致动器
阅读：149发布：2023-03-02
专利汇可以提供致动器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且提出了一种能够以紧凑尺寸实现高输出的 致动器 。致动器设有 马 达和减速器，该马达包括圆筒形 转子 ，该减速器包括 输入轴 ，输入轴与马达的旋 转轴 同轴并被包含在转子中。减速器具有圆筒形状，减速器进一步包括与马达的 旋转轴 同轴的 输出轴 ，马达进一步包括 定子 ，并且致动器进一步设有 支撑 减速器和定子的 外壳 。，下面是致动器专利的具体信息内容。
1.一种致动器，所述致动器包括：
马达，所述马达包括圆筒形转子；以及
减速器，所述减速器包括输入轴，所述输入轴与所述马达的旋转轴同轴并被包含在所述转子中。
2.根据权利要求1所述的致动器，
其中，所述减速器具有圆筒形状，以及
所述减速器进一步包括与所述马达的所述旋转轴同轴的输出轴。
3.根据权利要求2所述的致动器，
其中，所述马达进一步包括定子，以及
所述致动器进一步设有支撑所述减速器和所述定子的外壳。
4.根据权利要求3所述的致动器，
其中，所述减速器包括
圆筒形的第一外周表面，所述圆筒形的第一外周表面被包含在所述转子中，以及圆筒形的第二外周表面，所述圆筒形的第二外周表面具有比所述第一外周表面的直径大的直径，
所述第二外周表面由所述外壳支撑。
5.根据权利要求4所述的致动器，所述致动器进一步包括：
第一轴承，所述第一轴承由面向所述第二外周表面的内周表面支撑并且可旋转地支撑所述输出轴。
6.根据权利要求4所述的致动器，
其中，所述减速器包括波动齿轮减速器。
7.根据权利要求6所述的致动器，
其中，所述波动齿轮减速器包括
网状发生器，所述网状发生器是所述输入轴，以及
柔性花键，所述柔性花键是所述输出轴的一部分。
8.根据权利要求7所述的致动器，所述致动器进一步包括：
第二轴承，所述第二轴承被支撑在所述柔性花键内部并且可旋转地支撑所述马达的所述旋转轴。
9.根据权利要求3所述的致动器，所述致动器进一步包括：
制动器，所述制动器相对于所述马达设置在与所述减速器相对的一侧上，其中，所述制动器包括
固定主体，以及
旋转部，所述旋转部与所述马达的所述旋转轴同轴。
10.根据权利要求9所述的致动器，所述致动器进一步包括：
第三轴承，所述第三轴承由所述主体支撑并且可旋转地支撑所述马达的所述旋转轴。
11.根据权利要求9所述的致动器，
其中，所述制动器进一步包括
移动器，所述移动器位于所述主体与所述旋转部之间，
弹性构件，所述弹性构件配置为朝着所述旋转部向所述移动器施加弹力，所述弹性构件固定到所述主体，以及
电磁体，所述电磁体在通电时将所述移动器吸向所述主体。
12.根据权利要求9所述的致动器，
其中，所述主体的一部分被包含在所述转子中。
13.根据权利要求12所述的致动器，
其中，所述转子包括支撑件，所述支撑件包括与所述转子的延伸方向正交的平面并且支撑所述马达的所述旋转轴，
以所述支撑件作为边界，所述减速器在所述转子的第一侧上被包含在所述转子中，以及
以所述支撑件作为所述边界，所述主体的一部分在与所述第一侧相对的第二侧上被包含在所述转子中。
14.根据权利要求2所述的致动器，所述致动器进一步包括：
扭矩传感器，所述扭矩传感器固定到所述输出轴并且根据所述输出轴的旋转测量扭矩。
15.根据权利要求14所述的致动器，
其中，所述扭矩传感器包括
第一旋转体，所述第一旋转体固定到所述输出轴，
第二旋转体，
变形部，所述变形部固定到所述第一旋转体和所述第二旋转体，并且在所述第一旋转体与所述第二旋转体之间引起应变的同时传递旋转扭矩，以及
测量单元，所述测量单元根据所述变形部的所述应变来测量所述旋转扭矩。
16.根据权利要求14所述的致动器，
其中，所述马达的所述旋转轴是中空的，以及
在所述马达的所述旋转轴内部设置有用于将所述扭矩传感器连接至外部设备的电缆。
17.根据权利要求9所述的致动器，所述致动器进一步包括：
第一编码器，所述第一编码器用于测量所述转子的旋转角；以及
第二编码器，所述第二编码器用于测量所述输出轴的旋转角。
18.根据权利要求17所述的致动器，所述致动器进一步包括：
扭矩传感器，所述扭矩传感器固定到所述输出轴并且根据所述输出轴的旋转测量扭矩，
其中，所述第一编码器相对于所述马达设置在所述制动器所在的一侧上，以及所述第二编码器设置在所述扭矩传感器与所述外壳之间。
19.根据权利要求17所述的致动器，
其中，所述马达的所述旋转轴是中空的，以及
在所述马达的所述旋转轴内部设置有用于将所述第一编码器连接至所述第二编码器的电缆。
致动器
技术领域
[0001] 本公开涉及一种致动器。
背景技术
[0002] 致动器通常用于各种设备中。例如，通常已知的是经由关节部来连接多个臂而获得的机器人臂，关节部联接有力控制型致动器。在此，力控制是直接接收待施加到工作目标的力的目标值并基于该目标值驱动致动器的控制。通过正确检测和反馈力控制中的输出扭矩，有可能实现与人类互动优异的灵活且安全的操作。
[0004] 引文列表
[0005] 专利文献
[0007] 本发明要解决的问题
[0008] 然而，在专利文献1公开的技术中，由于马达设置在柔性花键内部，所以只可以使用尺寸小于柔性花键的马达。因此，利用专利文献1公开的技术，很难实现高输出。
[0009] 因此，本公开提出了一种能够以小尺寸实现高输出的新型改进致动器。
[0010] 问题的解决方案
[0012] 本发明的效果
[0014] 图1是根据本公开的第一实施例的致动器2-1的剖视图。
[0015] 图2是致动器2-1的分解透视图。
[0016] 图3A是以放大方式图示致动器2-1的输入侧上的部件的示意图。
[0017] 图3B是以放大方式图示致动器2-1的输出侧上的部件的示意图。
[0018] 图4A是图1所示区域4的放大视图。
[0019] 图4B是示意性地图示沿着图4A中的线A-A截取的横截面的视图。
[0021] 图6是根据本公开的第二实施例的致动器2-2的剖视图。
[0022] 图7是致动器2-2的分解透视图。
具体实施方式
[0024] 此外，在本说明书和附图中，存在以下情况：具有基本上相同的功能配置的多个部件用附加在相同附图标记之后的不同字母来彼此区分。例如，具有基本上相同的功能配置的多个部件根据需要彼此区分为马达磁体242a和242b。然而，在不必特别将具有基本上相同的功能配置的多个部件区彼此分开的情况下，仅附加相同的附图标记。例如，在不必特别将马达磁体242a和马达磁体242b彼此区分开的情况下，它们仅仅被称为马达磁体242。
[0025] 此外，“具体实施方式”是根据下述项的顺序来描述的。
[0026] 1、背景
[0027] 2、第一实施例
[0028] 3、第二实施例
[0029] 4、总结
[0030] <<1、背景>>
[0031] 本公开可以以作为示例的“2、第一实施例”和“3、第二实施例”中描述的各种方式来实施。首先，为了清楚地描述本公开的特征，对根据本公开的各个实施例的致动器的创造背景进行描述。
[0032] 通常，例如，提出了通过集成马达、波动齿轮减速器和编码器而获得的致动器。然而，在众所周知的技术中，马达、波动齿轮减速器和编码器是分开选择的，然后在元件部之间插设支架部，或者将紧固单元定制结合到各元件部以形成致动器。因此，在马达的旋转轴方向上的配置变长(串联配置)，从而很难使致动器变得紧凑。
[0033] 应当注意，为了使致动器变得紧凑，还提出了一种将马达设置在波动齿轮减速器中包括的柔性花键内的技术。然而，在该技术中，只可以使用尺寸小于柔性花键的马达，从而很难实现高输出。
[0034] 因此，鉴于上述情况，创造了根据本公开的实施例的致动器。该致动器设有马达20和波动齿轮减速器10，马达20包括圆筒形转子24，波动齿轮减速器10包括网状发生器104，网状发生器104与马达轴26同轴并被包含在转子24中。因此，即使在致动器紧凑时，也可以实现高输出。应当注意，致动器可以是力控制致动器。
[0035] 在下文中，将顺序地详细描述本公开的各个实施例。应当注意，在下文中，分别根据本公开的第一实施例和第二实施例的致动器2-1和致动器2-2有时也统称为致动器2。
[0036] <<2、第一实施例>>
[0037] <2-1、配置>
[0038] 首先，参照图1至图3B对根据第一实施例的致动器2-1的配置进行描述。图1是图示致动器2-1的横截面的视图。更具体地，图1是图示致动器2-1沿着穿过如稍后描述的马达轴26的中心轴线X并正交于马达轴26的轴向方向的平面切割的横截面的视图。此外，图2是图示致动器2-1的配置的分解透视图。此外，图3A是以放大方式图示致动器2-1的输入侧上的部件的示意图。此外，图3B是以放大方式图示致动器2-1的输出侧上的部件的示意图。
[0039] 在此，马达轴26是本公开中的马达的旋转轴的示例。此外，相对于马达20，致动器2-1的输入侧是与波动齿轮减速器10所在的一侧相对的一侧(例如，图1中的右侧)。此外，相对于马达20，致动器2-1的输出侧是波动齿轮减速器10所在的一侧(例如，图1中的左侧)。应当注意，中心轴线X可以与致动器2-1的中心轴线相同。
[0040] 如图1和图2所示，致动器2-1包括外壳90、波动齿轮减速器10、马达20、制动器30、输入编码器40、输出编码器50、扭矩传感器60、输入侧盖70和输出侧盖72。例如，输入侧盖70、输入编码器40、制动器30、马达20、波动齿轮减速器10、输出编码器50、扭矩传感器60和输出侧盖72这些部件在马达轴26的轴向方向上依次设置在外壳90中。
[0041] 如稍后详细描述的，马达20包括圆筒形转子24，而波动齿轮减速器10包括网状发生器104，网状发生器104与马达轴26同轴并被包含在转子24中。换言之，马达20和波动齿轮减速器10形成嵌套结构。根据这种配置，由于波动齿轮减速器10和马达20有效地设置在马达轴26的轴向方向上，所以可以实现紧凑的致动器2-1。此外，例如，与众所周知的技术相比，能够相对于致动器2-1的体积设置更大尺寸的马达20，或者使马达20的旋转半径变得更大。因此，即使在致动器2-1紧凑时，也可以实现高输出。
[0042] 此外，在这种致动器2-1中，马达20可以通过通电来旋转以产生旋转扭矩。此外，波动齿轮减速器10可以使从马达20输出的旋转扭矩减速并且输出到扭矩传感器60。此外，扭矩传感器60可以测量从波动齿轮减速器10传递的旋转扭矩。此外，在外部部件(未图示)耦合到扭矩传感器60的情况下，扭矩传感器60可以将旋转扭矩输出到外部部件。下面将更详细地描述致动器2-1的配置。
[0043] {2-1-1、外壳90}
[0045] {2-1-2、波动齿轮减速器10}
[0046] 波动齿轮减速器10是本公开中的减速器的示例。波动齿轮减速器10可以具有圆筒形状。此外，波动齿轮减速器10中包括的网状发生器104和输出轴12可以与马达轴26同轴。应当注意，网状发生器104是本公开中的输入轴的示例。此外，输出轴12是本公开中的输出轴的示例。
[0047] 在此，输出轴12可以通过组合如稍后描述的柔性花键102和支架120来配置。例如，如图1所示，在设在支架120中的开口122内，柔性花键102的一部分和支架120通过弹簧销等来牢固地紧固。然而，输出轴12可以仅仅是柔性花键102或者仅仅是支架120，而不限于这样的示例。
[0048] 此外，如图1和图2所示，波动齿轮减速器10通过组合圆形花键100、柔性花键102和网状发生器104来配置。具体地，圆形花键100、柔性花键102和网状发生器104从波动齿轮减速器10的外部到内部依次设置。
[0049] (2-1-2-1、圆形花键100)
[0050] 如图1所示，圆形花键100包括圆筒形的第一外周表面1000和圆筒形的第二外周表面1002，第一外周表面1000被包含在转子24中，第二外周表面1002具有比第一外周表面1000的直径大的直径。第二外周表面1002固定到外壳90的内壁(由该内壁支撑)。此外，圆形花键100进一步包括与第一外周表面1000和第二外周表面1002相邻的至少另一个外周表面
1004。
1004。
[0051] 此外，在圆形花键100的内周上切割有齿(下文称为内周齿)。内周齿的齿距与在柔性花键102的外周上切割的齿(下文称为外周齿)的齿距相同。此外，内周齿的数量比柔性花键102的外周齿的数量大预定数量(例如，两个)。此外，内周齿和柔性花键102的外周齿设置成彼此啮合。
[0052] 此外，如图1所示，交叉滚柱轴承14固定到面向第二外周表面1002的内周表面1006上。交叉滚柱轴承14可旋转地支撑输出轴12。应当注意，交叉滚柱轴承14是本公开中的第一轴承的示例。
[0053] 例如，内周表面1006可以固定到交叉滚柱轴承14的外环140。更具体地，外环140由内周表面1006和外锁环180预加压。此外，交叉滚柱轴承14的内环142由支架120和内锁环182预加压。以这种方式使用交叉滚柱轴承14，能能够接收除马达轴26以外的其它部件的力矩负载，从而可以实现平稳的扭矩传递。应当注意，也可以使用滚珠轴承来代替交叉滚柱轴承14。
[0054] (2-1-2-2、柔性花键102)
[0055] 柔性花键102是杯形金属弹性体。此外，柔性花键102固定到网状发生器104。
[0057] 此外，如图1和图3B所示，柔性花键102可以通过螺钉(例如，螺栓等)固定到扭矩传感器60。
[0058] (2-1-2-3、网状发生器104)
[0059] 如图1和图2所示，网状发生器104通过组合椭圆部106和轴承108来形成。网状发生器104适配到柔性花键102中。此外，椭圆部106具有椭圆形状。此外，椭圆部106可以固定到马达轴26。根据这种配置，当马达20的转子24旋转时，网状发生器104与转子24同步旋转。然后，柔性花键102在根据网状发生器104的旋转弯曲成椭圆形状的同时(在弹性变形的同时)，在圆形花键100的内周齿与柔性花键102的外周齿在椭圆的纵向方向上的两个地点处啮合的状态下旋转。因此，柔性花键102相对于网状发生器104减速旋转，输出轴12然后以降低的速度旋转。而且，根据输出轴12的旋转的扭矩经由输出轴12传递到扭矩传感器60。
[0060] {2-1-3、马达20}
[0061] 马达20通过通电来驱动，并且产生旋转扭矩。马达20可以是无刷马达。此外，如图1和图2所示，马达20包括定子22、转子24和马达轴26。定子22和转子24组合可以形成马达磁路。例如，当向定子22提供三相交流电流时，在定子22与多个马达磁体242(被包括在转子24中)之间产生旋转磁场以产生旋转扭矩。
[0062] (2-1-3-1、定子22)
[0063] 如图1所示，定子22固定到外壳90的内壁。此外，如图1和图2所示，定子22包括堆栈芯体220和马达线圈222。例如，堆栈芯体220的外周表面固定到外壳90的内壁。此外，马达线圈222固定到堆栈芯体220的内周表面。
[0064] (2-1-3-2、转子24)
[0065] 转子24具有圆筒形状，并且设置成包含圆形花键100的第一外周表面1000。此外，转子24包括马达轭240和多个马达磁体242。
[0066] 例如，如图1和图3A所示，在马达轭240中，支撑件2420包括与转子24的延伸方向正交的平面并且支撑马达轴26。例如，支撑件2420固定到网状发生器104。
[0067] 此外，马达磁体242可以是永磁体。此外，如图2和图3A所示，例如，多个马达磁体242以规律间隔安装在马达轭240的外周表面上。在此，多个马达磁体242的磁极数量例如为八个或更多。应当注意，齿槽扭矩优选地随着磁极数量的增多而变小。
[0068] 根据上述配置，可以在外壳90中设置尺寸较大(与众所周知的技术相比)的马达磁体242，而无需改变波动齿轮减速器10的结构。此外，由于对于致动器2-1的相应应用场景也能够采用不同尺寸的马达磁体242，所以可以实现各种马达输出。例如，在串联机器人臂中，各关节的自重通常不同，这样所需的保持扭矩也可能不同。因此，通过适当改变各关节的马达磁路单元(例如，马达磁体242的尺寸等)，可以实现各关节的适当输出。
[0069] (2-1-3-3、马达轴26)
[0070] 马达轴26是马达20的旋转轴。如图1所示，马达轴26可以由轴承16和如稍后描述的轴承38可旋转地围绕中心轴线X支撑。在此，如上所示，轴承16可以安装在柔性花键102的基座内部。此外，如图1所示，轴承38可以大致安装在制动器30的主体32的中心处。也就是说，支撑马达轴26的两个轴承(轴承16和轴承38)之间的距离较大。因此，例如，可以抑制在驱动马达26时马达轴26的晃动。此外，由于轴承16和轴承38分别安装在空置空间内，所以可以使致动器2-1更紧凑。
[0071] 此外，马达轴26可以是中空的。此外，如图1和图2所示，稍后描述的中空管80可以设置在马达轴26内部。
[0072] {2-1-4、制动器30}
[0073] 制动器30是用于使转子24的旋转停止的机构。制动器30可以是非激励型制动器。此外，制动器30相对于马达20设置在与波动齿轮减速器10相对的一侧上。也就是说，制动器
30设置在波动齿轮减速器10减速之前的位置上。根据这种配置，使转子24的旋转停止所需的制动扭矩可以通过波动齿轮减速器10的减速比来减小。因此，由于可以使制动器30的机构紧凑，所以可以使致动器2-1更紧凑。此外，出于类似的原因，制动器30的盲区(齿隙)也可以通过波动齿轮减速器10的减速比来减小。
30设置在波动齿轮减速器10减速之前的位置上。根据这种配置，使转子24的旋转停止所需的制动扭矩可以通过波动齿轮减速器10的减速比来减小。因此，由于可以使制动器30的机构紧凑，所以可以使致动器2-1更紧凑。此外，出于类似的原因，制动器30的盲区(齿隙)也可以通过波动齿轮减速器10的减速比来减小。
[0074] 下面将详细描述制动器30的配置。制动器30包括主体32、旋转部34、移动器36和弹性构件(未图示)。
[0075] (2-1-4-1、旋转部34)
[0076] 相对于马达20的位置，旋转部34可以位于比主体32更远的地方。此外，旋转部34可以固定到网状发生器104并且与马达轴26同轴。例如，旋转部34固定到网状发生器104的一端。因此，旋转部34与转子24同步旋转。
[0077] 此外，如稍后描述的，输入编码器盘44可以固定到旋转部34。根据这种配置，当转子24、波动齿轮减速器10的旋转轴以及制动器30的同轴度以高精度设定时，可以提高输入编码器40的测量精度，并且可以实现平稳的扭矩传递。
[0078] (2-1-4-2、移动器36)
[0079] 移动器36设置在主体32与旋转部34之间的空间内。移动器36可以是电枢。
[0080] (2-1-4-3、弹性构件)
[0081] 弹性构件可以固定到主体32和移动器36。弹性构件配置为朝着旋转部34向移动器36施加弹力。例如，当如稍后描述的电磁体320未通电时，移动器36被弹性构件压靠在旋转部34上。因此，旋转部34的接触面与移动器36的接触面之间的摩擦产生制动扭矩(摩擦扭矩)，然后通过制动扭矩使旋转部34的旋转停止。因此，停止了转子24(例如，经由网状发生器104耦合到旋转部34)的旋转。
[0082] 应当注意，例如，弹性构件是压缩盘簧。
[0083] (2-1-4-4、主体32)
[0084] 如图2所示，电磁体320固定到主体32。电磁体320根据通电状态将移动器36吸向主体32。例如，当电磁体320通电时(在通电时)，电磁体320将移动器36吸向主体32。因此，释放出制动扭矩，然后旋转部34变得可旋转。因此，转子24也变得可旋转。
[0085] 此外，当电磁体320未通电时(在未通电时)，电磁体320不会将移动器36吸向主体32。
[0086] 此外，如图1所示，轴承38可以大致固定到主体32的中心。轴承38可旋转地支撑马达轴26。在此，轴承38是本公开中的第三轴承的示例。
[0087] 此外，主体32可以通过设置为压靠在波动齿轮减速器10的侧表面上来支撑波动齿轮减速器10。此外，如图1所示，外壳90和主体32可以例如通过镶嵌结构来固定。因此，可以容易地增强转子24、波动齿轮减速器10的旋转轴以及制动器30的同轴度。
[0088] {2-1-5、输入编码器40}
[0089] 输入编码器40是本公开中的第一编码器的示例。输入编码器40设置在致动器2-1的输入侧上，并且测量转子24的旋转角。例如，输入编码器40是绝对编码器，并且测量转子24的绝对旋转角。因此，例如，控制致动器2-1的主机(未图示)可以基于输入编码器40对转子24的旋转角的测量结果来实时改变马达20的输出。
[0090] 此外，如图2所示，输入编码器40包括输入编码器基板42和盘状输入编码器盘44。
[0091] 下面将参照图4A和图4B对输入编码器40的配置进行更详细地描述。图4A是图1所示区域4的放大视图。此外，图4B是示意性地图示沿着图4A中的线A-A截取的横截面的视图。
[0092] (2-1-5-1、输入编码器基板42)
[0093] 如图4A所示，在输入编码器基板42上安装有磁场测量元件420。例如，如图4B所示，磁场测量元件420通过组合永磁体4200和霍尔集成电路(IC)4202来配置。
[0094] 应当注意，例如，如图2所示，输入编码器保持器424可以固定到输入编码器基板42。然后，输入编码器保持器424和固定到制动器30的主体32上的输入编码器支架422可以例如通过镶嵌结构来固定。应当注意，输入编码器支架422可以用例如夹具等固定到主体
32，以便与主体32同轴。
32，以便与主体32同轴。
[0095] (2-1-5-2、输入编码器盘44)
[0096] 输入编码器盘44可以是磁盘。例如，输入编码器盘44是设有预定图案的多个狭缝的磁体。此外，如图3A所示，输入编码器盘44可以固定到制动器30的旋转部34。根据这种配置，当输入编码器盘44根据旋转部34的旋转而旋转时，输入编码器盘44(设有狭缝)穿越由永磁体4200产生的偏置磁场，使得由磁场测量元件420(更具体地，霍尔IC 4202)测量的磁通密度可以变化。在这种情况下，磁场测量元件420通过测量磁通密度的变化来测量转子24的绝对旋转角。
[0097] 应当注意，为了使磁场测量元件420以高精度测量旋转角，需要严格调节输入编码器盘44与磁场测量元件420之间的距离。因此，如图5所示，输入编码器保持器424和输入编码器支架422可以配置为可在马达轴26的轴向方向上用螺钉430固定，例如，在外周上的四个点处。也就是说，能够配置成使输入编码器保持器424与输入编码器支架422之间的距离在马达轴26的轴向方向上可调。此外，如上所述，输入编码器保持器424和输入编码器支架422可以通过镶嵌结构来固定。根据上述配置，即使在组装整个致动器2-1之后，使用者也可以通过使用例如通用工具来轻松且严格地调节输入编码器基板42与输入编码器盘44之间的距离。
[0098] {2-1-6、输出编码器50}
[0099] 输出编码器50是本公开中的第二编码器的示例。输出编码器50设置在致动器2-1的输出侧上，并且测量输出轴12的旋转角。例如，输出编码器50设置在扭矩传感器60与外壳90之间。此外，输出编码器50是绝对编码器，并且测量输出轴12的绝对旋转角。此外，如图2所示，输出编码器50包括输出编码器基板52和盘状输出编码器盘54。
[0100] (2-1-6-1、输出编码器基板52)
[0101] 可以在输出编码器基板52上安装磁场测量元件520。例如，磁场测量元件520通过组合永磁体5200和霍尔集成电路(IC)5202来配置。此外，磁场测量元件520可以是与磁场测量元件420相同的元件。
[0102] 应当注意，例如，如图3B所示，输出基板保持器626可以固定到输出编码器基板52。然后，输出基板保持器626和稍后描述的扭矩传感器变形体62可以通过例如镶嵌结构来固定。
[0103] (2-1-6-2、输出编码器盘54)
[0104] 输出编码器盘54可以是磁盘。例如，输出编码器盘54是设有预定图案的多个狭缝的磁体。应当注意，输出编码器盘54可以是与输入编码器盘44相同的盘。
[0105] 此外，如图1所示，输出编码器盘54可以固定到外壳90(例如，设在外壳90中的凹槽等)。根据这种配置，扭矩传感器变形体62根据波动齿轮减速器10的输出轴12的旋转而旋转，并且然后输出编码器基板52根据扭矩传感器变形体62的旋转而旋转，因此输出编码器盘54(设有狭缝)穿越由永磁体5200(被包括在磁场测量元件520中)产生的偏置磁场，使得由磁场测量元件520(更具体地，霍尔IC 5202)测量的磁通密度可以变化。在这种情况下，磁场测量元件520通过测量磁通密度的变化来测量输出轴12的绝对旋转角。
[0106] 应当注意，如图5所示，输出基板保持器626和扭矩传感器变形体62可以配置为可在马达轴26的轴向方向上用螺钉630固定，例如，在外周上的四个点处。也就是说，能够配置成使输出基板保持器626与扭矩传感器变形体62之间的距离在马达轴26的轴向方向上可调。此外，如上所述，输出基板保持器626和扭矩传感器变形体62可以通过镶嵌结构来固定。根据上述配置，即使在组装整个致动器2-1之后，使用者也可以通过使用例如通用工具来轻松且严格地调节输出编码器基板52与输出编码器盘54之间的距离(和输入编码器的42的情况一样)。因此，输出编码器50可以高精度测量输出轴12的绝对旋转角。
[0107] (2-1-6-3、变型)
[0108] 应当注意，在上面的描述中，虽然描述了输入编码器40和输出编码器50是磁编码器的示例，但是本发明不限于该示例。例如，输入编码器40和/或输出编码器50可以是光学编码器。
[0109] {2-1-7、扭矩传感器60}
[0110] 扭矩传感器60固定到(波动齿轮减速器10的)输出轴12，并且根据输出轴12的旋转测量扭矩。此外，扭矩传感器60包括扭矩传感器变形体62和扭矩传感器基板64。
[0111] (2-1-7-1、扭矩传感器变形体62)
[0112] 如图2所示，扭矩传感器变形体62包括固定到输出轴12上的第一旋转体620、第二旋转体624、以及固定到第一旋转体620和第二旋转体624上的多个变形部622。在旋转扭矩输入到第一旋转体620的情况下，例如，多个变形部622中的每一个可以在引起应变的同时将旋转扭矩传递到第二旋转体624。
[0113] (2-1-7-2、扭矩传感器基板64)
[0114] 扭矩传感器基板64是本公开中的测量单元的示例。扭矩传感器基板64根据多个变形部622中的每一个中产生的应变的检测结果来测量旋转扭矩。例如，在多个变形部622中的每一个中安装有应变仪(未图示)。在这种情况下，安装在各个变形部622中的应变仪检测该变形部622中产生的应变。然后，扭矩传感器基板64根据各个变形部622中产生的应变的检测结果来测量输入旋转扭矩。
[0115] 应当注意，在扭矩传感器60也接收外力的情况下，外力经由变形部622传递到致动器2-1(波动齿轮减速器10等)内部。因此，扭矩传感器基板64可以根据变形部622中产生的应变的检测结果来正确地测量与外力相对应的扭矩。此外，扭矩传感器60的测量结果可以经由电缆(例如，同轴电缆82)传递到主机，该电缆连接至扭矩传感器60并且设置在中空管80中。在这种情况下，主机可以根据接收到的测量结果适当地调节(反馈)提供给定子22的三相交流电流的值。因此，即使在接收外力的情况下，致动器2-1也可以输出目标扭矩。
[0117] {2-1-8、中空管80}
[0118] 中空管80设置在马达轴26内部。此外，中空管80可以由输入侧盖70和输出侧盖72支撑。例如，安装在输入侧盖70和输出侧盖72上的轴承可以支撑中空管80。可替代地，输入侧盖70和输出侧盖72可以使用例如具有较小滑动阻力的树脂材料(诸如聚缩醛(POM)树脂)来形成，并且中空管80可以是金属的。在这种情况下，由于在输入侧盖70和输出侧盖72支撑中空管80时产生的摩擦变得非常小，所以可以实现与轴承相似的效果。此外，致动器2-1可以在马达轴26的轴向方向上更紧凑。
[0119] 此外，同轴电缆82可以设置在中空管80内部。在此，例如，同轴电缆82可以包括连接输入编码器40和输出编码器50的电缆、将输入编码器40、输出编码器50和扭矩传感器60中的每一个连接到外部设备(诸如主机或电源)的电缆等。作为示例，在中空管80内部设置有用于向输入编码器40、输出编码器50和扭矩传感器60供电的至少一条供电线路。此外，在中空管80内部设置有用于在输入编码器40、输出编码器50和扭矩传感器60中的每一个与外部设备(诸如主机)之间传递信号的至少一条信号线。
[0120] 应当注意，马达轴26的内部具有最小旋转半径(在致动器2-1中)，并且在马达轴26内部不存在其它部件。因此，如上所述，通过将中空管80设置在马达轴26内部，可以简化布线，并且可以实现马达20的多次旋转。例如，马达轴20中的间隙可以保持恒定。此外，由于马达轴26和电缆不会彼此接触，因此在致动器2-1内部不会产生无用的摩擦扭矩。此外，例如，输入编码器40、输出编码器50和扭矩传感器60中的每一个都可以通过一根电缆连接到主机。
[0121] <2-2、效果>
[0122] {2-2-1、效果1}
[0123] 如上所述，根据第一实施例的致动器2-1设有马达20和波动齿轮减速器10，马达20包括圆筒形转子24，波动齿轮减速器10包括网状发生器104，网状发生器104与马达轴26同轴并被包含在转子24中。因此，即使在致动器2-1紧凑时，也可以实现高输出。
[0124] 例如，与众所周知的技术相比，能够相对于致动器2-1(例如，马达磁体242等)的体积设置更大尺寸的马达20，或者使马达20的旋转半径变得更大。因此，由于所产生的磁通密度增大，所以即使在致动器2-1紧凑时也可以实现高输出。
[0125] {2-2-2、效果2}
[0126] 此外，致动器2-1设有非激励型制动器30。因此，在紧急情况下(例如，当切断电源时)，可以安全停止致动器2-1的输出。
[0127] {2-2-3、效果3}
[0128] 此外，输入编码器40或者输出编码器50可以设置在波动齿轮减速器10减速之前和之后的位置上，并且输入编码器40和输出编码器50可以是绝对编码器。因此，可以一直测量致动器2-1的输入侧上的绝对角度与致动器2-1的输出侧上的绝对角度之间的关系。
[0129] 例如，即使当电源停止时致动器2-1的输出侧因外力等的影响而移动时，在接通电源时可以立即掌控致动器2-1的输入侧上的绝对角度与致动器2-1的输出侧上的绝对角度之间的关系。因此，在通电时的归零操作就变得不必要了。
[0130] {2-2-4、效果4}
[0131] 此外，扭矩传感器60可以固定到波动齿轮减速器10的输出轴12。因此，能够实时测量输出扭矩。例如，在致动器2-1安装在机器人臂的关节上的情况下，能够在感测机器人臂的所有部件中的扭矩的同时给出扭矩命令。因此，即使在与人类相同的环境或复杂工作环境下，也可以实现安全的臂工作。
[0132] {2-2-5、效果5}
[0133] 此外，根据第一实施例，各个元件部(例如，波动齿轮减速器10、制动器30、输入编码器40、输出编码器50、扭矩传感器60等)可以在马达轴26的轴向方向上紧凑地设置。因此，例如，如图1所示，致动器2-1的横截面形状变成接近正方形的形状。因此，当致动器2-1安装在各种机器人系统上时，放宽了对致动器2-1的设置限制，使得致动器2-1可以安装在机器人系统的各个地方。例如，在致动器2-1安装在机器人臂的关节上的情况下，与众所周知的技术相比，不存在无用的凸起。因此，可以实现更紧凑的且重量更轻的机器人臂。
[0134] {2-2-6、效果6}
[0135] 此外，根据第一实施例，在马达20与波动齿轮减速器10之间、波动齿轮减速器10与制动器30之间以及制动器30与输入编码器40之间不会放置无用部件。例如，通过将所有其它部件组装成一个部件来配置致动器2-1。为此，可以减少同轴度的变化。因此，可以实现理想的齿轮啮合，并且可以实现平稳的扭矩传递。例如，可以实现扭矩波动较小的致动器。
[0136] {2-2-7、效果7}
[0137] 此外，根据第一实施例，可以共用或减少插设在元件部(波动齿轮减速器10、马达20、制动器30、输入编码器40、输出编码器50、扭矩传感器60等)之间的部件。为此，与众所周知的技术相比，致动器2-1可以使用更少的部件来配置。因此，可以实现制造成本更低且重量更轻的致动器。而且，还具有一些优点，诸如，降低驱动马达20时的噪音(例如，降低对外界的磁影响(泄漏磁通量等))、以及防止环境碎屑进入制动块等。
[0138] {2-2-8、效果8}
[0139] 此外，所有元件部均可以并入到致动器2-1中。也就是说，因为各元件部是单元化的，所以容易安装在各种机器人系统中。
[0140] <<3、第二实施例>>
[0141] 上面描述了第一实施例。接下来，将描述根据第二实施例的致动器2-2的配置。图6是图示致动器2-2的横截面的视图。更具体地，图6是图示致动器2-2沿着穿过马达轴26的中心轴线X并正交于马达轴26的轴向方向的平面切割的横截面的视图。此外，图7是图示致动器2-2的配置的分解透视图。应当注意，在下文中，省略了与第一实施例相同的内容的描述，并且只描述了与第一实施例不同的内容。
[0142] <3-1、波动齿轮减速器10>
[0143] 如图6和图7所示，在根据第二实施例的致动器2-2中，设置了比根据第一实施例的致动器2-1中的波动齿轮减速器更大的波动齿轮减速器10。这实现了更高的输出。
[0144] <3-2、制动器30>
[0145] 此外，如图6所示，根据第二实施例的制动器30的主体32的一部分被包含在转子24中。例如，如图6所示，以支撑件2420作为边界，波动齿轮减速器10在转子24的第一侧上被包含在转子24中。此外，以支撑件2420作为边界，在与第一侧相对的第二侧上，主体32的一部分被包含在转子24中。换言之，制动器30和波动齿轮减速器10形成嵌套结构。
[0146] 根据这种配置，致动器2-2可以在马达轴26的轴向方向上更紧凑(更薄)。
[0147] <<4、总结>>
[0148] 虽然上面参照附图详细描述了本公开的优选实施例，但是本公开不限于这些示例。显然，在权利要求书中所叙述的技术理念的范围内，本公开所属技术领域的普通技术人员可以构思各种修改和更正，并且应当理解，这些修改和更正也自然属于本公开的技术范围。
[0149] 此外，本说明书中描述的效果仅仅是说明性或示例性的，而非限制性的。也就是说，连同或者代替上述效果，根据本公开的技术可以从本说明书的描述表现出对本领域技术人员而言显而易见的其它效果。
[0150] 应当注意，以下配置也属于本公开的技术范围。
[0151] (1)
[0152] 一种致动器，该致动器设有：
[0153] 马达，该马达包括圆筒形转子；以及
[0154] 减速器，该减速器包括输入轴，该输入轴与马达的旋转轴同轴并被包含在转子中。
[0155] (2)
[0156] 根据上述(1)的致动器，
[0157] 其中，减速器具有圆筒形状，以及
[0158] 减速器进一步包括与马达的旋转轴同轴的输出轴。
[0159] (3)
[0160] 根据上述(2)的致动器，
[0161] 其中，马达进一步包括定子，以及
[0162] 致动器进一步设有支撑减速器和定子的外壳。
[0163] (4)
[0164] 根据上述(3)的致动器，
[0165] 其中，减速器包括
[0166] 圆筒形的第一外周表面，该圆筒形的第一外周表面被包含在转子中，以及[0167] 圆筒形的第二外周表面，该圆筒形的第二外周表面具有比第一外周表面的直径大的直径，
[0168] 第二外周表面由外壳支撑。
[0169] (5)
[0170] 根据上述(4)的致动器，该致动器进一步设有：
[0171] 第一轴承，该第一轴承由面向第二外周表面的内周表面支撑并且可旋转地支撑输出轴。
[0172] (6)
[0173] 根据上述(4)或(5)的致动器，
[0174] 其中，减速器包括波动齿轮减速器。
[0175] (7)
[0176] 根据上述(6)的致动器，
[0177] 其中，波动齿轮减速器包括
[0178] 网状发生器，该网状发生器是输入轴，以及
[0179] 柔性花键，该柔性花键是输出轴的一部分。
[0180] (8)
[0181] 根据上述(7)的致动器，该致动器进一步设有：
[0182] 第二轴承，该第二轴承被支撑在柔性花键内部并且可旋转地支撑马达的旋转轴。
[0183] (9)
[0184] 根据上述(3)至(8)中任一项的致动器，该致动器进一步设有：
[0185] 制动器，该制动器相对于马达设置在与减速器相对的一侧上，
[0186] 其中，该制动器包括
[0187] 固定主体，以及
[0188] 旋转部，该旋转部与马达的旋转轴同轴。
[0189] (10)
[0190] 根据上述(9)的致动器，该致动器进一步设有：
[0191] 第三轴承，该第三轴承由主体支撑并且可旋转地支撑马达的旋转轴。
[0192] (11)
[0193] 根据上述(9)或(10)的致动器，
[0194] 其中，制动器进一步包括
[0195] 移动器，该移动器位于主体与旋转部之间，
[0196] 弹性构件，该弹性构件配置为朝着旋转部向移动器施加弹力，该弹性构件固定到主体，以及
[0197] 电磁体，该电磁体在通电时将移动器吸向主体。
[0198] (12)
[0199] 根据(9)至(11)中任一项的致动器，
[0200] 其中，主体的一部分被包含在转子中。
[0201] (13)
[0202] 根据上述(12)的致动器，
[0203] 其中，转子包括支撑件，该支撑件包括与转子的延伸方向正交的平面并且支撑马达的旋转轴，
[0204] 以支撑件作为边界，减速器在转子的第一侧上被包含在转子中，以及[0205] 以支撑件作为边界，主体的一部分在与第一侧相对的第二侧上被包含在转子中。
[0206] (14)
[0207] 根据上述(2)至(13)中任一项的致动器，该致动器进一步设有：
[0208] 扭矩传感器，该扭矩传感器固定到输出轴并且根据输出轴的旋转测量扭矩。
[0209] (15)
[0210] 根据上述(14)的致动器，
[0211] 其中，扭矩传感器包括
[0212] 第一旋转体，该第一旋转体固定到输出轴，
[0213] 第二旋转体，
[0214] 变形部，该变形部固定到第一旋转体和第二旋转体，并且在第一旋转体与第二旋转体之间引起应变的同时传递旋转扭矩，以及
[0215] 测量单元，该测量单元根据变形部的应变来测量旋转扭矩。
[0216] (16)
[0217] 根据上述(14)或(15)的致动器，
[0218] 其中，马达的旋转轴是中空的，以及
[0219] 在马达的旋转轴内部设置有用于将扭矩传感器连接至外部设备的电缆。
[0220] (17)
[0221] 根据(9)至(13)中任一项的致动器，该致动器进一步设有：
[0222] 第一编码器，该第一编码器用于测量转子的旋转角；以及
[0223] 第二编码器，该第二编码器用于测量输出轴的旋转角。
[0224] (18)
[0225] 根据上述(17)的致动器，该致动器进一步设有：
[0226] 扭矩传感器，该扭矩传感器固定到输出轴并且根据输出轴的旋转测量扭矩，[0227] 其中，第一编码器相对于马达设置在制动器所在的一侧上，以及
[0228] 第二编码器设置在扭矩传感器与外壳之间。
[0229] (19)
[0230] 根据上述(17)或(18)的致动器，
[0231] 其中，马达的旋转轴是中空的，以及
[0232] 在马达的旋转轴内部设置有用于将第一编码器连接至第二编码器的电缆。
[0233] 附图标记列表
[0234] 2-1、2-2 致动器
[0235] 10 波动齿轮减速器
[0236] 12 输出轴
[0237] 14 交叉滚柱轴承
[0238] 16、38、108 轴承
[0239] 20 马达
[0240] 22 定子
[0241] 24 转子
[0242] 26 马达轴
[0243] 30 制动器
[0244] 32 主体
[0245] 34 旋转部
[0246] 36 移动器
[0247] 40 输入编码器
[0248] 42 输入编码器基板
[0249] 44 输入编码器盘
[0250] 50 输出编码器
[0251] 52 输出编码器基板
[0252] 54 输出编码器盘
[0253] 60 扭矩传感器
[0254] 62 扭矩传感器变形体
[0255] 64 扭矩传感器基板
[0256] 70 输入侧盖
[0257] 72 输出侧盖
[0258] 80 中空管
[0259] 90 外壳
[0260] 100 圆形花键
[0261] 102 柔性花键
[0262] 104 网状发生器
[0263] 106 椭圆部
[0264] 120 支架
[0265] 220 堆栈芯体
[0266] 222 马达线圈
[0267] 240 马达轭
[0268] 242 马达磁体
[0269] 320 电磁体
[0270] 420、520 磁场测量元件
[0271] 422 输入编码器支架
[0272] 424 输入编码器保持器
[0273] 430、630 螺钉
[0274] 620 第一旋转体
[0275] 622 变形部
[0276] 624 第二旋转体
[0277] 626 输出基板保持器
[0278] 1000 第一外周表面
[0279] 1002 第二外周表面
[0280] 1006 内周表面
[0281] 2420 支撑件。
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