JP2023170203A - アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】モータの内部部品を冷却できる技術を提供する。【解決手段】回転軸１２と、回転軸１２を回転させるモータ１４とを備えるアクチュエータであって、モータ１４は、回転軸１２に配置されるロータ６２と、回転軸１２とロータ６２との間に設けられロータ６２に対して負荷側にある負荷側空間９０と反負荷側にある反負荷側空間９２とを連通する第１エア通路１００と、を備え、第１エア通路１００は、回転軸１２の回転に伴って、第１エア通路１００を通して負荷側空間９０から反負荷側空間９２にエアを誘導可能である。【選択図】図２

Description

本開示は、アクチュエータに関する。

特許文献１は、回転軸と、回転軸を回転させるモータとを備えるアクチュエータを開示する。

特開２０２１－０９７４３０号公報

モータの内部部品（ロータ等）の温度が過度に高くなると、アクチュエータの出力に悪影響を及ぼすため、その冷却のための工夫が必要となる。本願発明者は、モータの内部部品を冷却するための新たなアイデアを見出した。

本開示の目的の１つは、モータの内部部品を冷却できる技術を提供することにある。

本開示のアクチュエータは、回転軸と、前記回転軸を回転させるモータとを備えるアクチュエータであって、前記モータは、前記回転軸に配置されるロータと、前記回転軸と前記ロータとの間に設けられ前記ロータに対して負荷側にある負荷側空間と反負荷側にある反負荷側空間とを連通する第１エア通路と、を備え、前記第１エア通路は、前記回転軸の回転に伴って、前記第１エア通路を通して前記負荷側空間から前記反負荷側空間にエアを誘導可能である。

本開示によれば、モータの内部部品を冷却できるようになる。

第１実施形態のアクチュエータの側面断面図である。 図１の拡大図である。 第１実施形態の回転軸の斜視図である。 図１のＡ－Ａ断面図である。 第１実施形態のアクチューエータの動作説明図である。 （Ａ）は流体解析の結果を示す図であり、（Ｂ）は流体解析の結果を示す他の図である。 第２実施形態のアクチュエータの動作説明図である。 第３実施形態のアクチュエータを図４と同じ視点から見た断面図である。 第４実施形態のアクチュエータの一部を示す側面断面図である。 第４実施形態のファンを示す斜視図である。

以下、実施形態を説明する。同一の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。各図面では、説明の便宜のため、適宜、構成要素を省略、拡大、縮小する。図面は符号の向きに合わせて見るものとする。本明細書での「連通」とは、特に明示がない限り、言及する条件を二者が直接的に満たす場合の他に、他の要素を介して間接的に満たす場合も含む。

（第１実施形態）図１を参照する。アクチュエータ１０は、回転軸１２と、回転軸１２を回転させるモータ１４と、モータ１４の負荷側に連結される減速機１６と、減速機１６を負荷側から覆う負荷側カバー１８と、を備える。以下、回転軸１２の回転中心線Ｃ１２に沿った方向を軸方向Ｘといい、その回転中心線Ｃ１２を中心とする円の円周方向、半径方向をそれぞれ「周方向」、「径方向」という。また、本明細書では、負荷側は軸方向Ｘの一方側（図１では左側）をいい、反負荷側は軸方向Ｘの他方側（図１では右側）をいう。

アクチュエータ１０は、アクチュエータ１０の外部にある支持部材２０により支持され、アクチュエータ１０の外部にある被駆動部材２２を駆動する。被駆動部材２２の具体例は特に限定されない。被駆動部材２２は、例えば、コンベア、車輪、工作機械、ロボット（産業用ロボット、サービスロボット等）の被駆動機械の一部である。本実施形態の支持部材２０は減速機１６の減速機ハウジング２８に固定され、被駆動部材２２は負荷側カバー１８に固定される。この他にも、支持部材２０は負荷側カバー１８に固定され、被駆動部材２２は減速機ハウジング２８に固定されてもよい。

減速機１６は、回転軸１２が兼ねる入力軸２４と、入力軸２４から入力回転が伝達される減速機構２６と、減速機構２６を収容する減速機ハウジング２８と、を備える。

本実施形態の減速機構２６は、互いに噛み合う外歯歯車３０及び内歯歯車３２Ａ、３２Ｂを備え、一方が撓み歯車（ここでは外歯歯車３０）となる撓み噛合い型歯車機構である。この減速機構２６は、入力軸２４から入力回転が伝達されると、他の歯車との噛合位置を入力軸２４の回転方向に変化させるように撓み歯車を撓み変形させる。この減速機構２６は、この撓み歯車の撓み変形により、外歯歯車３０及び内歯歯車３２Ａ、３２Ｂの一方（ここでは外歯歯車３０）を自転させ、その自転成分を出力回転として被駆動部材２２に出力する。本実施形態の減速機構２６は、内歯歯車３２Ａ、３２Ｂとして、反負荷側に配置される第１内歯歯車３２Ａと負荷側に配置される第２内歯歯車３２Ｂとを有する筒型の撓み噛合い型歯車機構である。この種の減速機構２６の動作原理は周知のため、ここでは説明を省略する。本実施形態の減速機構２６は、負荷側カバー１８を介して被駆動部材２２に出力回転を出力する例を説明する。この他にも、負荷側カバー１８に替えて減速機ハウジング２８を介して被駆動部材２２に出力回転を出力してもよい。入力軸２４と外歯歯車３０との間には外歯歯車３０を回転自在に支持する歯車軸受３６が配置される。

本実施形態の減速機ハウジング２８は、互いに一体化される複数のハウジング部材２８ａ、２８ｂを備える。複数のハウジング部材２８ａ、２８ｂは、第１内歯歯車３２Ａを兼ねる第１ハウジング部材２８ａと、第２内歯歯車３２Ｂに対して径方向外側に配置される第２ハウジング部材２８ｂと、を含む。減速機ハウジング２８は、ボルト等によって、モータ１４のモータハウジング６６に連結される。減速機ハウジング２８と第２内歯歯車３２Ｂとの間には主軸受３８が配置される。

負荷側カバー１８は、減速機１６の一部として、減速機構２６と、回転軸１２を兼ねる入力軸２４を負荷側から覆っている。負荷側カバー１８は、外歯歯車３０の自転成分と同期可能な同期部材として機能する。負荷側カバー１８は全体として筒状をなす。負荷側カバー１８は、第２内歯歯車３２Ｂから負荷側に突き出る第１突出部３２Ｂａに重ね合わせられ、不図示のボルト等を用いて第２内歯歯車３２Ｂに固定される。負荷側カバー１８は、反負荷側に突き出るとともに第２内歯歯車３２Ｂの第１突出部３２Ｂａとインロー嵌合する第２突出部１８ａを備える。負荷側カバー１８の第２突出部１８ａには回転軸を回転自在に支持する負荷側軸受４０が配置される。

アクチュエータ１０は、回転軸１２の中空部１２ａ（後述する）内に配置されるパイプ部材４２を備える。パイプ部材４２は、回転軸１２の中空部１２ａを軸方向Ｘに貫通している。パイプ部材４２の負荷側部分は、負荷側カバー１８に固定されており、負荷側カバー１８と一体的に回転可能に設けられる。本実施形態のパイプ部材４２の負荷側部分は、負荷側カバー１８に形成される貫通孔１８ｂに締まり嵌めされることで、負荷側カバー１８に固定される。この固定態様は特に限定されず、ボルト等を用いてもよい。パイプ部材４２の反負荷側部分は、パイプ部材４２と回転軸１２との間に配置される内部軸受４４を介して回転軸１２に回転自在に支持される。

アクチュエータ１０は、回転軸１２の回転を検出する第１回転検出器４６Ａと、パイプ部材４２の回転を検出する第２回転検出器４６Ｂとを備える。第１回転検出器４６Ａは、回転軸１２と一体回転可能に設けられる第１被検出部４６Ａａと、第１被検出部４６Ａａと対向する第１検出部４６Ａｂとを備える。第２回転検出器４６Ｂは、パイプ部材４２と一体回転可能に設けられる第２被検出部４６Ｂａと、第２被検出部４６Ｂａと対向する第２検出部４６Ｂｂと、を備える。被検出部４６Ａａ、４６Ｂａは、例えば、光学スケール、磁気スケール等のスケールである。検出部４６Ａｂ、４６Ｂｂは、例えば、光学センサ、磁気センサ等のセンサである。検出部４６Ａｂ、４６Ｂｂは、被検出部４６Ａａ、４６Ｂａの回転に伴う所定の物理量（光量、磁場等）の変化を検出することで回転体（回転軸１２、パイプ部材４２）の回転を検出可能である。第１検出部４６Ａｂと第２検出部４６Ｂｂは共通のセンサ基板４８に実装される。センサ基板４８は、モータハウジング６６に固定されるマウント５０に取り付けられる。マウント５０には、モータ１４の制御に用いられるドライバＩＣ（不図示）を搭載したドライバ基板５２が取り付けられる。

図２、図３を参照する。本実施形態の回転軸１２は、モータ１４のロータ６２が配置されるロータ軸６０と、ロータ軸６０の回転が入力される減速機１６の入力軸２４とが一体化されている。本実施形態の回転軸１２は、ロータ軸６０と入力軸２４が同じ部材によって構成される。この他にも、回転軸１２は、ロータ軸６０と入力軸２４が別の部材によって構成されてもよい。

回転軸１２は、回転軸１２を軸方向Ｘに貫通する中空部１２ａと、ロータ６２を配置するロータ配置部１２ｂと、ロータ６２と軸方向Ｘに対向するロータ対向部１２ｃと、回転軸１２の反負荷側端部に設けられるフランジ部１２ｄと、を備える。ロータ配置部１２ｂは、回転軸１２の外周部に設けられる。ロータ６２は、接着剤等を用いてロータ配置部１２ｂに固定される。ロータ対向部１２ｃは、ロータ６２に対して反負荷側に配置される。ロータ対向部１２ｃは、反負荷側に向かってロータ配置部１２ｂよりも外径を大きくする段部である。フランジ部１２ｄは、ロータ配置部１２ｂ及びロータ対向部１２ｃよりも外径を大きくしている。ロータ対向部１２ｃは、ロータ６２に対して反負荷側から接触しており、ロータ６２の反負荷側に向かう軸方向移動を規制する。本実施形態のロータ対向部１２ｃは負荷側に向けて突き出る突部１２ｅを備え、その突部１２ｅがロータ６２に対して接触している。

モータ１４は、回転軸１２に配置されるロータ６２と、ロータ６２と協働して回転軸１２を回転させる回転磁界を生成するステータ６４と、ロータ６２、ステータ６４等を収容するモータハウジング６６と、を備える。

ロータ６２は、全体として筒状をなす。ロータ６２は、例えば、ロータコア６８と、ロータコア６８に組み込まれる不図示の磁石とを備える永久磁石ロータである。ロータ６２の種類は特に限定されず、かご型ロータ、巻線ロータ、コアレスロータ等でもよい。また、ロータ６２は、ロータコア６８に替えて金属製ブッシュを備えてもよい。

ステータ６４は、例えば、ステータコア７０と、ステータコア７０に組み込まれる不図示のコイルとを備える。ステータ６４は、ステータコア７０にスロット（不図示）が形成されたスロット付きステータである。コイルは、ステータコア７０のスロット内を通るようにステータコア７０のティースに巻き回される。ここではステータコア７０のスロットの図示を省略し、ステータ６４全体の外形を模式的に示す。ステータ６４の種類は特に限定されず、本実施形態のようなコア付きステータの他に、コアレスステータでもよい。また、ステータ６４の種類は、本実施形態のようなスロット付きステータの他に、スロットレスステータ等でもよい。ステータ６４とロータ６２との間には環状に広がるギャップ７２が設けられる。

モータハウジング６６は、ステータ６４を配置するステータ配置部６６ａと、ステータ配置部６６ａよりも負荷側に設けられる内フランジ部６６ｂと、反負荷側に向かって開く反負荷側開口部６６ｃと、を備える。ステータ６４は、締まり嵌め（焼き嵌め）、接着剤等を用いて、ステータ配置部６６ａに固定される。内フランジ部６６ｂは、モータハウジング６６の内周部において径方向内側に突き出ている。内フランジ部６６ｂの内周部には回転軸１２を回転自在に支持する反負荷側軸受７４が配置される。

回転軸１２の中空部１２ａ内には中空空間７６が設けられる。中空空間７６は、中空部１２ａ内の他に、回転軸１２と負荷側カバー１８の間の空間まで広がっている。負荷側カバー１８は、アクチュエータ１０の負荷側にある負荷側外部空間７８と中空空間７６とを軸方向Ｘに隔てている。本実施形態の中空空間７６は、回転軸１２の中空部１２ａとパイプ部材４２の間に設けられる径方向外側空間８０によって構成される。径方向外側空間８０は、回転軸１２とパイプ部材４２との間に配置される内部シール部材８４によって、アクチュエータ１０の反負荷側にある反負荷側外部空間８２に対して隔てられている。径方向外側空間８０（中空空間７６）は、反負荷側外部空間８２に直接は連通していないことになる。本実施形態の内部シール部材８４は内部軸受４４に組み込まれている。この他にも、内部シール部材８４は内部軸受４４とは別に設けられてもよい。

パイプ部材４２の内側には径方向内側空間８６が設けられる。径方向内側空間８６は、パイプ部材４２の内部を軸方向Ｘに貫通しており、負荷側外部空間７８と反負荷側外部空間８２とに連通している。

モータ１４は、ステータ６４及びロータ６２を収容するモータ内部空間８８を備える。モータ内部空間８８は、ロータ６２に対して負荷側に設けられる負荷側空間９０と、ロータ６２に対して反負荷側に設けられる反負荷側空間９２とを備える。

負荷側空間９０は、モータハウジング６６と回転軸１２との間に設けられる。負荷側空間９０は、モータハウジング６６の内フランジ部６６ｂとロータ６２及びステータ６４との間に設けられる。

反負荷側空間９２は、モータハウジング６６と回転軸１２との間に設けられる。本実施形態の反負荷側空間９２は、ステータ６４に対して反負荷側においてステータ６４と軸方向Ｘに重なる位置に設けられる。反負荷側空間９２は、アクチュエータ１０の放出部１１２（後述する）を通して外部空間に連通している。

減速機１６は、複数のシール部材９４Ａ～９４Ｃにより封止された減速機内部空間９６を備える。減速機内部空間９６には減速機構２６の潤滑に用いられる潤滑剤（不図示）が封入されている。本実施形態のシール部材９４Ａ～９４Ｃは、モータ内部空間８８と減速機内部空間９６を隔てる第１シール部材９４Ａと、減速機内部空間９６と中空空間７６を隔てる第２シール部材９４Ｂと、減速機内部空間９６と負荷側外部空間７８を隔てる第３シール部材９４Ｃとを含む。減速機内部空間９６は、モータ内部空間８８、中空空間７６のそれぞれに直接に連通していないことになる。本実施形態の第１シール部材９４Ａは反負荷側軸受７４に組み込まれ、第２シール部材９４Ｂは負荷側軸受４０に組み込まれている。この他にも、第１シール部材９４Ａ、第２シール部材９４Ｂは、オイルシール等として、軸受４０、７４とは別に設けられてもよい。

図２～図４を参照する。モータ１４は、回転軸１２とロータ６２との間に設けられる第１エア通路１００を備える。第１エア通路１００は、負荷側空間９０と反負荷側空間９２を連通する。第１エア通路１００は、後述のように、負荷側空間９０から反負荷側空間９２にエアを誘導するために設けられる。本実施形態の第１エア通路１００は反負荷側空間９２に直接に連通している。この他にも、第１エア通路１００は、他の空間（例えば、ギャップ７２）を通して反負荷側空間９２に連通していてもよい。第１エア通路１００は、軸方向に延びる軸方向通路部１００ａと、軸方向通路部１００ａよりも反負荷側空間９２側に設けられ径方向に延びる径方向通路部１００ｂとを備える。軸方向通路部１００ａは、負荷側に向かって開いており、径方向通路部１００ｂは、径方向外側に向かって開いている。第１エア通路１００は、周方向に間隔を空けて複数設けられる。

回転軸１２及びロータ６２の少なくとも一方は第１エア通路１００を内側に形成する第１通路形成部１０２を備える。本実施形態の第１通路形成部１０２は溝部であり、回転軸１２に設けられる。詳しくは、第１通路形成部１０２は、回転軸１２のロータ配置部１２ｂ及びロータ対向部１２ｃに設けられる。第１通路形成部１０２は、ロータ配置部１２ｂにおいて軸方向通路部１００ａを形成し、ロータ対向部１２ｃにおいて径方向通路部１００ｂを形成する。ロータ６２には、第１通路形成部１０２（溝部）が形成されていないことになる。

モータハウジング６６の内周部とステータ６４の外周部との間には第２エア通路１０４が設けられる。第２エア通路１０４は、負荷側空間９０と反負荷側空間９２を連通しており軸方向Ｘに延びている。第２エア通路１０４は、負荷側空間９０と反負荷側空間９２との間でエアを流通させるために設けられる。第２エア通路１０４は、周方向に間隔を空けて複数設けられる。モータハウジング６６及びステータ６４の少なくとも一方は第２エア通路１０４を内側に形成する第２通路形成部１０６を備える。本実施形態の第２通路形成部１０６は溝部であり、モータハウジング６６の内周部に設けられる。モータハウジング６６の第２通路形成部１０６は、ステータ６４の負荷側端部よりも負荷側に延びており、かつ、ステータ６４の反負荷側端部よりも反負荷側に延びている。

回転軸１２は、モータ１４内の負荷側空間９０と回転軸１２の中空部１２ａとを連通する第１エア供給孔１０８を備える。第１エア供給孔１０８は、第１エア通路１００によりエアを誘導するとき、回転軸１２内の中空空間７６を通して外部空間のエアを負荷側空間９０に供給するために設けられる。第１エア供給孔１０８は、回転軸１２を径方向に貫通している。第１エア供給孔１０８は、回転軸１２の周方向に間隔を空けて複数設けられる。第１エア供給孔１０８は、複数の第１エア通路１００のそれぞれに対応して個別に設けられる。第１エア供給孔１０８は、径方向外側から見たときに、第１エア供給孔１０８に対応する第１エア通路１００の近傍において、第１エア通路１００の軸方向延長上に設けられる。

負荷側カバー１８は、回転軸１２内の中空空間７６（径方向外側空間８０）と負荷側外部空間７８を連通する第２エア供給孔１１０を備える。第２エア供給孔１１０は、第１エア通路１００によりエアを誘導するとき、負荷側外部空間７８のエアを回転軸１２内の中空空間７６に供給するために設けられる。第２エア供給孔１１０は、負荷側カバー１８を貫通している。第２エア供給孔１１０は、回転軸１２の周方向に間隔を空けて複数設けられる。中空空間７６は、負荷側外部空間７８に直接は連通せずに、第２エア供給孔１１０を通して連通する。

アクチュエータ１０は、ロータ６２よりも反負荷側に設けられる放出部１１２を備える。放出部１１２は、第１エア通路１００により反負荷側空間９２に誘導されたエアを外部空間に放出するために用いられる。本実施形態の放出部１１２は、モータハウジング６６の反負荷側開口部６６ｃによって構成される。この場合、放出部１１２は、反負荷側空間９２に誘導されたエアを反負荷側外部空間８２に放出する。

以上のアクチュエータ１０の動作を説明する。図５を参照する。本図では、エアの流れ方向に矢印を付して示す。回転軸１２が回転したとき、第１エア通路１００の径方向通路部１００ｂ内のエアに遠心力が作用する。この遠心力により、第１エア通路１００の径方向通路部１００ｂ内のエアが径方向外側に押し出され、反負荷側空間９２に供給される。これに伴い、第１エア通路１００の径方向通路部１００ｂ内が負圧となり、負荷側空間９０から第１エア通路１００内にエアが吸引される。この結果、第１エア通路１００は、回転軸１２の回転に伴って、第１エア通路１００を通して負荷側空間９０から反負荷側空間９２にエアを誘導可能となる。第１エア通路１００は、回転軸１２の回転方向によらず、このようにエアを誘導可能である。

第１エア通路１００内に負荷側空間９０からエアが吸引されると、負荷側空間９０が負圧となり、アクチュエータ１０の内部を経由して外部空間のエアが負荷側空間９０まで供給される。本実施形態では、負荷側外部空間７８→第２エア供給孔１１０→中空空間７６（径方向外側空間８０）→第１エア供給孔１０８を順に経由したエアが負荷側空間９０まで供給される。反負荷側空間９２に供給されたエアは、放出部１１２を通して外部空間（ここでは反負荷側外部空間８２）に放出される。この結果、外部空間（ここでは負荷側外部空間７８）→負荷側空間９０→第１エア通路１００→反負荷側空間９２→外部空間（ここでは反負荷側外部空間８２）の順でエアが流通する強制対流を発生させることができる。

このような強制対流を発生させる過程で、モータ１４内の負荷側空間９０に第１エア供給孔１０８を通して十分量のエアを供給できるように、複数の第１エア供給孔１０８の個数及び大きさが設定されていると好ましい。言い換えると、第１エア供給孔１０８の個数及び大きさは、回転軸１２が回転したときに、負荷側空間９０が予め定められた許容負圧以上となるように設定されていると好ましい。また、強制対流を発生させる過程で、第２エア供給孔１１０を通して回転軸１２内の中空空間７６に十分量のエアを供給できるように、複数の第２エア供給孔１１０の個数及び大きさが設定されていると好ましい。言い換えると、第２エア供給孔１１０の個数及び大きさは、回転軸１２が回転したときに、中空空間７６が予め定められた許容負圧以上となるように設定されていると好ましい。これにより、モータ１４内の負荷側空間９０、回転軸１２内の中空空間７６が過度に負圧になることによる伝達効率の低下を防止できる。なお、第１エア供給孔１０８、第２エア供給孔１１０の個数は特に限定されず、単数でもよい。

以上のアクチュエータ１０の効果を説明する。

第１エア通路１００は、回転軸１２の回転に伴って、第１エア通路１００を通して負荷側空間９０から反負荷側空間９２にエアを誘導可能である。これにより、負荷側空間９０→第１エア通路１００→反負荷側空間９２の順でエアが流通する強制対流を発生させることができる。これにより、モータ１４の内部部品（ロータ６２等）の熱を強制対流するエアに逃がすことで、モータ１４の内部部品を冷却することができる。特に、熱源となるロータ６２の熱を第１エア通路１００を流通するエアに直接に逃がすことで、ロータ６２を効果的に冷却することができる。

本実施形態では、アクチュエータ１０の外部にある外部空間から取り込んだエアを外部空間に放出する強制対流を発生させている。よって、外部空間から取り込んだ冷たいエアにモータ１４の熱を逃がすことができ、モータ１４の内部部品を効果的に冷却することができる。

また、モータ１４の内部部品を冷却できるため、許容温度を超えたときにモータ供給電流を抑制するディレーティング制御の頻度を低減でき、アクチュエータ１０から継続的に大トルクを出力できるようになる。また、モータ１４の内部部品を冷却できるため、モータ１４の内部部品の温度上昇を抑制しつつ、モータ供給電流の増大によりモータ１４の出力（回転速度）を高速にできる。これに伴い、減速機１６の減速比を大きくすることで、アクチュエータ１０の出力回転の回転速度を維持したまま、アクチュエータ１０から更に大きいトルクを出力できるようになる。また、モータ１４を冷却するにあたって、専用動力源、クーラント循環回路、ファン等の冷却のための専用品を不要にでき、アクチュエータ１０の大型化を回避できる。

回転軸１２は、第１エア通路１００を内側に形成する第１通路形成部１０２を備える。よって、第１エア通路１００を設けるにあたってロータ６２に第１通路形成部１０２を形成せずに済ませることができる。

アクチュエータ１０は、第１エア通路１００により反負荷側空間９２に誘導されたエアを外部空間に放出する放出部１１２を備える。よって、モータ１４の内部部品の冷却により加熱されたエアを反負荷側空間９２から外部空間に放出でき、新しいエアを負荷側空間９０に容易に取り込めるようになる。

回転軸１２は、モータ１４内の負荷側空間９０と回転軸１２の中空部１２ａとを連通する第１エア供給孔１０８を備える。よって、回転軸１２が回転したときに、回転軸１２の中空部１２ａ内を通して負荷側空間９０にエアを供給できるようになる。

負荷側カバー１８は、回転軸１２の中空部１２ａ内の中空空間７６と負荷側外部空間７８とを連通する第２エア供給孔１１０を備える。通常、負荷側外部空間７８は、モータ１４、ドライバ基板５２等の熱源の近傍にあるため高温環境下にある。これに対して、通常、反負荷側外部空間８２は、負荷側外部空間７８のような熱源が近傍にないことが多いため、負荷側外部空間７８よりも低温環境下にある。このような反負荷側外部空間８２と比べて冷たい負荷側外部空間７８のエアを第２エア供給孔１１０、第１エア供給孔１０８を通してモータ１４内の負荷側空間９０に供給できるようになる。ひいては、冷たいエアを用いてモータ１４の内部部品を効果的に冷却できるようになる。

モータハウジング６６とステータ６４との間には負荷側空間９０と反負荷側空間９２を連通する第２エア通路１０４が設けられる。よって、第１エア通路１００により負荷側空間９０から反負荷側空間９２にエアが誘導されたとき、第２エア通路１０４を通してエアを流通させることができる。ひいては、熱源となるステータ６４の熱を第２エア通路１０４を流通するエアに直接に逃がすことで、ステータ６４を効果的に冷却することができる。

次に、第１エア通路１００の他の特徴を説明する。図２を参照する。第１エア通路１００は、反負荷側に向かうに連れて外径を徐々に大きくするスロープ１２０を備える。スロープ１２０は、第１エア通路１００の第１通路形成部１０２における底部を構成する。第１エア通路１００にスロープ１２０を設けることで、第１エア通路１００によりエアを誘導するときに、第１エア通路１００内のエアを大きく加速できるようになる。また、第１エア通路１００にスロープ１２０を設けることで、エアの高い流速を維持したままスロープ１２０に沿ってエアを流通させることができるようになる。これは、後述のように、本願発明者の行った流体解析の結果として新たに得られた知見となる。これにより、反負荷側空間９２に高流速のエアを供給できるようになり、反負荷側空間９２から外部空間に放出されるエアの放出量を増やすことができる。これに伴い、アクチュエータ１０内に外部空間から取り込まれるエアの供給量を増やすことができ、モータ１４の内部部品を効果的に冷却できるようになる。

スロープ１２０は、ロータ６２の径方向内側に設けられる第１領域１２０ａを備える。このような第１領域１２０ａをスロープ１２０に設けることで、反負荷側に向かうに連れて徐々に第１エア通路１００（軸方向通路部１００ａ）の断面積を小さくすることができる。このため、第１エア通路１００の軸方向通路部１００ａを流通させる過程でエアを徐々に加速できるようになる。また、この場合、第１エア通路１００の軸方向通路部１００ａを流通させる過程でエアを整流でき、安定して高流速のエアを反負荷側空間９２に供給できるようになる。これは、後述のように、本願発明者の行った流体解析の結果として新たに得られた知見となる。

スロープ１２０は、ロータ６２よりも反負荷側に設けられる第２領域１２０ｂを備える。第２領域１２０ｂの外径の変化率は、第１領域１２０ａの外径の変化率よりも大きくなる。ここでの変化率とは、単位軸方向寸法あたりの外径の変化量（％）、つまり勾配である。本実施形態のスロープ１２０は、負荷側から反負荷側に向かって、第１定勾配部分１２０ｃ、勾配変化部分１２０ｄ、第２定勾配部分１２０ｅを備える。第１定勾配部分１２０ｃ、第２定勾配部分１２０ｅの勾配は一定となり、勾配変化部分１２０ｄの勾配は、反負荷側に向かって徐々に大きくなる。第１領域１２０ａと第２領域１２０ｂとの境界１２０ｆは勾配変化部分１２０ｄに設けられる。

このようにスロープ１２０の第２領域１２０ｂを設けた場合、第１エア通路１００の軸方向通路部１００ａを通過した直後、軸方向断面積が広がったとしても、その軸方向通路部１００ａを通過する直前よりもエアを加速できるようになる（図６（Ｂ）の領域Ｒ２）。特に、第２領域１２０ｂの外径の変化率を第１領域１２０ａの外径の変化率よりも大きくした場合に、軸方向通路部１００ａを通過した直後に大きくエアを加速できる傾向が見られる。これも、後述のように、本願発明者の行った流体解析の結果として新たに得られた知見となる。

スロープ１２０の第２領域１２０ｂは、第１エア通路１００の反負荷側端部１００ｃを超えて回転軸１２のフランジ部１２ｄの外周部まで連続している。スロープ１２０の第２領域１２０ｂの反負荷側端部１２０ｇの外径Ｒ１２０は、ロータ６２の外径Ｒ６２よりも大きくなる。この外径Ｒ１２０は、ステータ６４の内径Ｒ６４－１よりも大きく、ステータ６４の外径Ｒ６４－２よりも小さくなる。この外径Ｒ１２０は、回転軸１２のフランジ部１２ｄの外径Ｒ１２（回転軸１２の最大外径）と合致する大きさとなる。このように、スロープ１２０の外径Ｒ１２０をロータ６２の外径Ｒ６２よりも大きくすることで、エアの高い流速を維持したまま反負荷側空間９２において外部空間の近くまでエアを流通させ易くなる。ひいては、外部空間に放出されるエアの放出量を増やすことで、外部空間から取り込まれるエアの供給量を増やし易くなり、モータ１４の内部部品を更に効果的に冷却できるようになる。なお、スロープ１２０の外径Ｒ１２０は、ステータ６４の外径Ｒ６４－２以上であってもよい。

前述のように、第１エア通路１００にスロープ１２０があることで、高流速の勢いを持ったエアを反負荷側空間９２に供給したうえで放出部１１２から放出できるようになる。このとき、第１エア通路１００の最小断面積が小さくなるように設計することで、反負荷側空間９２からのエアの放出量に対して第１エア通路１００から反負荷側空間９２へのエアの供給量を小さくできる。これに伴い、負荷側空間９０に対して反負荷側空間９２の気圧を低くしつつ気圧差を大きくでき、第１エア通路１００以外の箇所を通して負荷側空間９０から反負荷側空間９２にエアを流通させることができるようになる。この効果は、第１エア通路１００の個数を多くするほど効果的に得ることができる。ここでの第１エア通路１００の最小断面積とは、第１エア通路１００内でのエアの流れ方向に直交する断面積が最小となる箇所での断面積をいい、ここでは軸方向通路部１００ａの反負荷側端部の断面積をいう。

ここでの「第１エア通路１００以外の箇所」は、本実施形態では、モータハウジング６６とステータ６４の間にある第２エア通路１０４をいう。回転軸１２が回転したとき、第２エア通路１０４を負荷側から反負荷側に向けてエアが流通するように第１エア通路１００の構造（個数、最小断面積等）が設計（構成）されているともいえる。これにより、ステータ６４の熱を第２エア通路１０４を流通するエアに直接に逃がすことで、ステータ６４を効果的に冷却できるようになる。このような条件を満たすうえで適した第１エア通路１００の構造（個数、最小断面積等）は、実験、解析等により求めればよい。

また、ここでの「第１エア通路１００以外の箇所」は、ロータ６２とステータ６４の間にあるギャップ７２をいう。回転軸１２が回転したとき、ギャップ７２を負荷側から反負荷側に向けてエアが流通するように第１エア通路１００の構造（個数、最小断面積等）が設計（構成）されているともいえる。これにより、ステータ６４及びロータ６２の熱をギャップ７２を流通するエアに直接に逃がすことで、これらを効果的に冷却できるようになる。このような条件を満たすうえで適した第１エア通路１００の構造（個数、最小断面積等）は、実験、解析等により求めればよい。

次に、スロープ１２０を設けた場合のエアの流れ方を確認するために行った流体解析の結果の一例を説明する。図６（Ａ）、（Ｂ）は、第１実施形態で説明したアクチュエータ１０と同様の形状を持つモデルを対象として行った流体解析の結果を示す。この流体解析は、回転軸１２を回転させた条件のもとで行った。図６（Ａ）では、エアの流れ方向に矢印を付して示す。また、図６（Ａ）では、エアが高流速で流通する箇所にハッチングを付して示す。ハッチングを付した箇所はハッチングを付さずに矢印を付した箇所と比べて数倍（例えば、３，４倍）以上の流速となる箇所である。また、図６（Ｂ）は、第１エア通路１００内でのエアの流れ方向を模式的に示す。

このように、第１エア通路１００にスロープ１２０を設けた場合、第１エア通路１００内においてエアを大きく加速できるようになる。このとき、第１エア通路１００内にエアが流入した直後の領域Ｒ１ではエアに乱れが生じていたものの、反負荷側に向かうに連れてエアの乱れが発生しなくなった。また、第１エア通路１００の軸方向通路部１００ａでは、スロープ１２０に第１領域１２０ａがあることで、徐々にエアの流速が高くなるよう加速されていた。また、第１エア通路１００の軸方向通路部１００ａを通過した直後にある径方向通路部１００ｂの領域Ｒ２では、スロープ１２０に第２領域１２０ｂがあることで、軸方向断面積が広がったとしても、その直前よりも加速された最大流速のエアが流通していた。また、第１エア通路１００の径方向通路部１００ｂの領域Ｒ２を通過した後、流速を徐々に低くしつつも、比較的に高い流速を維持したままスロープ１２０に沿ってエアが流通していた。また、この他にも、ギャップ７２、第２エア通路１０４を負荷側から反負荷側に向けてエアが流通していた。

（第２実施形態）図７を参照する。本図でも、エアの流れ方向に矢印を付して示す。本実施形態のアクチュエータ１０は、第１実施形態のアクチュエータ１０と比べて、パイプ部材４２において相違する。本実施形態のパイプ部材４２は、外側にある径方向外側空間８０と内側にある径方向内側空間８６とを連通する第３エア供給孔１３０を備える。第３エア供給孔１３０は、パイプ部材４２を径方向に貫通している。第３エア供給孔１３０は、回転軸１２の周方向に間隔を空けて複数設けられる。

第３エア供給孔１３０は、第１エア通路１００によりエアを誘導するとき、負荷側外部空間７８及び反負荷側外部空間８２のエアを回転軸１２の中空部１２ａ内にある径方向外側空間８０に供給するために用いられる。本実施形態では、第１エア通路１００によりエアを誘導するとき、負荷側外部空間７８及び反負荷側外部空間８２→径方向内側空間８６→第３エア供給孔１３０→径方向外側空間８０→第１エア供給孔１０８を順に経由したエアがモータ１４内の負荷側空間９０に供給される。なお、本実施形態の負荷側カバー１８は第２エア供給孔１１０を備えていない。

本実施形態によれば、反負荷側外部空間８２及び負荷側空間９０のエアを第３エア供給孔１３０、第１エア供給孔１０８を通してモータ１４内の負荷側空間９０に供給できるようになる。本実施形態のアクチュエータ１０は、この他の点において、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第３実施形態）図８を参照する。本実施形態のアクチュエータ１０は、第１実施形態と比べて、第２エア通路１０４において相違する。詳しくは、本実施形態の第２エア通路１０４を形成する第２通路形成部１０６は、モータハウジング６６に替えて、ステータ６４の外周部（ステータコア７０の外周部）に設けられる。この他にも、第２通路形成部１０６は、モータハウジング６６及びステータ６４の両方に設けられてもよい。本実施形態のアクチュエータ１０によっても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第４実施形態）図９、図１０を参照する。本実施形態のアクチュエータ１０は、第１実施形態と比べて、負荷側空間９０に配置される複数の羽根１４０を備える点で相違する。複数の羽根１４０は、回転軸１２の外周部に対して径方向外側に突き出ており、回転軸１２と一体化されている。本実施形態の複数の羽根１４０は、締まり嵌め等により回転軸１２の外周部に固定されるハブ１４２に固定されている。アクチュエータ１０は、羽根１４０とハブ１４２を有するファン１４４を備えているともいえる。ハブ１４２は、第１エア供給孔１０８と重なる位置に径方向に貫通する貫通孔１４２ａを備える。貫通孔１４２ａは、第１エア供給孔１０８を通して負荷側空間９０と中空空間７６を連通している。この他にも、複数の羽根１４０は、回転軸１２の一部として一体成形されていてもよい。

複数の羽根１４０は、回転軸１２とともに回転することで、回転軸１２内にある中空空間７６のエアを第１エア供給孔１０８を通して負荷側空間９０に誘導可能である。これにより、外部空間から回転軸１２の中空空間７６を通して負荷側空間９０に取り込まれるエアの供給量を増やすことができる。ひいては、モータ１４の内部部品を更に効果的に冷却できるようになる。本実施形態のアクチュエータ１０は、この他の点において、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

次に、ここまで説明した各構成要素の変形形態を説明する。

アクチュエータ１０において減速機１６は必須ではなく、モータ１４を備えていればよい。減速機１６の減速機構２６の具体例は特に限定されない。減速機構２６は、例えば、単純遊星歯車機構、偏心揺動型歯車機構、直交軸歯車機構、平行軸歯車機構等の何れかでもよい。減速機構２６が偏心揺動型歯車機構の場合、その種類の具体例は特に限定されない。この種類は、内歯歯車の軸心上にクランク軸が配置されるセンタークランクタイプの他にも、内歯歯車の軸心からオフセットした位置に複数のクランク軸が配置される振り分けタイプでもよい。減速機構２６が撓み噛合い型歯車機構の場合、その種類の具体例は特に限定されない。この種類は、本実施形態のように二つの内歯歯車３２Ａ、３２Ｂを備える筒型の他に、例えば、一つの内歯歯車を備えるカップ型、シルクハット型でもよい。

第１エア通路１００は、回転軸１２に伴って、第１エア通路１００を通して負荷側空間９０から反負荷側空間９２にエアを誘導可能であればよく、そのための具体的形状は特に限定されない。例えば、第１エア通路１００は螺旋状に延びる軸方向通路部１００ａのみを備えていてもよい。この場合、反負荷側に向かって第１エア通路１００のなす螺旋の巻き方向と逆向きに回転させることで、負荷側空間９０から反負荷側空間９２にエアを誘導可能となる。

モータ内部空間８８は外部空間に連通していなくともよい。この場合、第１エア通路１００によってエアを誘導したときに、負荷側空間９０→第１エア通路１００→反負荷側空間９２→負荷側空間９０の順でエアが循環するようにしてもよい。この場合でも、エアの強制対流と熱伝導とによって、モータ１４の内部部品の冷却効果を期待できる。ここでの熱伝導とは、モータ内部空間８８と外部空間との間でのモータハウジング６６を通した熱伝導をいう。

第１通路形成部１０２は、回転軸１２に替えて、ロータ６２に設けられてもよい。この他にも、第１通路形成部１０２は、回転軸１２とロータ６２の両方に設けられてもよい。

第１エア通路１００においてスロープ１２０は必須ではない。スロープ１２０は第２領域１２０ｂ及び第１領域１２０ａの少なくとも一方を備えていてもよい。第２領域１２０ｂ及び第１領域１２０ａの外径の変化率は特に限定されない。両者の変化率は同じでもよいし、第２領域１２０ｂの変化率が第１領域１２０ａの変化率より小さくともよい。

放出部１１２の具体例は特に限定されない。これは、例えば、モータハウジング６６の反負荷側開口部６６ｃの他にも、モータハウジング６６に形成された貫通孔、モータハウジング６６に取り付けられた排気パイプ等でもよい。

モータ１４内の負荷側空間９０に第１エア供給孔１０８を通してエアを供給するうえで、その具体的な経路は特に限定されない。この経路として、第１実施形態では以下の（１）、第２実施形態では以下の（２）を説明した。この他にも、この経路は、例えば、次の（３）、（４）によって実現されてもよい。また、（１）～（３）のうちの二つ以上を組み合わせてもよい。
（１）負荷側外部空間７８→第２エア供給孔１１０→中空空間７６（径方向外側空間８０）→第１エア供給孔１０８
（２）負荷側外部空間７８及び反負荷側外部空間８２の少なくとも一方→径方向内側空間８６→第３エア供給孔１３０→中空空間７６（径方向外側空間８０）→第１エア供給孔１０８
（３）（回転軸１２とパイプ部材４２の間に第３シール部材９４Ｃが配置されない場合）反負荷側外部空間８２→中空空間７６（径方向外側空間８０）→第１エア供給孔１０８
（４）（回転軸１２の中空部１２ａ内にパイプ部材４２が配置されない場合）負荷側外部空間７８及び反負荷側外部空間８２の少なくとも一方→中空空間７６→第１エア供給孔１０８

アクチュエータ１０において第２エア通路１０４は必須ではない。第２エア通路１０４を通してエアを流通させるうえでは、第１エア通路１００によりエアを誘導したときに、反負荷側空間９２から負荷側空間９０にエアが流通してもよい。第２エア通路１０４、ギャップ７２においてエアが流通するように第１エア通路１００が設計されることは必須ではない。

以上の実施形態及び変形形態は例示である。これらを抽象化した技術的思想は、実施形態及び変形形態の内容に限定的に解釈されるべきではない。実施形態及び変形形態の内容は、構成要素の変更、追加、削除等の多くの設計変更が可能である。前述の実施形態では、このような設計変更が可能な内容に関して、「実施形態」との表記を付して強調している。しかしながら、そのような表記のない内容でも設計変更が許容される。図面の断面に付したハッチングは、ハッチングを付した対象の材質を限定するものではない。実施形態及び変形形態において言及している構造には、寸法誤差、組立誤差等を考慮すると同一とみなすことができるものも当然に含まれる。

以上の構成要素の任意の組み合わせも有効である。例えば、実施形態に対して他の実施形態の任意の説明事項を組み合わせてもよいし、変形形態に対して実施形態及び他の変形形態の任意の説明事項を組み合わせてもよい。また、実施形態において単数部材により構成された構成要素は複数部材で構成されてもよい。同様に、実施形態において複数部材により構成された構成要素は単数部材で構成されてもよい。

１０…アクチュエータ、１２…回転軸、１２ａ…中空部、１４…モータ、１６…減速機、１８…負荷側カバー、４２…パイプ部材、６２…ロータ、６４…ステータ、６６…モータハウジング、７２…ギャップ、７６…中空空間、７８…負荷側外部空間、８０…径方向外側空間、８６…径方向内側空間、９０…負荷側空間、９２…反負荷側空間、１００…第１エア通路、１０４…第２エア通路、１０８…第１エア供給孔、１１０…第２エア供給孔、１１２…放出部、１２０…スロープ、１２０ａ…第１領域、１２０ｂ…第２領域、１３０…第３エア供給孔。

Claims (14)

1. 回転軸と、前記回転軸を回転させるモータとを備えるアクチュエータであって、
   前記モータは、前記回転軸に配置されるロータと、前記回転軸と前記ロータとの間に設けられ前記ロータに対して負荷側にある負荷側空間と反負荷側にある反負荷側空間とを連通する第１エア通路と、を備え、
   前記第１エア通路は、前記回転軸の回転に伴って、前記第１エア通路を通して前記負荷側空間から前記反負荷側空間にエアを誘導可能であるアクチュエータ。
2. 前記回転軸は、前記第１エア通路を内側に形成する通路形成部を備える請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記第１エア通路は、反負荷側に向かうに連れて外径を徐々に大きくするスロープを備える請求項１または２に記載のアクチュエータ。
4. 前記スロープは、前記ロータの径方向内側に設けられる第１領域を備える請求項３に記載のアクチュエータ。
5. 前記スロープは、前記ロータよりも反負荷側に設けられる第２領域を備える請求項３に記載のアクチュエータ。
6. 前記第２領域の反負荷側端部の外径は前記ロータの外径よりも大きい請求項５に記載のアクチュエータ。
7. 前記スロープは、前記ロータよりも反負荷側に設けられる第２領域を備え、
   前記第２領域の外径の変化率は、前記第１領域の外径の変化率よりも大きい請求項４に記載のアクチュエータ。
8. 前記ロータよりも反負荷側に設けられ前記第１エア通路により前記反負荷側空間に誘導されたエアを外部空間に放出する放出部を備える請求項１または２に記載のアクチュエータ。
9. 前記回転軸は、中空部と、前記負荷側空間と前記中空部とを連通する第１エア供給孔とを備える請求項１または２に記載のアクチュエータ。
10. モータの負荷側に連結される減速機と、
    前記減速機を負荷側から覆う負荷側カバーと、を備え、
    前記負荷側カバーは、前記中空部内にある中空空間と負荷側外部空間とを連通する第２エア供給孔を備える請求項９に記載のアクチュエータ。
11. 前記中空部内に配置されるパイプ部材を備え、
    前記パイプ部材は、前記中空部と前記パイプ部材の間にある径方向外側空間と前記パイプ部材の内側にある径方向内側空間とを連通する第３エア供給孔を備える請求項９に記載のアクチュエータ。
12. 前記モータは、モータハウジングと、前記モータハウジングの内周部に固定されるステータと、を備え、
    前記モータハウジングと前記ステータとの間には、前記負荷側空間と前記反負荷側空間とを連通する第２エア通路が設けられる請求項１または２に記載のアクチュエータ。
13. 前記回転軸が回転したときに、前記第２エア通路を負荷側から反負荷側に向けてエアが流通するように前記第１エア通路が設計されている請求項１２に記載のアクチュエータ。
14. 前記回転軸が回転したときに、前記ロータと前記ステータの間のギャップを負荷側から反負荷側に向けてエアが流通するように前記第１エア通路が設計されている請求項１２に記載のアクチュエータ。

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