特開 2023-18405 アクチュエータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023018405

(43)【公開日】2023-02-08

(54)【発明の名称】アクチュエータ

(51)【国際特許分類】

   H02K 7/118 20060101AFI20230201BHJP

   F16D 43/02 20060101ALI20230201BHJP

【ＦＩ】

H02K7/118 Z

F16D43/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021122512

(22)【出願日】2021-07-27

(71)【出願人】

【識別番号】000004204

【氏名又は名称】日本精工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109380

【弁理士】

【氏名又は名称】小西 恵

(74)【代理人】

【識別番号】100109036

【弁理士】

【氏名又は名称】永岡 重幸

(72)【発明者】

【氏名】嶋田 祐貴

(72)【発明者】

【氏名】平尾 基裕

【テーマコード（参考）】

3J068

5H607

【Ｆターム（参考）】

3J068AA02

3J068AA06

3J068BA01

3J068BB04

3J068CB02

3J068GA03

5H607BB01

5H607CC01

5H607CC03

5H607DD03

5H607EE05

5H607EE55

(57)【要約】

【課題】複数モータの出力を簡素な構造で併用する。
【解決手段】アクチュエータの一態様は、第１モータと、第２モータと、上記第２モータの駆動力が伝達されて回転駆動される出力軸と、上記第１モータからの駆動力を上記出力軸へと伝達し、当該出力軸から当該第１モータへの回転力は遮断して回転を空回りさせる遮断部と、を備える。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１モータと、
第２モータと、
前記第２モータの回転力が伝達されて回転駆動される出力軸と、
前記第１モータからの回転力を前記出力軸へと伝達し、当該出力軸から当該第１モータへの回転力は遮断して回転を空回りさせる遮断部と、
を備えたことを特徴とするアクチュエータ。

【請求項2】

前記遮断部が、
第１モータの駆動力が伝達されて回転駆動される駆動軸と、
前記駆動軸に設けられた回転カムと、
前記回転カムを前記駆動軸の回転方向に取り巻いた環状部材と、
前記回転カムと前記環状部材の内周面との間に位置し、前記回転カムの回転に伴って当該回転カムに押されて前記環状部材の内周面に押しつけられる移動部材と、
前記移動部材を前記環状部材の内周面から離間させる力を当該移動部材に付与する力付与部材と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。

【請求項3】

前記第２モータの連続駆動中に前記第１モータが一時的に駆動されることを特徴とする請求項１または２に記載のアクチュエータ。

【請求項4】

前記第１モータおよび前記第２モータの少なくとも一方と前記駆動軸との間に、駆動力を当該駆動軸に伝達する減速器を備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のアクチュエータ。

【請求項5】

前記第１モータおよび前記第２モータの少なくとも一方は、減速器を介さず前記駆動軸に駆動力が伝達されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のアクチュエータ。

【請求項6】

前記第１モータおよび前記第２モータが一体化された２軸一体型モータを備えたことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のアクチュエータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アクチュエータに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、複数のモータで１つの駆動軸を駆動するアクチュエータが知られている。例えば歩行支援ロボットなどにおける高速回転・大トルクの電動アクチュエータを実現するにあたり、高速回転駆動用のモータと大トルク駆動用のモータの２つを組み合わせた構造が考えられるが、２つのモータを有する場合、片方のモータ駆動時にもう一方のモータを連れ回してしまい、出力効率の悪化が懸念される。

【0003】

連れ回しを回避するためにはクラッチ機構によるモータ軸の接続・切り離しが考えられる。例えば特許文献１には、交流電動機と直流電動機とをクラッチで連結した電動機装置が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００９－１１８５９８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、特許文献１に記載の構造では、カムクラッチが用いられているためアクチュエータの大型化、部品点数の増加、回転方向の制約などの課題が生じる。
そこで、本発明は、複数モータの出力を簡素な構造で併用することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的のために、本発明に係るアクチュエータの一態様は、第１モータと、第２モータと、上記第２モータの駆動力が伝達されて回転駆動される出力軸と、上記第１モータからの駆動力を上記出力軸へと伝達し、当該出力軸から当該第１モータへの回転力は遮断して回転を空回りさせる遮断部と、を備える。

【0007】

上記アクチュエータによれば、遮断部によって第１モータへの回転力が遮断されるので、第２モータ駆動による第１モータの連れ回しが回避される。その結果、複数モータの出力を簡素な構造で併用することができる。

【0008】

上記アクチュエータにおいて、上記遮断部が、第１モータの駆動力が伝達されて回転駆動される駆動軸と、上記駆動軸に設けられた回転カムと、上記回転カムを前記駆動軸の回転方向に取り巻いた環状部材と、上記回転カムと上記環状部材の内周面との間に位置し、上記回転カムの回転に伴って当該回転カムに押されて上記環状部材の内周面に押しつけられる移動部材と、上記移動部材を上記環状部材の内周面から離間させる力を当該移動部材に付与する力付与部材と、を備えることが好適である。この好適なアクチュエータによれば、遮断部の構造が簡素であり、回転方向によらず遮断可能であり、遮断と伝達との切り替えが機械力のみで迅速に作動する。

【0009】

上記アクチュエータにおいて、上記第２モータの連続駆動中に上記第１モータが一時的に駆動されることが好ましい。例えば、第２モータが主動力として用いられ、第１モータが補助動力として用いられて効率的な駆動が図られる。

【0010】

上記アクチュエータにおいて、上記第１モータおよび上記第２モータの少なくとも一方と上記駆動軸との間に、駆動力を当該駆動軸に伝達する減速器を備えると、モータの小型化によりアクチュエータの小型化が図られる。

【0011】

上記アクチュエータにおいて、上記第１モータおよび上記第２モータの少なくとも一方が減速器を介さず上記駆動軸に駆動力が伝達される構造であると、アクチュエータの構造がより簡素化される。

【0012】

上記アクチュエータにおいて、上記第１モータおよび上記第２モータが一体化された２軸一体型モータを備えると、アクチュエータの一層の小型化と組み立て工数の低減が図られる。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、複数モータの出力を簡素な構造で併用することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明のアクチュエータの第１実施形態を示す概略構成図である。

【図2】逆入力遮断クラッチの構造を示す斜視図である。

【図3】伝達時における逆入力遮断クラッチの状態を示す図である。

【図4】遮断時における逆入力遮断クラッチの状態を示す図である。

【図5】本発明のアクチュエータの第２実施形態を示す概略構成図である。

【図6】本発明のアクチュエータの第３実施形態を示す概略構成図である。

【図7】本発明のアクチュエータの第４実施形態を示す概略構成図である。

【図8】本発明のアクチュエータの第５実施形態を示す概略構成図である。

【図9】本発明のアクチュエータの第６実施形態を示す概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。但し、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするため、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。また、先に説明した図に記載の要素については、後の図の説明において適宜に参照する場合がある。
図１は、本発明のアクチュエータの第１実施形態を示す概略構成図である。

【0016】

第１実施形態のアクチュエータ１は、一例として歩行支援ロボットの駆動用アクチュエータとして用いられる。第１実施形態のアクチュエータ１は、ベース１０と、第１モータ２０と、第２モータ３０と、出力軸４０と、逆入力遮断クラッチ５０と、伝達機構６０とを備えている。
ベース１０は、ベースプレート１１と軸受１２とを有し、アクチュエータ１全体を保持している。

【0017】

第１モータ２０と第２モータ３０はインナーロータ型のモータであり、ベースプレート１１に固定されている。第２モータ３０の駆動軸はアクチュエータ１の出力軸４０に直結されている。第２モータ３０と出力軸４０との直結構造（減速器を介さない伝達構造）により、アクチュエータ１の構造が簡素化され、アクチュエータ１の軽量化・小型化にも寄与する。

【0018】

第１実施形態のアクチュエータ１では、第２モータ３０がメインモータとしての高速型モータであり、第１モータ２０はサブモータとしての低速型の高トルクモータである。即ち、第１モータ２０は、第２モータ３０の主動力としての連続駆動中に、トルク不足などを補うために補助動力として一時的に駆動される。

【0019】

第１モータ２０は、本発明にいう第１モータの一例に相当し、第２モータ３０は、本発明にいう第２モータの一例に相当する。出力軸４０は、本発明にいう出力軸の一例に相当する。

【0020】

逆入力遮断クラッチ５０は、第１モータ２０の一時的な駆動時には第１モータ２０の駆動力を伝達機構６０および出力軸４０へと伝達する。また、逆入力遮断クラッチ５０は、第１モータ２０の停止時には、伝達機構６０および出力軸４０側からの駆動力を遮断して空回りさせる。この結果、逆入力遮断クラッチ５０は、第２モータ３０による出力軸４０の駆動を維持したまま第１モータ２０の連れ回しを防ぐことができる。
逆入力遮断クラッチ５０は、本発明にいう遮断部の一例に相当する。

【0021】

逆入力遮断クラッチ５０は、入力軸５１と、移動エレメント５２と、環状ハウジング５３とを有する。入力軸５１は、第１モータ２０の駆動軸に直結されていて、環状ハウジング５３は、ベース１０の軸受１２によってボール１２ａを介して回転自在に支持されている。移動エレメント５２は、入力軸５１の回転に伴って移動して入力軸５１と環状ハウジング５３とを結合する。逆入力遮断クラッチ５０の構造および動作の詳細については後述する。

【0022】

伝達機構６０は、プーリ６１とタイミングベルト６２とを有し、逆入力遮断クラッチ５０を経た第１モータ２０の駆動力を出力軸４０へと伝達する。また、伝達機構６０は、逆入力遮断クラッチ５０の環状ハウジング５３とプーリ６１の外径比によって減速器としても機能する。

【0023】

第１実施形態のアクチュエータ１は、歩行支援ロボットが例えばユーザの立ち上がりなどをアシストする場合には、第１モータ２０および第２モータ３０双方の駆動による高トルクを出力する。また、第１実施形態のアクチュエータ１は、歩行支援ロボットが例えばユーザの平地歩行をアシストする場合には、第２モータ３０のみによる高速駆動で駆動力を出力する。

【0024】

このように第１実施形態のアクチュエータ１は、第１モータ２０および第２モータ３０の駆動を適宜に組み合わせることで、種々の場面に適した出力形態を提供することができる。
次に、逆入力遮断クラッチ５０の構造および動作の詳細について説明する。

【0025】

図２～図４は、逆入力遮断クラッチ５０の構造および動作を示す図である。図２には逆入力遮断クラッチ５０の斜視図が示され、図３には伝達時における逆入力遮断クラッチ５０の状態が示され、図４には遮断時における逆入力遮断クラッチ５０の状態が示されている。

【0026】

逆入力遮断クラッチ５０は、上述したように、入力軸５１と、移動エレメント５２と、環状ハウジング５３とを有し、更にばね部材５４を有する。なお、図示の都合上、環状ハウジング５３は、回転軸方向の長さが短く示されている。

【0027】

入力軸５１は、本発明にいう駆動軸の一例に相当し、移動エレメント５２は、本発明にいう移動部材の一例に相当し、環状ハウジング５３は、本発明にいう環状部材の一例に相当し、ばね部材５４は、本発明にいう力付与部材の一例に相当する。

【0028】

入力軸５１の先端部分は扁平な回転カム５１ａとなっていて、移動エレメント５２は回転カム５１ａを挟んで１対設けられている。回転カム５１ａは、本発明にいう回転カムの一例に相当する。

【0029】

移動エレメント５２は、回転カム５１ａと環状ハウジング５３の内壁面５３ａとの間に備えられ、移動エレメント５２は、回転カム５１ａと接触する接触面５２ａと、環状ハウジング５３の内壁面５３ａに押しつけられる押付面５２ｂとを有する。接触面５２ａは平らな面であり、押付面５２ｂは円弧状の面である。

【0030】

ばね部材５４は、１対の移動エレメント５２に力を付与して移動エレメント５２を互いに引きつけ合わせる。この結果、１対の移動エレメント５２には、環状ハウジング５３の内壁面５３ａから離間する方向の力が付与される。

【0031】

入力軸５１が第１モータ２０の駆動力で回転すると、図３に示すように回転カム５１ａが回転し、回転カム５１ａによって移動エレメント５２の接触面５２ａが押される。この結果、ばね部材５４の力に抗して移動エレメント５２が移動して、移動エレメント５２の押付面５２ｂが環状ハウジング５３の内壁面５３ａに押しつけられる。

【0032】

このように移動エレメント５２が環状ハウジング５３に押しつけられた結果、入力軸５１から環状ハウジング５３までが一体に結合されて回転する。従って、入力軸５１に加えられた駆動力が環状ハウジング５３に伝達される。なお、入力軸５１の回転方向が何れであっても移動エレメント５２は環状ハウジング５３に押しつけられ、駆動力が入力軸５１から環状ハウジング５３に伝達される。

【0033】

これに対し、第１モータ２０が停止して入力軸５１に駆動力が掛からない場合には、図４に示すように、ばね部材５４によって移動エレメント５２が引きつけられ、環状ハウジング５３の内壁面５３ａから移動エレメント５２の押付面５２ｂが離間する。この結果、環状ハウジング５３がどちらに回転しても空回りとなって駆動力は遮断される。

【0034】

逆入力遮断クラッチ５０は、本発明にいう駆動軸、回転カム、環状部材、移動部材、および力付与部材を備えた簡素な構造によって伝達状態と遮断状態とを切り替えることができ、アクチュエータ１の小型化に寄与する。また、当該構造を有する逆入力遮断クラッチ５０は、電力が不要である点で電磁クラッチと較べてシステム全体の構造が単純化される。また、逆入力遮断クラッチ５０は、回転方向に関係なく伝達・遮断が可能である点でワンウェイクラッチよりも優れている。更に、逆入力遮断クラッチ５０は、第１モータ２０が低回転でも駆動力が伝達される点で遠心クラッチよりも応答性が高い。

【0035】

以下、本発明のアクチュエータの他の実施形態について説明する。以下では、既出の実施形態との相違に着目した説明を行い、既に説明した要素と同等の要素については説明を省略する場合がある。
図５は、本発明のアクチュエータの第２実施形態を示す概略構成図である。

【0036】

第２実施形態のアクチュエータ２は、アウターロータ３０１とインナーステータ３０２とを有する中空軸型の第２モータ３００を備えている。第２実施形態のアクチュエータ２の出力軸４０は、第２モータ３００のアウターロータ３０１と一体になっている。

【0037】

第１実施形態のアクチュエータ１では、逆入力遮断クラッチ５０が第１モータ２０と伝達機構６０との間に備えられているが、第２実施形態のアクチュエータ２では、逆入力遮断クラッチ５０が伝達機構６０と出力軸４０との間に設けられている。具体的には、逆入力遮断クラッチ５０の環状ハウジング５３が、出力軸４０と一体の第２モータ３００のアウターロータ３０１に固定されている。そして、環状ハウジング５３とアウターロータ３０１がベース１０の軸受１２によって回転自在に支持されている。

【0038】

第２実施形態のアクチュエータ２でも、第１実施形態のアクチュエータ１と同様に、第１モータ２０は、第２モータ３００の主動力としての連続駆動中に補助動力として一時的に駆動され、逆入力遮断クラッチ５０によって第１モータ２０停止時の連れ回しが回避される。
図６は、本発明のアクチュエータの第３実施形態を示す概略構成図である。

【0039】

第３実施形態のアクチュエータ３は、第２実施形態のアクチュエータ２に対して更に遊星減速器７０が付加された構造を有する。即ち、第３実施形態のアクチュエータ３では、第２モータ３００のアウターロータ３０１が遊星減速器７０の太陽ギア７１と一体化しており、出力軸４０は、遊星減速器７０の内歯ギア７３と一体化している。更に内歯ギア７３には逆入力遮断クラッチ５０の環状ハウジング５３が固定されている。そして、軸受１２に対して定位置で自転する遊星ギア７２が太陽ギア７１と内歯ギア７３とを連結することにより、太陽ギア７１と内歯ギア７３とのギア比によって減速が行われる。
遊星減速器７０は、本発明にいう減速器の一例に相当し、遊星減速器７０が備えられることで第２モータ３００として小型モータの採用が可能となる。
図７は、本発明のアクチュエータの第４実施形態を示す概略構成図である。

【0040】

第４実施形態のアクチュエータ４は、第３実施形態のアクチュエータ３から伝達機構６０が省かれた構造を有する。即ち、第４実施形態のアクチュエータ４では、第１モータ２０の駆動軸が逆入力遮断クラッチ５０の入力軸５１に直結されている。この結果、第１モータ２０と第２モータ３００が同軸配置となり、アクチュエータ４全体の小型化が図られる。また、伝達機構６０が省かれたことで部品点数の削減が図られている。別の観点では、第１モータ２０は出力軸４０に、減速器を介さずに駆動力を伝達するので、構成が簡素化される。
図８は、本発明のアクチュエータの第５実施形態を示す概略構成図である。

【0041】

第５実施形態のアクチュエータ５は、第４実施形態のアクチュエータ４に対して更に、第１モータ２００側の遊星減速器８０が付加された構造を有する。即ち、第５実施形態のアクチュエータ５では、アウターロータ型の第１モータ２００が備えられており、遊星減速器８０の太陽ギア８１は第１モータ２００のアウターロータと一体化している。また、遊星減速器８０の内歯ギア８３は逆入力遮断クラッチ５０の入力軸５１に直結されている。そして、ベース１０に対して定位置で自転する遊星ギア８２が太陽ギア８１と内歯ギア８３とを連結することにより、太陽ギア８１と内歯ギア８３とのギア比によって減速が行われる。
第１モータ２００側に遊星減速器８０が備えられることにより、第１モータ２００として小型モータの採用が可能となる。
図９は、本発明のアクチュエータの第６実施形態を示す概略構成図である。

【0042】

第６実施形態のアクチュエータ６は、第１モータ２０と第２モータ３００とが２軸一体型モータとして一体化された構造を有する。即ち、第１モータ２０のアウターステータ２２と、第２モータ３００のインナーステータ３０２がベース１００に固定されることで、第１モータ２０と第２モータ３００とが一体化されている。

【0043】

第２モータ３００のアウターロータ３０１からの駆動力は、減速器７０を介して出力軸４０に伝達される。また、第１モータ２０のインナーロータ２１からの駆動力は、減速器８０を介して逆入力遮断クラッチ５０に伝達され、逆入力遮断クラッチ５０の環状ハウジング５３を兼ねた内歯ギア７３を介して出力軸４０に伝達される。
２軸一体型モータが採用されることでアクチュエータ６の組み立て工数などの抑制が図られ、アクチュエータ６の小型化にも寄与する。

【0044】

なお、上記説明では、一例として歩行支援ロボットへの応用が示されているが、本発明のアクチュエータは、複数のモータで１つの出力軸を駆動する種々の分野に広く適用することができる。

【0045】

また、上記説明では、第１モータと出力軸との間のみに遮断部を備えた例が示されているが、本発明のアクチュエータは、第２モータと出力軸との間にも遮断部を備えていてもよい。例えば第１モータと第２モータの駆動を切り替えて利用する場合には、第１モータ側と第２モータ側との双方に遮断部を備える構造が望ましい。

【符号の説明】

【0046】

１，２，３，４，５，６…アクチュエータ、１０…ベース、１１…ベースプレート、
１２…軸受、２０，２００…第１モータ、２１…インナーロータ、
２２…アウターステータ、３０，３００…第２モータ、３０１…アウターロータ、
３０２…インナーステータ、４０…出力軸、５０…逆入力遮断クラッチ、５１…入力軸、
５２…移動エレメント、５３…環状ハウジング、６０…伝達機構、６１…プーリ、
６２…タイミングベルト、７０，８０…減速器、７１，８１…太陽ギア、
７２，８２…遊星ギア、７３，８３…内歯ギア

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】