DE112005003525T5

DE112005003525T5 - Elektromagnetische Bremsvorrichtung

Info

Publication number: DE112005003525T5
Application number: DE112005003525T
Authority: DE
Inventors: Kiyoto Kobayashi
Original assignee: Harmonic Drive Systems Inc
Current assignee: Harmonic Drive Systems Inc
Priority date: 2005-03-28
Filing date: 2005-03-28
Publication date: 2008-02-07
Also published as: WO2006103727A1; JPWO2006103727A1; US20080156594A1

Abstract

Eine elektromagnetische Bremsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass sie aufweist:
eine Reibungsscheibe (6);
eine feste Scheibe (7) die auf einer Seite der Reibungsscheibe (6) in einer festen Position hinsichtlich einer Richtung der zentralen Achse (1a) der Vorrichtung angeordnet ist;
eine Ankerscheibe (5), die auf der anderen Seite der Reibungsscheibe (6) in einem Zustand angeordnet ist, der eine Verschiebung in Richtung der zentralen Achse (1a) der Vorrichtung erlaubt;
eine Kompressionsschraubenfeder (8), um die Ankerscheibe (5) zu der Reibungsscheibe (6) hin zu drücken; und
einen Elektromagneten (4), der in der Lage ist, die Ankerscheibe (5) gegen die Federkraft der Kompressionsschraubenfeder (8) anzuziehen; wobei
die Kompressionsschraubenfeder (8) einen Aufbau hat, bei dem der Durchmesser des gewundenen Bereichs in Richtung der zentralen Achse (1a) allmählich zunimmt oder abnimmt; und
die Reibungsscheibe (6) an einer Rotationswelle (3) angebracht ist, die gesteuert werden soll, so dass die Scheibe (6) integral in...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine flache, elektromagnetische Bremsvorrichtung der Bauart, die bei Stromabschaltung wirksam wird und an einer Motorausgangswelle oder einer anderen rotierenden Welle angebracht werden kann, um Rotation einzuschränken.
Stand der Technik
Elektromagnetische Bremsvorrichtungen der Bauart, die bei Stromabschaltung wirksam werden, sind als Vorrichtungen bekannt, um eine Bremskraft auf eine Motorausgangswelle oder eine andere rotierende Welle auszuüben. Die magnetische Vorrichtung der Bauart, die bei Stromabschaltung wirksam wird, weist eine Reibungsscheibe auf, die auf beiden Oberflächen ausgebildete Reibungsflächen hat. Eine feste Scheibe ist auf einer Seite der Reibungsscheibe so angeordnet, dass sie sich nicht in Richtung der Achse der Vorrichtung bewegt, und eine Ankerscheibe, die von einem Elektromagneten angezogen werden kann, ist auf der gegenüberliegenden Seite der Reibungsscheibe angeordnet. Eine Kompressionsschraubenfeder wird zwischen der Ankerscheibe und dem Elektromagneten gehalten.
Die Reibungsscheibe ist so an einer rotierenden Welle angebracht, dass sie zusamen mit ihr in einem Zustand rotiert, der es erlaubt, sich entlang der Richtung der Mittelachse der Welle zu verschieben. Wenn der Elektromagnet in einem „Aus"-Zustand ist, bewirkt die Kompressionsschraubenfeder, dass die Ankerscheibe gegen die feste Scheibe drückt, wobei die Reibungsscheibe dazwischen gehalten wird. Die Reibungskraft, die von der Andruckkraft der Kompressionsschraubenfeder zwischen den Scheiben erzeugt wird, beschränkt die Rotation der rotierenden Welle. Wenn der Elektromagnet eingeschaltet wird, wird die Ankerscheibe gegen die Federkraft der Kompressionsschraubenfeder angezogen, und die Reibungsscheibe nimmt einen freigegebenen Zustand ein. Die Einschränkung der Rotationswelle ist dementsprechend aufgehoben.
Um eine elektromagnetische Bremsvorrichtungen mit diesem Aufbau flacher zu machen, d.h., um sie in der Richtung der Welle dünner zu machen, ist es nützlich, die Dicke des Elektromagneten, der die dickste der Komponenten ist, zu reduzieren. Der Elektromagnet besteht aus einem Joch und einer darin angebrachten Erregerspule. Ein Federaufnahmevertiefungsbereich ist in einer Endfläche des Jochs, die der Ankerscheibe gegenüberliegt, ausgebildet, und die darin eingefügte Kompressionsschraubenfeder wird zwischen der Ankerscheibe und einer Bodenfläche des Federaufnahmevertiefungsbereichs gehalten. Das Joch muss dünner gemacht werden, um den Elektromagneten dünner zu machen. Daher müssen die Dicke des angebrachten Teils der Erregerspule, die in dem Joch ausgebildet ist, und die Dicke (Tiefe) des Federaufnahmevertiefungsbereichs reduziert werden.
Um den montierten Bereich der Erregerspule dünner zu machen, wird der rechteckige bzw. quadratische leitfähige Draht benutzt, um die Erregerspule regulär zu wickeln, anstatt den üblicheren runden leitfähigen Draht zu verwenden, oder ein anderes Verfahren kann angewendet werden. Es ist jedoch schwierig, die Dicke (Tiefe) des Federaufnahmevertiefungsbereichs, in den die Kompressionsschraubenfeder eingefügt wird, zu reduzieren. Insbesondere muss die Kompressionsschraubenfeder auf einer bestimmten Länge eingefügt werden, um die Federkraft der Kompressionsschraubenfeder zu stabilisieren. Die Tiefe des Federaufnahmevertiefungsbereichs muss dementsprechend dieser Länge entsprechen. Das Joch muss auch eine Dicke haben, die gleich oder größer als ein vorgegebener Wert ist, um zu ermöglichen, dass ein Federaufnahmevertiefungsbereich mit einer vorgegebenen Tiefe ausgebildet wird, und kann nicht dünner gemacht werden.
Offenbarung der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine flache elektromagnetische Bremsvorrichtung zur Verfügung zu stellen.
Dementsprechend ist eine elektromagnetische Bremsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass sie aufweist:
eine Reibungsscheibe;
eine feste Scheibe, die auf einer Seite der Reibungsscheibe in einer hinsichtlich Richtung der Mittelachse der Vorrichtung festen Position angeordnet ist;
eine Ankerscheibe, die auf der anderen Seite der Reibungsscheibe in einem Zustand angeordnet ist, der eine Verschiebung entlang der Richtung der Mittelachse der Vorrichtung erlaubt;
eine Kompressionsschraubenfeder, um die Ankerscheibe zu der Reibungsscheibe hin zu drücken;
und einen Elektromagneten, der in der Lage ist, die Ankerscheibe gegen eine Federkraft der Kompressionsschraubenfeder anzuziehen, wobei
die Kompressionsschraubenfeder einen Aufbau hat, bei dem der Durchmesser des gewundenen Bereichs in der Richtung der Mittelachse allmählich zunimmt oder abnimmt; und
wobei die Reibungsscheibe ausgebildet ist, an einer Rotationswelle, die gesteuert werden soll, angebracht zu sein, so dass die Scheibe integral in einem Zustand rotiert, der es erlaubt, sich in Richtung der Mittelachse der Welle zu verschieben.
In der vorliegenden Erfindung kann eine konische Feder als Kompressionsschraubenfeder verwendet werden.
In solch einem Fall ist die konische Feder vorzugsweise eine Feder, bei der der Durchmesser der gewundenen Bereiche unter Druck allmählich von einem Ende zum anderen Ende zunimmt oder abnimmt, so dass sich einer der benachbarten gewundenen Bereiche im Wesentlichen innerhalb des anderen gewundenen Bereichs bewegt.
Als Nächstes kann als Elektromagnet ein Elektromagnet verwendet werden, der
ein Joch, das eine runde Endfläche hat, um die Ankerscheibe magnetisch zu halten;
einen ringförmigen, Spulenaufnahmevertiefungsbereich, der auf der runden Endfläche ausgebildet ist;
einen Federaufnahmevertiefungsbereich, der in gleichen Abständen auf dem gleichen Kreis auf der runden Endfläche ausgebildet ist;
eine Erregerspule, die auf dem Spulenaufnahmevertiefungsbereich montiert ist;
und die genannte Kompressionsschraubenfeder, die in den Federaufnahmevertiefungsbereich eingefügt ist und zwischen einer Bodenfläche des Vertiefungsbereichs und einer Endfläche der Ankerscheibe gehalten ist, aufweist.
Die Kompressionsschraubenfeder, die in der elektromagnetischen Bremsvorrichtung der Bauart, die bei Stromabschaltung wirksam wird, der vorliegenden Erfindung benutzt wird, ist eine, die einen Aufbau hat, bei dem der Durchmesser der gewundenen Bereiche in Richtung der Mittelachse wie bei konischen Federn oder ähnlichen allmählich zunimmt oder abnimmt. Wenn eine Schraubenfeder mit dieser Art des Aufbaus zusammengedrückt wird, überlappen die Windungen in einer Spiralform miteinander in einem Zustand, in dem sich einer der benachbarten gewundenen Bereiche innerhalb des anderen gewundenen Bereichs bewegt. Es ist dementsprechend möglich, eine Kompression zu erhalten, welche jenseits der Länge ist, die durch Multiplizieren des Windungsmaterial-Durchmessers mit der Anzahl der Windungen erreicht wird. Umgekehrt haben typische zylindrische Schraubenfedern benachbarte gewundene Bereiche mit dem gleichen Durchmesser; daher berühren die benachbarten Bereiche bei Kompression einander und sind nicht in der Lage, einer weiteren Kompression unterworfen zu werden. Mit anderen Worten, es ist unmöglich, eine Kompression zu erhalten, welche jenseits der Länge ist, die sich durch Multiplizieren des Windungsmaterial-Durchmessers mit der Anzahl der Windungen ergibt.
Die Kompressionslänge konischer Federn kann demzufolge angemessen kürzer gemacht werden als die Kompressionslänge zylindrischer Schraubenfedern, selbst wenn beide die gleiche Anzahl von Windungen haben. Dementsprechend kann der Federaufnahmevertiefungsbereich, der in dem Joch ausgebildet ist, um die konische Feder einzufügen, flacher gemacht werden. Im Ergebnis kann das Joch dünner gemacht werden; deshalb kann der Elektromagnet dünner gemacht werden, und dadurch kann wiederum die elektromagnetische Bremsvorrichtung dünner gemacht werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1(a) und 1(b) sind eine Frontansicht und eine Längsschnittansicht einer elektromagnetischen Bremsvorrichtung der Bauart, die bei Stromabschaltung wirksam wird, bei welcher die vorliegende Erfindung eingesetzt wird; und
2(a) bis 2(c) sind eine Draufsicht, die eine konische Feder zeigt, eine vertikale Schnittansicht einer konischen Feder in einem gestreckten Zustand und eine vertikale Schnittansicht einer konischen Feder in einem komprimierten Zustand.
Ausführungsbeispiel der Erfindung
Im Folgenden wird ein Beispiel einer elektromagnetischen Bremsvorrichtung der Bauart, die bei Stromabschaltung wirksam wird, beschrieben, bei welcher die vorliegende Erfindung eingesetzt worden ist, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird.
1(a) und 1(b) sind eine Frontansicht und eine vertikale Längsschnittansicht einer elektromagnetischen Bremsvorrichtung der Bauart, die bei Stromabschaltung wirksam wird, bei welcher die vorliegende Erfindung eingesetzt worden ist. Die elektromagnetische Bremsvorrichtung 1 der Bauart, die bei Stromabschaltung wirksam wird, dieses Beispiels ist an einer Rotationswelle 3 eines Motors 2 befestigt und wird benutzt, um die Rotation der Rotationswelle 3 in einen beschränkten Zustand (gebremsten Zustand) oder in einen freien Zustand (ungebremsten Zustand) zu schalten.
Die elektromagnetische Bremsvorrichtung 1 der Bauart, die bei Stromabschaltung wirksam wird, weist einen Elektromagneten 4, der in einem koaxialen Zustand in Richtung einer Achslinie 1a der Vorrichtung angeordnet ist, eine Ankerscheibe 5, eine Reibungsscheibe 6, und eine feste Scheibe 7 auf. Eine Mehrzahl von konischen Federn 8 ist zwischen dem Elektromagneten 4 und der Ankerscheibe 5 angeordnet. Die Ankerscheibe 5 wird durch die konischen Federn 6 ständig in Richtung auf die Reibungsscheibe 6 zu gedrückt.
Die Reibungsscheibe 6 hat Reibungsflächen, die auf beiden Seiten ausgebildet sind, und ist in einem koaxialen Zustand an einer zylindrischen Nabe 9 befestigt. Die zylindrische Nabe 9 ist an der Rotationswelle 3 angebracht, um integral in einem Zustand zu rotieren, der eine Verschiebung in der Richtung der zentralen Rotationsachse 3a davon (Vorrichtungsachse 1a) erlaubt. Die Ankerscheibe 5 wird in einem Zustand gehalten, der eine Verschiebung unter Benutzung einer an dem Elektromagnet 4 befestigten, nicht gezeigten, Führung in der Richtung der Vorrichtungsachse 1a erlaubt.
Die feste Scheibe 7, die gegenüber der Vorderseite der Reibungsscheibe 6 angeordnet ist, ist in einem nicht-rotierenden Zustand in einer vorgegebenen Position hinsichtlich der Richtung der Achse 1a der Vorrichtung befestigt. Dementsprechend wird ein Zustand geschaffen, in dem die Federkraft der konischen Federn 8 die Ankerscheibe 5 gegen die feste Scheibe 7 drückt, wobei die Reibungsscheibe 6 dazwischen gehalten ist. In diesem Zustand (in dem der Elektromagnet 4 abgeschaltet ist) wird eine vorgegebene Anpresskraft benutzt, um die Reibungsscheibe 6, die integral mit der Rotationswelle 3 rotiert, zwischen der befestigten Scheibe 7 und der Ankerscheibe 5 zu halten, und die Rotation der Rotationswelle 3 wird durch die Reibungskraft, die zwischen den Scheiben erzeugt wird, beschränkt.
Der Elektromagnet 4, der auf der Rückseite der Ankerscheibe 5 angeordnet ist, weist ein Joch 11 und eine Erregerspule 12 auf. Das Joch 11, das insgesamt eine ringförmige Konfiguration hat, ist in einem koaxialen Zustand an dem Gehäuse 2a des Motors 2 befestigt. Eine vordere Endfläche 13 des Jochs 11 ist eine Halteoberfläche der Ankerscheibe 5, und ein ringförmiger vertiefter Bereich 14 von fester Tiefe ist darin ausgebildet. Die Erregerspule 12 ist in dem ringförmigen vertieften Bereich 14 angebracht. In diesem Beispiel ist ein rechteckiger bzw. quadratischer leitender Draht regulär gewickelt, um die Erregerspule 12 zu bilden. Wenn ein rechteckiger bzw. quadratischer leitfähiger Draht benutzt wird, wird weniger Raum für die Erregerspule benötigt, als wenn ein runder leitfähiger Draht benutzt wird, obwohl die gleiche Anzahl von Windungen benutzt wird. Daher kann der ringförmige vertiefte Bereich 14 flacher gemacht werden. Sobald die Erregerspule 12 darin angebracht worden ist, wird der ringförmige vertiefte Bereich 14 mit einem isolierenden Material oder Ähnlichem gefüllt und dadurch verschlossen.
Vier runde Federaufnahmevertiefungsbereiche 15 sind in gleichen Abständen auf dem gleichen Kreis weiter innen als der ringförmige, vertiefte Bereich 14 auf der vorderen Stirnseite 13 des Jochs 11 ausgebildet. Die konischen Federn 8 sind in jeden Federaufnahmevertiefungsbereich 15 eingefügt. In diesem Beispiel sind die konischen Federn 8 so eingefügt, dass eines ihrer Enden an der Seite mit dem großen Durchmesser an der Bodenflächenseite des vertieften Bereichs positioniert ist. Wenn sie in einem gestreckten Zustand sind, haben die konischen Federn 8 eine Längendimension, die größer als die Tiefe des Federaufnahmevertiefungsbereichs 15 ist.
Im Folgenden wird eine Beschreibung des Betriebs der elektromagnetischen Bremsvorrichtung 1 der Bauart, die bei Stromabschaltung wirksam wird, die den obigen Aufbau hat, gegeben. In einem stromlosen Zustand erzeugt der Elektromagnet 4 keine magnetische Anziehungskraft; daher bewirkt die Federkraft der konischen Federn 8, dass die Ankerscheibe 5 die Reibungsscheibe 6 gegen die feste Scheibe 7 drückt. In diesem Zustand wird eine vorgegebene Anpresskraft benutzt, um die Reibungsscheibe 6, die integral mit der Rotationswelle 3 rotiert, zwischen der befestigten Scheibe 7 und der Ankerscheibe 5 zu halten, und die Rotation der Rotationswelle 3 wird durch die zwischen den Scheiben erzeugte Reibungskraft beschränkt.
Wenn der Elektromagnet 4 eingeschaltet wird, bewegt sich die Ankerscheibe 5 gegen die Federkraft der konischen Federn 8 und wird magnetisch von der vorderen Endfläche 13 des Elektromagneten angezogen und von dieser gehalten. Die konischen Federn 8 werden durch die Ankerscheibe 5 auf eine Länge zusammengedrückt, die der Tiefe des Federaufnahmevertiefungsbereichs 15 entspricht. Die Reibungscheibe 6 wird in einen gelösten Zustand gewechselt, und die Bremskraft, die auf die Rotationswelle 3, die integral mit der Reibungsscheib 6 rotiert, wirkt, wird aufgehoben.
2 zeigt eine Draufsicht der konischen Federn 8, eine Längsschnittansicht davon in einem gestreckten Zustand, und eine Längsschnittsansicht davon in einem zusammengedrückten Zustand. In diesem Beispiel ist die konische Form der konischen Federn 8 vorgesehen, so dass einer der benachbarten gewundenen Bereiche sich im Wesentlichen innerhalb des anderen gewundenen Bereichs bewegt. Im Fall von zylindrischen Schraubenfedern 18, wie er durch eine unterbrochene Linie in der Zeichnung angedeutet ist, sind benachbarte gewundene Bereiche mit dem gleichen Durchmesser nicht in der Lage, weiter komprimiert zu werden, wenn sie in Kontakt miteinander kommen. Mit anderen Worten, es ist unmöglich, weitere Kompression jenseits der Längendimension L(18) zu erhalten, die durch Multiplizieren des Windungsmaterial-Durchmessers mit der Anzahl der Windungen erreicht wird.
Umgekehrt kann im Fall konischer Federn 8 Kompression bis zu einem Längenmaß L(8) erreicht werden, das kürzer ist als das Längenmaß, das durch Multiplizieren des Windungsmaterial-Durchmessers mit der Anzahl der Windungen erhalten wird. Daher kann, wenn konische Federn 8 benutzt werden, die Tiefe des Federaufnahmevertiefungsbereichs 15, in welchen die Schraubenfedern einzusetzen sind, flacher gemacht werden, und das Joch 11, dessen Dicke durch die Tiefe des Vertiefungsbereichs 15 festgelegt wird, kann dementsprechend dünner gemacht werden. Im Ergebnis kann die gesamte Länge der elektromagnetischen Bremsvorrichtung 1 reduziert werden.
Weitere Ausführungsbeispiele
Es ist möglich, dass die konischen Federn 8 durch Schraubenfedern, welche die Form einer Sanduhr haben, wobei der Durchmesser von jedem Ende in Richtung der Mitte allmählich abnimmt; durch Schraubenfedern, die eine Fassform haben, bei der der Durchmesser von jedem Ende in Richtung der Mitte allmählich zunimmt; oder durch andere Schraubenfedern ersetzt werden.
Eine Scheibe, die Reibungsflächen hat, die auf beiden Seiten ausgebildet sind, wurde für die Reibungsscheibe 6 benutzt. Jedoch können alternativ Reibungsflächen auf der Oberfläche der Ankerscheibe, welche der Reibungsscheibe gegenüberliegt, und auf der Oberfläche der befestigten Scheibe, die der Reibungsscheibe gegenüberliegt, ausgebildet werden.
Zusammenfassung
Eine elektromagnetische Bremsvorrichtung (1) der Bauart, die bei Stromabschaltung wirksam wird, die eine Mehrzahl von konischen Federn (8) aufweist, um eine Ankerscheibe (5) durch eine Reibungsscheibe (6) gegen eine feste Scheibe (7) zu drücken, wobei die Reibungsscheibe (6) zwischen der Ankerscheibe (5) und der festen Scheibe (7) gehalten wird. Die konischen Federn (8) sind in die Federaufnahmevertiefungsbereiche (15) des Jochs (11) eines Elektromagneten (4) eingefügt und werden zwischen den Bodenflächen der Vertiefungsbereiche und der Ankerscheibe (5) in einem zusammengedrückten Zustand gehalten. Da die konischen Federn (8) in einem zusammengedrückten Zustand kürzer als zylindrische Schraubenfedern sind, können die Federaufnahmevertiefungsbereiche (15) flacher gemacht werden, und die Dicke des Jochs (11), die von den Vertiefungsbereichen bestimmt wird, kann reduziert werden. Im Ergebnis kann die elektromagnetische Bremsvorrichtung (1) vorteilhaft flach ausgebildet werden.

Claims

Eine elektromagnetische Bremsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass sie aufweist: eine Reibungsscheibe (6); eine feste Scheibe (7) die auf einer Seite der Reibungsscheibe (6) in einer festen Position hinsichtlich einer Richtung der zentralen Achse (1a) der Vorrichtung angeordnet ist; eine Ankerscheibe (5), die auf der anderen Seite der Reibungsscheibe (6) in einem Zustand angeordnet ist, der eine Verschiebung in Richtung der zentralen Achse (1a) der Vorrichtung erlaubt; eine Kompressionsschraubenfeder (8), um die Ankerscheibe (5) zu der Reibungsscheibe (6) hin zu drücken; und einen Elektromagneten (4), der in der Lage ist, die Ankerscheibe (5) gegen die Federkraft der Kompressionsschraubenfeder (8) anzuziehen; wobei die Kompressionsschraubenfeder (8) einen Aufbau hat, bei dem der Durchmesser des gewundenen Bereichs in Richtung der zentralen Achse (1a) allmählich zunimmt oder abnimmt; und die Reibungsscheibe (6) an einer Rotationswelle (3) angebracht ist, die gesteuert werden soll, so dass die Scheibe (6) integral in einem Zustand rotiert, der es erlaubt, sich in Richtung der zentralen Achse (1a) der Welle (3) zu verschieben.
Elektromagnetische Bremsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompressionsschraubenfeder (8) eine konische Feder ist.
Elektromagnetische Bremsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die konische Feder, wenn sie zusammengedrückt wird, im Durchmesser von einem Ende des gewundenen Bereichs zu dem anderen Ende im Durchmesser abnimmt oder zunimmt, so dass sich einer der benachbarten gewundenen Bereiche im Wesentlichen innerhalb des anderen gewundenen Bereichs bewegt.
Elektromagnetische Bremsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet (4) aufweist: ein Joch (11), das eine runde Endfläche (13) hat, um die Ankerscheibe (5) magnetisch zu halten; einen ringförmigen Spulenaufnahmevertiefungsbereich (14), der auf der runden Endfläche (13) ausgebildet ist; einen Federaufnahmevertiefungsbereich (15), der in gleichen Abständen auf dem gleichen Kreis auf der runden Endfläche (13) ausgebildet ist; eine Erregerspule (12), die auf dem Spulenaufnahmevertiefungsbereich (14) montiert ist; und die genannte Kompressionsschraubenfeder (8), die in den Federaufnahmevertiefungsbereich (15) eingefügt und zwischen einer Bodenfläche des Vertiefungsbereichs (15) und einer Endfläche der Ankerscheibe (5) gehalten ist.