JP3975686B2 - 歯車伝達用電動モータ及びそれを用いた歯車伝達機構 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、モータ回転力を歯車の噛合いによって被回転伝達部に伝達する歯車伝達用電動モータ及びそれを用いた歯車伝達機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動モータに直結している原動歯車、中間伝達歯車、被回転伝達部に回転力を伝達する伝達歯車などを備えた歯車伝達機構は、各歯車の噛合い位置の速度変動が増幅され、被回転伝達部に特定の回転速度を高精度に伝達できないおそれがある。
【０００３】
これを改善する技術として、例えば特開平03-251472 号公報に記載されているように、歯車系列の噛合い位置をピッチ円の周方向にずらすことで、速度変動を相殺するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、歯車伝達機構において速度変動が発生するのは、歯車どうしの噛合い位置ばかりではない。
図８は、電動モータ２のモータ軸４にモータ歯車６が固着し、モータ歯車６に、被回転伝達部に回転力を伝達する伝達歯車８が噛み合っている歯車伝達機構を示すものである。
【０００５】
通常の電動モータ２は、図９の破線で示すように、定周期の速度変動が発生している。また、モータ歯車６及び伝達歯車８の噛合い位置にも、図９の一点鎖線で示すように速度変動が発生している。ここで、電動モータ２の最大の速度変動の位相と、モータ歯車６及び伝達歯車８の噛合い位置で発生する速度変動のうちの最大の速度変動の位相が一致してしまうと、図９の実線で示すように、増幅された速度変動が発生してしまい、被回転伝達部に特定の回転速度を高精度に伝達できない場合がある。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、定周期のモータ速度変動が発生していても、確実に速度変動を低減させることができる歯車伝達用電動モータ及びそれを用いた歯車伝達機構を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために、請求項１記載の発明は、定周期の速度変動が発生する電動モータであり、発生したモータ回転力を、モータ軸に固着したモータ歯車に噛み合せた伝達歯車を介して被回転伝達部に伝達するために使用する歯車伝達用電動モータにおいて、前記モータ歯車及び前記伝達歯車の噛合い位置で発生する噛合い速度変動のうち最も小さい値となる位相に、自身が発生しているモータ速度変動のうち最も大きい値の位相を一致させた。
【０００８】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の歯車伝達用電動モータにおいて、前記噛合い速度変動のうち最も小さい値となる速度変動の位相を、伝達トルクが最小となる前記モータ歯車及び前記伝達歯車の１歯どうしが噛み合う位置とした。
また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の歯車伝達用電動モータにおいて、前記モータ速度変動のうち最も大きい値となる速度変動の位相を、自身の発生トルクが最大になる位置とした。
【０００９】
一方、請求項４記載の発明は、定周期の速度変動が発生する電動モータと、この電動モータのモータ軸に固着したモータ歯車と、このモータ歯車に噛み合って被回転伝達部に回転力を伝達する伝達歯車とを備えた歯車伝達機構において、前記モータ歯車及び前記伝達歯車の噛合い位置で発生する噛合い速度変動のうち最も小さい値となる位相に、自身が発生しているモータ速度変動のうち最も大きい値の位相を一致させた。
【００１０】
また、請求項５記載の発明は、請求項４記載の歯車伝達機構において、前記噛合い速度変動のうち最も小さい値となる速度変動の位相を、伝達トルクが最小となる前記モータ歯車及び前記伝達歯車の１歯どうしが噛み合う位置とした。
さらに、請求項６記載の発明は、請求項４又は５記載の歯車伝達機構において、前記モータ速度変動のうち最も大きい値となる速度変動の位相を、自身の発生トルクが最大になる位置とした。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る歯車伝達機構の１実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態の歯車伝達機構で使用している電動モータ１０の位相特性を示すものである。
【００１２】
この電動モータ１０は、３相のステータ１０ａと、８極のロータ１０ｂとを備えた三相８極式電動モータであり、１回転中のトルク変動が２４回発生する。そして、図２のモータ展開図にも示すように、一回転中の２４回のトルク変動のうち、Ａ相通電時においてＡ相ステータの磁極中心とロータの磁極中心が一致する位置を回転角０deg と定義すると、回転角０deg の位置で二相通電時の発生トルクが最大となる。
【００１３】
次に、図３は、本実施形態の歯車伝達機構で使用している電動モータ１０のモータ軸１２に固着されているモータ歯車１４と、このモータ歯車１４に噛み合っている伝達歯車１６とを示す図であり、伝達歯車１６は、モータ歯車１４を介して電動モータ１０から伝達されてきた回転力を、図示しない被回転伝達部に伝達する。
【００１４】
そして、前記モータ歯車１４は、２４の歯数を有しており、伝達歯車１６との噛合い位置において、図５に示すように回転角に応じて伝達トルクが変化する。そして、モータ歯車１４及び伝達歯車１６の噛合い位置の伝達トルクは、図５に示すように、歯車の回転とともにのこぎり刃状に変化するが、１回転中に２４回の最小の伝達トルク及び最大の伝達トルクが交互に発生する。最小の伝達トルクは、モータ歯車１４及び伝達歯車１６の噛合いにおいて、図４に示すように、モータ歯車１４及び伝達歯車１６の１歯どうしが噛み合っているときに発生する。また、最大の伝達トルクは、モータ歯車１４及び伝達歯車１６の２歯どうしが噛み合っているときに発生する。
【００１５】
ここで、回転初期に、モータ歯車１４及び伝達歯車１６の１歯どうしが噛み合う角度θは、モータ歯車１４のピッチ円直径をｄとし、モータ歯車１４の円弧状の歯厚をｓとすると、
θ＝（ｓ／２）／（ｄ／２） ……… （１）
＝ｓ／ｄ …… （２）
となる。
【００１６】
そして、本実施形態では、図６に示すように、発生トルクが最大となる回転角が０deg のときに、モータ歯車１４及び伝達歯車１６の１歯どうしが噛み合う角度θを一致させている。
本実施形態によると、電動モータ１０の速度変動は、図７の破線で示すように、一回転中の２４回のトルク変動に対応して１５deg 毎に大きくなり、回転角が０deg のときに、最大の速度変動となる。一方、モータ歯車１４及び伝達歯車１６の噛合い位置で発生する速度変動も、図７の一点鎖線で示すように、１回転中に２４回の最小の速度変動及び最大の速度変動が交互に発生する。
【００１７】
ここで、モータ歯車１４及び伝達歯車１６の噛合い位置で発生する最小の速度変動の位相は、電動モータ１０で発生する大きな速度変動の位相に一致し、当然に、回転角が０deg のときの最大の速度変動の位相にも一致する。
このように、モータ歯車１４及び伝達歯車１６の噛合い位置で発生する最小の速度変動の位相と、電動モータ１０で発生する大きな速度変動の位相とが一致することから、図７の実線で示すように速度変動が相殺され、被回転伝達部に対して速度変動が殆ど発生しない回転力を伝達することができる。
【００１８】
したがって、本実施形態の歯車伝達機構は、電動モータ１０に定周期の速度変動が発生していても、確実に速度変動を低減させることができる歯車伝達機構を提供することができる。
また、モータ歯車１４及び伝達歯車１６の噛合い位置で発生する最小の速度変動の位相を、モータ歯車１４及び伝達歯車１６の１歯どうしが噛み合う位置として割り出し、しかも、電動モータ１０が発生する最大の速度変動の位相を、電動モータ１０が最大の発生トルクを発生する位置として割り出したので、簡単な手段で速度変動を低減させることができる。
【００１９】
また、本実施形態では、速度変動を改善するための機構を電動モータ１０に何等付加していないので、電動モータ１０の低コスト化も図ることができる。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１、４記載の発明によると、前記モータ歯車及び前記伝達歯車の噛合い位置で発生する噛合い速度変動のうち最も小さい値となる位相に、自身が発生しているモータ速度変動のうち最も大きい値の位相を一致させたことから、速度変動を確実に相殺することができる。
【００２１】
また、請求項２、３、５、６の発明によると、簡単な手段で速度変動を低減させることができる。
さらに、請求項１、２、３記載の発明によると、速度変動を改善するための機構を電動モータに何等付加していないので、電動モータの低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電動モータの発生トルクの特性を示す図である。
【図２】本発明に係る電動モータにおいて発生トルクが最大となる位置を示すモータ展開図である。
【図３】本発明に係るモータ歯車及び伝達歯車の噛合い状態を示す図である。
【図４】図３の要部を拡大した図である。
【図５】モータ歯車及び伝達歯車の伝達トルクの変化を示す図である。
【図６】本発明においてモータ歯車及び伝達歯車の噛合い位置で発生する噛合い速度変動のうち最も小さい値となる位相と、電動モータが発生するモータ速度変動のうち最も大きい値の位相とを一致させた状態を示す図である。
【図７】本発明の歯車伝達機構の速度変動を示す図である。
【図８】電動モータを備えた歯車伝達機構を示す図である。
【図９】従来の歯車伝達機構の速度変動を示す図である。
【符号の説明】
１０ 電動モータ
１０ａ ステータ
１０ｂ ロータ
１２ モータ軸
１４ モータ歯車
１６ 伝達歯車
θ モータ歯車及び伝達歯車の１歯どうしが噛み合う角度
【発明の属する技術分野】
この発明は、モータ回転力を歯車の噛合いによって被回転伝達部に伝達する歯車伝達用電動モータ及びそれを用いた歯車伝達機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動モータに直結している原動歯車、中間伝達歯車、被回転伝達部に回転力を伝達する伝達歯車などを備えた歯車伝達機構は、各歯車の噛合い位置の速度変動が増幅され、被回転伝達部に特定の回転速度を高精度に伝達できないおそれがある。
【０００３】
これを改善する技術として、例えば特開平03-251472 号公報に記載されているように、歯車系列の噛合い位置をピッチ円の周方向にずらすことで、速度変動を相殺するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、歯車伝達機構において速度変動が発生するのは、歯車どうしの噛合い位置ばかりではない。
図８は、電動モータ２のモータ軸４にモータ歯車６が固着し、モータ歯車６に、被回転伝達部に回転力を伝達する伝達歯車８が噛み合っている歯車伝達機構を示すものである。
【０００５】
通常の電動モータ２は、図９の破線で示すように、定周期の速度変動が発生している。また、モータ歯車６及び伝達歯車８の噛合い位置にも、図９の一点鎖線で示すように速度変動が発生している。ここで、電動モータ２の最大の速度変動の位相と、モータ歯車６及び伝達歯車８の噛合い位置で発生する速度変動のうちの最大の速度変動の位相が一致してしまうと、図９の実線で示すように、増幅された速度変動が発生してしまい、被回転伝達部に特定の回転速度を高精度に伝達できない場合がある。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、定周期のモータ速度変動が発生していても、確実に速度変動を低減させることができる歯車伝達用電動モータ及びそれを用いた歯車伝達機構を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために、請求項１記載の発明は、定周期の速度変動が発生する電動モータであり、発生したモータ回転力を、モータ軸に固着したモータ歯車に噛み合せた伝達歯車を介して被回転伝達部に伝達するために使用する歯車伝達用電動モータにおいて、前記モータ歯車及び前記伝達歯車の噛合い位置で発生する噛合い速度変動のうち最も小さい値となる位相に、自身が発生しているモータ速度変動のうち最も大きい値の位相を一致させた。
【０００８】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の歯車伝達用電動モータにおいて、前記噛合い速度変動のうち最も小さい値となる速度変動の位相を、伝達トルクが最小となる前記モータ歯車及び前記伝達歯車の１歯どうしが噛み合う位置とした。
また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の歯車伝達用電動モータにおいて、前記モータ速度変動のうち最も大きい値となる速度変動の位相を、自身の発生トルクが最大になる位置とした。
【０００９】
一方、請求項４記載の発明は、定周期の速度変動が発生する電動モータと、この電動モータのモータ軸に固着したモータ歯車と、このモータ歯車に噛み合って被回転伝達部に回転力を伝達する伝達歯車とを備えた歯車伝達機構において、前記モータ歯車及び前記伝達歯車の噛合い位置で発生する噛合い速度変動のうち最も小さい値となる位相に、自身が発生しているモータ速度変動のうち最も大きい値の位相を一致させた。
【００１０】
また、請求項５記載の発明は、請求項４記載の歯車伝達機構において、前記噛合い速度変動のうち最も小さい値となる速度変動の位相を、伝達トルクが最小となる前記モータ歯車及び前記伝達歯車の１歯どうしが噛み合う位置とした。
さらに、請求項６記載の発明は、請求項４又は５記載の歯車伝達機構において、前記モータ速度変動のうち最も大きい値となる速度変動の位相を、自身の発生トルクが最大になる位置とした。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る歯車伝達機構の１実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態の歯車伝達機構で使用している電動モータ１０の位相特性を示すものである。
【００１２】
この電動モータ１０は、３相のステータ１０ａと、８極のロータ１０ｂとを備えた三相８極式電動モータであり、１回転中のトルク変動が２４回発生する。そして、図２のモータ展開図にも示すように、一回転中の２４回のトルク変動のうち、Ａ相通電時においてＡ相ステータの磁極中心とロータの磁極中心が一致する位置を回転角０deg と定義すると、回転角０deg の位置で二相通電時の発生トルクが最大となる。
【００１３】
次に、図３は、本実施形態の歯車伝達機構で使用している電動モータ１０のモータ軸１２に固着されているモータ歯車１４と、このモータ歯車１４に噛み合っている伝達歯車１６とを示す図であり、伝達歯車１６は、モータ歯車１４を介して電動モータ１０から伝達されてきた回転力を、図示しない被回転伝達部に伝達する。
【００１４】
そして、前記モータ歯車１４は、２４の歯数を有しており、伝達歯車１６との噛合い位置において、図５に示すように回転角に応じて伝達トルクが変化する。そして、モータ歯車１４及び伝達歯車１６の噛合い位置の伝達トルクは、図５に示すように、歯車の回転とともにのこぎり刃状に変化するが、１回転中に２４回の最小の伝達トルク及び最大の伝達トルクが交互に発生する。最小の伝達トルクは、モータ歯車１４及び伝達歯車１６の噛合いにおいて、図４に示すように、モータ歯車１４及び伝達歯車１６の１歯どうしが噛み合っているときに発生する。また、最大の伝達トルクは、モータ歯車１４及び伝達歯車１６の２歯どうしが噛み合っているときに発生する。
【００１５】
ここで、回転初期に、モータ歯車１４及び伝達歯車１６の１歯どうしが噛み合う角度θは、モータ歯車１４のピッチ円直径をｄとし、モータ歯車１４の円弧状の歯厚をｓとすると、
θ＝（ｓ／２）／（ｄ／２） ……… （１）
＝ｓ／ｄ …… （２）
となる。
【００１６】
そして、本実施形態では、図６に示すように、発生トルクが最大となる回転角が０deg のときに、モータ歯車１４及び伝達歯車１６の１歯どうしが噛み合う角度θを一致させている。
本実施形態によると、電動モータ１０の速度変動は、図７の破線で示すように、一回転中の２４回のトルク変動に対応して１５deg 毎に大きくなり、回転角が０deg のときに、最大の速度変動となる。一方、モータ歯車１４及び伝達歯車１６の噛合い位置で発生する速度変動も、図７の一点鎖線で示すように、１回転中に２４回の最小の速度変動及び最大の速度変動が交互に発生する。
【００１７】
ここで、モータ歯車１４及び伝達歯車１６の噛合い位置で発生する最小の速度変動の位相は、電動モータ１０で発生する大きな速度変動の位相に一致し、当然に、回転角が０deg のときの最大の速度変動の位相にも一致する。
このように、モータ歯車１４及び伝達歯車１６の噛合い位置で発生する最小の速度変動の位相と、電動モータ１０で発生する大きな速度変動の位相とが一致することから、図７の実線で示すように速度変動が相殺され、被回転伝達部に対して速度変動が殆ど発生しない回転力を伝達することができる。
【００１８】
したがって、本実施形態の歯車伝達機構は、電動モータ１０に定周期の速度変動が発生していても、確実に速度変動を低減させることができる歯車伝達機構を提供することができる。
また、モータ歯車１４及び伝達歯車１６の噛合い位置で発生する最小の速度変動の位相を、モータ歯車１４及び伝達歯車１６の１歯どうしが噛み合う位置として割り出し、しかも、電動モータ１０が発生する最大の速度変動の位相を、電動モータ１０が最大の発生トルクを発生する位置として割り出したので、簡単な手段で速度変動を低減させることができる。
【００１９】
また、本実施形態では、速度変動を改善するための機構を電動モータ１０に何等付加していないので、電動モータ１０の低コスト化も図ることができる。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１、４記載の発明によると、前記モータ歯車及び前記伝達歯車の噛合い位置で発生する噛合い速度変動のうち最も小さい値となる位相に、自身が発生しているモータ速度変動のうち最も大きい値の位相を一致させたことから、速度変動を確実に相殺することができる。
【００２１】
また、請求項２、３、５、６の発明によると、簡単な手段で速度変動を低減させることができる。
さらに、請求項１、２、３記載の発明によると、速度変動を改善するための機構を電動モータに何等付加していないので、電動モータの低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電動モータの発生トルクの特性を示す図である。
【図２】本発明に係る電動モータにおいて発生トルクが最大となる位置を示すモータ展開図である。
【図３】本発明に係るモータ歯車及び伝達歯車の噛合い状態を示す図である。
【図４】図３の要部を拡大した図である。
【図５】モータ歯車及び伝達歯車の伝達トルクの変化を示す図である。
【図６】本発明においてモータ歯車及び伝達歯車の噛合い位置で発生する噛合い速度変動のうち最も小さい値となる位相と、電動モータが発生するモータ速度変動のうち最も大きい値の位相とを一致させた状態を示す図である。
【図７】本発明の歯車伝達機構の速度変動を示す図である。
【図８】電動モータを備えた歯車伝達機構を示す図である。
【図９】従来の歯車伝達機構の速度変動を示す図である。
【符号の説明】
１０ 電動モータ
１０ａ ステータ
１０ｂ ロータ
１２ モータ軸
１４ モータ歯車
１６ 伝達歯車
θ モータ歯車及び伝達歯車の１歯どうしが噛み合う角度
Claims (6)
- 定周期の速度変動が発生する電動モータであり、発生したモータ回転力を、モータ軸に固着したモータ歯車に噛み合せた伝達歯車を介して被回転伝達部に伝達するために使用する歯車伝達用電動モータにおいて、
前記モータ歯車及び前記伝達歯車の噛合い位置で発生する噛合い速度変動のうち最も小さい値となる位相に、自身が発生しているモータ速度変動のうち最も大きい値の位相を一致させたことを特徴とする歯車伝達用電動モータ。 - 前記噛合い速度変動のうち最も小さい値となる速度変動の位相を、伝達トルクが最小となる前記モータ歯車及び前記伝達歯車の１歯どうしが噛み合う位置としたことを特徴とする請求項１記載の歯車伝達用電動モータ。
- 前記モータ速度変動のうち最も大きい値となる速度変動の位相を、自身の発生トルクが最大になる位置としたことを特徴とする請求項１又は２記載の歯車伝達用電動モータ。
- 定周期の速度変動が発生する電動モータと、この電動モータのモータ軸に固着したモータ歯車と、このモータ歯車に噛み合って被回転伝達部に回転力を伝達する伝達歯車とを備えた歯車伝達機構において、
前記モータ歯車及び前記伝達歯車の噛合い位置で発生する噛合い速度変動のうち最も小さい値となる位相に、自身が発生しているモータ速度変動のうち最も大きい値の位相を一致させたことを特徴とする歯車伝達機構。 - 前記噛合い速度変動のうち最も小さい値となる速度変動の位相を、伝達トルクが最小となる前記モータ歯車及び前記伝達歯車の１歯どうしが噛み合う位置としたことを特徴とする請求項４記載の歯車伝達機構。
- 前記モータ速度変動のうち最も大きい値となる速度変動の位相を、自身の発生トルクが最大になる位置としたことを特徴とする請求項４又は５記載の歯車伝達機構。
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