(57)【要約】【課題】  高トルク低回転の出力を、簡易な構成で偏心することなく得ることができるモータなどのアクチュエータの提供。【解決手段】  出力軸４は、本体ケース１に保持された軸受２，３により、軸心の位置を変えずに回転可能に保持される。円筒状のステータ６は、本体ケース１に対し位置決めされると共に、その外周部に周方向等間隔に、コイル８を有する磁極７が複数設けられている。円筒状のロータ５は、ステータ６が緩やかにはめ込まれ、各磁極７の励磁タイミングが操作されることで、ステータ６の外周部に沿ってサイクロイド転動する。ロータ５の回転は、内歯歯車１０および外歯歯車１１を介して、出力軸４を同一軸線上で回転させる。【選択図】      図２
2006217779.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周部または内周部に周方向等間隔に、コイルを有する磁極が複数設けられたステータと、
前記各磁極の励磁タイミングが操作されることで、ステータの外周部または内周部に沿って転動するロータと、
軸心の位置を変えずに回転可能に保持され、減速機構を介してロータにより回転駆動される出力軸と
を備えることを特徴とする減速機一体型アクチュエータ。
【請求項２】
前記減速機構が、歯車減速機構、ボール減速機構、またはサイクロイド減速機構とされた
ことを特徴とする請求項１に記載の減速機一体型アクチュエータ。
【請求項３】
前記出力軸は、本体ケースに保持された軸受により、軸心の位置を変えずに回転可能に保持され、
前記ステータは、前記本体ケースに対し位置決めされると共に、外周部に周方向等間隔にコイルを有する磁極が複数設けられており、
前記ロータは、前記ステータが緩やかにはめ込まれる円形穴を有すると共に、この円形穴と同軸で歯車を有しており、
この歯車とかみ合わされることで、前記出力軸が回転駆動される
ことを特徴とする請求項１に記載の減速機一体型アクチュエータ。
【請求項４】
前記出力軸は、本体ケースに保持された軸受により、軸心の位置を変えずに回転可能に保持され、
前記ステータは、前記本体ケースに対し位置決めされると共に、内周部に周方向等間隔にコイルを有する磁極が複数設けられており、
前記ロータは、前記ステータに緩やかにはめ込まれる円筒部を有すると共に、この円筒部と同軸で歯車を有しており、
この歯車とかみ合わされることで、前記出力軸が回転駆動される
ことを特徴とする請求項１に記載の減速機一体型アクチュエータ。
【請求項５】
前記ロータの側面に、エピサイクロイド曲線またはハイポサイクロイド曲線の案内溝が形成され、
前記本体ケースに対し位置決めされたカムフォロアが、前記案内溝に突入されることで、前記ロータのサイクロイド転動が案内される
ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の減速機一体型アクチュエータ。
【請求項６】
周方向等間隔に、コイルを有する筒部が複数設けられたステータと、
前記各筒部に突入されるプランジャを、円周面にその径方向に沿って設けられ、前記各筒部の励磁タイミングが操作されることで、各筒部に対し各プランジャが進退することで、弾性変形する円筒状の弾性材と、
軸心の位置を変えずに回転可能に保持され、前記弾性材に設けられた歯車と少なくとも一部でかみ合わされて回転駆動される出力軸と
を備えることを特徴とする減速機一体型アクチュエータ。
【請求項７】
周方向等間隔に、コイルを有する磁極が複数設けられたステータと、
このステータの軸心と一致して設けられる歯車と、
軸心の位置を変えずに回転可能に保持される出力軸と、
この出力軸にその軸心と偏心して設けられ、前記各磁極の励磁タイミングが操作されることで、前記歯車と一部においてかみ合わされつつステータまわりに転動するロータと
を備えることを特徴とする減速機一体型アクチュエータ。
【請求項８】
前記出力軸は、本体ケースに保持された軸受により、軸心の位置を変えずに回転可能に保持され、
前記ステータは、前記本体ケースに対し位置決めされると共に、外周部に周方向等間隔にコイルを有する磁極が複数設けられており、
このステータには、その軸心と一致して外歯歯車が固定されており、
前記ロータは、前記ステータが緩やかにはめ込まれる円形穴を有すると共に、この円形穴と同軸で前記外歯歯車と一部においてかみ合う内歯歯車を有しており、前記出力軸に対し相対回転可能に設けられる
ことを特徴とする請求項７に記載の減速機一体型アクチュエータ。
【請求項９】
前記出力軸の回転位置検出手段と、前記各コイルに電流を流すタイミングを制御する回路基板とを備えた
ことを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれかに記載の減速機一体型アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高トルク低回転の出力が得られ、ロボットなどの駆動に利用できる減速機一体型の電磁式アクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、高トルク低回転の出力が得られる電磁式アクチュエータとして、下記特許文献１に開示される電磁式ワブルモータが知られている。この電磁式ワブルモータは、円筒状のステータに、円柱状のロータがはめ込まれて構成される。ステータは、内周面に周方向等間隔に磁極が複数形成されると共に、これら各磁極に設けられてそこに磁束を発生させるコイルを有している。一方、ロータは、中央部に出力軸を固定された円柱形状で、ステータの中央穴に遊嵌されている。従って、前記各磁極の励磁タイミングを操作することで、ステータの内周面に沿ってロータを転動することができ、出力軸を回転駆動することができる。
【特許文献１】特開平１０−３０４６４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の構成では、ステータの内周面に沿って転動するロータに、出力軸が直に固定されていた。そのため、出力軸は必然的に偏心して回転することになり、通常の回転出力の取り出しが困難であった。
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、高トルク低回転の出力を、簡易な構成で偏心することなく得ることができるモータなどのアクチュエータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、外周部または内周部に周方向等間隔に、コイルを有する磁極が複数設けられたステータと、前記各磁極の励磁タイミングが操作されることで、ステータの外周部または内周部に沿って転動するロータと、軸心の位置を変えずに回転可能に保持され、減速機構を介してロータにより回転駆動される出力軸とを備えることを特徴とする減速機一体型アクチュエータである。
【０００６】
請求項１に記載の発明によれば、ステータの各磁極への励磁タイミングを操作することで、ステータに対しロータを転動させることができる。これによるロータの回転は、軸心の位置を変えずに回転可能に保持された出力軸に、直接ではなく、歯車などの減速機構を介して伝達される。従って、出力軸を、高トルク低回転で、偏心させることなく回転させることができる。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、前記減速機構が、歯車減速機構、ボール減速機構、またはサイクロイド減速機構とされたことを特徴とする請求項１に記載の減速機一体型アクチュエータである。
【０００８】
請求項２に記載の発明によれば、歯車減速機構の他、偏心して回転するロータと相性のよいボール減速機構やサイクロイド減速機構を用いて、ロータから出力軸への回転伝達を簡易かつ確実になすことができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、前記出力軸は、本体ケースに保持された軸受により、軸心の位置を変えずに回転可能に保持され、前記ステータは、前記本体ケースに対し位置決めされると共に、外周部に周方向等間隔にコイルを有する磁極が複数設けられており、前記ロータは、前記ステータが緩やかにはめ込まれる円形穴を有すると共に、この円形穴と同軸で歯車を有しており、この歯車とかみ合わされることで、前記出力軸が回転駆動されることを特徴とする請求項１に記載の減速機一体型アクチュエータである。
【００１０】
請求項３に記載の発明によれば、複数の磁極にそれぞれコイルを有するステータ、ステータまわりに転動するロータ、ロータおよび出力軸の互いにかみ合う各歯車、軸心の位置を変えずに出力軸を回転保持する軸受を、コンパクトにまとめた構成とできる。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、前記出力軸は、本体ケースに保持された軸受により、軸心の位置を変えずに回転可能に保持され、前記ステータは、前記本体ケースに対し位置決めされると共に、内周部に周方向等間隔にコイルを有する磁極が複数設けられており、前記ロータは、前記ステータに緩やかにはめ込まれる円筒部を有すると共に、この円筒部と同軸で歯車を有しており、この歯車とかみ合わされることで、前記出力軸が回転駆動されることを特徴とする請求項１に記載の減速機一体型アクチュエータである。
【００１２】
請求項４に記載の発明によれば、複数の磁極にそれぞれコイルを有するステータ、ステータ内を転動するロータ、ロータおよび出力軸の互いにかみ合う各歯車、軸心の位置を変えずに出力軸を回転保持する軸受を、コンパクトにまとめた構成とできる。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、前記ロータの側面に、エピサイクロイド曲線またはハイポサイクロイド曲線の案内溝が形成され、前記本体ケースに対し位置決めされたカムフォロアが、前記案内溝に突入されることで、前記ロータのサイクロイド転動が案内されることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の減速機一体型アクチュエータである。
【００１４】
請求項５に記載の発明によれば、ステータの外周をロータが転動する場合には、エピサイクロイド曲線状の案内溝が形成される一方、ステータの内周をロータが転動する場合には、ハイポサイクロイド曲線状の案内溝が形成される。そして、各案内溝には、ステータと同様に位置決めされたカムフォロアが突入される。これにより、ステータに対するロータのサイクロイド転動が円滑で確実になされる。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、周方向等間隔に、コイルを有する筒部が複数設けられたステータと、前記各筒部に突入されるプランジャを、円周面にその径方向に沿って設けられ、前記各筒部の励磁タイミングが操作されることで、各筒部に対し各プランジャが進退することで、弾性変形する円筒状の弾性材と、軸心の位置を変えずに回転可能に保持され、前記弾性材に設けられた歯車と少なくとも一部でかみ合わされて回転駆動される出力軸とを備えることを特徴とする減速機一体型アクチュエータである。
【００１６】
請求項６に記載の発明によれば、円筒状の弾性材に設けた各プランジャを進退させるタイミングを操作することで、出力軸を回転駆動することができる。プランジャの進退動作は、円筒状の弾性材を介して出力軸に伝達され、しかも歯車を介して伝達される。これにより、出力軸を、高トルク低回転で、偏心させることなく回転させることができる。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、周方向等間隔に、コイルを有する磁極が複数設けられたステータと、このステータの軸心と一致して設けられる歯車と、軸心の位置を変えずに回転可能に保持される出力軸と、この出力軸にその軸心と偏心して設けられ、前記各磁極の励磁タイミングが操作されることで、前記歯車と一部においてかみ合わされつつステータまわりに転動するロータとを備えることを特徴とする減速機一体型アクチュエータである。
【００１８】
請求項７に記載の発明によれば、ステータの各磁極への励磁タイミングを操作することで、ステータに対しロータを転動させることができる。これによるロータの回転は、軸心の位置を変えずに回転可能に保持された出力軸に、直接ではなく、歯車減速機構を介して伝達される。従って、出力軸を、高トルク低回転で、偏心させることなく回転させることができる。
【００１９】
請求項８に記載の発明は、前記出力軸は、本体ケースに保持された軸受により、軸心の位置を変えずに回転可能に保持され、前記ステータは、前記本体ケースに対し位置決めされると共に、外周部に周方向等間隔にコイルを有する磁極が複数設けられており、このステータには、その軸心と一致して外歯歯車が固定されており、前記ロータは、前記ステータが緩やかにはめ込まれる円形穴を有すると共に、この円形穴と同軸で前記外歯歯車と一部においてかみ合う内歯歯車を有しており、前記出力軸に対し相対回転可能に設けられることを特徴とする請求項７に記載の減速機一体型アクチュエータである。
【００２０】
請求項８に記載の発明によれば、複数の磁極にそれぞれコイルを有するステータ、ステータまわりに転動するロータ、互いにかみ合う外歯歯車と内歯歯車、軸心の位置を変えず軸受で保持された出力軸を、コンパクトにまとめた構成とできる。部品点数が少なく、構造が簡単で、製造容易で、製造コストの低減を図ることができる。
【００２１】
さらに、請求項９に記載の発明は、前記出力軸の回転位置検出手段と、前記各コイルに電流を流すタイミングを制御する回路基板とを備えたことを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれかに記載の減速機一体型アクチュエータである。
【００２２】
請求項９に記載の発明によれば、ロータリエンコーダなどの回転位置検出手段や、制御回路基板を一体的に備えることで、インテリジェント型のアクチュエータとすることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、ロータと出力軸との間に歯車などを介在させることで、高トルク低回転の出力を、簡易な構成で偏心することなく得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の減速機一体型アクチュエータについて、図面に基づき更に詳細に説明する。
【実施例１】
【００２５】
図１から図５は、本発明の減速機一体型アクチュエータの実施例１を示す図であり、図１は分解斜視図、図２は組立状態の縦断面図、図３はそのIII−III断面図、図４はそのIV−IV断面図、図５はそのＶ−Ｖ断面図である。
【００２６】
本実施例のアクチュエータは、本体ケース１に軸受２，３を介して出力軸４が回転可能に保持されており、この出力軸４を回転駆動するためのロータ５およびステータ６が、本体ケース１内に収容されて設けられている。
【００２７】
本実施例のステータ６は、円筒形状であり、後述するように、本体ケース１に対し位置決めされて固定される。ステータ６の外周部には、周方向等間隔に複数個（通常６個以上、図示例では８個）の磁極７，７…が形成されている。各磁極７は、径方向外側へ突出して形成されており、各磁極７の径方向外面にて一つの円筒面が形成される。各磁極７には、その径方向外面に磁束を発生させるためのコイル８が、それぞれ巻かれている。各コイル８に電流を流すことで、その磁極７を励磁することができる。各磁極７をそれぞれ個別に励磁して電磁石として機能させるために、ステータ６は、少なくともその外周部の磁極７が磁性体により形成されている。
【００２８】
本実施例のロータ５は、円筒形状であり、永久磁石または軟鉄など、鉄損の少ない磁性材料から形成される。ロータ５は、その内径がステータ６の外径よりも大きく、その軸方向（図１および図２において左右方向）寸法はステータ６の幅寸法よりも大きい。ロータ５の内周面は、ステータ６側の右半分は、単なる円形穴９であるが、左半分には内歯歯車１０が形成されている。ロータ５には、その右半分の円形穴９にステータ６が収容され、左半分の内歯歯車１０には出力軸４の外歯歯車１１が収容される。この際、ロータ５の内歯歯車１０には、出力軸４の外歯歯車１１が、一部においてかみ合わされる。なお、ロータ５の内歯歯車１０の歯数は、出力軸４の外歯歯車１１の歯数よりも僅かに（たとえば１〜３枚程度）多い。
【００２９】
ロータ５の右半分の円形穴９の内周面に、消音リング１２，１２を取り付けるのが好ましい。この消音リング１２は、ロータ５がステータ６まわりに回転する際の騒音を抑制する。具体的には、消音リング１２は、高分子材料や樹脂材料などの弾性体から形成され、ステータ６の各磁極７がロータ５を吸着する際の衝撃力を弱めるだけでなく、ステータ６まわりにロータ５が転動する際のクッションとして作用する。これにより、アクチュエータ作動時の低騒音化に効果を奏する。
【００３０】
本実施例の出力軸４は、軸方向中央部に径方向外側へ突出して大径部が設けられ、この大径部の外周面に多数の歯が形成されることで、前記外歯歯車１１とされる。この外歯歯車１１から軸方向両側へ段付きの軸部１３〜１８が延出している。図１および図２において外歯歯車１１から左側について述べると、外歯歯車１１寄りの第一軸部１３から、第二軸部１４、第三軸部１５と、順次縮径して段付きに形成されている。一方、外歯歯車１１から右側について述べると、外歯歯車１１寄りの第四軸部１６から、第五軸部１７、第六軸部１８と、順次縮径して段付きに形成されている。なお、第四軸部１６の軸方向寸法は、僅かしかない。出力軸４は、軸心の位置を変えずに回転可能に、本体ケース１に軸受２，３を介して保持される。
【００３１】
本体ケース１は、中空の円筒状であり、軸方向両端部に壁面１９，２０を有している。この左右両端壁１９，２０の中央部には、それぞれ円形の貫通穴２１，２２が形成されている。左右の貫通穴２１，２２は、同一軸線上に配置されている。左右両端壁１９，２０には、前記貫通穴２１，２２に沿って、短円筒部２３，２４が軸方向外側へ突出形成されている。各短円筒部２３，２４の先端部は、径方向内側へ僅かに延出部２５，２６を形成されている。各短円筒部２３，２４には、軸受２，３がそれぞれ装着される。
【００３２】
軸受２，３は、従来公知のものが使用できるが、念のために説明する。本実施例の軸受２，３は、円筒状の内輪２７と外輪２８との間に、ボールなどからなる多数の転動体２９が周方向に沿って配置されて構成される。これにより、内輪２７と外輪２８とは、転動体２９を介して相対回転可能である。そして、この軸受２，３は、各外輪２８が前記短円筒部２３，２４にはめ込まれて固定される。このようにして、本体ケース１の左右両端壁１９，２０に、それぞれ軸受２，３が設けられる。
【００３３】
本体ケース１の左右の軸受２，３には、出力軸４が架け渡されて設けられる。その際、出力軸４の第二軸部１４と第六軸部１８とに、それぞれ軸受２，３の内輪２７が固定される。左側の軸受２は、左側の短円筒部２３の前記延出部２５と、第一軸部１３の先端面とに当接されて保持される。右側の軸受３は、右側の短円筒部２４の前記延出部２６と、第五軸部１７の先端面とに当接されて保持される。また、ステータ６の中央穴３０には、第五軸部１７が貫通する。さらに、第三軸部１５は、本体ケース１の左端壁１９よりも外方へ延出する。
【００３４】
ところで、図１に示すように、ステータ６には、右側へ延出して脚部３１が設けられている。この脚部３１は、本体ケース１および後述の回路基板３２を貫通して、ケース蓋３３の凹部（不図示）にはめ込まれて保持される。これにより、本体ケース１に対するステータ６の位置決めがなされる。
【００３５】
図６は、ステータ６の外周にロータ５を転動させる際の動作説明図である。この図において、ステータ６は小円３４で示され、ロータ５は大円３５で示されている。小円３４の外周と大円３５の内周が、一点Ｐ１において接しているとする。その状態から、小円３４の外周を転動するように、大円３５を反時計方向に回転させると、Ｐ１点は、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４…のような軌跡３６を描くことになる。この軌跡３６は、エピサイクロイド曲線と呼ばれる。
【００３６】
本実施例のアクチュエータでは、ステータ６の周方向に沿った各磁極７を順に励磁することで、ロータ５はステータ６の各磁極７に順に吸着される。これにより、ロータ５は、ステータ６の外周面に沿って、エピサイクロイド曲線を描きながら転動することになる。
【００３７】
ロータ５が円滑かつ確実にエピサイクロイド曲線を描いて回転するように、本実施例では、ロータ５と本体ケース１との間に、案内機構３８，３９が設けられている。具体的には、図１から図３に示すように、円筒状のロータ５の軸方向両端部には、径方向内側へ延出して端壁３７が形成されており、この端壁３７に、軸方向外側へ開口して、エピサイクロイド曲線状の案内溝３８が形成されている。図示例では、案内溝３８は、内周部だけがエピサイクロイド曲線状に形成されているが（図３）、これと対応して外周部にもエピサイクロイド曲線状の凹凸を設けてもよい。
【００３８】
そして、このように形成された案内溝３８には、本体ケース１に保持されたカムフォロア３９が突入される。図７は、本実施例のカムフォロア３９を示す断面図である。この図に示すように、本実施例のカムフォロア３９は、円筒コロ軸受の内輪４０にピン４１がはめ込まれて構成される。円筒コロ軸受は、周知のとおり、円筒状の内輪４０と外輪４２との間に、円柱状の多数のコロ（転動体）４３が周方向等間隔に配置されて構成される。これにより、内輪４０と外輪４２とは、コロ４３を介して相対回転可能である。
【００３９】
そして、内輪４０にはめ込まれたピン４１は、円筒コロ軸受の一端面から延出し、この延出部が本体ケース１に保持される。本体ケース１の左右端壁１９，２０には、複数のカムフォロア３９が、周方向に等間隔に設けられている。各カムフォロア３９の軸受部４０，４２，４３は、ロータ５の前記案内溝３８に突入されている。案内溝３８がカムフォロア３９に拘束されつつロータ５が動くことで、ロータ５はエピサイクロイド曲線状に転動する。しかも、ロータ５の内歯歯車１０と出力軸４の外歯歯車１１とのかみ合いがはずれることもない。
【００４０】
ところで、出力軸４には、その回転位置を検出するセンサ４４が設けられる。本実施例では、アブソリュート型のロータリエンコーダ４４が設けられている。具体的には、出力軸４の第六軸部１８の先端面には、その中央部から外方へ延出して、補助軸４５が延出している。そして、この補助軸４５には特定構造の円板４６が同心に固定され、この円板４６から出力軸４の回転位置を検出する光センサ４７が、本体ケース１に対し位置決めされて設けられる。具体的には、本体ケース１の右端壁２０には、回路基板３２が保持されるが、この回路基板３２に前記光センサ４７が固定される。この回路基板３２は、ケース蓋３３によってカバーされる。このケース蓋３３は、本体ケース１と同一直径の円筒形状であり、左側にのみ開口して形成されている。そして、内部に前記回路基板３２を収容した状態で、本体ケース１の右端壁２０に取付ネジ４８により固定される。
【００４１】
前記回路基板３２には、前記ステータ６の各電磁コイル８に電流を流すタイミングを制御する電子回路が設けられる。その際、前記ロータリエンコーダ４４からの信号を利用して、各磁極７への励磁タイミングを制御可能とできる。すなわち、ロータリエンコーダ４４を利用して、ステータ６のどの電磁コイル８に通電するかが制御される。
【００４２】
各磁極７への励磁タイミングは、図８に示すように、周方向に一つずつずらして、一つのコイル８のみを順次に励磁していってもよいが、図９に示すように、常に二つの磁極７，７が励磁されるように制御してもよい。同時に複数の電磁コイル８を励磁することで、得られる吸着力や反発力を大きくすることができるので好ましい。但し、各磁極７の励磁タイミングの制御は、これらに限らず適宜変更可能なことは勿論である。
【００４３】
いずれにしても、円周上に配置された各電磁コイル８に対して、時計方向または反時計方向のいずれかに順番に電流を流すことで、電磁コイル８でその磁極７に磁力を生じさせることによって、ロータ５が反発または吸着して転動する。
【００４４】
このように、隣接するコイル８へ電流を流すタイミングをずらすことで、各磁極７の励磁を周方向に順次に行うことで、ステータ６に正接してロータ５を回転させることができる。ロータ５の内歯歯車１０は、一部において出力軸４の外歯歯車１１とかみ合わされているので、ロータ５の回転は出力軸４を回転させることになる。出力軸４は、左右の軸受２，３にて本体ケース１に回転可能に保持されているので、偏心のない通常の回転出力を得ることができる。
【００４５】
出力軸４の第三軸部１５は、本体ケース１から外方へ延出しているので、この第三軸部１５の回転駆動力を他へ伝達するよう利用すればよい。ステータ６まわりにロータ５がサイクロイド転動し、かつロータ５の内歯歯車１０が出力軸４の外歯歯車１１とかみ合うことで、高トルク低回転数の出力を所定の減速比で得ることができる。
【００４６】
本実施例の減速機一体型アクチュエータは、典型的には、ロボットの駆動用モータとして利用される。但し、本発明のアクチュエータの用途は、これに限らない。たとえば、その他のサーボ機構、通常の回転モータ、揺動アクチュエータなどとしても利用可能である。
【実施例２】
【００４７】
図１０から図１３は、本発明の減速機一体型アクチュエータの実施例２を示す図であり、図１０は分解斜視図、図１１は組立状態の縦断面図、図１２はそのXII−XII断面図、図１３はそのXIII−XIII断面図である。
【００４８】
本実施例２のアクチュエータも、基本的には前記実施例１と同様の構成である。そこで、以下では両者の異なる点を中心に説明し、対応する箇所には同一の符号を付して説明する。
【００４９】
前記実施例１では、ステータ６の外周部をロータ５が転動する構成であったが、本実施例２では、ステータ６の内周部をロータ５が転動する構成とされている。
【００５０】
本実施例２のステータ６は、円筒形状であり、本体ケース１の内周面に沿って設けられる。その際、ステータ６から右側へ延出する脚部３１が、本体ケース１の右端壁２０の凹部４９に保持されることで、ステータ６は本体ケース１に対し位置決めされる。本実施例では、ステータ６の内周部に、周方向等間隔に複数個の磁極７が形成されている。各磁極７は、径方向内側へ突出して形成されており、各磁極７の径方向内面にて一つの円筒面が形成される。各磁極７には、その径方向内面に磁束を発生させるためのコイル８が、それぞれ巻かれている。各コイル８に電流を流すことで、その磁極７を励磁することができる。各磁極７をそれぞれ個別に励磁して電磁石として機能させるために、ステータ６は、少なくともその内周部の磁極７が磁性体により形成されている。
【００５１】
本実施例のロータ５は、円筒形状であり、永久磁石または軟鉄など、鉄損の少ない磁性材料から形成される。ロータ５は、その外径はステータ６の内径よりも小さく、ステータ６の中央穴３０に収容される。ロータ５の内周面には、内歯歯車１０が形成されている。ロータ５の内歯歯車１０には、出力軸４の外歯歯車１１が収容される。この際、ロータ５の内歯歯車１０には、出力軸４の外歯歯車１１が、一部においてかみ合わされる。ロータ５の内歯歯車１０の歯数は、出力軸４の外歯歯車１１の歯数よりも僅かに多い。なお、本実施例では、消音リング１２は、ロータ５の外周面に取り付けられる。
【００５２】
本実施例では、ステータ６が外歯歯車１１およびロータ５の外周部に配置される関係上、出力軸４の第五軸部１７にステータ６は設けられない。そのため、第五軸部１７の軸方向寸法は、実施例１よりも短くできる。これに伴い、ロータ５や本体ケース１の軸方向寸法も小さくでき、アクチュエータをコンパクトにできる。
【００５３】
図１４は、ステータ６の内周にロータ５を転動させる際の動作説明図である。この図において、ステータ６は大円３５で示され、ロータ５は小円３４で示されている。大円３５の内周と小円３４の外周が、一点Ｐ１において接しているとする。その状態から、大円３５の内周を転動するように、小円３４を反時計方向に回転させると、Ｐ１点は、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４…のような軌跡５０を描くことになる。この軌跡５０は、ハイポサイクロイド曲線と呼ばれる。
【００５４】
本実施例のアクチュエータでは、ステータ６の周方向に沿った各磁極７を順に励磁することで、ロータ５はステータ６の各磁極７に順に吸着される。これにより、ロータ５は、ステータ６の内周面に沿って、ハイポサイクロイド曲線を描きながら転動することになる。ロータ５が円滑かつ確実にハイポサイクロイド曲線を描いて回転するように、本実施例では、ロータ５の案内溝３８はハイポサイクロイド曲線状に形成されており、この案内溝３８内を転動するカムフォロア３９が本体ケース１に設けられている。
【００５５】
その他の構成は、前記実施例１と同様である。本実施例２のアクチュエータでは、各磁極７の励磁を周方向に順次に行うことで、ステータ６に正接してロータ５を回転させることができる。ロータ５の内歯歯車１０は、一部において出力軸４の外歯歯車１１とかみ合わされているので、ロータ５の回転は出力軸４を回転させることになる。出力軸４は、左右の軸受２，３にて本体ケース１に回転可能に保持されているので、偏心のない通常の回転出力を得ることができる。
【実施例３】
【００５６】
図１５および図１６は、本発明の減速機一体型アクチュエータの実施例３を示す図であり、図１５は組立状態の縦断面図、図１６はそのXVI−XVI断面図である。
【００５７】
本実施例３のアクチュエータは、基本的には前記実施例２と同様の構成である。そこで、以下では両者の異なる点を中心に説明し、対応する箇所には同一の符号を付して説明する。
【００５８】
前記実施例２では、ステータ６の内周部にロータ５を転動させて出力軸４を回転させたが、本実施例３では、ロータ５を無くし、その代わりにステータ６と出力軸４の間に円筒状弾性材５１を介在させている。また、本実施例３では、前記案内機構（案内溝３８とカムフォロア３９）や消音リング１２は設けられない。
【００５９】
本実施例３のステータ６は、前記実施例２と同様に、円筒形状であり、本体ケース１の内周面に沿って設けられる。本実施例３のステータ６は、周方向等間隔に筒部（円形穴）５２が形成されている。各筒部５２は、その軸心がステータ６の径方向に沿うように形成されている。各筒部５２は、少なくともステータ６の内周側に開口して形成されている。各筒部５２には、電磁コイル８が設けられており、そのコイル８に電流を流すことで、各筒部５２は励磁される。
【００６０】
前記円筒状弾性材５１は、円筒形状であり、ばね鋼材などから形成されることで弾性変形可能である。円筒状弾性材５１の外周面には、周方向等間隔に、棒状のプランジャ５３が径方向外側へ突出して設けられている。プランジャ５３の設置個数は、ステータ６に設けた前記筒部５２の個数と同一である。ステータ６の中央穴３０には、前記各筒部５２に前記プランジャ５３をそれぞれ挿入した状態で、円筒状弾性材５１が収容されて設けられる。
【００６１】
円筒状弾性材５１の内周面には、内歯歯車１０が形成されている。この内歯歯車１０には、出力軸４の外歯歯車１１が収容される。この際、円筒状弾性材５１の内歯歯車１０には、出力軸４の外歯歯車１１が、一部においてかみ合わされる。円筒状弾性材５１の内歯歯車１０の歯数は、出力軸４の外歯歯車１１の歯数よりも僅かに多い。
【００６２】
本実施例のアクチュエータでは、ステータ６の周方向に沿った各磁極７を順に励磁することで、ステータ６の筒部５２に対しプランジャ５３を径方向内側または径方向外側に移動させることができる。プランジャ５３の移動は、そのプランジャ５３に沿った箇所において、内歯歯車１０と外歯歯車１１とをかみ合わせる。これを順次に行うことで、両歯車１０，１１の歯数差に基づき、内歯歯車１０と外歯歯車１１のかみ合わせ部が徐々にずれ、出力軸４を回転させることができる。出力軸４は、左右の軸受２，３にて本体ケース１に回転可能に保持されているので、偏心のない通常の回転出力を得ることができる。
【実施例４】
【００６３】
図１７から図２０は、本発明の減速機一体型アクチュエータの実施例４を示す図であり、図１７は分解斜視図、図１８は組立状態の縦断面図、図１９はそのXIX−XIX断面図、図２０はそのXX−XX断面図である。
【００６４】
本実施例４のアクチュエータは、実施例１と異なるが、共通する構成を備えている。そこで、以下では両者の異なる点を中心に説明し、対応する箇所には同一の符号を付して説明する。
【００６５】
本実施例４のアクチュエータも、本体ケース１に軸受２，３を介して、出力軸４が回転可能に保持されている。この出力軸４を回転駆動するためのロータ５およびステータ６は、本体ケース１内に収容されて設けられている。
【００６６】
本実施例の本体ケース１は、図１７に示すように、ケース本体５４と、ケース本体５４の左端面に設けられる左カバー５５と、ケース本体５４の右端面に設けられる右カバー５６とからなり、右カバー５６の右側には、ケース蓋３３が設けられる。ケース本体５４は、円筒形状であり、左右両端部（軸方向両端部）の外周部に、径方向外側へ延出して四角形状のフランジ５７，５８を有している。
【００６７】
左カバー５５は、前記フランジ５７と同じ大きさの四角形の板状に形成され、その右端面の中央部には右側へ突出して短円筒部５９が形成されている。この短円筒部５９をケース本体５４の穴にはめ込んだ状態で、左カバー５５はケース本体５４の左側フランジ５７に重ね合わされて、取付ボルト６０にて固定される。左カバー５５の中央部には、ケース本体５４の穴と同一軸線上に、貫通穴６１が形成される。この貫通穴６１には、同一形状の二つの軸受２が並んで保持される。
【００６８】
右カバー５６も、ケース本体５４のフランジ５８と同じ大きさの四角形の板状に形成されている。右カバー５６は、ケース本体５４の右側フランジ５８に重ね合わされて、取付ボルト６２にて固定される。右カバー５６の中央部には、ケース本体５４の穴と同一軸線上に、貫通穴６３が形成される。この貫通穴６３を取り囲むように、右カバー５６の中央部には、左側へ突出して円筒状のボス部６４が形成されている。このボス部６４には、後述するように、ステータ６がはめ込まれる。
【００６９】
ケース蓋３３は、左側にのみ開口した四角形の箱状で、開口する左端面を右カバー５６に当接した状態で、取付ボルト６５がケース蓋３３を介して右カバー５６にねじ込まれることで固定される。右カバー５６とケース蓋３３との間の内部空間には、前記実施例１と同様に、出力軸４の右端部が挿入され、ロータリエンコーダ４４や回路基板３２が収容される。
【００７０】
本実施例の出力軸４は、軸方向中央部に第一軸部１３が配置され、この第一軸部１３の左側に、第二軸部１４と第三軸部１５とが順次縮径して段付きに形成されている。一方、第一軸部１３の右側には、第四軸部１６と第五軸部１７および第六軸部１８が順次縮径して段付きに形成されている。本実施例では、実施例１における外歯歯車１１はなく、第五軸部１７は僅かしかなく、第四軸部１６と第六軸部１８は比較的長い。また、第四軸部１６は、出力軸４の軸心と偏心して配置されている。この出力軸４は、第二軸部１４が左カバー５５の中央穴６１に設けられた軸受２，２に保持されると共に、第六軸部１８が右カバー５６の中央穴６３を貫通すると共に、右カバー５６に固定されたステータ６の内穴３０に設けられた軸受３に保持される。これにより、出力軸４は、左右の軸受２，３にて、軸心の位置を変えずに回転可能であるが、第四軸部１６の部分だけ偏心して回転する。
【００７１】
本実施例４のステータ６は、前記実施例１と同様に、外周部に複数の磁極７を有し、各磁極７にはコイル８が設けられる。各コイル８に電流を流すことで、その磁極７を励磁することができる。このステータ６は、本体ケース１に対し位置決めされて固定される。具体的には、右カバー５６のボス部６４に、ステータ６の中央部に形成された貫通穴３０の右側部がはめ込まれる。そして、右カバー５６からステータ６に固定ネジ（不図示）をねじ込むことで、ステータ６は右カバー５６に固定される。ステータ６の貫通穴３０の左側部には、前記軸受３の外輪が固定され、この軸受３の内輪には、出力軸４の第六軸部１８がはめ込まれる。
【００７２】
本実施例のロータ５は、左端壁６６を有し右側に開口した円筒形状であり、磁性体により形成されている。ロータ５は、円筒部の内径がステータ６の外径よりも大きい。ロータ５の左端壁６６の中央部には、貫通穴６７が形成されており、この貫通穴６７には、同一形状の二つの軸受６８，６８が並んで保持される。具体的には、ボールベアリングが、その外輪が前記貫通穴６７に固定され、その内輪は出力軸４の第四軸部１６にはめ込まれている。出力軸４の第四軸部１６は、出力軸４の軸心と偏心しているので、ロータ５は、出力軸４と偏心して回転すると共に、軸受６８を介して第四軸部１６の軸心まわりに回転可能である。
【００７３】
ロータ５とステータ６との間には、減速機構が設けられる。本実施例では、ステータ６に外歯歯車１１が固定され、ロータ５に内歯歯車１０が固定される。外歯歯車１１は、円板の外周部に多数の歯が形成されてなり、ステータ６の左端面に重ね合わされて、取付ネジ６９によりステータ６に固定される。この際、外歯歯車１１は、ステータ６および出力軸４の軸心と一致させて、同心円上に設けられる。一方、内歯歯車１０は、外歯歯車１１と厚さが等しい円環状の板材からなり、中央の丸穴に多数の歯が形成されている。内歯歯車１０は、その外径がロータ５の円筒部の内径に対応して形成されている。内歯歯車１０は、ロータ５の円筒部に収容され、ロータ５の左端壁６６に重ね合わされて固定される。そして、内歯歯車１０は、外歯歯車１１に一部においてかみ合わされて設けられる。なお、本実施例４では、前記案内機構（案内溝３８とカムフォロア３９）や消音リング１２は設けられない。
【００７４】
本実施例４のアクチュエータも、前記実施例１と同様に、ステータ６の周方向に沿った各磁極７を順に励磁することで、ロータ５は、その内歯歯車１０が一部においてステータ６側の外歯歯車１１とかみ合わされつつ、出力軸４の軸心と偏心して回転する。これにより、ロータ５は、内歯歯車１０と外歯歯車１１のかみ合わせと、偏心軸（第四軸部）１６の作用によって、正確に減速されてエピサイクロイド曲線を描きながら転動する。出力軸４には第四軸部１６を介して、軸心と偏心した位置に回転モーメントが作用するので、出力軸４が回転される。出力軸４は、左右の軸受２，３にて本体ケース１に回転可能に保持されているので、偏心のない通常の回転出力を得ることができる。なお、外歯歯車１１の歯数をＺ１とし、内歯歯車１０の歯数をＺ２とすると、減速比ｉ＝（Ｚ２−Ｚ１）／Ｚ２にて表される。
【実施例５】
【００７５】
図２１および図２２は、本発明の減速機一体型アクチュエータの実施例５を示す図であり、図２１は組立状態の縦断面図、図２２はその主要部の概略構成を示す分解斜視図である。
【００７６】
本実施例５のアクチュエータは、基本的には前記実施例２と同様の構成である。そこで、以下では両者の異なる点を中心に説明し、対応する箇所には同一の符号を付して説明する。
【００７７】
前記実施例２では、ロータ５と出力軸４との間に歯車減速機構を介在させたが、本実施例５では、歯車減速機構に代えてボール減速機構を設けている。そのため、本実施例５では、ロータ５に内歯歯車１０は設けられておらず、また出力軸４に外歯歯車１１は設けられていない。ボール減速機構は、従来公知の構成が使用できるが、ここではその一例を説明する。
【００７８】
本実施例５の出力軸４は、前記実施例２における外歯歯車１１と第四軸部１６とを省略する代わりに、その位置に円板７０を設けている。本実施例５では、ロータ５の軸方向に沿って貫通形成される円形穴７１は、軸方向中央部において拡径されている。そして、この円形穴７１の拡径部に、前記出力軸４の円板７０が収容される。
【００７９】
出力軸４の円板７０の一端面には、エピサイクロイド状の第一溝７２が形成されている。一方、ロータ５の円形穴７１の拡径部には、前記第一溝７２と対面する箇所に、ハイポサイクロイド状の第二溝７３が形成されている。そして、第一溝７２と第二溝７３との間には、複数のボール７４が配置される。
【００８０】
このような構成であるから、ロータ５の転動は、ボール減速機構を介して出力軸４に伝達され、出力軸４を高トルク低回転で回転駆動することができる。歯車減速機構に代えてボール減速機構とする点は、実施例２以外の他の実施例にも適用できる。
【実施例６】
【００８１】
図２３および図２４は、本発明の減速機一体型アクチュエータの実施例６を示す図であり、図２３は主要部の分解斜視図、図２４はその組立状態の右側面図である。
【００８２】
本実施例６のアクチュエータは、基本的には前記実施例１と同様の構成である。そこで、以下では両者の異なる点を中心に説明し、対応する箇所には同一の符号を付して説明する。
【００８３】
前記実施例１では、ロータ５と出力軸４との間に歯車減速機構を介在させたが、本実施例６では、歯車減速機構に代えてサイクロイド減速機構を設けている。そのため、本実施例６では、ロータ５に内歯歯車１０は設けられておらず、また出力軸４に外歯歯車１１は設けられていない。サイクロイド減速機構は、従来公知の構成が使用できるが、ここではその一例を説明する。
【００８４】
本実施例６の出力軸４は、前記実施例１における第三軸部１５の右側に大径の円板７５が設けられている。この出力軸４は、前記各実施例と同様に、軸受（不図示）にて軸心の位置を変えずに回転可能に保持されている。前記円板７５の右端面には、周方向等間隔にローラ付きのピン７６が複数設けられている。
【００８５】
ロータ５は、実施例１と同様にサイクロイド転動する円筒材から構成され、その左端壁７７には、前記ピン７６が挿入される丸穴７８が、周方向等間隔に複数形成されている。この丸穴７８は、前記ピン７６に設けられた回転ローラの直径よりも大きい。ロータ５の左端壁７７の外周部は、ハイポサイクロイド曲線状に形成されている。
【００８６】
本体ケース１（図２３では不図示）には、周方向等間隔に複数のカムフォロア７９が設けられる。これらカムフォロア７９に拘束されつつ、ロータ５はステータ６（図２３では不図示）まわりにサイクロイド転動する。ロータ５のサイクロイド転動は、前記丸穴７８内で前記ピン７６のローラを転動させつつ、出力軸４を回転駆動する。
【００８７】
このような構成であるから、ロータ５の転動は、サイクロイド減速機構を介して出力軸４に伝達され、出力軸４を高トルク低回転で回転駆動することができる。歯車減速機構に代えてサイクロイド減速機構とする点は、実施例１以外の他の実施例にも適用できる。
【００８８】
本発明の減速機一体型アクチュエータは、前記各実施例の構成に限らず適宜変更可能である。たとえば、前記実施例１などでは、ロータ５に形成した内歯歯車１０が、直接に出力軸４の外歯歯車１１にかみ合う構成としたが、ロータ５と出力軸４との間に他の歯車をかみ合わせてもよい。しかも、インボリュート歯車に限らず、サイクロイド歯車、トロコイド曲線歯車、または内接型歯車（ピンコイド歯車）、セレーションなどを利用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明の減速機一体型アクチュエータの実施例１を示す分解斜視図である。
【図２】実施例１のアクチュエータの組立状態の縦断面図である。
【図３】図２におけるIII−III断面図である。
【図４】図２におけるIV−IV断面図である。
【図５】図２におけるＶ−Ｖ断面図である。
【図６】ステータの外周にロータを転動させる際の動作説明図である。
【図７】実施例１のカムフォロアを示す断面図である。
【図８】各磁極への励磁タイミングの一例を示すタイムチャートである。
【図９】各磁極への励磁タイミングの他の例を示すタイムチャートである。
【図１０】本発明の減速機一体型アクチュエータの実施例２を示す分解斜視図である。
【図１１】実施例２のアクチュエータの組立状態の縦断面図である。
【図１２】図１１におけるXII−XII断面図である。
【図１３】図１１におけるXIII−XIII断面図である。
【図１４】ステータの内周にロータを転動させる際の動作説明図である。
【図１５】本発明の減速機一体型アクチュエータの実施例３を示す縦断面図である。
【図１６】図１５におけるXVI−XVI断面図である。
【図１７】本発明の減速機一体型アクチュエータの実施例４を示す分解斜視図である。
【図１８】実施例４のアクチュエータの組立状態の縦断面図である。
【図１９】図１８におけるXIX−XIX断面図である。
【図２０】図１８におけるXX−XX断面図である。
【図２１】本発明の減速機一体型アクチュエータの実施例５を示す縦断面図である。
【図２２】実施例５の主要部の概略構成を示す分解斜視図である。
【図２３】本発明の減速機一体型アクチュエータの実施例６を示す図であり、主要部の概略を示す分解斜視図である。
【図２４】実施例６の組立状態の右側面図である。
【符号の説明】
【００９０】
１  本体ケース
２  軸受
３  軸受
４  出力軸
５  ロータ
６  ステータ
７  磁極
８  コイル
９  円形穴
１０  内歯歯車
１１  外歯歯車
１２  消音リング
３２  回路基板
３３  ケース蓋
３８  案内溝
３９  カムフォロア
４４  回転位置検出手段（ロータリエンコーダなど）
５１  円筒状弾性材
５２  筒部
５３  プランジャ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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