CN100514798C - 紧凑型驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的涉及一种紧凑型驱动装置，包括至少一个电动机、一个传动装置和一个变频器，其中，所述传动装置的输出轴和转子轴相互平行布置，并且轴线距离由传动装置的圆柱齿轮副或由调速传动装置的结构形式确定。

Description

紧凑型驱动装置
技术领域
本发明涉及一种紧凑型驱动装置。
背景技术
由DE19714784A1已知一种紧凑型驱动装置，它包括一个电动机，在所述电动机的一个端侧上设置一个传动装置，而在所述电动机的另一个端侧上设置一个变频器(Umrichter)。这里电子装置的区域和电机的区域必须相对于传动装置密封。其中的缺点是，存在较大的轴向长度并且只在紧凑型驱动装置的一个端侧提供输出。
发明内容
因此本发明的目的是，在避免上述缺点的情况下改进紧凑型驱动装置。特别是应该节省轴向长度并可以实现尽可能多的输出方案，即单侧输出和双侧输出。
按本发明所述目的通过这样一种紧凑型驱动装置来实现，该紧凑型驱动装置包括至少一个电动机、一个传动装置和一个变频器，其中，所述传动装置的输出轴和转子轴相互平行布置，并且其轴间距由至少一个传动级确定，其中，所述转子轴和传动装置的至少一个轴支承在相同的壳体件中，其中，所述变频器布置在转子轴的侧向，其中，相对于周围环境和电动机的区域以及电子装置空间区域密封传动装置区域。
在所述紧凑型驱动装置中，本发明的主要特征是，所述紧凑型驱动装置包括至少一个电动机、一个传动装置和一个变频器，其中，所述传动装置的输出轴和转子轴相互平行布置。
这里有利的是，可节省轴向的结构长度并可实现单侧或双侧输出。
在一个有利的实施形式中，所述电动机是同步电动机。这里有利的是，可实现所述紧凑型驱动装置的高动态的定位任务和/或在整个转速范围内可提供高转矩。
在一个有利的实施形式中，所述变频器布置在转子轴的侧向。这里有利的是，可节省轴向的结构长度并可接近输出轴的两侧，即可设置双侧的输出。
在一个有利的实施形式中，相对于周围环境和电动机的区域以及电子装置空间区域密封传动装置区域。这里有利的是，传动装置区域可包含润滑油，并可保护电子装置以及定子和转子部件不受润滑剂污染。
在一个有利的实施形式中，传动装置区域、电动机的区域和电子装置空间区域处于大致相同的温度水平。这里有利的是，不必采用隔热措施，由此可节省材料、质量和成本。
在一个有利的实施形式中，所述电动机包括设置在转子轴的一个端部上的探测器(Geber)。这里有利的是，所述紧凑型驱动装置可用于完成定位任务，并且所述探测器可由所述紧凑型驱动装置的壳体保护。在转子轴的另一端上可连接一个制动装置，所述制动装置同样可由所述紧凑型驱动装置的壳体保护。
在一个有利的实施形式中，所述电动机不包括探测器，而是通过估算法获得位置(信息)，由此节省了轴向的结构空间。
在本发明中还有一个重要的优点，即所述转子轴完全处于壳体的内部，由此不需要对转子轴采取相对于周围环境的密封措施。因此唯一一个在转子轴上运转的轴密封环就足够了。由于转子轴可能具有高的转速，因此与具有两个轴密封环—尤其是位于转子轴的两个轴向端部处的轴密封环—的电动机相比，发热量大大降低。
输出轴例如具有三个轴密封环。由于(输出轴的)转速大大低于转子轴(的转速)，总的发热量与转子轴和输出轴都具有两个轴密封环的驱动装置方案相比较小。
在传动装置的一个有利的实施形式中，采用至少一个圆柱齿轮副，由此可降低轴向结构长度并实现成本最优的解决方案。
在一个有利的实施形式中，所述传动级设计成具有可变的变速比的调速传动装置，由此使传动级在转速范围内的磨损最小并可使转矩转化(关系)与载荷状态相匹配。在调速传动装置中有利的是，甚至可以取消所有相对于电动机空间区域的密封措施，因为调速传动装置—特别是宽V形带传动装置—不需要润滑剂或者只需要非常少量的润滑剂。由此只需要相对于外部周围环境对所述紧凑型传动装置的内部进行密封。
在一个有利的实施形式中，所述转子轴和所述传动装置的至少一个轴支承在相同的壳体件中。这里有利的是，在制造和加工所述壳体件时就已经可以实现各轴精确的对齐。因为壳体件可只在一次夹紧中加工完成，因此轴承座彼此的相对位置可非常精确地对齐。
在一个有利的实施形式中，所述壳体包括至少一个具有突起和凹陷的区域，所述突起和凹陷使得液体可排出，并适于散热。所述区域具有槽和/或波纹。
在一个有利的实施形式中，带有波纹的区域到环境空气的热阻小于平坦的区域到环境空气的热阻。
在一个有利的实施形式中，从所述电子电路的电子装置经过带波纹的区域到环境空气的热阻小于所述从电子装置经过平坦的区域到环境空气的热阻。
附图说明
现在借助附图详细说明本发明：
图1示出根据本发明的紧凑型驱动装置的透视图；
图2示出根据本发明的紧凑型驱动装置的剖开的视图；
图3示出根据本发明的紧凑型驱动装置的剖开的视图，其中与图2的不同之处在于，变频器设置在输出轴的与电动机不同的一侧；
图4示出根据本发明的紧凑型驱动装置的透视图，其中只象征性地示出传动装置40；
图5示出根据本发明的另一个实施例，其中采用了三级的传动装置；
图6示出如图5的另一个视图；
图7示出根据图5的实施例的外部视图。
具体实施方式
在图4中象征性示出的传动装置40在根据本发明的各种不同的实施方案中分别设计成各种不同的类型。在第一变型方案中，所述传动装置设计成圆柱齿轮传动装置，在图4中的另一个变型方案中所述传动装置设计成调速传动装置。所述调速传动装置可以设计成索尤若驱动(SEW-EURODRIVE)公司的VARIMOT传动装置的类型，即具有两个相互摩擦的盘，也可以设计成索尤若驱动公司的VARIBLOC传动装置的类型，即设计成宽V形带传动装置，其中两个锥形的调速盘之间的距离确定变速比。在本发明的另一个实施例中，也可以采用链(传动)，而不是V形带。
在按图2的根据本发明的实施例中，电动机布置在输出轴的侧向。即转子轴13和输出轴8平行布置。所述轴之间的轴线距离由圆柱齿轮传动级的啮合部件确定，所述啮合部件包括与转子轴13形锁合和/或力锁合地连接的小齿轮14和与输出轴8相连的设计成圆柱齿轮的齿轮10。
传动装置—即圆柱齿轮传动级—的空间区域设计成相对于电动机的空间区域是密封的。轴密封环15在转子轴上密封所述这些空间区域，因为转子轴在电动机的空间区域内支承永磁体12，而在传动装置的空间区域内支承小齿轮14。轴密封环5在设计成中空轴的输出轴8上相对于电动机的空间区域密封传动装置的空间区域。
在根据本发明的另一实施例中代替所示的圆柱齿轮传动级可以使用其它的包括多个传动级的传动装置。
在根据本发明的另一个实施例中，所述输出轴不是设计成中空轴，而是设计成实心轴。此外还存在这样的可能性，即按照机械手接口的标准设计所述输出轴，由此形成一种具有较小轴向结构长度的特别紧凑的输出形式。
输出轴8通过轴承1支承在壳体件21中，转子轴18通过轴承18也支承在相同的壳体件中。
通过在输出轴8上运转的并装入壳体盖3中的轴密封环2，相对于周围环境密封电动机的空间区域。
壳体件21和22设有冷却装置4，用于导出在电动机、传动装置和变频器中产生的热。
输出轴8还通过另外的轴向相对的轴承6、9支承在壳体件22中，转子轴13也通过另外的轴承20支承在相同的壳体件中。
在所述紧凑型驱动装置中一个重要的优点是，在电动机和传动装置不必设置联轴器，由此取消了附加的部件。尤其是电动机和传动装置甚至共同使用相同的壳体件。此外，由于用于电动机和传动装置的轴承座，尤其是例如轴承9和20在其彼此间的相对位置上在制造时可以特别精确地确定，在制造和加工壳体件时已经能够使各轴彼此精确对齐。因为壳体件只在一个机床上通过一次唯一的夹紧最终加工完成，因此轴承座的相对位置可以非常精确地相互对齐。此外，共同利用一个壳体件的有利之处还在于，这样所述紧凑型驱动装置不仅只需要小的结构体积而且还具有特别高的稳定性，这是因为电机和传动装置的力在同一壳体件内部相互传导。
通过在输出轴8上运行并装入壳体件22中的轴密封环7，相对于周围环境密封传动装置的空间区域。
具有定子绕组16的定子11围绕转子轴13设置。
所述电动机设计成多相同步电动机。但是在按照本发明的其它实施例中也可以代替同步电动机将任意其它(形式)的电动机集成在紧凑型驱动装置中。
在转子轴上运转的并装入壳体件22中的轴密封环15相对于电动机的空间区域密封所述传动装置的空间区域。
用于变频器的电子装置的空间区域17没有相对于电动机的空间区域密封。
电动机在其一个端部携带一个包括分解器定子19和分解器转子23的分解器(Resolver)。
除分解器以外，在本发明的其它实施例中，也可设置其它角度传感器或角速度传感器。在本发明的其它实施例中，还可在与角度传感器相对的一侧在所述紧凑型驱动装置中集成一制动装置。
还是在本发明其它的实施例中，所述变频器这样工作，从而在采用合适的电动机型号/模型的情况下可通过一种方法估算角度值。由此可进一步节省轴向结构长度。
在图2中示出根据本发明的一个实施例的一个变型方案，在该实施例中电子装置的空间区域31不是直接朝向电动机的空间区域，而是使输出轴8位于它们之间。因此在该实施例中，轴密封环5相对于电子装置的空间区域31密封传动装置的空间区域，其中轴密封环5在输出轴8上运行，并安装在壳体件21中。
传动装置的空间区域可填充有润滑剂，如润滑油、润滑脂等。
在所示的根据本发明的实施例中，在变频器的空间区域—即电子装置的空间区域和传动装置的空间区域以及电动机的空间范围之间没有设置特别高效的隔热部。因此所述这些空间范围大约处在相同的温度水平上。大约相同的温度水平是指在以额定载荷连续运行的情况最大10℃的温度差。当然在冲击式运行时也可能短时间地出现较大的温度差。在这种实施形式中有利的以及出人意料的是，不需要专门的隔热部，由此可以节省材料、质量和成本。
在本发明的其它实施例中，也可以在两个或多个空间区域之间设置隔热部。
在本发明的其它实施例中，所述电动机设计成多极的，特别是八极或十极的。可有利地按照DE 10049883的类型或按照DE 10317749的类型设计所述电动机。从而在所述紧凑型驱动装置中，唯一一个传动级与这样的多相电动机一起就足以覆盖一较宽的变速比范围。
在按本发明的其它实施例中，不是将中空轴而是将圆柱形轴颈设计成所述输出轴，其中所述输出轴可借助于棱键连接(Passfederverbingdung)与待驱动的装置连接。
在本发明的其它实施例中，所述输出轴和输出侧的壳体件可按照机械手接口(标准)EN-ISO9402-1的类型设计。由此可节省轴向结构长度，并可传递高转矩。此外可以实现与相应的待驱动、待连接的装置的兼容性。
在壳体的背侧设置电连接装置，因此在图1至4中无法看到。在本发明的其它实施例中，也可以设想其它的用于连接装置的位置。
在本发明的其它实施例中，所述电连接装置只设计成供电装置。特别是只有强电电缆通至所述紧凑型驱动装置。这里，数据通信必需的向变频器或从变频器向其它的特别是上级的单元进行的数据传输通过调制到负载线路(Leistungsleitung)上来进行。所述调制可按已知的方式进行，特别是如由电力线通信(Powerline-Kommunikation)或根据FSK或根据FH/PSK法，即跳频相移键控(Frequency Hopping Phase Shift Keying)已知的那样。
在图5、6和7中示出本发明的其它实施例的各种视图，其中采用三级的传动装置。
这里设有用于覆盖电子装置的壳体盖51，并且壳体盖与壳体件52密封而且牢固地、但可拆卸地相连。壳体盖也用于导出电力电子装置(Leistungselektronik)55的热量，并为此与所述电力电子装置导热地相连。此外所述壳体盖还具有光滑的槽54，即基本上平行延伸的波纹状突起或凹陷，它们具有冷却体的功能，其中液体例如水或汁液可快速顺利地流出，由此降低了壳体发生腐蚀和污染的危险。壳体件52具有形成用于电动机和传动装置的壳体的功能，其中所述壳体件上设有一个下部壳体盖53。
所述电子装置包括多个相互电和/或机械地连接的(印刷)线路板。
这里示意性示出其中的三个线路板，其中第一线路板携带信号电子装置和电力电子装置55，与第一线路板相连的第二线路板56携带一插接连接件58。
电动机的转子轴通过轴承57和60支承在壳体件52中，并且在其一个端部处与一角度探测器61相连。
定子叠片铁芯59连接在壳体件52中。
线路板62设计成具有用于电动机供电线的和电网电源引入线的连接装置。这里也可以连接其它的线路，如用于电动机定子绕组的温度传感器线路和设置在转子轴的一个端部处的角度探测器61的线路。通过连接、特别是钎焊在线路板62上的插接连接件58和相应的与线路板56相连的对应插接连接件63，信号电子装置与电力电子装置电连接。电子装置的电网供电通过PG螺栓173同样输送至线路板62。
小齿轮64与转子轴固定地连接，特别是有利地与转子轴设计成一体的，其中小齿轮64与安装在第一中间轴上的齿轮66相接合，所述第一中间轴又带有一小齿轮轴段74。所述小齿轮轴段与安装在第二中间轴上的齿轮67相接合。轴承65和69用于支承第二中间轴，所述第二中间轴支承齿轮67并包括小齿轮轴段68。小齿轮轴段68与安装在设计成中空轴的输出轴73上的齿轮71相接合。
输出轴73通过轴承70和72支承在壳体件52中。
在图7中示出用于第一中间轴的装配口171和用于第二中间轴的装配口172。所述装配口用合适的覆盖结构密封地封闭。
PG螺栓173设置在壳体件52上，并用于将电缆引导至线路板62的连接装置。电导体带从这里通至插接连接件58，并从所述插接连接件经过插接连接件63和线路板56通至电子装置。用于电动机的供电线路又从电力电子装置56经过线路板56和插接连接件58和63以及经过线路板62上的连接装置通至电动机的定子。
附图标记表
1         轴承
2         轴密封环
3         壳体盖
4         冷却装置
5         轴密封环
6         轴承
7         轴密封环
8         输出轴
9         轴承
10        齿轮
11        定子
12        永磁体
13        转子轴
14        小齿轮
15        轴密封环
16        定子绕组
17        电子装置空间区域
18        轴承
19        分解器定子
20        轴承
21        壳体件
22        壳体件
23        分解器转子
31        电子装置空间区域
40        传动装置
51        壳体盖
52        壳体件
53        下壳体盖
54        光滑的槽
55        电力电子装置
56        线路板
57        轴承
58        插接连接件
59        定子叠片铁芯
60        轴承
61        角度探测器
62        具有用于电机供电线路的连接装置的线路板
63        插接连接件
64        小齿轮
65        轴承
66        齿轮
67        齿轮
68        小齿轮轴段
69        轴承
70        轴承
71        输出轴上的齿轮
72        轴承
73        中空轴形式的驱动轴
74        小齿轮轴段
171       用于第一中间轴的装配口
172       用于第二中间轴的装配口
173       PG螺栓

Claims (18)

1.一种紧凑型驱动装置，包括至少一个电动机、一个传动装置和一个变频器，其特征在于，所述传动装置的输出轴和转子轴相互平行布置，并且其轴间距由至少一个传动级确定，其中，所述转子轴和传动装置的至少一个轴支承在相同的壳体件中，其中，所述变频器布置在转子轴的侧向，其中，相对于周围环境和电动机的区域以及电子装置空间区域密封传动装置区域。
2.根据权利要求1的紧凑型驱动装置，其特征在于，至少一个传动级设计成圆柱齿轮传动级。
3.根据权利要求1的紧凑型驱动装置，其特征在于，所述传动级设计成调速传动装置。
4.根据权利要求1的紧凑型驱动装置，其特征在于，所述传动级设计成宽V形带传动装置或链传动装置。
5.根据权利要求1至3中任一项的紧凑型驱动装置，其特征在于，所述电动机是同步电动机和/或永磁体励磁的电动机。
6.根据权利要求1至3中任一项的紧凑型驱动装置，其特征在于，传动装置区域、电动机的区域和电子装置空间区域之间的温度差最大为10℃。
7.根据权利要求1至3中任一项的紧凑型驱动装置，其特征在于，所述电动机包括一探测器。
8.根据权利要求7的紧凑型驱动装置，其特征在于，所述探测器包括分解器定子和分解器转子。
9.根据权利要求1至3中任一项的紧凑型驱动装置，其特征在于，只有一个轴密封环在转子轴上运行。
10.根据权利要求1至3中任一项的紧凑型驱动装置，其特征在于，有三个轴密封环在输出轴上运行。
11.根据权利要求1至3中任一项的紧凑型驱动装置，其特征在于，由壳体件和壳体盖组成壳体。
12.根据权利要求11的紧凑型驱动装置，其特征在于，所述壳体由两个壳体件和一个壳体盖组成。
13.根据权利要求1至3中任一项的紧凑型驱动装置，其特征在于，在所述紧凑型驱动装置的一个壳体件上设有用于电力线路的电连接装置。
14.根据权利要求13的紧凑型驱动装置，其特征在于，所述紧凑型驱动装置包括至少一个用于调制或解调电力线路上的信息的电子电路。
15.根据权利要求11的紧凑型驱动装置，其特征在于，所述壳体包括至少一个具有突起和凹陷的区域，所述突起和凹陷使得液体可排出，并适于散热。
16.根据权利要求15的紧凑型驱动装置，其特征在于，所述具有突起和凹陷的区域具有槽和/或波纹。
17.根据权利要求16的紧凑型驱动装置，其特征在于，带有波纹的区域到环境空气的热阻小于平坦的区域到环境空气的热阻。
18.根据权利要求16的紧凑型驱动装置，其特征在于，所述紧凑型驱动装置包括至少一个用于调制或解调电力线路上的信息的电子电路，从所述电子电路的电子装置经过带波纹的区域到环境空气的热阻小于所述从电子装置经过平坦的区域到环境空气的热阻。
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