JP2011147260A

JP2011147260A - Reduction gear with motor

Info

Publication number: JP2011147260A
Application number: JP2010005536A
Authority: JP
Inventors: Ikunori Sakatani; 郁紀坂谷; Hisanao Kato; 寿尚加藤; Hirohide Konishi; 博英小西
Original assignee: NSK Ltd; Sankyo Manufacturing Co Ltd
Current assignee: NSK Ltd; Sankyo Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2010-01-14
Filing date: 2010-01-14
Publication date: 2011-07-28

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a reduction gear with a motor capable of controlling even a load having a large moment of inertia with high accuracy without enlarging a device. <P>SOLUTION: The motor is formed as an outer rotor type wherein a rotor has a large inertia, and the moment of inertia of the loadable load is 50 times or more (an inertial ratio of 50 ore more) of the moment of inertia of the rotor. In the motor, the moment of inertia of the loadable load can be increased by setting a reduction ratio of the reduction gear at 10 to 40. The reduction gear with the motor capable of controlling even the load having the large moment of inertia with high accuracy can be provided by using the reduction gear having no backlash and having large rigidity as a combined reduction gear. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、回転駆動源の回転速度を駆動対象が必要とする回転速度まで減速し、駆動源からの動力を伝達して出力する減速機に、回転駆動源としてモータを取付けたモータ付き減速機に関するものである。 The present invention reduces a rotational speed of a rotational drive source to a rotational speed required by a driving target, and transmits a power from the drive source to a speed reducer with a motor as a rotational drive source. It is about.

従来より、モータ等の回転駆動源より減速手段を経て回転力を伝達する機構としては、歯車輪列を用いたもの、ウォームギヤを用いたもの、ベルト減速機構を用いたものなどが一般的に利用されている。減速機はトルクを増大する機能があり、高速、低トルクの回転エネルギーを、低速、高トルクの回転エネルギーに変換して出力する。減速比に比例したトルクを得ることができるので、より大きな負荷を駆動することが出来る。 Conventionally, a mechanism using a toothed wheel train, a mechanism using a worm gear, a mechanism using a belt speed reduction mechanism, etc. are generally used as a mechanism for transmitting rotational force from a rotational drive source such as a motor through a speed reduction means. Has been. The speed reducer has a function of increasing torque, and converts high-speed, low-torque rotational energy into low-speed, high-torque rotational energy and outputs it. Since a torque proportional to the reduction ratio can be obtained, a larger load can be driven.

ところで、これらの減速機においては高トルク化のために高い減速比と、回転位置決め精度及び伝達効率を求められている。しかし、減速比を大きくするために減速機構を多段構成にすると、減速機の構造が複雑となり大型化すると共に回転精度が低下するという課題があった。 By the way, these reduction gears are required to have a high reduction ratio, rotational positioning accuracy, and transmission efficiency in order to increase torque. However, if the speed reduction mechanism has a multi-stage configuration in order to increase the speed reduction ratio, there is a problem that the structure of the speed reducer becomes complicated and increases in size and the rotation accuracy decreases.

この部分の改善の先行技術としては、特許文献１に開示されているものがある。これは、減速機として遊星差動歯車減速機構を組込んだモータ付き減速機であり、モータと減速機を一体構造としている。モータのアウターロータが遊星歯車を直接支持する構成により、装置を大型化せずに高い減速比を得ることができるとともに、高精度な回転力を伝達することが可能となるというものである。 As a prior art for improving this part, there is one disclosed in Patent Document 1. This is a reduction gear with a motor incorporating a planetary differential gear reduction mechanism as a reduction gear, and the motor and the reduction gear have an integrated structure. With the configuration in which the outer rotor of the motor directly supports the planetary gear, a high reduction ratio can be obtained without increasing the size of the device, and a highly accurate rotational force can be transmitted.

特開２００３−０４２２３８号公報JP 2003-042238 A

しかしながら、この先行技術には、モータを減速比の高い減速機に取り付けて出力トルクを大きくしても、減速機に取り付け可能な負荷の慣性モーメントを大きくすることには限界があった。これは、モータの制御系を安定に動作させるためと、モータのドライバ回路が減速時に過負荷にならないために、モータに接続される負荷の慣性モーメントは制限されているからである。モータにおいては、イナーシャ比により搭載可能な負荷の慣性モーメントを制限しており、従来モータのイナーシャ比は１０〜５０程度である。ここで、イナーシャ比とは、搭載できる負荷の慣性モーメントのモータロータの慣性モーメントに対する比であり、イナーシャ比が大きいほど搭載できる負荷の慣性モーメントを大きくできる。 However, this prior art has a limit in increasing the moment of inertia of the load that can be attached to the reduction gear, even if the output torque is increased by attaching the motor to a reduction gear having a high reduction ratio. This is because the moment of inertia of the load connected to the motor is limited in order to operate the motor control system stably and the motor driver circuit does not become overloaded during deceleration. In the motor, the inertia moment of the load that can be mounted is limited by the inertia ratio, and the inertia ratio of the conventional motor is about 10-50. Here, the inertia ratio is the ratio of the inertia moment of the load that can be mounted to the inertia moment of the motor rotor. The larger the inertia ratio, the larger the inertia moment of the load that can be mounted.

モータの出力トルクは回転部であるロータ径の大きさに比例するので、トルクを高めるためにロータを大きくすることが有効である。しかし、ロータを大型化するとモータ及び装置が大型化すると共に、ロータの慣性モーメントが大きくなり応答性が悪化する。これに対しては、磁束密度の高い高性能な磁石を採用することにより、ロータを大型化することなくトルクを高めることが可能である。しかし、ロータが小型であれば、高速までの起動時間が短く制御性がすぐれるという利点が有るものの、ロータの慣性モーメントが小さいため、搭載できる負荷の慣性モーメントは小さいという問題が有った。 Since the output torque of the motor is proportional to the diameter of the rotor that is the rotating part, it is effective to increase the rotor in order to increase the torque. However, when the rotor is increased in size, the motor and the apparatus are increased in size, and the inertia moment of the rotor is increased so that the response is deteriorated. On the other hand, by adopting a high-performance magnet having a high magnetic flux density, it is possible to increase the torque without increasing the size of the rotor. However, if the rotor is small, there is an advantage that the start-up time to high speed is short and the controllability is excellent. However, since the inertia moment of the rotor is small, there is a problem that the inertia moment of the load that can be mounted is small.

本発明は、イナーシャ比が高いアウターロータタイプのモータと、バックラッシュが無く高剛性な減速機を組み合わせることにより、装置を大型化することなく、慣性モーメントが大きい負荷でも高精度に制御することが可能なモータ付き減速機を提供することを目的とする。 By combining an outer rotor type motor with a high inertia ratio and a high-rigidity reduction gear without backlash, the present invention can control the load with a large moment of inertia without increasing the size of the device. An object of the present invention is to provide a reduction gear with a motor.

本発明は、上記問題を解決するために、回転駆動源であるモータと、該モータとカップリングにより連結された減速機を有し、前記モータの回転速度を減速して動力を出力するモータ付き減速機において、前記モータは、アウターロータタイプのモータであり、モータのイナーシャ比が５０以上であることを特徴としている。
さらに、前記減速機の減速比が１０〜４０であることを特徴としている。
さらにまた、前記減速機は、回転可能な入力軸と、該入力軸に支持され、該入力軸と一体的に回転するカムと、該カムと係合するカムフォロアを放射状に備え、前記入力軸と一体的に前記カムが回転することにより回転する出力軸と、を有することをを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention includes a motor that is a rotational drive source, and a reduction gear connected to the motor by a coupling, and a motor that outputs power by reducing the rotational speed of the motor. In the reduction gear, the motor is an outer rotor type motor, and an inertia ratio of the motor is 50 or more.
Furthermore, the reduction gear ratio of the reduction gear is 10 to 40.
Furthermore, the speed reducer includes a rotatable input shaft, a cam that is supported by the input shaft and rotates integrally with the input shaft, and a cam follower that engages with the cam, and the input shaft includes: And an output shaft that rotates as the cam rotates integrally.

本発明によれば、モータは、ロータの慣性が大きいアウタロータタイプとし、搭載可能な負荷の慣性モーメントがロータ慣性モーメントの５０倍以上（イナーシャ比が５０以上）であり、減速機の減速比を１０〜４０とすることにより、搭載できる負荷の慣性モーメントを大きくできる。したがって、大型のモータを使用する必要が無いので、装置を小型化することができる。また、組み合わせる減速機としては、バックラッシュが無く剛性の大きなローラドライブ（株式会社三共製作所の登録商標）を使用することにより、慣性モーメントが大きい負荷でも高精度に制御することが可能なモータ付き減速機を提供できるという効果が有る。 According to the present invention, the motor is an outer rotor type having a large rotor inertia, the load inertia moment that can be mounted is 50 times or more of the rotor inertia moment (inertia ratio is 50 or more), and the reduction gear reduction ratio is 10 By setting it to -40, the inertia moment of the load which can be mounted can be enlarged. Therefore, since it is not necessary to use a large motor, the apparatus can be miniaturized. In addition, as a reduction gear to be combined, by using a roller drive with no backlash and a large rigidity (registered trademark of Sankyo Seisakusho Co., Ltd.), a reduction gear with a motor that can be controlled with high precision even under a load with a large moment of inertia. There is an effect that a machine can be provided.

本実施形態におけるモータ付き減速機の断面図である。It is sectional drawing of the reduction gear with a motor in this embodiment. 減速比と出力軸の回転数、搭載可能な負荷の慣性モーメントの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the reduction ratio, the rotation speed of an output shaft, and the inertial moment of the load which can be mounted.

図１は、本実施形態におけるモータ付き減速機の断面図である。本モータ付き減速機は、減速機ハウジング１１と、その入力部に固定された円筒状のモータ取付けハウジング２により外観が構成されている。回転駆動源であるアウターロータモータ１は、モータ取付けハウジング２の内面に支持されており、アウターロータモータ１の出力軸はカップリング３により減速機１０の入力軸１２に連結されている。入力軸１２は、1対の軸受１７、１７により、減速機ハウジング１１に対して回転可能に支持されており、さらに、潤滑油の漏出防止のためにシール１８，１８を備えている。カム１３は、入力軸１２に支持され、入力軸１２と一体的に回転し、入力軸１２が回転すると位相が軸方向に変位するカム面１４を有している。出力軸１６は、減速機ハウジング１１に対して回転自在に支持されており、出力軸１６の外周面には、放射状かつ等間隔に配置された複数のカムフォロワ１５が設けられている。このカムフォロワ１５は、前述したカム１３と係合しており、前記入力軸１２の回転力が、カム１３及びカムフォロワ１５を介して、出力軸１６に伝わるようになっている。 FIG. 1 is a cross-sectional view of a reduction gear with a motor according to the present embodiment. This motor-equipped reduction gear has an external appearance constituted by a reduction gear housing 11 and a cylindrical motor mounting housing 2 fixed to the input portion thereof. The outer rotor motor 1 that is a rotational drive source is supported on the inner surface of the motor mounting housing 2, and the output shaft of the outer rotor motor 1 is coupled to the input shaft 12 of the speed reducer 10 by the coupling 3. The input shaft 12 is rotatably supported with respect to the speed reducer housing 11 by a pair of bearings 17 and 17, and further includes seals 18 and 18 for preventing leakage of lubricating oil. The cam 13 is supported by the input shaft 12 and rotates integrally with the input shaft 12, and has a cam surface 14 whose phase is displaced in the axial direction when the input shaft 12 rotates. The output shaft 16 is rotatably supported with respect to the speed reducer housing 11, and a plurality of cam followers 15 arranged radially and at equal intervals are provided on the outer peripheral surface of the output shaft 16. The cam follower 15 is engaged with the cam 13 described above, and the rotational force of the input shaft 12 is transmitted to the output shaft 16 via the cam 13 and the cam follower 15.

アウターロータモータ１の回転駆動力はカップリング３により伝達され、入力軸１２は回転し、入力軸１２と一体的にカム１３も回転駆動される。カム１３の外周面には、その周方向に沿って軸心方向に変位するカム面１４が形成されており、カム面１４にカムフォロア１５が噛み合っている。よって、カム１３が回転すると、カム面１４によって順次カムフォロア１５が入力軸１２の軸心方向に送られ、これによって出力軸１６が回転する。 The rotational driving force of the outer rotor motor 1 is transmitted by the coupling 3, the input shaft 12 rotates, and the cam 13 is also rotationally driven integrally with the input shaft 12. A cam surface 14 that is displaced in the axial direction along the circumferential direction is formed on the outer peripheral surface of the cam 13, and a cam follower 15 is engaged with the cam surface 14. Therefore, when the cam 13 rotates, the cam follower 15 is sequentially sent in the axial direction of the input shaft 12 by the cam surface 14, thereby rotating the output shaft 16.

モータにアウタロータタイプのモータを使用することにより、インナーロータータイプのモータと比較してロータの慣性モーメントを大きくすることができるので、減速機の出力軸により大きな慣性モーメントの負荷を取付けることができる。なお、モータのイナーシャ比が５０以上のモータを使用することで、搭載可能な負荷の慣性モーメントを更に大きくすることができる。例えば、減速比が同じ減速機にロータの慣性モーメントが同じモータを接続した場合、モータのイナーシャ比を５０から１０００にすると、２０倍の慣性モーメントの負荷を搭載可能となる。 By using an outer rotor type motor for the motor, the inertia moment of the rotor can be increased as compared with the inner rotor type motor, so that a load of a large inertia moment can be attached to the output shaft of the reduction gear. Note that the use of a motor having a motor inertia ratio of 50 or more can further increase the moment of inertia of the load that can be mounted. For example, when a motor having the same inertia ratio of the rotor is connected to a reduction gear having the same reduction ratio, a load of 20 times the inertia moment can be mounted when the inertia ratio of the motor is changed from 50 to 1000.

図２は、減速比と出力軸の回転数、搭載可能な負荷の慣性モーメントの関係を示しており、ロータの慣性モーメントが０．００４ｋｇ・ｍ^２、イナーシャ比が１００のモータを使用し、モータの回転数を６００ｒｐｍとした場合の計算例である。図２から判るように、減速機の減速比を大きくすれば負荷の慣性モーメントを大きくすることが出来るが、減速比を大きくしすぎると、出力軸の回転数が低くなりすぎて、実用上の問題が発生する。
ここで、減速比が１０の場合、出力軸の回転数は６０ｒｐｍとなり、半周回転するのに要する時間は０．５秒と高速な動作が可能であるが、搭載可能な慣性モーメントが４０ｋｇ・ｍ^２となり、慣性モーメントが非常に大きい負荷を搭載することは出来ない。反対に、減速比が４０の場合、搭載可能な慣性モーメント負荷は６４０ｋｇ・ｍ^２と充分な値となるが、出力軸の回転数は１５ｒｐｍとなり、半周回転するのに２秒必要となる。装置として実用的に要求される性能は、負荷の慣性モーメントは最低３０ｋｇ・ｍ^２程度であり、半周回転のインデックス動作は３秒程度であるので、減速比が１０〜４０であれば実用上は問題なく使用することができる。したがって、要求される性能に合わせ、減速比を１０〜４０の範囲で適宜設定するのが好ましい。
また、減速比が２０の場合、搭載可能な負荷の慣性モーメントは１６０ｋｇ・ｍ^２となり、モータのロータ慣性モーメントの４万倍の慣性モーメント負荷を搭載でき、且つ、出力軸の回転数は３０ｒｐｍとなり、半周回転させるのに要する時間は1秒と実用上充分な性能を得ることができるので、さらに好ましい。 FIG. 2 shows the relationship between the reduction ratio, the output shaft rotation speed, and the load inertia moment that can be mounted. A motor having a rotor inertia moment of 0.004 kg · m ² and an inertia ratio of 100 is used. This is a calculation example when the number of rotations is 600 rpm. As can be seen from FIG. 2, if the reduction ratio of the reduction gear is increased, the inertia moment of the load can be increased. However, if the reduction ratio is increased too much, the rotational speed of the output shaft becomes too low. A problem occurs.
Here, when the reduction ratio is 10, the rotational speed of the output shaft is 60 rpm, and the time required for half-turn rotation is 0.5 seconds, which allows high-speed operation, but the mountable moment of inertia is 40 kg · m ² and a load having a very large moment of inertia cannot be mounted. On the other hand, when the reduction ratio is 40, the loadable inertia moment load is 640 kg · m ^{2, which} is a sufficient value, but the rotation speed of the output shaft is 15 rpm, and it takes 2 seconds to rotate half a circle. The practically required performance of the device is that the load moment of inertia is at least about 30 kg · m ² and the half-rotation index operation is about 3 seconds. Can be used without problems. Therefore, it is preferable to appropriately set the reduction ratio in the range of 10 to 40 in accordance with the required performance.
In addition, when the reduction ratio is 20, the loadable moment of inertia is 160 kg · m ² , which can load an inertia moment load of 40,000 times the rotor inertia moment of the motor, and the rotation speed of the output shaft is 30 rpm. Further, the time required for half-turn rotation is 1 second, which is more preferable because practically sufficient performance can be obtained.

アウターロータモータ１と入力軸１２を連結するカップリング３は、ベローズカップリングやフランジタイプのカップリングなどが使用できるが、フランジタイプのカップリングを使用すると軸方向寸法が短くなり、装置を小型化できるので好ましい。
慣性モーメントが大きい負荷を高精度に制御するためには、低バックラッシュ、高剛性という性能が減速機に対して特に要求される。組み合わせる減速機としては、バックラッシュが無く、且つ回転方向の剛性が大きいローラドライブを使用すると効果が大きく、搭載する負荷の回転を精度良く制御できるので好ましい。 For the coupling 3 that connects the outer rotor motor 1 and the input shaft 12, a bellows coupling or a flange type coupling can be used. However, if a flange type coupling is used, the axial dimension is shortened and the device is downsized. It is preferable because it is possible.
In order to control a load with a large moment of inertia with high accuracy, performances of low backlash and high rigidity are particularly required for the reduction gear. As the speed reducer to be combined, it is preferable to use a roller drive that does not have backlash and has a large rotational direction rigidity, because the effect is great and the rotation of the load to be mounted can be controlled with high accuracy.

以上のように、モータのイナーシャ比が５０以上で、且つ、モータのロータ慣性が大きなアウターロータタイプのモータと、減速比が１０〜４０であり、バックラッシュが無く高剛性な減速機を組み合わせることにより、装置を大型化することなく、実用的な回転速度において、慣性モーメントが大きい負荷でも高精度に制御することが可能なモータ付き減速機を提供することができる。
特に減速比が２０の減速機に、モータのイナーシャ比が５０以上のアウターロータタイプのモータを組合せたモータ付減速機をインデックス動作に使用した場合、従来は実現困難であった慣性モーメントが大きい搭載物を高速に駆動可能であり、さらに、装置全体を小型化することができる。 As described above, an outer rotor type motor having a motor inertia ratio of 50 or more and a large rotor inertia of the motor is combined with a reduction gear ratio of 10 to 40 and a high rigidity reduction gear without backlash. Thus, it is possible to provide a reduction gear with a motor that can be controlled with high accuracy even at a load with a large moment of inertia at a practical rotational speed without increasing the size of the apparatus.
In particular, when a reduction gear with a motor that combines a reduction gear with a reduction gear ratio of 20 and an outer rotor type motor with a motor inertia ratio of 50 or more is used for index operation, it has a large moment of inertia, which was difficult to achieve in the past. An object can be driven at high speed, and the entire apparatus can be downsized.

本発明のモータ付き減速機は、機械部品等の用途に好適に適用できる。 The reduction gear with a motor of the present invention can be suitably applied to uses such as machine parts.

１アウターロータモータ
２モータ取付けハウジング
３カップリング
１０減速機
１１減速機ハウジング
１２入力軸
１３カム
１４カム面
１５カムフォロワ
１６出力軸
１７軸受
１８シール DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Outer rotor motor 2 Motor mounting housing 3 Coupling 10 Reduction gear 11 Reduction gear housing 12 Input shaft 13 Cam 14 Cam surface 15 Cam follower 16 Output shaft 17 Bearing 18 Seal

Claims

回転駆動源であるモータと、該モータとカップリングにより連結された減速機を有し、前記モータの回転速度を減速して動力を出力するモータ付き減速機において、前記モータは、アウターロータタイプのモータであり、モータのイナーシャ比が５０以上であることを特徴とするモータ付き減速機。 A motor-equipped reduction gear having a motor that is a rotational drive source and a reduction gear coupled to the motor by a coupling, and that outputs power by reducing the rotation speed of the motor. A reduction gear with a motor, wherein the motor has an inertia ratio of 50 or more.

前記減速機の減速比が１０〜４０であることを特徴とする請求項１に記載のモータ付き減速機。 The reduction gear ratio according to claim 1, wherein a reduction ratio of the reduction gear is 10 to 40.

前記減速機は、回転可能な入力軸と、該入力軸に支持され、該入力軸と一体的に回転するカムと、該カムと係合するカムフォロアを放射状に備え、前記入力軸と一体的に前記カムが回転することにより回転する出力軸と、を有することを特徴とする請求項１乃至２に記載のモータ付き減速機。 The speed reducer includes a rotatable input shaft, a cam that is supported by the input shaft and rotates integrally with the input shaft, and a cam follower that engages with the cam, and is integrated with the input shaft. The motor-equipped speed reducer according to claim 1, further comprising: an output shaft that rotates when the cam rotates.