特許 7170389 ギヤモータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-04

(45)【発行日】2022-11-14

(54)【発明の名称】ギヤモータ

(51)【国際特許分類】

   H02K 7/116 20060101AFI20221107BHJP

   B25J 19/00 20060101ALI20221107BHJP

【ＦＩ】

H02K7/116

B25J19/00 A

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2017227364

(22)【出願日】2017-11-28

(65)【公開番号】P2019097363

(43)【公開日】2019-06-20

【審査請求日】2020-06-17

【審判番号】

【審判請求日】2021-08-17

(73)【特許権者】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100117499

【弁理士】

【氏名又は名称】小島 誠

(72)【発明者】

【氏名】守谷 幸次

(72)【発明者】

【氏名】山本 章

【合議体】

【審判長】柿崎 拓

【審判官】冨永 達朗

【審判官】関口 哲生

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－３２８４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２５７４１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１６１９５２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

H02K 7/116

B25J 19/00

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

モータと減速機とを有し、人と協働して作業を行う協働ロボットの関節部を駆動し、かつ当該協働ロボットにおいて稼働率が２０％ＥＤ以下で運転されるギヤモータであって、
前記減速機の減速比が３０以下であり、
前記モータの出力回転数が１０００ｒｐｍ以下であり、
前記モータは、中空構造のロータ軸と、ステータの軸方向反減速機側に設けられたモータカバーと、を有し、
前記モータカバーは、前記ロータ軸の前記中空構造と連通する中空部を有する内周壁部を備え、前記ロータ軸は、前記内周壁部を軸方向に貫通しない、ギヤモータ。

【請求項2】

前記ギヤモータは、
効率が７０％以上であり、
前記減速機のロストモーションが３ｍｉｎよりも大きく、
前記減速機および前記モータの少なくとも一部が鉄より比重の小さな材料により構成され、
前記モータの定格トルクにおける投入電流密度が８Ａ／ｍｍ２以上である、請求項１記載のギヤモータ。

【請求項3】

前記内周壁部の負荷側の端面に回転位置検出用センサを有する請求項１に記載のギヤモータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、協働ロボットの関節部を駆動するギヤモータ及び協働ロボットに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、産業界において、人と隔離された環境で動作する産業用ロボットが多く利用されている。一方、近年、人と協働して作業を行う協働ロボットの需要の増加が見込まれている。特許文献１には協働ロボットについて開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第６０３４８９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

産業用ロボットと協働ロボットとでは、共に関節部がギヤモータにより駆動される場合がある。しかし、両者では、ギヤモータに対する要求が異なり、産業用ロボットのギヤモータを、そのまま協働ロボットの関節部に適用しても、協働ロボットのギヤモータとして要求を十分に満足できないという課題があった。

【0005】

本発明は、協働ロボットの関節部を駆動するのに適したギヤモータを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、
モータと減速機とを有し、人と協働して作業を行う協働ロボットの関節部を駆動し、かつ当該協働ロボットにおいて稼働率が２０％ＥＤ以下で運転されるギヤモータであって、前記減速機の減速比が３０以下であり、前記モータの出力回転数が１０００ｒｐｍ以下であり、前記モータは、中空構造のロータ軸と、ステータの軸方向反減速機側に設けられたモータカバーと、を有し、前記モータカバーは、前記ロータ軸の前記中空構造と連通する中空部を有する内周壁部を備え、前記ロータ軸は、前記内周壁部を軸方向に貫通しない構成とした。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、協働ロボットの関節部を駆動するのに適したギヤモータを提供できる。また、このようなギヤモータが組み込まれた協働ロボットを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施形態に係る協働ロボットの関節駆動用のギヤモータを示す断面図である。

【図2】図１のモータのステータコア及びロータを示す正面図である。

【図3】実施形態の協働ロボットを示す図である。

【図4】ロストモーションを説明するための説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

【0011】

図１は、本発明の実施形態に係る協働ロボットの関節駆動用のギヤモータを示す断面図である。図２は、図１のモータのステータコア及びロータを示す正面図である。図３は、実施形態の協働ロボットを示す図である。本明細書では、入力軸４１の中心軸Ｏ１に沿った方向を軸方向、中心軸Ｏ１から直交する方向を径方向、中心軸Ｏ１を中心に回転する方向を周方向と定義する。

【0012】

本実施形態のギヤモータ１は、例えば図３に示すような協働ロボット１００の関節部１０１に組み込まれ、関節部１０１を駆動する。協働ロボット１００は、産業ロボットと異なり、人間と隔離されない作業空間に配置され、人間と協働して所定の作業を行う。協働ロボット１００は、人間との接触が許容されるように、人との接触を検知するセンシング制御、人との安全な接触が担保される速度制御、あるいは、これら両方の制御が行われる。協働ロボットは、人間協調ロボットと呼んでもよい。

【0013】

本実施形態のギヤモータ１は、モータ１０と減速機４０とがユニット化されて構成される。

【0014】

＜モータ＞
モータ１０は、軸部１２ａ及びロータ磁石（永久磁石）１２ｂを有するロータ１２と、コイル１３及びステータコア１４を有するステータ１５とを備える。さらに、モータ１０は、ステータ１５の外周側を覆うモータフレーム１７と、ステータ１５の軸方向の一方（反負荷側：減速機４０の反対側）を覆うモータカバー１９とを備える。また、減速機４０の内歯歯車４４の一部は、モータ１０においてステータ１５の軸方向の他方（負荷側：減速機４０側）を覆うカバー部４４ｂとして機能する。

【0015】

軸部１２ａは鉄系の金属から構成される。コイル１３を構成する線材はアルミニウム線である。ステータコア１４は磁性体から構成される。モータフレーム１７は樹脂製である。カバー部４４ｂ及びモータカバー１９は樹脂製である。なお、樹脂製の部品は、ＣＦＲＰ(Carbon Fiber Reinforced Plastics)、ＦＲＰ(Fiber Reinforced Plastics)などの複合材料、樹脂とその他の別素材との複合材料、ベーク材（紙ベーク材や布ベーク材等）などを適用してもよい。また、金属の部品は、アルミニウムなど鉄よりも比重の低い金属、アルミニウム合金やマグネシウム合金など鉄よりも比重の低い合金を適用してもよい。また、軸部１２ａ、モータフレーム１７、カバー部４４ｂ及びモータカバー１９の素材は、上記の例に限られず、何れか１つ又は複数が鉄よりも比重の低い材料で構成されていればよい。これにより、モータ１０の軽量化を図ることができる。モータ１０のトルク特性の観点では、モータ１０の構成部材は鉄や電磁鋼板といった磁性材料で構成されるのが好ましい。したがって、軽量化とトルク特性の両面を考慮して、モータ１０の各構成部材の素材を決定すればよい。

【0016】

ステータコア１４は、図２に示すように、複数のコアセグメント１４ａと、複数のスロット１４ｂとを有する。複数のコアセグメント１４ａは、内周面がロータ１２に対向するように、周方向に並んで配置される。複数のスロット１４ｂは、複数のコアセグメント１４ａの間に設けられる。

【0017】

コイル１３は、複数のスロット１４ｂを通ってコアセグメント１４ａに巻回される。コイル１３は、ステータコア１４の軸方向の端よりも一部が外側にはみ出す。このスロット１４ｂから軸方向にはみ出した部分がコイルエンド１３ａである。

【0018】

ロータ１２の軸部１２ａは中空構造を有し、減速機４０の入力軸４１と一体的に単一の部材から形成されている。なお、入力軸４１はロータ１２の軸部１２ａと別体に形成され、互いに連結される構成としてもよい。

【0019】

モータフレーム１７は、ステータコア１４の外周部に接触してステータコア１４を固定する。

【0020】

カバー部４４ｂは、主に、ステータコア１４の軸方向の一端（減速機４０側、負荷側）を覆う。カバー部４４ｂは、環状に構成され、中央に入力軸４１を通す貫通孔を有する。カバー部４４ｂの内周部には入力軸受け５１が嵌入され、入力軸受け５１を介して入力軸４１を回転可能に支持する。カバー部４４ｂは、特に制限されるものでないが、例えばボルト２１を介してモータカバー１９と連結され、カバー部４４ｂとモータカバー１９との間にモータフレーム１７が挟み込まれて固定される。

【0021】

カバー部４４ｂは、コイルエンド１３ａからの最短の沿面距離が、６．３ｍｍより短い。従来のモータでは、カバーが導電性の素材で構成されていた。また、この沿面距離を６．３ｍｍ以上にして絶縁性を確保していた。これらのため、ギヤモータの体積の増大、軸方向の長大化、入力軸が長くなることに起因して装置全体の重量が増大するという課題があった。しかし、本実施形態では、カバー部４４ｂに絶縁性を持たせて（非導電性の素材で構成して）沿面距離を６.３ｍｍより短くすることで、上記の課題が軽減されている。なお、カバー部４４ｂとコイルエンド１３ａとの沿面距離は、より好ましくは３ｍｍ以下、更に好ましくは１ｍｍ以下としてもよい。

【0022】

より具体的には、本実施形態のカバー部４４ｂは、ステータ１５のコイルエンド１３ａの一部に接触するように配置される。カバー部４４ｂは絶縁性を有するため、このような接触があっても、コイル１３とカバー部４４ｂとの十分な絶縁性、並びに、モータ１０と減速機４０との十分な絶縁性を確保することができる。カバー部４４ｂとコイルエンド１３ａとが接触する面積は、好ましくは、減速機４０側のコイルエンド１３ａの表面積の５０％以下であり、より好ましくは、この表面積の１０％以下である。仮に、カバー部４４ｂがコイルエンド１３ａの全体に接触する場合、コイルエンド１３ａの熱膨張率とカバー部４４ｂの熱膨張率との違いから、カバー部４４ｂ及びコイルエンド１３ａの耐久性に課題が生じる。しかし、上記の接触面積とすることで、熱膨張率の違いがあっても耐久性の低下を抑えることができる。

【0023】

モータカバー１９は、主に、ステータ１５の軸方向の他端（減速機４０の反対側、反負荷側）を覆う。モータカバー１９は、環状に構成され、減速機４０とは反対側にあるコイルエンド１３ａの内周側を覆う内周壁部１９ａと、ステータ１５の減速機４０とは反対側の一端側を覆う背面壁部１９ｂとを有する。内周壁部１９ａは、その中空部が軸部１２ａのホロー構造と連通する筒状の形態を有し、内周壁部１９ａの負荷側の端面は、ロータ１２のロータ磁石１２ｂに対向している。内周壁部１９ａの負荷側の端面には、環状のブラケット２３を介して回転位置検出用の磁気センサ２２が設けられている。

【0024】

モータカバー１９は、コイルエンド１３ａからの最短の沿面距離が６．３ｍｍより短くなるように、コイルエンド１３ａに近づけて配置されてもよい。モータカバー１９は、一部がコイルエンド１３ａに接触するように配置されてもよい。

【0025】

＜減速機＞
減速機４０は、例えば撓み噛合い式歯車装置であり、起振体４１ａを有する入力軸４１と、起振体４１ａにより撓み変形される外歯歯車４２と、外歯歯車４２と噛合う２つの内歯歯車４４、４５とを備える。また、減速機４０は、減速機４０の外周部を覆う外周ハウジング４７及び軸受けハウジング４８を備える。さらに、減速機４０は、起振体４１ａと外歯歯車４２との間に配置される起振体軸受け４３と、外歯歯車４２及び起振体軸受け４３の軸方向の移動を規制する規制部材６１、６２とを備える。また、減速機４０は、入力軸４１を回転可能に支持する入力軸受け５１、５２と、外周ハウジング４７に対して一方の内歯歯車４５を回転可能に支持する主軸受け５４とを備える。

【0026】

入力軸４１は鉄系の金属から構成される。外歯歯車４２は樹脂製又は金属製である。内歯歯車４４、４５は樹脂製である。外周ハウジング４７及び軸受けハウジング４８は、金属から構成される。なお、樹脂製の部品は、ＣＦＲＰ、ＦＲＰなどの複合材料、樹脂とその他の別素材との複合材料、ベーク材（紙ベーク材や布ベーク材等）などを適用してもよい。また、金属の部品は、アルミなどの鉄よりも比重の低い金属、アルミ合金やマグネシウム合金など鉄よりも比重の低い合金を適用してもよい。また、入力軸４１、外歯歯車４２、内歯歯車４４、４５、外周ハウジング４７及び軸受けハウジング４８の素材は、上記の例に限られず、何れか１つ又は複数が鉄よりも比重の低い材料で構成されていればよい。これにより減速機４０の軽量化を図ることができる。減速機４０の各構成部材の素材は、軽量化と強度確保の両面を考慮して決定すればよい。

【0027】

入力軸４１は、ホロー構造を有し、モータ側に突出した突出部４１ｂを有する。突出部４１ｂの一部がロータ１２の軸部１２ａを構成する。入力軸４１の一部は、中心軸Ｏ１に直交する断面の外形が非円形（例えば楕円）である起振体４１ａを構成する。入力軸４１の起振体４１ａ以外の部位は、中心軸Ｏ１に直交する断面の外形が円形である。

【0028】

外歯歯車４２は、起振体軸受け４３を介して起振体４１ａと相対的に回転可能に支持されている。外歯歯車４２は、起振体４１ａの外周面に沿うように、起振体軸受け４３を挟んで起振体４１ａに嵌合されている。

【0029】

２つの内歯歯車４４、４５は互いに歯数が異なる（例えば内歯歯車４４は外歯歯車４２よりも歯数が多く６２歯数、内歯歯車４５は外歯歯車４２と歯数が等しく６０歯数）。一方の内歯歯車４４は減速機４０の外周部を覆う外周ハウジング４７に連結され、他方の内歯歯車４５は減速機４０の軸方向の一端側を覆う軸受けハウジング４８に連結される。内歯歯車４４の歯部４４ａは、筒型の形態を有し、カバー部４４ｂと一体的に単一の部材として同じ素材により形成されている。カバー部４４ｂは、減速機４０の入力側カバーを兼ねている。すなわち、カバー部４４ｂは、外歯歯車４２及び起振体軸受け４３の軸方向におけるモータ１０側を覆って、例えば減速機４０からの潤滑油の流出を防止する。

【0030】

入力軸受け５１、５２は、起振体４１ａの軸方向における両側で入力軸４１を支持する。一方の入力軸受け５１は内歯歯車４４のカバー部４４ｂの内周に嵌入されて入力軸４１を回転可能に支持し、他方の入力軸受け５２は軸受けハウジング４８の内周に嵌入されて入力軸４１を回転可能に支持する。主軸受け５４は、互いに連結された外周ハウジング４７及びカバー部４４ｂの内周に嵌入され、かつ、もう一方の内歯歯車４５の外周に嵌入されて、内歯歯車４５及び軸受けハウジング４８を回転可能に支持する。

【0031】

＜動作説明＞
コイル１３が通電されてロータ１２に回転トルクが生じると、ロータ１２と一体化された入力軸４１が中心軸Ｏ１を中心に回転する。入力軸４１の回転に伴い起振体４１ａの運動が外歯歯車４２に伝わる。外歯歯車４２は、固定された内歯歯車４４に一部が噛合っているので、起振体４１ａの回転に追従して外歯歯車４２が回転することはなく、起振体４１ａが外歯歯車４２の内側で相対的に回転する。さらに、外歯歯車４２は起振体４１ａの外周面に沿うように規制されているため、起振体４１ａの回転に伴って撓み変形する。この変形の周期は、起振体４１ａの回転周期に比例する。

【0032】

起振体４１ａの回転により外歯歯車４２が変形すると、起振体４１ａの径が大きい部分（長軸部分）が周方向に移動し、これにより外歯歯車４２と一方の内歯歯車４４との噛合う位置が周方向に変化する。外歯歯車４２と内歯歯車４４との歯数に違いがあるため、噛合う位置が一周するごとに、外歯歯車４２と内歯歯車４４との噛合う歯がずれていき、これにより外歯歯車４２が回転する（自転する）。例えば、内歯歯車４４が６２歯で、外歯歯車４２が６０歯であれば、起振体４１ａの回転運動は減速比３０（＝６０：２）で減速されて外歯歯車４２に伝達される。

【0033】

一方、外歯歯車４２は内歯歯車４５とも同様に噛合っているため、起振体４１ａの回転によって外歯歯車４２と内歯歯車４５との噛合う位置も回転方向に変化する。内歯歯車４５と外歯歯車４２との歯数は同数であるので、外歯歯車４２と内歯歯車４５とは相対的に回転せず、外歯歯車４２の回転運動が減速比１：１で内歯歯車４５へ伝達される。これらによって、起振体４１ａの回転運動が減速比３０で減速されて出力軸となる内歯歯車４５及び軸受けハウジング４８へ出力される。

【0034】

ギヤモータ１の駆動中、コイル１３は通電される。しかし、コイルエンド１３ａの軸方向の一端側を覆うカバー部４４ｂが非導電性の素材であることで、カバー部４４ｂとコイルエンド１３ａとの間の距離が短くても、コイル１３と装置外部あるいはコイル１３と減速機４０との間の高い絶縁性が確保される。また、カバー部４４ｂとコイル１３とは接触しているが、接触面は互いに滑り合うことで相対移動可能である。よって、コイル１３への通電により、コイル１３が発熱し、熱膨張しても、カバー部４４ｂ及びコイル１３は接触部分において非常に僅かな歪みの力が発生するだけで、カバー部４４ｂ及びステータ１５の耐久性にはほとんど影響しない。

【0035】

＜ギヤモータの仕様＞
実施形態のギヤモータ１は、次の仕様を持つ。
・（協働ロボット１００の関節部１０１に組み込まれた場合の）稼働率が２０％ＥＤ以下
・効率が７０％以上
・減速機４０のロストモーションが３ｍｉｎ以上（例えば３ｍｉｎ以上かつ３０ｍｉｎ以下）
・減速比が３０以下
・モータ１０の出力回転数が１０００ｒｐｍ以下
・モータ１０の定格トルクにおける投入電流密度が８Ａ／ｍｍ^２以上

【0036】

ここで、稼働率とは、ギヤモータ１が組み込まれる協働ロボット１００の稼働時間ＴＲに対するギヤモータ１の稼働時間ＴＪの割合を意味し、（ＴＪ／ＴＲ）×１００［％ＥＤ］で表わされる。なお、協働ロボット１００自体の稼働時間ＴＲとは、協働ロボット１００の電源がＯＮされている時間、あるいは各関節を駆動する駆動源（サーボモータ）の電源がＯＮされている時間と定義することができる。したがって、協働ロボット１００があるワークに対して作業を行い、次のワークがセットされるのを待っている待機時間も協働ロボット１００自体の稼働時間ＴＲに含まれる。また、ギヤモータ１（減速機４０）の稼働時間ＴＪは、稼働率の算出対象とする減速機４０が駆動されている時間、あるいは当該減速機４０を駆動する駆動源（サーボモータ）が回転している（回転制御されている）時間と定義することができる。効率とは、ギヤモータ１の入力電力に対する機械出力の比を意味する。ロストモーションとは、減速機４０のバックラッシュに関する量であり、次のように定義される。図４は、ロストモーションを説明する図である。減速機４０の入力軸４１（高速軸）を固定して軸受けハウジング４８（低速軸）側より定格トルクまでゆっくり負荷を掛けて除荷するまでの負荷及び低速軸の変位（ねじれ角）を測定し、その関係を示すと、図４に示すような剛性のヒステリシスカーブが得られる。ロストモーションは、定格トルク±３％点におけるねじれ角と定義される。出力回転数は通常駆動時におけるモータの回転速度であり、定格トルクにおける投入電流密度は、定格トルクを発生する際にコイル１３に流す電流密度を意味する。

【0037】

上記のギヤモータ１の仕様は、協働ロボットの特徴及び要求に適合するように設定されている。以下、これについて説明する。

【0038】

協働ロボットの駆動部には、次のような特徴及び要求がある。先ず、協働ロボットは、人と協働する動作を行うため、人と隔離されて一定の作業を行う産業用ロボットと比較して、各関節部が駆動される稼働率は低くなり、また、動作の精度要求は低い。一方、協働ロボットは人との接触の可能性があることから、あるいは、協働ロボットの自重に対する可搬重量を向上するために、各部品の軽量化が求められる。さらに、協働ロボットは、バッテリ駆動が採用される場合があることから、駆動部の高効率化が要求され、また、人と同じ空間に配置されるため低発熱化が要求される。また、協働ロボットは、柔軟に変化する生産ラインに組み込まれ、更新サイクルが短期化すると予想されることから、長寿命化の要求が低い。

【0039】

人と隔離されて一定の作業を高速に繰り返し行う産業用ロボットの関節部を駆動するギヤモータは、高い耐久性が得られるよう、各部品に高い剛性を有する重金属（鉄など）が使用されるのが通常である。このため、このようなギヤモータを協働ロボットに適用すると、協働ロボットに要求される軽量化の要求を満たすことが非常に困難になる。

【0040】

そこで、本発明者らは、協働ロボットの複数の特徴を複合的に考慮し、ギヤモータ１のうち減速機４０の一部、モータ１０の一部、又はこれら両方に鉄よりも比重の小さな材料を用いることに着想した。具体的な一例として、本発明者らは、内歯歯車４４、４５、モータフレーム１７及びモータカバー１９の材料に樹脂を用いることに着想した。このような材料を用いると、鋼材を用いた場合と比較して、動作の位置精度及び耐久性が低下する。しかしながら、協働ロボットの駆動部には長寿命化の要求が低いという特徴と動作の精度要求が低いという特徴がある。例えば、要求寿命は、産業用ロボット用が１０年程度に対して協働ロボット用が３年程度である。また、動作の要求精度は、産業用ロボット用がロストモーション１ｍｉｎ程度に対して協働ロボット用はロストモーション３ｍｉｎ以上でよく、５ｍｉｎ程度であることが比較的多い。このため、このような材料を用いても、協働ロボットの駆動部としての要求寿命と、動作の要求精度とを満たすことが可能であった。さらに、その上で、協働ロボットの駆動部に要求されるギヤモータ１の顕著な軽量化を実現することが可能となった。本実施形態の減速機４０のロストモーションは、以上の事情を考慮して３ｍｉｎ以上に設定されるが、発熱を抑制する観点から、５ｍｉｎ以上であることが好ましい。また、協働ロボットの制御性（制御精度）を考慮して３０ｍｉｎ以下に設定されるが、１０ｍｉｎ以下であることが好ましい。

【0041】

また、人と隔離されて一定の作業を高速に繰り返し行う産業用ロボットの関節部を駆動するギヤモータは、大きなトルク及び高い稼働率（例えば５０％ＥＤ程度）が得られるよう、モータの出力を高速化し、減速機を高減速比化するのが通常であった。減速機を高減速比化することで、モータトルクを減速機で大幅に増幅して出力することができ、また、モータトルクが抑えられる分、モータの高い稼働率が実現される。しかし、このようなギヤモータを協働ロボットに適用すると、協働ロボットのギヤモータに要求される高い効率を実現することが困難となった。このようなギヤモータの効率は良くても例えば６０％程度であった。原理上、モータの出力を高速化し、減速機の減速比を大きくするほど、ギヤモータの効率は低下することが分かっている。

【0042】

そこで、本発明者らは、協働ロボットの複数の特徴を複合的に考慮し、モータ１０の出力を１０００ｒｐｍ以下のように低速化し、減速機４０を減速比３０（＝３０：１）以下のように低減速比化することを着想した。これにより、ギヤモータ１の効率は７０％以上（実質は８０％～９０％）などの高効率が実現された。しかし、一般に、モータの出力を低速化かつ大トルク化するには、モータを大型化しなければならずモータの重量が増加するという課題が生じる。一方、協働ロボットの駆動部には、稼働率の要求が低い（２０％ＥＤ以下でよく、１０％ＥＤ程度であることが比較的多い）という特徴がある。そこで、本発明者らは、低い稼働率を制御設計の条件として、モータ１０の定格トルクにおける投入電流密度を８Ａ／ｍｍ^２以上とし、モータ１０の瞬時トルクを大きくした。さらに、低い稼働率によりコイル１３に大電流が流れる連続時間が長くならないことで、モータ１０の大型化及び重量増加を抑制しつつ、低速かつ大トルクのモータ出力を実現した。すなわち、協働ロボットの駆動部に対して稼働率の要求が低いという特徴を活かし、上記の設定を適用することで、ギヤモータ１の重量増加を伴わずに、ギヤモータ１の高効率化を実現することができた。

【0043】

以上のように、本実施形態のギヤモータ１によれば、稼働率が２０％ＥＤ以下であり、減速機４０の減速比が３０以下であり、モータ１０の出力回転数が１０００ｒｐｍ以下に設定されている。また、本実施形態のギヤモータ１は、効率が７０％以上であり、減速機４０のロストモーションが３ｍｉｎ以上であり、減速機４０の一部、モータ１０の一部、又はこれらの両方が鉄より比重の小さな材料により構成されている。これにより、協働ロボット１００の駆動部としての特徴及び要求に適合し、軽量かつ高効率な構成が実現されている。

【0044】

また、ギヤモータ１を関節部に組み込んだ本実施形態の協働ロボット１００によれば、協働ロボット１００の軽量化及び高効率化を実現できるという効果が奏される。

【0045】

以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は上記の実施形態に限られない。例えば、上記実施形態では、減速機として撓み噛合い式減速機を適用した例を示したが、減速機としては偏心揺動型減速機、遊星歯車減速機など、様々な減速機を適用してもよい。また、上記実施形態に係る協働ロボットは、人と同じ作業空間で協働作業を行うことのできるロボットであれば、例えばワークを把持及び搬送する装置、ワークを加工する装置、固定型のロボット、自走式のロボットなど、どのようなロボットも含まれる。その他、実施の形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

【符号の説明】

【0046】

１ ギヤモータ
１０ モータ
１２ ロータ
１２ａ 軸部
１２ｂ ロータ磁石
１３ コイル
１３ａ コイルエンド
１４ ステータコア
１５ ステータ
１７ モータフレーム
４０ 減速機
４１ 入力軸
４１ａ 起振体
４３ 起振体軸受け
４４、４５ 内歯歯車
Ｏ１ 中心軸
１００ 協働ロボット
１０１ 関節部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】