带有电机的减速装置和产业机械的制作方法

专利名称：带有电机的减速装置和产业机械的制作方法
技术领域：
本申请根据2007年6月1日申请的日本发明专利申请第2007-147223号要求优先权。本说明书参照并援引该申请的所有内
容c
本发明涉及一种带有电机的减速装置，尤其涉及一种不仅具有将减速齿轮单元的输出部的轴线内含起来并从减速齿轮单元的基部一侧通向其输出侧的通孔，还可以输出大转矩的带有电机的减速装置。本发明也涉及一种使用了上述带有电机的减速装置的产业机械。
背景技术：
在产业机械的转动装置等中，有时出现想从固定在其基部 一侧的装置朝向固定在其转动侧的装置设置配线或配管等的情况。由于其转动部相对于其基部转动，所以优选上述配线或配管等以沿着转轴的轴线(转动轴线)方式穿过，以不被扭曲或不被切断。例如，转动装置可以是机器人的关节。作为机器人的转动装置等的驱动部，有时需要具有可将减速齿轮单元的输出部的轴线内含起来并从减速齿轮单元的基部 一侧通向其输出侧的通孔的带有电机的减速装置。
在日本发明专利公开公报H08-226498号(专利文献l)中，公开了具有上述通孔的带有电机的减速装置。
在专利文献1中公开的带有电机的减速装置包括电机和减速齿轮单元，减速齿轮单元包括内齿轮、外齿轮和曲轴，内齿轮呈环形，外齿轮的齿数与内齿轮的齿数不同，外齿轮在内齿轮的内侧与内齿轮啮合并作偏心转动。此外，在外齿轮的中心形成有第一通孔，在第一通孔的周围形成有多个第二通孔。曲轴具有相对于其轴线处于偏心状态的偏心体，曲轴的数量是多个，各个偏心体分别与外齿轮上的相应的第二通孔嵌合。
在专利文献1中公开的减速齿轮单元形成有可将内齿轮的轴线 内含起来并从该减速齿轮单元的基部 一 侧通向其输出侧的中心通 孔。由于在外齿轮的中心形成有第一通孔，所以可形成从减速齿轮 单元的基部一侧通向其输出侧的中心通孔。而且在本说明书中，有 时将减速齿轮单元的内齿轮称为"输出部"，将用来固定该减速齿 轮单元的部件称为"基部"。即，所谓的"减速齿轮单元的输出侧" 意为安装有被减速齿轮单元转动的部件的一侧，而所谓的"减速齿 轮单元的基部一侧"意为用来安装减速齿轮单元的部件所在的一侧。 而且，有时将相对于内齿轮转动的部件称为"固定部"。所谓的"输 出部"和"固定部"，只是为了区分减速齿轮单元的可相对转动的 两个部分而定义的称谓，所以即使将内齿轮称为"固定部"，而将 相对于内齿轮转动的部件称为"输出部"，本说明书所公开的技术 方案也是成立的。
在专利文献1中所公开的带有电机的减速装置中，在其中之一的 曲轴上连接有电机的输出轴，而在另外的某个曲轴上连结有用来检 测曲轴转角的感应器。上述电机和感应器分别以其外周位于使减速 齿轮单元的中心通孔沿着轴向方向延伸而形成的圓筒的外侧的方式 设置。当上述带有电机的减速装置的外齿轮绕内齿轮的轴线只公转 (偏心转动)一圏时，内齿轮的转动角度为其与外齿轮的齿数相对
应的角度。
由于在专利文献1中公开的带有电机的减速装置的减速齿轮单 元形成有中心通孔，所以可使配线或配管等贯穿该中心通孔。即， 可使配线或配管等沿着减速齿轮单元的输出部的轴线从其基部一侧 通向其输出侧。
更多情况下，人们需要可输出大转矩的带有电机的减速装置。为 使减速齿轮单元能够输出较大的转矩，可使用能够输出大转矩的电 机。但是在现有技术中的带有电机的减速装置中，中心通孔的内径 的大小和可选用的电机的输出值之间处于折衷选择的关系。 一般情况下，随着电机的可输出的转矩的增大，其外径也会变大，所以， 当对专利文献1中公开的带有电机的减速装置采用可输出大转矩的 电机时，就会出现电机的外周部分覆盖中心通孔的一部分的情况， 因而实际上会减小用来贯穿配线或配管的中心通孔的大小。
而且，在专利文献1公开的带有电机的减速装置中，由于用电机
仅仅驱动与外齿轮的第二通孔嵌合的某一根曲轴，所以在外齿轮的 圆周方向上，从曲轴传递给外齿轮的作用力会产生波动，甚至会出
现外齿轮扭曲(变形)或使电机和外齿轮之间的转矩传递精度下降
等问题，因而会致使执行器(带有电机的减速装置)的响应性和转
动精度下降。

发明内容
鉴于上述现有技术中的技术问题，本发明的目的在于提供一种不 仅具有将其输出部的轴线内含起来并从其基部 一侧通向其输出侧的 通孔，还可以高精度地输出大转矩的带有电机的减速装置。
本发明为了实现可以高精度地输出大扭矩而使用多个电机，通过 使用多个电机，本发明的带有电机的减速装置实现了不仅可确保用 来贯穿配线或配管的足够大的内径的中心通孔，还可以高精度地输 出大转矩。
本发明的带有电机的减速装置包括减速齿轮单元和多个电机。减 速齿轮单元包括内齿轮、外齿轮和多个曲轴，内齿轮被制成环形， 其齿数与外齿轮的齿数不同，外齿轮在内齿轮的内侧与内齿轮啮合 并可以绕内齿轮的轴线作偏心转动。这里所谓的"外齿轮作偏心转 动"意为外齿轮的中心绕内齿轮的轴线公转。此外，由于外齿轮的 齿数与内齿轮的齿数不同，外齿轮可在绕内齿轮的轴线公转的同时 相对于内齿轮转动。即，当外齿轮绕内齿轮的轴线作偏心转动时， 外齿轮和内齿轮会相对转动。此外，在外齿轮的中心形成有第一通 孔，同时在该第一通孔的周围形成有多个第二通孔。优选上述各个 第二通孔形成在同一圆周上。各个曲轴具有相对于其轴线处于偏心状态的偏心体，该偏心体分别与第二通孔嵌合。
此外，减速齿轮单元形成有将内齿轮的轴线内含起来并从其基部
一侧通到其输出侧的中心通孔。由于内齿轮呈环形，而在外齿轮的 由，。彩，"古筮 一；頃力，—斩W "5T在涵t、条击產各鱼开.卜形成中心通孑L 而
且，所谓的"中心通孔将内齿轮的轴线内含起来"意为内齿轮的轴 线会贯穿中心通孔。本发明并不试图一定要使中心通孔的中心线和 内齿轮的轴线重合。
多个电机的各个输出轴和与之对应的曲轴连结，多个电机以其外 周位于使减速齿轮单元的中心通孔沿着轴向方向延伸而形成的圆筒 的外侧的方式设置。
由于上述带有电机的减速装置的电机以其外周位于使减速齿轮 单元的中心通孔沿着轴向方向延伸而形成的圆筒的外侧的方式设 置，所以可使配线或配管等在不影响电机的情况下贯穿减速齿轮单 元的内齿轮(输出部)的中心，并从减速齿轮单元的基部一侧通向 其输出侧。因此可遏制出现上述配线或配管等因接触到电机而断线 等问题。
优选电机的输出轴与曲轴直接连结。由于无需在电机的输出轴和 曲轴之间设置齿轮，所以在电机的输出轴与曲轴之间不会出现齿隙。
此外，优选所有曲轴上连结有与之对应的电机。即，优选电机的 数量和曲轴的数量相同。具有上述结构的带有电机的减速装置，可 在无需使电机的规格加大的情况下，就可输出较大的转矩。此外， 由于电机数量的增多，所以可减小各个电机的规格，.从而可制成更 小型的带有电机的减速装置。
优选本发明的带有电机的减速装置的多个电机当中的至少 一 个 上连结有用来检测电机的转角的转角检测机构，多个电机当中的其 他电机的至少 一 个上没有连结用来检测电机的转角的转角检测机 构。
虽然上述带有电机的减速装置具有多个电机，但最终需要控制的 物理量是作为输出部的内齿轮的转角(或转动角速度)。由于所有的电机都经曲轴、外齿轮与内齿轮卡合，所以只要^r测到至少一个 电机的转角，就可以通过该转角得出内齿轮的转角，因此无需在每 个电机上都设置转角检测机构。此外，由于其他电机的至少一个上 没有连结用来检测电机的转角的转角检测机构，所以可在实质上不 增大带有电机的减速装置的大小的情况下，在至少一个电机上连结 转角检测机构以外的部件(例如制动器等)。
优选本发明的带有电机的减速装置的多个电机(优选所有电机) 都由一个电机控制装置输出的同一个转矩指令信号来驱动。换言之， 优选带有电机的减速装置具有一个对多个电机用同 一个转矩指令信 号进行控制的电机控制装置。
釆用上述带有电机的减速装置时，对于多个电机而言，由于无需 准备与其数量相当的电机控制装置，就可由最少数量的电机控制装 置来驱动带有电机的减速装置，所以可降低其成本。此外，如果在 多个电机上分别连结转角检测机构并各自独立地控制电机，那么电 机之间的转矩指令信号就会互相千涉，因而转矩指令信号易于振荡。 在本发明的带有电机的减速装置中，能够利用减速齿轮单元的特性 来优化转角检测机构和电机控制装置。即，由于上述带有电机的减 速装置通过一个转角检测机构和一个电机控制装置对所有电机始终 施加相同的电流(转矩指令信号)，所以可解决使用多个电机时产 生的问题。
优选本发明的带有电机的减速装置中的所有电机都具有相同的 转矩特性。
釆用上述带有电机的减速装置时，由于对具有相同的转矩特性的 电机都输入同一个转矩指令信号，各个电机所产生的转矩都会传递 给同一个外齿轮，因此，即使因某种原因而出现施加给各个电机的 载荷的大小出现波动时，也会由承受较小载荷的电机对外齿轮进行 加速，因此可以减轻从外齿轮施加给承受着较大载荷的电机的载荷。 最终可将施加给电机的载荷均等地分配，从而可以更好地维持外齿 轮的转动稳定性。
8优选只在本发明的带有电机的减速装置的多个电机当中的没有 连结转角检测机构的电机上连结制动器。
采用上述带有电机的减速装置时，通过制动器的作用，可以更准 确地控制减速齿轮单元的输出部(内齿轮)的转角，或者可以使输 出部作间歇动作。此外，由于只在没有连结转角检测机构的电机上 连结制动器，与在连结有转角检测机构的电机上再连结制动器的情 况相比，可以制成更小型的带有电机的减速装置。
优选本发明的带有电机的减速装置中的各个电机的大小为其外 径可收纳在使内齿轮的外周面沿着轴向方向(平行于内齿轮的轴线 的方向)延伸而形成的圆筒的内侧。换言之，优选各个电机以其外 周位于使内齿轮的外周面延伸而形成的圆筒的内侧的方式设置。
采用上述带有电机的减速装置时，当沿其轴向方向俯视带有电机 的减速装置时，各个电机的外径不会超出内齿轮的外径(即减速齿 轮单元的外径)，可使包括电机在内的整个减速装置的外径尺寸与 不包括电机的单个减速齿轮单元的外径尺寸相同，可以将包括电机 在内的整个减速装置收纳在具有可以收纳不包括电机的减速齿轮单 元所需的内径的中空箱体内，可在不增大带有电机的减速装置所占 的空间的情况下增大其转矩。
优选当本发明的带有电机的减速装置中的中心通孔的内径为d， 内齿轮的外径为D时，它们的比值满足下述不等式(1)。
0.2 < d/D < 0.5 ( 1 )
一般情况下，在较大规格的减速齿轮单元的输出部上安装大型装 置的情况居多，因此随着减速齿轮单元的规格变大，需要贯穿该减 速齿轮单元内的配线或配管等的规格也会变大，该配线或配管等所 占的尺寸约为减速齿轮单元(内齿轮)的外径的20%左右。即，当 中心通孔的内径d和内齿轮的外径之比d/D<0.2时，有可能无法使 配线或配管等贯穿上述减速齿轮单元内。
此外，直径较小的电机无法输出较大的转矩。 一般情况下，为了 正常地驱动减速齿轮单元，不建议使用其外径不足减速齿轮单元的外径的约2 5 %的电机。为了输出能够正常地驱动减速齿轮单元所需 的足够大的转矩，优选使用其外径为减速齿轮单元的外径的约25 % 以上的电机。即，当中心通孔的内径d和内齿轮的外径之比d/D > 0.5 时，会导致用来设置电机的空间变小，从而无法设置其外径为减速 齿轮单元的外径的约25 %以上的电机，因此有可能出现无法正常地 驱动减速齿轮单元的情况。此外，由于需要将构成减速齿轮单元的 零件尽可能地制得较小，所以会导致减速齿轮单元内部的设计，尤 其是曲轴周围的设计变得困难。
由于使中心通孔的内径d和内齿轮的外径D的比值满足上述不 等式(1),不仅可确保配线或配管等从减速齿轮单元的基部一侧贯 穿到其输出侧所需的空间，还可使用能够输出可正常地驱动减速齿 轮单元的转矩的电机。
本发明也提供使用了上述带有电机的减速装置的产业机械，该产 业机械的转动部由上述带有电机的减速装置来驱动。
对于多关节机器人而言，除了要求其内部可贯穿配线等之外，还 要求其能够正确地完成动作。因此，如果为了获得较大的转矩而采 用大型电机，多关节机器人会因电机的惯性力而振动。如果将大型 电机设置在关节上，则难以使多关节机器人正确地完成动作。由于 上述带有电机的减速装置，即使不釆用大型电机也可获得较大的转 矩，所以由于电机的惯性力较小，能够使多关节机器人正确地完成 动作。优选由上述带有电机的减速装置来驱动多关节机器人的腕关 节。换言之，优选将上述带有电机的减速装置设置在多关节机器人 的腕关节上。
发明效果
采用本发明的带有电机的减速装置时，其不仅具有将减速齿轮单 元的输出部的轴线内含起来并从减速齿轮单元的基部一侧通向其输 出侧的通孔，还可以高精度地输出大转矩。


图1是表示第一实施方式中的带有电机的减速装置的剖视图。
图2是表示沿图i中的剖切线ii-n剖切的剖视图。
图3是表示第一实施方式中的带有电机的减速装置的其他部分
的剖视图。
图4表示电机的控制回路。
图5是表示第二实施方式中的产业机械的局部剖视图。 图6是表示第三实施方式中的产业机械的局部剖视图。 图7是表示沿图6中的箭头A的方向观察的向视图。
具体实施例方式
后面所述的各个实施方式的技术特征如下。 (第一技术特征)电机的转子固定在曲轴的轴部上。 (第二技术特征)减速齿轮单元的输出部为内齿轮。在外齿轮的
中心绕内齿轮的轴线公转时，即，外齿轮绕内齿轮的轴线作偏心转 动时，内齿轮相对于基部转动。
下面，参照

本发明的具体实施方式
。第一实施方式
图1是表示本实施方式中的带有电机的减速装置100的剖视图， 图2是表示沿图1的剖切线II-II剖切的剖视图，另外，图3是表示 带有电机的减速装置100的其他部分的剖视图。图1所示的剖视图 相当于沿图2中的剖切线I - I剖切的剖视图，而图3所示的剖视图
相当于沿图2中的剖切线m-ni剖切的剖视图。而且，为了使附图更
加清楚，在图3中，只对图3所示的剖视图所特有部位标注了符号，
而对于实质上与图1相同的零件则省略了其符号。
如图1所示，带有电机的减速装置100包括减速齿轮单元102 和多个电机57a 57d。而且在图1中，只图示了电机57a和57d,省 略了图示其他电机57b和57c。
减速齿轮单元102包括内齿轮18、外齿轮20X和20Y、多个曲 轴49和圆筒部件64。如后面所述，有时将内齿轮18称为减速齿轮单元102的输出部，而将内齿轮18以可转动的方式进行支承的部分 称为固定部。具体地讲，将在后面提及的支座(支座上部4和支座 基座24)相当于减速齿轮单元102的固定部。而且在下面的说明中， 对于在多个实质上属于同一种类的零件说明其相同的特点时，有时 附属于符号的字母的标记进行省略。
如图2所示，内齿轮18呈环形，内齿轮18的齿数与外齿轮20 的齿数不同。外齿轮20在与内齿轮18的内齿销22啮合的同时绕内 齿轮18的轴线18M作偏心转动。即，外齿轮20的中心绕内齿轮18 的轴线18M公转。外齿轮20的中心部形成有第一通孔60，在第一 通孔60内有圆筒部件64贯穿(也可参照图1)。在外齿轮20的第 一通孔60的周围形成有多个第二通孔68a 68h，各个第二通孔68 都形成在同一圓周上，而且，其详细情况会在后面提及，在第二通 孔68a、 68c、 68e和68g中嵌合有曲轴49的偏心体50，而第二通孔 68b、 68d、 68f和68h内贯穿有支座上部4的柱状部5。
如图l所示，曲轴49包括轴部54和偏心体50X、 50Y,偏心体 50X、 50Y相对于轴部54的轴线处于偏心的状态，偏心体50通过滚 针轴承46与第二通孔68a、 68c、 68e和68g(参照图2)嵌合，而且， 在滚针轴承46中，符号44表示滚针，而符号42表示用来保持滚针 44的保持架。
符号4表示支座上部，符号24表示支座基座。支座上部4和支 座基座24通过螺栓66结合在一起，它们形成一体而构成减速齿轮 单元102的支座(参照图3)。带有电机的减速装置100的支座基座 24通过螺栓29固定到基部(例如机器人的转动部或转动装置的基座 等)上。即，支座(支座上部4和支座基座24)相对于基部而言， 其转动受到限制。因此外齿轮20X、 20Y相对于基部而言，其转动 受到限制。于是，如上所述，内齿轮18相对于外齿轮20X、 20Y转 动。因此，支座(支座上部4和支座基座24)就相当于减速齿轮单 元102的固定部，而内齿轮18就相当于输出部，该输出部相对于减 速齿轮单元102的固定部(支座上部4和支座基座24)可转动。的第二通 孔69d和外齿4仑20Y的第二通孔68d。如图2所示，支座上部4具 有多个柱状部5b、 5d、 5f和5h，各个柱状部5b、 5d、 5f和5h分别 贯穿与之对应的第二通孔68b、 68d、 68f和68h。虽然省略了其图示， 各个柱状部5b、 5d、 5f和5h也分别贯穿外齿轮20X上的与之对应 的第二通孔69b、 69d、 69f和69h (也参照图3)。
在外齿轮20Y的第二通孔68b、 68d、 68f和68h和柱状部5b、 5d、 5f和5h之间，确保有容许外齿轮20Y绕内齿轮18的轴线18M 作偏心转动的间隔。同样，在外齿轮20X的第二通孔69和与该第二 通孔69相对应的柱状部5之间，确保有容许外齿轮20X绕内齿轮 18的轴线18M作偏心转动的间隔。
如图1所示，在支座(支座上部4和支座基座24)和内齿轮18 之间设置有一对圆锥滚子轴承16X、 16Y,通过该圓锥滚子轴承16X、
方式被其支承。在本实施方式中，虽然在支座和内齿轮18之间设置有 一对圆锥滚子轴承，但也可以用角接触球轴承来代替圆锥滚子轴承。
在支座和曲轴49之间设置有一对圆锥滚子轴承40X、 40Y，通 过该圆锥滚子轴承40X、 40Y,曲轴49相对于支座以可以转动并在 轴向方向上不可位移的方式纟皮其支寿义。
另外，在圆锥滚子轴承16中，符号8表示内圏，符号14表示外 圏，符号12表示滚子，符号IO表示用来保持滚子12的保持架。在 圆锥滚子轴承40中，符号38表示内圏，符号32表示外圈，符号36 表示滚子，符号34表示用来保持滚子36的保持架。
如上所述，曲轴49具有偏心体50 (偏心体50X和50Y),偏心 体50Y通过滚针轴承46Y和外齿轮20Y的第二通孔68a、 68c、 68e 和68g (参照图2)嵌合，因此，偏心体50Y可以在第二通孔68a、 68c、 68e和68g的内侧转动。同样，偏心体50X嵌合在外齿轮20X 的第二通孔中。
在偏心体50X和圆锥滚子轴承40X之间设置有卡止部件48，在偏心体50Y和圆锥滚子轴承40Y之间设置有卡止部件52。卡止部件 48、 52用来防止偏心体50X、 50Y沿着轴部54的轴线方向产生位移。
在曲轴49中，偏心体50X、 50Y的轴线分别与轴部54的轴线偏 离，而偏心体50X、 50Y偏离轴部54的轴线的方向为相反的方向。 即，偏心体50X和偏心体50Y的轴线始终夹着轴部54的轴线并居 于其两侧，即，外齿轮20X和外齿轮20Y相对于内齿轮18的轴线 18M而言，始终处于关于轴线18M轴对称的位置，因此该结构可实 现确保减速齿轮单元102具有转动稳定性的目的。
在支座上部4的中央形成有中心通孔4a，在支座基座24的中央 形成有中心通孔24a。圆筒部件64分别贯穿外齿轮20X和20Y的第 一通孔60X和60Y连结支座上部4的中心通孔4a和支座基座24的 中心通孔24a,由支座上部4的中心通孔4a、支座基座24的中心通 孔24a和圓筒部件64的内周面64a,在减速齿l仑单元102中形成将 内齿轮18 (输出部)的轴线18M内含起来并从减速齿轮单元102的 基部一侧通向其输出侧(被内齿轮18转动的部件所在的一侧)的中 心通孔110。之所以能够在减速齿轮单元102上形成将输出部的轴线 内含起来并从减速齿轮单元102的基部一侧通向其输出侧的中心通 孔110,是由于内齿轮18呈环形以及在内齿轮18的内侧作偏心转动 的外齿轮20X、 20Y的中心部形成有第一通孔60X、 60Y的缘故。
支座上部4的中心通孔4a的内径、支座基座24的中心通孔24a的 内径和圆筒部件64的内周面64a的直径都相同，其数值用字母d表示。
这里，说明一下减速齿轮单元102的"固定部"和"输出部"等 词语。如同后面将要提到的，在带有电机的减速装置100中，电机 57固定在支座基座24上，当电机57的转子56转动时，内齿轮18 就相对于支座(支座上部4和支座基座24)和电机57作相对转动。 在本实施方式中，支座相当于减速齿轮单元102的机壳，因此可将 内齿轮18称为减速齿轮单元102的输出部，而将支座称为减速齿轮 单元102的固定部。
在支座(支座上部4和支座基座24)和内齿轮18之间设置有一对油封6X、 6Y，在支座基座24和各个曲轴49的轴部54之间设置 有油封30,在支座上部4的上部设置有密封盖2。通过油封6X、 6Y、 3 0和密封盖2可以防止注入减速齿轮单元10 2内的油脂漏到其外部。 接下来说明多个电机57。
多个电机57各自包括定子58和转子(电机的输出轴)56，转子 56与曲轴49的轴部54连结。带有电机的减速装置100包括4根曲 轴49，与所有曲轴49对应的电才几57分别与之相连。
电机57以其外周位于使减速齿轮单元102的中心通孔110沿着 轴向方向延伸而形成的圆筒的外侧的方式设置，由于电机57以上述 方式设置，所以可使配线或配管(省略图示)等在不影响电机57的 情况下贯穿减速齿轮单元102的中心通孔110。
支座基座24上固定有定子58，转子56连结曲轴49的轴部54 上，转子56绕定子58的轴线转动。当转子56转动对，轴部54会 和转子56 —体地转动，支承在支座上的曲轴49的轴部54兼具电机 57的输出轴的作用，因此，电机57无需具有相对于定子58而用来 支承转子56的轴承。由于转子56与曲轴49的轴部54连结，转子 56可相对于定子58转动，而转子56和定子58在轴向方向上的位置 关系保持不变。
接下来说明带有电机的减速装置100的工作原理。
当电机57的转子56转动，曲轴49绕轴部54的轴线转动时，偏心 体50会作偏心转动。换言之，偏心体50的轴线会绕轴部54的轴线公 转，而当偏心体50作偏心转动时，外齿轮20会绕内齿轮18的轴线18M 作偏心转动。即，外齿轮20的中心会绕内齿轮18的轴线18M公转。
由于外齿轮20啮合着内齿轮18，所以当外齿轮20作公转运动 时，内齿轮18会相对于外齿轮20作相对转动。如上所述，由于外 齿轮20相对于固定部(支座)的转动受到限制，所以内齿轮18相 对于固定部(支座)转动。
如图2所示，带有电机的减速装置100的外齿轮20具有51个齿， 内齿轮18具有26个齿(26根内齿销)，此外，外齿轮20的外齿每隔一个与内齿销22啮合，因此，当外齿轮20围绕轴线18M公转52 (26x2)圏时，内齿轮18会绕轴线18M转动一圏。此外，在图2 中明示着所有内齿销22都与外齿轮20的外齿接触。因此，能够实 现将该减速装置100制成在外齿轮20和内齿轮18之间难以产生齿 隙的结构。此外，如图1所示，两个外齿4仑20X、 20Y分别与一个 内齿销22啮合，这样的结构可减小外齿轮20和内齿轮18之间产生 的齿隙。而且内齿销22不是固定在内齿轮18上，内齿销22被嵌入 在内齿轮18上所形成的槽中，并在该槽内可以转动。
而且，通过调整外齿轮20的齿数和内齿轮18的齿数(内齿销 22的数量)，可适当变更带有电机的减速装置100的减速比。 接下来iJL明电冲几57的控制方法。
如图1所示，在多个电机57 (电机57a 57d，在图1中省略了对 电机57b和57c进行图示)的某一个电机57d上连结有用来检测该 电机的转角的编码器(转角检测机构)26,其他三个电机57a 57c 上没有连结编码器26。在其他三个电机57a 57c上连结有制动器 28a 28c,用以代替编码器26。图1中图示有在电机57a上连结有制 动器28a的情况，即，只在没有连结编码器26的电机57上连结有 制动器28。因此，与在电机57上连接有编码器26和制动器28的情 况相比，可缩短带有电机的减速装置100在轴向方向上的长度。而 且，四个电机57a 57d都具有相同的转矩特性。
图4表示四个电机57a 57d的控制回路。在电机57a 57c上分别 连结有制动器28a 28c，在电机57d上连结有编码器26。符号70表 示控制装置(电机控制装置)，由编码器26检测到的电机57d的转 角经配线72输入控制装置70。由控制装置70输出的同一个转矩指 令信号经配线84输入电机57a 57d。另外，由控制装置70输出的同 一个电才几停止信号经配线74输入电才几57a 57c。在组装这些电枳j 57a 57d时，要使其磁极和绕线相位相同，因此，电机57a 57d的磁 极相位是同步的。
在带有电机的减速装置100中，只检测电机57d的转角，并由电机57d的转角来算出内齿轮18的转角。
如上所述，每个曲轴49的偏心体50分别嵌合在外齿轮20Y的 第二通孔68a、 68c、 68e和68g中。此外，外齿轮20 (外齿轮20X、 20Y)啮合着内齿轮18。因此，当检测到多个电机57中的某个电机 57的转角之后，就可获得作为减速齿轮单元102的输出部的内齿轮 18的转角。虽然带有电机的减速装置100具有多个电机57,但通过 最少数量的编码器26就可以检测出其输出部(内齿轮18)的转角。
电机57a~57d都由控制装置70输出的同 一 个转矩指令信号驱动。 即，施加给所有曲轴49上的转矩都会相同。由于施加给所有曲轴49 上的转矩最终会传递给一个内齿轮18，因此，例如施加给电机57a 上的载荷瞬间增大(施加给连结在电机57a上的曲轴49的载荷增大) 时，由此施加给电机57b 57d上的载荷就会减小。这样，由于会使 电机57b 57d加速转动而减小施加给电机57a上的载荷，最终会使 施加给电机57a 57d上的载荷变得均等。即，即使施加给其中之一 的曲轴49上的载荷瞬间增大，也会使最终施加给四个曲轴49上的 载荷变得均等。因此，在外齿轮20的圓周方向上，从曲轴49传递 给外齿轮20的力会变得均等，难以出现外齿轮20扭曲(变形)或 电机57和外齿轮20之间的转矩传递精度下降等问题，因此会良好 地维持外齿轮20的转动稳定性，从而可实现制成响应性和转动精度 较高的减速齿轮单元102的目的。
即，与在每个电机57a 57d上分别连结控制装置的情况相比，带 有电机的减速装置100会良好地维持外齿轮20的转动稳定性，从而 可输出高精度的大转矩。此外，由于只用一个控制装置70就能控制 多个电机57,所以可实现制成低成本的带有电机的减速装置的目的。
接下来说明多个电机57的设置情况。
如图l所示，多个电机57以其外周位于使减速齿轮单元102的 中心通孔110沿着轴线方向延伸而形成的圆筒的外侧的方式设置。 同时多个电机57以位于使内齿轮18的外周面进行延伸而形成的圆 筒的内侧的方式设置。中心通孔110内可贯穿配线或配管等(省略其图示)，由于电机57的大小为可以收纳在上述位置上的大小，所以 可使配线或配管等在不影响电机57的情况下贯穿中心通孔110。此外， 可使带有电机的减速装置100的整体外径小于内齿轮18的外径。
在本实施方式中，内齿轮18的外径和支座基座24的外径相等。 由内齿轮18的外径(支座基座24的外径)可以确定减速齿轮单元 102的外径。当将带有电机的减速装置IOO安装到其他装置上时，如 果可确保具有与内齿轮18的外径相同的外径的中空空间，就能将带 有电机的减速装置100固定到该其他装置内。例如将带有电机的减 速装置100用于工业机器人的关节部时，可使关节部的外径与减速 齿轮单元102的内齿轮18的外径达到相同的尺寸。
当中心通孔110的内径为d、内齿轮18的外径为D时，带有电 机的减速装置100的上述直径之比满足下述不等式。
0.2 < d/D < 0.5 ( 1 )
例如，在内齿轮18的外径为150 mm的减速齿轮单元中，为使 配线或配管等能够贯穿它， 一般情况下需要最大直径为30mm左右 的孔。当内齿轮18的外径增大时，孔径也需要与之成比例地增大。 由于带有电机的减速装置100的中心通孔110的内径d和内齿轮18 的外径D之比满足不等式d/D>0.2,所以能可靠地将配线或配管等 贯穿中心通孔110的内部。
此外，例如在内齿4仑18的外径为150 mm的减速齿轮单元中， 为了正常地驱动曲轴49， 一般情况下需要最小直径为约37mm或者 以上的电机57。当内齿轮18的外径增大(减速齿轮单元的规格就会 变大)时，所使用的电机57的直径也需要与之成比例地增大。如果 中心通孔110的内径d和内齿4仑18的外径D之比达到d/D〉0.5时， 会导致难以确保具有设置合适的规格(其外径为内齿轮18的外径的 约25%以上)的电机57所需的空间。如上所述，不建议使电机57 的外径向中心通孔110的内侧突出。由于带有电机的减速装置100 的中心通孔110的内径d和内齿轮18的外径D之比满足不等式d/D <0.5，所以可4吏电才几57以其外径位于中心通孔110的内周面的外侧的方式i殳置，该电才几57还可以正常地驱动曲轴49。第二实施方式
图5是表示产业机械的局部剖视图。该产业机械是多关节机器人 的腕关节200，腕关节200安装在多关节机器人的前臂(省略其图示) 上，其具有3个自由度(即三个转轴)。三个带有电机的减速装置 100 ( 100a、 100b和100c)设置在腕关节200上，每个带有电机的减 速装置100都能实现绕各自的转轴转动的目的。而且在图5中，仅 仅图示了带有电机的减速装置IOO的内齿轮(输出部)18、支座基 座(固定部)24和电机57，省略了其他部件的图示。
如图5所示，在前臂(省略其图示)的输出部上固定有第一个带 有电机的减速装置100c的固定部24，在第一个带有电机的减速装置 100c的输出部18上固定有固定部件92,在该固定部件92上固定有 第二个带有电机的减速装置100b固定部24，在第二个带有电机的减 速装置100b的输出部18上固定有固定部件90,在该固定部件90 上固定有第三个带有电机的减速装置100a固定部24。因此，当驱动 第一个带有电机的减速装置100c时，第三个带有电机的减速装置 100a和第二个带有电机的减速装置100b会绕轴线CL3转动。当驱 动第二个带有电机的减速装置100b时，第三个带有电机的减速装置 100a会绕轴线CL2转动。当驱动第三个带有电机的减速装置100a 时，固定在第三个带有电机的减速装置100a的输出部18上的机械 手(省略其图示)会绕轴线CL1转动，而且，配线88贯穿第一个带 有电机的减速装置100c的中心通孔110c和第三个带有电机的减速 装置100a的中心通孔110a。
如上所述，电机57以其外周位于使中心通孔110沿着轴向方向 延伸而形成的圆筒的外侧的方式设置，因此，可使腕关节200中的 配线88在不影响电机57的情况下贯穿中心通孔110a、 110c。由于 采用了腕关节200,所以可容易地进行多关节机器人的组装。此外， 由于带有电机的减速装置100的所有曲轴49上都连结有分别与之对 应的电机57(参照图1)，所以可由小型电机输出较大的转矩。由于使用小型电机驱动时的惯性力较小，所以难以在驱动上述减速装
置100时产生振动。由于在腕关节200上使用了带有电机的减速装 置100，所以能正确地控制多关节机器人的动作。第三实施方式
图6是表示产业机械的局部剖视图，该产业机械是多关节机器人 的腕关节300。图7是表示沿图6中的箭头A的方向观察腕关节300 的局部的向视图。而且，腕关节300是上述腕关节200的变型实施 例，对其实质上与腕关节200相同的零件，会标注相同的符号而省 略其说明。
沿着轴线CL2方向观察时，上述腕关节200中的第二个带有电 机的减速装置100b的电机57位于腕关节200的外侧(与配线88相 反的一侧)，而在腕关节300中的第二个带有电机的减速装置100b的 电机57位于腕关节300的内侧(与配线88相同的一侧)，该结构可使 腕关节300在轴线CL2方向上的尺寸制得比腕关节200的尺寸小。
在腕关节300中，在第一个带有电机的减速装置100c的输出部 18上固定有固定部件96，在该固定部件96上固定有第二个带有电 机的减速装置100b固定部24,在第二个带有电机的减速装置100b 的输出部18上固定有固定部件94,在该固定部件94上固定有第三 个带有电机的减速装置100a固定部24。腕关节300所作的动作与腕 关节200所作的动作相同。
此外，如图7所示，电机57以其外周位于中心通孔110的外侧 的方式设置，因此，即使将电机57设置在腕关节300的内侧，电机 57也不会与配线88发生干涉。
上述多关节机器人具有多个腕关节，三个带有电机的减速装置 100 ( 100a、 100b和100c)设置在腕关节200上，但是也可以使用 带有电机的减速装置100来驱动多关节机器人的腕关节以外的关节。
上面详细说明了本发明的具体实施方式
，但是这些只是几个示例 而已，而不是用来限定本专利申请的保护范围的。在本专利申请的 权利要求书内所记载的技术方案包含对上述示例的具体实施方式
进行各种变型、改变后的技术方案。
例如在上述实施方式中说明了内齿轮为输出部，支座为固定部 (用来固定到基部上的部分)。但是也可使支座为输出部，而使内 齿轮为固定部，这时将内齿轮固定到基部上，支座相对于基部转动。
在上述实施方式中，电机的外周被收纳在使内齿轮的外周面沿着 轴向方向延伸而形成的圓筒的内侧。但是也可使用其外周位于使内 齿轮的外周面沿着轴向方向延伸而形成的圆筒的外侧的电机。由于 可使电机的直径增大，所以可使用可输出较大转矩的电机。并可根 据用来固定带有电机的减速装置的其他装置的基部形状和所需的电 机转矩来适当选择电机。
在上述实施方式中，在其中之一的电机上连结有编码器，而在其 他电机上连结有制动器。但是也可以在两个以上的电机上连结编码 器，而在其他电机上连结制动器，这会更进一步提高电机转角的检 测精度，可根据所需的制动力和所需的电机的转角的检测精度对它 们的设置数量进行适当的变更。此外还可以在电机上连结编码器和 制动器，这样不仅会使电机的转角检测精度得到提高，也会提高电 机的制动力。当带有电机的减速装置在其轴向方向上具有充足的空 间时，该设置方案是个有效方案。
此外，第二通孔的形成数量不受上述实施方式限定，可根据所需 的曲轴数量和想要贯穿第二通孔的支座的数量或面积适当地对其进 行变更。
而且，可将上述实施方式中的带有电机的减速装置适用于数控车 床的转塔刀架或分度头等产业机械的转动装置中，并由此可实现制 成小型、高精度的转动装置的目的。
本说明书或者附图中说明的技术方案，不局限于申请时权利要求 所述的组合，单独或者通过各种组合具有技术实用性。另外，虽然 本说明或者附图所示的技术方案能同时达到多个目的，但是只达到 其中的一个目的也是具有技术实用性的。
权利要求
1.一种带有电机的减速装置，其包括减速齿轮单元和多个电机，减速齿轮单元包括内齿轮、外齿轮和多个曲轴，内齿轮被制成环形，外齿轮可以在内齿轮的内侧绕其轴线作偏心转动，在外齿轮的中心形成有第一通孔，同时在该第一通孔的周围形成有多个第二通孔，各个曲轴具有相对于其轴线处于偏心状态的偏心体，该偏心体分别与第二通孔嵌合，所述减速齿轮单元上形成有将所述内齿轮的轴线内含起来并从所述减速齿轮单元的基部一侧通到其输出侧的中心通孔，所述多个电机的各个输出轴和与之对应的所述曲轴连结，所述多个电机以其外周位于使所述减速齿轮单元的中心通孔沿着轴向方向延伸而形成的圆筒的外侧的方式设置。
2. 根据权利要求1所述的带有电机的减速装置，其特征在于 在所述多个电机当中的至少一个上连结有用来检测电机的转角的转角检测机构，所述多个电机当中的其他电机的至少一个上没有 连结用来检测电机的转角的转角检测机构。
3. 根据权利要求2所述的带有电机的减速装置，其特征在于 所述多个电机都由从 一 个电机控制装置输出的同 一 个转矩指令信号来驱动。
4. 根据权利要求3所述的带有电机的减速装置，其特征在于 所述所有电机都具有相同的转矩特性。
5. 根据权利要求2~4的任意一项所述的带有电机的减速装置， 其特征在于只在所述多个电机当中的没有连结转角检测机构的电机上连结 有制动器。
6. 根据权利要求1所述的带有电机的减速装置，其特征在于 所述各个电机的外径大小为该电机可收纳在使内齿轮的外周面沿着轴向方向延伸而形成的圆筒的内侧。
7. 根据权利要求6所述的带有电机的减速装置，.其特征在于所述带有电机的减速装置中心通孔的内径为d,内齿轮的外径为D时，它们的比值满足下述不等式(1)，<formula>formula see original document page 0</formula>( 1 )
8. —种具有转动装置的产业机械，其特征在于所述转动装置由权利要求1 7的任意一项所述的带有电机的减速装置来驱动。
全文摘要
本发明提供一种带有电机的减速装置，不仅在其输出部的转动轴线上具有从其基部一侧通向其输出侧的通孔，其还可以高精度地输出大转矩。其减速齿轮单元(102)包括内齿轮(18)、外齿轮(20X、20Y)和多个曲轴(49)，在外齿轮(20X、20Y)的中心形成有第一通孔(60X、60Y)，在第一通孔(60X、60Y)的周围形成有多个第二通孔，每个曲轴(49)上固定有偏心体(50X、50Y)，偏心体(50X、50Y)与第二通孔嵌合，减速齿轮单元(102)上形成有将内齿轮(18)的轴线内含起来并从减速齿轮单元(102)的基部一侧通向其输出侧的中心通孔(110)。多个电机的各个输出轴和与之对应的曲轴(49)连结，而且以其外周位于使减速齿轮单元(102)的中心通孔(110)沿着轴向方向延伸而形成的圆筒的外侧的方式设置。
文档编号F16H1/32GK101680512SQ20088001787
公开日2010年3月24日 申请日期2008年5月23日 优先权日2007年6月1日
发明者王宏猷 申请人:纳博特斯克株式会社