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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine motorisierte Rolle,
wie beispielsweise auf eine Motorwalze und eine Motorrolle, die
bei einer Fördervorrichtung
oder ähnlichem
verwendet wird.
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2. Beschreibung der verwandten
Technik
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Verschiedene
motorisierte Rollen sind herkömmlicher
Weise vorgeschlagen worden. Eine solche Rolle hat einen Rollenkörper und
einen Motor, der in dem Rollenkörper
enthalten ist, und der Motor dreht den Rollenkörper. Diese Art einer motorisierten Rolle
wird, wie beispielsweise in 5 gezeigt,
als eine motorisierte Rolle MR verwendet, die an einer Fördervorrichtung 2 angeordnet
ist, um direkt ein Paket 4 zu fördern. In anderer Weise kann
die motorisierte Rolle, wie sie in 6 gezeigt
ist, als eine Motorrolle MP verwendet werden, um ein Packet 4 durch Anwendung
eines Riemens bzw. Förderbandes 6 zu fördern.
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7 veranschaulicht schematisch
eine seitliche Schnittansicht einer herkömmlichen bekannten motorisierten
Rolle 10 (es sei beispielsweise Bezug genommen auf die
offengelegte japanischen Patentveröffentlichung Nr. 1994-227630).
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Diese
motorisierte Rolle 10 weist einen Rollenkörper 11 aus
einem im wesentlichen zylindrischen Glied auf, weiter einen Motor 12 und
eine Reduktionsvorrichtung 13. Der Motor 12 und
die Reduktionsvorrichtung 13 sind in dem Innenraum des
Rollenkörpers 11 enthalten.
Beide Enden des Rollenkörpers 11 werden
drehbar durch ein Paar von ersten und zweiten Befestigungsbügeln 14 und 15 getragen. Der
Rollenkörper 11 ist
in seiner Umfangs richtung drehbar. Der Motor 12, der ein
Induktionsmotor ist, weist einen Stator 16 auf, der aus
einer Spule besteht, die um einen Eisenkern gewickelt ist, und einen käfigförmigen Rotor 17,
der koaxial in dem Innenraum des Stators 16 angeordnet
ist.
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Bei
der motorisierten Rolle 10 dreht sich eine Motorwelle 12A,
wenn der Motor 12 erregt wird, und die Reduktionsvorrichtung 13 verlangsamt
die Drehung der Motorwelle 12A. Eine verlangsamte Ausgabe
wird auf den Rollenkörper 11 übertragen,
so dass der Rollenkörper 11 sich
in seiner Umfangsrichtung dreht.
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Übrigens
ist es nötig,
die Antriebskraft der motorisierten Rolle 10 zu steigern,
wenn eine solche motorisierte Rolle 10 ein großes Packet
fördert.
Somit ist ein Hochleistungsinduktionsmotor als der Motor 12 eingesetzt.
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Bei
der herkömmlichen
bekannten motorisierten Rolle 10 tendiert jedoch die vom
Motor 12 und der Reduktionsvorrichtung 13 erzeugte
Wärme dazu, sich
im Rollenkörper 11 aufgrund
seiner Struktur anzusammeln, so dass es eine Grenze für die Reduktion
aufgrund eines Temperaturanstiegs gibt. Entsprechend wird, wenn
man einen Fall der Steigerung des Motors 12 um beispielsweise
0,1 Kilowatt oder mehr in Betracht zieht, um die Antriebskraft der
motorisierten Rolle 10 zu steigern, eine kontinuierliche
Betriebszeit eingeschränkt,
und daher begrenzt dies stark einen Betriebszeitplan. In einigen
Fällen
ist es nötig,
eine Schutzvorrichtung einzubauen, um zu verhindern, dass der Motor 12 verbrannt
wird.
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Aufgrund
der Einschränkungen
der Motorleistung und/oder der kontinuierliche Betriebszeit, beispielsweise
wenn man ein großes
Packet mit der Motorrolle MR fördert,
sind eine Vielzahl von Motorrollen MR mit niedriger Kapazität nötig, um
die gesamte Antriebskraft zu steigern. Somit gibt es ein Problem
bezüglich
der Steigerung der Kosten. Um ein großes Packet durch eine einzelne
Motorrolle MR zu fördern,
ist es nötig,
den Durchmesser des Motors zu vergrößern. Somit wird auch der Außendurchmesser
der Rolle vergrößert, so
dass es ein Problem dahingehend gibt, dass die Fördereinrichtung, wie beispielsweise
eine Fördervorrichtung
bzw. ein Förderband,
groß wird.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Im
Hinblick auf die vorangegangenen Probleme sehen verschiedene Ausführungsbeispiele
der Erfindung eine kompakte motorisierte Rolle mit niedrigen Kosten
vor. Die motorisierte Rolle kann in einem großen Temperaturbereich mit hoher
Zuverlässigkeit
verwendet werden und wird kontinuierlich mit hoher Leistung betrieben.
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Um
das vorangegangene Ziel zu erreichen weist eine motorisierte Rolle
gemäß eines
der verschiedenen Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung einen Rollenkörper und einen Motor auf, der
in dem Rollenkörper
enthalten ist, und wobei der Motor den Rollenkörper dreht, wobei der Motor
ein bürstenloser
Gleichstrommotor ist, und wobei ein Resolver als ein Magnetpolpositionsdetektor
des bürstenlosen
Gleichstrommotors eingebaut ist.
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Um
die herkömmlichen
Probleme zu lösen haben
die Erfinder die Anpassung des bürstenlosen Gleichstrommotors
als einen Motor für
die motorisierte Rolle in Betracht gezogen, der einen besseren Motorwirkungsgrad
hatte und ein größeres Startdrehmoment
erreichen konnte als ein Induktionsmotor. Ebenfalls haben die Erfinder
die Anpassung einer integrierten Hall-Schaltung als den Magnetpolpositionsdetektor
des bürstenlosen
Gleichstrommotors in Betracht gezogen.
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Die
Anpassung des bürstenlosen
Gleichstrommotors kann höhere
Leistung liefern. Die integrierte Hall-Schaltung ist jedoch empfindlich
für Wärme, und
daher ist ein verfügbarer
Temperaturbereich eingeschränkt.
Somit ist es schwierig, die herkömmlichen
Probleme zu lösen,
dass die Motorleistung und die kontinuierliche Betriebszeit eingeschränkt sind. Weiterhin
gibt es eine Grenze zur präzisen
Detektion eines Drehwinkels durch die integrierte Hall-Schaltung,
so dass die integrierte Hall-Schaltung nicht für eine Rück koppelungssteuerung mit hoher
Präzision geeignet
ist.
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Es
wurde auch die Anwendung eines Encoders bzw. Winkelmessers als der
Magnetpolpositionsdetektor in Betracht gezogen, jedoch ist der Encoder
empfindlicher auf Wärme
und Schwingungen als die integrierte Hall-Schaltung. Somit sind ein verfügbarer Temperaturbereich
und eine Anwendungsumgebung weiter eingeschränkt.
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Daher
wird der bürstenlose
Gleichstrommotor als der Motor bei den beispielhaften Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung verwendet. Ebenfalls ist der Resolver
als der Magnetpolpositionsdetektor des bürstenlosen Gleichstrommotors eingebaut.
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Da
der Resolver eine einfache Spulenstruktur hat und keine elektronische
Schaltung hat, ist der Resolver kompakt in seiner Größe und ist
in einem großen
Temperaturbereich mit hoher Zuverlässigkeit verfügbar. Entsprechend
kann die Kombination des bürstenlosen
Gleichstrommotors und des Resolvers die Vorteile des bürstenlosen
Gleichstrommotors maximieren. Der bürstenlose Gleichstrommotor
ist nämlich
in einem großen
Temperaturbereich mit hoher Zuverlässigkeit verfügbar, zusätzlich dazu,
dass er kompakt bemessen ist und kostengünstig ist. Es ist auch möglich, die
motorisierte Rolle zu erhalten, die kontinuierlich in einem Bereich
mit hoher Leistung arbeiten kann, wobei der Durchmesser der Rolle
125 mm oder weniger ist und die Kapazität des Motors 0,1 Kilowatt oder
mehr ist, obwohl der kontinuierliche Betrieb in dem Bereich mit
hoher Leistung üblicherweise
als unmöglich
angesehen worden ist.
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Verschiedene
beispielhafte Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung können
kompakte motorisierte Rollen mit niedrigen Kosten vorsehen. Die
motorisierte Rolle ist in dem großen Temperaturbereich mit hoher
Zuverlässigkeit
anwendbar und kann kontinuierlich mit hoher Leistung arbeiten.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Verschiedene
beispielhafte Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden im Detail mit Bezugnahme auf die
beigefügten
Zeichnungen beschrieben, in denen die Figuren folgendes darstellen:
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1 eine
seitliche Schnittansicht einer motorisierten Rolle gemäß einem
Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung;
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2 eine
teilweise vergrößerte Schnittansicht,
die eine Nachbarschaft eines Resolver das der motorisierten Rolle
der 1 zeigt;
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3 eine
Schnittansicht, die aus der Richtung des Pfeils III der 1 gesehen
ist;
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4 eine
Schnittansicht, die aus einer Richtung des Pfeils IV der 1 gesehen
ist;
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5 eine
schematische Frontansicht, bei der eine motorisierte Rolle als eine
Motorrolle eingesetzt wird;
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6 eine
schematische Frontansicht, bei der eine motorisierte Rolle auf eine
Motorlaufrolle angewandt wird; und
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7 eine
seitliche Schnittansicht, die eine herkömmliche motorisierte Rolle
zeigt.
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Detaillierte
Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
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Verschiedene
beispielhafte Ausführungsbeispiele
dieser Erfindung werden im folgenden im Detail mit Bezug auf die
Zeichnungen beschrieben.
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Die 1 und 2 zeigen
eine motorisierte Rolle 100 gemäß eines Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung. 1 ist eine
seitliche Schnittansicht der motorisierten Rolle 100 entsprechend
der einen, die in 6 gezeigt ist, und 2 ist
eine beispielhafte vergrößerte Schnittansicht
der 1. Die 3 und 4 sind Schnittansichten, die
aus Richtungen der Pfeile III und IV jeweils in 1 gesehen
sind.
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Ein
Rollenkörper 102 der
motorisierten Rolle 100 besteht aus einem im wesentlichen
zylindrischen Glied. Ein Motor 104 und eine Reduktionsvorrichtung (Reduktionsgetriebe) 106 sind
in dem Innenraum des Rollenkörpers 102 enthalten.
Lager 112 und 114 sind an beiden Enden 102A und 102B des
Rollenkörpers 102 angeordnet,
und zwar mit dazwischen angeordneten ringförmigen Gliedern 108 bzw. 110.
Ein Paar von ersten und zweiten Befestigungsbügeln 116 und 118 wird
drehbar mit Bezug zu dem Rollenkörper 102 mit
den dazwischen angeordneten Lagern 112 bzw. 114 getragen.
Anders gesagt ist der Rollenkörper 102 in
seiner Umfangsrichtung um das Paar von ersten und zweiten Befestigungsbügeln 116 und 118 drehbar.
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Jeder
der ersten und zweiten Befestigungsbügel 116 und 118 ist
ein ungefähr
scheibenförmiges Glied.
Die ersten und zweiten Befestigungsbügel 116 und 118 wirken
als herkömmliche
Rollenabdeckungen, um beide Enden 102A und 102B des
Rollenkörpers 102 zu
schließen.
Die ersten und zweiten Befestigungsbügel 116 und 118 sind,
wie in den 3 und 4 gezeigt,
mit Befestigungswellen 116a bzw. 118a versehen.
Jede der Befestigungswellen 116a und 118a steht
in axialer Richtung vor. Die ersten und zweiten Befestigungsbügel 116 und 118 sind
an einem externen Glied befestigt, wie beispielsweise an einem Fördervorrichtungsrahmen,
und zwar über
die Befestigungswellen 116a und 118a. Durchgangslöcher 116e bis 116h und 118e bis 118h sind
in den ersten und zweiten Befestigungsbügeln 116 bzw. 118 geformt,
um die Innenseite des Rollenkörpers 102 nach
außen
zu ventilieren. Von den vier Durchgangslöchern 116e bis 116h,
die in dem ersten Befestigungsbügel 116 ausgeformt
sind, wird die mit dem Motor 104 verbundene Motorverdrahtung 120 in
das Durchgangsloch 116e eingesetzt.
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Wenn
man wieder zurück
zu 1 geht, ist ein Rahmenabschnitt 116j an
einem Ende des ersten Befestigungsbügels 116 vorgesehen
(an der Seite der Mitte des Rollenkörpers 102). Der Rahmenabschnitt 116j stellt
einen Kontakt mit einer Endstirnseite 112a des Lagers 112 her.
Ein Seegering bzw. Schnappring 113 ist in dem anderen Ende
des ersten Befestigungsbügels 116 eingepasst,
und der Schnappring bzw. Seegering 113 stellt einen Kontakt mit
einer Endstirnseite 112b des Lagers 112 her. Anders
gesagt regelt das Lager 112 die Bewegung des ersten Befestigungsbügels 116 in
axialer Richtung.
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Andererseits
ist ein Ende des zweiten Befestigungsbügels 118 (auf der
Seite der Mitte des Rollenkörpers 102)
mit einem Rahmenabschnitt 118j versehen. Der Rahmenabschnitt 118j stellt
einen Kontakt mit einer Endstirnfläche 114a des Lagers 114 her.
Ein Schnappring bzw. Seegering 115 ist in das andere Ende
des zweiten Befestigungsbügels 118 eingepasst,
und der Schnappring bzw. Seegering 115 stellt einen Kontakt
mit einer Endstirnseite 114b des Lagers 114 her.
Anders gesagt regelt das Lager 114 die Bewegung des zweiten
Befestigungsbügels 118 in
seiner axialen Richtung.
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Der
Motor 104 ist ein bürstenloser
Gleichstrommotor. Der "bürstenlose
Gleichstrommotor" bezeichnet
einen synchronen Motor mit Permanentmagneten, der einen Magnetpolpositionsdetektor
benötigt.
Beide Enden einer Motorwelle 104A des Motors 104 werden
drehbar von einem Paar von Lagern 124 und 126 getragen,
die in dem Motorgehäuse 122 eingebaut
sind. Ein Ende (eine linke Seite in den Zeichnungen) der Motorwelle 104A,
welches sich weiter von dem Lager 126 erstreckt und vorsteht,
wobei eine Seite davon unterstützt
ist, wird als eine Eingangswelle 128 der Reduktionsvorrichtung 106 als solches
verwendet.
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Wie
in der vergrößerten Ansicht
der 2 gezeigt, sind andererseits eine Bremse 130 zum
Abbremsen der Motorwelle 104A, ein Resolver (Magnetpolpositionsdetektor) 132 zum
detektieren einer Magnetpolposition der Motorwelle 104A und
ein Luftkühlungsventilator 134,
der zusammen mit der Motorwelle 104A drehbar ist, an einem
Ende der Motorwelle 104A angeordnet (auf der rechten Seite
in der Zeichnungen). Ein Motorgehäuse 122 des Motors 104,
die Bremse 130 und eine Ventilatorabdeckung 136 des
Luftkühlungsventilators 134 sind
integral mit einer Vielzahl von Schrauben 138 verbunden
(wobei nur ein Teil von ihnen veranschaulicht ist).
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Die
Bremse 130 weist eine ringförmige Erregungsspule 140 auf,
die mit dem Motorgehäuse 122 verbunden
ist und daran befestigt ist, weiter einen ersten Bremsschuh 142,
der an der Erregungsspule 140 befestigt ist, einen zweiten
Bremsschuh 144, der verschiebbar zwischen der Erregungsspule 140 und dem
ersten Bremsschuh 142 angeordnet ist, und einem Bremsring 146,
der zwischen den ersten und zweiten Bremsschuhen 142 und 144 angeordnet
ist und integral mit der Motorwelle 104A drehbar ist.
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Wenn
die Erregungsspule 140 erregt ist, wird der zweiten Bremsschuh 144 zu
der Erregungsspule 140 hingezogen, und die ersten und zweiten
Bremsschuhe 142 und 144 trennen sich vom Bremsring 146,
so dass die Motorwelle 104a nicht gebremst wird. Wenn die
Erregungsspule 140 nicht erregt ist, wird andererseits
der zweiten Bremsschuh 144 gegen den Bremsring 146 gepresst.
Als eine Folge wird der Bremsring 146 sandwichartig zwischen
den ersten und zweiten Bremsschuhen 142 und 144 aufgenommen,
und daher wird die Motorwelle 104A abgebremst.
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Der
Resolver 132 weist einen Rotor 148 auf, der koaxial
an dem Außenumfang
der Motorwelle 104A befestigt ist, und einen im wesentlichen
ringförmigen
Stator 150, der an dem Außenumfang des Rotors 148 angeordnet
ist. Der Stator 150 wird von einem Statorhalter (Tragglied) 152 getragen,
der aus Aluminium gemacht ist (einem unmagnetischen Material).
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Eine
Spule 153, die eine Erregungsspule und zwei Paare von Ausgangsspulen
aufweist, ist um den Stator 150 gewickelt. Der Resolver 132 detektiert
den Drehwinkel der Motorwelle 104A durch Detektion der Phasendifferenz
zwischen zweiphasigen Ausgangsspannungen (der Ausgangsspulen) mit
Bezug zu einer Erregungsspannung (der Erregungsspule).
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Wenn
man zurück
zu 1 geht, ist die in diesem beispielhaften Ausführungsbeispiel
angepasste Reduktionsvorrichtung die so genannte oszillierende Planetengetriebereduktionsvorrichtung
mit innerem Getriebekörper.
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Diese
Reduktionsvorrichtung 106 hat eine Eingangswelle 128 (ein
Ende der Motorwelle 104A), ein außen verzahntes Zahnrad 156,
ein innen verzahntes Zahnrad bzw. Hohlrad 158, welches
innen mit dem außen
verzahnten Zahnrad 156 in Eingriff steht, und einer oszillierenden
Welle 160, die mit dem außen verzahnten Zahnrad 156 verbunden
ist. Das außen
verzahnte Zahnrad 156 ist an dem Außenumfang der Eingangswelle 128 über ein
exzentrisches Glied 154 angebracht, und ist exzentrisch
und oszillierend mit Bezug auf die Eingangswelle 128 drehbar. Die
oszillierende Welle 160, die eine oszillierende Komponente
des außen
verzahnten Zahnrades 156 aufnimmt, kann Motorleistung an
einen Basisrotor 162 übertragen.
Der Basisrotor 162, der mit dem Rollenkörper 102 integriert
ist, kann den Rollenkörper 102 drehen.
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Als
nächstes
wird der Betrieb der motorisierten Rolle 100 gemäß diesem
beispielhaften Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Wenn
die Motorwelle 104A (= Eingangswelle 128) des
Motors 104 sich um 360 Grad dreht, oszilliert das außen verzahnte
Zahnrad 156 exzentrisch nur einmal um die Eingangswelle 128 durch
das exzentrische Glied 154. Aufgrund dieser exzentrischen Oszillationen
verschiebt sich die (innere) Eingriffspositionen zwischen dem innen
verzahnten Zahnrad 158 und dem außen verzahnten Zahnrad 156 aufeinanderfolgend
und ergibt eine Drehung. Da die Anzahl der Zähne des außen verzahnten Zahnrades 156 geringer
als die Anzahl der Zähne
des innen verzahnten Zahnrades 158 ist, und zwar um N (N
= 1 in diesem beispielhaften Ausführungsbeispiel) verschiebt
sich eine Phase des außen
verzahnten Zahnrades 156 um "die Differenz der Anzahl der Zähne N'' mit Bezug zum innen verzahnten Zahnrad 158.
In diesem beispielhaften Ausführungsbeispiel
jedoch ist das außen
verzahnte Zahnrad 156 mit dem Basisrotor 162 durch
die oszillierende Welle 160 verbunden. Somit wird die oszillierende
Komponente des außen
verzahnten Zahnrades 156 durch die oszillierende Welle 160 aufgenommen,
so dass nur eine Drehungskomponente aufgrund der Phasendifferenz
auf den Basisrotor 162 als Drehzahlreduktionsdrehung übertragen
wird. Weiterhin wird die Drehzahlreduktionsdrehung auf den Rollenkörper 102 übertragen.
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Bei
der motorisierten Rolle 100 gemäß des beispielhaften Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung ist der Motor 104 der bürstenlose Gleichstrommotor,
und der Resolver 132 ist als Magnetpolpositionsdetektor
des bürstenlosen
Gleichstrommotors eingebaut. Somit kann die motorisierte Rolle in
einem großen
Temperaturbereich mit hoher Zuverlässigkeit verwendet werden,
obwohl die motorisierte Rolle eine kompakte Größe aufweist und mit geringen
Kosten hergestellt ist. Als eine Folge ist es möglich, eine motorisierte Hochleistungsrolle
vorzusehen, bei der der Durchmesser des Rollenkörpers 102 125 mm oder
weniger ist, und wobei der Motor 104 eine Kapazität von 0,1
Kilowatt oder mehr hat.
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Da
der Statorhalter 152 (Tragglied) zum Tragen des Stators 150 des
Resolvers 132 aus Aluminium (unmagnetisches Material) gemacht
ist, ist es möglich,
den Drehwinkel der Motorwelle 104A mit größter Präzision zu
detektieren. Anders gesagt weist die motorisierte Rolle 100 die
Bremse 130 mit der Erregungsspule 140 auf, so
dass es eine Möglichkeit
gibt, dass die Motorwelle 104A, die Bremse 130 und
der Resolver 132 einen magnetischen Kreis bilden, und die
Detektionspräzision
des Resolvers 132 verringert wird. Jedoch ist es möglich, eine
Verringerung der Detektionspräzision
des Resolvers 132 zu verhindern, weil der Statorhalter 152,
der aus dem nicht magnetischen Material gemacht ist, zwischen der
Bremse 130 und dem Resolver 132 angeordnet ist.
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In
dem vorangegangenen beispielhaften Ausführungsbeispiel wird der Stator 150 von
dem Statorhalter 152 getragen, der aus Aluminium gemacht
ist, jedoch kann der Stator 150 von einem Tragglied getragen
werden, welches aus einem nicht magnetischen Material außer Aluminium
gemacht ist, oder kann von einem anderen Glied getragen werden.
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Die
Struktur, die Form und so weiter von einer motorisierten Rolle gemäß verschiedenen
beispielhaften Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung sind nämlich nicht nur jene der motorisierten
Rolle 100 gemäß des vo rangegangenen
beispielhaften Ausführungsbeispiels
sondern auch die motorisierte Rolle, die eine Struktur, Form usw.
aufweist, die veränderbar
sind, solange einen Motor der bürstenlose
Gleichstrommotor ist, und solange der Resolver als der Magnetpolpositionsdetektor
des bürstenlosen
Gleichstrommotors eingebaut ist.
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Die
motorisierte Rolle gemäß verschiedener beispielhafter
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung ist auf den Gebieten einer motorisierten
Umlenkrolle, einer Motorrolle usw. anwendbar, die in einer Fördervorrichtung
und ähnlichem
verwendet werden.
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Die
Offenbarung der japanischen Patentanmeldung Nr. 2003-390152, eingereicht
am 20. November 2003, einschließlich
der Beschreibung, der Zeichnungen und der Ansprüche wird hier durch Bezugnahme
in ihrer Gesamtheit mit aufgenommen.