TWI678866B - 旋轉致動器 - Google Patents

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Daisuke Yaguchi
小林清人
Kiyoto Kobayashi
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Harmonic Drive Systems Inc.
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Abstract

一種旋轉致動器(1)係具備：鄰接配置的馬達(2)以及減速機(3)，通過馬達(2)與減速機(3)之中心的旋轉軸(5)的兩側的軸端部，係藉由第1、第2轉動軸承(14，15)，以可自由旋轉的方式被支撐在彼此連結固定的第1、第2固定圓板(11，12)。旋轉輸出板(4)係藉由第3轉動軸承(18)，被支撐在第2固定圓板(12)的外周面。在旋轉輸出板(4)與第1固定圓板(11)之間係裝設有滑動環(19)。滑動環(19)係做為旋轉輸出板(4)之推力軸承的功能，並且，又具有做為防止潤滑劑從減速機(3)朝向外部流出之密封機構的功能。可實現一種扁平的旋轉致動器。

Description

旋轉致動器
本發明係關於一種具有馬達以及減速機的旋轉致動器，特別是有關中心軸線方向的尺寸較小的扁平構造之旋轉致動器。
扁平構造的旋轉致動器在專利文獻1、2中已有提案。這些文獻中所記載的旋轉致動器(附減速機的馬達)係由：扁平的外轉子型馬達、以及與其鄰接配置的扁平之行星齒輪減速機所構成。
在專利文獻1中，馬達旋轉軸與減速機輸出軸係同軸配置，馬達旋轉軸是被一對的轉動軸承所支撐，減速機輸出軸是被圓筒狀的滑動軸承所支撐。在專利文獻2中，行星齒輪減速機的太陽齒輪是形成在馬達旋轉軸之軸前端部的外周面。馬達旋轉軸是被一對的滾珠軸承所支撐，位在該減速機側的軸前端部是被1個滾珠軸承所支撐。
此外，在專利文獻2中，本身為旋轉輸出構件的減速機的載體係透過複數個推力軸承，被支撐在固定 側的馬達座與齒輪座(gear base)。藉由如此，施加於載體的推力即可被固定側的構件所承受。
〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕
[專利文獻1]特開2004-129374號公報
[專利文獻2]特開2012-36910號公報
如專利文獻1、2所示，在旋轉致動器中，旋轉軸係在馬達那一側，被在中心軸線方向上彼此相鄰配置的一對軸承所支撐。如果可以減少旋轉軸的軸承數量的話，即可縮小馬達部分之中心軸線方向的尺寸，有利於旋轉致動器的扁平化。
又如專利文獻2所示，為了承受作用於旋轉輸出構件的推力，配置了複數個推力軸承。如果可利用小型且精巧的軸承機構來支撐推力的話，即有利於旋轉致動器的扁平化。
甚至，在旋轉致動器中，為了不讓潤滑劑從減速機朝外部流出，而組裝了密封機構。如果可用小型精巧的密封機構來防止潤滑劑流出的話，即有利於旋轉致動器的扁平化。
本發明的課題鑑於此點，其目的即為提供一 種：使用內轉子型馬達之扁平的旋轉致動器。
為了解決上述課題，本發明的旋轉致動器，其特徵為：具備：在中心軸線方向上分開預定的間距，彼此固定的第1固定構件與第2固定構件；旋轉軸，該旋轉軸是朝上述中心軸線的方向貫穿上述第1固定構件，且其軸前端部是一直延伸到上述第2固定構件為止；第1軸承，該第1軸承是裝設在上述第1固定構件與上述旋轉軸之間，相對於上述第1固定構件，是以可自由旋轉的方式支撐著上述旋轉軸；第2軸承，該第2軸承是裝設在上述第2固定構件與上述旋轉軸的軸前端部之間，相對於上述第2固定構件，是以可自由旋轉的方式支撐著上述旋轉軸；馬達轉子，該馬達轉子係固定在：從上述旋轉軸之上述第1固定構件，朝向上述第2固定構件之相反側突出的軸後端部；馬達定子，該馬達定子是固定在：上述第1固定構件之上述第2固定構件的相反側的部位，以固定的空隙包圍著上述馬達轉子的外周；包圍上述第2固定構件之外周的旋轉輸出構件；第3軸承，該第3軸承是裝設在上述第2固定構件與 上述旋轉輸出構件之間，相對於上述第2固定構件，係以可自由旋轉的方式支撐著上述旋轉輸出構件；減速機構，該減速機構係組裝在上述第1固定構件與上述第2固定構件之間，使上述旋轉軸的旋轉減速並傳達至上述旋轉輸出構件；以及滑動軸承，該滑動軸承係裝設在：從上述中心軸線方向對峙的上述旋轉輸出構件的部分、與上述第1固定構件的部分之間，相對於上述第1固定構件，係以可從上述中心軸線方向旋轉的方式，支撐著上述旋轉輸出構件。
在本發明的旋轉致動器中，第1、第2固定構件是在中心軸線方向上，分開預定的間距而彼此固定，在第1固定構件之第2固定構件的相反側係設有馬達構成零件(馬達轉子、馬達定子)，在第1、第2固定構件之間則組裝有減速機構。通過彼此固定之第1、第2固定構件的中心部分的旋轉軸，係藉由第1、第2軸承，被這些第1、第2固定構件所支撐。旋轉軸係被：朝向中心軸線方向分開之馬達側的部分、以及減速機側的部分這2點所支撐。此外，第1、第2固定構件是彼此固定，所以可用較大的支撐力來支撐旋轉軸。因此，在馬達側就不須要使用複數個軸承來支撐旋轉軸，可縮小旋轉致動器之中心軸線方向的尺寸。
再者，在本發明中，為了承受作用於旋轉輸出構件的推力，在旋轉輸出構件與第1固定構件之間係設有滑動軸承。滑動軸承和一般的轉動推力軸承相比，更為 小型精巧，所以有利於旋轉致動器的扁平化。
在本發明中，可使用行星齒輪機構來做為上述減速機構。此時的減速機構係具有：太陽齒輪，該太陽齒輪係形成在：位於上述旋轉軸之上述第1、第2固定構件之間的軸部分的外周面；行星齒輪，該行星齒輪是以可自由旋轉的方式被支撐在架設於上述第1、第2固定構件之間的行星軸，且嚙合於上述太陽齒輪；以及內齒齒輪，該內齒齒輪是位在上述旋轉輸出構件與上述第1固定構件之間，被固定在上述旋轉輸出構件，且嚙合於上述行星齒輪。
滑動環除了可做為滑動軸承發揮作用外，還能做為用來防止潤滑劑流出的密封機構發揮作用。這和分別設置滑動軸承與密封機構的情形相較，更有利於旋轉致動器的扁平化。
此時，上述滑動軸承最好是：以包圍著上述內齒齒輪的狀態，以可滑動的方式被裝設在上述旋轉輸出構件與上述第1固定構件之間的空隙，密封該空隙的滑動環。
在本發明中，在上述第1固定構件的外周緣部分，係形成：朝向上述第2固定構件之相反側突出的圓筒部，只要用端蓋封閉該圓筒部的前端開口，將馬達轉子與馬達定子配置在被端蓋所封閉的空間內即可。
1‧‧‧旋轉致動器
1a‧‧‧中心軸線
2‧‧‧馬達
3‧‧‧減速機
4‧‧‧旋轉輸出板
4a‧‧‧圓環狀端面
4b‧‧‧圓筒狀突起
5‧‧‧旋轉軸
5a‧‧‧軸前端部
5b‧‧‧軸後端部
6‧‧‧馬達轉子
6a‧‧‧轉子軛
6b‧‧‧轉子磁鐵
6c‧‧‧輪轂
7‧‧‧馬達定子
7a‧‧‧突極
7b‧‧‧驅動線圈
8‧‧‧太陽齒輪
9‧‧‧內齒齒輪
10‧‧‧行星齒輪
11‧‧‧第1固定圓板
12‧‧‧第2固定圓板
11a‧‧‧分隔板部分
11b‧‧‧圓筒部
11c‧‧‧中心貫穿孔
11d‧‧‧圓柱狀突部
11e‧‧‧圓環狀突面
12‧‧‧第2固定圓板
12a‧‧‧凹部
12b‧‧‧外側端面
13‧‧‧連結螺栓
14‧‧‧第1轉動軸承
15‧‧‧第2轉動軸承
16‧‧‧馬達端蓋
17‧‧‧行星軸
18‧‧‧第3轉動軸承
19‧‧‧滑動環
[圖1](a)、(b)、(c)分別為適用本發明之旋轉致動器的縱剖面圖、馬達側的端面圖、以及減速機側的端面圖。
[圖2]為被圖1之II-II線所切斷時之旋轉致動器的概略橫剖面圖。
以下茲參照圖面來說明適用本發明之旋轉致動器的實施形態。
圖1(a)為本實施形態之旋轉致動器的縱剖面圖，圖1(b)為其馬達側的端面圖，圖1(c)為其減速機側的端面圖。旋轉致動器1在其中心軸線1a的方向上，具有鄰接配置成同軸的馬達2、以及減速機3。此外，相對於減速機3，在馬達2之相反側具有配置成同軸的圓環狀旋轉輸出板4。
馬達2為內轉子型，具備：旋轉軸5；同軸地固定在該旋轉軸5之軸後端部5b的馬達轉子6；以及以固定的間距，以同心狀態包圍著馬達轉子6之外周的馬達定子7。減速機3是為行星齒輪減速機，具備：形成在旋轉軸5之外周面的太陽齒輪8；以同心狀態包圍著該太陽齒輪8的圓環狀內齒齒輪9；以及配置在太陽齒輪8與內齒齒輪9之間，嚙合於前述雙方的行星齒輪10。為馬達 軸之旋轉軸5的旋轉是透過減速機3而減速，從旋轉輸出板4輸出。
圖2係為：旋轉致動器1被圖1(a)的II-II線所切斷時的概略橫剖面圖。參照圖1、圖2來詳細說明旋轉致動器1的內部構造。
旋轉致動器1係具備：為第1固定構件的第1固定圓板11、以及為第2固定構件的第2固定圓板12。第1固定圓板11係具有：將馬達2與減速機3分開的圓板狀分隔板部分11a。此外，在分隔板部分11a的外周緣部係形成：沿著中心軸線1a方向，朝向減速機3之相反側突出的圓筒部11b。圓筒部11b係做為定子軛發揮作用。在分隔板部分11a的中心部分形成有圓形的中心貫穿孔11c。在分隔板部分11a又形成有：以中心軸線1a為中心，以等角度間隔，朝向第2固定圓板12側突出的分隔用之圓柱狀突部11d。
第2固定圓板12相較於第1固定圓板11，是為更小徑的圓板，在其中心部分形成有：朝向第2固定圓板12側開口的圓形凹部12a。第2固定圓板12是以重疊在第1固定圓板11之3處的圓柱狀突部11d的前端面的狀態，利用從其外側端面12b側來安裝的3個連結螺栓13，而被連結固定在第1固定圓板11。藉由圓柱狀突部11d，在第1、第2固定圓板11、12之間即形成固定寬度的空隙。
以中心軸線1a為旋轉中心的旋轉軸5，係通 過依固定間隔被連結固定的第1、第2固定圓板11、12的中心部分。旋轉軸5貫穿第1固定圓板11的中心貫穿孔11c，其軸前端部5a是一直延伸到第2固定圓板12的凹部12a內為止。旋轉軸5的軸後端部5b的那一側是從中心貫穿孔11c，朝向第2固定圓板12的相反側突出。
第1轉動軸承14係裝設在：旋轉軸5之軸後端部5b的外周面、以及第1固定圓板11之中心貫穿孔11c的圓形內周面之間。第2轉動軸承15則是裝設在：旋轉軸5之軸前端部5a的外周面、以及第2固定圓板12的凹部12a的圓形內周面之間。透過這些第1、第2轉動軸承14、15，旋轉軸5即以可自由旋轉的狀態，被相互連結固定的第1、第2固定圓板11、12所支撐。
接下來說明馬達2。旋轉軸5的軸後端部5b，是從第1固定圓板11的中心貫穿孔11c，朝向第2固定圓板12的相反方向，僅突出預定量。馬達轉子6係同軸地固定在該軸後端部5b。馬達轉子6具備：圓盤狀的轉子軛6a；以及固定在該轉子軛6a之圓形外周面的轉子磁鐵6b。在轉子軛6a的中心部分形成有圓筒狀的輪轂6c。旋轉軸5的軸後端部5b係被壓入固定在輪轂6c的圓形貫穿孔。此外，第1轉動軸承14係裝設在輪轂6c的外周面，透過輪轂6c而以可自由轉動的方式被支撐在旋轉軸5的軸後端部5b。
馬達定子7係配置成：以固定的間隙，從半徑方向的外側包圍著轉子磁鐵6b之圓形外周面的狀態。 馬達定子7係具備：形成在第1固定圓板11的圓筒部11b(定子軛)；依固定的角度間距，從圓筒部11b朝向半徑方向內側突出的複數個突極7a；以及捲附在各個突極7a之各相的驅動線圈7b。
圓盤狀的馬達端蓋16是固定在圓筒部11b的圓環狀端面。馬達轉子6以及馬達定子7則是位在：被第1固定圓板11與馬達端蓋16所包圍的空間內。
接下來，說明減速機3。減速機3的太陽齒輪8是形成在：位於第1、第2固定圓板11、12之間的旋轉軸5之軸部分的外周面。3個行星軸17係朝向與中心軸線1a平行的方向，跨設在第1、第2固定圓板11、12之間，以同心狀態包圍著太陽齒輪8。行星軸17係配置成：在圓周方向上，位於圓柱狀突部11d之間。行星齒輪10係以可自由旋轉的狀態被各行星軸17所支撐。圓環狀的內齒齒輪9係配置在行星齒輪10的外側。內齒齒輪9則是同軸地固定在圓環狀的旋轉輸出板4，該旋轉輸出板4是鄰接配置於第1固定圓板11的相反側。
旋轉輸出板4係配置成：從外周側包圍著第2固定圓板12的狀態。第3轉動軸承18係裝設在第2固定圓板12的圓形外周面、與旋轉輸出板4的圓形內周面之間。旋轉輸出板4係透過該第3轉動軸承18，藉由第2固定圓板12，而被支撐為可自由旋轉的狀態。
此外，滑動環19係裝設在旋轉輸出板4與第1固定圓板11之間。旋轉輸出板4透過滑動環19，從中 心軸線1a的方向被第1固定圓板11所支撐。又，滑動環19係密封旋轉輸出板4與第1固定圓板11之間的空隙，防止潤滑劑從減速機3朝向外部流出。
進一步詳細說明的話，在旋轉輸出板4的外周緣部係形成有面向第1固定圓板11的圓環狀端面4a。從圓環狀端面4a的外周緣，又形成有朝向第1固定圓板11側突出的圓筒狀突起4b。在第1固定圓板11的那一側，形成有朝向圓環狀端面4a突出的圓環狀突面11e。
在第1固定圓板11的圓環狀突面11e、以及與其對向的旋轉輸出板4的圓環狀端面4a之間，在圓筒狀突起4b的內側，係裝設有：呈矩形剖面的滑動環19。所以在圓環狀突面11e與圓筒狀突起4b之間就會產生微小的空隙，該內側的圓環狀突面11e與圓環狀端面4a之間的空隙是被滑動環19所密封。
滑動環19，例如是被固定在旋轉輸出板4的那一側，隨著旋轉輸出板4的旋轉，沿著第1固定圓板11的圓環狀突面11e滑動。所以，為了使滑動環19與第1固定圓板11的圓環狀突面11e之間的滑動阻力儘可能變小，滑動環19以由低摩擦係數的素材所形成為佳。此外，又以由滑動磨損較小，且耐磨損性較高的素材所形成為佳。可使用具有這種低摩擦係數與低磨損性的樹脂、或陶瓷。
在旋轉致動器1中，旋轉驅動馬達2，使旋轉軸5高速旋轉。旋轉軸5的高速旋轉會因減速機3而減 速，其輸出要素的內齒齒輪9就會減速旋轉。所以，減速旋轉就會從固定於內齒齒輪9的旋轉輸出板4，朝向無圖示的負荷側輸出。
再者，在上述實施例中，係使用行星齒輪減速機來做為減速機3。亦可使用CYCLO減速機(登錄商標)、RV減速機等來做為減速機3。

Claims (3)

  1. 一種旋轉致動器，其特徵為：具備：在中心軸線方向上分開預定的間距，彼此固定的第1固定構件與第2固定構件；旋轉軸，該旋轉軸係朝上述中心軸線的方向貫穿上述第1固定構件，且其軸前端部是一直延伸到上述第2固定構件為止；第1軸承，該第1軸承是裝設在上述第1固定構件與上述旋轉軸之間，相對於上述第1固定構件，是以可自由旋轉的方式支撐著上述旋轉軸；第2軸承，該第2軸承是裝設在上述第2固定構件與上述旋轉軸的軸前端部之間，相對於上述第2固定構件，是以可自由旋轉的方式支撐著上述旋轉軸；馬達轉子，該馬達轉子係固定在：從上述旋轉軸之上述第1固定構件，朝向上述第2固定構件之相反側突出的軸後端部；馬達定子，該馬達定子是固定在：上述第1固定構件之上述第2固定構件的相反側的部位，以固定的空隙包圍著上述馬達轉子的外周；包圍上述第2固定構件之外周的旋轉輸出構件；第3軸承，該第3軸承是裝設在上述第2固定構件與上述旋轉輸出構件之間，相對於上述第2固定構件，係以可自由旋轉的方式支撐著上述旋轉輸出構件；減速機構，該減速機構係組裝在上述第1固定構件與上述第2固定構件之間，使上述旋轉軸的旋轉減速並傳達至上述旋轉輸出構件；以及滑動軸承，該滑動軸承係裝設在：從上述中心軸線方向對峙的上述旋轉輸出構件的部分、與上述第1固定構件的部分之間，相對於上述第1固定構件，係以可從上述中心軸線方向旋轉的方式，支撐著上述旋轉輸出構件；上述滑動軸承，是可滑動地安裝在上述旋轉輸出構件與上述第1固定構件之間的空隙且密封該空隙的滑動環。
  2. 一種旋轉致動器，其特徵為：具備：在中心軸線方向上分開預定的間距，彼此固定的第1固定構件與第2固定構件；旋轉軸，該旋轉軸係朝上述中心軸線的方向貫穿上述第1固定構件，且其軸前端部是一直延伸到上述第2固定構件為止；第1軸承，該第1軸承是裝設在上述第1固定構件與上述旋轉軸之間，相對於上述第1固定構件，是以可自由旋轉的方式支撐著上述旋轉軸；第2軸承，該第2軸承是裝設在上述第2固定構件與上述旋轉軸的軸前端部之間，相對於上述第2固定構件，是以可自由旋轉的方式支撐著上述旋轉軸；馬達轉子，該馬達轉子係固定在：從上述旋轉軸之上述第1固定構件，朝向上述第2固定構件之相反側突出的軸後端部；馬達定子，該馬達定子是固定在：上述第1固定構件之上述第2固定構件的相反側的部位，以固定的空隙包圍著上述馬達轉子的外周；包圍上述第2固定構件之外周的旋轉輸出構件；第3軸承，該第3軸承是裝設在上述第2固定構件與上述旋轉輸出構件之間，相對於上述第2固定構件，係以可自由旋轉的方式支撐著上述旋轉輸出構件；減速機構，該減速機構係組裝在上述第1固定構件與上述第2固定構件之間，使上述旋轉軸的旋轉減速並傳達至上述旋轉輸出構件；以及滑動軸承，該滑動軸承係裝設在：從上述中心軸線方向對峙的上述旋轉輸出構件的部分、與上述第1固定構件的部分之間，相對於上述第1固定構件，係以可從上述中心軸線方向旋轉的方式，支撐著上述旋轉輸出構件；上述減速機構係具備：太陽齒輪，該太陽齒輪係形成在：位於上述旋轉軸之上述第1、第2固定構件之間的軸部分的外周面；行星齒輪，該行星齒輪是以可自由旋轉的方式被支撐在架設於上述第1、第2固定構件之間的行星軸，且嚙合於上述太陽齒輪；以及內齒齒輪，該內齒齒輪是位在上述旋轉輸出構件與上述第1固定構件之間，被固定在上述旋轉輸出構件，且嚙合於上述行星齒輪；上述滑動軸承係為：在包圍著上述內齒齒輪之外周面的狀態，以可滑動的方式安裝在上述旋轉輸出構件與上述第1固定構件之間的空隙，密封該空隙的滑動環。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述的旋轉致動器，其中，在上述第1固定構件的外周緣部分係具有：朝向上述第2固定構件之相反側突出的圓筒部、以及封鎖上述圓筒部之前端開口的端蓋，上述馬達轉子與上述馬達定子，係位在被上述第1固定構件與上述端蓋所包圍的空間內。
TW104117651A 2014-06-02 2015-06-01 旋轉致動器 TWI678866B (zh)

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