置の一例が、国際公開ＷＯ２００９／０８１７９３号に開示されている。以下の説明では、国際公開ＷＯ２００９／０８１７９３号を特許文献１と称する。特許文献１の駆動装置は、薄型の扁平モータを利用してインプットシャフトを駆動する。

　特許文献１の技術では、ラジアルギャップモータを利用してインプットシャフトを駆動する。薄型のラジアルギャップモータは、大きなトルクが得られにくい。そのため、薄型のモータを利用する場合、アキシャルギャップモータを利用することが好ましい。しかしながら、アキシャルギャップモータは、ロータとステータの間に吸引力が生じるので、インプットシャフトに軸方向の力を及ぼす。インプットシャフトに軸方向に偏った力が加わると、インプットシャフトのスムーズな回転が妨げられることがある。本明細書は、アキシャルギャップモータを備える駆動装置において、インプットシャフトのスムーズな回転を妨げない新たな構造の駆動装置を提供する。

　本明細書で開示する駆動装置は、ギアユニットとアキシャルギャップモータを備えている。ギアユニットは、インプットシャフトと被駆動部材を備えている。インプットシャフトは、支持部材に支持されている。インプットシャフトは、被駆動部材に係合している。この駆動装置では、２個のアキシャルギャップモータが、インプットシャフトに向かい合わせに取り付けられている。この駆動装置によると、２個のアキシャルギャップモータに生じる吸引力が釣り合うので、インプットシャフトがスムーズに回転する。

　本明細書が開示する技術は、アキシャルギャップモータを備える駆動装置において、インプットシャフトに作用する力が軸方向で釣り合っている駆動装置を実現することができる。

第１実施例の駆動装置の断面図を示す。第１実施例の駆動装置について、支持部材からハウジングを取り外した状態のギアユニットの平面図を示す。第１実施例の駆動装置について、支持部材から取り外したハウジングの平面図を示す。第２実施例の駆動装置の断面図を示す。

　以下、本明細書で開示する技術的特徴の幾つかを記す。なお、以下に記す事項は、各々単独で技術的な有用性を有している。

　本明細書で開示する駆動装置では、インプットシャフトが、被駆動部材から被駆動部材の軸方向の両側に延びていてよい。そして、アキシャルギャップモータが、インプットシャフトの両端に夫々配置されているとよい。モータの吸引力が、インプットシャフトの両端に互いに逆向きで作用する。そのため、インプットシャフトは、一層スムーズに回転することができる。

　本明細書で開示する駆動装置では、複数のインプットシャフトが、支持部材の周方向に等間隔に配置されていてよい。この場合、複数のインプットシャフトのうちの１個のインプットシャフトのみに、２個のアキシャルギャップモータが向かい合わせに取り付けられていてもよい。あるいは、複数のインプットシャフトの夫々に、２個のアキシャルギャップモータが向かい合わせに取り付けられていてもよい。いずれの場合も、被駆動部材の動作を安定させることができる。後者の場合、駆動部材に大きなトルクを伝達することができる。

　以下の実施例では、複数のクランクシャフトが外歯歯車に係合し、夫々のクランクシャフトにアキシャルギャップモータが取り付けられている歯車伝動装置について説明する。本明細書が開示する技術は、複数のクランクシャフトが内歯歯車に係合し、夫々のクランクシャフトにアキシャルギャップモータが取り付けられている歯車伝動装置にも適用することができる。また、複数のクランクシャフトが外歯歯車又は内歯歯車に係合し、複数のクランクシャフトのうちの１個のクランクシャフトにアキシャルギャップモータが取り付けられている歯車伝動装置にも適用することができる。

　また、本明細書が開示する技術は、１個のクランクシャフトが外歯歯車に係合している歯車伝動装置にも適用することができる。すなわち、本明細書が開示する技術は、アキシャルギャップモータを利用してインプットシャフトを駆動するタイプの駆動装置であれば、様々なタイプの駆動装置に適用することができることに留意されたい。また、内歯歯車と外歯歯車の一方が偏心回転しながら他方の歯車に沿って周回する歯車伝動装置は、サイクロイド減速機と呼ばれることがある。

　以下の実施例では、クランクシャフトがキャリアの軸線からオフセットしている形態の歯車伝動装置について説明する。しかしながら、本明細書が開示する技術は、クランクシャフトがキャリアの軸線と同軸の歯車伝動装置にも適用することができる。

（第１実施例）
　図１に示す駆動装置１００は、ギアユニット７と２個のアキシャルギャップモータ２２，５２を備えている。ギアユニット７は、外歯歯車２６が内歯歯車２８と噛み合いながら偏心回転する歯車伝動装置である。ギアユニット７は、２個の外歯歯車２６を備える。ギアユニット７では、外歯歯車２６の歯数と内歯歯車２８の歯数の差に応じて、キャリア８が回転する。内歯歯車２８は、ケース２と、ケース２の内周に配置されている複数の内歯ピン３０で構成されている。

　ギアユニット７は、ケース２と、キャリア８と、クランクシャフト３２と、外歯歯車２６を備えている。キャリア８が支持部材に相当し、クランクシャフト３２がインプットシャフトに相当し、外歯歯車２６が被駆動部材に相当する。キャリア８は、第１プレート８ａと第２プレート８ｃを備えている。第１プレート８ａと第２プレート８ｃの間には、隙間が存在する。柱状部８ｂが、第１プレート８ａから第２プレート８ｃに向けて延びている。柱状部８ｂと第２プレート８ｃは固定されている。柱状部８ｂは、外歯歯車２６の貫通孔６０を通過している。外歯歯車２６は、第１プレート８ａと第２プレート８ｃの間に配置されている。キャリア８は、一対のアンギュラ玉軸受４によって、ケース２に同軸に支持されている。軸線５４が、キャリア８の軸線に相当する。軸線５４は、内歯歯車２８（ケース２）の軸線にも相当する。

　オイルシール６が、ケース２とキャリア８の間に配置されている。第１モータハウジング５０と第２モータハウジング２０が、キャリア８の軸線５４方向の両端に固定されている。キャリア８、第１モータハウジング５０及び第２モータハウジング２０の中央に、貫通孔が形成されている。それらの貫通孔に、円筒シャフト５６が嵌められている。その結果、駆動装置１００は、軸線５４に沿った貫通孔１２を備えている。

　クランクシャフト３２は、一対の軸受２３によって、キャリア８に支持されている。軸受２３は、円錐ころ軸受である。クランクシャフト３２は、軸線５４からオフセットした位置で、軸線５４に平行に延びている。クランクシャフト３２は、２個の偏心体２４を備えている。２個の偏心体２４は、夫々外歯歯車２６に係合している。２個の偏心体２４は、クランクシャフト３２の軸線３５に対して互いに反対方向に偏心している。クランクシャフト３２は、偏心体２４から、軸線３５方向の両側に延びている。別言すると、クランクシャフト３２は、外歯歯車２６から、外歯歯車２６の軸方向の両側に延びている。

　第１アキシャルギャップモータ５２と第２アキシャルギャップモータ２２が、クランクシャフト３２の夫々の端に取り付けられている。また、エンコーダ１８が、クランクシャフト３２の一方の端に取り付けられている。軸線３５方向において、エンコーダ１８の外側では、第２モータハウジング２０に貫通孔が形成されており、その貫通孔に、キャップ１９が取り付けられている。

　第１アキシャルギャップモータ５２と第２アキシャルギャップモータ２２は、向かい合わせに配置されている。第１アキシャルギャップモータ５２の位相角と第２アキシャルギャップモータ２２の位相角は揃っている。そのため、クランクシャフト３２は、スムーズに回転する。詳細は後述するが、ギアユニット７は、３個のクランクシャフト３２を備えている。３個のクランクシャフト３２は、軸線５４の周りに等間隔に配置されている。別言すると、３個のクランクシャフト３２は、キャリア８の周方向に等間隔に配置されている。

　３個のクランクシャフト３２の夫々に、第１アキシャルギャップモータ５２と第２アキシャルギャップモータ２２が取り付けられている。３個のクランクシャフト３２に取り付けられているアキシャルギャップモータ５２，２２の位相角は全て揃っている。全てのアキシャルギャップモータの位相角が揃っているので、１個のモータドライバ（図示省略）で全てのアキシャルギャップモータを制御することができる。エンコーダ１８は、３個のクランクシャフト３２のうちの１個に取り付けられている。他の２個のクランクシャフト３２には、ブレーキ（図示省略）が取り付けられている。

　第１アキシャルギャップモータ５２は、第１ロータ４４と第１ステータ４６で構成されている。第１ロータ４４は、クランクシャフト３２に取り付けられている。図２に示すように、３個のクランクシャフト３２の夫々に、第１ロータ４４が取り付けられている。３個のクランクシャフト３２は、軸線５４の周りに等間隔に配置されている。同様に、３個の第１ロータ４４は、軸線５４の周りに等間隔に配置されている。夫々の第１ロータ４４には、永久磁石４４Ｎと永久磁石４４Ｓとが交互に配置されている。永久磁石４４Ｎは、プレート４４ａの表面に固定されており、Ｎ極を外側に向けている（図１も参照）。永久磁石４４Ｓは、プレート４４ａの表面に固定されており、Ｓ極を外側に向けている。クランクシャフト３２に対する第１ロータ４４の角度は、全ての第１ロータ４４で等しい。別言すると、クランクシャフト３２に対するＮ極及びＳ極の位置は、全ての第１ロータ４４で等しい。クランクシャフト３２と第１ロータ４４は、複数の溝を有するスプラインによって結合している。

　図３に示すように、３個の第１ステータ４６が、第１モータハウジング５０に取り付けられている。３個の第１ステータ４６は、軸線５４の周りに等間隔に配置されている。夫々の第１ステータ４６の中心は、夫々のクランクシャフト３２の軸線３５に一致する（図１も参照）。第１ステータ４６は、Ｕ相の電流が流れる巻線４６Ｕ、Ｖ相の電流が流れる巻線４６Ｖ及びＷ相の電流が流れる巻線４６Ｗを備えている。巻線４６Ｕ、４６Ｖ及び４６Ｗは、ステータコア４６ａに巻き付けられている。ステータコア４６ａは、圧粉磁心で形成されている。第１モータハウジング５０に対する第１ステータ４６の角度は、全ての第１ステータ４６で等しい。別言すると、クランクシャフト３２の軸線３５に対する巻線４６Ｕ、４６Ｖ及び４６Ｗの取り付け位置（回転角）は、全ての第１ステータ４６で等しい。ステータコア４６ａを接着剤で第１モータハウジング５０に固定することにより、第１ステータ４６が、第１モータハウジング５０に取り付けられている。なお、図１には、巻線４６Ｕ，４６Ｖが現れており、巻線４６Ｗは現れていない。

　図１に示すように、第２アキシャルギャップモータ２２は、第２ロータ１４と第２ステータ１６で構成されている。第２ロータ１４は、Ｎ極を外側に向けている永久磁石１４ＮとＳ極を外側に向けている永久磁石１４Ｓを備えている。永久磁石１４Ｎ，１４Ｓは、プレート１４ａの表面に固定されている。第２ステータ１６は、Ｕ相の電流が流れる巻線１６Ｕ、Ｖ相の電流が流れる巻線１６Ｖ及びＷ相の電流が流れる巻線１６Ｗを備えている。巻線１６Ｕ、１６Ｖ及び１６Ｗは、ステータコア１６ａに巻き付けられている。図１には、巻線１６Ｕ，１６Ｖが現れており、巻線１６Ｗは現れていない。

　第２アキシャルギャップモータ２２の構造は、第１アキシャルギャップモータ５２と実質的に同じである。そのため、第２アキシャルギャップモータ２２についての詳細な説明は省略する。なお、軸線３５の方向からアキシャルギャップモータ２２，５２を見ると、永久磁石１４Ｎと永久磁石４４Ｎが重なるように配置されている。同様に、永久磁石１４Ｓと永久磁石４４Ｓが重なるように配置されている。さらに、巻線１６Ｕと巻線４６Ｕが重なるように配置されており、巻線１６Ｖと巻線４６Ｖが重なるように配置されており、巻線１６Ｗと巻線４６Ｗが重なるように配置されている。

　クランクシャフト３２が回転すると、偏心体２４が軸線３５の周りを偏心回転する。偏心体２４の偏心回転に伴って、外歯歯車２６が、内歯歯車２８と噛み合いながら軸線５４の周りを偏心回転する。外歯歯車２６の歯数と内歯歯車２８の歯数（内歯ピン３０の数）は異なる。そのため、外歯歯車２６が偏心回転すると、外歯歯車２６と内歯歯車２８の歯数差に応じて、キャリア８が、内歯歯車２８（ケース２）に対して回転する。

　駆動装置１００の特徴を説明する。以下の説明では、第１アキシャルギャップモータ５２と第２アキシャルギャップモータ２２に共通する特徴については、第１アキシャルギャップモータ５２についてのみ説明し、第２アキシャルギャップモータ２２については説明を省略することがある。上記したように、第１ロータ４４はクランクシャフト３２に固定されており、第１ステータ４６は第１モータハウジング５０に固定されている。第１モータハウジング５０は、クランクシャフト３２を支持しているキャリア８から取り外すことができる。そのため、第１ロータ４４をクランクシャフト３２に固定する作業と、第１ステータ４６を第１モータハウジング５０に固定する作業を別々に行うことができる。クランクシャフト３２はキャリア８に支持されているので、第１ロータ４４は、キャリア８に対して位置決めされているといえる。

　駆動装置１００の特徴を簡潔にいうと、第１ロータ４４を取り付ける部品（キャリア８）と、第１ステータ４６を取り付ける部品（第１モータハウジング５０）とを、着脱可能な別の部品にすることである。第１ロータ４４は、キャリア８に取り付けられることにより位置決めされる。第１ステータ４６は、第１モータハウジング５０に取り付けられることにより位置決めされる。キャリア８に対する第１ロータ４４の位置決め作業と、第１モータハウジング５０に対する第１ステータ４６の位置決め作業とを容易に行うことができる。第１モータハウジング５０をキャリア８に取り付けると、全ての第１アキシャルギャップモータ５２において、第１ステータ４６に対する第１ロータ４４の位相角が揃う。

　例えば、ロータとステータの双方をキャリアに対して位置決めする場合、ステータに対するロータの位相角を揃えつつ、ステータをキャリアに固定することが必要である。このような作業は困難である。そのために、通常は、まず、ロータをクランクシャフトに仮止めした状態で、ステータをキャリアに固定する。次いで、電流を流してロータの位相角を揃えた状態で、ロータをクランクシャフトに固定する。本明細書に開示する技術は、ロータを取り付ける部品とステータを取り付ける部品とを着脱可能な別の部品にすることにより、簡単な方法で駆動装置を製造することができる。

　駆動装置１００の他の特徴を説明する。上記したように、第１アキシャルギャップモータ５２と第２アキシャルギャップモータ２２は、向かい合わせに配置されている。アキシャルギャップモータの場合、ロータとステータの間に吸引力が作用する。アキシャルギャップモータをクランクシャフト３２に１個だけ取り付けると、クランクシャフト３２に軸線３５方向の力が作用する。２個のアキシャルギャップモータ５２，２２をクランクシャフト３２に向かい合わせに配置することにより、２個のアキシャルギャップモータ５２，２２の吸引力が打ち消しあう。具体的には、２個のアキシャルギャップモータ５２，２２の吸引力が、クランクシャフト３２の両端で互いに逆向きにクランクシャフト３２に作用する。クランクシャフト３２に加わる力のバランスが良好になり、クランクシャフト３２がスムーズに回転する。

　第１アキシャルギャップモータ５２と第２アキシャルギャップモータ２２は、クランクシャフト３２の両端に配置されている。別言すると、第１アキシャルギャップモータ５２は、外歯歯車２６に対して、第２アキシャルギャップモータ２２の反対側に配置されている。より詳細には、アキシャルギャップモータ５２，２２は、軸線３５方向において、一対の軸受（円錐ころ軸受）２３の外側でクランクシャフト３２に固定されている。クランクシャフト３２をキャリア８に支持した状態で、第１ロータ４４（第２ロータ１４）をクランクシャフト３２に固定することができる。

　また、アキシャルギャップモータ５２，２２をクランクシャフト３２の両端に固定することにより、第１ステータ４６と第２ステータ１６を、軸線３５の両端に位置させることができる。アキシャルギャップモータ５２，２２をクランクシャフト３２の両端に配置することにより、第１モータハウジング５０と第２モータハウジング２０を利用して、第１ステータ４６（第２ステータ１６）に対する第１ロータ４４（第２ロータ１４）の位相角を簡単に揃えることができる。

　第１アキシャルギャップモータ５２の位置と第２アキシャルギャップモータ２２の位置は、以下のように表現することもできる。第１アキシャルギャップモータ５２がクランクシャフト３２の一端に配置されており、第２アキシャルギャップモータ２２がクランクシャフト３２の他端に配置されている。第１ロータ４４と第２ロータ１４は、第１ステータ４６と第２ステータ１６の間に配置されている。第１ロータ４４と第２ロータ１４の間に、外歯歯車２６が配置されている。第１ロータ４４は、第２ロータ１４に対して第２ステータ１６の反対側に配置されている。第１ステータ４６は、第１ロータ４４に対して第２ロータ１４の反対側に配置されている。

（第２実施例）
　図４を参照し、駆動装置（歯車伝動装置）２００について説明する。駆動装置２００は駆動装置１００の変形例である。駆動装置２００について、駆動装置１００と同じ部品には、同じ符号又は下二桁が同じ符号を付すことにより説明を省略することがある。

　駆動装置２００では、第１アキシャルギャップモータ５２と第２アキシャルギャップモータ２２が、外歯歯車２６に対して、同じ側でクランクシャフト３２に固定されている。より具体的には、第１アキシャルギャップモータ５２が、クランクシャフト３２の一端に配置されている。また、第２アキシャルギャップモータ２２が、外歯歯車２６と第１アキシャルギャップモータ５２の間に配置されている。クランクシャフト３２の他端には、ブレーキ２１７が取り付けられている。駆動装置２００も３個のクランクシャフト３２を備える。ブレーキ２１７は、３個のクランクシャフト３２のうちの２個に取り付けられている。他の１個のクランクシャフト３２には、エンコーダ（図示省略）が取り付けられている。

　駆動装置２００では、上記したように、２個のアキシャルギャップモータを、クランクシャフト３２の軸線３５方向の一方に配置する。その結果、クランクシャフト３２の他端に大径のブレーキ２１７を取り付けるためのスペースを確保することができる。なお、駆動装置２００においても、第１アキシャルギャップモータ５２と第２アキシャルギャップモータ２２が向かい合っている。２個のアキシャルギャップモータ２２、５２の吸引力は、互いに逆向きにクランクシャフト３２に作用する。第１アキシャルギャップモータ５２の吸引力と第２アキシャルギャップモータ２２の吸引力とが打ち消しあう。よって、クランクシャフト３２は、スムーズに回転することができる。

　駆動装置２００では、第１ロータ４４と第２ロータ１４が一体化している。より詳細には、永久磁石４４Ｎ，４４Ｓをプレート３４の一方の表面に固定し、永久磁石１４Ｎ，１４Ｓをプレート３４の他方の表面（反対面）に固定している。永久磁石４４Ｎ，４４Ｓとプレート３４によって第１ロータ４４が形成され、永久磁石１４Ｎ，１４Ｓとプレート３４によって第２ロータ１４が形成されている。すなわち、第１ロータ４４と第２ロータ１４が、共通のプレート３４を利用している。

　駆動装置２００では、第１ステータ４６が第１モータフランジ２５０に固定されており、第２ステータ１６がキャリア２０８に固定されている。第１モータフランジ２５０をキャリア２０８に固定したときに第１ステータ４６の巻線４６Ｕと第２ステータ１６の巻線１６Ｕ、第１ステータ４６の巻線４６Ｖと第２ステータ１６の巻線１６Ｖ、第１ステータ４６の巻線４６Ｗ（不図示）と第２ステータ１６の巻線１６Ｗ（不図示）の夫々が向かい合うように、第２ステータ１６をキャリア２０８に固定する。

　実施例についての留意点を記す。ステータコアをモータフランジ固定するために、接着剤に代えて、硬化性樹脂、ボルト等を使用することもできる。あるいは、樹脂を利用して、ステータコアとモータフランジを一体に成形してもよい。

　第１，２実施例では、夫々のクランクシャフトにおいて、２個のアキシャルギャップモータのロータ同士を向かい合わせている。２個のアキシャルギャップモータのステータ同士を向かい合わせてもよい。すなわち、２個のステータが、２個のロータの間に配置されてもよい。

　以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

Claims

　ギアユニットとアキシャルギャップモータを備えている駆動装置であり、
　ギアユニットは、
　支持部材に支持されているインプットシャフトと、
　インプットシャフトが係合している被駆動部材と、を備えており、
　２個のアキシャルギャップモータが、インプットシャフトに向かい合わせに取り付けられていることを特徴とする駆動装置。
　インプットシャフトは被駆動部材の軸方向の両側に延びており、インプットシャフトの両端の夫々にアキシャルギャップモータが配置されていることを特徴とする請求項１の駆動装置。
　インプットシャフトは被駆動部材の軸方向の両側に延びており、インプットシャフトの一端に２個のアキシャルギャップモータが配置されていることを特徴とする請求項１の駆動装置。
　インプットシャフトの他端にブレーキが取り付けられていることを特徴とうする請求項３の駆動装置。
　複数のインプットシャフトを備えていることを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の駆動装置。
　インプットシャフトの夫々に２個のアキシャルギャップモータが向かい合わせに取り付けられていることを特徴とする請求項５に記載の駆動装置。