DE102005018784B4

DE102005018784B4 - Betätiger mit Wellengetriebe-Untersetzungsmechanismus

Info

Publication number: DE102005018784B4
Application number: DE102005018784.6A
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Tanioka; Kiyoto Kobayashi
Original assignee: Harmonic Drive Systems Inc
Current assignee: Harmonic Drive Systems Inc
Priority date: 2004-04-23
Filing date: 2005-04-22
Publication date: 2016-11-03
Anticipated expiration: 2025-04-23
Also published as: US7213487B2; JP4401229B2; JP2005312223A; DE102005018784A1; US20050235774A1

Abstract

Betätiger (1) mit einem Motor (2) und einem Wellengetriebe-Untersetzungsmechanismus (3) in koaxialer Anordnung und mit einem Codierer (5), der auf einer Ausgangswelle (4) des Motors (2) angebracht ist, wobei: der Wellengetriebe-Untersetzungsmechanismus (3) ein ringförmiges, starres innenverzahntes Zahnrad (33), ein flexibles außenverzahntes Zahnrad (34) sowie einen Wellengenerator (35) aufweist, der das flexible außenverzahnte Zahnrad (34) dazu veranlasst, sich in Radialrichtung zu biegen sowie mit dem starren innenverzahnten Zahnrad (33) in Eingriff zu treten, wobei er die Eingriffspositionen der Zahnräder in Umfangsrichtung bewegt und wobei die Ausgangswelle (4) mit dem Wellengenerator (35) koaxial verbunden ist; das flexible außenverzahnte Zahnrad (34) einen zylindrischen Körperbereich (34a), eine Membran (34b), die von dem einen Ende des zylindrischen Körperbereichs (34a) radial nach außen breiter wird, eine ringförmige Verdickung (34c), die in integraler Weise an einem Außenumfangsrand der Membran (34b) ausgebildet ist, sowie eine Außenverzahnung (34d) aufweist, die auf einer Außenumfangsfläche an dem anderen Ende des zylindrischen Körperbereichs (34a) ausgebildet ist; und wobei es sich bei dem Codierer um einen magnetischen Codierer (5) handelt, der auf der Ausgangswelle (4) auf einem Wellenbereich (4a) angebracht ist, der im Inneren des zylindrischen Körperbereichs (34a) koaxial angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Betätiger, der mit einem Motor und einem Wellengetriebe-Untersetzungsmechanismus versehen ist, und betrifft im Spezielleren einen Betätiger, der mit einem Codierer zum Erfassen der Rotationsgeschwindigkeit oder dergleichen einer Ausgangswelle des Motors versehen ist.
Ein Wellengetriebe-Untersetzungsmechanismus weist ein starres, ringförmiges Innenzahnrad bzw. innenverzahntes Zahnrad, ein flexibles Außenzahnrad bzw. außenverzahntes Zahnrad sowie einen Wellengenerator auf, der das flexible außenverzahnte Zahnrad veranlasst, sich in Radialrichtung zu biegen sowie mit dem starren innenverzahnten Zahnrad in Eingriff zu treten, wobei er die Eingriffspositionen der beiden Zahnräder in Umfangsrichtung bewegt bzw. verlagert. Bei einem Betätiger, der mit einem Wellengetriebe-Untersetzungsmechanismus ausgestattet ist, ist eine Ausgangswelle eines Motors mit dem Wellengenerator koaxial verbunden, und in Abhängigkeit von der Differenz in der Anzahl der Zähne der beiden Zahnräder, d. h. des starren innenverzahnten Zahnrads oder des flexiblen außenverzahnten Zahnrads, erfolgt die Abgabe beträchtlich untersetzter Rotationsbewegungen.
Bei einem Betätiger mit dieser Konfiguration ist ein optischer Codierer auf der Motor-Ausgangswelle angebracht, und eine Motorantriebssteuerung erfolgt auf der Basis von dessen Ausgangssignalen, wie dies z. B. in der JP-A-2002-243000 offenbart ist. Der optische Codierer ist auf einem Endbereich der Motor-Ausgangswelle koaxial angebracht, d. h. an einem Endbereich des Motors auf einer Seite gegenüber der Seite, an der der Untersetzungsmechanismus angeschlossen ist.
Bei einem Betätiger mit Wellengetriebe-Untersetzungsmechanismus gemäß dem Stand der Technik sind somit ein Wellengetriebe-Untersetzungsmechanismus, ein Motor und ein optischer Codierer in dieser Reihenfolge koaxial angeordnet. Da diese Elemente entlang der Axialrichtung des Betätigers koaxial angeordnet sind, nimmt die Gesamtlänge des Betätigers zu, und es treten Fälle auf, in denen ein Montageplatz nicht sichergestellt werden kann.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit in der Schaffung eines Betätigers mit einem Wellengetriebe-Untersetzungsmechanismus, bei dem eine Reduzierung der Gesamtlänge des Betätigers möglich ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die vorstehend genannte Aufgabe gelöst durch einen Betätiger mit einem Motor und einem Wellengetriebe-Untersetzungsmechanismus in koaxialer Anordnung und mit einem Codierer, der auf einer Ausgangswelle des Motors angebracht ist, wobei:
der Wellengetriebe-Untersetzungsmechanismus ein ringförmiges, starres innenverzahntes Zahnrad, ein flexibles außenverzahntes Zahnrad sowie einen Wellengenerator aufweist, der das flexible außenverzahnte Zahnrad dazu veranlasst, sich in Radialrichtung zu biegen sowie mit dem starren innenverzahnten Zahnrad in Eingriff zu treten, wobei er die Eingriffspositionen der Zahnräder in Umfangsrichtung bewegt und wobei die Ausgangswelle mit dem Wellengenerator koaxial verbunden ist;
das flexible außenverzahnte Zahnrad einen zylindrischen Körperbereich, eine Membran, die von dem einen Ende des zylindrischen Körperbereichs radial nach außen breiter wird, eine ringförmige Verdickung, die in integraler Weise an einem Außenumfangsrand der Membran ausgebildet ist, sowie eine Außenverzahnung aufweist, die auf einer Außenumfangsfläche an dem anderen Ende des zylindrischen Körperbereichs ausgebildet ist; und wobei
es sich bei dem Codierer um einen magnetischen Codierer handelt, der auf der Ausgangswelle auf einem Wellenbereich angebracht ist, der im Inneren des zylindrischen Körperbereichs koaxial angeordnet ist.
Bei dem mit Wellengetriebe-Untersetzungsmechanismus versehenen Betätiger gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Codierer auf dem Motorausgangswellenbereich angebracht, der im Inneren des zylindrischen Körperbereichs in dem flexiblen außenverzahnten Zahnrad des Wellengetriebe-Untersetzungsmechanismus koaxial angeordnet ist. Die Gesamtlänge des Betätigers kann um einen Betrag vermindert werden, der gleich einer Wellenlänge des Codierers ist, und zwar unter Nutzung eines Raums im Innenen des zylindrischen Körperbereichs als Raum zum Anordnen des Codierers. Das Innere des zylindrischen Körperbereichs wird üblicherweise mit Öl geschmiert, wobei bei Anbringung des optischen Codierers das lichtemittierende Element, Fotoelement oder dergleichen durch das Schmieröl verunreinigt wird, so dass es unmöglich wird, ein angemessenes Ausgangssignal zu erhalten und auch andere Nachteile verursacht werden. Da jedoch bei der vorliegenden Erfindung ein magnetischer Codierer angebracht ist, der unempfindlich gegenüber Öl und anderen Verschmutzungen ist, lässt sich das vorstehend geschilderte Problem vermeiden.
Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im Folgenden anhand der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels noch deutlicher.
Die als einzige Zeichnungsfigur beigefügte 1 zeigt eine schematische Konstruktionsdarstellung eines Betätigers gemäß der vorliegenden Erfindung.
Im folgenden wird ein Beispiel eines Betätigers mit einem WellengetriebeUntersetzungsmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die zeichnerische Darstellung beschrieben. 1 zeigt eine schematische Darstellung des Betätigers gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. Ein Betätiger 1 beinhaltet einen Motor 2, einen Wellengetriebe-Untersetzungsmechanismus (HD) 3, der koaxial angeordnet und mit der vorderen Fläche des Motors fest verbunden ist, sowie einen magnetischen Codierer 5 zum Erzielen von rotationsmäßiger Information hinsichtlich einer Ausgangswelle 4 des Motors 2.
Der Motor 2 weist ein zylindrisches Motorgehäuse 21 sowie einen an einem vorderen Ende von diesem angebrachten Befestigungsflansch 22 auf, und die Ausgangswelle 4 ragt von einem Zentrum des Befestigungsflansches 22 koaxial nach vorne. Der Wellengetriebe-Untersetzungsmechanismus 3 besitzt ein zylindrisches Untersetzungsgetriebegehäuse 31, ein ringförmiges, starres innenverzahntes Zahnrad 33, das über ein Kreuzrollenlager 32 im Inneneren des Untersetzungsgetriebegehäuses 31 koaxial drehbar gehaltert ist, ein flexibles außenverzahntes Zahnrad 34, das im Inneren des starren innenverzahnten Zahnrads 33 koaxial angeordnet ist, sowie einen ellipsenförmig ausgebildeten Wellengenerator 35, der in das flexible außenverzahnte Zahnrad 34 eingepasst ist.
Das Untersetzungsgetriebegehäuse 31 wirkt gleichzeitig als Außenring des Kreuzrollenlagers 32, und eine Lauffläche 32a ist auf einer Innenumfangsfläche des Untersetzungsgetriebegehäuses 31 gebildet. Das starre innenverzahnte Zahnrad 33 wirkt gleichzeitig als Innenring des Kreuzrollenlagers 32, wobei eine Lauffläche 32b auf einer Außenumfangsfläche des starren innenverzahnten Zahnrads 33 gebildet ist. Eine Einbringöffnung zum Einbringen von Rollen 32c des Kreuzrollenlagers 32 ist durch einen Stopfen 32d verschlossen, wobei der Stopfen 32d mittels eines Bolzens 32e an dem starren innenverzahnten Zahnrad 33 befestigt und fixiert ist.
Das flexible außenverzahnte Zahnrad 34 weist einen zylindrischen Körperbereich 34a, eine ringförmige Membran 34b, die von einen Ende an einer rückwärtigen Endseite in dem zylindrischen Körperbereichs 34a radial nach außen breiter wird, eine ringförmige Verdickung 34c, die an einem äußeren Umfangsrand der Membran 34b in kontinuierlicher Weise ausgebildet ist, sowie eine Außenverzahnung 34d auf, die auf einer Außenumfangsfläche an einem offenen Ende an einer Vorderseite des zylindrischen Körperbereichs 34a ausgebildet ist. Die Verdickung 34c ist in horizontaler Richtung sandwichartig zwischen dem Untersetzungsgetriebegehäuse 31 und dem Befestigungsflansch 22 angeordnet, wobei sie in diesem Zustand mittels einer Befestigungsschraube (nicht gezeigt) festgelegt ist.
Die Ausgangswelle 4 des Motors ist von der rückwärtigen Endseite des zylindrischen Körperbereichs 34a des flexiblen außenverzahnten Zahnrads 34 her koaxial eingeführt und mit dem Wellengenerator 35 fest verbunden, der in die vordere Endseite des zylindrischen Körperbereichs 34a eingepasst ist. Der magnetische Codierer 5 ist auf einem Wellenbereich 4a der Ausgangswelle 4 angebracht, der im Inneren des zylindrischen Körperbereichs 34a positioniert ist.
Bei dem Betätiger 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der tote Raum im Inneren des zylindrischen Körperbereichs 34a in dem flexiblen außenverzahnten Zahnrad 34 des Wellengetriebe-Untersetzungsmechanismus 3 als Raum zum Anordnen des magnetischen Codierers 5 genutzt. Die Gesamtlänge des Betätigers 1 wird somit nicht um den Betrag vergrößert, der der axialen Länge des magnetischen Codierers 5 entspricht, wie dies der Fall bei koaxialer Anbringung des magnetischen Codierers 5 an dem hinteren Endbereich des Motors 2 der Fall wäre. Auf diese Weise kann ein mit einem Wellengetriebe-Untersetzungsmechanismus 3 versehener Betätiger 1 mit geringer Gesamtlänge realisiert werden.
Das Innere des Wellengetriebe-Untersetzungsmechanismus 3 wird mit Schmieröl geschmiert, wobei auch der magnetische Codierer 5, der im Inneren des zylindrischen Körperbereichs 34a angeordnet ist, dem Schmieröl ausgesetzt ist. Da jedoch der magnetische Codierer 5 im Vergleich zu dem herkömmlicherweise verwendeten optischen Codierer bestängig gegen Verschmutzung durch Öl und dergleichen ist, kann auch eine Beeinträchtigung der Ausgangssignale oder das Auftreten von anderen Nachteilen aufgrund einer Verschmutzung durch Öl verhindert werden.