【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、監視カメラや搬送ロボット等に使用される電動アクチュエータの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カメラが３次元的に動く監視カメラ駆動装置では水平方向回転（パン）駆動モータでカメラを保持した垂直方向（チルト）駆動モータを回転させる。この時、カメラを一方向に何回転も連続的に回転させるにはスリップリングが必要となる。またカメラを外部から風や人間が動かすことを防止するブレーキを目的としたデバイスも必要であった。このためにはパンモータやチルトモータは一般に減速体を有したモータが使用される。また搬送ロボットに使用される場合でも、低速大トルクが必要で、アームの関節部等減速されたモータが使用される。またパンモータで駆動される２次側のチルトモータ等に電力を供給するために、一般に減速体を有したモータでスリップリングを内蔵したものが使用される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
１）従来の減速方式では、ブレーキ力を増すためや低速を得るために、減速比を大きくするとバックラッシュが大きく、位置誤差やカメラ映像の画質の低下やロボット位置決め誤差の増大をもたらしていた。また装置全体が大きくなり、適切な小型コンパクトでバックラッシュの小さな減速体が提案されて無かった。
２）中空軸モータと中空部を有する減速体を同心的に設けた場合、中空軸モータのピニオンは中空内径が大きいためその外径も大きくなり、減速比を大きくするためには、減速体の形状が大きくなり、小型化が困難であった。
３）減速体の出力ギヤを中空とした、小型コンパクトな減速体を有する回転電機で、減速体のバックラッシュが小さく、且つ、モータコイル無通電時でも、外部から負荷を与えた場合、現在位置を高密度に保てる電動機がなかった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明を実現するには以下の手段による。
【手段１】歯車列を有し、入・出力軸が同軸状に構成される減速体付き電動機において、前記減速体が、回転子軸に固定保持された回転子歯車と噛合う受動側大径歯車と負荷側に動力を伝達する出力部を形成する出力歯車と噛合う駆動側小径歯車とが一体を成し中間軸で回転自在に軸支された中間歯車体を有し、該中間歯車体は複数個が同芯円状に配置され、夫々が前記回転子歯車及び出力歯車と同時に噛合う様に構成されていること、を特徴とする減速体付き電動機。
【手段２】前記電動機の回転子及び負荷側に動力を伝達する出力部がいずれも中空構造を成すこと、を特徴とする手段１に記載の減速体付き電動機。
【手段３】
前記負荷側に動力を伝達する出力部の中空内部または中空部と同心的に、スリップリング等の電気コネクト手段が配置されていること、を特徴とする手段２に記載の減速体付き電動機。
【手段４】
前記中間歯車体は、同芯円状の３個より成り、夫々の歯車の歯数が３の整数倍となるように構成されていること、を特徴とする手段１乃至３のいずれかに記載の減速体付き電動機。
【手段５】
歯車列を有し、入・出力軸が異中心として構成される減速体付き電動機において、前記減速体が、回転子軸に固定保持された回転子歯車と噛合う受動側大径歯車と負荷側に動力を伝達する出力部を形成する出力歯車と噛合う駆動側小径歯車とが一体を成し中間軸で回転自在に軸支された中間歯車体を有し、該中間歯車体は２個が配置され、夫々が前記回転子歯車及び出力歯車と同時に噛合う様に構成されていること、を特徴とする減速体付き電動機。
【手段６】
手段５において、１系統の減速トレーンにてトルクを伝達する時、残りの減速トレーンはギヤバックラッシュを低減する機能を持たせたことを特徴とする減速体付き回転電機。
【手段７】
手段６において、前記負荷側に動力を伝達する出力部が中空構造を成していること、を特徴とする減速体付き電動機。
【手段８】
手段７において、前記負荷側に動力を伝達する出力部の該中空内部に、あるいはその中空部と同心的に、スリップリング等の電気コネクト手段が配置されていること、を特徴とする減速体付き電動機。
【手段９】
前記電動機が、永久磁石式回転子を備えるステッピングモータであること、を特徴とする手段１乃至８のいずれかに記載の減速体付き電動機。
【０００５】
上述の如き構成においては、以下の理由で課題が解決できる。
１）．減速体トレーンで歯車の噛合いは１個所でトルクを伝達できるが、モータからの伝達トルクをほぼ均等に複数ｎ分割させて、ｎ個所で歯を噛み合わせトルクを伝達させるとき、入・出力軸が同軸状に構成される減速体付き電動機において、前記減速体が、回転子軸に固定保持された回転子歯車と噛合う受動側大径歯車と負荷側に動力を伝達する出力部を形成する出力歯車と噛合う駆動側小径歯車とが一体を成し中間軸で回転自在に軸支された中間歯車体を有し、該中間歯車体は複数個が同芯円状に配置され、夫々が前記回転子歯車及び出力歯車と同時に噛合う様に構成されている様にして、前述のｎ個のギヤとピニオンの歯位置を最適値に選ぶことで、バックラッシュを最小に出来る。またこのとき、伝達トルクもｎ個所で伝えるので大きくできる。
２）．中空モータと中空減速体の場合は回転子ピニオンの外径が、その中空内径が大きいため大きくなるので、減速比を大きくすることが困難になる。これを解決する手段として、前述の減速体が、回転子軸に固定保持された回転子歯車と噛合う受動側大径歯車と負荷側に動力を伝達する出力部を形成する出力歯車と噛合う駆動側小径歯車とが一体を成し中間軸で回転自在に軸支された中間歯車体を有し、該中間歯車体は複数個が同芯円状に配置され、夫々が前記回転子歯車及び出力歯車と同時に噛合う様に構成されている様にして、径大と径小のギヤの２段一体ギヤの効果で減速比を大きく出来る。また前述の複数ｎ個のギヤとピニオンの歯位置を最適値に選ぶことで、バックラッシュを最小に出来る。
３）．減速体出力部の中空部にはスリップリング等の電気コレクト手段を内臓または同心的に設けることで、この減速体出力で動かされるロボットの２次側モータや監視カメラのカメラやチルト（カメラの首振り）モータへの電力や信号の授受を連続回転状態でさせることが出来る。
４）．回転電機の回転子回転数を減速する時、径大と径小のギヤよりなる２段一体ギヤ体を含む２系統の減速トレーンを設け、中空部を有する最終段出力ギヤにトルク伝達を２系統から可能にし、例えば、一方の減速トレーンにてトルクを伝達する時、他方の減速トレーンはギヤバックラッシュを低減する機能を持たせて負荷を駆動することが出来る。その方法としては、例えば、前述した大径ギャと小径ギャよりなる２段一体減速体の、該２個の大径ギヤと小径ギャの歯位置を最適値に選ぶことで、バックラッシュを最小にすることが出来る。中空部にはスリップリングを内蔵すればそのスリップリングから電力を経由して駆動される２次側モータ等を精度良く、連続駆動も出来る。
５）歯車列を有し、入・出力軸が異中心として構成される減速体付き電動機において、前記減速体が、回転子軸に固定保持された回転子歯車と噛合う受動側大径歯車と負荷側に動力を伝達する出力部を形成する出力歯車と噛合う駆動側小径歯車とが一体を成し中間軸で回転自在に軸支された中間歯車体を有し、該中間歯車体は２個が配置され、夫々が前記回転子歯車及び出力歯車と同時に噛合う様に構成されていることでも、同様に、減速比を大きく、またバックラッシュを小さく出来る。
この場合、１系統の減速トレーンにてトルクを伝達する時、残りの減速トレーンはギヤバックラッシュを低減する機能を持たせるようにすると、更にバックラッシュを確実に低減出来る。
６）．水平駆動モータ、及び垂直駆動モータに、多極のステッピングモータを使用すれば、モータは低速で大トルクなので、減速体の減速比を小さく出来る。また回転子が永久磁石なので、モータコイルが無通電状態でも減速体を経由して現在位置を保持するトルクを発生でき、例えば監視カメラに応用した場合、外部から風等の外力が加わっても位置を保持することが出来る。例えば、ブラシレスモータは４から１０極程度の回転子極数であるが、ステッピングモータ、特にハイブリット（ＨＢ）型ステッピングモータは１００極が普通であるので、ステッピングモータを使用すると、ブラシレスモータ等のモータに比べ、約１０倍以上の多極になる。モータの低速時のトルクは極数が多いほど大きく出来るので、またステッピングモータは同期モータでもあるので、速度も一定となるので、監視カメラへの応用には、ステッピングモータが適したモータといえる。またステッピングモータの中でも、永久磁石式３相ステッピングモータを使用することで、低振動、低騒音となり、位置決め精度も良好で、監視カメラの用途には最適である。特に、スリップリングを経由して電力を供給される垂直駆動モータはその給電端子数が少ないほど、スリップリングのピン数を少なく出来る。直流モータは２端子で良いが、ノイズ、寿命、位置決め、正確な速度制御等で、問題があり、通常ステッピングモータを使用する。この場合、２相式では４端子以上しか、原理的にできず、振動騒音も大きい問題があった。これを３相式にすると、スターやデルタ結線の３端子が可能で、スリップリングのピン数を２相式ステッピングモータより少なくできる。しかも、３相式は低振動、低騒音、高精度となり得る。尚、スリップリングのタイプは接触式に限らず、非接触式でも良いのは当然である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下図面によって説明する。従来技術は図６にその１例を示す。４０は駆動モータ、４１はウオームギヤ、４２はウオームギヤと噛合う歯車である。そして、４０の回転数を減速して、４２なるギヤより、その減速された出力を取り出すもので、例えば、パンモータとチルトモータによる監視カメラ雲台機構のパンモータ部を形成する。４３は中空部であり、スリップリング等を内蔵できるスペースである。しかし、ウオームギヤ方式は小形で大きな減速比を得ることができるが、バックラッシュが大きく、低速回転時の回転変動が大きいと言う問題があった。また静止画像を得るときの位置決め精度にも問題を生じた。ロボット等に使用する時も高精度の位置決めはこのバックラッシュのために、得られないという、問題があった。
【０００７】
もう１つの従来技術を図７、図８で説明する。図７は従来技術による減速体を有するモータの構造を示す。５１がモータ部であり、この例はアウターロータ型モータである。５２はアウターロータ部であり、５２の出力部には５４なる太陽ギヤがついている。５４の外周には３個の５５なる遊星ギヤが配置され、５６なるインターナルギヤに噛合い５６を回転させることになる。そして、５６なるギヤは５７なる回転体を駆動し、５１の出力５２を減速して負荷を駆動する。この時、５７から５１の中心中空部に突き出た部分には５３なるスリップリングが内臓されており、５８なる導電体で電流の授受が可能にしてある。図８は図７の減速部の正面構造図であり、遊星減速体を構成している。
しかし、この遊星ギヤは減速比が太陽ギヤ５４が中空軸であることもあり、１／２〜１／３程度と少ないという問題があった。またブックラッシュも必ずしも、小さいというものではなかった。またインターナルギヤ５６を使用するので、歯加工が特殊、困難で高価であった。
【０００８】
図５は従来技術の図６、図７なる技術を監視カメラに応用した１例である。
３５はモータ部であり、この場合はインナーロータ型の例である。３６は３５の回転軸である。３７は減速体部であり、３８は減速体部の出力軸である。３８なる軸は中空軸であり、４５なるスリップリングが内臓されている。また３８はその回転トルクでアーム４６を図のＨ軸（水平回転であり、パンモータ軸回転）を中心に回転させる。この時、スリップリングを経由して４７なるモータや４９なるカメラに電力を供給することができるので、アーム４６を連続的に回転させることが可能になる。アーム４６には４７なるチルトモータがその減速部４８を介して取り付けられている。そして、図示したＶ軸を中心にカメラ４９を回転または部分回転させる。４７、４８が３５、３７と同じ構造でスリップリングが搭載されていればカメラ４９は連続回転が可能になるし、スリップリング無しでは部分回転動作となることになる。この監視カメラかカメラ位置を３次元に位置決めし、連続回転や可逆回転も可能であるが、前述したような、位置決め精度の問題や減速比が少ないため駆動トルクが弱い等の問題を有していた。
【０００９】
次に上記の欠点を解決した本発明を図１に示したモータとその減速部の断面構造図及び図２のその減速部の正面図にて説明する。図１にて、１は固定子、２は固定子ケース、３はコイル、４はコイル３の絶縁体、５はモータの前側ブラケット、６は後側ブラケットである。７は軸受けのボールベアリング、８は回転子、９は回転子の支持体である。１０は回転子と一体に取り付けられたピニオンギヤであり、１１なるギヤと複数ｎ個所で噛合っている。１２なるピニオンギヤは１１に固定されて複数ｎ個所で出力ギヤ１３と噛合っている。１４は１１、１２の軸、１５は軸受け、１６が減速体カバー、１７、１８は出力側軸受け７を押さえるカバー、１９は組み立て用ネジ、２０はスリップリング、２１はスリップリングの端子部、２２はスリップリングのコンタクトやブラシの導電性リードである。このような構成で減速比を従来より大きくできて、且、バックラッシュを低減できる理由を説明する。図１及び図２より分かるように、１１はそのギヤ外径が１２のそれより大きくしてある。そして１２のギヤ外径より１３の外径を大きくしてある、２段一体減速構造である。このため、従来の中空軸構造品の回転子のピニオンギヤが中空径を有するためにその外径が大きくなり、そのために、減速比が小さいという欠点をまずこの２段ギヤ一体構造で解決出来る。経済性も考えると３段では問題が出る。次にバックラッユの低減法を説明する。その一つの方法は複数個所で２段で噛み合わせる構造にて実現出来るものである。複数の例えば図示した３個所で噛合う場合、１１と１２は一体で回転するが、１１と１２がある相対位置にあり固定されているとする。この時、バックラッシュδが存在したとする。この場合、１１と１２の相対位置を現状から同心で回転方向にずらした、ある最適位置にすれば、バックラッシュδは最小値とすることができる。２個所以上、例えば３個所、噛合せることでバックラッシュを小さく出来る。即ち、２段一体減速と２個所以上の噛合いの効果から、バックラッシュを最小にできることになる。そして１３は中空構造とすれば、スリップリングを内臓できて、監視カメラの雲台機構や、ロボットの関節や、搬送ロボットのアーム等に、最適なアクチュエータとなる。
【００１０】
図２のように、３個所で１２０度等分位置で噛み合わせる場合には、回転子ピニオンを含み、１１、１２、１３等の歯車の歯数は３の倍数であることが必要になる。
【００１１】
図１、図２で、２段減速にて、３個所から２個所噛合いでも良い。図３、図４は本発明の別の形態を示したものである。３０は回転子ピニオンギヤ、３１は３０と噛合うギヤであり、前述の２段減速構造を３１なる径大ギヤと３２なる径小ギヤで構成している。そして中空穴を有する３３は２個所で３２と噛合っている。この状態で、３０が回転すれば、２個所から３２にて３３は同一方向に回転トルクを与えられる。図４は図３を側面からみた減速部は断面表示した構造図である。２８はモータであり、２９なる出力軸により３０にトルクを与えている。この状態で、３１と３２の相対位置角度を最適値にすることでもバックラッシュを最小に近づけることができる。または、図３で、例えば、１例として、３０の回転力を図３で左側のギヤトレーンで３３に伝達させ、右側のギヤトレーンの３１と３２は固定しないである摩擦力で滑るようにしたとする。すると３３にある負荷以上が加わると３１と３２間にスベリが発生することになる。するとこの右側の３２は本来、左側トレーンの３２と回転数が異なり、遅く回ろうとして３３にブレーキを与えることになり、この力がバックラッシュを無くす効果を有することになる。摩擦を作る１例として３１と３２をバネ等で圧接させればよい。この手段としては、この摩擦トルクに限定されるものではない。このように、２個所のギヤ伝達トレーンを常備して、１個所のトレーンでトルクを伝達し、残りのトレーンはブレーキや異常回転動作防止、例えば正常方向回転とは逆方向の回転を阻止等を最終出力ギヤに与える機能を持たせれば良いことになる。
【００１２】
現在の監視カメラは２相のステッピングモータを使用したものが多い。ステッピングモータは位置決めが容易にできる。また前述したように、ステッピングモータは多極モータであるので、ブラシレスモータ等と比較して低速トルクがおおきいので、減速する場合の減速比がブラシレスモータと比較して、大きくなくても良い長所がある。しかし２相ステッピングモータは振動騒音が大きい問題があった。これに対し、３相永久磁石式ステッピングモータは同じ回転子歯数でも、ステップ角が２／３に小さくでき、分解能が向上するので、減速体の減速比を２相機よりその分少なく出来る。また永久磁石磁界及び電流の第３次高調波がその３相の構造から常にキャンセルされるので、低振動、低騒音となる。更にスターやデルタの３端子給電で回転出来、スリップリングのピン数は３で済み、６個のトランジスタで駆動出きるのでドライブ回路も２相より簡単、安価となる。そして低速から高速まで乱調帯も無く速度を可変出来る。これに対し２相は第３次高調波はキャンセルされず、振動騒音が大きく、且４端子駆動なのでスリップリングの４ピンが必要で、駆動回路も８個のトランジスタで構成される問題があった。また低速で乱調帯があり、連続の可変速には問題があった。これらが３相永久磁石式で解決出来、更に中空軸で本発明の減速体と組み合わせることで上述したメリットが得られることになる。
【００１３】
【発明の効果】
本文中で述べた効果を列挙する。
１）．高価なインターナルギヤを使用しないで、遊星ギヤ方式と同じ大きなトルクを伝達できる安価な減速付きモータとなる。
２）．複数個所から大径ギャと小径ギャの２段一体減速でトルクを伝達するため、小形で減速比が大きく、伝達トルクが大きく、バックラッユが小さい減速付きのモータとなる。
３）．中空部を有する出力ギヤにスリップリングを搭載し、電力を、このモータで駆動される２次側のの電気機器に電力をこのスリップリングから供給または受給した２次側の電気機器を連続的に回転させることができる。また電線がよじれたりしないので、機器が長寿命となる。
４）．３個所で噛み合わせる減速体の場合は歯車の歯数を３の整数倍とすることで、組み立てを容易にできる。
５）．モータ軸と減速体出力軸が異中心の場合は、２系統のギヤトレーンを常備して、１系統のギャトレーンでトルク伝達をさせ、残りのトレーンをバックラッシュを減らす手段に活用することで、バックラッシュの小さなアクチュエータが実現する。また出力ギャを中空として、スリップリングを内臓等すれば、位置決め精度が良く、連続動作が可能な、ロボットアームや雲台機構に適したアクチュエータとなる。
６）．駆動モータをステッピングモータ、特にステッピングモータ、特に３相ステッピングモータとすることで、減速比を減らし、スリップリングのピン数を減らし、低振動低騒音の減速体とスリップリングを搭載したアクチュエータが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した減速体付き回転電機の縦断断面図
【図２】本発明を適用した減速体付き回転電機の減速部横断正面図
【図３】本発明を適用した減速体付き回転電機の別の実施例による減速部横断正面図
【図４】本発明を適用した減速体付き回転電機の別の実施例による減速部縦断断面図
【図５】従来技術を使用した監視カメラ装置図
【図６】ウオーム減速機
【図７】従来構造の減速体とスリップリング付き電動機図
【図８】図７図の減速体正面図
【主な符号の説明】
１ 固定子
２ 固定子ケース
３ コイル
４ 絶縁体
５ 前側ブラケット
６ 後側ブラケット
７ 軸受け
８ 回転子
９ 回転子支持体
１０ ピニオンギヤ
１１ ギヤ
１２ ギヤ
１３ 出力
１４ 軸
１５ 軸受け
１６ ギヤカバー
１８ 軸受け押さえ
１９ ネジ
２０ スリッツプリング
２１、２２ スリップリングの端子
２８ モータ
２９ 回転子軸
３０ ピニオン
３１ ギヤ
３２ ギヤ
３３ 出力ギヤ
３５ モータ
３６ 回転子軸
３７ 減速体
３８ 減速体出力部
４０ モータ
４１ ウオームギヤ
４２ 出力ギヤ
４３ 出力ギヤ中空部
４５ スリップリング
４６ アーム
４７ チルトモータ
４８ 減速部
４９ カメラ
５１ モータ
５２ モータ出力部
５３ スリップリング
５４ 太陽ギヤ
５５ 遊星ギヤ
５６ インターナルギヤ
５７ 減速体出力部
５８ スリップリング端子[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an improvement in an electric actuator used for a monitoring camera, a transfer robot, and the like.
[0002]
[Prior art]
In a surveillance camera driving device in which a camera moves three-dimensionally, a vertical (tilt) drive motor holding a camera is rotated by a horizontal rotation (pan) drive motor. At this time, a slip ring is required to rotate the camera continuously for many rotations in one direction. There was also a need for a device intended to prevent the wind and humans from moving the camera from outside. For this purpose, a motor having a speed reducer is generally used as a pan motor or a tilt motor. Further, even when used in a transfer robot, a low-speed large torque is required, and a decelerated motor such as an arm joint is used. Further, in order to supply electric power to a secondary tilt motor or the like driven by a pan motor, a motor having a speed reducer and having a built-in slip ring is generally used.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
1) In the conventional deceleration method, if the reduction ratio is increased in order to increase the braking force or obtain a low speed, the backlash becomes large, resulting in a decrease in the position error, the image quality of the camera image, and an increase in the robot positioning error. In addition, there has been no proposal of an appropriate small, compact, and low-backlash speed reducer because the entire device is large.
2) When a hollow shaft motor and a speed reducer having a hollow portion are provided concentrically, the outer diameter of the pinion of the hollow shaft motor is large because the hollow inner diameter is large. The size became large, and miniaturization was difficult.
3) A rotating electric machine having a compact and compact speed reducer with a hollow output gear of the speed reducer, the backlash of the speed reducer is small, and even if the motor coil is not energized, the current position is determined when an external load is applied. There was no electric motor that could keep high density.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is realized by the following means.
In a motor with a speed reducer having a gear train and an input / output shaft formed coaxially, the speed reducer has a large-diameter passive side which meshes with a rotor gear fixedly held on a rotor shaft. A drive-side small-diameter gear meshing with an output gear forming an output portion for transmitting power to the load side, the drive-side small-diameter gear having an intermediate gear body rotatably supported by an intermediate shaft; A motor with a speed reducer, wherein a plurality of motors are arranged concentrically, and each is configured to mesh simultaneously with the rotor gear and the output gear.
2. An electric motor with a speed reducer according to claim 1, wherein both the rotor and the output part for transmitting power to the load side of the electric motor have a hollow structure.
[Means 3]
3. The electric motor with a speed reducer according to claim 2, wherein an electric connecting means such as a slip ring is arranged concentrically with a hollow interior or a hollow part of the output part for transmitting power to the load side.
[Means 4]
4. The apparatus according to claim 1, wherein the intermediate gear body is composed of three concentric circles, and the number of teeth of each gear is an integral multiple of three. Motor with speed reducer.
[Means 5]
In a motor with a speed reducer having a gear train, the input and output shafts of which are arranged at different centers, the speed reducer includes a passive-side large-diameter gear meshing with a rotor gear fixedly held on a rotor shaft, and a load-side. An output gear forming an output portion for transmitting power to the drive gear and a drive-side small-diameter gear meshing therewith are integrally formed, and have an intermediate gear body rotatably supported by an intermediate shaft. The number of the intermediate gear bodies is two. An electric motor with a speed reducer, wherein the electric motor is arranged so as to be meshed with the rotor gear and the output gear at the same time.
[Means 6]
A rotating electric machine with a speed reducer, characterized in that in the means (5), when torque is transmitted by a single speed reduction train, the remaining speed reduction train has a function of reducing gear backlash.
[Means 7]
An electric motor with a speed reducer, wherein in the means 6, an output portion for transmitting power to the load side has a hollow structure.
[Means 8]
Means 7, wherein an electrical connecting means such as a slip ring is disposed in the hollow portion of the output portion for transmitting power to the load side or concentrically with the hollow portion. Electric motor.
[Means 9]
The electric motor with a speed reducer according to any one of means 1 to 8, wherein the electric motor is a stepping motor including a permanent magnet type rotor.
[0005]
In the configuration as described above, the problem can be solved for the following reasons.
1). In the reduction gear train, the gear meshing can transmit torque at one place, but when the transmission torque from the motor is divided into a plurality of n almost equally and the teeth mesh at n places to transmit the torque, the input / output shaft Is a coaxial motor with a speed reducer, wherein the speed reducer forms a large-diameter passive-side gear that meshes with a rotor gear fixedly held on a rotor shaft and an output portion that transmits power to a load side. An output gear and a driving-side small-diameter gear engaged with the output gear have an intermediate gear body integrally rotatably supported by an intermediate shaft, and a plurality of the intermediate gear bodies are arranged concentrically. The backlash can be minimized by selecting the above-mentioned n gears and the pinion tooth positions to be optimal values so that the rotor gears and the output gear are simultaneously meshed. At this time, the transmission torque can be increased because the transmission torque is transmitted at n points.
2). In the case of the hollow motor and the hollow speed reducer, the outer diameter of the rotor pinion is increased due to the large inner diameter of the hollow, so that it is difficult to increase the reduction ratio. As a means for solving this, the above-mentioned speed reducer meshes with a large-diameter passive side gear that meshes with a rotor gear fixedly held on a rotor shaft and an output gear that forms an output portion that transmits power to the load side. A drive-side small-diameter gear has an intermediate gear body integrally formed and rotatably supported by an intermediate shaft, and a plurality of the intermediate gear bodies are arranged concentrically, each being the rotor gear and By being configured to mesh with the output gear at the same time, the reduction ratio can be increased by the effect of the two-stage integrated gear of the large-diameter and small-diameter gears. In addition, the backlash can be minimized by selecting the tooth positions of the plurality of n gears and the pinion to optimal values.
3). By providing an electric collecting means such as a slip ring internally or concentrically in the hollow portion of the speed reducer output section, a secondary motor of a robot driven by the speed reducer output, a camera of a surveillance camera, a tilt (a neck of the camera). (Swing) Power and signals can be transferred to and from the motor in a continuous rotation state.
4). When reducing the rotating speed of the rotating electric machine, two systems of reduction trains including a two-stage integrated gear body composed of a large-diameter gear and a small-diameter gear are provided, and two systems for transmitting torque to the final-stage output gear having a hollow portion. For example, when torque is transmitted by one of the deceleration trains, the other deceleration train can drive the load with a function of reducing gear backlash. For example, the backlash can be minimized by selecting the optimum positions of the teeth of the two large-diameter gears and the small-diameter gear of the two-stage integrated reducer including the large-diameter gear and the small-diameter gear described above. You can do it. If a slip ring is incorporated in the hollow part, a secondary motor or the like driven via electric power from the slip ring can be driven continuously with high precision.
5) An electric motor with a speed reducer having a gear train and input / output shafts having different centers, wherein the speed reducer includes a passive-side large-diameter gear that meshes with a rotor gear fixed and held on a rotor shaft. An output gear forming an output portion for transmitting power to the load side and a drive-side small-diameter gear meshing with the drive gear have an intermediate gear body integrally formed and rotatably supported by an intermediate shaft. Similarly, the reduction gear ratio can be increased and the backlash can be reduced also by arranging the individual gears so as to mesh with the rotor gear and the output gear at the same time.
In this case, when the torque is transmitted by one deceleration train, the remaining deceleration train is provided with a function to reduce gear backlash, so that backlash can be further reduced.
6). If a multi-pole stepping motor is used for the horizontal drive motor and the vertical drive motor, the speed of the motor is low and the torque is large, so that the reduction ratio of the speed reducer can be reduced. In addition, since the rotor is a permanent magnet, even when the motor coil is not energized, it can generate a torque to maintain the current position via the speed reducer.For example, when applied to a surveillance camera, the position can be maintained even when external force such as wind is applied from the outside. Can be held. For example, a brushless motor has about 4 to 10 poles of the number of rotor poles, but a stepping motor, particularly a hybrid (HB) type stepping motor, usually has 100 poles. , The number of poles is about 10 times or more. Since the torque at low speed of the motor can be increased as the number of poles increases, and since the stepping motor is also a synchronous motor, the speed is also constant. Therefore, it can be said that a stepping motor is suitable for application to a surveillance camera. Also, among the stepping motors, the use of a permanent magnet type three-phase stepping motor results in low vibration and low noise, good positioning accuracy, and is most suitable for use in surveillance cameras. In particular, the number of pins of the slip ring can be reduced as the number of power supply terminals of the vertical drive motor supplied with power via the slip ring is reduced. A DC motor may have two terminals, but has problems in noise, life, positioning, accurate speed control, and the like, and usually uses a stepping motor. In this case, the two-phase system has a problem that only four terminals or more can be formed in principle, and the vibration noise is large. If this is a three-phase type, three terminals of star or delta connection are possible, and the number of pins of the slip ring can be reduced as compared with the two-phase type stepping motor. Moreover, the three-phase type can have low vibration, low noise, and high accuracy. The type of the slip ring is not limited to the contact type, but may be a non-contact type.
[0006]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
This will be described with reference to the drawings. FIG. 6 shows an example of the prior art. 40 is a drive motor, 41 is a worm gear, and 42 is a gear that meshes with the worm gear. Then, the rotational speed of 40 is reduced, and the reduced output is taken out from the gear 42. For example, a pan motor unit of a surveillance camera platform mechanism by a pan motor and a tilt motor is formed. Reference numeral 43 denotes a hollow space that can accommodate a slip ring or the like. However, although the worm gear system is small and can obtain a large reduction ratio, there is a problem that backlash is large and rotation fluctuation at the time of low-speed rotation is large. In addition, there is a problem in positioning accuracy when obtaining a still image. Even when used for a robot or the like, there is a problem that high-precision positioning cannot be obtained due to the backlash.
[0007]
Another conventional technique will be described with reference to FIGS. FIG. 7 shows the structure of a motor having a speed reducer according to the prior art. Reference numeral 51 denotes a motor unit, and this example is an outer rotor type motor. Reference numeral 52 denotes an outer rotor portion, and an output portion of the 52 has a sun gear 54. Three 55 planetary gears are arranged on the outer periphery of 54, and mesh with the 56 internal gears to rotate the 56. The gear 56 drives the rotating body 57 and reduces the output 52 of 51 to drive the load. At this time, a slip ring 53 is built in a portion protruding from the central hollow portion 57 to 51, and current can be transmitted and received by a conductor 58. FIG. 8 is a front structural view of the speed reducer of FIG. 7, and constitutes a planetary speed reducer.
However, this planetary gear has a problem that the reduction ratio is as small as about 1/2 to 1/3 because the sun gear 54 is a hollow shaft. Also, the book rush was not necessarily small. In addition, since the internal gear 56 is used, the tooth processing is special, difficult, and expensive.
[0008]
FIG. 5 shows an example in which the prior art shown in FIGS. 6 and 7 is applied to a surveillance camera.
Reference numeral 35 denotes a motor unit, which is an example of an inner rotor type in this case. 36 is a rotation shaft of 35. Reference numeral 37 denotes a speed reducer, and reference numeral 38 denotes an output shaft of the speed reducer. The shaft 38 is a hollow shaft and has a built-in 45 slip ring. Reference numeral 38 denotes the rotational torque that rotates the arm 46 about the H axis (horizontal rotation, pan motor axis rotation) in the figure. At this time, electric power can be supplied to the motor 47 and the camera 49 via the slip ring, so that the arm 46 can be continuously rotated. A tilt motor 47 is attached to the arm 46 via a speed reduction unit 48. Then, the camera 49 is rotated or partially rotated about the illustrated V axis. If the slip rings are mounted on the cameras 47 and 48 in the same structure as the structures 35 and 37, the camera 49 can rotate continuously. If the slip rings are not provided, the camera 49 will be partially rotated. The surveillance camera or camera position can be positioned three-dimensionally, and continuous rotation or reversible rotation is possible. However, as described above, there are problems such as a problem of positioning accuracy and a weak drive torque due to a small reduction ratio. Was.
[0009]
Next, the present invention which has solved the above-mentioned drawbacks will be described with reference to a cross-sectional structural view of the motor and its reduction unit shown in FIG. 1 and a front view of the reduction unit of FIG. In FIG. 1, 1 is a stator, 2 is a stator case, 3 is a coil, 4 is an insulator of the coil 3, 5 is a front bracket of the motor, and 6 is a rear bracket. 7 is a ball bearing of a bearing, 8 is a rotor, and 9 is a support of the rotor. Reference numeral 10 denotes a pinion gear integrally attached to the rotor, and meshes with a gear 11 at a plurality of n positions. The 12 pinion gears are fixed to 11 and mesh with the output gear 13 at a plurality of n positions. 14 is a shaft of 11 and 12, 15 is a bearing, 16 is a speed reducer cover, 17 and 18 are covers for holding the output side bearing 7, 19 is an assembling screw, 20 is a slip ring, 21 is a terminal portion of the slip ring, 22 Is a contact of a slip ring or a conductive lead of a brush. The reason why the reduction ratio can be increased with the above configuration and the backlash can be reduced will be described. As can be seen from FIGS. 1 and 2, the gear 11 has an outer diameter larger than that of the gear 12. Further, a two-stage integrated reduction structure in which the outer diameter of 13 is larger than the outer diameter of 12 gears. For this reason, since the outer diameter of the conventional pinion gear of the rotor having the hollow shaft structure has a hollow diameter, the outer diameter of the pinion gear increases, and thus the disadvantage that the reduction ratio is small can be solved by the two-stage gear integrated structure. Considering the economics, there are problems with three steps. Next, a method for reducing backlash will be described. One of the methods can be realized by a structure in which a plurality of locations engage in two stages. In the case of meshing at a plurality of, for example, three locations shown, 11 and 12 rotate integrally, but it is assumed that 11 and 12 are at a certain relative position and fixed. At this time, it is assumed that backlash δ exists. In this case, the backlash δ can be minimized by setting the relative position of 11 and 12 to a certain optimal position concentrically shifted from the current position in the rotational direction. Backlash can be reduced by meshing at two or more places, for example, three places. In other words, the backlash can be minimized due to the effects of the two-stage integrated deceleration and the meshing at two or more places. If 13 has a hollow structure, a slip ring can be built in, and it becomes an optimal actuator for a pan head mechanism of a surveillance camera, a joint of a robot, an arm of a transfer robot, and the like.
[0010]
As shown in FIG. 2, in the case of meshing at three positions at equal positions of 120 degrees, the number of teeth of the gears 11, 12, 13, etc., including the rotor pinion, needs to be a multiple of three.
[0011]
In FIGS. 1 and 2, two-step deceleration may be used to engage three to two places. 3 and 4 show another embodiment of the present invention. Reference numeral 30 denotes a rotor pinion gear, and reference numeral 31 denotes a gear that meshes with the gear 30. The two-stage speed reduction structure described above is composed of a large-diameter gear 31 and a small-diameter gear 32. 33 having a hollow hole is meshed with 32 at two places. In this state, if 30 rotates, 33 is given a rotational torque in the same direction at 32 from two places. FIG. 4 is a structural view of FIG. Reference numeral 28 denotes a motor, which applies torque to 30 by an output shaft 29. In this state, the backlash can also be minimized by setting the relative position angle between 31 and 32 to an optimum value. Alternatively, in FIG. 3, for example, as an example, it is assumed that the rotational force of 30 is transmitted to 33 by the left gear train in FIG. 3, and the right gear trains 31 and 32 are slid by a frictional force that is not fixed. . Then, when a load greater than a certain load is applied to 33, a slip occurs between 31 and 32. Then, the right side 32 originally has a different rotation speed from the left side train 32, and applies a brake to the 33 in order to rotate slowly, and this force has an effect of eliminating backlash. As an example of creating friction, 31 and 32 may be brought into pressure contact with a spring or the like. This means is not limited to this friction torque. In this way, two gear transmission trains are always provided, and one train transmits torque, and the other trains prevent braking and abnormal rotation operation, for example, prevent rotation in the opposite direction to normal rotation. What is necessary is to provide a function to give to the final output gear.
[0012]
Many surveillance cameras currently use a two-phase stepping motor. The stepping motor can be easily positioned. Also, as described above, since the stepping motor is a multi-pole motor, the low-speed torque is large as compared with a brushless motor or the like. Therefore, there is an advantage that the reduction ratio when decelerating does not have to be large as compared with the brushless motor. is there. However, the two-phase stepping motor has a problem that the vibration noise is large. On the other hand, in the three-phase permanent magnet type stepping motor, the step angle can be reduced to 2/3 and the resolution is improved even with the same number of rotor teeth, so that the reduction ratio of the speed reducer can be made smaller than that of the two-phase machine. Further, since the third harmonic of the permanent magnet magnetic field and the current is always canceled from the three-phase structure, low vibration and low noise are obtained. Furthermore, it can be rotated by three-terminal power supply of star and delta, the number of pins of the slip ring is only three, and it can be driven by six transistors, so that the drive circuit is simpler and cheaper than two-phase. The speed can be varied from low speed to high speed without any turbulence band. On the other hand, the second phase has a problem that the third harmonic is not canceled, the vibration noise is large, and the four-terminal drive requires four pins of the slip ring, and the drive circuit is composed of eight transistors. . In addition, there was a turbulent band at low speed, and there was a problem with continuous variable speed. These can be solved by a three-phase permanent magnet system, and the above-mentioned advantages can be obtained by combining a hollow shaft with the speed reducer of the present invention.
[0013]
【The invention's effect】
List the effects mentioned in the text.
1). An inexpensive motor with reduction that can transmit the same large torque as in the planetary gear system without using an expensive internal gear.
2). Since the torque is transmitted from a plurality of locations by two-stage deceleration of the large-diameter gear and the small-diameter gear, the motor is reduced in size with a large reduction ratio, a large transmission torque, and a small backlash.
3). A slip ring is mounted on an output gear having a hollow portion, and electric power is continuously supplied to or supplied from a secondary-side electric device driven by the motor to the secondary-side electric device. Can be rotated. Also, since the electric wires are not twisted, the equipment has a long life.
4). In the case of a speed reducer that meshes at three places, the number of gear teeth is made an integral multiple of 3 to facilitate assembly.
5). When the motor shaft and the output shaft of the reduction gear are different centers, two gear trains are always provided to transmit the torque by one gear train, and the remaining train is used as a means to reduce the backlash. Actuator with a small size is realized. In addition, if the output gear is hollow and a slip ring is incorporated, an actuator suitable for a robot arm or a pan head mechanism that can perform high-accuracy positioning and can be operated continuously.
6). By using a stepping motor as the driving motor, especially a stepping motor, especially a three-phase stepping motor, it is possible to reduce the reduction ratio, reduce the number of pins of the slip ring, and enable an actuator equipped with a low-vibration and low-noise reducer and a slip ring. Become.
[Brief description of the drawings]
1 is a longitudinal sectional view of a rotary electric machine with a speed reducer to which the present invention is applied; FIG. 2 is a cross-sectional front view of a rotary electric machine with a speed reducer to which the present invention is applied; FIG. 4 is a cross-sectional front view of a rotating electric machine according to another embodiment of the rotating electric machine according to another embodiment of the present invention; FIG. Fig. 6 Worm reducer Fig. 7 Electric motor with conventional structure of reduction gear and slip ring Fig. 8 Front view of reduction gear of Fig. 7 [Explanation of main symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Stator 2 Stator case 3 Coil 4 Insulator 5 Front bracket 6 Rear bracket 7 Bearing 8 Rotor 9 Rotor support 10 Pinion gear 11 Gear 12 Gear 13 Output 14 Shaft 15 Bearing 16 Gear cover 18 Bearing press 19 Screw 20 Slits Pulling 21, 22 Slip ring terminal 28 Motor 29 Rotor shaft 30 Pinion 31 Gear 32 Gear 33 Output gear 35 Motor 36 Rotor shaft 37 Reducer 38 Reducer output 40 Motor 41 Worm gear 42 Output gear 43 Output gear hollow 45 Slip ring 46 Arm 47 Tilt motor 48 Reduction unit 49 Camera 51 Motor 52 Motor output unit 53 Slip ring 54 Sun gear 55 Planetary gear 56 Internal gear 57 Reducer output unit 58 Slip ring terminal