JP2022079015A - ギヤモータ - Google Patents

Abstract

【課題】軸の振れ回りを好適に抑制する。【解決手段】ギヤモータ１は、モータロータ２２と一体回転するロータ軸２１を有するモータ２０と、ロータ軸２１の回転が伝達される偏心体軸３１を有する減速機３０と、モータロータ２２よりも反減速機側に配置されてロータ軸２１の回転を検出する回転検出器５１とを備える。さらにギヤモータ１は、ロータ軸２１又は偏心体軸３１を支持する第１軸受３６及び第２軸受４８を備える。第１軸受３６は、クロスローラ軸受であり、第２軸受４８よりも減速機側に設けられる。【選択図】図１

Description

本発明は、ギヤモータに関する。

従来、減速機とモータとを連結して構成されるギヤモータが知られている。
例えば特許文献１に記載のギヤモータでは、減速機とモータとが軸方向に連結され、モータの反減速機側には回転を検出するエンコーダが配置されている。

特開２００７－２９８１０１号公報

しかしながら、上記従来のギヤモータでは、減速機に連結される被駆動部材による偏心荷重によって軸が振れ回る場合がある。この減速機側での軸の振れ回りは、モータを介して減速機と反対側のエンコーダ位置においてより大きくなり、エンコーダの回転検出精度を低下させるおそれがある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、軸の振れ回りを好適に抑制することを目的とする。

本発明は、モータロータと一体回転するロータ軸を有するモータと、前記ロータ軸の回転が伝達される入力軸を有する減速機と、前記モータロータよりも反減速機側に配置されて前記ロータ軸の回転を検出する回転検出器と、を備えるギヤモータであって、
前記ロータ軸又は前記入力軸を支持する第１軸受及び第２軸受を備え、
前記第１軸受は、クロスローラ軸受であり、前記第２軸受よりも減速機側に設けられるように構成した。

本発明によれば、軸の振れ回りを好適に抑制することができる。

実施形態に係るギヤモータを示す断面図である。

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。

［ギヤモータの全体構成］
図１は、本実施形態に係るギヤモータ１を示す断面図である。
本実施形態に係るギヤモータ１は、回転動力を出力する装置であり、用途は特に限定されないが、例えば人と協働して作業を行う協働ロボットの関節ギヤモータとして使用することができる。
具体的には、図１に示すように、ギヤモータ１は、モータ２０、減速機３０、ブレーキ４０、回転検出部５０、回路部６０を備える。これら減速機３０、モータ２０、ブレーキ４０、回転検出部５０及び回路部６０は、ギヤモータ１の中心軸Ａｘに沿ってこの順に配列されている。
なお、以下の説明では、中心軸Ａｘに沿った方向を「軸方向」、中心軸Ａｘに垂直な方向を「径方向」、中心軸Ａｘを中心とする回転方向を「周方向」という。また、軸方向のうち、被駆動部材Ｅと連結される側（図中の左側）を「負荷側」といい、負荷側とは反対側（図中の右側）を「反負荷側」という。ただし、モータ２０と減速機３０の位置関係から、負荷側を「反モータ側」又は「減速機側」と、反負荷側を「モータ側」又は「反減速機側」という場合がある。

［モータの構成］
モータ２０は、中心軸Ａｘ回りに回転するロータ軸２１と、モータロータ２２と、モータステータ２３と、モータケーシング２４とを備える。
ロータ軸２１は、本実施形態では、減速機３０からブレーキ４０まで貫通している。ロータ軸２１は、後述するように、減速機３０に設けられた第１軸受３６と、ブレーキ４０に設けられた第２軸受４８とにより、回転自在に支持されている。

モータロータ２２は、ロータ軸２１に外嵌され、ロータ軸２１と一体的に回転する。モータロータ２２は、ロータヨーク２２ａと、ロータ磁石２２ｂと有する。ロータヨーク２２ａは、非磁性体から構成され、ロータ軸２１の外周面に嵌合固定される。ロータ磁石２２ｂは、例えばネオジム磁石などの永久磁石であり、所定の極数に対応する複数のものが、ロータヨーク２２ａの外周面に貼り付けられる。

モータステータ２３は、積層鋼板からなるステータコア２３ａにコイル２３ｂが巻回されて構成される。モータステータ２３は、モータロータ２２の外周側に同心状に配置される。
モータケーシング２４は、モータロータ２２及びモータステータ２３の外周側を覆う。モータステータ２３のステータコア２３ａが内嵌された状態でモータステータ２３を保持している。
また、モータケーシング２４は、特に限定はされないが、専ら軽量化や冷却性向上の目的で、アルミニウムから構成される。

なお、モータ２０の種類は特に限定されず、例えば永久磁石型でなく誘導モータであってもよい。
ただし、モータ２０の定格回転数は、１０００ｒｐｍ以下が好ましく、より好ましくは５００ｒｐｍ以下である。

［減速機の構成］
減速機３０は、本実施形態では偏心揺動型減速機であり、モータ２０の負荷側に配置されている。具体的に、減速機３０は、偏心体軸３１、外歯歯車３２Ａ、３２Ｂ、出力軸３３、ハウジング（ケーシング）３４を備える。減速機３０の減速比は、特に限定されないが、低減速比が望ましく、例えば５０以下、好ましくは３０以下とされる。

偏心体軸３１は、ホロー構造（中空構造）を有する減速機３０の入力軸である。偏心体軸３１は、本実施形態では、モータ２０のロータ軸２１と単一の素材で一体的に構成されている。ただし、偏心体軸３１とロータ軸２１とは別体であってもよく、この場合には例えばスプラインやキー構造などで連結されて回転が伝達される構成であればよい。
偏心体軸３１には、複数（２個）の偏心体３１１ａ、３１１ｂが設けられている。

外歯歯車３２Ａ、３２Ｂは、中心からオフセットされた位置に周方向に離間して設けられた複数の内ピン孔と、偏心体軸３１を挿通される中央の貫通孔とを有する。
外歯歯車３２Ａ、３２Ｂは、偏心体３１１ａ、３１１ｂとの間にそれぞれ配置された偏心体軸受３５ａ、３５ｂにより、偏心体３１１ａ、３１１ｂに対して回転自在に支持されており、偏心体３１１ａ、３１１ｂの回転により揺動する。

出力軸３３は、偏心体軸３１の外周側であって外歯歯車３２Ａ、３２Ｂの負荷側に配置され、被駆動部材Ｅに固定される。出力軸３３は、反負荷側へピン状に膨出するように形成された複数の内ピン３３ａを有する。内ピン３３ａは、外歯歯車３２Ａ、３２Ｂの内ピン孔に挿通される。内ピン３３ａの反負荷側には、ハウジング３４に固定されたプレート３３１が配置されている。
出力軸３３は、偏心体軸３１と出力軸３３との間に配置された第１軸受３６により、偏心体軸３１を回転自在に支持している。第１軸受３６は、クロスローラ軸受である。
また、出力軸３３は、鉄鋼素材等の金属素材から構成される。

ハウジング３４は、外歯歯車３２Ａ、３２Ｂ及び出力軸３３の外周側に配置される。ハウジング３４は、モータ２０のモータケーシング２４と固定されている。
ハウジング３４の内周部には、内歯歯車３４ｇが設けられている。内歯歯車３４ｇは、内歯となる複数の外ピンを有し、外歯歯車３２Ａ、３２Ｂと内接噛合する。
ハウジング３４は、出力軸３３との間に配置された主軸受３７により、出力軸３３を回転自在に支持している。主軸受３７はクロスローラ軸受であり、本実施形態では、内輪が出力軸３３の外周部に、外輪がハウジング３４の内周部にそれぞれ設けられている。主軸受３７は、径方向から見て、第１軸受３６と重なる位置に配置される。具体的には、主軸受３７の転動体が、径方向から見て、第１軸受３６の転動体と重なる位置に配置される。
また、ハウジング３４は、出力軸３３と同様に、鉄鋼素材等の金属素材から構成される。ただし、ハウジング３４及び出力軸３３は、第１軸受３６の外周側を支持する部材として、第２軸受４８の外周側を支持する後述のブレーキ４０のフレーム４７よりもヤング率が高いものであればよい。

［ブレーキの構成］
ブレーキ４０は、ロータ軸２１（偏心体軸３１）の回転を制動するものであり、モータ２０の反負荷側に配置される。
ブレーキ４０は、ロータ軸２１に相対回転が規制されるように固定されたハブ部材４１と、ハブ部材４１にスプライン嵌合されたディスク状のロータ４２と、ロータ４２に向かって変位可能なアーマチュア４３と、アーマチュア４３を駆動する電磁コイル４４と、アーマチュア４３を元の位置に戻すバネ材４５と、アーマチュア４３の反対側でロータ４２に対向するプレート４６と、電磁コイル４４及びプレート４６等を保持するフレーム４７とを備える。プレート４６及びアーマチュア４３と対向するロータ４２の両面には、それぞれライニング（摩耗材）が固着されている。

フレーム４７は、モータ２０のモータケーシング２４と固定されている。本実施形態では、減速機３０のハウジング３４とモータ２０のモータケーシング２４とフレーム４７とが、固定ねじ７１により共締めされている。
フレーム４７は、ロータ軸２１との間に配置された第２軸受４８により、ロータ軸２１を回転自在に支持している。第２軸受４８は、モータロータ２２と回転検出器５１の間に設けられ、より詳しくは、ブレーキ４０のハブ部材４１と回転検出器５１との間に設けられている。第２軸受４８は、本実施形態では玉軸受である。ただし、第２軸受４８の軸受種別は特に限定されず、例えばクロスローラ軸受等のコロ軸受であってもよい。また、第２軸受４８は、後述する回転検出部５０の回転部５１ａの近くに配置されるのが、回転検出部５０の検出精度を向上させる点でより好ましい。
また、フレーム４７は、特に限定はされないが、専ら軽量化の目的で、アルミニウム又は樹脂から構成される。

ブレーキ４０においては、電磁コイル４４の作用あるいはバネ材４５の作用により、アーマチュア４３とプレート４６との間にライニングを介してロータ４２を挟み込むことで、ロータ軸２１（偏心体軸３１）に制動力が加えられる。また、バネ材４５の作用あるいは電磁コイル４４の作用により、アーマチュア４３とプレート４６とがロータ４２を挟み込む力が解除されることで、ロータ軸２１（偏心体軸３１）への制動力が解除される。

［回転検出部及び回路部の構成］
回転検出部５０は、ブレーキ４０の反負荷側に配置される。回転検出部５０は、ロータ軸２１（偏心体軸３１）の回転を検出する回転検出器５１と、その検出回路が実装されたエンコーダ基板５２とを備える。
回転検出器５１は、ロータ軸２１と一体的に回転する回転部５１ａと、回転部５１ａの反負荷側に対向配置されて回転部５１ａの回転量を検出するセンサ５１ｂとを有する。回転検出器５１は、例えば回転部の回転の変位をデジタル信号として出するロータリーエンコーダであるが、アナログ信号として出力するレゾルバであってもよいし、それ以外の回転検出器であってもよい。ロータリーエンコーダは、光学式の検出部を有する構成であってもよいし、磁気的な検出部を有する構成であってもよい。
エンコーダ基板５２は、センサ５１ｂを搭載しており、ロータ軸２１（偏心体軸３１）の回転を検出して回路部６０に出力する。

回路部６０は、回転検出部５０の反負荷側に配置される。回路部６０には、モータ２０の駆動回路が搭載されたモータドライバ基板等が配置されている。
なお、回路部６０は、回転検出部５０を含んで構成されてもよい。

［ギヤモータの動作］
本実施形態のギヤモータ１では、回路部６０によりモータ２０が駆動されてロータ軸２１が回転すると、その回転出力がロータ軸２１と一体的な減速機３０の偏心体軸３１に入力される。

減速機３０では、偏心体軸３１の回転に伴って、偏心体３１１ａ、３１１ｂが外歯歯車３２Ａ、３２Ｂの内側で回転し、これにより外歯歯車３２Ａ、３２Ｂが互いに異なる位相で揺動する。外歯歯車３２Ａ、３２Ｂは、揺動により中心軸Ａｘから最も離れた外歯が内歯歯車３４ｇと噛合し、この噛合位置は揺動に伴って周方向に変化する。具体的には、偏心体軸３１が一回転するごとに、内歯歯車３４ｇと外歯歯車３２Ａ、３２Ｂとの噛合位置が周方向に一周する。外歯歯車３２Ａ、３２Ｂと内歯歯車３４ｇとには歯数差があり、内歯歯車３４ｇとの噛合位置が一周するごとに外歯歯車３２Ａ、３２Ｂは上記の歯数差分だけ自転する。この自転が、内ピン３３ａを介して出力軸３３に伝達される。これにより、偏心体軸３１の回転運動が減速され、出力軸３３に連結された被駆動部材Ｅから取り出される。
この回転運動の伝達中、ロータ軸２１（偏心体軸３１）の回転は、回転検出器５１により検出される。

モータ２０の駆動が停止し、ブレーキ４０が作動すると、アーマチュア４３が駆動され、プレート４６とアーマチュア４３との間にロータ４２が挟み込まれ、ロータ軸２１（偏心体軸３１）に制動力が働く。モータ２０が駆動されるときには、アーマチュア４３がロータ４２から離間され、制動力が解除される。

ここで、ロータ軸２１（偏心体軸３１）を支持する第１軸受３６及び第２軸受４８のうち、第２軸受４８よりも負荷側（減速機側）に設けられた第１軸受３６は、クロスローラ軸受となっている。
そのため、回転運動の伝達中には、出力軸３３に連結された被駆動部材Ｅに起因する偏心荷重がロータ軸２１（偏心体軸３１）の負荷側端に作用するものの、複雑な方向の荷重を高い剛性で支持可能なクロスローラ軸受の第１軸受３６により、負荷側でのロータ軸２１（偏心体軸３１）の振れ回りを好適に抑えることができる。ひいては、第１軸受３６よりも反負荷側に位置する第２軸受４８でのロータ軸２１（偏心体軸３１）の振れ回りも好適に抑え、回転検出器５１の検出精度を担保できる。

なお、本実施形態では、第１軸受３６がモータロータ２２よりも負荷側に設けられ、第２軸受４８がモータロータ２２よりも反負荷側に設けられている。しかし、第１軸受３６と第２軸受４８は、クロスローラ軸受の第１軸受３６が第２軸受４８よりも負荷側（減速機側）に設けられていればよい。
例えば、第１軸受３６が減速機３０の減速機構（本実施形態においては、外歯歯車３２および内歯歯車３４の噛合い部）よりもさらに負荷側（反モータ側）に設けられていてもよい。
また、第２軸受４８が、モータロータ２２よりも負荷側であって減速機３０の減速機構（本実施形態においては、外歯歯車３２および内歯歯車３４の噛合い部）よりも反負荷側に設けられていてもよい。この場合、第２軸受４８は、ハウジング３４の反負荷側に取り付けられて内ピン３３ａの反負荷側を保持するキャリア部材を設けてそれに支持させてもよいし、ハウジング３４の反負荷側の部分を内周側に狭窄した円板部としてその内周部に支持させてもよい。

［本実施形態の技術的効果］
以上のように、本実施形態のギヤモータ１によれば、モータ２０と、減速機３０と、モータロータ２２よりも反負荷側（反減速機側）に配置された回転検出器５１とを備え、ロータ軸２１（偏心体軸３１）を支持する第１軸受３６及び第２軸受４８のうち、第２軸受４８よりも負荷側（減速機側）に設けられた第１軸受３６がクロスローラ軸受となっている。
これにより、減速機３０に連結された被駆動部材Ｅに起因する偏心荷重を、高剛性のクロスローラ軸受により好適に抑えることができる。したがって、ロータ軸２１（偏心体軸３１）の振れ回りを好適に抑制することができる。さらに、ロータ軸２１が第２軸受４８により支持される、より具体的には、モータロータ２２よりも反減速機側の回転検出器５１の近傍が支持されるため、回転検出器５１の検出精度も高く維持できる。

また、本実施形態のギヤモータ１によれば、減速機３０が軸をオフセットして受ける偏心揺動型減速機であるため、他の形式の減速機に比べて比較的にロータ軸２１（偏心体軸３１）が振れ回りやすいところ、この振れ回りをクロスローラ軸受の第１軸受３６により好適に抑制することができる。
さらに、偏心揺動型減速機の適用により、低減速比にも好適に対応できる。低減速比の減速機３０を適用することにより、負荷側からの衝撃に対する感度（バックドライバビリティ）を向上させることができる。

また、本実施形態のギヤモータ１によれば、モータ２０の定格回転数が１０００ｒｐｍ以下と比較的に低速であるので、第１軸受３６として、転動体が線接触するクロスローラ軸受を好適に適用できる。つまり、クロスローラ軸受は、高速回転軸の支持に使用すると発熱が問題となるため、従来ロータ軸の支持には適さないと考えられていた。本実施形態においては、低減速比の偏心揺動型減速機と低速モータを採用することで、クロスロータ軸受の発熱を抑制し、ロータ軸２１の支持に使用可能とした。

また、本実施形態のギヤモータ１によれば、第１軸受３６の外周側を支持する部材（出力軸３３、ハウジング３４）は、第２軸受４８の外周側を支持するブレーキ４０のフレーム４７よりもヤング率が高い。
これにより、第２軸受４８よりも負荷の大きい第１軸受３６を高い剛性で支持することができ、ひいては、ロータ軸２１（偏心体軸３１）の振れ回りをより好適に抑制できる。

［その他］
以上、本発明の実施形態について説明したが、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、減速機として偏心揺動型減速機を例に挙げて説明したが、本発明に係る減速機は、偏心揺動型減速機に限定されず、撓み噛合い式減速装置や単純遊星減速装置など各種減速機構に適用可能である。また、偏心揺動型減速機であっても、内歯歯車の中心からオフセットした位置に複数の偏心体軸が配置されるタイプにも適用可能である。
その他、上記実施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 ギヤモータ
２０ モータ
２１ ロータ軸
２２ モータロータ
２４ モータケーシング
３０ 減速機
３１ 偏心体軸（入力軸）
３３ 出力軸
３４ ハウジング
３６ 第１軸受
３７ 主軸受
４０ ブレーキ
４７ フレーム
４８ 第２軸受
５０ 回転検出部
５１ 回転検出器
５２ エンコーダ基板
Ａｘ 中心軸
Ｅ 被駆動部材

Claims (10)

1. モータロータと一体回転するロータ軸を有するモータと、前記ロータ軸の回転が伝達される入力軸を有する減速機と、前記モータロータよりも反減速機側に配置されて前記ロータ軸の回転を検出する回転検出器と、を備えるギヤモータであって、
   前記ロータ軸又は前記入力軸を支持する第１軸受及び第２軸受を備え、
   前記第１軸受は、クロスローラ軸受であり、前記第２軸受よりも減速機側に設けられる、
   ギヤモータ。
2. 前記第１軸受は、前記モータロータよりも減速機側に設けられ、
   前記第２軸受は、前記モータロータよりも反減速機側に設けられる、
   請求項１に記載のギヤモータ。
3. 前記第１軸受は、前記減速機の減速機構よりも反モータ側に設けられる、
   請求項１又は請求項２に記載のギヤモータ。
4. 前記第２軸受は、前記モータロータと前記回転検出器の間に設けられる、
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のギヤモータ。
5. 前記第２軸受は、玉軸受である、
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のギヤモータ。
6. 前記減速機は、偏心揺動型減速機である、
   請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のギヤモータ。
7. 前記ロータ軸と前記入力軸とは、単一の素材で一体的に構成されている、
   請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のギヤモータ。
8. 前記ロータ軸の回転を制動するブレーキを備え、
   前記ブレーキは、前記モータロータと前記回転検出器の間に設けられ、
   前記第２軸受は、前記ブレーキと前記回転検出器の間に設けられる、
   請求項４に記載のギヤモータ。
9. 前記モータは、定格回転数が１０００ｒｐｍ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ギヤモータ。
10. 前記第１軸受の外周側を支持する部材は、前記第２軸受の外周側を支持する部材よりもヤング率が高い、
    請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のギヤモータ。

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