JP6601836B2 - 電動機付き減速機 - Google Patents

Description

本発明は、電動機付き減速機に関する。

従来、電動機と減速機とを備え、電動機から得られる動力を減速させて出力する電動機付き減速機が知られている。図７は、従来の電動機付き減速機１Ｘの構造を、概念的に示した図である。図７の電動機付き減速機１Ｘは、電動機２０Ｘと、減速機構３０Ｘと、減速後の回転数で回転する出力部４０Ｘと、を有する。ただし、図７の例では、電動機２０Ｘ、減速機構３０Ｘ、および出力部４０Ｘが、電動機２０Ｘの中心軸９Ｘに沿う方向（軸方向）に配列されている。このため、電動機付き減速機１Ｘの軸方向の寸法が長くなる。したがって、図７の構造を有する電動機付き減速機１Ｘは、作業ロボットやアシストスーツの関節部分、ターンテーブル、ホイールイン割出盤などのように、軸方向の寸法に厳しい制限がある用途には不向きである。

電動機付き減速機の軸方向の寸法を抑えるためには、例えば、回転軸の周りに電動機を設け、当該電動機の外周側に減速機構を同心円状に配置することが、考えられる。そうすれば、電動機と減速機構とが、同一の軸方向位置に配置されるため、電動機付き減速機を、全体として軸方向に薄型化できる。電動機の外周側に減速機構を配置した従来の電動機付き減速機については、例えば、実開昭６０−１６６２５９号公報に記載されている。
実開昭６０−１６６２５９号公報

実開昭６０−１６６２５９号公報には、アウターロータ形のモータの外側に、減速機としてのハーモニックギヤを配置した構造が示されている。しかしながら、当該公報の構造では、モータの固定子継鉄と可動サーキュラスプラインとを、当該公報の第１図に示された構成部品とは異なる部材（装置外の部材）で支持する必要がある。したがって、当該公報の第１図に示された構成部品だけでは、独立したアセンブリとして扱うことができない。また、固定子継鉄および可動サーキュラスプラインを支持するための部材が別途必要であることから、実際の使用時には、その分の軸方向の厚みがさらに必要となる。

また、実開昭６０−１６６２５９号公報の構造では、回転子継鉄の支持軸が無い。このため、回転子継鉄が、ウェブジェネレータを介してサーキュラスプラインに支持されることとなる。このような構造では、回転子継鉄の回転姿勢が不安定となる。したがって、歯筋が傾いたりピッチ円が変化したりして、正常な歯当たりを得ることができず、騒音や振動が生じやすいと考えられる。また、歯車の損傷も生じやすいと考えられる。

本発明の目的は、軸方向の寸法が短く、独立したアセンブリとして扱うことができ、かつ、振動および騒音の小さい電動機付き減速機を提供することである。

本願の例示的な第１発明は、ケーシングと、前記ケーシングに対する回転運動を発生させる電動機と、前記電動機から得られる回転運動を減速させながら伝達する減速機構と、減速後の回転数で回転する出力部と、前記ケーシングまたは前記ケーシングに固定された部材と前記電動機の回転部とを回転可能に接続する第１軸受と、前記ケーシングと前記出力部とを回転可能に接続する第２軸受と、を有し、前記回転部は、ロータマグネットを有し、前記電動機の回転軸に対して垂直な同一平面上に、前記第１軸受、前記ロータマグネット、前記減速機構の歯車列、前記出力部、および前記第２軸受が、配列され、前記電動機の径方向において、前記第１軸受と前記第２軸受との間に、前記ロータマグネット、および前記減速機構の歯車列が、少なくとも配置される電動機付き減速機である。

本願の例示的な第１発明によれば、電動機の回転軸に対して垂直な同一平面上に、第１軸受、ロータマグネット、減速機構の歯車列、前記出力部、および第２軸受を配列する。これにより、電動機付き減速機を、軸方向に薄型化できる。また、電動機付き減速機内の全ての部材が、ケーシングに直接または間接的に支持される。このため、電動機付き減速機を、独立したアセンブリとして扱うことができる。また、径方向内側と径方向外側とに２つの軸受を有するため、電動機の回転部、減速機構、および出力部の回転姿勢が安定する。したがって、駆動時の振動および騒音を低減できるとともに、歯車の損傷を抑制できる。

図１は、第１実施形態に係る電動機付き減速機の概念図である。 図２は、第２実施形態に係る電動機付き減速機の縦断面図である。 図３は、第２実施形態に係る電動機付き減速機の横断面図である。 図４は、第３実施形態に係る電動機付き減速機の縦断面図である。 図５は、第４実施形態に係る電動機付き減速機の縦断面図である。 図６は、第５実施形態に係る電動機付き減速機の縦断面図である。 図７は、従来の電動機付き減速機の概念図である。

以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本願では、電動機の回転軸と平行な方向を「軸方向」、回転軸に直交する方向を「径方向」、回転軸を中心とする円弧に沿う方向を「周方向」、とそれぞれ称する。ただし、上記の「平行な方向」は略平行な方向も含むものとする。また、上記の「直交する方向」は略直交する方向も含むものとする。

＜１．第１実施形態＞
図１は、本発明の一実施形態に係る電動機付き減速機１Ａを、概念的に示した図である。図１に示すように、この電動機付き減速機１Ａは、ケーシング１０Ａ、電動機２０Ａ、減速機構３０Ａ、出力部４０Ａ、第１軸受７１Ａ、および第２軸受７２Ａを有する。図１では、ケーシング１０Ａのみに網掛けが施されている。

電動機２０Ａは、ケーシング１０Ａに対する回転運動を発生させる要素である。電動機２０Ａを駆動させると、電動機２０Ａの回転部２５Ａが、回転軸９Ａを中心として回転する。ケーシング１０Ａまたはケーシング１０Ａに固定された部材と、電動機２０Ａの回転部２５Ａとは、第１軸受７１Ａによって、回転可能に接続される。

減速機構３０Ａは、電動機２０Ａから得られる回転運動を、減速させながら出力部４０Ａへ伝達する。出力部４０Ａは、減速後の回転数で、回転軸９Ａを中心として回転する。また、ケーシング１０Ａと出力部４０Ａとは、第２軸受７２Ａによって、回転可能に接続される。

この電動機付き減速機１Ａでは、電動機２０Ａの回転軸９Ａに対して垂直な同一平面９０Ａ上に、第１軸受７１Ａ、電動機２０Ａの回転部２５Ａに含まれるロータマグネット、減速機構３０Ａの歯車列、および第２軸受７２Ａが、配列される。すなわち、第１軸受７１Ａ、電動機２０Ａのロータマグネット、減速機構３０Ａの歯車列、および第２軸受７２Ａの各々の少なくとも一部分が、同一平面９０Ａ内に位置する。このため、これらの複数の要素の一部が同一平面９０Ａから外れた位置に配置される場合と比べて、電動機付き減速機１Ａを軸方向に薄型化できる。

また、この電動機付き減速機１Ａでは、電動機２０Ａ、減速機構３０Ａ、および出力部４０Ａを含む全ての要素が、ケーシング１０Ａに直接または間接的に支持されている。このため、電動機付き減速機１Ａ内の一部の要素を、外部の部材によって支持する必要はない。したがって、電動機付き減速機１Ａを、独立したアセンブリとして扱うことができる。

また、この電動機付き減速機１Ａでは、第１軸受７１Ａと第２軸受７２Ａとの間に、電動機２０Ａの回転部２５Ａ、減速機構３０Ａ、および出力部４０Ａが支持される。これにより、電動機２０Ａの回転部２５Ａ、減速機構３０Ａ、および出力部４０Ａの回転姿勢が安定する。その結果、電動機付き減速機１Ａの駆動時における振動および騒音を低減できる。また、減速機構３０Ａに含まれる歯車列が、噛み合いによって互いに損傷することを抑制できる。

＜２．第２実施形態＞
図２は、本発明の第２実施形態に係る電動機付き減速機１の縦断面図である。図３は、図２のＡ−Ａ位置から見た電動機付き減速機１の横断面図である。この電動機付き減速機１は、電動機２０から得られる第１回転数の回転運動を、第１回転数よりも低い第２回転数の回転運動に変換して、出力部４０を回転させる装置である。電動機付き減速機１は、例えば、作業ロボットにおけるアームの関節部分に組み込まれて、アームの屈伸運動を実現させるために用いられる。ただし、本発明の電動機付き減速機は、アシストスーツ、ターンテーブル、工作機械の割出盤、車椅子、無人搬送車などの他の機器に組み込まれて、各種の回転運動を実現させるものであってもよい。

図２および図３に示すように、本実施形態の電動機付き減速機１は、ケーシング１０、電動機２０、減速機構３０、出力部４０、回路基板５０、および検出器６０を有する。

ケーシング１０は、電動機付き減速機１内の各部を直接または間接的に支持する金属製の部材である。ケーシング１０は、例えば、作業ロボットのアームを構成する２つのアーム部材９１，９２のうちの基端側のアーム部材９１に、ねじ止めによって固定される。図２に示すように、ケーシング１０は、ベース部１１、内側円筒部１２、固定内歯歯車部１３、および外側円筒部１４を有する。

ベース部１１は、電動機２０の回転軸９に対して略垂直に配置された、円板状の部位である。内側円筒部１２は、ベース部１１の一方の面から、回転軸９の周囲を取り囲むように、電動機２０側へ略円筒状に延びる。固定内歯歯車部１３は、ベース部１１の径方向外側の端縁部と出力部４０との間に位置する円環状の部位である。固定内歯歯車部１３の内周面には、複数の内歯が、周方向に一定のピッチで設けられている。外側円筒部１４は、出力部４０の径方向外側に位置する円筒状の部位である。内側円筒部１２、固定内歯歯車部１３、および外側円筒部１４は、いずれも、回転軸９と同軸に配置される。

電動機２０は、駆動電流に応じて回転運動を発生させる駆動源である。電動機２０は、ステータ２１、シャフト２２、ハブ２３、およびロータマグネット２４を有する。ステータ２１は、ケーシング１０に対して相対的に静止する。シャフト２２、ハブ２３、およびロータマグネット２４は、ケーシング１０に対して回転可能に支持される。すなわち、本実施形態では、ステータ２１が、電動機２０の静止部を構成し、シャフト２２、ハブ２３、およびロータマグネット２４が、電動機２０の回転部を構成する。

ステータ２１は、複数の突極部をもつ環状のステータコア２１１と、各突極部に巻かれたコイル２１２とを有する。ステータコア２１１の内周面は、ケーシング１０の内側円筒部１２の外周面に、例えば圧入や接着剤で固定される。このように、本実施形態では、ケーシング１０に直接ステータ２１が固定されている。これにより、電動機２０の部品点数が低減されている。

シャフト２２は、回転軸９に沿って配置された柱状の部材である。シャフト２２の少なくとも一部分は、ケーシング１０の内側円筒部１２内に配置される。シャフト２２と内側円筒部１２との間には、２つの第１軸受７１が介在する。２つの第１軸受７１は、軸方向に間隔をあけて配置される。各第１軸受７１の内輪は、シャフト２２の外周面に固定される。また、各第１軸受７１の外輪は、内側円筒部１２の内周面に固定される。

本実施形態では、第１軸受７１に、ボールベアリングが用いられている。ただし、ボールベアリングに代えて、ローラベアリング、クロスローラベアリング、滑り軸受、流体動圧軸受等の他方式の軸受が用いられていてもよい。また、第１軸受７１の内輪とシャフト２２との間、または、第１軸受７１の外輪とケーシング１０との間に、他の部材が介在していてもよい。

ハブ２３は、シャフト２２とロータマグネット２４とを繋ぐカップ状の部材である。ハブ２３の径方向内側の端縁部は、シャフト２２に固定される。また、ハブ２３の外周部には、円筒状のマグネット保持部２３１が設けられている。ロータマグネット２４は、マグネット保持部２３１の内周面に、例えば接着剤で固定される。本実施形態では、ステータ２１の径方向外側に、ロータマグネット２４が位置する。なお、ロータマグネット２４は、Ｎ極とＳ極とが周方向に交互に着磁された単一のリングマグネットであってもよく、磁極毎に分割された複数のセグメントマグネットであってもよい。

コイル２１２に駆動電流を供給すると、ステータコア２１１の各突極部に磁束が生じる。そして、突極部とロータマグネット２４との間の磁束の作用により、周方向のトルクが発生する。その結果、シャフト２２、ハブ２３、およびロータマグネット２４が、回転軸９を中心として、第１回転数で回転する。なお、本実施形態では、電動機２０に、作業ロボットのアーム駆動に適したステッピングモータを用いている。しかしながら、本発明に用いられる電動機は、必ずしもステッピングモータでなくてもよい。

また、図２に示すように、本実施形態のハブ２３には、複数の通気孔２３２が設けられている。各通気孔２３２は、ハブ２３の一部分をプレスで切り起こすことによって、形成される。電動機２０の駆動時には、各通気孔２３２からハブ２３の内部へ、外気が流入する。これにより、ステータ２１のコイル２１２が冷却される。

減速機構３０は、電動機２０から得られる回転運動を、減速させながら出力部４０へ伝達する機構である。この電動機付き減速機１の減速機構３０には、可撓歯車を利用した、いわゆる波動歯車機構が用いられている。図２および図３に示すように、減速機構３０は、カム３１、可撓外歯歯車３２、および第３軸受３３（基礎出願の「可撓軸受」）を有する。また、本実施形態では、ケーシング１０および出力部４０の各々の一部分が、内歯歯車として、減速機構３０の構成要素となっている。

カム３１は、ハブ２３の外周面に固定された、環状の部材である。図３に示すように、カム３１は、軸方向に見て楕円形の外周面を有する。可撓外歯歯車３２は、可撓性を有するリング状の歯車である。可撓外歯歯車３２の外周面には、複数の外歯３２１が一定のピッチで設けられている。カム３１と可撓外歯歯車３２との間には、第３軸受３３が介在する。第３軸受３３の内輪は、可撓性を有し、カム３１の楕円状の外周面に沿って固定される。第３軸受３３の外輪は、可撓外歯歯車３２の内周面に固定されて、可撓外歯歯車３２とともに変形する。第３軸受３３の内輪と外輪との間には、複数の球体が介在する。

出力部４０は、可撓外歯歯車３２とケーシング１０の外側円筒部１４との間に配置された、円環状の部材である。出力部４０は、例えば、作業ロボットのアームを構成する２つのアーム部材９１，９２のうちの先端側のアーム部材９２に、ねじ止めによって固定される。図３に示すように、出力部４０の内周面には、複数の内歯４１が、周方向に一定のピッチで設けられている。また、出力部４０と外側円筒部１４との間には、第２軸受７２が介在する。

本実施形態では、第２軸受７２に、クロスローラベアリングが用いられている。図２に示すように、第２軸受７２は、出力部４０の外周面と、外側円筒部１４の内周面との間に、複数の円筒ころ７２１を有する。複数の円筒ころ７２１は、出力部４０の外周面に設けられた環状のＶ溝と、外側円筒部１４の内周面に設けられた環状のＶ溝との間に、向きを交互に変えながら配置される。これにより、出力部４０と外側円筒部１４とが、互いの回転を許容しながら、高剛性に接続される。

このようなクロスローラベアリングは、ボールベアリングのように一対で用いずとも、軸方向および径方向に、必要な剛性を得ることができる。すなわち、クロスローラベアリングを用いることで、出力部４０と外側円筒部１４との間に介在するベアリングの数を減らすことができる。これにより、第２軸受７２の重量を低減できるとともに、第２軸受７２の軸方向の寸法を抑えることができる。

なお、本実施形態では、出力部４０の外周面を含む一部分が、第２軸受７２の内輪として機能している。ただし、第２軸受７２は、出力部４０とは別に内輪を有していてもよい。また、本実施形態では、外側円筒部１４の内周面を含む一部分が、第２軸受７２の外輪として機能している。ただし、第２軸受７２は、外側円筒部１４とは別に外輪を有していてもよい。

ハブ２３とともにカム３１が回転すると、カム３１の回転に応じて、可撓外歯歯車３２の形状が変化する。すなわち、軸方向に見たときに、可撓外歯歯車３２はカム３１の外周面の形状に沿った楕円形状となるが、その楕円の長軸が、カム３１の回転に追従して回転する。可撓外歯歯車３２は、外周面に設けられた複数の外歯３２１のうち、長軸の両端に位置する外歯３２１のみが、固定内歯歯車部１３の内歯および出力部４０の内歯４１と噛み合う。

本実施形態では、固定内歯歯車部１３の内歯の数と、可撓外歯歯車３２の外歯３２１の数とが、等しい。このため、カム３１が回転しても、固定内歯歯車部１３と可撓外歯歯車３２との間では、互いに噛み合う歯の位置は変化しない。したがって、固定内歯歯車部１３と可撓外歯歯車３２とは、相対回転しない。

一方、出力部４０の内歯４１の数と、可撓外歯歯車３２の外歯３２１の数とは、互いに異なる。このため、カム３１の１回転ごとに、可撓外歯歯車３２の同じ位置の外歯３２１に噛み合う出力部４０の内歯４１の位置がずれる。これにより、出力部４０が、回転軸９を中心として、ゆっくりと回転する。その結果、基端側のアーム部材９１に対して、先端側のアーム部材９２が、ゆっくりと回動する。このときの出力部４０の回転数は、第１回転数よりも低い第２回転数となる。

なお、カム３１の外周面の形状は、必ずしも楕円形には限られない。カム３１の外周面は、回転軸９からの距離が一定でない他の形状であってもよい。また、本実施形態では、ケーシング１０の一部分（固定内歯歯車部１３）が、固定内歯歯車として機能しているが、固定内歯歯車は、ケーシング１０に対して相対的に静止した別の部材であってもよい。また、本実施形態では、出力部４０の一部分が、可動内歯歯車として機能しているが、可動内歯歯車は、出力部４０とともに回転する別の部材であってもよい。

回路基板５０は、電動機２０を駆動制御するための電気回路が実装された基板である。本実施形態では、ケーシング１０のベース部１１の外側の面に、回路基板５０が取り付けられている。コイル２１２および後述する検出器６０は、それぞれ、回路基板５０と電気的に接続される。電動機付き減速機１の駆動時には、検出器６０から得られる検出信号に基づいて、回路基板５０からコイル２１２に、駆動電流が供給される。これにより、電動機２０が駆動する。

検出器６０は、ケーシング１０に対する出力部４０の回転数または回転位置を検出するセンサである。検出器６０は、例えば、ケーシング１０の固定内歯歯車部１３に設けられた貫通孔または凹部内に、配置される。検出器６０には、例えば、反射式の光センサを用いた、パルス計数型のロータリーエンコーダが用いられる。一方、出力部４０は、検出器６０側の面に、回転軸９を中心とする複数の放射状のスリットなどの模様を有する。検出器６０は、出力部４０の当該模様を光学的に読み取ることによって、出力部４０の回転数または回転位置を検出する。なお、ロータリーエンコーダは、インクリメンタル型であってもよく、アブソリュート型であってもよい。

また、検出器６０に代えて、または、検出器６０とともに、電動機２０内にロータマグネット２４の位置を検出する磁気センサを設けてもよい。当該磁気センサを設ければ、減速前の第１回転数の回転運動を検出することができる。

図２に示すように、本実施形態の電動機付き減速機１は、電動機２０の回転軸９に対して垂直な同一平面（例えば、図２のＡ−Ａ平面）上に、第１軸受７１、ロータマグネット２４、減速機構３０の可撓外歯歯車３２、出力部４０、および第２軸受７２が、配列されている。具体的には、回転軸９から径方向外側へ向けて、第１軸受７１、ロータマグネット２４、減速機構３０の可撓外歯歯車３２、出力部４０、および第２軸受７２が、順に配列される。すなわち、第１軸受７１、ロータマグネット２４、減速機構３０の可撓外歯歯車３２、出力部４０、および第２軸受７２の各々の少なくとも一部分が、同一平面内に位置する。このため、これらの複数の要素の一部が同一平面から外れた位置に配置される場合と比べて、電動機付き減速機１を軸方向に薄型化できる。

特に、本実施形態では、減速機構３０に波動歯車機構が用いられている。波動歯車機構を用いれば、減速前の第１回転数で回転する部材（例えばカム３１）と、減速後の第２回転数で回転する部材（例えば出力部４０）とを、回転軸９に対して垂直な同一平面上に配置しやすい。したがって、波動歯車機構を用いることで、減速機構３０の軸方向の厚みを、より抑えることができる。

また、本実施形態の可撓外歯歯車３２は、図４に示す第３実施形態の可撓外歯歯車３２Ｂのようなフランジ部３２３Ｂを有していない。すなわち、本実施形態の可撓外歯歯車３２は、複数の外歯３２１をもつ筒状部のみからなる。これにより、減速機構３０の軸方向の厚みを、さらに抑えることができる。

また、この電動機付き減速機１では、電動機２０、減速機構３０、出力部４０、回路基板５０、および検出器６０Ｂを含む装置内の全ての要素が、ケーシング１０に直接または間接的に支持されている。このため、電動機付き減速機１内の一部の要素を、外部の部材によって支持する必要はない。したがって、電動機付き減速機１を、独立したアセンブリとして扱うことができる。

また、この電動機付き減速機１では、第１軸受７１と第２軸受７２との間に、電動機２０の回転部、減速機構３０、および出力部４０が支持される。これにより、電動機２０の回転部、減速機構３０、および出力部４０の回転姿勢が安定する。その結果、電動機付き減速機１の駆動時における振動および騒音を低減できる。また、可撓外歯歯車３２、固定内歯歯車部１３、および出力部４０が、噛み合いによって互いに損傷することを抑制できる。

特に、電動機付き減速機１を軸方向に薄型化すると、軸方向の寸法に対する径方向の寸法比率が大きくなる。このため、一般的には、薄型化すればするほど、電動機２０の回転部、減速機構３０、および出力部４０の回転姿勢を安定させることが技術的に難しくなる。しかしながら、本実施形態の構造を採用すれば、上述の通り、電動機付き減速機１を軸方向に薄型化することと、電動機２０の回転部、減速機構３０、および出力部４０の回転姿勢を安定させることとを、両立させることができる。

＜３．第３実施形態＞
続いて、本発明の第３実施形態について説明する。図４は、第３実施形態に係る電動機付き減速機１Ｂの縦断面図である。なお、以下では、第２実施形態との相違点を中心に説明し、第２実施形態と同等の部分については、重複説明を省略する。

本実施形態の電動機付き減速機１Ｂは、車椅子や無人搬送車等の車輪に組み込まれて、車輪を回転させるために用いられる。図４に示すように、この電動機付き減速機１Ｂは、ケーシング１０Ｂ、電動機２０Ｂ、減速機構３０Ｂ、出力部４０Ｂ、回路基板５０Ｂ、および検出器６０Ｂを有する。

本実施形態のケーシング１０Ｂは、第２実施形態のような外側円筒部１４を有していない。また、ケーシング１０Ｂの固定内歯歯車部１３Ｂの径方向外側に、出力部４０Ｂが配置されている。そして、固定内歯歯車部１３Ｂと出力部４０Ｂとが、第２軸受７２Ｂとしてのクロスローラベアリングによって、回転可能に接続されている。

また、本実施形態の可撓外歯歯車３２Ｂは、筒状部３２２Ｂとフランジ部３２３Ｂとを有する。筒状部３２２Ｂは、カム３１Ｂの回転に応じて変形する。また、筒状部３２２Ｂの外周面には、複数の外歯が一定のピッチで設けられている。フランジ部３２３Ｂは、筒状部３２２Ｂの一方の端部から径方向外側へ向けて広がり、出力部４０Ｂの軸方向の端面に、例えばねじ止めで固定される。

可撓外歯歯車３２Ｂの複数の外歯は、固定内歯歯車部１３Ｂの複数の内歯と、互いに噛み合う。ただし、本実施形態では、固定内歯歯車部１３Ｂに設けられた内歯の数と、可撓外歯歯車３２Ｂに設けられた外歯の数とが、互いに異なる。このため、カム３１Ｂの１回転ごとに、固定内歯歯車部１３Ｂの同じ位置の内歯に噛み合う可撓外歯歯車３２Ｂの外歯の位置がずれる。これにより、可撓外歯歯車３２Ｂが、回転軸９Ｂを中心として、ゆっくりと回転する。その結果、可撓外歯歯車３２Ｂのフランジ部３２３Ｂに固定された出力部４０Ｂも、回転軸９Ｂを中心としてゆっくりと回転する。

この電動機付き減速機１Ｂでは、電動機２０Ｂの回転軸９Ｂに対して垂直な同一平面９０Ｂ上に、第１軸受７１Ｂ、ロータマグネット２４Ｂ、減速機構３０Ｂの可撓外歯歯車３２Ｂ、固定内歯歯車部１３Ｂ、および第２軸受７２Ｂが、配列されている。すなわち、第１軸受７１Ｂ、ロータマグネット２４Ｂ、減速機構３０Ｂの可撓外歯歯車３２Ｂ、固定内歯歯車部１３Ｂ、および第２軸受７２Ｂの各々の少なくとも一部分が、同一平面９０Ｂ内に位置する。このため、これらの複数の要素の一部が同一平面９０Ｂから外れた位置に配置される場合と比べて、電動機付き減速機１Ｂを軸方向に薄型化できる。

また、この電動機付き減速機１Ｂでは、電動機２０Ｂ、減速機構３０Ｂ、出力部４０Ｂ、回路基板５０Ｂ、および検出器６０Ｂを含む装置内の全ての要素が、ケーシング１０Ｂに直接または間接的に支持されている。このため、電動機付き減速機１Ｂ内の一部の要素を、外部の部材によって支持する必要はない。したがって、電動機付き減速機１Ｂを、独立したアセンブリとして扱うことができる。

また、この電動機付き減速機１Ｂでは、第１軸受７１Ｂと第２軸受７２Ｂとで、電動機２０Ｂの回転部、減速機構３０Ｂ、および出力部４０Ｂが支持される。これにより、電動機２０Ｂの回転部、減速機構３０Ｂ、および出力部４０Ｂの回転姿勢が安定する。その結果、電動機付き減速機１Ｂの駆動時における振動および騒音を低減できる。また、可撓外歯歯車３２Ｂおよび固定内歯歯車部１３Ｂが、噛み合いによって互いに損傷することを抑制できる。

また、本実施形態の構造を採用すれば、電動機付き減速機１Ｂの最外周部に、出力部４０Ｂを配置できる。したがって、出力部４０Ｂの外周面にゴム製のタイヤ９３Ｂを取り付けるだけで、自発的に駆動する車輪を容易に実現できる。また、本実施形態の電動機付き減速機１Ｂは、独立したアセンブリとして扱うことができるため、例えば、無人搬送車の荷台９４Ｂに、ケーシング１０Ｂをねじ止めするだけで、無人搬送車に車輪を付加することができる。

＜４．第４実施形態＞
続いて、本発明の第４実施形態について説明する。図５は、第４実施形態に係る電動機付き減速機１Ｃの縦断面図である。なお、以下では、第２実施形態との相違点を中心に説明し、第２実施形態と同等の部分については、重複説明を省略する。

図５に示すように、本実施形態の電動機付き減速機１Ｃは、ケーシング１０Ｃ、電動機２０Ｃ、減速機構３０Ｃ、出力部４０Ｃ、回路基板５０Ｃ、および検出器６０Ｃを有する。

上述した第２実施形態では、ステータ２１よりも径方向外側にロータマグネット２４が配置された、いわゆるアウターロータ型の電動機２０が用いられていた。これに対し、本実施形態では、ステータ２１Ｃよりも径方向内側にロータマグネット２４Ｃが配置された、いわゆるインナーロータ型の電動機２０Ｃを用いている。以下、本実施形態の電動機２０Ｃの構造について、説明する。

電動機２０Ｃのステータ２１Ｃは、径方向内側へ向けて突出した複数の突極部をもつ環状のステータコア２１１Ｃと、各突極部に巻かれたコイル２１２Ｃとを有する。ステータコア２１１Ｃの外周面は、ケーシング１０Ｃの内側円筒部１２Ｃの内周面に、例えば圧入や接着剤で固定される。また、シャフト２２Ｃの端部は、ケーシング１０Ｃのベース部１１Ｃに、例えば圧入で固定される。すなわち、第２実施形態では、シャフト２２が回転部に属していたが、本実施形態では、シャフト２２Ｃが静止部に属する。

ハブ２３Ｃは、ロータマグネット２４Ｃとカム３１Ｃとを繋ぐカップ状の部材である。ハブ２３Ｃの内周部には、円筒状のマグネット保持部２３１Ｃが設けられている。ロータマグネット２４Ｃは、マグネット保持部２３１Ｃの外周面に固定される。また、ハブ２３Ｃの外周部には、円筒状のカム保持部２３２Ｃが設けられている。カム３１Ｃは、カム保持部２３２Ｃの外周面に固定される。

シャフト２２Ｃとマグネット保持部２３１Ｃとの間には、２つの第１軸受７１Ｃが介在する。２つの第１軸受７１Ｃは、軸方向に間隔をあけて配置される。各第１軸受７１Ｃの内輪は、シャフト２２Ｃの外周面に固定される。各第１軸受７１Ｃの外輪は、マグネット保持部２３１Ｃの内周面に固定される。なお、図５の例では、第１軸受７１Ｃに、ボールベアリングが用いられている。

コイル２１２Ｃに駆動電流を供給すると、ステータコア２１１Ｃの各突極部に磁束が生じる。そして、突極部とロータマグネット２４Ｃとの間の磁束の作用により、周方向のトルクが生じる。その結果、ハブ２３Ｃおよびロータマグネット２４Ｃが、回転軸９Ｃを中心として、第１回転数で回転する。

この電動機付き減速機１Ｃにおいても、電動機２０Ｃの回転軸９Ｃに対して垂直な同一平面９０Ｃ上に、第１軸受７１Ｃ、ロータマグネット２４Ｃ、減速機構３０Ｃの可撓外歯歯車３２Ｃ、出力部４０Ｃ、および第２軸受７２Ｃが、配列されている。すなわち、第１軸受７１Ｃ、ロータマグネット２４Ｃ、減速機構３０Ｃの可撓外歯歯車３２Ｃ、出力部４０Ｃ、および第２軸受７２Ｃの各々の少なくとも一部分が、同一平面９０Ｃ内に位置する。このため、これらの要素の一部が同一平面９０Ｃから外れた位置に配置される場合と比べて、電動機付き減速機１Ｃを軸方向に薄型化できる。

また、この電動機付き減速機１Ｃにおいても、電動機２０Ｃ、減速機構３０Ｃ、出力部４０Ｃ、回路基板５０Ｃ、および検出器６０Ｃを含む装置内の全ての要素が、ケーシング１０Ｃに直接または間接的に支持されている。このため、電動機付き減速機１Ｃ内の一部の要素を、外部の部材によって支持する必要はない。したがって、電動機付き減速機１Ｃを、独立したアセンブリとして扱うことができる。

また、この電動機付き減速機１Ｃにおいても、第１軸受７１Ｃと第２軸受７２Ｃとの間に、電動機２０Ｃの回転部、減速機構３０Ｃ、および出力部４０Ｃが支持される。これにより、電動機２０Ｃの回転部、減速機構３０Ｃ、および出力部４０Ｃの回転姿勢が安定する。その結果、電動機付き減速機１Ｃの駆動時における振動および騒音を低減できる。また、可撓外歯歯車３２Ｃ、固定内歯歯車部１３Ｃ、および出力部４０Ｃが、噛み合いによって互いに損傷することを抑制できる。

＜５．第５実施形態＞
続いて、本発明の第５実施形態について説明する。図６は、第５実施形態に係る電動機付き減速機１Ｄの縦断面図である。なお、以下では、第２実施形態との相違点を中心に説明し、第２実施形態と同等の部分については、重複説明を省略する。

図６に示すように、本実施形態の電動機付き減速機１Ｄでは、第３軸受３３Ｄの外輪３４Ｄの外周面に、複数の外歯３４１Ｄが一定のピッチで設けられている。そして、当該複数の外歯３４１Ｄの一部が、固定内歯歯車部１３Ｄの内歯および出力部４０Ｄの内歯と噛み合っている。すなわち、上記の第２実施形態では、第３軸受３３の外輪と可撓外歯歯車３２とが別部材であったのに対し、本実施形態では、第３軸受３３Ｄの外輪３４Ｄと可撓外歯歯車とが、単一の部材となっている。

第３軸受の外輪と可撓外歯歯車とを別部材にすると、電動機付き減速機の駆動時に、外歯に作用する力によって、可撓外歯歯車に僅かな捻りが生じる。そして、当該捻りの分力が、可撓外歯歯車に対して軸方向に作用する。このため、第３軸受に対して可撓外歯歯車が軸方向に移動しないように、寄り止め部材を設ける必要がある。しかしながら、寄り止め部材を設けると、可撓外歯歯車と寄り止め部材と間の摩擦によって、可撓外歯歯車に摩耗や発熱が生じ、電動機付き減速機の駆動効率が低下する虞がある。

これに対し、図６の電動機付き減速機１Ｄでは、第３軸受３３Ｄの外輪３４Ｄに、可撓外歯歯車の機能を併せ持たせている。外輪３４Ｄは、その内周面に環状の溝部３４２Ｄを有する。そして、当該溝部３４２Ｄに、複数の球体３５Ｄが接触する。このため、溝部３４２Ｄに球体３５Ｄが嵌まることによって、外輪３４Ｄの軸方向の移動が制限される。したがって、外輪３４Ｄの軸方向の位置を制限するために、別途位置決め部材を設ける必要はない。すなわち、位置決め部材に起因する摩擦や効率低下の問題も生じない。また、第３軸受３３Ｄの外輪３４Ｄと可撓外歯歯車とを単一の部材にすれば、電動機付き減速機１Ｄの部品点数も低減できる。

特に、図６の例では、第３軸受３３Ｄの複数の球体３５Ｄが、２列に配置されている。すなわち、複数の球体３５Ｄは、第１の軸方向位置において環状に配列された第１の球体列３５１Ｄと、第１の軸方向位置とは異なる第２の軸方向位置において環状に配列された第２の球体列３５２Ｄとを有する。このように、複数の球体３５Ｄを２列に配置すれば、第３軸受３３Ｄの剛性をより高めることができる。したがって、内輪３６Ｄに対する外輪３４Ｄの軸方向の位置ずれを、より抑制できる。なお、複数の球体３５Ｄは、１列に配置されていてもよく、３列以上に配置されていてもよい。

また、本実施形態の電動機付き減速機１Ｄでは、第３軸受３３Ｄの内輪３６Ｄが、ハブ２３Ｄの外周面に固定されている。そして、内輪３６Ｄが、軸方向に見て楕円形の外周面を有する。すなわち、上記の第２実施形態では、第３軸受３３の内輪とカム３１とが別部材であったのに対し、本実施形態では、第３軸受３３Ｄの内輪３６Ｄとカムとが、単一の部材となっている。

このように、第３軸受３３Ｄの内輪３６Ｄにカムの機能を併せ持たせれば、電動機付き減速機１Ｄの部品点数を低減できる。また、第３軸受およびカムの全体としての径方向の寸法が低減される。したがって、電動機付き減速機１Ｄを径方向に小型化しやすくなる。あるいは、電動機２０Ｄの磁気回路部分であるステータ２１Ｄおよびロータマグネット２４Ｄの径方向の寸法を大きくとることができる。これにより、電動機２０Ｄの出力を向上させることができる。

＜６．変形例＞
以上、本発明の例示的な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定されるものではない。

例えば、第４実施形態の図５の構造では、シャフト２２Ｃに中実な円柱状の部材を用いていたが、当該シャフト２２Ｃの中央に、軸方向に延びる貫通孔を設けてもよい。すなわち、シャフト２２Ｃに円筒状の中空部材を用いてもよい。そのようにすれば、当該シャフト２２Ｃの貫通孔に、電気配線の一部を通すことができる。これにより、電気配線の位置ずれを制限できる。電動機２０Ｃの駆動時にも、シャフト２２Ｃの位置は変化しないため、電気配線が可動部材との接触により損傷する心配は少ない。

また、図２，図４，または図５の構造において、シャフト自体を省略し、ケーシングとハブとの間に第１軸受を介在させるようにしてもよい。そうすれば、ハブの径方向内側に、軸方向に貫通する孔を確保することができる。したがって、当該孔に電気配線の一部を通すことができる。

また、上記の各実施形態では、ケーシングが単一の部材により構成されていた。しかしながら、ケーシングは、複数の部材で構成されていてもよい。

電動機付き減速機を構成する各部材の材料には、例えば、高強度の金属を用いればよい。ただし、各部材の材料は、使用時の負荷に耐え得るものであればよく、必ずしも金属には限定されない。

また、上記の実施形態や変形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に組み合わせてもよい。例えば、図４の構造において、図６のように、第３軸受３３Ｂの外輪と、可撓外歯歯車３２Ｂとを、単一の部材としてもよい。また、図４の構造において、図６のように、第３軸受３３Ｂの内輪とカム３１Ｂとを、単一の部材としてもよい。また、図４の構造において、図６のように、第３軸受３３Ｂの複数の球体を２列に配置してもよい。

また、電動機付き減速機の細部の形状については、本願の各図に示された形状と相違していてもよい。

本発明は、電動機付き減速機に利用できる。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ 電動機付き減速機
９，９Ａ，９Ｂ，９Ｃ 回転軸
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ ケーシング
１１，１１Ｃ ベース部
１２，１２Ｃ 内側円筒部
１３，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄ 固定内歯歯車部
１４ 外側円筒部
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ 電動機
２１，２１Ｃ，２１Ｄ ステータ
２２，２２Ｃ シャフト
２３，２３Ｃ、２３Ｄ ハブ
２４，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄ ロータマグネット
２５Ａ 回転部
３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ 減速機構
３１，３１Ｂ，３１Ｃ カム
３２，３２Ｂ，３２Ｃ 可撓外歯歯車
３３，３３Ｂ，３３Ｄ 第３軸受
３４Ｄ 外輪
３５Ｄ 球体
３６Ｄ 内輪
４０，４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄ 出力部
５０，５０Ｂ，５０Ｃ 回路基板
６０，６０Ｂ，６０Ｃ 検出器
７１，７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃ 第１軸受
７２，７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃ 第２軸受
９０Ａ，９０Ｂ，９０Ｃ 同一平面

Claims (14)

1. ケーシングと、
   前記ケーシングに対する回転運動を発生させる電動機と、
   前記電動機から得られる回転運動を減速させながら伝達する減速機構と、
   減速後の回転数で回転する出力部と、
   前記ケーシングまたは前記ケーシングに固定された部材と前記電動機の回転部とを回転可能に接続する第１軸受と、
   前記ケーシングと前記出力部とを回転可能に接続する第２軸受と、
   を有し、
   前記回転部は、ロータマグネットを有し、
   前記電動機の回転軸に対して垂直な同一平面上に、前記第１軸受、前記ロータマグネット、前記減速機構の歯車列、前記出力部、および前記第２軸受が、配列され、
   前記電動機の径方向において、前記第１軸受と前記第２軸受との間に、前記ロータマグネット、および前記減速機構の歯車列が、少なくとも配置される電動機付き減速機。
2. 請求項１に記載の電動機付き減速機において、
   前記第１軸受と前記第２軸受との間に、前記出力部が配置される電動機付き減速機。
3. 請求項１または請求項２に記載の電動機付き減速機において、
   前記回転軸から径方向外側へ向けて、前記第１軸受、前記ロータマグネット、前記減速機構の歯車列、および前記第２軸受が、順に配列される、電動機付き減速機。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の電動機付き減速機において、
   前記電動機のステータよりも径方向外側に、前記ロータマグネットが配置される、電動機付き減速機。
5. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の電動機付き減速機において、
   前記電動機のステータよりも径方向内側に、前記ロータマグネットが配置される、電動機付き減速機。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の電動機付き減速機において、
   前記減速機構は、
   前記回転軸からの距離が一定でない外周面をもち、前記電動機の前記回転部とともに回転するカムと、
   前記カムの回転に応じて変形する可撓外歯歯車と、
   前記カムと前記可撓外歯歯車との間に介在する第３軸受と、
   前記ケーシングに対して相対的に静止した固定内歯歯車と、
   前記出力部とともに回転する可動内歯歯車と、
   を有し、
   前記可撓外歯歯車と、前記固定内歯歯車および可動内歯歯車とが、互いに噛み合い、
   前記可撓外歯歯車と前記可動内歯歯車とが、歯数の違いによって相対回転する、電動機付き減速機。
7. 請求項６に記載の電動機付き減速機において、
   前記可撓外歯歯車は、複数の外歯をもつ筒状部のみからなる、電動機付き減速機。
8. 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の電動機付き減速機において、
   前記減速機構は、
   前記回転軸からの距離が一定でない外周面をもち、前記電動機の前記回転部とともに回転するカムと、
   前記カムの回転に応じて変形する可撓外歯歯車と、
   前記カムと前記可撓外歯歯車との間に介在する第３軸受と、
   前記ケーシングに対して相対的に静止した固定内歯歯車と、
   を有し、
   前記出力部は、前記可撓外歯歯車とともに回転し、
   前記可撓外歯歯車と、前記固定内歯歯車とが、互いに噛み合い、
   前記可撓外歯歯車と前記固定内歯歯車とが、歯数の違いによって相対回転する、電動機付き減速機。
9. 請求項６乃至請求項８のいずれか１項に記載の電動機付き減速機において、
   前記第３軸受は、内輪、外輪、および前記内輪と前記外輪との間に介在する複数の球体を有し、
   前記外輪と前記可撓外歯歯車とが、単一の部材である、電動機付き減速機。
10. 請求項６乃至請求項８のいずれか１項に記載の電動機付き減速機において、
    前記第３軸受は、内輪、外輪、および前記内輪と前記外輪との間に介在する複数の球体を有し、
    前記内輪と前記カムとが、単一の部材である、電動機付き減速機。
11. 請求項９または請求項１０に記載の電動機付き減速機において、
    前記複数の球体は、
    第１の軸方向位置において環状に配列された第１の球体列と、
    前記第１の軸方向位置とは異なる第２の軸方向位置において環状に配列された第２の球体列と、
    を有する、電動機付き減速機。
12. 請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の電動機付き減速機において、
    前記第２軸受は、クロスローラベアリングである、電動機付き減速機。
13. 請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の電動機付き減速機において、
    前記ケーシングは、前記回転軸の周囲を取り囲む円筒部を有し、
    前記円筒部に、前記電動機のステータが固定された、電動機付き減速機。
14. 請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の電動機付き減速機において、
    前記ケーシングに対する前記出力部の回転数を検出する検出器をさらに有し、
    前記検出器は、前記ケーシングに設けられた凹部または貫通孔内に配置される、電動機付き減速機。
    

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