JP5440227B2

JP5440227B2 - 中空減速機内蔵アクチュエータ

Info

Publication number: JP5440227B2
Application number: JP2010025895A
Authority: JP
Inventors: 竜一郎富永
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2009-06-19
Filing date: 2010-02-08
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2030-02-08
Also published as: CN101931286A; EP2264865A2; EP2264865A3; CN101931286B; US8375820B2; US20100319478A1; JP2011024406A

Description

本発明は、中空減速機内蔵アクチュエータに関するものである。

従来の中空減速機付き中空モータについて図４に基づいて説明する。図２は第１の従来技術による中空減速機内蔵アクチュエータの側断面図で、（ａ）はその第１実施例、（ｂ）は同じく第２実施例を示している。（ａ）において、１１はモータの出力軸となる内部を中空としたモータ中空軸、１２は中空減速機本体、１３はモータ中空軸に設けられた歯切り部、１４はインプットギヤ、１５、１６はオイルシール、１７は減速機内部の空間（潤滑油充填用の空間）、１８はモータブラケットを示す。本構造の第１実施例において、モータ中空軸１１は中空減速機１２の内部を貫通して取り付ける。この時、モータ出力軸１１には予め歯切り部１３を設けておく。次に第２実施例である、図４（ｂ）において、２１はモータ中空軸、２２は減速機本体、２３はモータ中空軸に設けられた軸内側歯切り部、２４はインプットギヤ、２５はモータブラケットを示す。モータ中空軸２１は中空減速機２２のインプットギヤ２４で取り付ける。この時、モータ中空軸２１には予め軸内側歯車部２３を設けておく。これにより、モータのトルクをインプットギヤ１４、２４へ伝達できるとともに、モータ部から減速機部へと貫通する中空穴を確保することができる。
さらに、第１実施例の減速機の開放部についてはオイルシール１５および１６にてシールし、外部と遮断する。これにより、減速機内部の空間１７には潤滑油を充填することができる。第２実施例については、グリース封入型の中空減速機２２を用いることにより外部と遮断する。以上の構造とすることで、モータブラケット１８、２５を直接減速機へ取り付けている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−３１５２６１号公報

従来の減速機内蔵モータは減速機をモータブラケットに直接取り付ける方式で減速機のフランジとモータブラケットが独立しており、軸方向寸法が長くなっていた。また、減速機として内接式遊星歯車減速機構を用いた場合、出力トルクに比例して減速機のインプットシャフトにラジアル荷重が加わるため、第１従来例において、遊星歯車減速機構を採用した場合、モータ中空軸の軸受寿命が短くなるという問題があった。また、第１実施例では、モータ出力軸に減速機を組み込む構造であるため、減速機またはモータのどちらかが故障した場合、モータと減速機を一体で交換しなければならなかった。また、モータ出力軸と減速機は別体となっているため、どちらかのみの交換も可能であるが、軸方向寸法が長くなってしまうという問題があった。
産業用ロボットでは設置面積を狭くする必要性からロボット本体の小形化が強く要求されている。この要求にこたえる一手段として減速機、電動機、位置検出器を一体化した減速機内蔵形モータをロボットの関節部に配置してロボットを構成する方法があり、ロボットの関節部を小さくするためには減速機内蔵型モータの軸方向寸法を短縮する必要がある。また、ロボットの機内ケーブルや装備ケーブルを通す必要性から、出力軸が中空であることが望ましい。しかしながら、モータと減速機の軸を一体にすると、モータと減速機のどちらか一方が故障した際に全て交換することになるといった問題が生じていた。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、減速機構を組み込んだモータにおいて、軸方向寸法を小さくするとともに、中空の出力軸を得られ、減速機部とモータ部の分離も容易にできる、中空減速機内蔵アクチュエータを提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
本発明は、モータ部と、減速機部と、ブレーキ部と、回転位置検出部とから構成され、回転を伝達するシャフトが中空形状で形成され、前記モータ部の出力軸と減速機の入力軸は別部品で構成され、前記モータ部の反負荷側に前記ブレーキ部が配置され、前記ブレーキ部の内周に軸受を取付けると共に、前記ブレーキ部の内周に設けた前記軸受とは、別の、少なくとも１つの軸受により、前記モータ部の前記出力軸を回転自在に支持したものである。
また、本発明は、前記モータ部の前記出力軸を支持する軸受は、前記モータ部の反負荷側に配置され、前記モータ部のコイルを前記減速機の構造部の肉抜き部分に配置したものである。
また、本発明は、前記モータ部の前記出力軸と前記減速機部の入力軸がスプラインで結合されたたものである。
また、本発明は、前記減速機部のフランジは前記モータ部のコアにオーバーハングした円板形状で形成されたものである。
また、本発明は、前記モータ部の前記出力軸の内周面は歯切りされ、前記減速機部の入力軸の外周面は、前記モータ部の前記出力軸の内周面の歯形と噛合うように歯切りされ、前記出力軸の前記内周面と前記入力軸の前記外周面が結合されたものである。
また、本発明は、前記入力軸の先端が細くなるようにテーパ形状で形成され、前記入力軸に噛合するように前記出力軸もテーパ形状で形成されたものである。
また、本発明は、前記モータ部のモータヨークの反負荷側端面にファンを備えたものである。
また、本発明は、前記ファンがフィンとディスクから構成され、前記フィンがコイルエンドと空隙を介して円周上に配置され、前記ディスクが前記コイルエンドの端面にオーバーハングするように配置されたものである。

本発明によると、軸方向寸法を短縮することができる。
本構成によれば、ブレーキ内周に軸受を設けたため、軸受を保持するためのブラケットのスペースが不要となる。
また、モータのコイルを減速機構造部のデッドスペースに潜り込ませる構成とするため、Ｌ側のコイルエンドのスペースが不要となる。
また、モータの出力軸と減速機の入力軸がスプラインで結合されているので、モータと減速機を容易にできる。
また、第２実施例によれば、モータ側から減速機側への気流を発生させることにより、減速機グリースがブレーキに浸入するのを防止でき、モータ部の温度を低減できる。

第１実施例を示す中空減速機内蔵アクチュエータの側断面図第２実施例を示す中空減速機内蔵アクチュエータの側断面図ファン構造を示す正側面図従来の中空減速機内蔵アクチュエータの側断面図

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

モータ出力軸１１の外周には、減速機１２側から順にモータヨーク１０、第２軸受８、ブレーキハブ２０、第１軸受７、エンコーダハブ２６が取付けられている。モータヨーク１０の外周には、永久磁石１９が固着されており、永久磁石１９の外周には空隙を介して、モータコア９が配置される。モータコア９外周とフレーム１の内周は接着等により固定される。モータコア９には図示しないコイル溝が設けられており、コイル溝に所定の磁極を構成するよう、巻線が施されている。巻線のコイルエンド５はモータコア９の減速機側、エンコーダ側の両軸方向に張り出している。フレーム１のエンコーダ側端面にはブレーキフレーム３１が図示しないネジでフレーム１と一体に固定される。ブレーキフレーム３１の内周には第２軸受８が固着されている。ブレーキ６はブレーキフレーム３１に対してネジで固定されており、ブレーキハブ２０とブレーキディスク３２は図示しないスプラインによって、軸方向に摺動可能且つ、円周方向には同期して回転するように取付けられており、ブレーキディスク３２が開放状態にある時はモータ出力軸１１とともに回転し、ブレーキディスク３２が拘束状態にある時は、モータ出力軸１１が回転しないよう所定のブレーキトルクで拘束する。ブレーキ６の内周には第１軸受７が固着されている。第１軸受７および第２軸受８の内周はモータ出力軸１１の外周に固着され、両軸受によってモータ出力軸１１は回転自在に支承される。ブレーキ６のエンコーダ側にはエンコーダ基板固定板２９が、図示しないネジにより固定されている。さらにエンコーダ基板固定板２９にはエンコーダ基板２８がネジにより固定される。エンコーダ基板固定版２９の内周側とモータ出力軸１１の間には、ブレーキ６から磨耗粉等のダストがエンコーダ内部へ浸入しないよう、オイルシールなどからなる防塵機構３０が設けられている。エンコーダディスク２７はエンコーダハブ２６に接着固定されている。出力軸１１の減速機側の内周にはモータ歯切り部１３が設けられている。減速機入力軸２のモータ側外周にはインプットギヤ１４が設けられている。インプットギヤ１４はモータ歯切り部１３と噛合うように構成され、モータ出力軸１１が回転するとインプットギヤ１４も結合された状態で同期して回転する。モータ歯切り部１３は軸方向に軸径が細くなるテーパ形状をしており、インプットギヤ１４も先端が細く形成され、モータ歯切り部１３に噛合する形状となっており、インプットギヤ１４はモータ歯切り部１３に結合されて回転する。減速機１２の内部には図示しない減速機構が設けられこれにより、所定の減速比に減速（または増速）された出力が減速機出力軸３から出力される。減速機１２の内部には前記、減速機構を潤滑するためのグリースが封入されており、グリースの減速機外部への流出を防止するため、減速機入力軸２にオイルシール１６が備えられている。減速機フランジ４の内周には、前記オイルシール１６と減速機入力軸２を支持するための減速機反Ｌ軸受３３が取付けられている。オイルシール１６と減速機反Ｌ軸受３３を軸方向に並べて取付けるため、減速機フランジ４の形状は内周がモータコア９にオーバーハングした円板状となっている。減速機フランジ４の円板部の幅は減速機構を保持するために必要な強度から決定されており、オイルシール１６と減速機反Ｌ軸受３３の設置幅より、強度的に必要とされる幅は狭くなるので、この分の肉抜きが可能である。この肉抜き部の形状を前記コイルエンド５が収まる形状とすることで、中空形減速機内蔵モータの軸方向寸法を短くできる。また、モータの軸受をブレーキ内周に配置することでデッドスペースを減少でき、さらに軸方向寸法を短くできる。
減速機とモータの結合は減速機の出力軸側から図示しない、減速機に設けた穴に所定本数の取付けボルト３３を通し、フレーム１に設けた図示しないタップにネジ止めすることで行われるため、減速機１２の取付け、取外しも容易に実施できる。

図２を用いて、第２実施例について説明する。第１実施例と同様箇所については説明を省略する。
モータヨーク１０の外周でかつブレーキ側にファン１２６が取り付けられている。図３にファン１２６の構造を示す。ファン１２６は、ディスク１２８に複数のフィン１２７が円周等分割に放射状に備えられている。図２に示すようにフィン１２７の外周側は反負荷側のコイルエンド５の内周面に微小な空隙を介して配置され、ディスク１２８は、反負荷側のコイルエンド５の端面にオーバーハングするように設置されている。
次に動作について説明する。モータが起動するモータヨーク１０に固定されたファン１２６も回転する。フィン１２７の周りの空気は、ファン１２６の回転に伴ってフィン１２７の円周方向へ気流が発生する。フィン１２７の外周に達した気流は、ディスク１２８により反負荷側への流れが阻害されるために、モータヨーク１０とモータコア９間の空隙を通り、負荷側（減速機側）へ流れる。負荷側には、オイルシール１６が取り付けられているため、ファン１２６の回転により、ファン１２６のモータ側圧力が高まる結果、減速機内で気化したグリースがオイルシール１６から漏れるベーパーライズを防止できる。
また、ファン周辺の空気が攪拌されることでコイルエンドの発熱がブレーキ等の周辺部品へ伝達されるために、モータの温度上昇を低減できる。さらに、フィンはコイルエンドの内周のデットスペースに配置されるために中空減速機内蔵アクチュエータを小型化できる。

１フレーム
２減速機入力軸
３減速機出力軸
４減速機フランジ
５コイルエンド
６ブレーキ
７第１軸受
８第２軸受
９モータコア
１０モータヨーク
１１モータ出力軸
１２、２２減速機本体
１３、２３モータ歯切り部
１４、２４インプットギヤ
１５、１６オイルシール
１７減速機内部の空間
１８、２５モータブラケット
１９永久磁石
２０ブレーキハブ
２１モータ中空軸
２６エンコーダハブ
２７エンコーダディスク
２８エンコーダ基板
２９エンコーダ固定板
３０防塵機構
３１ブレーキフレーム
３２ブレーキディスク
３３減速機反Ｌ軸受
３４取付けボルト
１２６ファン
１２７フィン
１２８ディスク

Claims

負荷側から順に、減速機部と、モータ部と、ブレーキ部と、回転位置検出部とが配置されており、
前記モータ部の回転を伝達する中空形状のシャフトは、
前記モータ部の出力軸と前記減速機部の入力軸とに分割可能であり、
前記出力軸は、
前記モータ部のコイルよりも反負荷側に配置された軸受によって回転自在に支持されており、
前記コイルは、
前記減速機部側へ突出して配置されており、
前記減速機部の前記モータ部側に配置され前記入力軸が貫通する孔を有する減速機フランジは、
前記シャフトの回転中心軸と直交する向きの方向視において、前記モータ部側へ突出する凸部を前記入力軸側に有し、前記コイルを納める凹部を前記凸部よりも外周側に有する円板状であること
を特徴とする中空減速機内蔵アクチュエータ。
前記コイルは、
前記減速機部側へ露出した状態で突出して配置されること
を特徴とする請求項１に記載の中空減速機内蔵アクチュエータ。
前記コイルと前記減速機フランジとの間隔は、
前記コイルと前記ブレーキ部のブレーキフレームとの間隔よりも狭いこと
を特徴とする請求項１または２に記載の中空減速機内蔵アクチュエータ。
前記出力軸と前記入力軸がスプラインで結合されること
を特徴とする請求項１、２または３に記載の減速機内蔵中空アクチュエータ。
前記出力軸の内周面は歯切りされ、前記入力軸の外周面は、前記出力軸の内周面の歯形と噛合うように歯切りされ、前記出力軸の前記内周面と前記入力軸の前記外周面が結合されること
を特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の減速機内蔵中空アクチュエータ。
前記入力軸の先端が細くなるようにテーパ形状で形成され、前記入力軸に噛合するように前記出力軸もテーパ形状で形成されること
を特徴とする請求項５に記載の減速機内蔵中空アクチュエータ。
前記モータ部のモータヨークの反負荷側端面にファンを備えること
を特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の中空減速機内蔵アクチュエータ。
前記ファンはフィンとディスクから構成され、前記フィンはコイルエンドと空隙を介して円周上に配置され、前記ディスクは前記コイルエンドの端面にオーバーハングするように配置されること
を特徴とする請求項７に記載の中空減速機内蔵アクチュエータ。