旋轉電機、機器人、旋轉電機的製造方法、中空軸的製作方法

2023-06-16 17:56:36 2

專利名稱：旋轉電機、機器人、旋轉電機的製造方法、中空軸的製作方法
技術領域：
本發明涉及具有中空旋轉軸的旋轉電機、具備該旋轉電機的機器人、旋轉電機的製造方法以及中空軸。
背景技術：
在以往的旋轉電機中，已知將旋轉軸做成中空結構的技術，以便可使配線等在其內部穿過(例如參照專利文獻1)。專利文獻1 日本實公平7-42215號公報(第3圖)

發明內容
一般情況下，在旋轉電機的組裝工序中要進行將轉子等壓入於旋轉軸的作業。通常，在壓入作業時，通過支撐旋轉軸的軸端來承受推壓力，但是此時，由於壓入部位與支撐部位的距離較大，所以在旋轉軸上有可能產生壓曲等變形或偏斜。尤其在中空旋轉軸的情況下，與實芯的旋轉軸相比，由於剛性較弱，所以擔心旋轉軸會變形。本發明的目的在於，提供在將轉子壓入於中空旋轉軸的外周部時可防止旋轉軸變形或偏斜的旋轉電機、機器人、旋轉電機的製造方法以及中空軸。為了達到上述目的，本發明是一種以場磁鐵和電樞的任一方為轉子、以另一方為定子的旋轉電機，具備中空結構的旋轉軸，在其外周部上壓入有包括所述轉子的壓入部件， 所述旋轉軸在內周部具有可卡合夾具的卡合部。本發明的旋轉電機具備中空結構的旋轉軸，在其外周部上壓入有包括轉子的壓入部件。該旋轉軸在內周部具有可卡合夾具的卡合部。由此，在旋轉電機的組裝工序中，在將轉子、軸承等壓入部件壓入於旋轉軸的外周部時，可利用插入旋轉軸內周部的夾具來支撐旋轉軸。此時，由於是利用插入旋轉軸內部的夾具來支撐旋轉軸，所以，與壓入時利用軸端來支撐旋轉軸的情況相比，可以使壓入部位與支撐部位的距離較小。因此，能夠防止在旋轉軸上產生壓曲等變形或偏斜。而且，由於在壓入時可以施加較大的載荷，所以能夠將轉子、 軸承等壓入部件切實安裝在旋轉軸上。優選所述卡合部為在所述內周部的整個周向上連續或非連續形成的凹部。卡合部作為凹部形成於旋轉軸的內周部。由此，可使夾具切實卡合。而且，凹部是在內周部的整個周向上連續或非連續形成的。由此，可以使夾具卡合在凹部的整個周向上或者周向上的多處。其結果，在可以增大旋轉軸的支撐面積的同時，還能夠在周向上不偏重地穩定地支撐旋轉軸。另外，優選所述凹部形成在所述內周部的與所述壓入部件對應的軸向位置附近。通過將凹部形成在內周部的與壓入部件對應的軸向位置附近，能夠儘量使壓入部位與支撐部位的距離縮小。由此，可更加切實地防止在旋轉軸上產生變形或偏斜。
另外，優選所述壓入部件從軸向一側壓入於所述旋轉軸，所述凹部在與所述軸向一側對應的一側具有與所述旋轉軸的軸心大致垂直的卡合端面。由於凹部在與軸向一側對應的一側具有與旋轉軸的軸心大致垂直的卡合端面，因此，卡合於凹部的夾具與卡合端面抵接，因壓入而作用在旋轉軸上的力可利用與該力的方向大致垂直的面來承受。因此，能夠穩定地支撐旋轉軸。另外，優選所述凹部被形成為其深度從所述軸向一側朝向軸向另一側逐漸變淺。在本發明的旋轉電機中，在壓入作業時，夾具從軸向另一側插入旋轉軸的內周部。 而且，例如在夾具的爪部擴展直徑而卡合於凹部，且旋轉軸受到支撐的狀態下，轉子等壓入部件從軸向一側壓入。當壓入作業結束後，夾具的爪部則收縮直徑，解除與凹部的卡合，夾具被朝向軸向另一側從旋轉軸內拔出。此時，凹部被形成為其深度從軸向一側朝向另一側逐漸變淺。由此，例如，在夾具的爪部為可在徑向上彈性變形的結構時，在使爪部彈性收縮直徑的狀態下，當夾具插入旋轉軸的內周部並擠入至凹部時，爪部能夠根據凹部的形狀逐漸擴展直徑，自動卡合於凹部。 而且，在壓入作業結束且夾具被朝向軸向另一側拔出時，由於爪部根據凹部的形狀逐漸收縮直徑，所以爪部與凹部的卡合自動解除，可容易地原樣將夾具拔出。如此，由於不再需要壓入作業中夾具爪部的收縮直徑及擴展直徑的各步驟，所以可提高作業效率，大幅度縮短作業所需時間。另外，優選一體具有減速機部，所述旋轉軸兼作所述減速機部的輸入軸。根據本發明，即使是為了使旋轉電機與減速機為一體化構成而在形狀、組裝上受限的減速機一體型的旋轉電機，在將轉子、軸承等壓入部件壓入於旋轉軸時，也能夠防止在旋轉軸上產生壓曲等變形或偏斜。另外，優選所述轉子具有具備使所述旋轉軸產生轉矩的磁鐵的轉子軛鐵，所述轉子軛鐵壓入於所述旋轉軸的外周部。根據本發明，在將轉子軛鐵壓入於旋轉軸時，可以防止在旋轉軸上產生壓曲等變形或偏斜。而且，由於在壓入時可以施加較大的載荷，所以能夠將轉子軛鐵切實安裝在旋轉軸上。另外，優選還具備將所述轉子支撐為可以旋轉的軸承，所述軸承壓入於所述旋轉軸的外周部。根據本發明，在將軸承壓入於旋轉軸時，可以防止在旋轉軸上產生壓曲等變形或偏斜。而且，由於在壓入時可以施加較大的載荷，所以能夠將軸承切實安裝在旋轉軸上。另外，優選所述轉子軛鐵具備薄壁部，大致呈圓盤形；及厚壁部，具有比所述薄壁部長的軸向尺寸，在該薄壁部的徑向內側被設置為比該薄壁部至少向軸向一側突出，並固定於所述旋轉軸的外周，所述軸承設置在所述轉子軛鐵的所述厚壁部中在所述軸向上突出的突出部分的徑向外側，將所述厚壁部支撐為可以旋轉。本發明的旋轉電機具有具備旋轉軸和轉子軛鐵的轉子。轉子軛鐵固定在旋轉軸上，配置在轉子軛鐵上的磁鐵通過來自定子側的磁通而產生轉矩，轉子由此進行旋轉。此時，轉子軛鐵具有軸向尺寸較短的大致呈圓盤形的薄壁部，和軸向尺寸較長的厚壁部。厚壁部設置為比薄壁部向軸向的至少一側突出。換言之，薄壁部呈在軸向上比厚壁部凹陷的形狀，軸向尺寸較短，被薄壁化。在本發明中，在厚壁部的突出部分的徑向外側，即，在上述薄壁部所薄壁化的部分設置軸承，通過該軸承，將轉子軛鐵的厚壁部支撐為可以旋轉。如此，通過將軸承設置在利用軸向尺寸較短的薄壁部的凹陷形狀所空開的空間，從而不需要為了配置軸承而另行確保軸向空間。其結果，與如下結構相比，即，像在軸向上並排配置軸承和轉子軛鐵並利用軸承來支撐旋轉軸的情況那樣，需要用於配置軸承的軸向空間的結構，可以減小旋轉電機整體的軸向尺寸，實現旋轉電機小型化。另一方面，轉子軛鐵與旋轉軸的安裝剛性跟轉子軛鐵與旋轉軸的接觸面積的大小相對應，接觸面積減小則降低。在本發明中，如上所述，為了配置軸承，縮短了轉子軛鐵的薄壁部的軸向尺寸，而另一方面，使轉子軛鐵的厚壁部比薄壁部突出，增長了軸向尺寸。由此， 即使在力圖實現上述小型化的情況下，也能夠在不減小厚壁部與旋轉軸的接觸部位的軸向尺寸的情況下，確保相同的程度。在此，在直徑相同的條件下，轉子軛鐵與旋轉軸的接觸面積為，軸向尺寸越長則越大，軸向尺寸越短則越小。因此，如上所述，通過確保厚壁部與旋轉軸的接觸部位的軸向尺寸，能夠防止轉子軛鐵與旋轉軸的接觸面積減小，可防止轉子軛鐵與旋轉軸的安裝剛性降低。如此，根據本發明的旋轉電機，能夠不降低轉子軛鐵與旋轉軸的安裝剛性，實現整體小型化。另外，優選所述轉子軛鐵在所述薄壁部的徑向最外周的邊緣部具備所述磁鐵。在利用設置於轉子軛鐵最外周的磁鐵來產生轉矩的結構中，磁鐵周圍產生的磁通幾乎不會到達徑向中心部。因此，即便使離最外周的磁鐵的徑向距離較大的轉子軛鐵的厚壁部的形狀為在軸向上突出的形狀，或者設置軸承，也幾乎不會造成磁性影響。其結果，通過像本發明這樣，應用在將磁鐵設置在薄壁部的徑向最外周的邊緣部的結構中，能夠不對磁性能產生影響，實現整體小型化。另外，優選所述轉子軛鐵的所述厚壁部在徑向最內周部具備軛鐵側鍵槽，其收納用於與所述旋轉軸傳遞轉矩的鍵，所述旋轉軸在外周部上的位於所述轉子軛鐵的所述厚壁部的所述突出部分的徑向內側的部位，具備收納所述鍵的旋轉軸側鍵槽。旋轉軸側鍵槽位於厚壁部的突出部分即設置有軸承的部分的徑向內側。由此，因為是由軸承來支撐通過鍵而在旋轉軸與轉子軛鐵之間傳遞轉矩的部位，所以，可實現穩定的轉矩傳遞。為了達到上述目的，本發明還是一種機器人，具備機器人臂，機器人臂具有多個連杆；多個關節，其將所述多個連杆中相鄰的連杆彼此連結為可以彎曲；及驅動器，其產生對於驅動對象的所述連杆的驅動力，所述驅動器為上述第1至第11個發明中任意一項所述的旋轉電機。本發明的機器人具有多關節結構的機器人臂，多個連杆被多個關節連結為可以彎曲。通過將驅動器產生的驅動力傳遞給驅動對象的連杆，機器人臂可以做出各種姿勢。配置在機器人臂上的驅動器具有具備旋轉軸和轉子軛鐵的轉子。轉子軛鐵固定於旋轉軸，配置在轉子軛鐵上的磁鐵通過來自定子側的磁通而產生轉矩，轉子由此進行旋轉。此時，轉子軛鐵具有軸向尺寸較短的大致呈圓盤形的薄壁部，和軸向尺寸較長的厚壁部。厚壁部設置為比薄壁部向軸向的至少一側突出。換言之，薄壁部呈在軸向上比厚壁部凹陷的形狀，軸向尺寸較短，被薄壁化。在本發明中，在厚壁部的突出部分的徑向外側， 即，在上述薄壁部所薄壁化的部分設置軸承，通過該軸承，將轉子軛鐵的厚壁部支撐為可以旋轉。如此，通過將軸承設置在利用軸向尺寸較短的薄壁部的凹陷形狀所空開的空間，從而不需要為了配置軸承而另行確保軸向空間。其結果，與如下結構相比，即，像在軸向上並排配置軸承和轉子軛鐵並利用軸承來支撐旋轉軸的情況那樣，需要用於配置軸承的軸向空間的結構，可以減小驅動器整體的軸向尺寸，實現驅動器小型化。另一方面，轉子軛鐵與旋轉軸的安裝剛性跟轉子軛鐵與旋轉軸的接觸面積的大小相對應，接觸面積減小則降低。在本發明中，如上所述，為了配置軸承，縮短了轉子軛鐵的薄壁部的軸向尺寸，而另一方面，使轉子軛鐵的厚壁部比薄壁部突出，增長了軸向尺寸。由此， 即使在力圖實現上述小型化的情況下，也能夠在不減小厚壁部與旋轉軸的接觸部位的軸向尺寸的情況下，確保相同的程度。在此，在直徑相同的條件下，轉子軛鐵與旋轉軸的接觸面積為，軸向尺寸越長則越大，軸向尺寸越短則越小。因此，如上所述，通過確保厚壁部與旋轉軸的接觸部位的軸向尺寸，能夠防止轉子軛鐵與旋轉軸的接觸面積減小，可防止轉子軛鐵與旋轉軸的安裝剛性降低。如此，根據本發明，能夠不降低轉子軛鐵與旋轉軸的安裝剛性，實現驅動器小型化。通過將該驅動器設置在機器人臂上，能夠使機器人臂小型化。為了達到上述目的，本發明還是一種以場磁鐵和電樞的任一方為轉子、以另一方為定子的旋轉電機的製造方法，具有卡合步驟，使插入中空結構的旋轉軸內部的夾具卡合在所述旋轉軸的內周部；及壓入步驟，在所述夾具卡合在所述內周部的狀態下，將包括所述轉子的壓入部件壓入於所述旋轉軸的外周部。根據本發明的旋轉電機的製造方法，在將轉子、軸承等壓入部件壓入於旋轉軸的外周部時，可利用插入旋轉軸內部且卡合在其內周部的夾具來支撐旋轉軸。此時，由於是利用插入旋轉軸內部的夾具來支撐旋轉軸，所以，與壓入時利用軸端來支撐旋轉軸的情況相比，可以使壓入部位與支撐部位的距離較小。因此，能夠防止在旋轉軸上產生壓曲等變形或偏斜。而且，由於在壓入時可以施加較大的載荷，所以，可以將轉子、 軸承等壓入部件切實安裝在旋轉軸上。為了達到上述目的，本發明還是一種在外周部上壓入有壓入部件的中空軸，所述中空軸在內周部具有可卡合夾具的卡合部。根據本發明的中空軸，在將壓入部件壓入於外周部時，可以利用插入中空軸內部且卡合在其內周部的夾具來支撐中空軸。此時，由於是利用插入中空軸內部的夾具來支撐中空軸，所以，與壓入時利用軸端來支撐中空軸的情況相比，可以使壓入部位與支撐部位的距離較小。因此，能夠防止在中空軸上產生壓曲等變形或偏斜。而且，由於在壓入時可以施加較大的載荷，所以，可以將壓入部件切實安裝在中空軸上。根據本發明，在將轉子壓入於中空旋轉軸的外周部時，可以防止旋轉軸變形或偏斜。


圖1是表示本發明的第1實施方式涉及的旋轉電機的整體結構的縱向剖視圖。圖2是用於說明夾具卡合於形成在軸的內周部的凹部時的動作的剖視圖。圖3是表示第1對比例的旋轉電機的整體結構的縱向剖視圖。圖4是表示一例凹部為其他形狀的旋轉電機的整體結構的縱向剖視圖。
圖5是用於說明在凹部為其他形狀的情況下夾具卡合於凹部時的動作的剖視圖。圖6是表示本發明的第2實施方式涉及的旋轉電機的整體結構的縱向剖視圖。圖7是表示第2對比例的旋轉電機的整體結構的縱向剖視圖。圖8是表示磁鐵周圍產生的磁通的狀態的概念圖。圖9是表示將本發明的旋轉電機應用在機器人臂上的變形例的透視圖。符號說明1-旋轉電機；IA-旋轉電機；IB-旋轉電機；3-減速機部；10-定子(電樞)；20-轉子(場磁鐵、壓入部件)；21-轉子軛鐵；22-磁鐵；23-轉子軛鐵；23A-薄壁部；23B-厚壁部；2;3Ba-突出部分；24-軛鐵側鍵槽；30-軸(旋轉軸)；30A-軸(旋轉軸)；32-軸側鍵槽 (旋轉軸側鍵槽)；33-凹部(卡合部)；33A-凹部(卡合部)；33a-卡合端面；34-內周部； 50-軸承(壓入部件)；60-鍵；83-旋轉部(壓入部件)；90-夾具；90A-夾具；100-機器人臂；AX-軸心。
具體實施例方式下面，參照附圖，對本發明的實施方式進行說明。首先，對本發明的第1實施方式進行說明。圖1是表示本發明的第1實施方式涉及的旋轉電機1的整體結構的縱向剖視圖。 如圖1所示，在此例中，本實施方式的旋轉電機是作為一般工業用機械的動力源所使用的所謂AC伺服馬達，其具有馬達部2、減速機部3和編碼器部4。(A)馬達部的構成馬達部2具有定子10和轉子20。定子10具有固定於機架11內側的定子鐵心12 ；設置於定子鐵心12的線圈骨架 13 ；及由卷繞在線圈骨架13上的電氣繞線構成的線圈14。在本實施方式中，該定子10構成技術方案中記載的電樞。轉子20具有轉子軛鐵21，從軸向一側(圖1中左側)壓入於軸30的外周部；及永久磁鐵22，設置在該轉子軛鐵21的徑向最外周的邊緣部，用於使軸30產生轉矩。該永久磁鐵22配置為隔著間隙與上述線圈14相對。在本實施方式中，該轉子構成技術方案中記載的場磁鐵。軸30為中空結構，軸蓋31穿過其內部。利用該軸蓋31，可以保護通過軸30的中空部分的引線等，防止其受損。利用從軸向一側(圖1中左側)壓入於軸30的外周部且設置於機架11的軸承座部Ila的軸承50，軸30的軸向一側(圖1中左側)的外周側被支撐為可以旋轉。另外，軸30構成各技術方案中記載的旋轉軸。另外，在本例中，轉子軛鐵21在徑向最內周部的軸向整個尺寸上，具有軛鐵側鍵槽對。與之相對應，軸30在外周部上的位於上述軛鐵側鍵槽M的部位，具有軸側鍵槽32。 在這些軸側鍵槽32與軛鐵側鍵槽M之間，收納有用於在軸30與轉子軛鐵21之間傳遞轉矩的鍵60。其結果，轉子軛鐵21、鍵60的軸向(圖1中的左右方向)位置大致相同，在圖 1中的上下方向上，這些大致排列配置在一條直線上。在軸30上的轉子軛鐵21的軸向另一側(圖1中右側)的外周部，設置有油封40。 該油封40是為了防止後述的減速機部3的柔性軸承74的潤滑脂浸入馬達部2。油封40被固定於負荷側託架75上的油封座41所支撐。在上述構成的馬達部2中，由於通電的線圈14產生磁通，從而永久磁鐵22產生轉矩，轉子軛鐵21和軸30因該轉矩而進行旋轉。(B)減速機部的構成旋轉電機1 一體具有減速機部3。減速機部3為公知的諧波減速機，其具有波發生器71、剛性齒輪72和柔性齒輪73。波發生器71與軸30形成為一體，即，軸30構成兼作減速機部3的輸入軸。該波發生器71例如是在橢圓形凸輪盤(未圖示)的外周上安裝有柔性軸承74的構件。柔性齒輪73例如是在外周上刻有齒槽的薄壁圓筒形的金屬彈性體(未圖示)，在其內部嵌入上述波發生器71，彎曲為橢圓形。剛性齒輪72例如是具有刻有齒槽的圓形內周的厚壁圓環狀的剛體(未圖示)，其固定於負荷側託架75的內周部，負荷側託架75固定在機架11的減速機部3側。而且，剛性齒輪72內周的齒槽與柔性齒輪73外周的齒槽嚙合。在上述構成的減速機部3中，柔性齒輪73彎曲為橢圓形，因此，其齒槽在相當於橢圓的長軸處與剛性齒輪72的齒槽嚙合，在相當於橢圓的短軸處，兩者脫開。因此，當波發生器71隨著軸30 —起旋轉時，則通過波發生器71被從內周側驅動的柔性齒輪73的齒槽與位於其外周側的剛性齒輪72的齒槽在依次嚙合的同時，柔性齒輪73根據與剛性齒輪72的齒數之差而相對於剛性齒輪72旋轉。在柔性齒輪73上固定有輸出軸76，其結果，軸30的旋轉則按照根據柔性齒輪73和剛性齒輪72的齒數差的減速比進行減速，並從輸出軸76輸出ο而且，由固定於柔性齒輪73的輸出軸76和上述負荷側託架75構成了公知的交叉滾子軸承。即，輸出軸76作為交叉滾子軸承的內圈發揮作用，負荷側託架75作為交叉滾子軸承的外圈發揮作用。而且，在這些輸出軸76與負荷側託架75之間，夾置有交叉滾子軸承的滾子部件77。而且，在柔性齒輪73的與輸出軸76相反的一側，固定有軸承座78，通過設置於該軸承座78的軸承79，軸30的減速機部3側(圖1中右側)的端部被支撐為可以旋轉。(C)編碼器部的構成編碼器部4具有磁性檢測元件81，安裝於機架11的編碼器部4側(圖1中的左側)；後軛82，設置在該磁性檢測元件81的徑向外周側；及旋轉部83，從軸向一側(圖1中左側)通過壓入而安裝在軸30的編碼器部4側的端部，例如具備永久磁鐵(未圖示)。在旋轉部83的永久磁鐵上，形成有1對或多對磁路(未圖示)。通過用由MR元件、霍爾元件構成的磁性檢測元件81來檢測該永久磁鐵的磁場，從而檢測出軸30的旋轉位置。後軛82例如由磁性材料構成，具有將旋轉部83的永久磁鐵的磁通集中在徑向上的作用。磁性檢測元件81位於旋轉部83的徑向外周，呈夾在後軛82與旋轉部83的永久磁鐵之間的構成，能夠使磁通有效地通過磁性檢測元件81。而且，為了避免與旋轉部83接觸，機架11在上述磁性檢測元件81的附近部位呈現向轉子軛鐵21側彎曲的形狀(彎曲部 lib)。上述軸承50設置在比機架11的該彎曲部lib更靠向徑向內側的位置。另外，在上述內容中，作為編碼器部4，使用磁編碼器進行了說明，但是，只要是能夠檢測出軸30的旋轉位置的構件，採用光學編碼器等其他手法也可以。
(D)軸的構成在軸30的內周部34上形成有可卡合夾具90的凹部33。凹部33形成在內周部 34的與壓入部件對應的軸向位置附近。而且在本實施方式中，如上所述，雖然壓入於軸30 的壓入部件為轉子20、軸承50及旋轉部83等，但是，由於設置有這些壓入部件的軸30的部位比其他部分薄，難以確保充分的卡合面積，因此，通過在比該部分厚的與油封40相同的軸向位置上形成，從而呈使凹部33儘量靠近壓入部件側的構成。其結果，凹部33位於軸 30的大致軸向中心部。並且此時，構成凹部33不設置在軸30的減速機構成部分(波發生器71部分)。由此，可以避免減速機構成部分的軸30變形，防止減速機部3性能下降。凹部33在軸30的內周部34的整個周向上連續形成。凹部33的斷面形狀呈大致矩形，在與軸向一側(圖1中左側)對應的一側，具有與軸30的軸心AX大致垂直的卡合端面33a。並且，凹部33相當於技術方案中記載的卡合部。而且，當與軸30的壓入部件對應的軸向位置的部位具有可充分確保夾具90的卡合面積的厚度時，凹部33也可以設置在比圖1所示的位置更靠近軸向一側(圖1中左側) 的位置。另外，凹部33不一定需要連續形成，例如，也可以是在周向上等間隔配置的非連續的凹部。(E)旋轉電機的組裝步驟針對上述構成的一例旋轉電機1的組裝步驟進行說明。首先，將軸承79壓入於軸30的軸向另一側(圖1中右側)端部。另一方面，通過將螺栓(未圖示)連結於螺栓孔 78a，從而將軸承座78相對於減速機部3的輸出軸76進行固定。其次，將軸30和軸承79 構成的軸體的軸向另一側插入減速機部3。此時，軸體的軸承79安裝在軸承座78所具有的配合處。而且，通過調整軸30與減速機部3的位置，軸30則與減速機部3安裝為一體。然後，從與減速機部3成為一體的軸30的軸向一側，將內周側安裝有油封40的油封座41插入並進行固定。在此狀態下，夾具90從軸向另一側插入軸30內部，並卡合在內周部34。而且，從軸30的軸向一側，依次壓入並固定轉子20 (轉子軛鐵21)、軸承50及旋轉部83等壓入部件。當壓入作業結束後，則解除夾具90的卡合，夾具90被朝向軸向另一側從軸30內拔出。在上述組裝步驟中，將插入軸30內部的夾具90卡合在內周部34的步驟相當於技術方案中記載的卡合步驟，在夾具90卡合在內周部34的狀態下，將轉子20、軸承50及旋轉部83等壓入部件壓入於軸30外周部的步驟相當於壓入步驟。(F)夾具的卡合動作圖2是剖視圖，用於說明在上述卡合步驟中夾具90卡合於形成在軸30的內周部 34上的凹部33時的動作，圖2(a)表示卡合前的狀態，圖2 (b)表示卡合後的狀態。如圖2所示，夾具90是其外徑rl比軸30的內徑r2小的圓柱形構件，可插入軸30 的內側。夾具90在頂端部具有在周向上分為多個(例如4個)的腳部91，各腳部91在頂端部具有向徑向外側突出的爪部92。各腳部91通過設置於夾具90的徑向中心部的定程構件93的軸向(圖2中左右方向)的進退動作，從而在徑向上彈性變形，進行擴展或縮小動作。在定程構件93的軸向另一側(圖2中右側)，設置有螺合於形成在腳部91的基端部的螺紋孔94的螺栓95，在定程構件93的軸向一側(圖2中左側)，設置有用於使定程構件 93旋轉的頭部96。
如圖2(a)所示，在卡合前，減少螺栓95在螺紋孔94中的螺合量，使定程構件93 處在較為遠離腳部91的基端部的狀態。此時，爪部92為收縮直徑的狀態，其外徑與夾具90 的外徑rl基本相同，S卩比軸30的內徑r2小。在此狀態下，夾具90從軸向另一側(圖2中右側)插入軸30的內側。如圖2 (b)所示，在夾具90的爪部92到達軸30的凹部33的位置，經頭部96使定程構件93旋轉，增加螺栓95在螺紋孔94中的螺合量，使定程構件93處在較為接近腳部91 的基端部的狀態。由此，爪部92會擴展直徑，進入凹部33內與卡合端面33a卡合。其結果， 在將轉子20、軸承50及旋轉部83等壓入部件從軸向一側(圖2中左側)壓入於軸30時， 卡合於凹部33的夾具90的爪部92與卡合端面33a抵接，可承受因壓入而作用在軸30上的力。而且，在壓入作業結束後，夾具90再次成為圖2(a)所示的狀態，解除與凹部33的卡合，夾具90被朝向軸向另一側(圖2中右側)從軸30內拔出。在如上構成的本實施方式的旋轉電機1中，具有以下所示的效果。即，旋轉電機1 具有中空結構的軸30，在其外周部上壓入有轉子20、軸承50及旋轉部83等壓入部件，該軸 30在內周部34具有可卡合夾具90的凹部33。由此，在旋轉電機1的組裝工序中，在將轉子20等壓入部件壓入於軸30的外周部時，可利用插入軸30內周部34的夾具90來支撐軸 30。由此，可防止軸30產生壓曲等變形或偏斜。用於說明該作用的對比例如圖3所示。另外，在圖3中，與上述圖1同等的部分標有相同的符號。在圖3所示的第1對比例涉及的旋轉電機1'中，軸30'在內周部34不具有凹部 33。其結果，在壓入作業時，利用軸向另一側(圖3中右側)的軸端來支撐軸30'。在旋轉電機1'中，由於在軸30'的軸向另一側設置有減速機部3的軸承座78、輸出軸76，因此， 作為利用軸端來支撐軸30'的方式的一個例子，例如如圖3所示，可以考慮利用固定減速機用的螺栓孔78a，採用多個銷P等來進行支撐。如此，在利用軸向另一側的軸端支撐軸30'的情況下，由於壓入部位(在此例中為轉子軛鐵21的壓入部位)與支撐部位的距離Dl比較大，因此，在壓入時，軸30'上有可能產生壓曲等變形或偏斜。而且，採用銷P進行支撐時，由於軸端的支撐面積小，因此支撐會不穩定，不能切實將壓入部件壓入，而且，在施加較大載荷時，還可能產生銷P變形的問題。假設不使用銷P，而利用減速機部3來承受力進行壓入時，則存在載荷作用在軸承79上導致該軸承79出現壓痕的問題。對此，在本實施方式中，由於是利用插入軸30內部的夾具90來進行支撐，所以，如圖1所示，可以使壓入部位(在此例中為轉子軛鐵21的壓入部位)與支撐部位的距離D2較小。因此，可以防止在軸30上產生壓曲等變形或偏斜。而且，由於在壓入時可以施加較大的載荷，所以，可以將轉子20、軸承50及旋轉部83等壓入部件切實安裝在軸30上。並且， 由於不像上述第1對比例那樣採用銷P，所以不會產生銷P變形等，而且由於載荷不作用在軸承79上，所以也不會產生壓痕。另外，在本實施方式中，尤其是凹部33是在軸30內周部34的整個周向上連續形成的。由此，可以使夾具90卡合在凹部33的整個周向上。其結果，在可以增大軸30的支撐面積的同時，還能夠在周向上不偏重地穩定地支撐軸30。另外，在本實施方式中，尤其是將凹部33形成在軸30內周部34的與壓入部件對應的軸向位置附近。由此，能夠儘量使壓入作業時的壓入部位與支撐部位的距離D2縮小。 由此，可更加切實地防止在軸30上產生變形或偏斜。並且，通過不在軸30的減速機構成部分設置凹部33，來迴避減速機構成部分的軸30變形，可防止減速機部3的性能降低。另外，在本實施方式中，尤其是由於凹部33在與軸向一側對應的一側具有與軸30 的軸心AX大致垂直的卡合端面33a，因此卡合於凹部33的夾具90與卡合端面33a抵接，因壓入而作用在軸30上的力可利用與該力的方向大致垂直的面來承受。因此，能夠穩定地支撐軸30。另外，在本實施方式中，尤其是旋轉電機1 一體具有減速機部3。由此，即使是為了使旋轉電機與減速機如本實施方式所示為一體化構成而在形狀、組裝上受限的減速機一體型的旋轉電機1，在將轉子20等壓入部件壓入於軸30時，也能夠防止在軸30上產生壓曲等變形或偏斜。並且，在上述第1實施方式中凹部33的斷面形狀呈矩形，但是，如果具有卡合端面 33a，則也可以是其他形狀。圖4是表示一例凹部為其他形狀的旋轉電機IA的整體結構的縱向剖視圖。另外，在圖4中，與上述圖1同等的部分標有相同的符號。如圖4所示，本變形例的旋轉電機IA的軸30A的凹部33A被形成為，其深度從軸向一側(圖4中左側)朝向軸向另一側(圖4中右側)逐漸變淺，即被形成為斷面大致呈三角形。本變形例的凹部33A的形狀尤其在夾具的爪部為可在徑向上彈性變形的結構的情況下有效。關於該內容，現使用圖5進行說明。圖5是用於說明爪部92A可在徑向上彈性變形的夾具90A在卡合於形成在軸30A內周部34的凹部33A時的動作的剖視圖，圖5 (a) 表示卡合前的狀態，圖5 (b)表示卡合開始時的狀態，圖5 (c)表示卡合結束時的狀態。另外， 在圖5中，與上述圖2同等的部分標有相同的符號。本變形例的夾具90A在頂端部具有在周向上分為多個(例如4個)的腳部91A，在初始狀態下，爪部92的外徑比夾具90A的外徑rl以及軸30的內徑r2大(圖5 (c)所示的狀態)。各腳部91A為可在徑向上彈性變形的結構，通過在頂端部向徑向內側施加力，各腳部91則進行徑向縮小動作(圖5 (a)、(b)所示的狀態)。即，首先如圖5 (a)所示，在使各腳部9IA彈性收縮直徑的狀態下，將夾具90A插入軸30的內側。其次，如圖5 (b)所示，當夾具90A的爪部92插入至軸30的凹部33A時，各腳部91A則根據凹部33A的形狀逐漸擴展直徑。而且，如圖5(c)所示，當爪部92的端部到達凹部33A的卡合端面33a時，各腳部91A則張開，爪部92卡合於凹部33A。如此，可使夾具90A自動卡合於凹部33A。而且，在壓入作業結束並將夾具90A朝向軸向另一側拔出時， 由於各腳部91A根據凹部33A的形狀而逐漸收縮直徑，所以爪部92與凹部33A的卡合自動解除，可容易地原樣將夾具90A拔出。如上所述，根據本變形例，由於不需要使用前述第1實施方式那樣的定程構件93 對夾具爪部進行收縮直徑及擴展直徑的作業，所以可提高作業效率，大幅度縮短作業所需時間。〈第2實施方式〉其次，對本發明的第2實施方式進行說明。並且，在第2實施方式中，省略與第1 實施方式相同部分的說明，以不同部分為中心進行說明。
圖6是表示本發明的第2實施方式涉及的旋轉電機IB的整體結構的縱向剖視圖。 在圖6中，本實施方式的轉子軛鐵23具有薄壁部23A，具有比較短的軸向尺寸to，大致呈圓盤形；厚壁部23B，具有比薄壁部23A長的軸向尺寸ti。薄壁部23A在其徑向最外周的邊緣部具備永久磁鐵22。厚壁部2 在薄壁部23A 的徑向內側被設置為比該薄壁部23A至少向軸向一側(在此例中為圖6中左側)突出，通過壓入而固定於軸30的外周部。在厚壁部2 上，比上述薄壁部23A突出的突出部分23Ba 被軸承50支撐為外周側可以旋轉。即，換言之，薄壁部23A呈在軸向上比厚壁部23B凹陷的形狀，在突出部分23Ba的徑向外側，即上述薄壁部23A的薄壁化的部分，設置有軸承50。另外，在此例中，厚壁部2 在徑向最內周部的軸向整個尺寸上，具備軛鐵側鍵槽 M。與之相對應，軸30在外周部上的位於上述突出部分23Ba的徑向內側的部位，具備軸側鍵槽32 (旋轉軸側鍵槽)。在這些軸側鍵槽32與軛鐵側鍵槽M之間，收納有用於在軸30 與轉子軛鐵23之間傳遞轉矩的鍵60。其結果，軸承50、突出部分23Ba、鍵60的軸向(圖6 中的左右方向)位置基本相同，在圖6中的上下方向上，這些大致排列配置在一條直線上。關於上述以外的構成，與前述的第1實施方式相同。在如上構成的本實施方式的旋轉電機IB中，具有以下所示的效果。S卩，在旋轉電機IB中，轉子軛鐵23具有軸向尺寸to較短的大致呈圓盤形的薄壁部23A，和軸向尺寸ti 較長的厚壁部23B，在薄壁部23A的薄壁化部分，設置有軸承50，將厚壁部2 支撐為可以旋轉。如此，通過將軸承50設置在利用軸向尺寸to較短的薄壁部23A的凹陷形狀所空開的空間，從而不需要為了配置軸承50而另行確保軸向空間。用於說明該作用的第2對比例如圖7所示。另外，在圖7中，與上述圖6同等的部分標有相同的符號。在圖7所示的第2對比例涉及的旋轉電機IB'中，轉子軛鐵23'不具備上述旋轉電機IB所示的薄壁部23A及厚壁部23B，呈在整體上具有大致相同的軸向尺寸tm(與上述圖6的軸向尺寸ti大致相同。或者略微大些)的圓盤狀的形狀。其結果，軸承50和轉子軛鐵23'在軸向(圖7中左右方向)上並排配置，軸承50不是支撐轉子軛鐵23'，而是支撐軸30。此時，由於不形成上述圖6的第2實施方式所示的軸承50與轉子軛鐵23的厚壁部2 在徑向上重疊的結構，因此，除了需要上述軸向尺寸tm的轉子軛鐵23'的空間以外， 還需要用於配置軸承50的軸向尺寸tb。其結果，旋轉電機IB'整體的軸向尺寸會大型化。對此，上述實施方式的旋轉電機IB通過使前述的軸承50與厚壁部23B為在徑向上重疊的結構，從而不需要為軸承50而另行確保軸向空間，可以減小軸向尺寸，所以，(對比圖6與圖7即可明確)與上述第2對比例的旋轉電機IB'相比，可實現小型化。另一方面，轉子軛鐵23與旋轉軸30的安裝剛性跟轉子軛鐵23與軸30的接觸面積的大小相對應，接觸面積減小則降低。在本第2實施方式的旋轉電機IB中，如上所述，為了配置軸承50，縮短了轉子軛鐵23的薄壁部23A的軸向尺寸to，而另一方面，使厚壁部2 比薄壁部23A突出，增長了軸向尺寸ti。由此，即使在力圖實現上述小型化的情況下，也能夠在不減小厚壁部2 與軸30的接觸部位的軸向尺寸的情況下，確保相同的程度。在直徑相同的條件下，轉子軛鐵23與軸30的接觸面積為，軸向尺寸越長則越大，軸向尺寸越短則越小。因此，如上所述，通過確保厚壁部2 與軸30的接觸部位的軸向尺寸，可防止轉子軛鐵23與軸30的接觸面積減小，可防止轉子軛鐵23與軸30的安裝剛性降低。如上所述，根據本第2實施方式的旋轉電機1B，能夠不降低轉子軛鐵23與軸30的安裝剛性，實現整體小型化。而且，由於可使軸承50大型化，所以還具有可延長軸承壽命的效果。另外，在本實施方式中，尤其是在轉子軛鐵23的薄壁部23A的最外周部設置有磁鐵22。其具有以下意義，即，在如此利用設置於轉子軛鐵23最外周的磁鐵22產生轉矩的結構的情況下，如概念性地在圖8中所示出的那樣，在磁鐵22的周圍產生的磁通B幾乎不會到達轉子軛鐵23的徑向中心部。因此，如上所述，即便使距離最外周的磁鐵22的徑向距離較大的轉子軛鐵23的厚壁部2 的形狀為在軸向上突出的形狀，或者在該突出的突出部分 23Ba上設置軸承50，也幾乎不會造成磁性影響。因此，本第2實施方式的旋轉電機IB不會對磁性能產生影響，可以實現整體小型化。另外，在本實施方式中，尤其是軸側鍵槽32位於轉子軛鐵23的厚壁部2 的突出部分23Ba、即設置有軸承50的部分的徑向內側。由此，如前所述，軸承50、突出部分23Ba、 鍵60的軸向位置大致相同，這些大致排列配置在一條直線上。其結果，因為是由軸承50來支撐通過鍵60而在軸30與轉子軛鐵23之間傳遞轉矩的部位，所以，可實現穩定的轉矩傳遞。另外，本發明並不局限於上述第1及第2實施方式，在不脫離其宗旨以及技術思想的範圍內可進行各種變形。以下，依次對那樣的變形例進行說明。(1)應用於機器人時圖9是表示將上述實施方式的旋轉電機1、1A、1B應用於機器人的動力源時的該機器人的多關節型機器人臂100的透視圖。如圖9所示，配置在該機器人上的機器人臂100具有多個(在此例中為5個)連杆Ll L5 ；多個關節Sl S6，其將這5個連杆Ll L5中相鄰的連杆L彼此、以及連杆Ll 與固定部101連結為可以彎曲；及驅動器Al A6，其產生對於驅動對象的連杆Ll L5的驅動力。此時，作為驅動器Al A6，可以採用上述實施方式的旋轉電機1、1A、1B。通過將驅動器Al A6產生的驅動力傳遞給驅動對象的連杆Ll L5，機器人臂100可以做出各種姿勢。在本變形例中，如前所述，通過使用防止在壓入時軸30產生變形或偏斜的、或者小型化的驅動器Al A6，可以實現機器人臂100小型化等。而且，能夠如前所述在驅動器 Al A6上實現穩定的轉矩傳遞的結果是，可以提高機器人臂100的動作可靠性、準確性。(2)其他在上述第1實施方式中，作為可卡合夾具90的卡合部，也可以在軸30的內周部34 設置凸部或臺階部。即使採用這種卡合部，也可以防止軸30產生壓曲等變形或偏斜。但是， 此時，由於軸30的內徑縮小，所以會妨礙穿過內部的配線等，導致功能變差。因此，作為卡合部，優選形成凹部。另外，在上述第2實施方式中，在圖6中只是向轉子軛鐵23的軸向一側(圖6中左側)突出，但是並不局限於此，也可以使軸向兩側突出，在雙方設置軸承50。此時，可以利用兩個軸承50、50將軸30的2處支撐為可以旋轉。而且，如此在轉子軛鐵23的兩側設置軸承50的情況下，在進一步追加油封時還具有可實現小型化的效果。另外，在以上內容中，雖然以定子10為電樞、轉子20為場磁鐵的旋轉電機為例進行了說明，但是反過來，也可以將本發明應用於定子10為場磁鐵、轉子20為電樞的旋轉電機上。另外，在以上內容中，雖然以將本發明應用於搭載有減速機構的馬達的情況為例進行了說明，但是並不局限於此，也可以在未搭載減速機構的馬達單體上應用，此時也可以獲得同樣的效果。另外，在以上內容中，雖然以將本發明應用於搭載有減速機構的馬達所構成的旋轉電機為例進行了說明，但是並不局限於此，也可以應用於搭載有增速機構的發電機所構成的旋轉電機。另外，也可以應用於發電機單體，此時也可以獲得同樣的效果。另外，在以上內容中，雖然將減速機部3為諧波減速機的情況作為一個例子進行了說明，但是並不局限於此，也可以使用行星減速機、擺線減速機等其他的減速機。另外，在以上內容中，雖然以將本發明應用於旋轉電機的軸的情況為例進行了說明，但是並不局限於此，如果是壓入部件壓入於具有中空結構的中空軸的外周側的情況，則本發明也可以應用於旋轉電機以外的中空軸，也可以獲得同樣的效果。另外，除了以上已說明的內容以外，也可以適當組合上述實施方式或各變形例的手法來加以利用。其他不再逐一進行例示，本發明在未脫離其宗旨的範圍內可加以各種變更而實施。
權利要求
1.一種旋轉電機，其為以場磁鐵和電樞的任一方為轉子、以另一方為定子的旋轉電機， 其特徵在於，具備中空結構的旋轉軸，在其外周部上壓入有包括所述轉子的壓入部件， 所述旋轉軸在內周部具有可卡合夾具的卡合部。
2.根據權利要求1所述的旋轉電機，其特徵在於，所述卡合部為在所述內周部的整個周向上連續或非連續形成的凹部。
3.根據權利要求2所述的旋轉電機，其特徵在於，所述凹部形成在所述內周部的與所述壓入部件對應的軸向位置附近。
4.根據權利要求3所述的旋轉電機，其特徵在於， 所述壓入部件從軸向一側壓入於所述旋轉軸，所述凹部在與所述軸向一側對應的一側具有與所述旋轉軸的軸心大致垂直的卡合端
5.根據權利要求4所述的旋轉電機，其特徵在於，所述凹部被形成為其深度從所述軸向一側朝向軸向另一側逐漸變淺。
6.根據權利要求1所述的旋轉電機，其特徵在於，一體具有減速機部，所述旋轉軸兼作所述減速機部的輸入軸。
7.根據權利要求1所述的旋轉電機，其特徵在於，所述轉子具有具備使所述旋轉軸產生轉矩的磁鐵的轉子軛鐵，所述轉子軛鐵壓入於所述旋轉軸的外周部。
8.根據權利要求7所述的旋轉電機，其特徵在於，還具備將所述轉子支撐為可以旋轉的軸承，所述軸承壓入於所述旋轉軸的外周部。
9.根據權利要求8所述的旋轉電機，其特徵在於，所述轉子軛鐵具備薄壁部，大致呈圓盤形；及厚壁部，具有比所述薄壁部長的軸向尺寸，在該薄壁部的徑向內側被設置為比該薄壁部至少向軸向一側突出，並固定於所述旋轉軸的外周，所述軸承設置在所述轉子軛鐵的所述厚壁部中在所述軸向上突出的突出部分的徑向外側，將所述厚壁部支撐為可以旋轉。
10.根據權利要求9所述的旋轉電機，其特徵在於，所述轉子軛鐵在所述薄壁部的徑向最外周的邊緣部具備所述磁鐵。
11.根據權利要求9所述的旋轉電機，其特徵在於，所述轉子軛鐵的所述厚壁部在徑向最內周部具備軛鐵側鍵槽，其收納用於與所述旋轉軸傳遞轉矩的鍵，所述旋轉軸在外周部上的位於所述轉子軛鐵的所述厚壁部的所述突出部分的徑向內側的部位，具備收納所述鍵的旋轉軸側鍵槽。
12.一種機器人，具備機器人臂，機器人臂具有多個連杆；多個關節，其將所述多個連杆中相鄰的連杆彼此連結為可以彎曲；及驅動器，其產生對於驅動對象的所述連杆的驅動力，其特徵在於，所述驅動器為權利要求1至11中任意一項所述的旋轉電機。
13.一種旋轉電機的製造方法，其為以場磁鐵和電樞的任一方為轉子、以另一方為定子的旋轉電機的製造方法，其特徵在於，具有卡合步驟，使插入中空結構的旋轉軸內部的夾具卡合在所述旋轉軸的內周部； 及壓入步驟，在所述夾具卡合在所述內周部的狀態下，將包括所述轉子的壓入部件壓入於所述旋轉軸的外周部。
14.一種中空軸，其為在外周部上壓入有壓入部件的中空軸，其特徵在於， 所述中空軸在內周部具有可卡合夾具的卡合部。
全文摘要
本發明為旋轉電機、機器人、旋轉電機的製造方法、中空軸，在將轉子壓入於中空旋轉軸的外周部時，不使旋轉軸產生變形或偏斜。具體為，旋轉電機(1)具備中空結構的軸(30)，在其外周部上壓入有轉子(20)、軸承(50)及旋轉部(83)等壓入部件，該軸(30)在內周部(34)具有可卡合夾具(90)的凹部(33)。在旋轉電機(1)的組裝工序中，在將轉子(20)等壓入部件壓入於軸(30)的外周部時，利用插入軸(30)內周部(34)的夾具(90)來支撐軸(30)。
文檔編號B25J9/00GK102545467SQ20111034855
公開日2012年7月4日 申請日期2011年11月7日 優先權日2010年11月11日
發明者川上剛史, 青木隆行 申請人:株式會社安川電機