DE102023120000A1

DE102023120000A1 - Maschinenbauteil, antriebskraftübertragungsvorrichtung und roboter

Info

Publication number: DE102023120000A1
Application number: DE102023120000.3A
Authority: DE
Inventors: Daisuke Takagi
Original assignee: Nidec Drive Technology Corp
Current assignee: Nidec Drive Technology Corp
Priority date: 2022-07-28
Filing date: 2023-07-27
Publication date: 2024-02-08
Also published as: JP2024017505A; CN117464648A; US20240035556A1

Abstract

Maschinenbauteil, Antriebskraftübertragungsvorrichtung und Roboter, wobei das Maschinenbauteil einen Basisabschnitt und mehrere Dehnungsmessstreifen aufweist. Der Basisabschnitt erstreckt sich in einer Richtung, die die Mittelachse kreuzt. Die mehreren Dehnungsmessstreifen sind an dem Basisabschnitt angeordnet. Die mehreren Dehnungsmessstreifen sind in Umfangsrichtung um eine Mittelachse aufgereiht. Zwischen in Umfangsrichtung benachbarten Dehnungsmessstreifen sind mehrere Abstandsbereiche angeordnet. Die mehreren Abstandsbereiche beinhalten Abstandsbereiche, die in Winkelabständen von 90° um die Mittelachse angeordnet sind.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Maschinenbauteil, eine Antriebskraftübertragungsvorrichtung und einen Roboter.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Seit einigen Jahren nimmt der Bedarf an Welluntersetzungsgetrieben zu, die in Gelenken von Robotern und dergleichen installiert werden. Ein übliches Welluntersetzungsgetriebe weist mehrere Dehnungsmessstreifen auf. Die Dehnungsmessstreifen sind auf ein Außenverzahnungszahnrad geklebt, das sich mit einer Drehzahl nach dem Heruntersetzen dreht. Dies ermöglicht die Erfassung des auf das Außenverzahnungszahnrad einwirkenden Drehmoments ( JP 2000 - 131 160 A ) .
Allerdings kommt es an dem Außenverzahnungszahnrad der JP 2000 - 131 160 A aufgrund eines Wellgenerators mit elliptischer Außenkontur zu einer Biegeverformung. Daher entsteht an dem Außenverzahnungszahnrad nicht nur das eigentlich zu messende, auf äußere Kraft zurückgehende Drehmoment, sondern auch ein sinusförmiges Drehmoment, das auf die Biegeverformung aufgrund des Wellgenerators zurückgeht (im Folgenden als „Momentwelligkeit“ bezeichnet). Die Dehnungsmessstreifen erfassen neben dem auf äußere Kraft zurückgehenden Drehmoment am Außenverzahnungszahnrad auch diese Momentwelligkeit.
KURZDARSTELLUNG
Die mehreren Dehnungsmessstreifen sind mit Abständen in Umfangsrichtung an der Vorderseitenfläche des Außenverzahnungszahnrads angeordnet. In dem Abstandsbereich zwischen in Umfangsrichtung benachbarten Dehnungsmessstreifen wird daher die auf das Außenverzahnungszahnrad einwirkende Momentwelligkeit nicht erfasst. Diese versäumte Erfassung der Momentwelligkeit ist ein Entstehungsfaktor für Fehler bei der Drehmomenterfassung.
Bei einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung handelt es sich um ein Maschinenbauteil, aufweisend einen Basisabschnitt, der sich in einer Richtung erstreckt, die die Mittelachse kreuzt, und mehrere Dehnungsmessstreifen, die an dem Basisabschnitt angeordnet sind, wobei die mehreren Dehnungsmessstreifen in Umfangsrichtung um die Mittelachse aufgereiht sind, zwischen in Umfangsrichtung benachbarten Dehnungsmessstreifen mehrere Abstandsbereiche angeordnet sind und die mehreren Abstandsbereiche Abstandsbereiche beinhalten, die in Winkelabständen von 90° um die Mittelachse angeordnet sind.
Bei einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung handelt es sich um ein Maschinenbauteil, aufweisend einen Basisabschnitt, der sich in einer Richtung erstreckt, die die Mittelachse kreuzt, und mehrere Dehnungsmessstreifen, die an dem Basisabschnitt angeordnet sind, wobei die mehreren Dehnungsmessstreifen in Umfangsrichtung um die Mittelachse aufgereiht sind, zwischen in Umfangsrichtung benachbarten Dehnungsmessstreifen mehrere Abstandsbereiche angeordnet sind und die mehreren Abstandsbereiche Abstandsbereiche beinhalten, die in Winkelabständen von 60° um die Mittelachse angeordnet sind.
Die vorstehenden sowie weitere Elemente, Merkmale, Schritte, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden anhand der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen deutlicher, bei der auf die beigefügten Figuren Bezug genommen wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine schematische Ansicht eines Roboters;
2 ist eine Längsschnittansicht einer Antriebskraftübertragungsvorrichtung;
3 ist eine Querschnittansicht der Antriebskraftübertragungsvorrichtung bei Betrachtung an einer Position A-A aus 2;
4 ist eine vertikale Teilschnittansicht eines Außenverzahnungszahnrads im Bereich einer Sensorplatine;
5 ist eine Draufsicht auf die Sensorplatine;
6 ist eine Teildraufsicht auf die Sensorplatine;
7 ist ein Schaltbild einer ersten Brückenschaltung;
8 ist ein Schaltbild einer zweiten Brückenschaltung;
9 ist ein Kurvendiagramm, das durch einen Drehmomentsensor erfasste Momentwelligkeit zeigt;
10 ist eine vergrößerte Ansicht eines Abstandsbereichs;
11 ist eine vergrößerte Ansicht eines Abstandsbereichs;
12 ist eine Draufsicht auf die Sensorplatine gemäß einem ersten Abwandlungsbeispiel; und
13 ist eine Draufsicht auf einen Nocken gemäß einem zweiten Abwandlungsbeispiel.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Figuren eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung beschrieben.
1 ist eine schematische Ansicht eines Roboters 100, der eine Antriebskraftübertragungsvorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform aufweist. Bei dem Roboter 100 handelt es sich beispielsweise um einen so genannten Industrieroboter, der in einer Produktionslinie für industrielle Produkte Arbeiten wie etwa das Transportieren, Bearbeiten oder Montieren von Bauteilen durchführt. Wie in 1 gezeigt, weist der Roboter 100 einen Grundrahmen 101, einen Arm 102, einen Motor 103 und eine Antriebskraftübertragungsvorrichtung 1 auf.
Der Arm 102 wird drehbar durch den Grundrahmen 101 getragen. Der Motor 103 und die Antriebskraftübertragungsvorrichtung 1 sind in einen Gelenkabschnitt zwischen dem Grundrahmen 101 und dem Arm 102 eingebaut. Wenn dem Motor 103 Antriebsstrom zugeführt wird, gibt der Motor 103 eine Drehbewegung aus. Die durch den Motor 103 ausgegebene Drehbewegung wird durch die Antriebskraftübertragungsvorrichtung 1 herabgesetzt und auf den Arm 102 übertragen. Auf diese Weise dreht sich der Arm 102 in Bezug auf den Grundrahmen 101 mit herabgesetzter Geschwindigkeit.
Da der Roboter 100 die Antriebskraftübertragungsvorrichtung 1 aufweist, kann mittels eines nachstehend beschriebenen Mechanismus ein Roboter 100 mit einer fehlerarmen Drehmomenterfassung erzielt werden.
Es folgt eine ausführliche Beschreibung der Struktur der Antriebskraftübertragungsvorrichtung 1.
Im Folgenden wird eine Richtung parallel zu einer Mittelachse 9 der Antriebskraftübertragungsvorrichtung 1 als „Axialrichtung“, eine Richtung orthogonal zur Mittelachse 9 der Antriebskraftübertragungsvorrichtung 1 als „Radialrichtung“ und eine Richtung entlang einem Kreisbogen, dessen Mittelpunkt die Mittelachse 9 der Antriebskraftübertragungsvorrichtung 1 ist, als „Umfangsrichtung“ bezeichnet. Allerdings schließt die parallele Richtung auch eine im Wesentlichen parallele Richtung ein. Auch schließt die orthogonale Richtung auch eine im Wesentlichen orthogonale Richtung ein.
2 ist eine Längsschnittansicht der Antriebskraftübertragungsvorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform. 3 ist eine Querschnittansicht der Antriebskraftübertragungsvorrichtung 1 bei Betrachtung an einer Position A-A aus 2. Um übermäßige Komplexität der Figuren zu vermeiden, wurde in 3 auf eine Schraffierung zur Darstellung der Schnittfläche verzichtet.
Bei dieser Antriebskraftübertragungsvorrichtung 1 handelt es sich um ein Welluntersetzungsgetriebe. Die Antriebskraftübertragungsvorrichtung 1 setzt eine von dem Motor 103 erlangte Drehbewegung einer ersten Drehzahl auf eine zweite Drehzahl herab, die niedriger als die erste Drehzahl ist. Wie in 2 und 3 gezeigt, weist die Antriebskraftübertragungsvorrichtung 1 ein Innenverzahnungszahnrad 20, ein Außenverzahnungszahnrad 30 und einen Wellgenerator 40 auf. Die Antriebskraftübertragungsvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform weist außerdem eine Eingangswelle 10 auf.
Die Eingangswelle 10 ist ein Element, das sich mit der ersten Drehzahl vor der Herabsetzung dreht. Die Eingangswelle 10 ist mit einer Ausgangswelle des Motors 103 verbunden. Die Eingangswelle 10 erstreckt sich entlang der Mittelachse 9 in Axialrichtung. Die Eingangswelle 10 der vorliegenden Ausführungsform ist eine Zylinderform, deren Mittelpunkt die Mittelachse 9 ist. Die Eingangswelle 10 verläuft in Axialrichtung durch die Antriebskraftübertragungsvorrichtung 1. Bei der Eingangswelle 10 kann es sich auch um dasselbe Element wie die Ausgangswelle des Motors 103 handeln.
Das Innenverzahnungszahnrad 20 ist ein Maschinenbauteil, das sich zusammen mit der Drehung der Eingangswelle 10 mit der zweiten Drehzahl dreht, die niedriger als die erste Drehzahl ist. Das Innenverzahnungszahnrad 20 ist an dem Arm 102 fixiert. Das Innenverzahnungszahnrad 20 ist in Radialrichtung auswärts von nachstehend beschriebenen Außenzähnen 32 angeordnet. Eine Steifigkeit des Innenverzahnungszahnrads 20 ist ausreichend höher als eine Steifigkeit eines nachstehend beschriebenen Rumpfabschnitts 31 des Außenverzahnungszahnrads 30.
Das Innenverzahnungszahnrad 20 ist eine Ringform, deren Mittelpunkt die Mittelachse 9 ist. Die Innenverzahnungszahnrad 20 weist mehrere Innenzähne 21 auf. Die mehreren Innenzähne 21 springen von einer in Radialrichtung inneren Fläche des Innenverzahnungszahnrads 20 in Radialrichtung nach innen vor. Die mehreren Innenzähne 21 sind an der Innenumfangsfläche des Innenverzahnungszahnrads 20 mit konstanten Abständen in Umfangsrichtung aufgereiht.
Das Außenverzahnungszahnrad 30 ist ein ringförmiges Maschinenbauteil, das biegeverformbar ist. Das Außenverzahnungszahnrad 30 ist an dem Grundrahmen 101 fixiert. Wie in 2 und 3 gezeigt, weist das Außenverzahnungszahnrad 30 einen Rumpfabschnitt 31, mehrere Außenzähne 32, einen Basisabschnitt 33 und einen dicken Abschnitt 34 auf.
Der Rumpfabschnitt 31 ist ein rohrförmiger Teil, dessen Mittelpunkt die Mittelachse 9 ist. Ein in Axialrichtung eines Ende des Rumpfabschnitts 31 ist mit dem Basisabschnitt 33 verbunden. Der Rumpfabschnitt 31 erstreckt sich von einem in Radialrichtung inneren Endabschnitt des Basisabschnitts 33 in Radialrichtung nach außen. Das in Axialrichtung andere Ende des Rumpfabschnitts 31 ist auf der in Radialrichtung äußeren Seite des Wellgenerators 40 und der in Radialrichtung inneren Seite des Innenverzahnungszahnrads 20 gelegen. Da der Rumpfabschnitt 31 Elastizität aufweist, kann er sich in Radialrichtung biegend verformen.
Die mehreren Außenzähne 32 springen von einer in Radialrichtung äußeren Fläche des Rumpfabschnitts 31 in Radialrichtung nach außen vor. Die mehreren Außenzähne 32 sind an einer in Radialrichtung äußeren Fläche des in Radialrichtung anderen Endes des Rumpfabschnitts 31 angeordnet. Die mehreren Außenzähne 32 sind in Umfangsrichtung mit einem konstanten Abstand aufgereiht. Ein Teil der mehreren Außenzähne 32 und ein Teil der oben erörterten mehreren Innenzähne 21 sind miteinander verzahnt. Die Anzahl der Innenzähne 21 des Innenverzahnungszahnrads 20 und die Anzahl der Außenzähne 32 des Außenverzahnungszahnrads 30 weichen geringfügig voneinander ab.
Der Basisabschnitt 33 umgibt die Mittelachse 9 und erstreckt sich in einer die Mittelachse 9 kreuzenden Richtung. Der Basisabschnitt 33 dehnt sich vorzugsweise entlang einer Fläche orthogonal zur Mittelachse 9 aus. Der Basisabschnitt 33 dehnt sich von dem in Axialrichtung einen Ende des Rumpfabschnitts 31 in Radialrichtung nach außen aus. Der Basisabschnitt 33 ist eine die Mittelachse 9 umgebende Ringform. Der Basisabschnitt 33 ist dünn und daher geringfügig biegend verformbar.
Der dicke Abschnitt 34 ist ein auf der in Radialrichtung äußeren Seite des Basisabschnitts 33 gelegener ringförmiger Teil. Eine Dicke des dicken Abschnitts 34 in Axialrichtung ist größer als eine Dicke des Basisabschnitts 33 in Axialrichtung. Der dicke Abschnitt 34 ist unmittelbar oder über ein weiteres Element am Grundrahmen 101 fixiert.
Der Wellgenerator 40 ist ein Mechanismus, der eine periodische Biegung am Außenverzahnungszahnrad 30 erzeugt. Der Wellgenerator 40 ist auf der in Radialrichtung einwärtigen Seite der Außenzähne 32 angeordnet. Der Wellgenerator 40 weist einen Nocken 41 und ein biegsames Wellenlager 42 auf. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Eingangswelle 10 und der Nocken 41 als einzelnes Bauteil gebildet. Der Nocken 41 kann jedoch auch ein von der Eingangswelle 10 separates Bauteil sein. In diesem Fall kann der Nocken 41 an der Eingangswelle 10 fixiert sein. Der Nocken 41 ist ein Bauteil, das mit einer Periode von 180° eine Verlagerung auf das Außenverzahnungszahnrad 30 ausübt. Eine in Radialrichtung äußere Fläche des Nockens 41 ist eine elliptische Form, deren Mittelpunkt die Mittelachse 9 ist.
Das biegsame Wellenlager 42 ist ein Wellenlager, das sich biegend verformen kann. Das biegsame Wellenlager 42 ist zwischen der in Radialrichtung äußeren Fläche des Nockens 41 und der in Radialrichtung inneren Fläche des Rumpfabschnitts 31 des Außenverzahnungszahnrads 30 angeordnet.
Ein Innenring des biegsamen Wellenlagers 42 steht mit der in Radialrichtung äußeren Fläche des Nockens 41 in Kontakt. Ein Außenring des biegsamen Wellenlagers 42 steht mit der in Radialrichtung inneren Fläche des Rumpfabschnitts 31 in Kontakt. Daher verformt sich der Rumpfabschnitt 31 entlang der in Radialrichtung äußeren Fläche des Nockens 41 elliptisch. Infolgedessen greifen die Außenzähne 32 des Außenverzahnungszahnrads 30 und die Innenzähne 21 des Innenverzahnungszahnrads 20 ineinander. An den übrigen Positionen in Umfangsrichtung greifen die Außenzähne 32 und die Innenzähne 21 nicht ineinander.
Wenn der Motor 103 angetrieben wird, dreht sich der Nocken 41 zusammen mit der Eingangswelle 10 mit der ersten Drehzahl um die Mittelachse 9. Dadurch dreht sich auch die Längenachse der Ellipse des Außenverzahnungszahnrads 30 mit der ersten Drehzahl. Auch die Eingriffspositionen der Außenzähne 32 und der Innenzähne 21 ändern sich in Umfangsrichtung mit der ersten Drehzahl. Wie oben erörtert, weichen die Anzahl der Innenzähne 21 des Innenverzahnungszahnrads 20 und die Anzahl der Außenzähne 32 des Außenverzahnungszahnrads 30 geringfügig voneinander ab. Aufgrund dieser Differenz in der Anzahl der Zähne verändert sich mit einer Drehung des Nockens 41 die Eingriffspositionen der Außenzähne 32 und der Innenzähne 21 in Umfangsrichtung geringfügig. Infolgedessen dreht sich das Außenverzahnungszahnrad 30 in Bezug auf das Innenverzahnungszahnrad 20 mit der zweiten Drehzahl, die niedriger als die erste Drehzahl ist, um die Mittelachse 9.
Die Antriebskraftübertragungsvorrichtung 1 weist einen Drehmomentsensor 50 auf. Der Drehmomentsensor 50 ist ein Sensor zum Erfassen des auf den Basisabschnitt 33 des Außenverzahnungszahnrads 30 einwirkenden Drehmoments. Wie in 2 gezeigt, weist der Drehmomentsensor 50 eine Sensorplatine 51 auf. Die Sensorplatine 51 ist an der Vorderseitenfläche des Basisabschnitts 33 fixiert. 4 ist eine vertikale Teilschnittansicht des Außenverzahnungszahnrads 30 im Bereich der Sensorplatine 51. 5 ist eine Draufsicht auf die Sensorplatine 51. Wie in 4 und 5 gezeigt, weist die Sensorplatine 51 eine Isolationsschicht 511 und eine leitende Schicht 512 auf.
Die Isolationsschicht 511 ist elastisch verformbar. Die Isolationsschicht 511 erstreckt sich in einer die Mittelachse 9 kreuzenden Richtung. Die Isolationsschicht 511 ist eine Ellipse, deren Mittelpunkt die Mittelachse 9 ist. Die Isolationsschicht 511 ist aus einem Kunststoff, der ein Isolator ist, oder einem anorganischen Isolationsmaterial gebildet. Die Isolationsschicht 511 ist an der Vorderseitenfläche des Basisabschnitts 33 angeordnet.
Die leitende Schicht 512 ist an der Vorderseitenfläche der Isolationsschicht 511 gebildet. Für das Material der leitenden Schicht 512 wird ein leitfähiges Metall benutzt. Für das Material der leitenden Schicht 512 wird beispielsweise eine Kupferlegierung, eine Chromlegierung oder Kupfer benutzt. Wie in 5 gezeigt, weist die leitende Schicht 512 mehrere erste Dehnungsmessstreifen W1 und mehrere zweite Dehnungsmessstreifen W2 auf. Die mehreren zweiten Dehnungsmessstreifen W2 sind in Bezug auf die mehreren ersten Dehnungsmessstreifen W1 in Radialrichtung auswärts angeordnet.
Die mehreren ersten Dehnungsmessstreifen W1 schließen mehrere innere Dehnungsmessstreifen W11 und mehrere äußere Dehnungsmessstreifen W12 ein. Die mehreren äußeren Dehnungsmessstreifen W12 sind in Bezug auf die mehreren inneren Dehnungsmessstreifen W11 in Radialrichtung auswärts angeordnet.
Die inneren Dehnungsmessstreifen W11 weisen vier Dehnungsmessstreifen Ra, Rb, Rc, Rd auf. Die vier Dehnungsmessstreifen Ra, Rb, Rc, Rd sind mit Abständen in Umfangsrichtung angeordnet. Die vier Dehnungsmessstreifen Ra, Rb, Rc, Rd sind jeweils kreisbogenförmig in einem Bereich von etwa 90° um die Mittelachse 9 bereitgestellt. Die vier Dehnungsmessstreifen Ra, Rb, Rc, Rd sind konzentrisch angeordnet. Die Entfernung von der Mittelachse 9 zu den vier Dehnungsmessstreifen Ra, Rb, Rc, Rd in Radialrichtung ist im Wesentlichen gleich.
6 ist eine Teildraufsicht auf die Sensorplatine 51. Wie in 6 stellvertretend anhand des Dehnungsmessstreifens Ra gezeigt ist, weisen die vier Dehnungsmessstreifen Ra, Rb, Rc, Rd jeweils mehrere Widerstandsleitungen r1 auf. Die Widerstandsleitungen r1 erstrecken sich in eine Richtung, die sowohl eine radiale Komponente als auch eine Umfangskomponente aufweist. Die mehreren Widerstandsleitungen r1 sind in einer im Wesentlichen parallelen Stellung in Umfangsrichtung aufgereiht. Von den vier Dehnungsmessstreifen Ra, Rb, Rc, Rd sind die Widerstandsleitungen r1 der zwei Dehnungsmessstreifen Ra, Rb in Bezug auf die Radialrichtung zu einer Seite in Umfangsrichtung geneigt. Die Widerstandsleitungen r1 der anderen zwei Dehnungsmessstreifen Rc, Rd sind in Bezug auf die Radialrichtung in Umfangsrichtung zu der anderen Seite geneigt. Der Neigungswinkel der Widerstandsleitungen r1 beträgt beispielsweise 45°. Endabschnitte von in Umfangsrichtung zueinander benachbarten Widerstandsleitungen r1 sind auf der in Radialrichtung inneren Seite oder der in Radialrichtung äußeren Seite miteinander verbunden. Dadurch sind die mehreren Widerstandsleitungen r1 insgesamt in Reihe geschaltet.
Die äußeren Dehnungsmessstreifen W12 weisen vier Dehnungsmessstreifen Re, Rf, Rg, Rh auf. Die vier Dehnungsmessstreifen Re, Rf, Rg, Rh sind mit Abständen in Umfangsrichtung angeordnet. Die vier Dehnungsmessstreifen Re, Rf, Rg, Rh sind jeweils kreisbogenförmig in einem Bereich von etwa 90° um die Mittelachse 9 bereitgestellt. Die vier Dehnungsmessstreifen Re, Rf, Rg, Rh sind konzentrisch angeordnet. Die Entfernung von der Mittelachse 9 zu den vier Dehnungsmessstreifen Re, Rf, Rg, Rh in Radialrichtung ist im Wesentlichen gleich.
Wie in 6 stellvertretend anhand des Dehnungsmessstreifens Re gezeigt ist, weisen die vier Dehnungsmessstreifen Re, Rf, Rg, Rh jeweils mehrere Widerstandsleitungen r1 auf. Die Widerstandsleitungen r1 erstrecken sich in eine Richtung, die sowohl eine radiale Komponente als auch eine Umfangskomponente aufweist. Die mehreren Widerstandsleitungen r1 sind in einer im Wesentlichen parallelen Stellung in Umfangsrichtung aufgereiht. Von den vier Dehnungsmessstreifen Re, Rf, Rg, Rh sind die Widerstandsleitungen r1 der zwei Dehnungsmessstreifen Rg, Rh in Bezug auf die Radialrichtung zu einer Seite in Umfangsrichtung geneigt. Die Widerstandsleitungen r1 der anderen zwei Dehnungsmessstreifen Re, Rf sind in Bezug auf die Radialrichtung in Umfangsrichtung zu der anderen Seite geneigt. Der Neigungswinkel der Widerstandsleitungen r1 beträgt beispielsweise 45°. Endabschnitte von in Umfangsrichtung zueinander benachbarten Widerstandsleitungen r1 sind auf der in Radialrichtung inneren Seite oder der in Radialrichtung äußeren Seite miteinander verbunden. Dadurch sind die mehreren Widerstandsleitungen r1 insgesamt in Reihe geschaltet.
Die mehreren zweiten Dehnungsmessstreifen W2 weisen mehrere innere Dehnungsmessstreifen W21 und mehrere äußere Dehnungsmessstreifen W22 auf. Die mehreren äußeren Dehnungsmessstreifen W22 sind in Bezug auf die mehreren inneren Dehnungsmessstreifen W21 in Radialrichtung auswärts angeordnet.
Die inneren Dehnungsmessstreifen W21 weisen vier Dehnungsmessstreifen Ri, Rj, Rk, Rl auf. Die vier Dehnungsmessstreifen Ri, Rj, Rk, Rl sind mit Abständen in Umfangsrichtung angeordnet. Die vier Dehnungsmessstreifen Ri, Rj, Rk, Rl sind jeweils kreisbogenförmig in einem Bereich von etwa 90° um die Mittelachse 9 bereitgestellt. Die vier Dehnungsmessstreifen Ri, Rj, Rk, Rl sind konzentrisch angeordnet. Die Entfernung von der Mittelachse 9 zu den vier Dehnungsmessstreifen Ri, Rj, Rk, Rl in Radialrichtung ist im Wesentlichen gleich.
Wie in 6 gezeigt, weisen die vier Dehnungsmessstreifen Ri, Rj, Rk, Rl jeweils mehrere Widerstandsleitungen r2 auf. Die Widerstandsleitungen r2 erstrecken sich in eine Richtung, die sowohl eine radiale Komponente als auch eine Umfangskomponente aufweist. Die mehreren Widerstandsleitungen r2 sind in einer zustand im Wesentlichen parallelen Stellung in Umfangsrichtung aufgereiht. Von den vier Dehnungsmessstreifen Ri, Rj, Rk, Rl sind die Widerstandsleitungen r2 der zwei Dehnungsmessstreifen Ri, Rj in Bezug auf die Radialrichtung zu einer Seite in Umfangsrichtung geneigt. Die Widerstandsleitungen r2 der anderen zwei Dehnungsmessstreifen Rk, Rl sind in Bezug auf die Radialrichtung in Umfangsrichtung zu der anderen Seite geneigt. Der Neigungswinkel der Widerstandsleitungen r2 beträgt beispielsweise 45°. Endabschnitte von in Umfangsrichtung zueinander benachbarten Widerstandsleitungen r2 sind auf der in Radialrichtung inneren Seite oder der in Radialrichtung äußeren Seite miteinander verbunden. Dadurch sind die mehreren Widerstandsleitungen r2 insgesamt in Reihe geschaltet.
Die äußeren Dehnungsmessstreifen W22 weisen vier Dehnungsmessstreifen Rm, Rn, Ro, Rp auf. Die vier Dehnungsmessstreifen Rm, Rn, Ro, Rp sind mit Abständen in Umfangsrichtung angeordnet. Die vier Dehnungsmessstreifen Rm, Rn, Ro, Rp sind jeweils kreisbogenförmig in einem Bereich von etwa 90° um die Mittelachse 9 bereitgestellt. Die vier Dehnungsmessstreifen Rm, Rn, Ro, Rp sind konzentrisch angeordnet. Die Entfernung von der Mittelachse 9 zu den vier Dehnungsmessstreifen Rm, Rn, Ro, Rp in Radialrichtung ist im Wesentlichen gleich.
Wie in 6 gezeigt, weisen die vier Dehnungsmessstreifen Rm, Rn, Ro, Rp jeweils mehrere Widerstandsleitungen r2 auf. Die Widerstandsleitungen r2 erstrecken sich in eine Richtung, die sowohl eine radiale Komponente als auch eine Umfangskomponente aufweist. Die mehreren Widerstandsleitungen r2 sind in einer zustand im Wesentlichen parallelen Stellung in Umfangsrichtung aufgereiht. Von den vier Dehnungsmessstreifen Rm, Rn, Ro, Rp sind die Widerstandsleitungen r2 der zwei Dehnungsmessstreifen Ro, Rp in Bezug auf die Radialrichtung zu einer Seite in Umfangsrichtung geneigt. Die Widerstandsleitungen r2 der anderen zwei Dehnungsmessstreifen Rm, Rn sind in Bezug auf die Radialrichtung in Umfangsrichtung zu der anderen Seite geneigt. Der Neigungswinkel der Widerstandsleitungen r2 beträgt beispielsweise 45°. Endabschnitte von in Umfangsrichtung zueinander benachbarten Widerstandsleitungen r2 sind auf der in Radialrichtung inneren Seite oder der in Radialrichtung äußeren Seite miteinander verbunden. Dadurch sind die mehreren Widerstandsleitungen r2 insgesamt in Reihe geschaltet.
Der Neigungswinkel der Widerstandsleitungen r1 und r2 in Bezug auf die Radialrichtung kann auch ein anderer Wert als 45° sein. Der Neigungswinkel der Widerstandsleitungen r1 und r2 in Bezug auf die Radialrichtung kann beispielsweise 30° oder 60° betragen.
Die mehreren ersten Dehnungsmessstreifen W1 bilden eine erste Brückenschaltung C1 aus. Das heißt, die mehreren inneren Dehnungsmessstreifen W11 und die mehreren äußeren Dehnungsmessstreifen W12 bilden die erste Brückenschaltung C1 aus. Indem die mehreren inneren Dehnungsmessstreifen W11 und die mehreren äußeren Dehnungsmessstreifen W12 die erste Brückenschaltung C1 ausbilden, kann das auf den Basisabschnitt 33 einwirkende Drehmoment mit hoher Präzision erfasst werden. 7 ist ein Schaltbild der ersten Brückenschaltung C1. Wie in 7 gezeigt, ist die erste Brückenschaltung C1 durch Verbinden der acht Dehnungsmessstreifen Ra, Rb, Rc, Rd, Re, Rf, Rg, Rh miteinander ausgebildet.
Die vier Dehnungsmessstreifen Ra, Rb, Rc, Rd sind in dieser Reihenfolge in Reihe geschaltet. Die vier Dehnungsmessstreifen Re, Rf, Rg, Rh sind in dieser Reihenfolge in Reihe geschaltet. Die Reihe der vier Dehnungsmessstreifen Ra, Rb, Rc, Rd und die Reihe der vier Dehnungsmessstreifen Re, Rf, Rg, Rh sind zwischen dem Pluspol und dem Minuspol einer Spannungsversorgung parallel geschaltet. Zwischen einen Zwischenpunkt M11 der zwei Dehnungsmessstreifen Rb, Rc und einen Zwischenpunkt M12 der zwei Dehnungsmessstreifen Rf, Rg ist ein erster Spannungsmesser V1 geschaltet.
Ein Widerstandswert der einzelnen Widerstandsleitungen r1 der acht Dehnungsmessstreifen Ra, Rb, Rc, Rd, Re, Rf, Rg, Rh verändert sich mit dem auf den Basisabschnitt 33 einwirkenden Drehmoment. Wenn beispielsweise auf den Basisabschnitt 33 ein Drehmoment einwirkt, das mit der Mittelachse 9 als Mittelpunkt in Umfangsrichtung zu der einen Seite gerichtet ist, sinkt der Widerstandswert der Widerstandsleitungen r1 der vier Dehnungsmessstreifen Ra, Rb, Rg, Rh, während der Widerstandswert der Widerstandsleitungen r1 der vier Dehnungsmessstreifen Rc, Rd, Re, Rf steigt. Wenn dagegen auf den Basisabschnitt 33 ein Drehmoment einwirkt, das mit der Mittelachse 9 als Mittelpunkt in Umfangsrichtung zu der anderen Seite gerichtet ist, steigt der Widerstandswert der Widerstandsleitungen r1 der vier Dehnungsmessstreifen Ra, Rb, Rg, Rh, während der Widerstandswert der Widerstandsleitungen r1 der vier Dehnungsmessstreifen Rc, Rd, Re, Rf sinkt. Auf diese Weise zeigen die vier Dehnungsmessstreifen Ra, Rb, Rg, Rh und die anderen vier Dehnungsmessstreifen Rc, Rd, Re, Rf in Bezug auf das Drehmoment einander entgegengesetzte Widerstandswertveränderungen.
Wenn sich die Widerstandswerte der vier Dehnungsmessstreifen Ra, Rb, Rg, Rh und die Widerstandswerte der vier Dehnungsmessstreifen Rc, Rd, Re, Rf mit entgegengesetzter Ausrichtung verändern, so verändert sich auch eine Potenzialdifferenz zwischen dem Zwischenpunkt M11 der zwei Dehnungsmessstreifen Rb, Rc und dem Zwischenpunkt M12 der zwei Dehnungsmessstreifen Rf, Rg, weshalb sich der Messwert des ersten Spannungsmessers V1 ebenfalls ändert. Auf Grundlage des Messwerts des ersten Spannungsmessers V1 lassen sich somit Ausrichtung und Größe des auf den Basisabschnitt 33 einwirkenden Drehmoments erfassen.
Die mehreren zweiten Dehnungsmessstreifen W2 bilden eine zweite Brückenschaltung C2 aus. Das heißt, die mehreren inneren Dehnungsmessstreifen W21 und die mehreren äußeren Dehnungsmessstreifen W22 bilden die zweite Brückenschaltung C2 aus. Indem die mehreren inneren Dehnungsmessstreifen W21 und die mehreren äußeren Dehnungsmessstreifen W22 die zweite Brückenschaltung C2 ausbilden, kann das auf den Basisabschnitt 33 einwirkende Drehmoment mit hoher Präzision erfasst werden. 8 ist ein Schaltbild der zweiten Brückenschaltung C2. Wie in 8 gezeigt, ist die zweite Brückenschaltung C2 durch Verbinden der acht Dehnungsmessstreifen Ri, Rj, Rk, Rl, Rm, Rn, Ro, Rp miteinander ausgebildet.
Die vier Dehnungsmessstreifen Ri, Rj, Rk, Rl sind in dieser Reihenfolge in Reihe geschaltet. Die vier Dehnungsmessstreifen Rm, Rn, Ro, Rp sind in dieser Reihenfolge in Reihe geschaltet. Die Reihe der vier Dehnungsmessstreifen Ri, Rj, Rk, Rl und die Reihe der vier Dehnungsmessstreifen Rm, Rn, Ro, Rp sind zwischen dem Pluspol und dem Minuspol einer Spannungsversorgung parallel geschaltet. Zwischen einen Zwischenpunkt M21 der zwei Dehnungsmessstreifen Rj, Rk und einen Zwischenpunkt M22 der zwei Dehnungsmessstreifen Rn, Ro ist ein zweiter Spannungsmesser V2 geschaltet.
Ein Widerstandswert der einzelnen Widerstandsleitungen r2 der acht Dehnungsmessstreifen Ri, Rj, Rk, Rl, Rm, Rn, Ro, Rp verändert sich mit dem auf den Basisabschnitt 33 einwirkenden Drehmoment. Wenn beispielsweise auf den Basisabschnitt 33 ein Drehmoment einwirkt, das mit der Mittelachse 9 als Mittelpunkt in Umfangsrichtung zu der einen Seite gerichtet ist, sinkt der Widerstandswert der Widerstandsleitungen r2 der vier Dehnungsmessstreifen Ri, Rj, Ro, Rp, während der Widerstandswert der Widerstandsleitungen r2 der vier Dehnungsmessstreifen Rk, Rl, Rm, Rn steigt. Wenn dagegen auf den Basisabschnitt 33 ein Drehmoment einwirkt, das mit der Mittelachse 9 als Mittelpunkt in Umfangsrichtung zu der anderen Seite gerichtet ist, steigt der Widerstandswert der Widerstandsleitungen r1 der vier Dehnungsmessstreifen Ri, Rj, Ro, Rp, während der Widerstandswert der Widerstandsleitungen r1 der vier Dehnungsmessstreifen Rk, Rl, Rm, Rn sinkt. Auf diese Weise zeigen die vier Dehnungsmessstreifen Ri, Rj, Ro, Rp und die anderen vier Dehnungsmessstreifen Rk, Rl, Rm, Rn in Bezug auf das Drehmoment einander entgegengesetzte Widerstandswertveränderungen.
Wenn sich die Widerstandswerte der vier Dehnungsmessstreifen Ri, Rj, Ro, Rp und die Widerstandswerte der vier Dehnungsmessstreifen Rk, Rl, Rm, Rn mit entgegengesetzter Ausrichtung verändern, so verändert sich auch eine Potenzialdifferenz zwischen zwischen dem Zwischenpunkt M21 der zwei Dehnungsmessstreifen Rj, Rk und dem Zwischenpunkt M22 der zwei Dehnungsmessstreifen Rn, Ro, weshalb sich der Messwert des zweiten Spannungsmessers V2 ebenfalls ändert. Auf Grundlage des Messwerts des zweiten Spannungsmessers V2 lassen sich somit Ausrichtung und Größe des auf den Basisabschnitt 33 einwirkenden Drehmoments erfassen.
Die Antriebskraftübertragungsvorrichtung 1 weist ferner ein Gehäuse 60 und eine Signalverarbeitungsplatine 70 auf. Wie in 2 gezeigt, ist das Gehäuse 60 auf der in Axialrichtung einen Seite des Außenverzahnungszahnrads 30 gelegen. Das Gehäuse 60 deckt das Außenverzahnungszahnrad 30 von der in Axialrichtung einen Seite aus ab. Das Gehäuse 60 ist an dem Außenverzahnungszahnrad 30 fixiert.
Die Signalverarbeitungsplatine 70 ist an der Vorderseitenfläche des Gehäuses 60 fixiert. Die Signalverarbeitungsplatine 70 ist durch elektrische Schaltungen ausgebildet, die einen Mikroprozessor aufweisen. Die Signalverarbeitungsplatine 70 ist mit der ersten Brückenschaltung C1 und der zweiten Brückenschaltung C2 elektrisch verbunden. Die Signalverarbeitungsplatine 70 erfasst auf Grundlage des Ausgangssignals von dem ersten Spannungsmesser V1 und dem zweiten Spannungsmesser V2 das auf den Basisabschnitt 33 einwirkende Drehmoment.
Insbesondere weist der Drehmomentsensor 50 der vorliegenden Ausführungsform die mehreren ersten Dehnungsmessstreifen W1, die die erste Brückenschaltung C1 ausbilden, und die mehreren zweiten Dehnungsmessstreifen W2 auf, die die zweite Brückenschaltung C2 ausbilden. Auch wenn an einer der Brückenschaltungen ein Fehler auftritt, kann das Drehmoment daher durch die andere Brückenschaltung erfasst werden.
Wie oben beschrieben, weist in der vorliegenden Ausführungsform das Außenverzahnungszahnrad 30, bei dem es sich um ein Maschinenbauteil handelt, die mehreren Dehnungsmessstreifen Ra, Rb, Rc, Rd, Re, Rf, Rg, Rh, Ri, Rj, Rk, Rl, Rm, Rn, Ro, Rp auf. Die mehreren Dehnungsmessstreifen Ra, Rb, Rc, Rd, Re, Rf, Rg, Rh, Ri, Rj, Rk, Rl, Rm, Rn, Ro, Rp sind an dem Basisabschnitt 33 angeordnet.
Die vier Dehnungsmessstreifen Ra, Rb, Rc, Rd sind in Umfangsrichtung um die Mittelachse 9 aufgereiht. Zwischen in Umfangsrichtung benachbarten Dehnungsmessstreifen ist ein Abstandsbereich A angeordnet. Die vier Abstandsbereiche A sind in einem Winkelabstand von 90° um die Mittelachse 9 angeordnet.
Die vier Dehnungsmessstreifen Re, Rf, Rg, Rh sind in Umfangsrichtung um die Mittelachse 9 aufgereiht. Zwischen in Umfangsrichtung benachbarten Dehnungsmessstreifen ist ein Abstandsbereich A angeordnet. Die vier Abstandsbereiche A sind in einem Winkelabstand von 90° um die Mittelachse 9 angeordnet.
Die vier Dehnungsmessstreifen Ri, Rj, Rk, Rl sind in Umfangsrichtung um die Mittelachse 9 aufgereiht. Zwischen in Umfangsrichtung benachbarten Dehnungsmessstreifen ist ein Abstandsbereich A angeordnet. Die vier Abstandsbereiche A sind in einem Winkelabstand von 90° um die Mittelachse 9 angeordnet.
Die vier Dehnungsmessstreifen Rm, Rn, Ro, Rp sind in Umfangsrichtung um die Mittelachse 9 aufgereiht. Zwischen in Umfangsrichtung benachbarten Dehnungsmessstreifen ist ein Abstandsbereich A angeordnet. Die vier Abstandsbereiche A sind in einem Winkelabstand von 90° um die Mittelachse 9 angeordnet.
Das Außenverzahnungszahnrad 30 wird durch den elliptischen Nocken 41 biegend verformt. Daher entsteht an dem Außenverzahnungszahnrad 30 nicht nur das eigentlich zu messende, auf äußere Kraft zurückgehende Drehmoment, sondern auch ein Drehmoment, das auf die Biegeverformung aufgrund des Nockens 41 zurückgeht (im Folgenden als „Momentwelligkeit T“ bezeichnet). Der Drehmomentsensor 50 erfasst neben dem auf äußere Kraft zurückgehenden Drehmoment am Außenverzahnungszahnrad 30 auch diese Momentwelligkeit T.
9 ist ein Kurvendiagramm, das die zu einem Zeitpunkt durch den Drehmomentsensor 50 erfasste Momentwelligkeit T zeigt. Die horizontale Achse in 9 zeigt die Umfangsposition um die Mittelachse 9. Die vertikale Achse in 9 zeigt den Wert der durch den Drehmomentsensor 50 erfassten Momentwelligkeit T. In der vorliegenden Ausführungsform verändert sich der Durchmesser der in Radialrichtung äußeren Fläche des Nockens 41 mit einer Winkelperiode von 180° um die Mittelachse 9, und wie in 9 gezeigt, erscheint auch die Momentwelligkeit T auf sinusförmige Weise mit einer Winkelperiode von 180° um die Mittelachse 9.
Ein integrierter Wert der Momentwelligkeit T aus 9 in dem Bereich von 0° bis 180° ist die Summe der durch den Drehmomentsensor 50 zu diesem Zeitpunkt an der Position von 0° bis 180° in Umfangsrichtung erfassten Momentwelligkeit T.
Wie in 9 gezeigt, weist die durch den Drehmomentsensor 50 erfasste Momentwelligkeit T jedoch einen Erfassungsverlust To auf. Der Erfassungsverlust To entsteht an den Winkelpositionen, die den Abstandsbereichen A der Dehnungsmessstreifen entsprechen. Da nämlich in den Abstandsbereichen A keine Dehnungsmessstreifen vorhanden sind, kann die Momentwelligkeit T nicht erfasst werden, woraus sich der Erfassungsverlust To ergibt. Wenn sich der Nocken 41 dreht, bewegt sich die Wellenform der sinusförmigen Momentwelligkeit T aus 9 in Richtung der horizontalen Achse, während sich der Erfassungsverlust To nicht verändert. Der Erfassungsverlust To kann zu einer Fehlerkomponente des Integralwerts der Momentwelligkeit T werden.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die Abstandsbereiche A in Winkelabständen von 90° angeordnet. Somit tritt auch der durch die Abstandsbereiche A verursachte Erfassungsverlust To in Winkelabständen von 90° auf, wie in 9 gezeigt. Bei der Momentwelligkeit T mit der Periode von 180° liegen somit zwei Erfassungsverluste To in umgekehrter Phase vor, weshalb die Erfassungsverluste To beim Integrieren einander aufheben. Infolgedessen kann in dem Integralwert der Momentwelligkeit T der Fehler aufgrund des Erfassungsverlusts To reduziert werden.
10 und 11 sind vergrößerte Ansichten des Abstandsbereichs A. In 10 und 11 ist der Abstandsbereich A mit einer durchbrochenen Schraffierung gezeigt. Wie in 10 und 11 zu sehen ist, liegen in der vorliegenden Ausführungsform aufgrund der Neigung der Widerstandsleitungen der benachbarten Dehnungsmessstreifen Abstandsbereiche A mit zwei Arten von Form vor. Eine Länge L1 in Umfangsrichtung des Abstandsbereichs A aus 10 beträgt das Zweifache einer Länge L2 in Umfangsrichtung des Abstandsbereichs A aus 11. Ein maximaler Zentriwinkel θ1 des Abstandsbereichs A aus 10 beträgt das Zweifache eines maximalen Zentriwinkels θ2 des Abstandsbereichs A aus 11.
Ungeachtet der Form des Abstandsbereichs A ist jedoch die Oberfläche der mehreren Abstandsbereiche A jeweils gleich. Auf diese Weise kann der auf die Abstandsbereiche A zurückgehende Verlust der Momentwelligkeit T gleich gehalten werden. Aufgrunddessen kann in dem Integralwert der Momentwelligkeit T der Fehler aufgrund des Erfassungsverlusts To weiter reduziert werden. Die Oberfläche des Abstandsbereichs A ist die Oberfläche eines Bereichs, der zwischen zueinander in Umfangsrichtung benachbarten Dehnungsmessstreifen und zwischen einer verlängerten Geraden des in Radialrichtung inneren Rands der Dehnungsmessstreifen und einer verlängerten Geraden des in Radialrichtung äußeren Rands der Dehnungsmessstreifen in Radialrichtung vorliegt.
Die Oberflächen der mehreren Abstandsbereiche A können einen unvermeidlich auftretenden Fehler aufweisen. Das heißt, es reicht aus, wenn die Oberflächen der mehreren Abstandsbereich A im Wesentlichen gleich sind.
Insbesondere sind in der vorliegenden Ausführungsform die Oberflächen der mehreren Abstandsbereiche A bei den mehreren ersten Dehnungsmessstreifen W1 gleich, und die Oberflächen der mehreren Abstandsbereiche A bei den mehreren zweiten Dehnungsmessstreifen W2 sind gleich. Genauer sind die Oberflächen der mehreren Abstandsbereiche A bei den mehreren inneren Dehnungsmessstreifen W11 gleich, die in den mehreren ersten Dehnungsmessstreifen W1 enthalten sind. Auch sind die Oberflächen der mehreren Abstandsbereiche A bei den mehreren äußeren Dehnungsmessstreifen W12, die in den mehreren ersten Dehnungsmessstreifen W1 enthalten sind. Auch sind die Oberflächen der mehreren Abstandsbereiche A bei den mehreren inneren Dehnungsmessstreifen W21 gleich, die in den mehreren zweiten Dehnungsmessstreifen W2 enthalten sind. Auch sind die Oberflächen der mehreren Abstandsbereiche A bei den mehreren äußeren Dehnungsmessstreifen W22 gleich, die in den mehreren zweiten Dehnungsmessstreifen W2 enthalten sind.
Auf diese Weise kann der Verlust der Momentwelligkeit T aufgrund der Abstandsbereiche A bei der ersten Brückenschaltung C1 und der zweiten Brückenschaltung C2 jeweils gleich gehalten werden. Somit kann bei der ersten Brückenschaltung C1 und der zweiten Brückenschaltung C2 der Fehler aufgrund des Erfassungsverlusts To weiter reduziert werden.
Vorstehend wurde eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben, doch ist die vorliegende Offenbarung nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Im Folgenden werden verschiedene Abwandlungsbeispiele vor allem im Hinblick auf ihre Unterschiede zur oben beschriebenen Ausführungsform beschrieben.
12 ist eine Draufsicht auf die Sensorplatine 51 gemäß einem ersten Abwandlungsbeispiel. In der oben beschriebenen Ausführungsform sind Positionen der mehreren Abstandsbereiche A bei den mehreren ersten Dehnungsmessstreifen W1 in Umfangsrichtung und Positionen der mehreren Abstandsbereiche A bei den mehreren zweiten Dehnungsmessstreifen W2 in Umfangsrichtung gleich. Im Beispiel von 12 dagegen sind die Positionen der mehreren Abstandsbereiche A bei den mehreren ersten Dehnungsmessstreifen W1 in Umfangsrichtung und die Positionen der mehreren Abstandsbereiche A bei den mehreren zweiten Dehnungsmessstreifen W2 in Umfangsrichtung unterschiedlich.
Die Positionen der mehreren Abstandsbereiche A bei den mehreren ersten Dehnungsmessstreifen W1 in Umfangsrichtung und die Positionen der mehreren Abstandsbereiche A bei den mehreren zweiten Dehnungsmessstreifen W2 in Umfangsrichtung müssen also nicht gleich sein. Auf diese Weise können die beiden Brückenschaltungen erste Brückenschaltung C1 und zweite Brückenschaltung C2 benutzt werden, und der Freiheitsgrad beim Anordnen der mehreren Dehnungsmessstreifen kann erhöht werden.
13 ist eine Draufsicht auf den Nocken 41 gemäß einem zweiten Abwandlungsbeispiel. In der oben beschriebenen Ausführungsform ist die in Radialrichtung äußere Fläche des Nockens 41 elliptisch. Daher verändert sich der Durchmesser der in Radialrichtung äußeren Fläche des Nockens 41 mit einer Winkelperiode von 180° um die Mittelachse 9. Im Beispiel von 13 dagegen weist die in Radialrichtung äußere Fläche des Nockens 41 im Wesentlichen die Form eines Dreiecks mit sanft geschwungenen Ecken auf. Daher verändert sich der Durchmesser der in Radialrichtung äußeren Fläche des Nockens 41 mit einer Winkelperiode von 120° um die Mittelachse 9. Der Nocken 41 von 13 ist somit ein Bauteil, das mit einer Periode von 120° eine Verlagerung auf das Außenverzahnungszahnrad 30 ausübt. Die Antriebskraftübertragungsvorrichtung 1 kann anstelle des Nockens 41 der oben beschriebenen Ausführungsform auch den Nocken 41 aus 13 benutzen.
Bei Benutzung des Nockens 41 aus 13 verändert sich die Momentwelligkeit T sinusförmig mit einer Winkelperide von 120° um die Mittelachse 9. In diesem Fall können die Abstandsbereiche A in einem Winkelabstand von 60° um die Mittelachse 9 angeordnet sein. Auf diese Weise tritt der durch die Abstandsbereiche A verursachte Erfassungsverlust To in Winkelabständen von 60° auf. Bei der Momentwelligkeit T mit der Periode von 120° liegen somit zwei Erfassungsverluste To in umgekehrter Phase vor, weshalb die Erfassungsverluste To beim Integrieren einander aufheben. Infolgedessen kann in dem Integralwert der Momentwelligkeit T der Fehler aufgrund des Erfassungsverlusts To reduziert werden.
Der Drehmomentsensor 50 weist in der oben beschriebenen Ausführungsform die mehreren ersten Dehnungsmessstreifen W1, die die erste Brückenschaltung C1 ausbilden, und die mehreren zweiten Dehnungsmessstreifen W2 auf, die die zweite Brückenschaltung C2 ausbilden. Allerdings kann der Drehmomentsensor 50 auch nur die mehreren ersten Dehnungsmessstreifen W1, die die erste Brückenschaltung C1 ausbilden, oder nur die mehreren zweiten Dehnungsmessstreifen W2 aufweisen, die die zweite Brückenschaltung C2 ausbilden.
In den oben beschriebenen Ausführungsform sind die mehreren Dehnungsmessstreifen an dem Außenverzahnungszahnrad 30 angeordnet, welches ein Maschinenbauteil ist. Anstelle des Außenverzahnungszahnrads 30 können die mehreren Dehnungsmessstreifen jedoch auch an dem Innenverzahnungszahnrad 20 angeordnet sein, welches ein Maschinenbauteil ist. Das heißt, bei dem „Maschinenbauteil“ der vorliegenden Offenbarung kann es sich um das Außenverzahnungszahnrad 30 oder um das Innenverzahnungszahnrad 20 handeln. Auf diese Weise kann der Freiheitsgrad bei der Auslegung der Antriebskraftübertragungsvorrichtung 1 erhöht werden. Das heißt, die Dehnungsmessstreifen können in Anpassung an die Spezifikationen und die Auslegung des Produkts, an dem die Antriebskraftübertragungsvorrichtung 1 installiert wird, an dem jeweils bevorzugten von dem Außenverzahnungszahnrad 30 und dem Innenverzahnungszahnrad 20 angeordnet sein.
Bei der Antriebskraftübertragungsvorrichtung 1 der oben beschriebenen Ausführungsform ist das Außenverzahnungszahnrad 30 am Grundrahmen 101 fixiert, während sich das Innenverzahnungszahnrad 20 mit der herabgesetzten zweiten Drehzahl dreht. Allerdings kann auch das Innenverzahnungszahnrad 20 am Grundrahmen 101 fixiert sein, während sich das Außenverzahnungszahnrad 30 mit der herabgesetzten zweiten Drehzahl dreht.
Das Außenverzahnungszahnrad 30 der oben beschriebenen Ausführungsform ist ein so genanntes „hutförmiges“ biegsames Außenverzahnungszahnrad, dessen Basisabschnitt 33 sich vom Rumpfabschnitt 31 in Radialrichtung nach außen ausdehnt. Allerdings kann das Außenverzahnungszahnrad 30 auch ein so genanntes „becherförmiges“ biegsames Außenverzahnungszahnrad sein, dessen Basisabschnitt 33 sich vom Rumpfabschnitt 31 in Radialrichtung nach innen ausdehnt.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wurde beschrieben, dass die Antriebskraftübertragungsvorrichtung 1 an dem Roboter 100 installiert ist. Allerdings kann eine Antriebskraftübertragungsvorrichtung 1 mit gleichartiger Struktur auch an anderen Vorrichtungen wie etwa einem Exoskelett oder einem unbemannten Transportfahrzeug installiert sein.
Die genaue Ausgestaltung des Maschinenbauteils, der Antriebskraftübertragungsvorrichtung und des Roboters kann zudem nach Bedarf geändert werden, solange nicht vom Wesen der vorliegenden Offenbarung abgewichen wird. Die in der oben beschriebenen Ausführungsformen und den Abwandlungsbeispielen genannten Elemente können zudem nach Bedarf kombiniert werden, solange sich hieraus kein Widerspruch ergibt.
Die vorliegende Technik kann die folgenden Ausgestaltungen annehmen.

(1) Ein Maschinenbauteil, aufweisend einen Basisabschnitt, der sich in einer Richtung erstreckt, die die Mittelachse kreuzt, und mehrere Dehnungsmessstreifen, die an dem Basisabschnitt angeordnet sind, wobei die mehreren Dehnungsmessstreifen in Umfangsrichtung um die Mittelachse aufgereiht sind, zwischen in Umfangsrichtung benachbarten Dehnungsmessstreifen mehrere Abstandsbereiche angeordnet sind und die mehreren Abstandsbereiche Abstandsbereiche beinhalten, die in Winkelabständen von 90° um die Mittelachse angeordnet sind.
(2) Ein Maschinenbauteil, aufweisend einen Basisabschnitt, der sich in einer Richtung erstreckt, die die Mittelachse kreuzt, und mehrere Dehnungsmessstreifen, die an dem Basisabschnitt angeordnet sind, wobei die mehreren Dehnungsmessstreifen in Umfangsrichtung um die Mittelachse aufgereiht sind, zwischen in Umfangsrichtung benachbarten Dehnungsmessstreifen mehrere Abstandsbereiche angeordnet sind und die mehreren Abstandsbereiche Abstandsbereiche beinhalten, die in Winkelabständen von 60° um die Mittelachse angeordnet sind.
(3) Das Maschinenbauteil nach (1) oder (2), wobei Oberflächen der mehreren Abstandsbereiche gleich sind.
(4) Das Maschinenbauteil nach einem von (1) bis (3), wobei die mehreren Dehnungsmessstreifen mehrere innere Dehnungsmessstreifen, die in Umfangsrichtung aufgereiht sind, und mehrere äußere Dehnungsmessstreifen beinhalten, die in Radialrichtung auswärts der mehreren inneren Dehnungsmessstreifen in Umfangsrichtung aufgereiht sind, wobei durch die mehreren inneren Dehnungsmessstreifen und die mehreren äußeren Dehnungsmessstreifen eine Brückenschaltung ausgebildet ist.
(5) Das Maschinenbauteil nach einem von (1) bis (4), wobei die mehreren Dehnungsmessstreifen mehrere erste Dehnungsmessstreifen, die eine erste Brückenschaltung ausbilden, und mehrere zweite Dehnungsmessstreifen beinhalten, die in Radialrichtung auswärts der mehreren ersten Dehnungsmessstreifen angeordnet sind und eine zweite Brückenschaltung ausbilden.
(6) Das Maschinenbauteil nach (5), wobei Oberflächen der mehreren Abstandsbereiche an den mehreren ersten Dehnungsmessstreifen gleich sind und Oberflächen der mehreren Abstandsbereiche an den mehreren zweiten Dehnungsmessstreifen gleich sind.
(7) Das Maschinenbauteil nach (5) oder (6), wobei Umfangspositionen der mehreren Abstandsbereiche an den mehreren ersten Dehnungsmessstreifen und Umfangspositionen der mehreren Abstandsbereiche an den mehreren zweiten Dehnungsmessstreifen voneinander verschieden sind.
(8) Eine Antriebskraftübertragungsvorrichtung, die das Maschinenbauteil nach einem von (1) bis (7) aufweist, weist auf:
- ein Innenverzahnungszahnrad, ein Außenverzahnungszahnrad, das mit dem Innenverzahnungszahnrad verzahnt ist, und einen Wellgenerator, der eine periodische Biegung an dem Außenverzahnungszahnrad bewirkt, wobei es sich bei einem von dem Innenverzahnungszahnrad und dem Außenverzahnungszahnrad um das Maschinenbauteil handelt.
(9) Ein Roboter, aufweisend die Antriebskraftübertragungsvorrichtung nach (8).

Die vorliegende Offenbarung kann beispielsweise auf ein Maschinenbauteil, eine Antriebskraftübertragungsvorrichtung und einen Roboter angewandt werden.
Merkmale der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und deren Abwandlungen können nach Bedarf kombiniert werden, solange sich hieraus kein Widerspruch ergibt.
Obwohl vorstehend bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben wurden, versteht es sich, dass für den Fachmann Variationen und Abwandlungen auf der Hand liegen, die nicht vom Umfang und Geist der vorliegenden Offenbarung abweichen. Der Umfang der vorliegenden Offenbarung ergibt sich daher ausschließlich aus den nachfolgenden Ansprüchen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2000131160 A [0002, 0003]

Claims

Maschinenbauteil, aufweisend: einen Basisabschnitt, der sich in einer Richtung erstreckt, die eine Mittelachse kreuzt, und mehrere Dehnungsmessstreifen, die an dem Basisabschnitt angeordnet sind, wobei die mehreren Dehnungsmessstreifen in Umfangsrichtung um die Mittelachse aufgereiht sind, dadurch gekennzeichnet, dass: zwischen in Umfangsrichtung benachbarten Dehnungsmessstreifen mehrere Abstandsbereiche angeordnet sind und die mehreren Abstandsbereiche Abstandsbereiche aufweisen, die in Winkelabständen von 90° um die Mittelachse angeordnet sind.
Maschinenbauteil, aufweisend: einen Basisabschnitt, der sich in einer Richtung erstreckt, die eine Mittelachse kreuzt, und mehrere Dehnungsmessstreifen, die an dem Basisabschnitt angeordnet sind, wobei die mehreren Dehnungsmessstreifen in Umfangsrichtung um die Mittelachse aufgereiht sind, dadurch gekennzeichnet, dass: zwischen in Umfangsrichtung benachbarten Dehnungsmessstreifen mehrere Abstandsbereiche angeordnet sind und die mehreren Abstandsbereiche Abstandsbereiche aufweisen, die in Winkelabständen von 60° um die Mittelachse angeordnet sind.
Maschinenbauteil nach Anspruch 1 oder 2, wobei Oberflächen der mehreren Abstandsbereiche gleich sind.
Maschinenbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die mehreren Dehnungsmessstreifen mehrere innere Dehnungsmessstreifen, die in Umfangsrichtung aufgereiht sind, und mehrere äußere Dehnungsmessstreifen, die in Radialrichtung auswärts der mehreren inneren Dehnungsmessstreifen in Umfangsrichtung aufgereiht sind, aufweisen, wobei durch die mehreren inneren Dehnungsmessstreifen und die mehreren äußeren Dehnungsmessstreifen eine Brückenschaltung ausgebildet ist.
Maschinenbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die mehreren Dehnungsmessstreifen mehrere erste Dehnungsmessstreifen, die eine erste Brückenschaltung ausbilden, und mehrere zweite Dehnungsmessstreifen, die in Radialrichtung auswärts der mehreren ersten Dehnungsmessstreifen angeordnet sind und eine zweite Brückenschaltung ausbilden, aufweisen.
Maschinenbauteil nach Anspruch 5, wobei Oberflächen der mehreren Abstandsbereiche an den mehreren ersten Dehnungsmessstreifen gleich sind und Oberflächen der mehreren Abstandsbereiche an den mehreren zweiten Dehnungsmessstreifen gleich sind.
Maschinenbauteil nach Anspruch 5 oder 6, wobei Umfangspositionen der mehreren Abstandsbereiche an den mehreren ersten Dehnungsmessstreifen und Umfangspositionen der mehreren Abstandsbereiche an den mehreren zweiten Dehnungsmessstreifen voneinander verschieden sind.
Antriebskraftübertragungsvorrichtung, die ein Maschinenbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7 aufweist, aufweisend: ein Innenverzahnungszahnrad, ein Außenverzahnungszahnrad, das mit dem Innenverzahnungszahnrad verzahnt ist, und einen Wellgenerator, der eine periodische Biegung an dem Außenverzahnungszahnrad bewirkt, wobei es sich bei einem von dem Innenverzahnungszahnrad und dem Außenverzahnungszahnrad um das Maschinenbauteil handelt.
Roboter, aufweisend die Antriebskraftübertragungsvorrichtung nach Anspruch 8.