JP2901424B2 - 低速ギヤドモータ - Google Patents
低速ギヤドモータInfo
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Description
性に優れた、いわゆる撓み噛合い式遊星歯車構造を応用
した低速ギヤドモータに関する。
した減速機として、例えば図6、図7に示されるような
ものが知られている(特開昭63−130949)。
入力軸2から受入れ、これを撓み噛合い式遊星歯車構造
の減速部で減速して低速、大トルクを出力軸4から取り
出すものである。
6を介して楕円形の偏心体8が回転する。この回転によ
り偏心体軸受10を介して外歯歯車12が楕円形状に変
形しながら回転する。変形された外歯歯車12は、その
長径部の2箇所で内歯歯車14と噛合しており、且つこ
の内歯歯車14が固定されているため、外歯歯車12は
その自由な自転が拘束され、入力軸2の回転を受けてそ
の噛合い箇所が該入力軸の回転と同期して回転する。
14の歯数(外ピン14Aの数)より所定数(この実施
例では2)だけ少なく設定されているため、入力軸が1
回転して噛合い箇所が1回転すると、外歯歯車12は内
歯歯車14に対してその歯数差分だけ位相がずれる(自
転する)ことになる。この外歯歯車12の自転は、外歯
歯車12と一体的に形成された円環部16によってその
撓み成分(半径方向の変形成分)が吸収され、フランジ
部18を介して出力軸4に伝達される。この結果、外歯
歯車の歯数をNとしたときに、減速比2/Nの減速が実
現される。
自身は、モータ(一般的には電動モータ、又は油圧モー
タ)の回転力あるいは回転角度を伝える動力伝導装置で
あって、それ自身は動力を発生しない。即ち、電動モー
タとの組合せにおいては、電気のエネルギーを電動モー
タが回転力に変えてから、又、油圧モータとの組合せに
おいては、液体のエネルギを油圧モータが回転力に変え
てから初めて機能する。
て損失があると共に、モータ自身は高速で回転するた
め、起動、停止、あるいは加減速が頻繁に行われるよう
な制御の場合には、起動あるいは加速の際に蓄積した慣
性エネルギを減速あるいは停止の際に熱として無駄に放
散しなければならない場合が多く、この面でもエネルギ
の損失が避けられなかった。又、高速で回転するモータ
の慣性エネルギは、速い応答性や高い位置決め精度の要
求される制御に用いる場合には、当該制御をよりやり難
くしていた。
リングやキーでの連結を必要とするため、その間には多
かれ少なかれバックラッシが生じた。更に、軸そのもの
もトルクを受ければ弾性変形し、入力軸、カム、軸受等
も弾性変形するため、そこにはヒステリシスを生じた。
これらのバックラッシやヒステリシスは、例えばロボッ
トの関節のように、移動方向と停止位置の双方を制御し
なければならない場合に、当該制御をよりやり難くして
いた。
ような低速ギヤドモータが提案されている。この低速ギ
ヤドモータは、3相2極巻線を施してなるステータ50
と、このステータ50の外周に配置され、該ステータ5
0が作る回転磁界の磁路となると同時に、磁気吸引力を
受けて楕円状に変形可能とされたフレックスロータ52
と、このフレックスロータの外周に加工された外歯54
と、該外歯54の更に外周に配置された内歯56とを主
な構成要素として備える。そしてステータ50の磁路の
形成される方向を電気的に回転させることによって、フ
レックスロータ52の撓み方向を回転させ、この撓み方
向の回転によって内歯54と外歯56との噛合位置を回
転させ、内歯54と外歯56との歯数差によって生じる
フレックスロータ52の自転成分を、該フレックスロー
タの底円部58に設けたボス60を介して出力軸62よ
り取り出すようにしたものである。
転を減速機部によって減速して取り出すというものでは
なく、磁気力による撓み変形を前述した撓み噛合い式遊
星歯車構造に適用したものであり、前述した多くの問題
を解決し得る可能性を持つものである。
速ギヤドモータは、発熱源となるステータが最内周に位
置されているため、熱放散性が悪く、長時間運転に適さ
ないという問題があった。又、ステータを線材を用いた
巻線により構成し、これを内側に配置してあるため、中
心部を貫通孔とすることができず、例えば相手部材の入
力軸を貫通できるようにしていずれの側からも取り付け
できるようにするとか、あるいは電力又は電気信号を伝
えるケーブルを通すスペースとして利用する等の利用方
法を採用することができないという問題があった。
めの吸引力はステータの作る磁界のみによって発生され
ていたため、当該吸引力自体があまり大きくなく、従っ
て、これを大きく維持するためにはステータやフレック
スロータの材料を吟味したり、より大型化したり、ある
いはステータに流す電流をより増大させたりする必要が
あり、その分コストの増大、重量増大、寸法の増大、あ
るいは消費電力の増大や温度上昇を招き易いという問題
があった。
成されたものであって、この種の低速ギヤドモータの構
造を抜本的に見直し、小型でエネルギ変換効率が高く、
長時間の連続運転ができ、バックラッシやヒステリシス
がほとんどなく、慣性力が小さく、停止、起動あるいは
加減速等の制御性に優れ、且つ低コストで量産化し易い
低速ギヤドモータを提供することをその目的としてい
る。
極、N極を順次配列した可撓性の永久磁石リングと、該
永久磁石リングの外周に、該永久磁石リングの軸方向中
心と自身の軸方向中心とを一致させて配置され、該永久
磁石リングと共に半径方向に変形が可能な外歯歯車と、
該外歯歯車の外周に位置決めされ、外歯歯車が半径方向
に変形した際にその長径部と噛合可能な内歯歯車と、該
内歯歯車の外周に固定されると共に、前記永久磁石リン
グの磁極に対応して配列される磁極を発生して前記外歯
歯車を半径方向に変形させ、且つこの磁極を電気的に回
転させることの可能なステータと、前記外歯歯車の半径
方向の変形成分を吸収すると共に、該外歯歯車の自転成
分のみを取り出す伝達手段と、該伝達手段と連結され、
外歯歯車の自転成分と同速で回転する出力軸と、を備
え、前記ステータが、セラミックグリーンシート上に複
数のコイル導体パターンを直線的に配列することによっ
てコイルシートを形成し、該コイルシートを上記コイル
導体パターンの配列方向を円周方向として円筒状に複数
層に巻き、これを一体焼成することによって製造された
ことにより、上記課題を解決したものである。
よってその軸方向が位置決めされ、且つ半径方向の動き
がガイドされていると、該永久磁石リングの変形を極め
て円滑に行なうことができる。
内周に収められ、且つ、該永久磁石リングの軸方向両側
に配置された軸受によって両持ち支持された構造とする
と、一層剛性が高く、低振動、低騒音、高位置決め精度
の低速ギヤドモータを得ることができる。
及び強力な吸引力を発生させるために、まず円周方向に
S極、N極を順次配列した可撓性の永久磁石リングを用
意するようにした。そして、この永久磁石リングの外周
に該永久磁石リングと共に半径方向に変形が可能な外歯
歯車を配置し、更にこの外歯歯車の外周に、前記永久磁
石リングの磁極に対応して配列される磁極を電気的に回
転させることのできるステータを配置するようにした。
又、このステータの内周に、前記外歯歯車と一部噛合可
能な内歯歯車を固定するようにした。
引力は、そのすぐ内周側にある永久磁石リングの形成す
る磁極とステータによって発生される磁極の相乗効果に
よって強力に発生されるため、径方向にも軸方向にも小
型で且つ少ない消費電力で大きな吸引力を得ることがで
きるようになった。又、前記ステータは、セラミックグ
リーンシート上に複数のコイル導体パターンを直線的に
配列することによってコイルシートを形成し、該コイル
シートを上記コイル導体パターンの配列方向を円周方向
として円筒状に複数層に巻き、これを一体焼成すること
によって製造するようにしてあるため、非常に安価に量
産することが可能となり、又、ステータ全体の厚さを薄
くできることから、特に前記「永久磁石リングの外周に
該永久磁石の軸方向中心と自身の軸方向中心とを一致さ
せて外歯歯車を配置する」という構成の実現が容易とな
る。
ータの最外周部に位置しているため、熱の放散性に優
れ、消費電力が小さくすむことと相俟って、温度上昇を
最小限に抑えることができ、従来に比べ非常に長時間の
連続運転が可能となった。
収すると共に、該外歯歯車の自転成分を取り出す伝達手
段を介して外歯歯車と連結され、該外歯歯車の自転成分
と同速で回転する。
造することができる。即ち、セラミックグリーンシート
上に複数のコイル導体パターンを直線的に配列すること
によってコイルシートを形成し、該コイルシートを上記
コイル導体パターンの配列方向を円周方向として円筒状
に複数層に巻き、その後にこれを一体焼成することによ
って製造するものである。
ることが可能となり、外歯歯車と永久磁石リングとを
(軸心を一致させて)重ねて配置する構成を容易に実現
できるようになる。
内周に収め、且つ、該永久磁石リングの軸方向両側に配
置された軸受によって両持ち支持するようにするとよ
い。
同軸に組み付けることができるようになり、しかもこの
出力軸が両持ち支持されているため、剛性が高く、低振
動、低騒音、高位置決め精度の低速ギヤドモータを得る
ことができるようになる。
説明する。
断面図、図2は、図1のII−II線に沿う断面図である。
磁石リング、120が外歯歯車、130が内歯歯車、1
40がステータ、150が伝達手段、160が出力軸で
ある。
11によりその軸方向が位置決めされ、且つ半径方向の
動きがガイドされている。磁石押え111は、フランジ
部151を出力軸160上に固定するためのボルト15
2の外周によって半径方向の位置決めが成されたスペー
サ112と、カバー170とにより軸方向の位置決めが
なされている。
れるように、円周方向にS極、N極を2対順次配列した
ものとされ、且つ楕円形に撓むことのできる可撓性の素
材で形成されている。
グ110のすぐ外周に両者の軸方向中心を一致させて配
置されている。この外歯歯車120は、永久磁石リング
110と共に半径方向に変形が可能で、且つ非磁性の素
材で形成されている。外歯歯車120の外歯の形状は、
特に限定されないが、この実施例では公知の特許120
8548号に開示された外歯とされている。
外周に位置決めされている。この内歯歯車130は、外
歯歯車120と噛合可能で、且つ、その歯数が外歯歯車
120の歯数より所定数(この実施例では2)だけ多く
設定されている。内歯歯車130の内歯は、この実施例
では外ピン131が実質的な内歯の役割を果たしてい
る。
外周に固定されている。このステータ140は、前記永
久磁石リング110の磁極に対応して配列される磁極を
電気的に回転させることができる構成とされている。
は、後に詳述する。
部151、フランジ部151と出力軸160とを連結す
るボルト152、及びフランジ部151と外歯歯車12
0とを連結する円環部153によって構成され、外歯歯
車120と出力軸160とを連結している。この伝達手
段150は、外歯歯車120の変形成分をその円環部1
53で吸収すると共に、該外歯歯車の自転成分のみを取
り出し、これを出力軸160に伝達する。
0を貫通して軸受171、172によって両持ち支持さ
れている。なお、図の符号174はケーシング173と
カバー170とを連結するためのボルトをそれぞれ示し
ている。
生するものであるため、電動モータ等の外部入力を受け
るための入力軸は存在しない。
〜図5を用いて詳細に説明する。
シート141上に複数のコイル導体パターンを配列して
コイルシート142を形成し、該コイルシート142を
一体焼成することによって製造される。
ーンシート141上にはほぼ全面に亘ってコイル導体パ
ターン1−A、1−B、1−C、・・・1−L、2−
A、2−B、・・・2−L、3−A、3−B、・・・3
−L、4−A、4−B、・・・4−Lが同一平面上に直
線的に配列して設けられ、コイルシート142を形成し
ている。
Lは、長方形の渦巻状コイルとされており、スクリーン
印刷技術、フォトリソグラフィ技術、あるいはめっき技
術等の印刷配線技術により形成される。このコイル導体
パターン1−A、・・・4−Lは、セラミックグリーン
シート141の裏側にも同様にして形成されている。こ
れら対向するコイル導体パターンは、同一の方向から見
て巻方向が逆方向となっている。従って、裏側から見れ
ばその形状は表側と全く同一となっており、従って、同
一のパターン源を使用して形成することが可能である。
列に接続されており、それぞれU、V、Wの3相の電圧
が印加されるようになっている。各相の両端、即ちU相
は1−A、4−Jの端、V相は1−B、4−Kの端、W
相は1−C、4−Lの端にはリード線143U、143
V、143W、及び144U、144V、144Wが導
出されている。
極で、表裏の導体を接続するためのもの、147は接続
中継部をそれぞれ示している。これらのスルーホール電
極145、146や接続中継部147は、U、V、Wの
各相のコイル導体パターンを互いに干渉することなく直
列接続するために設けられているものである。
表側のコイル導体パターン1−A→スルーホール電極1
45→裏側のコイル導体パターン1−A′→スルーホー
ル電極146→接続中継部147→表側のコイル導体パ
ターン1−D→スルーホール電極145→裏側のコイル
導体パターン1−D′→スルーホール電極146→・・
・→スルーホール電極145→裏側のコイル導体パター
ン4−J′→リード線144Uの順に、コイル導体パタ
ーン1−A、1−D・・・4−G、4−Jが電気的に直
列接続されている。なお、各コイル導体パターンの接続
状態を一覧で表わすと図4にようになる。
るコイルシート142をコイル導体パターン1−A、2
−A、3−A、4−Aが重なってコイルAを形成するよ
うに、又、コイル導体パターン1−B、2−B、3−
B、4−Bが重なってコイルBを形成するように、同様
にしてコイルC、・・・Lが形成されるようにコイルシ
ート142を4層に巻き付け円筒状の焼成前ステータを
形成する(図5参照)。なお、この重ねて巻く際には、
隣接コイルパターンが互いに接触しないようにコイル導
体パターンの形成されていないセラミックグリーンシー
トを1枚重ねて巻くようにするとよい。
一体焼成し、セラミック体の円筒状積層のステータ14
0が得られるものである。なお、この実施例では、4層
巻のステータ140が採用されていたが、これは1層で
もよいし、又5層以上であってもよい。
について説明する。
示している。W相に印加すると、コイルC、F、I、L
が励磁され、それぞれ内周側にS極が発生される。しか
しながら、コイルF、Lの対面にある永久磁石リング1
10の磁極がN極であるのに対し、コイルC、Iの対面
の磁極はS極である。そのため、コイルF、L側は磁気
吸引力を受けて長径となり、90°ずれたコイルC、I
側は磁気反発力により短径となるように、永久磁石リン
グ110が楕円形状に変形する。次に、U相に印加する
と、コイルA、G側に長径、コイルD、J側に短径とな
るように永久磁石リング110の楕円変形の角度が変化
する。更に、V相に負の電圧を印加すると、コイルB、
Hの対面のS極に吸引力が、コイルE、K側のN極に反
発力が生じ、コイルB、H側が長径、コイルE、K側が
短径となる楕円へと永久磁石リング110が変形する。
ずれかに正負いずれかの電圧を順次印加していくことに
より、回転磁界が形成され、永久磁石リング110の楕
円変形が順次、あたかも回転するかのように移り変わっ
ていく。
転は磁石押え111によって円滑な半径方向の動きとし
てガイドされ、そのすぐ外周に重ねて配置された外歯歯
車120の楕円変形の回転となり、これが図6、図7に
示した従来公知例において、入力軸2、偏心体8によっ
て外歯歯車12の外形が楕円変形させられる作用と機械
的に同様な作用をなすことになる。
車130に対して1周すると、外歯歯車120の歯数と
内歯歯車130の歯数(外ピン131の数)の「差」だ
け位相がずれ、そのずれ、即ち外歯歯車140の自転成
分が伝達手段150を介して出力軸160から取出され
るものである。この場合、該伝達手段150によって外
歯歯車120の楕円変形成分(半径方向の変形成分)が
吸収される。
石リング110を貫通して軸受171、172によって
両持ち支持されているため、極めて安定した状態で回転
できる。
ばアルミのように熱伝導率の良い材料でできたケーシン
グ173やカバー170からそのまま外部へと放散され
る。ステータ140はギヤドモータの最外周に位置して
いるため、この熱の放散は非常に効率的に行われる。従
って、従来に比べて格段の長時間連続運転が可能とな
る。
ク自体も熱伝導率の良い材料が選択できるため、更に熱
放散性を高めることができる。又、セラミックグリーン
シートの積層コイルは、一体としてまとめて焼成できる
ため、量産化、低コスト化が可能である。
置に配置されており、しかも、従来のように該中心位置
にステータの巻線を配置する必要がないため、この出力
軸の中央部に容易に貫通孔を形成することができる。そ
のため、該出力軸をフォローシャフト型としたり、各種
配線等を配設するための貫通孔として利用することが簡
単な設計変更で実現可能である。
れる磁路のみによって吸引力を発生していたが、この実
施例では、永久磁石リング110の形成する磁界とステ
ータ140の形成する磁界との相乗効果によって楕円変
形が実現され、しかも永久磁石リング110と軸方向中
心を同じくしてすぐ外周に外歯歯車を配置するようにし
たため、同じ負荷トルクに対しては小さな消費電力で、
又、同じ消費電力に対しては大きな負荷トルクに対応す
るべく、外歯歯車を確実に変形させることができる。
電動モータ等の回転を入力してこれを減速するというタ
イプではなく、自身がオリジナル回転を発生するタイプ
であり、しかも、そのオリジナル回転がステータ140
と永久磁石リング110による磁気力によってそのすぐ
外周にある外歯歯車に直接荷重を与えるものであるた
め、従来の一旦モータの回転力とする方法で生じていた
途中の機械的損失、バックラッシ、ヒステリシス等が発
生せず、そのため高精度且つ低損失のギヤドモータを得
ることができる。
しないため、GD2 (慣性エネルギ)を非常に小さく抑
えることができる。
の要求される制御を非常に容易に、且つ精度良く行うこ
とができる。
型でエネルギ変換効率が高く、長時間の連続運転がで
き、バックラッシやヒステリシスがほとんど無く、慣性
力が小さく、起動、停止あるいは加減速等の制御性に優
れ、その上低コストで量産し易い低速ギヤドモータを得
ることができるようになるという優れた効果が得られ
る。
断面図
コイルシートを示す正面図
U、V、W相の関係を示すグラフ
る様子を示す断面図
減速機の例を示す断面図
を示す断面図
Claims (3)
- 【請求項1】円周方向にS極、N極を順次配列した可撓
性の永久磁石リングと、 該永久磁石リングの外周に、該永久磁石リングの軸方向
中心と自身の軸方向中心とを一致させて配置され、該永
久磁石リングと共に半径方向に変形が可能な外歯歯車
と、 該外歯歯車の外周に位置決めされ、外歯歯車が半径方向
に変形した際にその長径部と噛合可能な内歯歯車と、 該内歯歯車の外周に固定されると共に、前記永久磁石リ
ングの磁極に対応して配列される磁極を発生して前記外
歯歯車を半径方向に変形させ、且つこの磁極を電気的に
回転させることの可能なステータと、 前記外歯歯車の半径方向の変形成分を吸収すると共に、
該外歯歯車の自転成分のみを取り出す伝達手段と、 該伝達手段と連結され、外歯歯車の自転成分と同速で回
転する出力軸と、 を備え、 前記ステータが、セラミックグリーンシート上に複数の
コイル導体パターンを直線的に配列することによってコ
イルシートを形成し、該コイルシートを上記コイル導体
パターンの配列方向を円周方向として円筒状に複数層に
巻き、これを一体焼成することによって製造され たこと
を特徴とする低速ギヤドモータ。 - 【請求項2】請求項1において、前記永久磁石リング
が、磁石押えによってその軸方向が位置決めされ、且つ
半径方向の動きがガイドされていることを特徴とする低
速ギヤドモータ。 - 【請求項3】請求項1又は2において、前記出力軸が、
前記永久磁石リングの内周に収められ、且つ、該永久磁
石リングの軸方向両側に配置された軸受によって両持ち
支持されていることを特徴とする低速ギヤドモータ。
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