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超扁平执行器 “FLEXWAVE” דAxial Flux Motor”

充分运用形状上的优势,开发出装有减速器的轻薄短小型执行器

NEEDS
旨在提供适用于护理现场的动力服

 

SOLUTION
开发扁平且功率密度较高的执行器

 

充分运用形状上的优势,开发出装有减速器的轻薄短小型执行器

日本的老年人口不断增加,预计在2025年将达到总人口的30%。护理设施已出现严重的人才短缺,减轻护理工作人员的负担已成为一项重要的社会课题。在这种状况下,对能够辅助身体功能的动力服的需求越来越高。据推算,动力服的市场规模有望达到120亿日元,未来五年将实现5倍以上的增长。
关节驱动用执行器是构成动力服不可缺少的部件。该执行器由起到控制作用的减速器和产生驱动力的电机所构成,安装到人体之后,能结合人体的行动,发挥较大的力量,从而减轻腰部、腿部的负担。

目前的行情为60~300万日元。执行器的安装位置因型号不同而有所差异,大部分是安装在腰部和膝部,需要两个轴左右。高级型号具有四个以上的轴。

 

通过采用“可变形齿轮”结构,实现无缝控制和薄型化。

驱动部件的原理是,如果需要较大的力,则执行器就会变大、变厚。 但是,在护理现场,需要穿过狭窄的通道或门,而且需要格外小心避免伤害到使用者。因此,动力服用执行器需要轻薄、紧凑。

尼得科传动技术(旧:日本电产新宝)从2015年起提供的减速器——“FLEXWAVE”就是能满足这一护理现场需求的薄型减速机构。即使是腰用的中型款,相对于90mm的直径,厚度也只有20mm。此外,为了实现护理工作人员的正确动作,执行器需要进行非常精密的控制。在这里就出现了一个课题,即齿轮和齿轮之间产生的齿隙(间隙)。FLEXWAVE虽然采用将外齿轮和内齿轮组合的方式,但在内侧设置了变形为椭圆形的弹性轴承。另外,通过将具有高延展性的薄型钢材用于外齿轮并将其与轴承一起变形,作为与内齿轮啮合的设计,可实现低齿隙。齿轮比的自由度从而也得到改善,并且实现了50~120相差悬殊的无缝控制。

 

通过与新方式电机组合,实现了薄型及高功率密度。

另一方面,超扁平执行器用“Axial Flat Motor(AFM)”是尼得科的台湾电机基础技术研究所开发的、近年来备受瞩目的电机结构。为了确保扭矩,常规的Radial Flux Motor(RFM)垂直方向较长,而AFM具有增大直径以获得扭矩的优点。

AFM可以通过增大直径而无需垂直加长来获得扭矩。

因此,当输出高达170W时,其厚度约为21mm。
尼得科传动技术(旧:日本电产新宝)发挥该集团内的协作效应,企划设计了将FLEXWAVE与AFM相结合的执行器。厚度相对于上述直径90mm,为41.5mm。实现了非常扁平且轻量的执行器。本公司推出了输出功率和尺寸各异的三种产品,根据使用部位和工作性质,以满足各种动力服的应用。

尼得科传动技术(旧:日本电产新宝)的执行器,在功率密度(相对于一定质量的功率)方面远超其他公司的产品

目前,除了动力服之外,本公司还在商讨将其应用于包括电动轮椅在内的个人移动车辆领域。此外,也可向以SCARA机器人为代表的生产设备、自主移动式的多关节机器人等领域推广。在大街小巷、家庭中,与机器人一同生活的社会离我们绝不遥远。未来,对小型化且高功率执行器的需求将迅速增长。为此,尼得科集团将进一步加快研发力度。

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