JP5513174B2

JP5513174B2 - ギアードモータ

Info

Publication number: JP5513174B2
Application number: JP2010048529A
Authority: JP
Inventors: 博水野
Original assignee: 博水野
Priority date: 2010-03-05
Filing date: 2010-03-05
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2030-03-05
Also published as: JP2011185311A

Description

本発明は、モータに遊星歯車減速機構を組込んだギアードモータに関するものである。

一般にギアードモータは、モータと減速機構が直列に接続される構造であり、更に減速機構の出力軸から、その先の出力機構に伝達される構造である。各種の電磁式回転型モータは、効率の面から数千ｒｐｍで回転することが多い。その場合の出力は高回転低トルクであり、装置出力としては向かない。そこで減速機を用いて低回転高トルクに変換することが一般に行なわれる。

また一般に、装置出力は数１０〜数１００ｒｐｍのものが要求され、その結果、数１０〜数１００の減速比が求められることが多い。一方、従来の遊星歯車を用いたギアードモータは、モータ軸を高速回転させ、モータに対し、直列に連結された遊星歯車ギアヘッドにより、低回転、高トルクに変換されるのがほとんどであった。このため、モータ部に遊星歯車部を足した長さが全長となり、軸方向に長くなってしまう欠点があった。

近年、あらゆる装置で小型化要求は強く、これを改善するために、ロータ部に空隙を設け、遊星歯車機構を一体化した物として、中心から、太陽歯車、遊星歯車、固定内歯車およびその取付け部材、ロータ部、隙間、ステータ部が配置された構造のものがある（特許文献１）。しかしながら構造が複雑で、また歯車の良好な噛み合い及び円滑な運動の伝達のためには、各部を変形の無い堅牢な構造にすることが必要であり、１段で対応した場合においても小型化には限界がある。

また普通遊星歯車減速機の減速比は、１＋（固定内歯車歯数／太陽歯車歯数）で計算される。太陽歯車の歯数を小さくすることは切り下げ発生等の面からも限界がある。大きな減速比を得たい場合には、固定内歯車の歯数を多くせざるを得ない。一例として、減速比１０を取る場合を考えると太陽歯車歯数９、遊星歯車歯数３６、固定内歯車歯数８１となり、歯数が多く装置の大型化は避けられない。このような理由から、遊星歯車の１段あたりの減速比は、実用上は７以下がほとんどであり、高減速比を得たい場合には、多段としなくてはならない。

また別のギアードモータとして、中心部より、出力軸、隙間、遊星歯車、固定内歯車もしくは出力内歯車、隙間、ロータ部、隙間、ステータ部を配置したものもある（特許文献２）。

しかしながら、最大の問題は、２個の内歯車で構成されているため、構造も部品形状も複雑で小型化には限界があった。

また２段遊星歯車の内側に固定平歯車と出力平歯車を配置し、ギアードモータ化したものもある（特許文献３）。しかしながら、これはカップ状ロータに連結された高速回転軸と出力回転軸は同一直線上に配置されるため、軸方向に長くなるという欠点がある。

特開２００５−８０３６４特開２００８−４５７４０特開２００３−２９９３１０

本発明は上記問題を改善し、先に本願発明者が提案した遊星歯車減速機構（特願２００８−２２８２３４）をモータのロータ内に組込むことにより、構造が簡単で小型化でき、１０以上の減速比が得られると共に、大きなトルクが得られ、特にマイクロマシンなどの分野で広く利用することができるギアードモータを提供するものである。

本発明の請求項１記載のギアードモータは、ロータの周囲にステータを配置して１個のケース内に設けたモータの、前記ロータの中心部に遊星歯車減速機構を設け、この遊星歯車減速機構は、モジュールｍ１、歯数Ｚ１の固定側遊星歯車と、モジュールｍ２、歯数Ｚ２の出力側遊星歯車との、モジュールと歯数、または上下の歯の角度位相の少なくともいずれかが異なる歯車を一体に形成した２段遊星歯車を、間隔をおいて配置した２個の入力側キャリアの間に回転自在に支持し、この２個の入力側キャリアの間の回転軸中心に、モジュールｍ１、歯数Ｚ３の平歯車で形成され、ステータを構成する回転不能な固定歯車と、これと同軸上に、前記ケース外に先端が突出したロータ出力軸を設け、ここにモジュールｍ２、歯数Ｚ４の平歯車で形成された回転可能な出力歯車を設け、前記２段遊星歯車の固定側遊星歯車を固定歯車の外周に噛合させると共に、２段遊星歯車の出力側遊星歯車を、出力歯車の外周に噛合させて、固定歯車と出力歯車の外周を２段遊星歯車が自転・公転運動するように取付け、且つ、Ｚ２＝Ｚ１＋α、Ｚ４＝Ｚ３＋β（但しα、βは、０及び負の数を含む整数、且つαまたはβの少なくとも一方は０でないものとする）とした場合にα・β≧０に設定されていると共に、以下の関係が成立していることを特徴とするものである。
（１）出力歯車が入力側キャリアの公転向きと同じ向きに回る場合
β・Ｚ１＞α・Ｚ３であって、
Ｚ１＋１０α＞０、且つ、Ｚ３≧９β・Ｚ１／（Ｚ１＋１０α）
またはＺ１＋１０α＜０、且つ、Ｚ３≦９β・Ｚ１／（Ｚ１＋１０α）
（２）出力歯車が入力側キャリアの公転向きと逆向きに回る場合
β・Ｚ１＜α・Ｚ３であって、
１０α−Ｚ１＞０、且つ、Ｚ３≦１１β・Ｚ１／（１０α−Ｚ１）
または１０α−Ｚ１＜０、且つ、Ｚ３≧１１β・Ｚ１／（１０α−Ｚ１）

本発明の請求項２記載のギアードモータは、請求項１において、α・β＝１、且つ｜Ｚ３−Ｚ１｜＝１としたことを特徴とするものである。

本発明の請求項３記載のギアードモータは、請求項１において、ロータに設けた永久磁石部または磁性金属を分離若しくは部分的に削除し、できた径方向の隙間に２段遊星歯車を配置したことを特徴とするものである。

本発明の請求項４記載のギアードモータは、固定側アームに接続した一方のケースにステータを接続し、出力側アームに接続した他方のケースにロータを接続したモ−タの、前記ロータの中心部に遊星歯車減速機構を設け、この遊星歯車減速機構は、モジュールｍ１、歯数Ｚ１の固定側遊星歯車と、モジュールｍ２、歯数Ｚ２の出力側遊星歯車との、モジュールと歯数、または上下の歯の角度位相の少なくともいずれかが異なる歯車を一体に形成した２段遊星歯車を、間隔をおいて配置した２個の入力側キャリアの間に回転自在に支持し、この２個の入力側キャリアの間の回転軸中心に、一方のケースの内側に固定されたモジュールｍ１、歯数Ｚ３の平歯車で形成された回転不能な固定歯車を一体に設けられ、これと同軸上に前記他方のケースの内側にモジュールｍ２、歯数Ｚ４の平歯車で形成され回転可能な出力歯車が一体に設け、この出力歯車を固定歯車に回転可能に連結する回転軸を設けて、前記２段遊星歯車の固定側遊星歯車を固定歯車の外周に噛合させると共に、２段遊星歯車の出力側遊星歯車を、出力歯車の外周に噛合させ、固定歯車と出力歯車の外周を２段遊星歯車が自転・公転運動するように取付け、前記出力側アームに接続した他方のケースを回転させてロボットの関節として動作し、且つ、Ｚ２＝Ｚ１＋α、Ｚ４＝Ｚ３＋β（但しα、βは、０及び負の数を含む整数、且つαまたはβの少なくとも一方は０でないものとする）とした場合にα・β≧０に設定されていると共に、以下の関係が成立していることを特徴とするものである。
（１）出力歯車が入力側キャリアの公転向きと同じ向きに回る場合
β・Ｚ１＞α・Ｚ３であって、
Ｚ１＋１０α＞０、且つ、Ｚ３≧９β・Ｚ１／（Ｚ１＋１０α）
またはＺ１＋１０α＜０、且つ、Ｚ３≦９β・Ｚ１／（Ｚ１＋１０α）
（２）出力歯車が入力側キャリアの公転向きと逆向きに回る場合
β・Ｚ１＜α・Ｚ３であって、
１０α−Ｚ１＞０、且つ、Ｚ３≦１１β・Ｚ１／（１０α−Ｚ１）
または１０α−Ｚ１＜０、且つ、Ｚ３≧１１β・Ｚ１／（１０α−Ｚ１）

本発明に係る請求項１記載のギアードモータによれば、ロータの中心部に遊星歯車減速機構を設け、この遊星歯車減速機構は、モータに内蔵されるため大幅に小型軽量化されると共に、部品点数も削減され、しかも１０以上の大きな減速比が得られると共に、大きなトルクが得られ、特にマイクロマシンなどの分野で広く利用することができる。

また請求項２記載のギアードモータによれば、α・β＝１、且つ｜Ｚ３−Ｚ１｜＝１の関係に規定することにより、少ない歯数で大きな減速比が１段で得られる。

また請求項３記載のギアードモータによれば、ロータに設けた永久磁石部または磁性金属を分離若しくは部分的に削除し、できた径方向の隙間に２段遊星歯車を配置することにより、ロータの小型化を図ることができる。

また請求項４記載のギアードモータによれば、ステータを収納するケースと固定歯車とが一体に形成され、ロータを収納するケースと出力歯車とが一体に形成され、ロボットの関節として動作するので、搬送ロボットなどトルクの大きな小型のロボットの構成部品に好適である。

以下、図面を参照して説明する。図１はインダクションモータに適用した場合を示すもので、ロータ１の外周にステータ２を設け、ロータ１の内側の中空部に遊星歯車減速機構３が組込まれている。ロータ１は、積層された珪素鋼板４を組込んだ円筒状のアルミダイキャストなどで構成されている。ステータ２は中空円筒状のケース５の内壁面に沿って複数のスロット６が取付けられ、ここにコイル７が巻回され、ケース上部にはカバー８が取付けられている。またケース５の内側底面にはロータ受け板９が取付けられ、またカバー８の内側には軸受けブラケット１０が取付けられ、この間にロータ１が回転自在に支持されている。

中空円筒状のロータ１の上面は、上部キャリア１２Ａを兼用し、下面は下部キャリア１２Ｂを兼用している。これら入力側キャリアとなる上下部キャリア１２Ａ、１２Ｂには同一円周上に等間隔に複数個の軸受１４が取付けられ、ここに２段遊星歯車１５が回転自在に支持されている。２段遊星歯車１５は、固定側遊星歯車１６Ａと出力側遊星歯車１６Ｂの２段の歯車部が亜鉛ダイキャストなどで一体に形成されている。また前記２段遊星歯車１５は、歯型の角度位置関係は常に一定である。

また下部キャリア１２Ｂの回転軸中心には、２段遊星歯車１５の固定側遊星歯車１６Ａと噛合する固定歯車１８が設けられ、これは前記ロータ受け板９に接続されている。またこの固定歯車１８の上部に凹部が形成され、ここに軸受２０で支持された出力軸２１が設けられ、この先端はケース上部のカバー８に形成した貫通孔２２から外部に突出している。また出力軸２１の下部側外周には、前記２段遊星歯車１５の出力側遊星歯車１６Ｂと噛合する出力歯車１９が一体に形成されている。

また前記２段遊星歯車１５の固定側遊星歯車１６Ａはモジュールｍ１、歯数Ｚ１の歯車で形成され、出力側遊星歯車１６Ｂはモジュールｍ２、歯数Ｚ２の歯車で形成されている。また回転不能な固定歯車１８はモジュールｍ１、歯数Ｚ３の平歯車で形成され、出力歯車１９はモジュールｍ２、歯数Ｚ４の平歯車で形成され、下記のような関係となっている。

．モジュール歯数
固定側遊星歯車１６Ａｍ１Ｚ１
（固定歯車噛み合い部）
出力側遊星歯車１６Ｂｍ２Ｚ２
（出力歯車噛み合い部）
固定歯車１８ｍ１Ｚ３
出力歯車１９ｍ２Ｚ４

次に上記構成をなすギアードモータの動作について説明する。３相交流電流がコイル７に通電されると、コイル７の各部は異なった位相の電流が流れて、電圧、電流ともに時間とともに変動する。この結果、磁界が回転しているような状態になり、対向しているロータ１の磁性金属である珪素鋼板４に誘導電流が発生する。更に誘導電流と磁界の作用により、力が発生してロータ１が高速回転する。ロータ１には上部キャリア１２Ａと下部キャリア１２Ｂが一体に形成されているので同期した高速回転を行う。この回転する上部キャリア１２Ａと下部キャリア１２Ｂには、複数個の２段遊星歯車１５が同一円周上に取付けられ、２段遊星歯車１５の固定側遊星歯車１６Ａは、太陽歯車となる固定歯車１８と噛み合いながらこの周囲を自転・公転運動する。この結果、自転・公転運動を行なう２段遊星歯車１５の出力側遊星歯車１６Ｂは、これと噛合する出力歯車１９を回転させ、これに一体に形成された出力軸２１が減速して回転する。

ここで大きな減速比を得るための歯数Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４の関係について説明する。
２段遊星歯車１５の固定側遊星歯車（モジュールｍ１、歯数Ｚ１）１６Ａは、内側の平歯車で形成された固定歯車（モジュールｍ１、歯数Ｚ３）１８と噛合している。また、出力側遊星歯車（モジュールｍ２、歯数Ｚ２）１６Ｂは、この内側の平歯車で形成された回転可能な出力歯車（モジュールｍ２、歯数Ｚ４）１９と噛合している。ロータ１に同期して２段遊星歯車１５は公転運動を行うが、この回転数を入力とし、出力歯車１９の回転数を出力にすれば、減速比は、以下で与えられる。
減速比＝Ｚ４／[ Ｚ４−｛（Ｚ２・Ｚ３）／Ｚ１｝] ……（１）式
ここで、Ｚ２＝Ｚ１＋α、Ｚ４＝Ｚ３＋βとすれば、次のように変形される。
減速比＝｛Ｚ１・（Ｚ３＋β）｝／｛β・Ｚ１−α・Ｚ３｝……（２）式
ここで、（２）式の分母が小さな値をとれば、減速比は非常に大きな値を採ることが可能である。ここでα、βは、０及び負の数を含む整数で、且つαまたはβの少なくとも一方は０でないものとすると、α、βの一方が正の数で他方が負の数である場合以外、即ちα・β≧０の関係で分母の絶対値が小になって減速比が大きくなる。
ｍ１・（Ｚ１＋Ｚ３）≒ｍ２・（Ｚ２＋Ｚ４）のようにモジュールを設定すれば、小さな歯数でも良好な噛み合いを得られる。この結果、この大きな減速比が１段で、しかも少ない歯数で得ることができる。

１０以上の減速比を取りたい場合には、（２）式でマイナスになるのは、入力方向と出力方向が、反対のときであるから、以下のようになる。
（Ｉ）出力歯車が入力側キャリアの公転向きと同じ向きに回る場合
｛Ｚ１・（Ｚ３＋β）｝／｛β・Ｚ１−α・Ｚ３｝≧１０……（３）式
（３）式から次の関係が得られる。
β・Ｚ１＞α・Ｚ３であって、
Ｚ１＋１０α＞０、且つ、Ｚ３≧９β・Ｚ１／（Ｚ１＋１０α）……（４）式
またはＺ１＋１０α＜０、且つ、Ｚ３≦９β・Ｚ１／（Ｚ１＋１０α）……（５）式
（ＩＩ）出力歯車が入力側キャリアの公転向きと逆向きに回る場合
｛Ｚ１・（Ｚ３＋β）｝／｛β・Ｚ１−α・Ｚ３｝≦−１０……（６）式
（６）式から次の関係が得られる。
β・Ｚ１＜α・Ｚ３であって、
１０α−Ｚ１＞０、且つ、Ｚ３≦１１β・Ｚ１／（１０α−Ｚ１）……（７）式
または１０α−Ｚ１＜０、且つ、Ｚ３≧１１β・Ｚ１／（１０α−Ｚ１）……（８）式
以上の結果をまとめることにより、請求項１が導かれ、インダクションモータやブラシレスモータでは、外部からの電磁力を受け、回転力を発生させるロータ１を中空形状とし、その空間部に遊星歯車減速機構３を組込むことにより、内歯車を不要として、小型で減速比が１０以上のギアードモータを得ることができる。

また前記（２）式の分母が０の場合は、減速比は無限大すなわち出力歯車は停止状態で機能しない。分母は端数をとれないことから、分母の採り得る最も０に近い数は、１かー１である。これを成り立たせる解の１つが、αとβはともに１かともに−１で、即ち、α・β＝1 で且つ｜Ｚ３−Ｚ１｜＝１である。この場合の減速比は、±Ｚ４・Ｚ１であり、少ない歯数でも大きな減速比を効果的に得られる。非常に小さなロータに適用する場合に有効である。また｜Ｚ３−Ｚ１｜＝１を成り立たせるためには、固定歯車１８は平歯車でなければならない。

また設定する減速比によっては、Ｚ２＝Ｚ1 、且つ| Ｚ４−Ｚ３ |＝1 とし、遊星歯車個数をｐ個とし、遊星歯車の歯１枚分の角度位相を３６０°としたとき、３６０°／ｐずつ位相角度のずれたｐ種類の２段遊星歯車を用いる。例えば１周Ｘ分割されたターンテーブルの駆動源に使用するギアードモータの場合、Ｚ1 ＝Ｚ２、Ｚ３＝Ｘ±1 、Ｚ４＝Ｘ、遊星歯車個数をｐ個とする。
２段遊星歯車の個数が４個の場合には、次のようになる。
．２段遊星歯車の上下の歯の角度位相差
２段遊星歯車Ａ０°
２段遊星歯車Ｂ９０°
２段遊星歯車Ｃ１８０°
２段遊星歯車Ｄ２７０°
ここで、ｍ１＝ｍ２で転位係数も同じ場合、３個の２段遊星歯車Ｂ〜Ｄは、上下の角度位相差が異なる２段遊星歯車となるが、２段遊星歯車Ａだけが上下の角度位相差が０°で、外見上ストレートな１段平歯車となる。この場合は、出力歯車歯数Ｚ４がそのまま減速比になり、あらゆる整数の減速比を設定できる。

図２および図３は、センサレスブラシレスモータに適用した場合の本発明の他の実施形態を示すものでロータ１の外周にステータ２を設け、ロータ１の内側に遊星歯車減速機構３が組込まれている。ステータ２はケース５の内側に複数個のスロット６が形成されここにコイル７が巻回されている。またロータ１は上下部キャリア１２Ａ、キャリア１２Ｂの間に図３に示すように間隔をおいて複数個の永久磁石２３が取付けられ、これら永久磁石２３の間にそれぞれ２段遊星歯車１５が取付けられている。

この２段遊星歯車１５は、固定側遊星歯車１６Ａと出力側遊星歯車１６Ｂの２段の歯車部が一体に形成されている。またケース５の内側には固定歯車１８が接続され、ここを貫通して出力軸２１が突設されている。この出力軸２１の下部は、下部キャリア１２Ｂの中心に回転自在に支持されている。２段遊星歯車１５の固定側遊星歯車１６Ａは前記固定歯車１８に噛合し、また出力側遊星歯車１６Ｂは、出力軸２１の中間に形成した出力歯車１９に噛合している。

次に上記構成をなすギアードモータの動作について説明する。図示しない制御基板によって永久磁石２３の位置が検出されると、その結果に基づき通電すべきスロット６が決定されコイル７に電流が流れる。スロット６が励磁されると、ロータ１の永久磁石２３は引力もしくは反力を受けて回転し、上部キャリア１２Ａと下部キャリア１２Ｂに取付けられれた２段遊星歯車１５の固定側遊星歯車１６Ａは、太陽歯車となる固定歯車１８と噛み合いながら自転・公転運動を行う。この結果、自転・公転運動を行なう２段遊星歯車１５の出力側遊星歯車１６Ｂは、これと噛合する出力歯車１９を回転させ、これに一体に形成された出力軸２１が減速して回転する。図４はリング状の永久磁石２３を部分的に削除したもので、他の構成は図３と同様である。このギアードモータは、部品点数が削減され、組立が容易である上、永久磁石２３はリング状に形成されているので強度が高く、高速回転に対応することができる。

図５ないし図７は扁平型センサレスブラシレスモータに適用した場合の本発明の他の実施形態を示すものである。ロータ１の下方にステータ２を設け、ロータ１の内側の中空部に遊星歯車減速機構３が組込まれている。ステータ２はカバー８の内側の、ロータ１の下方に複数のスロット６を設けてここにコイル７を巻回したもので、厚さ方向には余裕があり、径方向を小さくしたい場合に好適な構造である。なおロータ１の構造は図２と同様である。

図８はブラシ付ＤＣモータに適用した場合の本発明の他の実施形態を示すものである。ロータ１は、中空形状のコンミテータ２４の下部に鉄製のコアを有しない偏平コイル７が取付けられて形成されている。コンミテータ２４の中空部には上部キャリア１２Ａと下部キャリア１２Ｂが設けられ、ここに複数個の２段遊星歯車１５が等間隔に回転自在に取付けられている。リング状の固定歯車１８はケース５に接合され、コンミテータ２４内に挿入されている。

また固定歯車１８の内側を、出力歯車１９を中間に形成した出力軸２１が貫通して回転自在に支持されている。２段遊星歯車１５の固定側遊星歯車１６Ａは前記固定歯車１８に噛合し、また出力側遊星歯車１６Ｂは、出力軸２１の中間に形成した出力歯車１９に噛合している。更にケース５の内側には、扁平コイル７に対向して永久磁石２３が取付けられ、ケース５がヨークも兼ねている。またケース５にはブラシホルダ２５が取付けられ、ここにブラシ２６が図示しないバネで弾性的に支持され、コンミテータ２４の外周に摺接するようになっている。

次に動作について説明する。ブラシ２６に電流を流すと、コンミテータ２４を介して該当する位置の偏平コイル７に通電され、この結果生じる電磁力と、永久磁石２３の電磁力が作用してロータ１が高速回転する。コンミテータ２４が回転することにより、固定歯車１８の周囲を２段遊星歯車１５が自転・公転し、出力歯車１９が回転して減速された回転力が出力軸２１から出力される。

図９はブラシ付きＤＣモータのコンミテータ２４の内側に遊星歯車減速機構３を組込んだギアードモータを示すものである。ステータ２は、ケース５の内側に永久磁石２３を取付け、カバー８に円筒状のブラシホルダ２５が取付けられ、この側面に、バネ２７を介してブラシ２６が弾性的に支持されていると共に、ケース５の底部中央に、円筒状の固定歯車１８が接続されて構成されている。またロータ１は、コア２８の内側に内接型コンミテータ２４が設けられ、更にコア２８の内側下部に遊星歯車減速機構３が取付けられている。

この遊星歯車減速機構３は、上部キャリア１２Ａと下部キャリア１２Ｂとの間に複数個の２段遊星歯車１５が回転自在に取付けられ、固定側遊星歯車１６Ａは前記固定歯車１８に噛合し、また出力側遊星歯車１６Ｂは、出力軸２１の中間に形成した出力歯車１９に噛合している。また上部キャリア１２Ａの中央部は上方に突出し、ブラシホルダ２５に取付けた軸受２０で回転自在に支持されている。なお動作は、ロータ１の回転により、これと一体に遊星歯車減速機構３の上下部キャリア１２Ａ、１２Ｂが固定歯車１８を太陽歯車として、２段遊星歯車１５がこの周りを自転・公転運動し、出力歯車１９が回転して出力軸２１から減速されて出力する。

図１０はセンサレスブラシレスモータを用いてロボットアームの関節として用いるギアードモータである。固定側アーム３１の先端にケース５Ａが一体に形成され、このケース５Ａの中心に固定歯車１８が取付けられている。またロータ１はリング３２の内側に複数個のスロット６が形成され、ここにコイル７が巻回されている。このリング３２をケース５Ａ内に装着してステータ２が形成されている。リング状の４極の永久磁石２３の上下に上部キャリア１２Ａと下部キャリア１２Ｂが一体に接続され、上下部キャリア１２Ａ、１２Ｂに開孔した４個の取付孔３３に４個の２段遊星歯車１５が回転自在に支持されている。これら２段遊星歯車１５は、図１１に示すように固定側遊星歯車１６Ａと出力側遊星歯車１６Ｂの角度位相差が９０°ずつずれた４種類４個である。また出力側アーム３４の先端にケース５Ｂが一体に形成され、このケース５Ｂの中心に出力歯車１９が設けられ、この中心に回転軸３６が取付けられている。この回転軸３６を軸受２０に貫通させて、その下端を固定歯車１８に挿着して抜け止めのピン３５で連結してケース５Ｂを回転自在に支持している。

上記構成のギアードモータは、ロボットの関節として用いた場合、大きな減速比が得られることから、大きな回転トルクに変換でき、重量物の搬送などに好適である。

（実施例１）
図１に示すインダクションモータを用いたギアードモータにおいて、ロータ１内に設けた遊星歯車減速機構３は、３個の２段遊星歯車１５がピッチ角度１２０°等分となるように取付けられている。各歯車のモジュール、歯数、転位係数は以下の通りである。
. モジュール歯数転位係数
固定側遊星歯車ｍ１１．０６９Ｚ１ 1３＋０．０７
出力側遊星歯車ｍ２１Ｚ２１４０
固定歯車ｍ１１．０６９Ｚ３１６ −０．０７
出力歯車ｍ２１Ｚ４１７０

２段遊星歯車１５の自転数は、１６／１３回転である。従って、出力歯車１９に噛み合うべき歯数は、次式の通りである。
１４×１６≒ １７．２３１
しかし出力歯車１９の歯数は、１７しか無いので、その差０．２３１枚分だけ出力歯車１９は、公転方向と逆向きに回転する。この時の回転数は、０．２３１／１７≒０．０１３６である。これがロータ１の入力１回転に対する出力で、減速比は逆数の約７３．７となる。
この場合、２段遊星歯車１５の歯先は、公転軸を中心とする直径４５ｍｍ前後の円軌跡を描く。このため、それ程大きなロータ径でなくても、収納可能である。このようにギアードモータの遊星歯車減速機構３は、少ない歯数の歯車の組み合わせにもかかわらず、大きな減速比を得ることができる。

（実施例２）
実施例１と同様に図１に示すインダクションモータに適用させたギアードモータにおいて、遊星歯車減速機構３の２段遊星歯車１５を５個とし、各歯車のモジュール、歯数、転位係数は以下の通りである。
. モジュール歯数転位係数
固定側遊星歯車ｍ１０．５Ｚ１８＋０．４２
出力側遊星歯車ｍ２０．４Ｚ２１１＋０．３
固定歯車ｍ１０．５Ｚ３１５ −０．０５
出力歯車ｍ２０．４Ｚ４２０＋０．０１６
ここで、固定歯車１８と出力歯車１９の歯数は、ともに５の倍数であるので、２段遊星歯車１５は１種類ですむ。２段遊星歯車１５が５個で、大きなトルクの伝達が可能になって、減速比は、−３２であった。

（実施例３）
図２および図３に示すセンサレスブラシレスモータを用いたギアードモータにおいて、２段遊星歯車１５を４個用い、永久磁石２３を間隔をおいて４個配置し、この間に２段遊星歯車１５を配置した。上下部キャリア１２Ａ、１２Ｂは含油焼結合金で作られ軸受も兼用している。各歯車のモジュール、歯数、転位係数は以下の通りである。
. モジュール歯数転位係数
固定側遊星歯車ｍ１０．５３４Ｚ１１４０
出力側遊星歯車ｍ２０．５Ｚ２１５０
固定歯車ｍ１０．５３４Ｚ３１５０
出力歯車ｍ２０．５Ｚ４１６０
減速比は、−２４４となった。

（実施例４）
図２および図３に示すセンサレスブラシレスモータを用いたギアードモータにおいて、３１分割されたターンテーブルの駆動源として用いた例を示す。２段遊星歯車１５は４個用い、その際に、歯１枚分の角度位相を３６０°としたとき、
上下の歯が９０°ずつ位相角度のずれた例えば図１１に示すように４種類のものを用いた。ここで１個の２段遊星歯車１５は角度位相が０°で実際にはストレート形状の１段平歯車である。各歯車の数値は以下の通りである。
. モジュール歯数転位係数
固定側遊星歯車ｍ１１Ｚ１１５０
出力側遊星歯車ｍ２１Ｚ２１５０
固定歯車ｍ１１Ｚ３３２ −０．２４
出力歯車ｍ２１Ｚ４３１＋０．２６
Ｚ１＝Ｚ２であるが、構造も動作も基本的には、実施例３と同じである。２段遊星歯車１５が、固定歯車１８の周囲を１公転することにより、３２枚分のカミアイが生じる。しかし固定歯車１８の歯数Ｚ４は３１であるので、１枚分だけ、公転方向と逆向きに固定歯車１８が回転する。すなわち、ロータが１回転するたびに、ターンテーブルは、３１分割された隣の位置に移動していくことになる。

（実施例５）
図８に示すブラシ付きＤＣモータのコンミテータの空間部内に組込んだギアードモータにおいて、亜鉛ダイキャスト製の２段遊星歯車１５を３個等間隔に配置し、含油焼結合金製の上部キャリア１２Ａと下部キャリア１２Ｂの間に取付けた。コンミテータ２４の外径は２５ｍｍで、コンミテータ２４に、鉄製のコアを有しない偏平コイル７が巻回され、フェノール樹脂でモールドされている。ここで、各歯車の数値は以下の通りである。
. モジュール歯数転位係数
固定側遊星歯車ｍ１０．４５Ｚ１１０＋０．２４
出力側遊星歯車ｍ２０．４Ｚ２１１＋０．１８
固定歯車ｍ１０．４５Ｚ３２１ −０．０２３
出力歯車ｍ２０．４Ｚ４２４ −０．２２９５
減速比は約−２６．７であった。

（実施例６）
図９に示す、コア２８の内側に内接型コンミテータ２４を設け、この内側にブラシ２６を設けると共に、内接型コンミテータ２４の下方に遊星歯車減速機構３を設けたブラシ付きＤＣモータのコンミテータの空間部内に組込んだギアードモータにおいて、遊星歯車減速機構３の構成部品をいずれもガラス質金属の成形加工したものを用いた。２段遊星歯車１５は３個配置し、コア２８は軟磁性粉末の成形体で作られている。ここで、各歯車の数値は以下の通りである。
. モジュール歯数転位係数
固定側遊星歯車ｍ１０．１１１Ｚ１１０＋０．２４
出力側遊星歯車ｍ２０．１Ｚ２１１＋０．１８
固定歯車ｍ１０．１１１Ｚ３２７ −０．２４
出力歯車ｍ２０．１Ｚ４３０ −０．１８
２段遊星歯車１５の公転１回転に伴う自転数は、２７／１０＝２．７回転である。出力歯車１９の噛み合うべき歯数は、これに１１枚を乗じた２９．７である。しかしながら出力歯車１９の歯数Ｚ４は、これより僅かに多い３０に設定してあるので、その差分の０．３枚分、公転方向と同じ向きにずれる。この結果、回転数は、０．３／３０回転であり、減速比はその逆数の１００となった。

（実施例７）
図１０に示す、ロボットアームの関節として動作するギアードモータにおいて、２段遊星歯車１５はポリアセタールの射出成形品で、角度位相差が９０°ずつずれた４種類４個を配置し、含油焼結合金で形成された上下部キャリア１２Ａ、１２Ｂの間に等間隔に取付けられている。また固定側アーム３１とケース５Ａ、および出力アーム３３とケース５Ｂはともに亜鉛ダイキャストで一体に成形されている。ここで、各歯車の数値は以下の通りである。
．モジュール歯数転位係数
固定側遊星歯車ｍ１０．５３４Ｚ１１４０
出力側遊星歯車ｍ２０．５Ｚ２１５０
固定歯車ｍ１０．５３４Ｚ３１５０
出力歯車ｍ２０．５Ｚ４１６０
減速比は−２２４となり、大きなトルクが得られた。

本発明の実施の一形態によるインダクションモータを組込んだギアードモータの縦断面図である。本発明の他の実施の形態によるセンサレスブラシレスモータを組込んだギアードモータの縦断面図である。図２のギアードモータを示す水平断面図である。本発明の他の実施の形態によるリング状の１個の永久磁石を用いたギアードモータの水平断面図である。本発明の異なる他の実施の形態によるセンサレスブラシレスモータを組込んだギアードモータの縦断面図である。図５のＡーＡ断面図である。図５のＢーＢ断面図である。本発明の異なる他の実施の形態によるＤＣモータを組込んだギアードモータの縦断面図である。本発明の異なる他の実施の形態による内接型コンミテータのＤＣモータを組込んだギアードモータの縦断面図である。本発明の他の実施の形態によるロボット関節として使用するギアードモータを分解して示す斜視図である。２段遊星歯車の異なる角度位相差を平面的に示す説明図である。

１ロータ
２ステータ
３遊星歯車減速機構
４珪素鋼板
５、５Ａ、５Ｂケース
６スロット
７コイル
８カバー
９ロータ受け板
１０軸受けブラケット
１２Ａ上部キャリア
１２Ｂ下部キャリア
１４軸受
１５２段遊星歯車
１６Ａ固定側遊星歯車
１６Ｂ出力側遊星歯車
１８固定歯車
１９出力歯車
２０軸受
２１出力軸
２２貫通孔
２３永久磁石
２４コンミテータ
２５ブラシホルダ
２６ブラシ
２７バネ
２８コア
３０関節
３１固定側アーム
３２リング
３３取付孔
３４出力側アーム
３５ピン
３６回転軸

Claims

ロータの周囲にステータを配置して１個のケース内に設けたモータの、前記ロータの中心部に遊星歯車減速機構を設け、この遊星歯車減速機構は、モジュールｍ１、歯数Ｚ１の固定側遊星歯車と、モジュールｍ２、歯数Ｚ２の出力側遊星歯車との、モジュールと歯数、または上下の歯の角度位相の少なくともいずれかが異なる歯車を一体に形成した２段遊星歯車を、間隔をおいて配置した２個の入力側キャリアの間に回転自在に支持し、この２個の入力側キャリアの間の回転軸中心に、モジュールｍ１、歯数Ｚ３の平歯車で形成され、ステータを構成する回転不能な固定歯車と、これと同軸上に、前記ケース外に先端が突出したロータ出力軸を設け、ここにモジュールｍ２、歯数Ｚ４の平歯車で形成された回転可能な出力歯車を設け、前記２段遊星歯車の固定側遊星歯車を固定歯車の外周に噛合させると共に、２段遊星歯車の出力側遊星歯車を、出力歯車の外周に噛合させて、固定歯車と出力歯車の外周を２段遊星歯車が自転・公転運動するように取付け、且つ、Ｚ２＝Ｚ１＋α、Ｚ４＝Ｚ３＋β（但しα、βは、０及び負の数を含む整数、且つαまたはβの少なくとも一方は０でないものとする）とした場合にα・β≧０に設定されていると共に、以下の関係が成立していることを特徴とするギアードモータ。
（１）出力歯車が入力側キャリアの公転向きと同じ向きに回る場合
β・Ｚ１＞α・Ｚ３であって、
Ｚ１＋１０α＞０、且つ、Ｚ３≧９β・Ｚ１／（Ｚ１＋１０α）
またはＺ１＋１０α＜０、且つ、Ｚ３≦９β・Ｚ１／（Ｚ１＋１０α）
（２）出力歯車が入力側キャリアの公転向きと逆向きに回る場合
β・Ｚ１＜α・Ｚ３であって、
１０α−Ｚ１＞０、且つ、Ｚ３≦１１β・Ｚ１／（１０α−Ｚ１）
または１０α−Ｚ１＜０、且つ、Ｚ３≧１１β・Ｚ１／（１０α−Ｚ１）
α・β＝１、且つ｜Ｚ３−Ｚ１｜＝１としたことを特徴とする請求項１記載のギアードモータ。
ロータに設けた永久磁石部または磁性金属を分離若しくは部分的に削除し、できた径方向の隙間に２段遊星歯車を配置したことを特徴とする請求項１記載のギアードモータ。
固定側アームに接続した一方のケースにステータを接続し、出力側アームに接続した他方のケースにロータを接続したモ−タの、前記ロータの中心部に遊星歯車減速機構を設け、この遊星歯車減速機構は、モジュールｍ１、歯数Ｚ１の固定側遊星歯車と、モジュールｍ２、歯数Ｚ２の出力側遊星歯車との、モジュールと歯数、または上下の歯の角度位相の少なくともいずれかが異なる歯車を一体に形成した２段遊星歯車を、間隔をおいて配置した２個の入力側キャリアの間に回転自在に支持し、この２個の入力側キャリアの間の回転軸中心に、一方のケースの内側に固定されたモジュールｍ１、歯数Ｚ３の平歯車で形成された回転不能な固定歯車を一体に設け、これと同軸上に前記他方のケースの内側にモジュールｍ２、歯数Ｚ４の平歯車で形成され回転可能な出力歯車が一体に設けられ、この出力歯車を固定歯車に回転可能に連結する回転軸を設けて、前記２段遊星歯車の固定側遊星歯車を固定歯車の外周に噛合させると共に、２段遊星歯車の出力側遊星歯車を、出力歯車の外周に噛合させ、固定歯車と出力歯車の外周を２段遊星歯車が自転・公転運動するように取付け、前記出力側アームに接続した他方のケースを回転させてロボットの関節として動作し、且つ、Ｚ２＝Ｚ１＋α、Ｚ４＝Ｚ３＋β（但しα、βは、０及び負の数を含む整数、且つαまたはβの少なくとも一方は０でないものとする）とした場合にα・β≧０に設定されていると共に、以下の関係が成立していることを特徴とするギアードモータ。
（１）出力歯車が入力側キャリアの公転向きと同じ向きに回る場合
β・Ｚ１＞α・Ｚ３であって、
Ｚ１＋１０α＞０、且つ、Ｚ３≧９β・Ｚ１／（Ｚ１＋１０α）
またはＺ１＋１０α＜０、且つ、Ｚ３≦９β・Ｚ１／（Ｚ１＋１０α）
（２）出力歯車が入力側キャリアの公転向きと逆向きに回る場合
β・Ｚ１＜α・Ｚ３であって、
１０α−Ｚ１＞０、且つ、Ｚ３≦１１β・Ｚ１／（１０α−Ｚ１）
または１０α−Ｚ１＜０、且つ、Ｚ３≧１１β・Ｚ１／（１０α−Ｚ１）