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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Aktuator und eine Bremse.
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Beschreibung des Standes der Technik
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Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. H8-219194 offenbart eine elektromagnetische Reibungsbremse, bei der eine bewegliche Scheibe eine Zwischenscheibe einklemmt, um eine Bremskraft zu erzeugen, und wenn eine Spule energetisiert wird, wird die Einklemmung gelöst und die Bremskraft wird freigegeben. Die elektromagnetische Reibungsbremse der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. H8-219194 weist eine in einer Axialrichtung reduzierte Dicke auf, indem die bewegliche Scheibe, eine feste Scheibe und die Zwischenscheibe innerhalb der Spule angeordnet sind.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Bei der Bremse, die durch Energetisieren der Spule betrieben wird, erzeugt die Spule Wärme, wenn sie energetisiert wird. Daher gibt es eine Tendenz, dass ein Spulengehäuse vergrößert wird, um den Wärmedissipationseffekt zu verstärken.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Bremse, die dünn ist und die in einem normalen Temperaturbereich verwendet werden kann, und einen Aktuator mit einer solchen Bremse bereitzustellen.
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Der Aktuator gemäß der vorliegenden Erfindung enthält einen Motor, eine Bremse, ein Motorgehäuse, das einen Bestandteil des Motors aufnimmt, und ein Bremsgehäuse, das einen Bestandteil der Bremse aufnimmt, wobei das Motorgehäuse und das Bremsgehäuse miteinander verbunden sind, die Bremse einen Stator mit einer Spule und einem Spulengehäuse und eine Reibungsplatte enthält, ein minimaler Außendurchmesser des Spulengehäuses 70 mm oder weniger beträgt, und ein Wert, der erhalten wird, indem ein Abstand von einer ersten Endfläche der Reibungsplatte auf einer Seite, die in einer Axialrichtung am weitesten von dem Spulengehäuse entfernt ist, zu einer zweiten Endfläche des Spulengehäuses auf einer Seite, die der ersten Endfläche gegenüberliegt, durch den minimalen Außendurchmesser dividiert wird, 0,2 oder weniger beträgt.
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Die Bremse gemäß der vorliegenden Erfindung enthält einen Stator, der eine Spule und ein Spulengehäuse enthält, und eine Reibungsplatte, wobei ein minimaler Außendurchmesser des Spulengehäuses 70 mm oder weniger beträgt und ein Wert, der erhalten wird, indem ein Abstand von einer ersten Endfläche der Reibungsplatte auf einer Seite, die in einer Axialrichtung am weitesten von dem Spulengehäuse entfernt ist, zu einer zweiten Endfläche des Spulengehäuses auf einer Seite, die der ersten Endfläche gegenüberliegt, durch den minimalen Außendurchmesser des Spulengehäuses dividiert wird, 0,2 oder weniger beträgt.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Bremse, die dünn ist und die in dem normalen Temperaturbereich verwendet werden kann, und den Aktuator mit der Bremse bereitzustellen.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Querschnittsansicht, die einen Aktuator gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
- 2A ist eine Ansicht einer Bremse gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von einer Seite einer befestigten Reibungsplatte aus gesehen, und 2B ist eine Ansicht von einer Seite eines Spulengehäuses aus gesehen.
- 3A ist eine Schnittansicht entlang Linie A-A, und 3B ist eine Schnittansicht entlang Linie B-B in 2A.
- 4 ist ein Diagramm, das einen kooperativen Roboter darstellt, der mit dem Aktuator der Ausführungsform ausgestattet ist.
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GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Nachstehend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen detailliert beschrieben.
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1 ist eine Querschnittsansicht, die einen Aktuator gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Nachstehend wird eine Richtung entlang einer Mittelachse O1 als eine Axialrichtung bezeichnet, eine Richtung senkrecht zu der Mittelachse O1 wird als eine Radialrichtung bezeichnet, und eine Drehrichtung, die auf die Mittelachse O1 zentriert ist, wird als eine Umfangsrichtung bezeichnet. Die Mittelachse O1 ist die Drehmittelachse eines Wellenabschnitts 16c eines Abtriebselements 16 und einer Rotorwelle 13. Darüber hinaus wird eine Seite, auf der sich das Abtriebselement 16 befindet (linke Seite in 1), in der Axialrichtung als eine Abtriebsseite bezeichnet, und eine dazu gegenüberliegende Seite (rechte Seite in 1) wird als eine Gegenabtriebsseite oder eine Antriebsseite bezeichnet.
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Ein Aktuator 1 der vorliegenden Ausführungsform ist eine Vorrichtung, die Drehkraft ausgibt, und ist mit einem Gehäuse 11, das mit einem Lagerelement 201 außerhalb der Vorrichtung verbunden ist, einem Motor (Elektromotor) 12 zum Erzeugen von Drehkraft, einer Rotorwelle 13, die Drehmoment von dem Motor 12 empfängt, einer Bremse 14, die Bremskraft auf die Rotorwelle 13 ausüben kann, einem Drehzahlminderer 15, der eine Drehbewegung der Rotorwelle 13 reduziert, einem Abtriebselement 16, das die durch den Drehzahlminderer 15 verlangsamte Drehbewegung an die Außenseite der Vorrichtung (Gegenelement 202) ausgibt, einer Schaltungseinheit 17, an der eine elektrische Schaltung montiert ist, und einer Detektionseinheit 18, die die Drehung der Rotorwelle 13 und des Abtriebselements 16 detektiert, versehen. Die Schaltungseinheit 17 enthält eine Motorantriebsplatine, auf der eine Antriebsschaltung des Motors 12 montiert ist, und eine Kodiererplatine, auf der eine Detektionsschaltung der Detektionseinheit 18 montiert ist. Die Detektionseinheit 18 enthält einen antriebsseitigen Drehungsdetektor 18A zum Detektieren der Drehung der Rotorwelle 13 und einen abtriebsseitigen Drehungsdetektor 18B zum Detektieren der Drehung des Abtriebselements 16. Der Drehzahlminderer 15, der Motor 12, die Bremse 14, die Detektionseinheit 18 und die Schaltungseinheit 17 sind in dieser Reihenfolge von der Abtriebsseite zu der Gegenabtriebsseite nebeneinander angeordnet.
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Zwischen dem Gehäuse 11 und dem Drehwellenabschnitt (Rotorwelle 13, Wellengenerator 15a oder Wellenabschnitt 16c) sind ein Detektionseinheit-Aufnahmeraum W1 zum Aufnehmen des Bestandteils der Detektionseinheit 18, ein Bremse-Aufnahmeraum W2 zum Aufnehmen des Bestandteils der Bremse 14 und ein Motor-Aufnahmeraum W3 zum Aufnehmen des Bestandteils des Motors 12 vorgesehen. Der Aktuator 1 enthält ferner eine erste Sperrwand 31, die den Fluss von Fremdmaterial zwischen dem Detektionseinheit-Aufnahmeraum W1 und dem Bremse-Aufnahmeraum W2 sperrt, und enthält eine zweite Sperrwand 32, die den Fluss von Fremdmaterial zwischen dem Bremse-Aufnahmeraum W2 und dem Motor-Aufnahmeraum W3 sperrt.
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Das Gehäuse 11 ist aus hohlen rohrförmigen oder ringförmigen Elementen gefertigt, die miteinander verbunden sind. Das Gehäuse 11 enthält ein gegenabtriebsseitiges Gehäuse 11a, ein Platinengehäuse 11b, ein Relaisgehäuse 11c, ein Bremsgehäuse 11d, ein Motorgehäuse 11e, ein Relaisgehäuse 11f, ein Drehzahlminderergehäuse (Außenumfangsabschnitt des ersten Innenzahnrads 15d) und ein abtriebsseitiges Gehäuse 11g. Nachstehend wird ein spezifisches Konstruktionsbeispiel des Gehäuses 11 beschrieben, und das Gehäuse gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht auf dieses spezifische Beispiel beschränkt.
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Das gegenabtriebsseitige Gehäuse 11a deckt einen Umfang eines Endabschnitts des Wellenabschnitts 16c auf der Gegenabtriebsseite ab. Das gegenabtriebsseitige Gehäuse 11a enthält ein Durchgangsloch, das in der Axialrichtung durchdringt, und das Durchgangsloch des gegenabtriebsseitigen Gehäuses 11a kommuniziert mit einem Durchgangsloch des Wellenabschnitts 16c. Das gegenabtriebsseitige Gehäuse 11a steht in der Axialrichtung in Kontakt mit einem Außenring eines Lagers 21. Das gegenabtriebsseitige Gehäuse 11a ist mit dem Platinengehäuse 11b via eine Schraube (Verbindungselement) verbunden.
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Das Platinengehäuse 11b deckt die Schaltungseinheit 17 von der Radialrichtung und die Gegenabtriebsseite in der Axialrichtung ab, passt innen auf den Außenring des Lagers 21 und ist via eine Schraube mit dem Relaisgehäuse 11c verbunden.
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Das Relaisgehäuse 11c befindet sich in der Radialrichtung außerhalb der Detektionseinheit 18 und deckt die Detektionseinheit 18 von der Radialrichtung ab. Das Relaisgehäuse 11c ist mit dem Platinengehäuse 11b und dem Bremsgehäuse 11d via Schrauben verbunden. Das Relaisgehäuse 11c enthält einen Verdrahtungsaustritt 11c1 zum Austreten der Verdrahtung des Motors 12 und der Bremse 14 in einem Teil in der Umfangsrichtung.
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Das Bremsgehäuse 11d befindet sich in der Radialrichtung außerhalb der Bremse 14, deckt die Bremse 14 in der Radialrichtung ab und nimmt den Bestandteil der Bremse 14 auf. Das Bremsgehäuse 11d passt innen auf ein Spulengehäuse 14g und lagert dieses. Das Bremsgehäuse 11d enthält einen ringförmigen Vorsprungsabschnitt 11dt, der zu der der Gegenabtriebsseite vorsteht. Der ringförmige Vorsprungsabschnitt 11dt weist einen Durchmesser auf, der kleiner als der maximale Außendurchmesser des Bremsgehäuses 11d ist, und ist in das Relaisgehäuse 11c eingepasst (in Zapfenweise angepasst). Das Bremsgehäuse 11d enthält Flanschabschnitte 11d1 an mehreren Stellen in der Umfangsrichtung auf der Gegenabtriebsseite, und die Flanschabschnitte 11d1 sind via Schrauben mit dem Relaisgehäuse 11c verbunden. Darüber hinaus enthält das Bremsgehäuse 11d an mehreren Stellen in der Umfangsrichtung auf der Abtriebsseite Flanschabschnitte 11d2, und die Flanschabschnitte 11d2 sind via Schrauben mit dem Motorgehäuse 11e verbunden. Das Bremsgehäuse 11d ist mit mehreren Rippen 11d3 versehen, die an dem Außenumfangsabschnitt angeordnet sind, anders als die Flanschabschnitte 11d1 und 11d2. Jede der Rippen 11d3 erstreckt sich in der Radialrichtung und in der Umfangsrichtung. In den mehreren Rippen 11d3 sind Durchgangslöcher 11d4 und 11d5, durch die die Spitzen von Schrauben und Werkzeugen geführt werden, an Stellen bereitgestellt, die den Schraubenlöchern der Flanschabschnitte 11d1 und 11d2 entsprechen (Stellen, die die Schraubenlöcher überlappen, wenn die Schraubenlöcher in der Axialrichtung verlängert werden).
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Das Motorgehäuse 11e befindet sich in der Radialrichtung außerhalb des Motors 12, deckt den Motor 12 in der Radialrichtung ab und stützt ein Element an der befestigten Seite des Motors 12. Das Motorgehäuse 11e enthält einen ringförmigen Vorsprungsabschnitt 11et1, der zu der Gegenabtriebsseite vorsteht, und einen ringförmigen Vorsprungsabschnitt 11et2, der auf der Abtriebsseite vorsteht. Der ringförmige Vorsprungsabschnitt 11et1 auf der Gegenabtriebsseite weist einen Durchmesser auf, der kleiner als der maximale Außendurchmesser des Motorgehäuses 11e ist, und ist in das Bremsgehäuse 11d eingepasst (in Zapfenweise angepasst). Der ringförmige Vorsprungsabschnitt 11et2 auf der Abtriebsseite weist einen Durchmesser auf, der kleiner als der maximale Außendurchmesser des Motorgehäuses 11e ist, und ist in das Relaisgehäuse 11f eingepasst (in Zapfenweise angepasst). Das Motorgehäuse 11e enthält Flanschabschnitte 11e1 an mehreren Stellen in der Umfangsrichtung, und die Flanschabschnitte 11e1 sind via Schrauben mit dem Bremsgehäuse 11d und dem Relaisgehäuse 11f verbunden. Das Motorgehäuse 11e ist mit mehreren Rippen 11e2 versehen, die an dem Außenumfangsabschnitt angeordnet sind, anders als der Flanschabschnitt 11e1. Jede der Rippen 11e2 erstreckt sich in der Radialrichtung und in der Umfangsrichtung. Die Rippen 11e2 und die Rippen 11d3 des oben beschriebenen Bremsgehäuses 11d sind benachbart zueinander, und die Durchgangslöcher 11e3, durch die die Schrauben und die Werkzeuge geführt werden, sind an Positionen bereitgestellt, die mit den Durchgangslöchern 11d4 der Rippen 11d3 kontinuierlich sind (Positionen, die sich überlappen, wenn die Durchgangslöcher 11d4 verlängert werden) in den mehreren Rippen 11e2.
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Das Relaisgehäuse 11f deckt die Abtriebsseite des Motors 12 ab, und ein Außenring des Lagers 23, das auf der Gegenabtriebsseite des Drehzahlminderers 15 angeordnet ist, ist innen eingepasst. Das Relaisgehäuse 11f lagert den Wellengenerator 15a drehbar via das Lager 23. Das Relaisgehäuse 11f enthält einen Flanschabschnitt 11f1 in einer Position, die dem Flanschabschnitt 11e1 des benachbarten Motorgehäuses 11e entspricht, und die benachbarten Flanschabschnitte 11f1 und 11e1 sind via Schrauben miteinander verbunden. In den Flanschabschnitten 11f1 und 11e1 können ein Schraubenloch zum Verbinden des Relaisgehäuses 11f und des Motorgehäuses 11e und ein Schraubenloch zum Verbinden des Motorgehäuses 11e und des Bremsgehäuses 11d auf der Gegenausgangsseite davon koaxial angeordnet sein. Das Relaisgehäuse 11f ist ferner via eine Schraube mit dem Bestandteil (erstes Innenzahnrad 15d) des Drehzahlminderers 15 verbunden. Das Relaisgehäuse 11f enthält einen ringförmigen Vorsprungsabschnitt 11ft, der zu der Abtriebsseite vorsteht. Der ringförmige Vorsprungsabschnitt 11ft weist einen Durchmesser auf, der kleiner als der maximale Außendurchmesser des Relaisgehäuses 11f ist, und ist in das erste Innenzahnrad 15d eingepasst (in Zapfenweise angepasst).
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Der Außenumfangsabschnitt des ersten Innenzahnrads 15d fungiert als ein Drehzahlminderergehäuse und nimmt den Bestandteil des Drehzahlminderers 15 auf.
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Das abtriebsseitige Gehäuse 11g deckt das Abtriebselement 16 in der Radialrichtung an dem abtriebsseitigen Endabschnitt ab und passt innen an einen Außenring eines Lagers 22 und eine Dichtung 25. Das abtriebsseitige Gehäuse 11g lagert das Abtriebselement 16 drehbar via das Lager 22. Das abtriebsseitige Gehäuse 11g enthält einen Flanschabschnitt 11g1, der in der Radialrichtung überhängt, und der Flanschabschnitt 11g1 ist mit dem Bestandteil des Drehzahlminderers 15 (erstes Innenzahnrad 15d) via eine Schraube verbunden und ist ferner mit dem Lagerelement 201 via eine Schraube in einem Zustand verbunden, in dem das erste Innenzahnrad 15d gemeinsam befestigt ist. Das erste Innenzahnrad 15d enthält einen Abschnitt, der von dem zweiten Innenzahnrad 15e zu der Abtriebsseite hin überhängt, um die Außenseite des zweiten Innenzahnrades 15e in der Radialrichtung abzudecken, und dieser Abschnitt ist mit dem abtriebsseitigen Gehäuse 11g verbunden. Ein ringförmiger Vorsprungsabschnitt 15dt, der zu der Abtriebsseite vorsteht, ist an einem Abschnitt des ersten Innenzahnrads 15d vorgesehen, der zu der Abtriebsseite hin überhängt. Der ringförmige Vorsprungsabschnitt 15dt weist einen Durchmesser auf, der kleiner als der maximale Außendurchmesser des ersten Innenzahnrads 15d ist, und ist in das abtriebsseitige Gehäuse 11g eingepasst (in Zapfenweise angepasst). In dem Flanschabschnitt 11g1 des abtriebsseitigen Gehäuses 11g sind an mehreren verschiedenen Positionen in der Umfangsrichtung ein Schraubeneinführloch 11g5, das mit dem in den Bestandteilen des Drehzahlminderers 15 vorgesehenen Schraubenloch kommuniziert, und ein Schraubenloch 11g4, das mit dem in den Bestandteilen des Drehzahlminderers 15 vorgesehenen Schraubeneinführloch kommuniziert, enthalten. Durch Kombinieren der direkten Verbindung des abtriebsseitigen Gehäuses 11g und des ersten Innenzahnrades 15d via das Schraubeneinführloch 11g5 und der Verbindung des abtriebsseitigen Gehäuses 11g und des Lagerelementes 201, an dem das erste Innenzahnrad 15d gemeinsam befestigt ist, via das Schraubenloch 11g4, wird eine spezifizierte Verbindungsintensität zwischen dem abtriebsseitigen Gehäuse 11g und dem ersten Innenzahnrad 15d erzielt.
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Darüber hinaus enthält das abtriebsseitige Gehäuse 11g einen Positionierungsvorsprung (Ringabschnitt) 11g2, der in der Radialrichtung nach innen vorsteht und der eine Position des Lagers 22 in der Axialrichtung und eine Position der Dichtung 25 in der Axialrichtung bestimmt. Darüber hinaus enthält das abtriebsseitige Gehäuse 11g einen rohrförmigen Verlängerungsabschnitt 11g3, der sich in der Axialrichtung erstreckt und die Dichtung 25 aufnimmt. Der rohrförmige Verlängerungsabschnitt 11g3 erstreckt sich von dem Flanschabschnitt 11g1 auf der Abtriebsseite des Lagers 22 zu der Abtriebsseite.
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Das Abtriebselement 16 enthält Elemente 16a und 16b und einen Wellenabschnitt 16c, die miteinander verbunden sind, und ist via die Lager 21 und 22 drehbar durch das Gehäuse 11 gelagert. Das Abtriebselement 16 weist eine Hohlstruktur (hohle rohrförmige Form) auf. Ein Teil des Abtriebselements 16 ist auf der Abtriebsseite freiliegend, und ein freiliegender Abschnitt ist mit dem Gegenelement 202 verbunden. Insbesondere durchdringt der Wellenabschnitt 16c den Drehzahlminderer 15 und erstreckt sich bis zu der Gegenabtriebsseite, wo die Detektionseinheit 18 und die Schaltungseinheit 17 angeordnet sind. Ein Drehabschnitt 18Ba des abtriebsseitigen Drehdetektors 18B ist an dem Wellenabschnitt 16c befestigt. Der Wellenabschnitt 16c ist eng in das Element 16a auf der Abtriebsseite eingepasst. Das Element 16b ist via die Schraube mit einem zweiten Innenzahnrad 15e des Drehzahlminderers 15 verbunden und passt innen an einen Außenring eines Lagers 24 auf der Abtriebsseite des Drehzahlminderers 15. Das Element 16b führt die von dem Drehzahlminderer 15 verlangsamte Drehbewegung ein und lagert den Wellengenerator 15a via das Lager 24 drehbar.
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Das Element 16a ist auf der Abtriebsseite des Elements 16b angeordnet, passt innen an den Wellenabschnitt 16c und passt außen an einen Innenring des Lagers 22. Das Element 16a enthält ein Schraubeneinführloch 16a1, durch das der Wellenabschnitt der Schraube geführt wird und den Kopf der Schraube aufnimmt, und ein Schraubeneinführloch 16a2, durch das der Wellenabschnitt der Schraube hindurchgeht. Die Schraubeneinführlöcher 16a1 und 16a2 kommunizieren mit einem beliebigen von mehreren Schraubenlöchern 16b1 des angrenzenden Elements 16b. Das Element 16a ist direkt mit dem Element 16b via eine Schraube verbunden (vorübergehend befestigt), der in die Schraubeneinführlöcher 16a1 eingeführt ist. Darüber hinaus ist das Element 16a zwischen dem Gegenelement 202 und dem Element 16b via eine Schraube gemeinsam befestigt, der in das Schraubeneinführloch 16a2 eingeführt ist. Das heißt, das Gegenelement 202 ist mit dem Abtriebselement 16 via eine Schraube verbunden, der via das Schraubeneinführloch 16a2 in das Schraubenloch des Elements 16b geschraubt wird. Das Element 16a erzielt eine spezifizierte Verbindungsintensität mit dem Element 16b via die direkte Verbindung mit dem Element 16b (Verbindung via 4 Schrauben mit unterschiedlichen Positionen in der Umfangsrichtung) und die zwischen dem Element 16b und dem Gegenelement 202 eingefügte gemeinsame Befestigung (Verbindung via 8 Schrauben mit unterschiedlichen Positionen in der Umfangsrichtung).
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Das Element 16a enthält einen rohrförmigen Abschnitt 16a3, der dem rohrförmigen Verlängerungsabschnitt 11g3 des Gehäuses 11 in der Radialrichtung zugewandt ist. Der rohrförmige Abschnitt 16a3 ist auf der Abtriebsseite des Schraubeneinführlochs 16a1 angeordnet. In dem rohrförmigen Abschnitt 16a3 ist eine Hülse 26, die mit dem Lippenabschnitt der Dichtung 25 in Kontakt kommt, außen eingepasst, und die Dichtung 25 ist zwischen der Hülse 26 und dem rohrförmigen Verlängerungsabschnitt 11g3 des Gehäuses 11 angeordnet.
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Der Motor 12 enthält einen Stator 12a und einen hohlen rohrförmigen Rotor 12b. Der Rotor 12b enthält einen Permanentmagneten und der Stator 12a enthält einen Elektromagneten. Die Rotorwelle 13 weist eine Hohlstruktur auf und ist außen an dem Wellenabschnitt 16c des Abtriebselements 16 mit einem Zwischenraum dazwischen eingepasst. Die Rotorwelle 13 ist mit dem Rotor 12b des Motors 12 verbunden. Der Motor 12 und die Rotorwelle 13 sind auf der Gegenabtriebsseite des Drehzahlminderers 15 angeordnet. Auf der Gegenabtriebsseite ist ein Drehteil 18Aa des antriebsseitigen Drehdetektors 18A via ein Nabenelement 18c an der Rotorwelle 13 befestigt.
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Der Drehzahlminderer 15 ist ein rohrförmiger Getriebemechanismus des Biegeeingriffstyps und ist mit einem Wellengenerator 15a, einem Wellengeneratorlager 15b, einem Außenzahnrad 15c, das sich aufgrund von Drehung des Wellengenerators 15a biegt und verformt, und einem ersten Innenzahnrad 15d und einem zweiten Innenzahnrad 15e versehen, die in das Außenzahnrad 15c eingreifen. Der Untersetzungsmechanismus ist nicht auf den rohrförmigen Getriebemechanismus des Biegeeingriffstyps beschränkt, und verschiedene Untersetzungsmechanismen können verwendet werden. So kann beispielsweise ein Getriebemechanismus des Biegeeingriffstyps des Topftyps oder des Zylinderhuttyps, ein Untersetzungsmechanismus des exzentrisch oszillierenden Typs oder ein einfacher Planetenuntersetzungsmechanismus verwendet werden. Darüber hinaus muss der Aktuator 1 keinen Drehzahlminderer enthalten. Der Wellengenerator 15a weist eine Hohlstruktur auf und ist außen auf dem Wellenabschnitt 16c des Abtriebselements 16 mit einem Zwischenraum dazwischen angeordnet. Der Wellengenerator 15a ist mit der Rotorwelle 13 verbunden (beispielsweise durch Keilverbindung verbunden) und dreht sich integral mit der Rotorwelle 13. Der Wellenabschnitt des Wellengenerators 15a ist durch das Gehäuse 11 und das Abtriebselement 16 via die Lager 23 und 24 drehbar gelagert. In dem Wellengenerator 15a weist eine Querschnitts-Außenform senkrecht zu der Axialrichtung in einem Wellenabschnitt eine Kreisform auf, die auf eine Mittelachse O1 zentriert ist, und eine Querschnitts-Außenform senkrecht zu der Axialrichtung an einem Abschnitt, mit dem das Wellengeneratorlager 15b in Kontakt ist, weist beispielsweise eine elliptische Form auf. Das Außenzahnrad 15c weist Flexibilität auf. Das erste Innenzahnrad 15d ist mit dem Gehäuse 11 verbunden und greift in das Außenzahnrad 15c in dem Bereich auf der Gegenabtriebsseite in der Axialrichtung ein. Das zweite Innenzahnrad 15e ist mit dem Abtriebselement 16 verbunden und greift in das Außenzahnrad 15c in dem Bereich auf der Abtriebsseite in der Axialrichtung ein.
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Jedes Element des Aktuators 1 kann aus mehreren verschiedenen Typen von Materialien bestehen. Beispielsweise können das Relaisgehäuse 11c, das Bremsgehäuse 11d, das Motorgehäuse 11e, das abtriebsseitige Gehäuse 11g und die Elemente 16a und 16b des Abtriebselements 16 aus einem Leichtmetall wie Aluminium bestehen. Das Relaisgehäuse 11f, das erste Innenzahnrad 15d und das zweite Innenzahnrad 15e können aus einem Harzmaterial wie kohlenstofffaserverstärktem Harz (kohlefaserverstärkter Kunststoff: CFK) bestehen. Als das Harzmaterial kann ein faserverstärktes Harz wie FVK (faserverstärkter Kunststoff) verwendet werden. Die Hülse 26, auf der die Dichtung 25 gleitet, kann aus einem Metall auf Eisenbasis, wie Stahl, bestehen.
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Die Detektionseinheit 18 enthält den antriebsseitigen Drehungsdetektor 18A zum Detektieren der Drehung der Rotorwelle 13 und den abtriebsseitigen Drehungsdetektor 18B zum Detektieren der Drehung des Abtriebselements 16. Der antriebsseitige Drehungsdetektor 18A enthält den Drehabschnitt 18Aa, der sich integral mit der Rotorwelle 13 dreht, und einen Sensor 18Ab, der in der Nähe des Drehabschnitts 18Aa angeordnet ist und der den Drehbetrag des Drehabschnitts 18Aa detektiert. Der abtriebsseitige Drehungsdetektor 18B enthält den Drehabschnitt 18Ba, der sich integral mit dem Abtriebselement 16 dreht, und einen Sensor 18Bb, der in der Nähe des Drehabschnitts 18Ba angeordnet ist und der den Drehbetrag des Drehabschnitts 18Ba detektiert. Der antriebsseitige Drehungsdetektor 18A und der abtriebsseitige Drehungsdetektor 18B sind beispielsweise Drehkodierer, die den Drehversatz des Drehabschnitts als ein digitales Signal ausgeben, und können Drehmelder sein, die als ein analoges Signal ausgeben, oder können andere Drehungsdetektoren als der Drehkodierer und der Drehmelder sein. Der Drehkodierer kann eine Konfiguration mit einer optischen Detektionseinheit oder eine Konfiguration mit einer magnetischen Detektionseinheit aufweisen. Der antriebsseitige Drehdetektor 18A und der abtriebsseitige Drehdetektor 18B können verschiedene Typen von Detektoren sein.
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Bei dem antriebsseitigen Drehungsdetektor 18A und dem abtriebsseitigen Drehungsdetektor 18B sind die zwei Sensoren 18Ab und 18Bb auf der Kodiererplatine der Schaltungseinheit 17 montiert, und die zwei Drehabschnitte 18Aa und 18Ba sind so angeordnet, dass sie der Schaltungseinheit 17 auf der Abtriebsseite zugewandt sind. Insbesondere sind die Einbauposition des Drehabschnitts 18Ba auf dem Abtriebselement 16 und die Einbauposition des Drehabschnitts 18Aa auf der Rotorwelle 13 in der Axialrichtung im Wesentlichen gleich, und in ähnlicher Weise sind die zwei Sensoren 18Ab und 18Bb in der Axialrichtung an der im Wesentlichen gleichen Position angeordnet. Das heißt, die Drehabschnitte 18Aa und der Drehabschnitt 18Ba sind an einer Position angeordnet, die sich in der Radialrichtung gesehen überlappt, und der Drehabschnitt 18Aa ist in der Radialrichtung außen angeordnet. Darüber hinaus sind der Sensor 18Ab und der Sensor 18Bb an einer Position angeordnet, die sich in der Radialrichtung gesehen überlappt, und der Sensor 18Ab ist in der Radialrichtung außen angeordnet.
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<Bremsen-Konfiguration>
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2A ist eine Ansicht einer Bremse gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von einer Seite einer befestigten Reibungsplatte aus gesehen, und 2B ist eine Ansicht von einer Seite eines Spulengehäuses aus gesehen. 3A ist eine Schnittansicht entlang Linie A-A, und 3B ist eine Schnittansicht entlang Linie B-B in 2A.
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Die Bremse 14 weist eine ringförmige Form auf, die auf der Mittelachse O1 zentriert ist, und die Rotorwelle 13 wird durch das zentrale Durchgangsloch geführt. Die Bremse 14 ist mit einem Nabenelement 14a mit einer Keilnut, die innen in die Rotorwelle 13 eingepasst ist, einer drehenden Reibungsplatte 14b, die mit dem Nabenelement 14a in Eingriff steht, einer beweglichen Reibungsplatte (Anker) 14c, die in Richtung der drehenden Reibungsplatte 14b verschoben werden kann, einer befestigten Reibungsplatte 14e, die der drehenden Reibungsplatte 14b auf der der beweglichen Reibungsplatte 14c gegenüberliegenden Seite zugewandt ist, einer Spule 14d, die eine Magnetkraft erzeugt, die die bewegliche Reibungsplatte 14c zu der Seite des Spulengehäuses 14g anzieht, einem Federmaterial 14h (3B), das die bewegliche Reibungsplatte 14c in Richtung der befestigten Reibungsplatte 14e vorspannt, und einem Spulengehäuse 14g, das von dem Bremsgehäuse 11d gelagert ist, um die Spule 14d zu halten, versehen. Die Kombination der Spule 14d und des Spulengehäuses 14g fungiert als ein Stator. Das Spulengehäuse 14g ist in Kontakt mit dem Bremsgehäuse 11d, und Wärme kann direkt von dem Spulengehäuse 14g auf das Bremsgehäuse 11d übertragen werden. Das Nabenelement 14a enthält eine Keilnut, und die Rotorwelle 13 enthält einen Keil, der in die Keilnut des Nabenelements 14a passt. Die Rotorwelle 13 ist mit dem Nabenelement 14a verbunden, so dass ein großes Drehmoment via den Keil auf das Nabenelement 14a übertragen wird.
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Die bewegliche Reibungsplatte 14c, die drehende Reibungsplatte 14b und die befestigte Reibungsplatte 14e sind scheibenförmige Reibungsplatten, die die Mitte durchdringen, und diese Platten erzeugen Reibungskraft, wenn sie miteinander in Kontakt kommen. Die Bremse 14 erzeugt ein Bremsdrehmoment via die Reibungskraft der Reibungsplatte. Die bewegliche Reibungsplatte 14c, die drehende Reibungsplatte 14b und die befestigte Reibungsplatte 14e sind von der Seite des Spulengehäuses 14g in dieser Reihenfolge in der Axialrichtung Seite an Seite angeordnet.
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Die befestigte Reibungsplatte 14e ist mit dem Spulengehäuse 14g verbunden, wobei ein Zwischenraum dazwischen liegt. Insbesondere ist die befestigte Reibungsplatte 14e mit dem Spulengehäuse 14g verschraubt, wobei ein Kragen dazwischen eingefügt ist. Die drehende Reibungsplatte 14b steht mit dem Nabenelement 14a in Eingriff, so dass Relativdrehung unterdrückt wird und Verschiebung in der Axialrichtung ermöglicht wird, beispielsweise durch Keilverbindung. Die drehende Reibungsplatte 14b dreht sich zusammen mit dem Nabenelement 14a. Die bewegliche Reibungsplatte 14c ist so gelagert, dass sie in der Drehrichtung festgehalten wird und in der Axialrichtung verschiebbar ist. Die befestigte Reibungsplatte 14e und die bewegliche Reibungsplatte 14c sind an einem Abschnitt, der in Kontakt mit der drehenden Reibungsplatte 14b ist, mit einem Belag (Abriebmaterial) 14f versehen.
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Die Struktur der Reibungsplatte ist nicht auf das obige Beispiel beschränkt, und die Anzahl an Reibungsplatten ist nicht besonders eingeschränkt. Die drehende Reibungsplatte 14b kann an dem Nabenelement 14a befestigt sein, während die befestigte Reibungsplatte 14e nicht vorgesehen sein muss. Darüber hinaus kann der Belag 14f an dem Kontaktabschnitt mit der beweglichen Reibungsplatte 14c vorgesehen sein. Zusätzlich muss der Belag 14f an dem Kontaktabschnitt mit der drehenden Reibungsplatte 14b, dem Kontaktabschnitt mit der befestigten Reibungsplatte 14e oder einem dieser Kontaktabschnitte nicht vorgesehen sein.
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Das Spulengehäuse 14g enthält einen ringförmigen ausgesparten Abschnitt 14g1, der auf der Mittelachse O1 zentriert ist. Der ausgesparte Abschnitt 14g1 ist in der Axialrichtung ausgespart und öffnet sich auf der Seite der beweglichen Reibungsplatte 14c. Die Spule 14d ist entlang des ringförmigen ausgesparten Abschnitts 14g1 gewickelt und wird in dem ausgesparten Abschnitt 14g1 gehalten. Das Spulengehäuse 14g ist ein Magnetkörper, der aus einem Material auf Eisenbasis besteht, verstärkt den durch Energetisieren der Spule 14d erzeugten Magnetismus und bewirkt, dass eine Magnetkraft auf die bewegliche Reibungsplatte 14c wirkt. Die bewegliche Reibungsplatte 14c ist ein Magnetkörper, der aus einem Material auf Eisenbasis besteht, und wird von der Magnetkraft angezogen, die von der Spule 14d erzeugt wird.
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<Betrieb von Aktuator und Bremse>
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Wenn der Motor 12 angetrieben wird, um die Rotorwelle 13 und den Wellengenerator 15a zu drehen, wird die Bewegung des Wellengenerators 15a auf das Außenzahnrad 15c übertragen. In diesem Fall wird das Außenzahnrad 15c auf eine Form entlang der Außenumfangsfläche des Wellengenerators 15a eingestellt und wird, von der Axialrichtung gesehen, in eine elliptische Form, die einen Hauptachsenabschnitt und einen Nebenachsenabschnitt aufweist, gebogen. Darüber hinaus greift das Außenzahnrad 15c in das befestigte erste Innenzahnrad 15d an dem Hauptachsenabschnitt ein. Daher dreht sich das Außenzahnrad 15c nicht mit der gleichen Drehzahl wie der Wellengenerator 15a, und der Wellengenerator 15a dreht sich relativ innerhalb des Außenzahnrads 15c. Bei dieser Relativdrehung biegt und verformt sich das Außenzahnrad 15c, so dass sich die Hauptachsenposition und die Nebenachsenposition in der Umfangsrichtung bewegen. Die Periode dieser Verformung ist proportional zu der Drehperiode des Wellengenerators 15a. Wenn sich das Außenzahnrad 15c biegt und verformt, bewegt sich die Hauptachsenposition davon, so dass sich die Position, an der das Außenzahnrad 15c und das erste Innenzahnrad 15d ineinander eingreifen, in der Drehrichtung ändert. Hier wird angenommen, dass das Außenzahnrad 15c 100 Zähne aufweist und dass das erste Innenzahnrad 15d 102 Zähne aufweist. Als ein Ergebnis werden bei jeder einmaligen Rotation der Eingriffsposition die eingreifenden Zähne des Außenzahnrads 15c und des ersten Innenzahnrads 15d verschoben, und somit dreht sich das Außenzahnrad 15c. Gemäß der oben beschriebenen Anzahl an Zähnen wird die Drehbewegung des Wellengenerators 15a mit einem Untersetzungsverhältnis von 100:2 verlangsamt und auf das Außenzahnrad 15c übertragen. Da andererseits das Außenzahnrad 15c mit dem zweiten Innenzahnrad 15e in Eingriff steht, ändert sich auch die Eingriffsposition zwischen dem Außenzahnrad 15c und dem zweiten Innenzahnrad 15e in der Drehrichtung aufgrund der Drehung des Wellengenerators 15a. Wenn hier angenommen wird, dass die Anzahl an Zähnen des Außenzahnrads 15c und die Anzahl an Zähnen des zweiten Innenzahnrads 15e gleich sind, drehen sich das Außenzahnrad 15c und das zweite Innenzahnrad 15e nicht relativ zueinander, und die Drehbewegung des Außenzahnrads 15c wird mit einem Untersetzungsverhältnis von 1:1 verlangsamt und auf das zweite Innenzahnrad 15e übertragen. Als ein Ergebnis wird die Drehbewegung des Wellengenerators 15a mit einem Untersetzungsverhältnis von 100:2 verlangsamt, auf das zweite Innenzahnrad 15e übertragen und von dem zweiten Innenzahnrad 15e via das Abtriebselement 16 an das Gegenelement 202 ausgegeben.
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Während der Übertragung der obigen Drehbewegung wird eine Drehposition der Rotorwelle 13 durch den antriebsseitigen Drehungsdetektor 18A detektiert, und eine Drehposition des Abtriebselements 16 wird durch den abtriebsseitigen Drehungsdetektor 18B detektiert.
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Wenn der Antrieb des Motors 12 gestoppt wird und die Drehbewegung gestoppt wird, wird in der Bremse 14 eine Bremskraft erzeugt, so dass die Spule 14d von einem energetisierten Zustand in einen nicht-energetisierten Zustand umgeschaltet wird. Durch diese Umschaltung wird die Magnetkraft der Spule 14d reduziert, die bewegliche Reibungsplatte 14c bewegt sich via eine Vorspannkraft des Federmaterials 14h in Richtung der befestigten Reibungsplatte 14e, und die drehende Reibungsplatte 14b wird zwischen die bewegliche Reibungsplatte 14c und die befestigte Reibungsplatte 14e eingefügt. Aufgrund dieser Einfügung wird eine Reibungskraft an der drehenden Reibungsplatte 14b erzeugt, und eine Bremskraft in der Drehrichtung wird an dem Nabenelement 14a und der Rotorwelle 13 erzeugt, in der die Relativdrehung mit der drehenden Reibungsplatte 14b begrenzt ist. Wenn die Drehung der Rotorwelle 13 gestoppt wird, wird auch die Drehung des Abtriebselements 16 gestoppt, und dieser Drehstoppzustand wird beibehalten. Das heißt, das Abtriebselement 16 dreht sich nicht aufgrund des Gewichts des Gegenelements 202 oder dergleichen, und die Bremse 14 behält den Drehstoppzustand bei. Das Haftreibungsmoment der Bremse 14 hängt von der Vorspannkraft des Federmaterials 14h ab.
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Wenn der Motor 12 angetrieben wird, wird zunächst eine erste Energetisierung zum Anziehen der beweglichen Reibungsplatte 14c an die Seite des Spulengehäuses 14g gegen die Vorspannkraft des Federmaterials 14h für die Spule 14d durchgeführt, um die statische Kraft der Bremse 14 zu lösen. Durch die erste Energetisierung wird eine Magnetkraft in der Spule 14d und dem Spulengehäuse 14g erzeugt, und die bewegliche Reibungsplatte 14c bewegt sich durch diese Magnetkraft zu der Seite des Spulengehäuses 14g. Durch diese Bewegung wird die Zwischenschaltung der drehenden Reibungsplatte 14b gelöst, und die Bremse der drehenden Reibungsplatte 14b, des Nabenelements 14a und der Rotorwelle 13 wird gelöst. Wenn die Bremse gelöst wird, wird eine zweite Energetisierung zum Halten der Position der beweglichen Reibungsplatte 14c für die Spule 14d durchgeführt. Da die erste Energetisierung bewirkt, die bewegliche Reibungsplatte 14c zu verschieben, während die zweite Energetisierung die bewegliche Reibungsplatte 14c stationär hält, ergibt die zweite Energetisierung eine niedrigere Spannungsausgabe (kleinere Kraft) als die der ersten Energetisierung. Während des Antriebs des Motors 12 wird, da die zweite Energetisierung der Spule 14d fortgesetzt wird, das Lösen der Bremskraft beibehalten.
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Da der zweite Energetisierungsstrom ein Strom ist, der eine Magnetkraft erzeugt, die der Vorspannkraft des Federmaterials 14h entgegenwirkt, ist der zweite Energetisierungsstrom auf das Haftreibungsmoment der Bremse 14 bezogen. Wenn die Konfiguration der Bremse 14 das Gleiche ist, ist das Haftreibungsmoment der Bremse 14 umso größer, je größer die Vorspannkraft des Federmaterials 14h ist und je größer der zweite Energetisierungsstrom ist. Das heißt, je größer das Haftreibungsmoment der Bremse 14 ist, desto größer ist der Energetisierungsstrom der Spule 14d und desto größer ist die von der Spule 14d erzeugte Wärmemenge. Wenn die zweite Energetisierung fortgesetzt wird, wird die in der Spule 14d erzeugte Wärme auf das Spulengehäuse 14g, das Bremsgehäuse 11d, die Rippen 11d3 und andere Elemente des Gehäuses 11 (Motorgehäuse 11e, Rippe 11e2, Relaisgehäuse 11c und 11f, Außenumfangsabschnitt des ersten Innenzahnrads 15d, das als ein Drehzahlminderergehäuse fungiert, und dergleichen) übertragen und nach außen abgegeben.
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<Thermisches Design der Bremse>
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Nachfolgend wird ein Beispiel der Abmessungen der Bremse 14 beschrieben. Die Bremse gemäß der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht auf die folgenden Aspekte beschränkt. Zusätzlich ist in 1, 3A und 3B die Bremse 14 mit einem anderen Seitenverhältnis als dem tatsächlichen dargestellt. In dem Stand der Technik gibt es dünnere Bremsen dahingehend, dass die Bremsen mit einem großen Außendurchmesser und einem Rand konstruiert werden können, aber in einem Fall, in dem der Außendurchmesser klein ist, ist Wärmeerzeugung ein Problem und es ist schwierig, die Bremse dünner zu machen. Soweit der Erfinder untersucht hat, gibt es bei einer kompakten Bremse mit einem Spulengehäuse mit einem minimalen Außendurchmesser von 70 mm oder weniger keine Bremse mit einer ausreichend dünnen Dicke (Dicke D1 / minimaler Außendurchmesser (R1 × 2) beträgt, wie später beschrieben, 0,2 oder weniger). Besonders schwierig war es, eine Dickenabnahme zu erzielen und gleichzeitig das Haftreibungsmoment von einem vorbestimmten Wert (0,1 Nm) oder mehr zu gewährleisten. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird eine bevorzugte Dickenabnahme in einer kompakten Bremse mit einem Spulengehäuse mit einem minimalen Außendurchmesser von 70 mm oder weniger erzielt, indem Wärmedissipation an das Bremsgehäuse und das Motorgehäuse berücksichtigt wird, anstatt Wärmedissipation einer Einzelbremse zu berücksichtigen.
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Der minimale Außendurchmesser (minimaler Außenradius R1 × 2) des Spulengehäuses 14g beträgt 70 mm oder weniger, und 55 mm bei der vorliegenden Ausführungsform. Wie in 2A und 2B dargestellt, weist der Außenumfangsabschnitt des Spulengehäuses 14g einen Bereich H1, der hauptsächlich von einem Abschnitt eingenommen wird, der als eine Außenumfangswand des ausgesparten Abschnitts 14g1 fungiert, und einen Bereich H2, der von einem Flanschabschnitt eingenommen wird, in dem sich die Schraube oder das Federmaterial 14h befindet, auf. Das Spulengehäuse 14g weist einen kleinen Außendurchmesser in dem Bereich H1 und einen großen Außendurchmesser in dem Bereich H2 auf. Der minimale Außendurchmesser (R1 × 2) des Spulengehäuses 14g ist äquivalent zu einer Länge, die durch Verdoppelung des Radius R1 von dem Drehzentrum (Mittelachse O1) des Nabenelements 14a zu der Außenumfangsfläche in dem Bereich H1 des Spulengehäuses 14g erhalten wird.
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Die Dicke D1 des Hauptteils der Bremse 14 ist ein 0,2-faches oder weniger des minimalen Außendurchmessers des Spulengehäuses 14g, und beträgt bei der vorliegenden Ausführungsform 10 mm. Wie in 2A, 2B, 3A und 3B dargestellt, bedeutet die Dicke des Hauptteils den Abstand von einer ersten Endfläche S1 auf der Seite, die in der Axialrichtung am weitesten von dem Spulengehäuse 14g in der Reibungsplatte (befestigte Reibungsplatte 14e, drehende Reibungsplatte 14b und bewegliche Reibungsplatte 14c) entfernt ist, zu einer zweiten Endfläche S2 auf der Seite, die der ersten Endfläche S1 in dem Spulengehäuse 14g gegenüberliegt. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die erste Endfläche S1 eine Endfläche einer Gegenspulengehäuseseite der befestigten Reibungsplatte 14e.
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Aufgrund des minimalen Außendurchmessers und der oben beschriebenen Dicke des Hauptteils ist die Bremse 14 kompakt und dünn, was zur Kompaktheit des Aktuators 1 beiträgt.
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Das Haftreibungsmoment der Bremse 14 beträgt 0,1 Nm oder mehr, und bei der vorliegenden Ausführungsform 0,16 Nm. Das Haftreibungsmoment hängt von dem Radius des Abschnitts, in dem die Reibung der Reibungsplatte erzeugt wird, und einer Haftreibungskraft ab, und die Haftreibungskraft hängt von der Vorspannkraft des Federmaterials 14h ab. Die Anzahl an Windungen der Spule 14d, die Verdrahtungsdicke und der Energetisierungsstrom werden so eingestellt, dass eine Magnetkraft erzeugt wird, die der Vorspannkraft des Federmaterials 14h entgegenwirkt.
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<Temperaturanstiegstest an Bremse>
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Normalerweise wird bei einer Bremse, die via Energetisierung einer Spule betrieben wird, ein Temperaturanstiegswert (Anstiegswert von einer Anfangstemperatur vor Energetisierung auf eine Sättigungstemperatur, wenn ein thermischer Gleichgewichtszustand erreicht ist) der Spule, wenn die Spule energetisiert wird, gemäß einem spezifizierten Temperaturanstiegstest gemessen (zum Beispiel Japanischer Industriestandard JIS B 1404-2). Bei dem spezifizierten Temperaturanstiegstest wird die Messbedingung verwendet, bei der die Nennspannung an die Spule angelegt wird und die Bremse kontinuierlich energetisiert wird, während die Einzelbremse auf dem wärmeisolierenden Material belassen wird. Das thermische Design der Bremse wurde so vorgenommen, dass bei einem vorbestimmten Leistungstest der Bremse ein normales Ergebnis erhalten werden kann, selbst wenn der gemessene Temperaturanstieg auftritt. Beispielsweise wird in einem Fall, in dem der Temperaturanstieg der Spule zu hoch ist, ein thermisches Design vorgenommen, wie zum Beispiel Vergrößerung des Spulengehäuses, um den Wärmedissipationseffekt zu erhöhen.
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Andererseits wird bei dem Temperaturanstiegstest der Bremse 14 der vorliegenden Ausführungsform der Temperaturanstiegswert der Spule (Anstiegswert von der Anfangstemperatur vor Energetisierung bis zur Sättigungstemperatur, wenn der thermische Gleichgewichtszustand erreicht ist), wenn die Spule energetisiert ist, unter den Messbedingungen gemäß dem tatsächlichen Gebrauchszustand der Bremse 14 gemessen. Selbst wenn der in diesem Temperaturanstiegstest gemessene Temperaturanstiegswert der Spule 14d auftritt, wird das thermische Design der Bremse 14 so vorgenommen, dass ein normales Ergebnis in einem vorbestimmten Leistungstest der Bremse 14 erhalten werden kann. Was die Messbedingung gemäß dem tatsächlichen Gebrauchszustand der Bremse 14 betrifft, so wird in einem Fall, in dem bestimmt wird, dass die Bremse 14 in den Aktuator 1 eingebaut ist, der Zustand, in dem die Bremse 14 in den Aktuator 1 eingebaut ist, als eine Messbedingung verwendet. Darüber hinaus kann in einem Fall, in dem bestimmt wird, dass der Aktuator 1 in eine übergeordnete Vorrichtung, wie zum Beispiel einen Roboter, eingebaut ist, der Zustand, in dem der Aktuator 1 in die übergeordnete Vorrichtung eingebaut ist, als eine Messbedingung verwendet werden. Darüber hinaus kann unter den obigen Messbedingungen eine Nennspannung als die Spannung verwendet werden, die während kontinuierlicher Energetisierung an die Spule 14d ausgegeben wird, oder eine Spannung zum Beibehalten der Position der beweglichen Reibungsplatte 14c, die gegen das Federmaterial 14h verschoben ist (Spannung der oben beschriebenen zweiten Energetisierung), kann verwendet werden.
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Ein Beispiel des Durchführens eines Temperaturanstiegstests an der Bremse
14 der vorliegenden Ausführungsform unter den nach JIS spezifizierten Bedingungen und den Messbedingungen der Ausführungsform ist dargestellt.
[Tabelle 1]
| Messbedingungen | Dicke von Hauptteil [mm] | Minimaler Außendurchmesser von Spulengehäuse [mm] | Temperaturanstiegs wert [°C] |
| Tatsächliche Aspektbedingungen | 10 | 55 | 11 |
| JIS spezifizierte Bedingungen | 10 | 55 | 32 |
Wie in der Testergebnistabelle dargestellt, betrug die Sättigungstemperatur der Bremse
14, wenn die Bremse
14 der vorliegenden Ausführungsform unter den nach JIS spezifizierten Bedingungen getestet wird, 57°C bei einer normalen Temperatur von 25°C, und die Temperatur erreichte eine Temperatur, bei der das Ergebnis des Bremsleistungstests abnormal sein könnte. In einem solchen Fall ist eine Neukonstruktion erforderlich, um Wärmedissipation zu verbessern, beispielsweise um den minimalen Außendurchmesser des Spulengehäuses
14g und die Dicke des Hauptteils der Bremse
14 zu erhöhen.
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Andererseits betrug die Sättigungstemperatur der Bremse 14, wenn der Temperaturanstiegstest an der Bremse 14 der vorliegenden Ausführungsform unter den Messbedingungen der Ausführungsform durchgeführt wurde, 36°C bei einer normalen Temperatur von 25°C und blieb bei einer Temperatur, bei der ein normales Ergebnis in dem Leistungstest der Bremse 14 erhalten werden konnte. Der niedrige Temperaturanstiegswert wird erhalten, weil die in der Spule 14d erzeugte Wärme von dem Spulengehäuse 14g an das Bremsgehäuse 11d und das Motorgehäuse 11e des Aktuators 1 übertragen wird und effizient nach außen dissipiert wird, indem der tatsächliche Gebrauchszustand als die Messbedingung verwendet wird. Auf der Grundlage solcher Testergebnisse wird, selbst wenn die Dicke des Hauptteils der Bremse 14 und der minimale Außendurchmesser des Spulengehäuses 14g, die in der obigen Testergebnistabelle dargestellt sind, verwendet werden, überprüft, dass die Leistung der Bremse 14 im tatsächlichen Gebrauch nicht abnormal wird. Indem der Temperaturanstiegstest der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, ist es möglich, die Bremse 14 in dem normalen Temperaturbereich mit hoher Zuverlässigkeit zu verwenden, was durch den Test unterstützt wird, während die Miniaturisierung und Dickenabnahme der Bremse 14 erzielt wird. Die numerischen Werte der Sättigungstemperaturen von 57°C und 36°C in den obigen Testergebnissen sind nicht besonders wichtig (der technische Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung ist nicht eingeschränkt), aber es ist wichtig zu beachten, dass die in dem Test erzeugte Wärme, wenn Wärme an das Bremsgehäuse 11d und das Motorgehäuse 11e dissipiert wird, geringer als die in dem Einzelbremstest erzeugte Wärme ist. Das heißt, es ist wichtig zu beachten, dass der Gedanke der vorliegenden Erfindung, dass selbst eine Bremse mit einem kleinen Außendurchmesser unter Berücksichtigung von Wärmedissipation an das Bremsgehäuse 11d und das Motorgehäuse 11e dünner gemacht werden kann, bestätigt wurde.
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<Aktuator-Beschreibung>
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4 ist ein Diagramm, das einen kooperativen Roboter darstellt, der mit dem Aktuator der Ausführungsform ausgestattet ist. Hier wird ein Beispiel einer Anwendung und Verwendung des Aktuators 1 beschrieben. Die Anwendung und Beschreibung des Aktuators gemäß der vorliegenden Erfindung sind nicht auf das folgende Beispiel beschränkt.
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Der Aktuator 1 wird als eine Antriebsvorrichtung für einen Gelenkabschnitt 101 eines kooperativen Roboters 100 verwendet, der mit einem Menschen zusammenarbeitet. In diesem Fall ist das Lagerelement 201 ein Basisendseitenarm des Gelenkabschnitts 101, und das Gegenelement 202 ist ein Spitzenendseitenarm. Der kooperative Roboter 100 enthält eine Detektionseinheit, die Kontakt mit einer Person detektiert. Der Aktuator 1 weist eine Spezifikation auf, dass das Betriebsverhältnis in einem Fall, in dem er als eine Antriebsvorrichtung für den Gelenkabschnitt 101 des kooperativen Roboters 100 eingebaut ist, 20% ED oder weniger beträgt. Das Betriebsverhältnis bedeutet das Verhältnis einer Betriebszeit TJ des Aktuators 1 zu einer Betriebszeit TR des kooperativen Roboters, in den der Aktuator 1 eingebaut ist, und wird durch (TJ / TR) × 100 [% ED] dargestellt. Die Betriebszeit TR des kooperativen Roboters selbst kann als eine Zeit, in der der Strom des kooperativen Roboters eingeschaltet wird, oder eine Zeit, in der der Strom der Antriebsquelle (Servomotor) zum Antreiben jedes Gelenks eingeschaltet wird, definiert werden. Daher enthält die Betriebszeit TR des kooperativen Roboters selbst eine Wartezeit, wenn der kooperative Roboter an einem bestimmten Werkstück arbeitet und darauf wartet, dass ein nächstes Werkstück eingestellt wird. Darüber hinaus kann die Betriebszeit TJ des Aktuators 1 als eine Zeit definiert werden, während der sich der Motor 12 zum Antreiben des Aktuators 1 dreht (Drehung wird gesteuert).
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Wie oben beschrieben, sind gemäß dem Aktuator 1 der vorliegenden Ausführungsform der Motor 12 und die Bremse 14 vorgesehen, der minimale Außendurchmesser „R1 x 2“ des Spulengehäuses 14g der Bremse 14 beträgt 70 mm oder weniger, und die Dicke D1 des Hauptteils ist ein 0,2-faches oder weniger des minimalen Außendurchmessers. Mit solchen Abmessungen kann eine kompakte und dünne Bremse 14 erzielt werden, was zur Kompaktierung des Aktuators 1 beitragen kann. Darüber hinaus sind gemäß dem Aktuator 1 der vorliegenden Ausführungsform das Motorgehäuse 11e und das Bremsgehäuse 11d vorgesehen, die miteinander verbunden sind, und die Wärme der Bremse 14 wird durch das Gehäuse 11 nach außen aus dem Aktuator 1 abgegeben. Bei dem Konzept des thermischen Designs der Bremse im Stand der Technik wird das thermische Design ohne Berücksichtigung der Wärmedissipation der in die Vorrichtung eingebauten Bremse 14 während des tatsächlichen Gebrauchs durchgeführt, so dass die oben beschriebene kompakte und dünne Bremse 14 nicht hergestellt wurde. Bei dem Konzept des thermischen Designs der vorliegenden Ausführungsform wird der Temperaturanstiegstest der Bremse 14 jedoch unter Messbedingungen durchgeführt, die für tatsächlichen Gebrauch geeignet sind, bei denen die Wärme der Spule 14d auf das Spulengehäuse 14g, das Bremsgehäuse 11d und das Motorgehäuse 11e übertragen wird und abgegeben wird, und die Leistung der Bremse 14 wird überprüft, so dass ein normaler Betrieb erhalten werden kann, selbst wenn die gemessene Temperatur ansteigt. Daher ist es möglich, einen Aktuator 1 zu realisieren, der mit einer Bremse 14 versehen ist, die in einem normalen Temperaturbereich mit hoher Zuverlässigkeit betrieben werden kann und Bremsen und Lösen bewirken kann, während sie eine kompakte und dünne Bremse 14 ist, die durch das Konzept des thermischen Designs in dem Stand der Technik nicht erzielt werden konnte. Da das Haftreibungsmoment der Bremse 14 bei dem Aktuator 1 der vorliegenden Ausführungsform 0,1 Nm oder mehr beträgt, kann der Aktuator 1 darüber hinaus eine notwendige und ausreichende Stopphaltekraft ausüben.
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Darüber hinaus ist gemäß dem Aktuator 1 der vorliegenden Ausführungsform das Bremsgehäuse 11d in Kontakt mit der Außenumfangsfläche des Spulengehäuses 14g. Daher kann die Wärme der Spule 14d mit hoher Leitfähigkeit von dem Spulengehäuse 14g auf das Bremsgehäuse 11d übertragen und nach außen aus dem Aktuator 1 abgegeben werden. Das heißt, die Wärmedissipation der Bremse 14 wird verbessert. Da bei dem Konzept des thermischen Designs der Bremse in dem Stand der Technik solche Wärmedissipation bei tatsächlichem Gebrauch nicht berücksichtigt wird, kann die Bremse auch mit der obigen Wärmedissipation nicht kompakt und dünner gemacht werden. Da die Abmessungen der Bremse 14 jedoch so ausgelegt werden können, dass sie die Wärmedissipation bei tatsächlichem Gebrauch widerspiegeln, kann die Bremse 14 bei dem Konzept des thermischen Designs der Bremse 14 der vorliegenden Ausführungsform kompakt und dünner gemacht werden, indem die Wärmedissipation wie oben beschrieben verbessert wird.
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Darüber hinaus kann gemäß dem Aktuator 1 der vorliegenden Ausführungsform, da das Bremsgehäuse 11d und das Motorgehäuse 11e die Rippen 11d3 und 11e2 enthalten, die Wärmedissipation der Bremse 14 weiter verbessert werden, und die Bremse 14 kann noch kompakter und dünner gemacht werden. Darüber hinaus enthält der Aktuator 1 den Drehzahlminderer 15 und das Drehzahlminderergehäuse (Außenumfangsabschnitt des ersten Innenzahnrads 15d) zum Aufnehmen des Bestandteils des Drehzahlminderers 15, und das erste Innenzahnrad 15d ist mit dem Bremsgehäuse 11d verbunden. Daher wird die Wärmedissipation der Bremse 14 weiter verbessert und die Bremse 14 kann noch kompakter und dünner gemacht werden. Der Aktuator 1 kann eine Konfiguration mit einer der Rippen 11d3 oder 11e2 aufweisen, und selbst in diesem Fall kann die Bremse 14 noch kompakter und dünner gemacht werden, indem die Wärmedissipation verbessert wird.
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Darüber hinaus wird der Aktuator 1 der vorliegenden Ausführungsform als eine Vorrichtung zum Antreiben des Gelenkabschnitts 101 des kooperativen Roboters 100 verwendet, und das Betriebsverhältnis beträgt 20 % ED oder weniger. Die Antriebsvorrichtung des Gelenkabschnitts 101 des kooperativen Roboters 100 ist oft so spezifiziert, dass sie ein niedriges Betriebsverhältnis wie 20% ED oder weniger aufweist. Bei der Bremse 14 der vorliegenden Ausführungsform wird die Spule 14d während Betrieb kontinuierlich energetisiert. Daher ist in einem Fall, bei dem die Spezifikation ein niedriges Betriebsverhältnis aufweist, die Energetisierungszeit der Spule 14d kurz und die Wärmeerzeugung ist gering, so dass die Bremse 14 noch kompakter und dünner gemacht werden kann.
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Darüber hinaus beträgt gemäß der Bremse 14 der vorliegenden Ausführungsform, der minimale Außendurchmesser „R1 × 2“ des Spulengehäuses 14g 70 mm oder weniger, und die Dicke D1 des Hauptteils ist ein 0,2-faches oder weniger des minimalen Außendurchmessers. Dadurch wird eine kompakte und dünne Konfiguration erzielt, die mit dem Konzept des thermischen Designs in dem Stand der Technik nicht erreicht werden konnte. Darüber hinaus kann selbst bei einer solch kompakten und dünnen Konfiguration auf der Grundlage des Temperaturanstiegstests, der unter für tatsächlichen Gebrauch geeigneten Messbedingungen durchgeführt wurde, überprüft werden, dass die Bremse 14 in einem normalen Temperaturbereich betrieben wird und dass die normale Leistung der Bremse 14 beibehalten werden kann. Daher ist es möglich, eine Bremse 14 bereitzustellen, die normale Leistung mit hoher Zuverlässigkeit aufweisen kann, während sie eine kompakte und dünne Bremse 14 ist, die durch das Konzept des thermischen Designs in dem Stand der Technik nicht erzielt werden konnte. Insbesondere ist es für die Bremse 14, für die bestimmt wurde, dass sie an dem Aktuator 1 mit dem miteinander verbundenen Bremsgehäuse 11d und dem Motorgehäuse 11e montiert werden soll, möglich, die Bremse 14 vorzusehen, die auf der Grundlage des Temperaturanstiegstests, der für tatsächlichen Gebrauch geeignet ist, bei der die Wärme der Spule 14d durch das Bremsgehäuse 11d und das Motorgehäuse 11e abgegeben wird, überprüft wurde, dass sie in einem normalen Temperaturbereich betrieben wird und die normale Leistung beizubehalten, während sie kompakt und dünn ist.
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Zuvor wurde die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die obige Ausführungsform beschränkt. Zum Beispiel ist bei der obigen Ausführungsform die Verbindung zwischen dem Bremsgehäuse 11d und dem Motorgehäuse 11e als eine direkte Verbindung dargestellt, aber die Verbindung zwischen dem Bremsgehäuse und dem Motorgehäuse gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Verbindung via ein Relaiselement sein. Selbst in diesem Fall kann via das Relaiselement hohe Wärmedissipation erhalten werden. Das gleiche gilt für die Verbindung zwischen dem Bremsgehäuse und dem Drehzahlminderer gemäß der vorliegenden Erfindung. Darüber hinaus wird bei der obigen Ausführungsform beschrieben, dass die Außenumfangsfläche des Spulengehäuses 14g in Kontakt mit dem Bremsgehäuse 11d ist, aber der Kontaktaspekt kann einen Aspekt, bei dem das Spulengehäuse 14g eng in das Bremsgehäuse 11d kompakt eingepasst ist, einen Aspekt, bei dem das Spulengehäuse 14g mit einem Spalt eingepasst ist, und dergleichen enthalten. Zusätzlich können das Spulengehäuse 14g und das Bremsgehäuse 11d in der Axialrichtung miteinander in Kontakt gebracht werden, anstatt in der Radialrichtung miteinander in Kontakt gebracht zu werden. Darüber hinaus ist bei der obigen Ausführungsform das Beispiel dargestellt, bei dem die Bremse 14 in den Aktuator 1 eingebaut ist, aber die Vorrichtung, in die die Bremse 14 eingebaut ist, kann eine andere Vorrichtung als der Aktuator sein. Darüber hinaus können die in der Ausführungsform dargestellten Details, wie beispielsweise die Verwendung des Aktuators 1, das Vorhandensein oder die Abwesenheit von anderen Komponenten als dem Motor 12 und der Bremse 14 in dem Aktuator 1 und der Typ des Drehzahlminderers 15, in geeigneter Weise geändert werden, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Aktuator
- 11
- Gehäuse
- 11d
- Bremsgehäuse
- 11e
- Motorgehäuse
- 11d3, 11e2
- Rippe
- 12
- Motor
- 12a
- Stator
- 12b
- Rotor
- 13
- Rotorwelle
- 14
- Bremse
- 14a
- Nabenelement
- 14b
- drehende Reibungsplatte
- 14c
- bewegliche Reibungsplatte
- 14d
- Spule
- 14c
- befestigte Reibungsplatte
- 14f
- Belag
- 14g
- Spulengehäuse
- 14h
- Federmaterial
- S1
- erste Endfläche
- S2
- zweite Endfläche
- R1
- minimaler Außenradius
- D1
- Dicke von Hauptteil
- 15
- Drehzahlminderer
- 15d
- erstes Innenzahnrad (Drehzahlminderergehäuse)
- 16
- Abtriebselement
- 17
- Schaltungseinheit
- 201
- Lagerelement
- 202
- Gegenelement
