JP3924858B2 - ホームエレベータ昇降用駆動装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はホームエレベータ（家庭用エレベータ）昇降用駆動装置に関し、電動機の小容量化、並びに、駆動装置全体の小容積化および軽量化を可能とするものである。
【０００２】
【従来の技術】
ホームエレベータ昇降用駆動装置の従来例を図３に示す。従来の駆動装置は誘導電動機１００と、ウォーム減速機１０１と、ワイヤドラム１０２からなる。誘導電動機１００にはインナロータタイプでインバータドライブされるものが使用されている。ウォーム減速機１０１は誘導電動機１００の出力軸１００Ａの一端側に取り付けられ、ワイヤドラム１０２はウォーム減速機１０１のウォームホイール出力軸１０１Ａに取り付けられている。なお、誘導電動機１００の出力軸１００Ａの他端側にはエレベータ保持用にブレーキ１０３が配置される。ワイヤドラム１０２には、エレベータのワイヤ１０４が巻き付けられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ホームエレベータ昇降用駆動装置には、下記特性が要求される。
（１）家庭ではブレーカの電流容量に制限があるため、電動機の容量が小さいことが望ましい。
（２）また、家庭では設置スペースに制限があるため、駆動装置全体が小容積、軽量であることが望ましい。
【０００４】
しかし、誘導電動機１００では、ロータに２次誘導電流や渦電流等の電流が流れるため、発熱によるロスが発生する。従って、所要の駆動力を得るには、その分、誘導電動機１００の容量が大きくなる。また、減速機としてウォーム減速機１０１を用いているため、減速機効率が５０％前後とあまり高く、所要の駆動力を得るには、その分、誘導電動機１００の容量が大きくなる。
【０００５】
誘導電動機１００の容量が大きいと、それの容積および重量も大きくなるから、駆動装置全体の容積および重量も大きくなる。
【０００６】
また、ウォーム減速機１０１とワイヤドラム１０２が別々に空間を占めているので空間の利用効率が良くなく、その分、駆動装置全体の容積が大きくなる。
【０００７】
更に、ウォーム減速機１０１のウォームホイール出力軸１０１Ａをワイヤドラム１０２の取り付けに用いていることから、ウォームホイール出力軸１０１Ａの分、駆動装置全体の重量が大きくなる。
【０００８】
上記従来技術の問題点に鑑み、本発明の課題は電動機の小容量化、並びに、装置全体の小容積化および軽量化が可能なホームエレベータ昇降用駆動装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明のホームエレベータ昇降用駆動装置の構成は、突出した筒部（６）と、前記筒部（６）と同心で且つ前記筒部（６）とは逆方向に突出した環状突部（１１）を有する固定部（５）と、
前記筒部（６）内に挿通された状態でこの筒部（６）により回転自在に支承された出力軸（２）と、前記筒部（６）の外周に固定されたステータ（４）と、前記回転軸（２）と共に回転するロータ（３）とを有する偏平形のアウターロータタイプのブラシレスＤＣモータ（１）と、
前記環状突部（１１）の内周側に固定された固定側ギヤ（２１）と、前記出力軸（２）の一端側に連結された楕円軌道ベアリング（２３）と、前記固定側ギヤ（２１）に隣接して配置した回転側ギヤ（２４）と、前記固定側ギヤ（２１）及び前記回転側ギヤ（２４）と前記楕円軌道ベアリング（２３）との間に介装された偏平なフレックス・スプライン（２２）とでなり、前記環状突部（１１）の内周側に配置されたフラット型調和減速機（２０）と、
前記環状突部（１１）を収めるための環状溝部（３１）と、前記回転側ギヤ（２４）を固定するための環状切込部（３２）を設けてあり、前記フラット型調和減速機（２０）更には前記環状突部（１１）の外周を囲んで配置されており、前記環状溝部（３１）と前記環状突部（１１）との間に設けたベアリング（３３）により回転可能に支承されたワイヤドラム（３０）と、
前記出力軸（２）の他端側に配置したブレーキ（４０）と、
を備えることを特徴とする。
また請求項２に係る発明のホームエレベータ昇降用駆動装置の構成は、突出した筒部（６）と、前記筒部（６）と同心で且つ前記筒部（６）とは逆方向に突出した環状突部（１１）を有する固定部（５）と、
前記筒部（６）内に挿通された状態でこの筒部（６）により回転自在に支承された出力軸（２）と、前記筒部（６）の外周に固定されたステータ（４）と、前記回転軸（２）と共に回転するロータ（３）とを有する偏平形のアウターロータタイプのブラシレスＤＣモータ（１）と、
前記環状突部（１１）の内周側に固定された固定側ギヤ（５１）と、前記出力軸（２）の一端側に連結された楕円軌道ベアリング（５３）と、前記固定側ギヤ（５１）と前記楕円軌道ベアリング（５３）との間に介装されたカップ状のフレックス・スプライン（５２）とでなり、前記環状突部（１１）の内周側に配置されたカップ型調和減速機（５０）と、
前記環状突部（１１）を収めるための環状溝部（３１）と、前記フレックス・スプライン（５２）の底部（５５）に連結された取付部（３６）を設けてあり、前記カップ型調和減速機（５０）更には前記環状突部（１１）の外周を囲んで配置されており、前記環状溝部（３１）と前記環状突部（１１）との間に設けたベアリング（３３）により回転可能に支承されたワイヤドラム（３０）と、
前記出力軸（２）の他端側に配置したブレーキ（４０）と、
を備えることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１１】
まず、ブラシレスＤＣモータと調和減速機を採用することにより、下記▲１▼▲２▼のように効率が高くなり、電動機の小容量化が可能である。
▲１▼ブラシレスＤＣモータでは、そのロータ部が永久磁石構成であるため、永久磁石からはステータに磁束が発生するだけで発熱はなく、ロータ部にはロス（損失）がない。従って、ブラシレスＤＣモータは従来使用していた誘導電動機に比べ、効率が高く、同じ駆動力を得るのに必要な容量は小さくなる。
▲２▼調和減速機は調和変速機に属し、ハーモニック減速機あるいはハーモニックドライブ（登録商標）として知られており、高減速比なのに減速効率（動力伝達効率）は７５％以上であり、ウォーム減速機（減速効率５０％程度）に比べると高い。このように高減速効率のため、ウォーム減速機を使用した従来に比べ、同じ駆動力を得るのに必要なブラシレスＤＣモータの容量は一層小さくなる。
【００１２】
上記小容量化により電動機が小容積化および軽量化して駆動装置全体も小容積化および軽量化するが、下記（１）〜（３）の理由により、駆動装置全体の更なる小容積化および軽量化が可能である。
（１）ブラシレスＤＣモータのなかでも、特に偏平形でアウタロータタイプのブラシレスＤＣモータは同一出力では軽量化が見込まれる。
（２）また、ワイヤドラムを調和減速機の外周を囲むように配置する、言い換えれば、調和減速機の外径側にワイヤドラムを配置することにより、調和減速機がワイヤドラムの内部に位置するので従来よりも空間の利用効率が向上し、駆動装置全体が小容積化する。
（３）更に、調和減速機がワイヤドラムの内部に位置すると、従来のようにウォームホイール出力軸（図３の１０１Ａ参照）を用いることなく、調和減速機の回転出力部にワイヤドラムを連結することができる。従って、余計な出力軸を削除できる分、駆動装置全体が軽量化する。
【００１３】
以上より、偏平形でアウタロータタイプのブラシレスＤＣモータの出力軸に調和減速機を配置し、この調和減速機の外径側にワイヤドラムを配置したホームエレベータ昇降用駆動装置は、図３に示した従来の駆動装置と同一容量比率で比べると、下記のように容積および重量が向上する。
（１）重量は６０％に軽量化。
（２）容積も６０％に小容積化。
【００１４】
次に、図１〜図２により、２つの具体例（フラット型調和減速機を採用したホームエレベータ昇降用駆動装置と、カップ型調和減速機を採用したホームエレベータ昇降用駆動装置）を説明する。
【００１５】
（フラット型調和減速機を採用した具体例）
まず、図１により、フラット型調和減速機を採用したホームエレベータ昇降用駆動装置を説明する。図１に示す駆動装置は、偏平形でアウタロータタイプのブラシレスＤＣモータ１と、フラット型調和減速機２０と、ワイヤドラム３０を備える。図１中、４０はエレベータ保持用のブレーキを示す。
【００１６】
図１において、ブラシレスＤＣモータ１は出力軸２と、ロータ３と、ステータ４を備える。出力軸２は、固定部材５から側方（図では左方）に突出した筒部６内にて、軸受７を介して回転可能に支承されている。固定部材５は取付台８に立設してある。ロータ３は永久磁石であり、出力軸２に一体に取り付けたフレーム９の内周側に取り付けられている。ステータ４は固定子コイルであり、出力軸２を支承する上記筒部６の外周側に固定されている。このように、ブラシレスＤＣモータ１はアウタロータタイプであり、且つ、図１より判るように偏平形である。ステータ４には、ロータ３の回転位置を検出する目的で、ロータ３に対向して回転位置検出器１０が取り付けられている。
【００１７】
この偏平形でアウタロータタイプのブラシレスＤＣモータ１の出力軸２の一端側（図では右端側）にフラット型調和減速機２０が配置される。フラット型調和減速機２０は固定側ギヤ２１と、偏平なフレックス・スプライン２２と、楕円軌道ベアリング２３と、回転側ギヤ２４を備え、ブラシレスＤＣモータ１の回転出力を高効率且つ低騒音で減速する。
【００１８】
固定側ギヤ２１は剛性の高い材料でできた幅が狭い環状の内歯歯車であり、固定部材５の周縁部に設けられて反ブラシレスＤＣモータ１側に突出する環状突部１１の内周側に、固定側ギヤ２１を固定してある。
【００１９】
フレックス・スプライン２２は弾性材料でできた偏平な環状の外歯歯車であり、固定側ギヤ２１の内径側に配置されて同固定側ギヤ２１とかみ合っている。
【００２０】
楕円軌道ベアリング２３は入力波発生部材であり、楕円形状のカム２３Ａとその外周に嵌めたボールベアリング２３Ｂより構成されている。ボールベアリング２３Ｂの内輪はカム２３Ａに固定されているが、外輪はボールベアリング２３Ｂを介して弾性変形する。この楕円軌道ベアリング２３をフレックス・スプライン２２の内周側に位置させて、ブラシレスＤＣモータ１の出力軸２に連結してある。
【００２１】
固定側ギヤ２１の歯のピッチはフレックス・スプライン２２と同じであるが、歯数はフレックス・スプライン２２のそれよりも２枚多くなっている。従って、楕円軌道ベアリング２３がブラシレスＤＣモータ１に駆動されて回転すると、フレックス・スプライン２２が弾性変形して固定側ギヤ２１とのかみ合い位置が順次移動し、両者の歯数の違いによりフレックス・スプライン２２が減速されて回転する。
【００２２】
回転側ギヤ２４はフレックス・スプライン２２から回転出力を取り出すための、剛性の高い材料でできた幅が狭い環状の内歯歯車である。回転側ギヤ２４はそのピッチ及び歯数はフレックス・スプライン２２と同じであり、同フレックス・スプライン２２の外径側に配置されてかみ合い、フレックス・スプライン２２と一体に回転する
【００２３】
図１に示した調和減速機２０はフレックス・スプライン２２が偏平であることから、フラット型と呼ばれる。
【００２４】
ワイヤドラム３０は空間の利用効率を上げるため、調和減速機２０の外径側に配置してある。
【００２５】
詳細には、固定部材５の環状突部１１を収めるための環状溝部３１をワイヤドラム３０の内側面（図では左側面）に設け、調和減速機２０の回転側ギヤ２４を固定するための環状切込部３２をワイヤドラム３０の内周面に設けてある。そして、環状溝部３１に固定部材５の環状突部１１を入れることにより、調和減速機２０の外周を囲んでワイヤドラム３０を配置し、環状突部１１と環状溝部３１間にクロスローラベアリング３３を設けてワイヤドラム３０を回転可能に支承してある。
【００２６】
更に、回転側ギヤ２４を環状切込部３２に固定することにより、調和減速機２０の回転出力部（回転側ギヤ２４）にワイヤドラム３０を連結してある。
【００２７】
なお、図１中、３４はホームエレベータ昇降用ワイヤであり、ワイヤドラム３０の外周溝３５に巻き掛けられる。ワイヤドラム３０の外側面は組立や保守の便のため、中央部で開口している。
【００２８】
ブラシレスＤＣモータ１の出力軸２の他端側（図では左端側）には、エレベータ保持用にブレーキ４０を配置してある。
【００２９】
このブレーキ４０は安全のために逆動作形電磁ブレーキとしてあり、出力軸２に固定したシュー付の回転板４１と、軸方向移動のみ可能に設けた押え板４２と、この押え板４２を回転板４１に押し付けるバネ４３と、通電時にバネ４３の力に抗して押え板４２を回転板４１から引き離す励磁コイル４４からなる。励磁コイル４４は取付台８に立設した固定部材４５に固定し、押え板４２は固定部材４５に設けたガイド部材４６で案内して軸方向移動可能とし、バネ４３は押え板４２と固定部材４５の間に装着してある。
【００３０】
従って、励磁コイル４４の無通電時はブレーキオンであり、バネ４３がその弾性力で押え板４２を回転板４１に強く押し付け、ブラシレスＤＣモータ１の回転を止める。従って、ワイヤドラム３０の回転も止まる。励磁コイル４４の通電時はブレーキオフであり、励磁コイル４４の電磁力がバネ４３に抗して押え板４２を回転板４１から引き離し、ブラシレスＤＣモータ１を回転可能にする。従って、ワイヤドラム３０も回転可能になる。
【００３１】
（カップ型調和減速機を採用した具体例）
次に、図２により、カップ型調和減速機を採用したホームエレベータ昇降用駆動装置を説明する。図２に示す駆動装置は、偏平形でアウタロータタイプのブラシレスＤＣモータ１と、カップ型調和減速機５０と、ワイヤドラム３０を備える。図２中、４０はエレベータ保持用のブレーキを示す。
【００３２】
図２において、ブラシレスＤＣモータ１は図１に示したものと同じ偏平形のアウタロータタイプであり、回転軸２と、ロータ３と、ステータ４からなる。回転軸２は、固定部材５の筒部６内にて、軸受７を介して回転可能に支承されている。ロータ３は永久磁石であり、フレーム９の内周側に取り付けられている。ステータ４は固定子コイルであり、筒部６の外周側に固定されている。ステータ４には、回転位置検出器１０が取り付けられている。また、カップ型調和減速機５０の配置用に、固定部材５の周縁部に環状突部１１が備えられている。
【００３３】
カップ型調和減速機５０は固定側ギヤ５１と、カップ状のフレックススプライン５２と、楕円軌道ベアリング５３を備え、ブラシレスＤＣモータ１の回転出力を高効率且つ低騒音で減速する。
【００３４】
固定側ギヤ５１は図１に示した固定側ギヤ２１と同じく、剛性の高い材料でできた環状の内歯歯車であり、固定部材５の環状突部１１の内周側に固定されている。
【００３５】
フレックス・スプライン５２は弾性材料でできたカップ形状の外歯歯車であり、固定側ギヤ５１の内径側に配置されて同固定側ギヤ５１とかみ合っている。なお、フレックススプライン５２の底部５５は組立や保守の便のために中央部で開口している。
【００３６】
楕円軌道ベアリング５３は図１に示した楕円軌道ベアリング２３と同じく、楕円形状のカム５３Ａとその外周に嵌めたボールベアリング５３Ｂより構成された入力波発生部材であり、ボールベアリング５３Ｂの内輪はカム５３Ａに固定されているが、外輪はボールベアリング５３Ｂを介して弾性変形する。この楕円軌道ベアリング５３をフレックス・スプライン５２の内周側に位置させ、ブラシレスＤＣモータ１の出力軸２に連結してある。
【００３７】
固定側ギヤ５１の歯のピッチはフレックス・スプライン５２と同じであるが、歯数はフレックス・スプライン５２のそれよりも２枚多くなっている。従って、楕円軌道ベアリング５３がブラシレスＤＣモータ１により回転すると、フレックス・スプライン５２が弾性変形して固定側ギヤ５１とのかみ合い位置が順次移動し、両者の歯数の違いによりフレックス・スプライン５２が減速されて回転する。
【００３８】
図２に示した調和減速機５０はフレックス・スプライン５２がカップ形状であることから、カップ型と呼ばれる。
【００３９】
このカップ型調和減速機５０の外径側に図１と同じくワイヤドラム３０を配置して、空間の利用効率を上げている。
【００４０】
詳細には、ワイヤドラム３０の外側面（図では右側面）に取付部３６を設け、この取付部３６にフレックス・スプライン５２の底部５５を固定することにより、カップ型調和減速機５０の回転出力部（カップ状フレックス・スプライン５２）にワイヤドラム３０を連結してある。取付部３６は組立や保守の便のために、中央部で開口している。
【００４１】
また、ワイヤドラム３０の内側面に設けた環状溝部３１に固定部材５の環状突部１１を入れてカップ型調和減速機５０の外周を囲んでワイヤドラム３０を配置し、クロスローラベアリング３３によりワイヤドラム３０を回転可能に支承している。なお、３４はホームエレベータ昇降用ワイヤ、３５はワイヤ巻き掛け用の外周溝である。
【００４２】
ブレーキ４０は図１に示した逆動作形電磁ブレーキであり、ブラシレスＤＣモータ１の出力軸２の他端側に配置されている。即ち、ブレーキ４０は回転板４１と、押え板４２と、バネ４３と、励磁コイル４４からなる。励磁コイル４４は固定部材４５に固定され、押え板４２は固定部材４５に設けたガイド部材４６により軸方向移動のみ可能とされ、バネ４３は押え板４２と固定部材４５の間に装着されている。励磁コイル４４の通電時のみ、バネ力に抗して電磁力が押え板４２を回転板４１から引き離し、ブレーキオフになる。励磁コイル４４の無通電時は、バネ力で押え板４２を回転板４１に強く押し付け、ブレーキオンになる。
【００４３】
以上の説明はホームエレベータ昇降用駆動装置についてであるが、図１と図２いずれの駆動装置でも、ワイヤドラム３０に巻き掛けたワイヤ３４でエレベータ以外の任意の負荷を昇降させることが可能であり、任意の昇降装置用の駆動装置として使用可能である。
【００４４】
また、ワイヤドラム３０を省いて、調和減速機２０または５０の回転出力で任意の負荷を減速回転駆動するように、偏平形でアウタロータタイプのブラシレスＤＣモータ１と、このブラシレスＤＣモータ１の出力軸２に連結した調和減速機２０または５０により減速駆動装置を構成することが可能であり、この場合も減速駆動装置は小容量化、小容積化、軽量化する。
【００４５】
更に、偏平形でアウタロータタイプのブラシレスＤＣモータ１でなくても、ブラシレスＤＣモータでさえあれば、誘導電動機に比べて小容量化、小容積化、軽量化が基本的に可能である。従って、下記（１）〜（２）のような装置構成も可能である。
（１）ブラシレスＤＣモータと、このブラシレスＤＣモータの出力軸に連結した調和減速機（フラット型調和減速機２０またはカップ型調和減速機５０）を備えた減速駆動装置。
（２）ブラシレスＤＣモータと、このブラシレスＤＣモータの出力軸に連結した調和減速機（フラット型調和減速機２０またはカップ型調和減速機５０）と、同調和減速機の外周を囲んで配置され、その回転出力部（偏平なフレックス・スプライン２２またはカップ状のフレックス・スプライン５２）に連結されたワイヤドラム３０を備えた汎用昇降用駆動装置。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のホームエレベータ昇降用駆動装置には、下記の効果がある。
（１）電動機としてブラシレスＤＣモータを採用したので、従来の誘導電動機に比べて効率が高くなり、小容量化する。小容量化により、電動機が小容積化および軽量化して、駆動装置全体も小容積化および軽量化する。
（２）特に、ブラシレスＤＣモータが偏平形のアウタロータタイプであるので、一層の軽量化が可能である。
（３）減速機として調和減速機を採用したので、従来のウォーム減速機に比べて、高減速比なのに減速効率（動力伝達効率）が高くなり、電動機を小容量化でき、電力の省エネルギ化が可能である。また、調和減速機を採用したことにより、駆動装置が低騒音化する。
（４）また、ワイヤドラムを調和減速機の外周を囲むように配置したので、調和減速機がワイヤドラムの内部に位置し、空間の利用効率が向上して駆動装置全体が小容積化、即ち小形化する。
（５）更に、ワイヤドラムを調和減速機の回転出力部に連結したので、従来のウォームホイール出力軸のような余計な出力軸が不要であり、部品点数が減ると共に構造が単純化し、駆動装置全体の軽量化とコスト低減化が可能である。
（６）低容積化により、空いた空間部分を他の用途に有効利用することができる。
（７）また、軽量化により、装置据付け時の工費を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るホームエレベータ昇降用駆動装置の構成例を示す図。
【図２】本発明の他の実施の形態に係るホームエレベータ昇降用駆動装置の構成例を示す図。
【図３】従来のホームエレベータ昇降用駆動装置の構成を示す図。
【符号の説明】
１ ブラシレスＤＣモータ
５ 固定部材
７ 軸受
８ 取付台
９ フレーム
１１ 環状突部
２０ フラット型調和減速機
２４ 回転側ギヤ
３０ ワイヤドラム
４０ ブレーキ
５０ カップ型調和減速機
５２ フレックス・スプライン

Claims (2)

1. 突出した筒部（６）と、前記筒部（６）と同心で且つ前記筒部（６）とは逆方向に突出した環状突部（１１）を有する固定部（５）と、
   前記筒部（６）内に挿通された状態でこの筒部（６）により回転自在に支承された出力軸（２）と、前記筒部（６）の外周に固定されたステータ（４）と、前記回転軸（２）と共に回転するロータ（３）とを有する偏平形のアウターロータタイプのブラシレスＤＣモータ（１）と、
   前記環状突部（１１）の内周側に固定された固定側ギヤ（２１）と、前記出力軸（２）の一端側に連結された楕円軌道ベアリング（２３）と、前記固定側ギヤ（２１）に隣接して配置した回転側ギヤ（２４）と、前記固定側ギヤ（２１）及び前記回転側ギヤ（２４）と前記楕円軌道ベアリング（２３）との間に介装された偏平なフレックス・スプライン（２２）とでなり、前記環状突部（１１）の内周側に配置されたフラット型調和減速機（２０）と、
   前記環状突部（１１）を収めるための環状溝部（３１）と、前記回転側ギヤ（２４）を固定するための環状切込部（３２）を設けてあり、前記フラット型調和減速機（２０）更には前記環状突部（１１）の外周を囲んで配置されており、前記環状溝部（３１）と前記環状突部（１１）との間に設けたベアリング（３３）により回転可能に支承されたワイヤドラム（３０）と、
   前記出力軸（２）の他端側に配置したブレーキ（４０）と、
   を備えることを特徴とするホームエレベータ昇降用駆動装置。
2. 突出した筒部（６）と、前記筒部（６）と同心で且つ前記筒部（６）とは逆方向に突出した環状突部（１１）を有する固定部（５）と、
   前記筒部（６）内に挿通された状態でこの筒部（６）により回転自在に支承された出力軸（２）と、前記筒部（６）の外周に固定されたステータ（４）と、前記回転軸（２）と共に回転するロータ（３）とを有する偏平形のアウターロータタイプのブラシレスＤＣモータ（１）と、
   前記環状突部（１１）の内周側に固定された固定側ギヤ（５１）と、前記出力軸（２）の一端側に連結された楕円軌道ベアリング（５３）と、前記固定側ギヤ（５１）と前記楕円軌道ベアリング（５３）との間に介装されたカップ状のフレックス・スプライン（５２）とでなり、前記環状突部（１１）の内周側に配置されたカップ型調和減速機（５０）と、
   前記環状突部（１１）を収めるための環状溝部（３１）と、前記フレックス・スプライン（５２）の底部（５５）に連結された取付部（３６）を設けてあり、前記カップ型調和減速機（５０）更には前記環状突部（１１）の外周を囲んで配置されており、前記環状溝部（３１）と前記環状突部（１１）との間に設けたベアリング（３３）により回転可能に支承されたワイヤドラム（３０）と、
   前記出力軸（２）の他端側に配置したブレーキ（４０）と、
   を備えることを特徴とするホームエレベータ昇降用駆動装置。

Images