WO2015019924A1 - 歯車伝動装置 - Google Patents

Abstract

　歯車伝動装置は、歯車構造体と、複数のモータを備えている。歯車構造体は、複数のクランクシャフトと、偏心回転歯車と、自転歯車を備えている。各々のクランクシャフトには、モータが取り付けられている。複数のモータうちの少なくとも１個が第１モータであり、複数のモータうちの少なくとも１個が第２モータである。第２モータは、軸方向の長さが第１モータより短い。

Description

歯車伝動装置

　本出願は、２０１３年８月９日に出願された日本国特許出願第２０１３－１６６９２７号に基づく優先権を主張する。その出願の全ての内容は、この明細書中に参照により援用されている。本明細書は、歯車伝動装置に関する技術を開示する。特に、複数のクランクシャフトを備える歯車伝動装置に関する。

　偏心回転歯車を用いた歯車伝動装置が知られている。偏心回転歯車は、歯車伝動装置の出力軸に対して偏心回転する。このような歯車伝動装置では、複数のクランクシャフトを偏心回転歯車に係合させることがある。特開２０１１－１４７２２３号公報には、全てのクランクシャフトにモータが取り付けられている歯車伝動装置が開示されている。以下、特開２０１１－１４７２２３号公報を、特許文献１と称する。また、特許文献１の歯車伝動装置は、複数のクランクシャフトのうちの１個にエンコーダが取り付けられている。

　特許文献１の技術では、全てのクランクシャフトをモータで駆動することにより、外歯歯車とクランクシャフトとの間でバックラッシュが生じることを防止することができる。具体的には、クランクシャフト同士の間で位相差が生じることを防止することができる。しかしながら、全てのクランクシャフトにモータを取り付けるので、エンコーダをクランクシャフトに取り付けることにより、歯車伝動装置の軸方向の長さが長くなることが避けられない。本明細書は、複数のクランクシャフトを備える歯車伝動装置において、クランクシャフト同士の間で位相差が生じることを防止しながら、歯車伝動装置のサイズをコンパクトにする技術を提供する。

　本明細書で開示する歯車伝動装置は、歯車構造体と、その歯車構造体を駆動する複数のモータを備えている。歯車構造体は、複数のクランクシャフトと、偏心回転歯車と、偏心回転歯車に対して相対的に回転する自転歯車を備えている。クランクシャフトは、偏心体を備えている。各々のクランクシャフトには、上記モータが取り付けられている。偏心回転歯車は、クランクシャフトに設けられている偏心体に係合している。自転歯車は、偏心回転歯車と異なる歯数を有しているとともに偏心回転歯車と噛み合っている。本明細書で開示する歯車伝動装置では、複数のモータのうちの少なくとも１個が第１モータであり、複数のモータのうちの少なくとも１個が第２モータである。第２モータは、軸方向の長さが第１モータより短い。

　上記の歯車伝動装置によると、モータが全てのクランクシャフトに連結されているので、クランクシャフト同士の間で位相差が生じることを防止することができる。また、第２モータの軸方向の長さが第１モータの軸方向長さより短いので、第２モータとクランクシャフトの合計の長さが、第１モータとクランクシャフトの合計の長さより短い。第２モータを取り付けたクランクシャフトにエンコーダ等を取り付けることにより、第１モータを取り付けたクランクシャフトにエンコーダ等を取り付けるよりも歯車伝動装置の軸方向の長さを短くすることができる。

　なお、本明細書で開示する技術は、単に軸方向長さの短いモータを用いることではない。軸方向長さの短いモータは、典型的に出力トルクが小さい。そのため、全てのモータの軸方向長さを短くすると、歯車伝動装置の出力トルクが低下する。本明細書で開示する技術は、１個の歯車伝動装置において、軸方向長さが異なる複数種類のモータ（少なくとも、第１モータ，第２モータ）を用いることである。それにより、歯車伝動装置の出力トルクが低下することを抑制しつつ、歯車伝動装置のサイズを小さくすることができる。

実施例の歯車伝動装置の断面図を示す。 実施例の歯車伝動装置の別の角度の断面図を示す。 クランクシャフト及びモータの配置状態を説明する図を示す。

　以下、本明細書で開示する実施例の技術的特徴の幾つかを記す。なお、以下に記す事項は、各々単独で技術的な有用性を有している。

　複数のモータのうちの１個が第２モータ（第１モータより軸方向長さが短いモータ）であり、他のモータは第１モータであってもよい。典型的に、第１モータは、第２モータより出力トルクが大きい。第２モータの数を最小限に留めることによって、第２モータを複数備える歯車伝動装置と比較して、歯車伝動装置の出力トルクを、より大きくすることができる。

　全てのモータが電気的に直列に接続されていてもよい。全てのモータを直列に接続することにより、いずれかのモータの配線（巻線）が断線したときに、全てのモータが停止する。いずれかのモータが断線して入力トルク（モータの出力トルク）が低下した状態で歯車伝動装置が駆動し続けることを防止することができる。なお、モータが多相モータの場合、「モータが電気的に直列に接続されている」とは、各相の巻線が直列に接続されていることを意味する。例えば、Ｕ相，Ｖ相及びＷ相を有する３相モータを３個直列に接続する場合、Ｕ相の巻線が３個のモータで直列に接続されており、Ｖ相の巻線が３個のモータで直列に接続されており、Ｗ相の巻線が３個のモータで直列に接続されている。この場合、１個目及び２個目のモータではＵ相，Ｖ相及びＷ相を結線しないで、３個目のモータでＵ相，Ｖ相及びＷ相を結線する。

　実施例では、複数のクランクシャフトが外歯歯車に係合しており、外歯歯車が偏心回転する歯車伝動装置について説明する。実施例の歯車伝動装置では、内歯歯車が、外歯歯車と噛み合いながら外歯歯車に対して相対的に回転する。本明細書で開示する技術は、複数のクランクシャフトが内歯歯車に係合しており、内歯歯車が偏心回転するタイプの歯車伝動装置に適用することもできる。この場合、外歯歯車が、偏心回転する内歯歯車と噛み合っており、内歯歯車に対して相対的に回転する。また、実施例では、３個のクランクシャフトが外歯歯車に係合している例を説明する。しかしながら、クランクシャフトの数は、２個でもよいし、４個以上でもよい。

　歯車伝動装置１００について説明する。歯車伝動装置１００は、３個のクランクシャフト１４ａ、１４ｂ及び１４ｃを備えている。図１は、クランクシャフト１４ａの断面が現れ、クランクシャフト１４ｂ及び１４ｃの断面が現れない場所を示している。図２は、クランクシャフト１４ａ及び１４ｂの断面が現れ、クランクシャフト１４ｃの断面が現れない場所を示している。なお、図２では、図面の明瞭化のために、図１に付した参照番号の幾つかを省略している。クランクシャフト１４ａ、１４ｂ及び１４ｃの軸線４０ａ，４０ｂ及び４０ｃは、歯車伝動装置１００の軸線４２からオフセットした位置で、軸線４２に平行に延びている。

　図３に示すように、クランクシャフト１４ａ、１４ｂ及び１４ｃは、軸線４２の周りに等間隔に配置されている。すなわち、軸線４０ａ－軸線４２－軸線４０ｂを結んだ角度，軸線４０ｂ－軸線４２－軸線４０ｃを結んだ角度及び軸線４０ｃ－軸線４２－軸線４０ａを結んだ角度は、各々１２０°である。クランクシャフト１４ａにモータ３６ａが取り付けられており、クランクシャフト１４ｂにモータ６０が取り付けられており、クランクシャフト１４ｃにモータ３６ｃが取り付けられている。モータ３６ａ、３６ｃは第１モータの一例であり、モータ６０は第２モータの一例である。なお、モータ３６ａ、３６ｃは、同一の構造である。

　クランクシャフト１４ｂには、エンコーダ７０が取り付けられている。なお、エンコーダ７０は、クランクシャフト１４ａ及び１４ｃには取り付けられていない。以下の説明では、モータ３６ａ、３６ｃを、単にモータ３６と称することがある。また、クランクシャフト１４ａ、１４ｂ及び１４ｃを、単にクランクシャフト１４と称することがある。

　図１及び図２に示すように、歯車伝動装置１００は、歯車構造体５２と複数のモータ（第１モータ３６ａ、３６ｃ，第２モータ６０）を備えている。歯車構造体５２は、クランクシャフト１４と、２個の外歯歯車２４と、内歯歯車２２を備えている。クランクシャフト１４ａには第１モータ３６が取り付けられており、クランクシャフト１４ｂには第２モータ６０が取り付けられており、クランクシャフト１４ｃには第１モータ３６が取り付けられている（図３を参照）。外歯歯車２４は偏心回転歯車の一例であり、内歯歯車２２は自転歯車の一例である。

　図１を参照し、歯車伝動装置１００の具体的な構造を説明する。クランクシャフト１４は、２個の偏心体１０を備えている。２個の偏心体１０は、クランクシャフト１４の軸線４０に対して互いに反対方向に偏心している。外歯歯車２４が、円筒ころ軸受２６を介して、各々の偏心体１０に係合している。そのため、クランクシャフト１４が回転すると、偏心体１０が軸線４０の周りを偏心回転し、外歯歯車２４が内歯歯車２２と噛み合いながら軸線４２の周りを偏心回転する。

　クランクシャフト１４は、一対の軸受１６によって、キャリア４に回転可能に支持されている。歯車構造体５２では、一対の軸受１６として、円錐ころ軸受を用いている。一対の軸受１６によって、クランクシャフト１４は、キャリア４に対してアキシャル方向及びラジアル方向への移動が規制されている。また、キャリア４は、一対の軸受４６によって、ケース２０に支持されている。歯車構造体５２では、一対の軸受４６として、アンギュラ玉軸受が用いられている。一対の軸受４６によって、キャリア４は、ケース２０に対してアキシャル方向及びラジアル方向への移動が規制されている。

　ケース２０の内周面に、複数の内歯ピン１８が配置されている。各々の内歯ピン１８は、軸線４２の周りに等間隔に配置されている。ケース２０と内歯ピン１８によって、内歯歯車２２が形成されている。内歯歯車２２には、外歯歯車２４が噛み合っている。内歯歯車２２の歯数（内歯ピン１８の数）は、外歯歯車２４の歯数と異なる。歯車構造体５２では、内歯歯車２２の歯数は、外歯歯車２４の歯数より１個多い。

　外歯歯車２４は、内歯歯車２２と噛み合いながら偏心回転する。外歯歯車２４が偏心回転すると、外歯歯車２４と内歯歯車２２の歯数差に応じて、外歯歯車２４が内歯歯車２２に対して相対的に回転する。キャリア４はクランクシャフト１４を介して外歯歯車２４を支持しており、ケース２０は内歯歯車２２の一部を構成している。そのため、外歯歯車２４が内歯歯車２２に対して相対的に回転すると、キャリア４がケース２０に対して相対的に回転する。歯車構造体５２では、キャリア４をベース（図示省略）に固定し、被回転部材２をケース２０に固定する。そのため、外歯歯車２４が偏心回転する（クランクシャフト１４が回転する）と、被回転部材２がベースに対して回転する。なお、軸線４２は、ケース２０（内歯歯車２２）の回転軸ということもできる。

　キャリア４は、第１部材４ａと第２部材４ｃを備えている。第１部材４ａは、柱状部４ｂを備えている。柱状部４ｂは、第１部材４ａから第２部材４ｃに向けて延びており、外歯歯車２４に形成されている貫通孔を通過している。柱状部４ｂは、ボルトによって、第２部材４ｃに固定されている。テーパーピン４８によって、第１部材４ａと第２部材４ｃが位置決めされている。

　キャリア４（第１部材４ａ，第２部材４ｃ）の中央部に、軸線４２に沿って延びている貫通孔が形成されている。キャリア４の貫通孔内に、筒体６が配置されている。筒体６の一端は第１部材４ａに固定されており、他端は第２部材４ｃに固定されている。筒体６に形成されている貫通孔８は、キャリア４の貫通孔に連通している。すなわち、歯車伝動装置１００の中央部に、軸線４２に沿って延びている貫通孔が設けられている。

　第２部材４ｃには、モータ３６、６０が固定されている（図２も参照）。第１モータ３６は、ロータ３４とステータ３０を備えている。ロータ３４は、クランクシャフト１４に固定されている。ロータ３４の表面には、永久磁石３２が取り付けられている。ステータ３０は、キャリア４の第２部材４ｃに固定されている。ステータ３０は巻線を備えており、巻線には電源（図示省略）からの電流が流れる。第２モータ６０は、ロータ６６とステータ６２を備えている。ロータ６６は、クランクシャフト１４に固定されている。ロータ６６の表面には、永久磁石６４が取り付けられている。ステータ６２は、キャリア４の第２部材４ｃに固定されている。ステータ６２は巻線を備えており、巻線には電源からの電流が流れる。

　歯車伝動装置１００では、第１モータ３６と第２モータ６０が直列に接続されている。具体的には、第１モータ３６の巻線と、第２モータ６０の巻線が繋がっている。そのため、１個の電源から供給された電流が、第１モータ３６及び第２モータ６０を流れる。

　図２及び図３に示すように、３個のクランクシャフト１４（１４ａ，１４ｂ及び１４ｃ）のうち、第２モータ６０は、クランクシャフト１４ｂにだけ取り付けられている。他のクランクシャフト１４（１４ａ及び１４ｃ）には、第１モータ３６が取り付けられている。また、クランクシャフト１４ｂにはエンコーダ７０が取り付けられており、クランクシャフト１４ａ及び１４ｃにはエンコーダ７０が取り付けられていない。

　図２に示すように、軸線４２方向において、第２モータ６０の長さＬ６０は、第１モータ３６の長さＬ３６より短い。そのため、クランクシャフト１４ｂにエンコーダ７０を取り付けることによって、クランクシャフト１４ａ（又はクランクシャフト１４ｃ）にエンコーダ７０を取り付けるよりも、歯車伝動装置１００の軸線４２方向の長さを短くすることができる。すなわち、第２モータ６０が取り付けられるクランクシャフト１４ｂに選択的にエンコーダ７０を取り付けることにより、歯車伝動装置１００の軸線４２方向の長さが長くなることを防止することができる。

　歯車伝動装置１００の利点を説明する。上記したように、歯車伝動装置１００では、軸方向長さの異なる２種のモータ（第１モータ３６，第２モータ６０）を用意し、軸方向長さの短いモータ（第２モータ６０）が取り付けられるクランクシャフト（クランクシャフト１４ｂ）にエンコーダ７０を取り付ける。その結果、コンパクトな歯車伝動装置を実現することができる。また、歯車伝動装置１００では、全てのクランクシャフト１４にモータ（第１モータ３６，第２モータ６０）が取り付けられている。そのため、歯車伝動装置１００を駆動しているときに、クランクシャフト１４と外歯歯車２４の間でバックラッシュが生じることを防止することができる。換言すると、全てクランクシャフト１４の位相を揃えることができる。

　歯車伝動装置１００では、２個の第１モータ３６と１個の第２モータ６０が用いられている。上記したように、第１モータ３６の軸方向長さＬ３６は、第２モータ６０の軸方向長さＬ６０より長い。すなわち、第１モータ３６は、第２モータ６０よりサイズが大きい。典型的に、サイズが大きいモータは、出力トルクが大きい。歯車伝動装置１００では、出力トルクが大きなモータ（第１モータ３６）を、出力トルクが小さなモータ（第２モータ６０）よりも多く用いている。より具体的には、歯車伝動装置１００では、出力トルクが小さなモータ（第２モータ６０）の数を最小（１個）にしている。それにより、コンパクトでありながら出力トルクが大きな歯車伝動装置を実現している。

　歯車伝動装置１００では、第１モータ３６及び第２モータ６０が、１個の電源に直列に接続されている。そのため、モータ３６，６０の間で位相差が生じることを防止することができる。また、歯車伝動装置１００は、１個のコントローラで複数のモータを駆動することができる。なお、全てのクランクシャフト１４の位相が揃っているので、１個のクランクシャフト１４（クランクシャフト１４ｂ）にエンコーダ７０を取り付けるだけで、全てのクランクシャフト１４の回転角を検出することができる。

　オイルシール４４，５０が、軸線４２方向において一対の軸受４６の外側で、ケース２０とキャリア４の間に配置されている。オイルシール４４がケースと２０と第１部材４ａの間に配置されており、オイルシール５０がケースと２０と第２部材４ｃの間に配置されている。また、オイルシール２８及びキャップ１２が、軸線４０方向において一対の軸受１６の外側で、クランクシャフト１４とキャリアの間に配置されている。オイルシール２８がクランクシャフト１４と第２部材４ｃの間に配置されており、キャップ１２が、第１部材４ａに設けられている孔（クランクシャフト１４を支持する軸受１６を配置するための孔）に取り付けられている。オイルシール４４，５０，２８及びキャップ１２によって、歯車伝動装置１００の内部の潤滑剤が歯車伝動装置１００の外部に漏れることを防止している。なお、第１部材４ａと筒体６、及び、第２部材４ｃと筒体６の間にはＯリングが配置されており、歯車伝動装置１００の内部の潤滑剤が歯車伝動装置１００の中央の貫通孔内に漏れることを防止している。

　上記実施例では、３個のクランクシャフト１４と３個のモータ（第１モータ３６，第２モータ６０）を備える歯車伝動装置１００について説明した。クランクシャフト及びモータの数は、上記実施例に限定されない。本明細書で開示する技術は、複数のクランクシャフトを備え、各々のクランクシャフトにモータが取り付けられている全ての歯車伝動装置に適用することができる。重要なことは、複数のモータのうちの少なくとも１個のモータとして、他のモータより軸方向長さが短いモータを用いることである。

　上記実施例では軸方向長さが短いモータ（第２モータ）を取り付けたクランクシャフトに、エンコーダを取り付ける例について説明した。しかしながら、第２モータ用いることによって生じたスペースに他の部品（例えば、ブレーキ）を取り付けてもよい。また、第１モータ及び第２モータに加え、軸方向長さが第１モータ及び第２モータと異なる第３モータを用いてもよい。例えば、第１モータより軸方向長さが短く、第２モータより軸方向長さが長い第３モータを用いてもよい。この場合、第３モータを取り付けたクランクシャフトに、エンコーダとは異なる部品を取り付けてもよい。

　上記実施例では、第１モータ及び第２モータの双方がラジアルギャップモータである。しかしながら、第１モータ及び第２モータとして、アキシャルギャップモータを用いてもよい。あるいは、第１モータはラジアルギャップモータとして、第２モータはアキシャルギャップモータとしてもよい。アキシャルギャップモータは、ラジアルギャップモータよりも軸方向長さを短くしやすい。歯車伝動装置の軸方向長さが長くなることを一層抑制することができる。

　以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
 

Claims (4)

1. 　歯車構造体と、その歯車構造体を駆動する複数のモータと、を備えている歯車伝動装置であり、
   　歯車構造体は、
   　偏心体が設けられているとともに、前記モータが取り付けられている複数のクランクシャフトと、
   　前記偏心体に係合している偏心回転歯車と、
   　偏心回転歯車と異なる歯数を有しているとともに偏心回転歯車と噛み合っており、偏心回転歯車に対して相対的に回転する自転歯車と、を備えており、
   　複数のモータのうちの少なくとも１個が第１モータであり、
   　複数のモータのうちの少なくとも１個が第２モータであり、
   　第２モータは、軸方向の長さが第１モータより短い歯車伝動装置。
2. 　複数のモータのうちの１個が第２モータであり、他のモータは第１モータである請求項１に記載の歯車伝動装置。
3. 　エンコーダが、第２モータに取り付けられている請求項２に記載の歯車伝動装置。
4. 　全てのモータが電気的に直列に接続されている請求項１から３のいずれか一項に記載の歯車伝動装置。
    

Images