CN103062242B - 电动操作驱动器的动力传递装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电动操作驱动器的动力传递装置，其中动力传递装置包括由电机轴相互地在相反的方向上驱动的第一输入轴和第二输入轴。动力传递装置还包括从动轴，其依据期望的从动轴的旋转方向联接至第一或第二输入轴。根据本发明，从动轴与第一输出轴和第二输出轴接合，其中第一输出轴经由第一输入轴与第一输出轴之间的第一磁流变联轴器能够直接与第一输入轴联接，第二输出轴经由第二输入轴与第二输出轴之间的第二磁流变联轴器能够直接与第二输入轴联接。本发明还涉及带有连同旋转的线圈以产生必要磁场的磁流变联轴器。根据本发明的提供，线圈的动力供应借助在连接至固定壳体的发送器与同线圈一起旋转的接收器之间的无线能量传递实现。

Description

电动操作驱动器的动力传递装置
技术领域
本发明涉及用于电动操作驱动器的动力传递装置。所述动力传递装置包括第一输入轴和第二输入轴，其中所述第一输入轴和所述第二输入轴能够同时被电机轴在相反的方向上驱动。此外，动力传递装置包括从动轴，该从动轴能够依据所期望的旋转方向联接到第一输入轴或第二输入轴。
背景技术
所述用于电动驱动器的动力传递装置在现有技术中是公知的。它们主要应用于对驱动器提供高转矩，其中所述从动轴能够极快速地加速或减速，或者甚至能够实现从动轴的旋转方向的快速改变。具有通用动力传递装置的电动驱动器应用于例如机器人技术中。
文中开始所提到的类型的动力传递装置公知的，例如，从WO2009/117827A1获知。动力传递装置借助于两个封闭差动轮系(planetarydifferentials)和两个磁流变制动器而实现。通过持续旋转的电机轴，动力传递装置的开始的两个输入轴经由传递而在相反的方向上旋转。该两个输入轴以相同的速度旋转。其中第一输入轴包括第一封闭差动轮系的太阳轮，第二输入轴包括所述动力传递装置的所述第二封闭差动轮系的太阳轮。两个封闭差动轮系共同使用公共行星架，其中安装在行星架中的所述第一封闭差动轮系的行星轮相对所述第二封闭差动轮系的行星轮能够独立地旋转。该两个封闭差动轮系的公共行星架同时构成动力传递装置的从动轴。每个封闭差动轮系还包括环形齿轮，其中该两个环形齿轮能够相互独立旋转。当驱动器空运转时，行星架仍然维持原状，而该两个环形齿轮以相同的旋转速度在相反的方向上旋转。如果此时该两个环形齿轮中的一个停止，于是行星架和所述动力传递装置的从动轴旋转。因而所述从动轴经由相应的封闭差动轮系间接地与所述动力传递装置的两个输入轴中的一个联接。为了能够使该两个封闭差动轮系的环形齿轮停止，设置有两个磁流变制动器。每个制动器包括两个接合层状结构，其中一个层状结构与该两个环形齿轮中的一个连接，而另一个层状结构连接至所述动力传递装置的固定壳体。借助该两个磁流变制动器，该两个环形齿轮能够以可调节的方式交替地或者同时地减速或停止。这样允许非常快速地对所述动力传递装置的所述从动轴进行加速或减速，或者甚至引起所述从动轴的旋转方向的改变。
特别地因为所述动力传递装置的以相反方向旋转的并且相互配合的两个输入轴的同轴布置，以及由于两个必要的封闭差动轮系，从WO2009/117827A1获知的动力传递装置的结构相对比较复杂的，因此其结果是动力传递装置的繁复的和昂贵的制造。
同样地，文中开始所提到的类型的动力传递装置还可从DE3128959A1中获知，其中交替地进行经由两个电流变联轴器从两个输入轴到从动轴的转矩传递。另外能够通过施加电流到两个联轴器来控制转矩传递。然而DE3128959A1中示出的公知的动力传递装置不适用于某些应用。在某些情形下，考虑到服务使用寿命、动力传递、控制和成本，会产生一些问题。
发明内容
因此本发明的目的在于提供一种可选择的具有简单构造、制造便宜的文中开始提到的类型的动力传递装置。该动力传递装置应当具有较长使用寿命、易于控制和运转操作便宜。此外，传送高转矩应当是可能的。
该目的可以通过如下的用于电动操作驱动器的动力传递装置实现：其中所述动力传递装置包括第一输入轴和第二输入轴，其中所述第一输入轴和所述第二输入轴能够同时由电机轴在相反的方向上驱动，其中所述动力传递装置还包括从动轴，所述从动轴能够依据所期望的所述从动轴的旋转方向与所述第一输入轴或者所述第二输入轴联接，并且其中所述从动轴与第一输出轴和第二输出轴接合，其中所述第一输出轴经由在所述第一输入轴与所述第一输出轴之间的第一磁流变联轴器能够直接与所述第一输入轴联接，并且所述第二输出轴经由在所述第二输入轴与所述第二输出轴之间的第二磁流变联轴器能够直接与所述第二输入轴联接，所述第一磁流变联轴器和所述第二磁流变联轴器各自包括一个一起旋转的用于产生必要磁场的线圈，其中所述线圈的动力供应借助发送器与接收器之间的无线能量传递实现，所述发送器连接至固定壳体，所述接收器与所述线圈一起旋转。因此，如果所述从动轴与第一输出轴接合并且与第二输出轴接合，其中经由在所述第一输入轴和所述第一输出轴之间的第一磁流变联轴器，所述第一输出轴能够直接与所述第一输入轴联接，并且经由在所述第二输入轴与所述第二输出轴之间的第二磁流变联轴器，所述第二输出轴能够直接与所述第二输入轴联接，则根据本发明该目的可以实现。因此用于替代磁流变制动器的磁流变联轴器应用于本发明中。可以说，两个传动系统(drivetrain)从持续旋转的电机轴分叉，所述电机轴借助于两个磁流变联轴器而可选择地与所述动力传递装置的从动轴接合以便被带动。每个传动系统包括能够各借助磁流变联轴器以抗转矩(torque-proof)方式联接的一个输入轴和一个输出轴。本发明基本上也允许所述动力传递装置具有复杂结构，例如使用两个传动系统的同轴布置。例如，所述第一输入轴和所述第一输出轴能够设计为可将所述第二输入轴和所述第二输出轴旋转地布置于其内的中空轴。这样允许了如从WO2009/117827A1获知的动力传递装置那样的类似的紧凑结构。不过，当两个传动系统不需要相对彼此同轴布置和能够设计为不使用差动轮(differential)时，本发明还允许动力传递装置具有更加简单的结构。因此根据本发明的所述动力传递装置能够更容易并以更低的成本制造。此外，根据本发明的所述动力传递装置具有长使用寿命、容易控制并且允许非常高转矩的传递。此外，运转操作相对便宜。应当指出的是，两个输入轴也可以不是通过公共电机而是通过位于相反方向的两个独立的电动机驱动。
根据本发明的所述动力传递装置的特别简单的构造是这样的，所述第一输入轴和所述第二输入轴平行布置，所述第一输出轴被布置为与所述第一输入轴同轴，并且所述第二输出轴被布置为与所述第二输入轴同轴。因此两个传动系统中的每个由输入轴和输出轴组成的传动系统具有直通延伸(straightextension)，意味着在该输入轴与该输出轴之间的磁流变联轴器具有简单的设计。
在本发明的另一个优选实施例中，经由大齿轮(gearwheel)实现所述从动轴与所述第一输出轴和所述第二输出轴的接合，所述从动轴的大齿轮以正齿轮(spurgear)的方式同时与所述第一输出轴的大齿轮和所述第二输出轴的大齿轮啮合。这里所提到的大齿轮各与相应的轴固定连接。本实施例允许能够容易实现的所述从动轴与所述第一输出轴和所述第二输出轴的极其便宜的接合。
在本发明的进一步特定的优选实施例中，所述第一输入轴的大齿轮以正齿轮的方式与所述第二输入轴的大齿轮啮合，使得所述第一输入轴和所述第二输入轴以相反的方向旋转。这里，同样地，所提到的大齿轮再次固定连接至相应的轴。因而两个输入轴的相反的旋转方向能够以简单的方式实现。
在这里两个输入轴的驱动优选地通过电机轴的大齿轮实现，电机轴的大齿轮与所述第一输入轴的大齿轮接合或者与所述第二输入轴的大齿轮接合以便被带动。因而，例如用于驱动所述动力传递装置的电机能够布置为靠近所述动力传递装置的两个传动系统。这样允许在轴向方向上的完整的电动操作驱动的紧凑设计。作为一种选择，两个输入轴中的一个也能够通过电机直接驱动。这里所述电机轴被直接连接至两个输入轴中的一个。
在本发明的另一个优选实施例中，增速齿轮或者减速齿轮在所述电机轴与所述从动轴之间通过接合中的不同的大齿轮的齿轮缘直径实现。由此，例如甚至在低功率输出时也能够产生高转矩，或者能够调整所述动力传递装置的所述从动轴的期望的旋转速度。
在本发明的另一个优选实施例中，第一磁流变联轴器和第二磁流变联轴器均包括用于产生必要磁场的与轴一起旋转的线圈，线圈的动力供应借助固定壳体与该轴之间的滑动接触实现，线圈与该轴一起旋转。为了封闭磁流变联轴器，线圈经常用于产生必须的磁场。线圈通常与驱动轴一起旋转，因此在本实施例的情形下，线圈与输入轴中的一个一起旋转，但是线圈也可以与所述从动轴一起旋转，因此在该情形下线圈与两个输出轴中的一个一起旋转。为了对线圈供应动力，必须进行从动力传递装置的固定壳体到轴的电流传递，该轴上定位有用于产生磁场的线圈。这能够容易地和便宜地实现，例如，通过如同样应用于电刷型电机中的滑动接触。
在本发明的另一个优选实施例中，第一磁流变联轴器和第二磁流变联轴器各自包括一个用于产生必要磁场的静止线圈。这样所具有的优点是，不需要在固定壳体与旋转轴之间进行电流传递。本实施例是特别地便宜。
在本发明的另一个优选实施例中，所述动力传递装置还包括高分辨率实际指标(actualvalue)发送器，特别地包括轴编码器和/或速度计和/或加速计，借此检测从动轴的位置。因此，所述从动轴能够被定位控制。
在本发明的另一个优选实施例中，为了将电流施加到磁流变联轴器的线圈，提供了一种电流控制器。由此，施加到所述从动轴的转矩能够依据设定的电流而得到控制。由此，还实现了更快的联轴器的反应时间。
本发明还涉及在两个轴之间的磁流变联轴器，该磁流变联轴器包括用于生成必要磁场的线圈，线圈以抗转矩的方式布置在两个轴中的一个上。已经在上文中提到的用于动力供应的滑动接触是公知的，例如，可从WO2004/018889A1获知。
然而，由于滑动接触出现的摩擦损失，滑动接触总是涉及到对整个系统的效率的负面影响。此外，任何种类的滑动接触会引起特定的磨损，因此磁流变联轴器的使用寿命是有限的，或者需要日常维护或常规更换电刷。
因此本发明的目的也在于提供一种必须是很少维修并且具有更长的使用寿命的上面提到的类型的磁流变联轴器。此外，在旋转轴与固定壳体之间应当尽可能少地出现摩擦损失。
根据本发明，这可以通过线圈的动力供应来实现，线圈的动力供应借助在与线圈一起旋转的接收器和连接至固定壳体的发送器之间的无线能量传递而实现。通过根据本发明的磁流变联轴器，上面提到的期望的优点可以实现。滑动接触被消除，因此旋转轴与固定壳体之间的摩擦损失仅由轴的轴承而引起。至少壳体与旋转轴之间的能量传递是不用维护的。
根据本发明的磁流变联轴器能够优选的应用于根据本发明的用于电动操作驱动器的动力传递装置。
在本发明的优选实施例中，无线能量传递借助感应能量传递实现。这需要使用磁交变场。用于封闭磁流变联轴器的线圈的磁场没有因此受到影响，用于感应能量传递的发送器和接收器优选为轴向地与磁流变联轴器的线圈分开。
作为一种选择，无线能量传递也能够借助电磁轴实现。
附图说明
结合附图将在下面更加详细地图示本发明的实施例。在附图中：
图1示出了根据本发明的具有电机的动力传递装置的斜向示意图；
图2示出了用于根据图1的根据本发明的所述动力传递装置的磁流变联轴器的纵剖面；
图3示出了根据本发明的磁流变联轴器的选择性实施例的纵剖面；以及
图4示出了磁流变联轴器的进一步选择性实施例的纵剖面。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的用于电动操作驱动器的动力传递装置1的示意性构造。驱动器的电机10也被示出。根据本发明的动力传递装置1基本上由两个传动系统构成，该两个传动系统各自包括一个输入轴和一个输出轴，其中输入轴和输出轴能够借助磁流变联轴器而相互联接。第一传动系统由第一输入轴2、第一磁流变联轴器8以及第一输出轴6构成。第二传动系统包括第二输入轴3、第二磁流变联轴器9以及第二输出轴7。两个传动系统平行地并且相互分开布置。固定连接至第一输入轴2的大齿轮14与固定连接至第二输入轴的大齿轮15啮合。因此，圆柱齿轮存在于第一输入轴与第二输入轴之间，需要注意的是，第一输入轴2与第二输入轴3总是以相反的方向旋转。大齿轮14和大齿轮15具有相同的齿轮缘直径，使得第一输入轴和第二输入轴以相同的旋转速度在相反的方向上旋转。两个输入轴2和3由电机10驱动。因此，电机10的电机轴4经由固定连接至电机轴4的小齿轮16与第一输入轴2的大齿轮接合以便传动。这里，同样地，圆柱齿轮因而存在于电机轴4与第一输入轴2之间。
两个传动系统的两个输出轴6和7也各自包括与相应的输出轴固定连接的大齿轮12或13。与两个输入轴的两个大齿轮14和15相比，输出轴6和7的两个大齿轮12和13没有相互啮合而是与根据本发明的动力传递装置1的从动轴5的大齿轮11啮合，大齿轮11布置在两个大齿轮12和13之间。
电机轴4与从动轴5之间的传递通过电机轴的大齿轮16实现，大齿轮16具有比第一输入轴的大齿轮14更小的环形齿轮直径。如果从动轴的大齿轮11的环形齿轮直径大于第一输出轴6的大齿轮12的环形齿轮直径，进一步的传递将是可以想到的。
为实现紧凑设计，驱动器的电机10布置为靠近并且平行于两个传动系统。壳体未在根据图1的图示中示出，在壳体中，电机10被保持并且轴2、3、6、7和5旋转地安装。
下面，将参照图1和图2而图示根据本发明的驱动器或其的动力传递装置的功能。正如上面已经提到的，两个传动系统的两个输出轴6和7以抗转矩的方式分别与相应的输入轴2和3连接。当然输入轴和输出轴之间设置有联轴器，其中仅该联轴器的封闭导致输入轴和输出轴之间的动力传递。根据本发明，为此应用两个磁流变联轴器8和9。图2示出了穿过第一传动系统的磁流变联轴器8的纵剖面。第二磁流变联轴器9的构造与图2所示的构造相同。正如能够从图2所得到的，第一输入轴2和第一输出轴6相互同轴布置。如所公知，在磁流变联轴器中，两个轴各自具有层状结构，其中两个层状结构相互接合。在该情形下，第一输入轴2的层状结构18形成外部层状结构，第一输出轴6的内部层状结构19通过该外部层状结构封闭。在两个层状结构18和19的层间，存在有磁流变液体位于其中的小的间隙。该间隙是指图2中的附图标记23。为了封闭联轴器8，必须产生磁场，由此间隙23中的磁流变液体凝固并且因此引起两个层状结构18和19传动接合。为此，提供了线圈17，线圈17是第一输入轴2的一部分并且直接径向地封闭两个层状结构18和19。为产生磁场，电流被供应至线圈17。因为线圈17与第一输入轴2一起旋转，为此电流必须经由适当的装置从固定壳体引导进入旋转轴2。优选地，为此应用滑动接触。因此，第一输入轴包括在其外围的两个滑动接触环20，滑动接触环20不断地与两个滑动接触刷21接触。两个滑动接触刷21经由输电线22与适当的电源连接。
如果此时电流被供应至线圈17，磁流变联轴器8封闭，导致第一输入轴2和第一输出轴6以抗转矩的方式连接。如图1中所示，当电机轴4顺时针旋转时，第一输入轴和第一输出轴6逆时针旋转。通过两个大齿轮12和11的接合，根据本发明的动力传递装置的从动轴5顺时针旋转。因为第二输出轴7的大齿轮13与从动轴5的大齿轮11接合，在这种构成中，第二输出轴7的旋转方向与第二输入轴3相反。当然，这仅在如果第二磁流变联轴器9是打开时起作用。如果，通过对线圈的适当的动作，第二磁流变联轴器9关闭而第一磁流变联轴器8打开，从动轴5的旋转方向被反转。通过两个联轴器8和9适当的控制，从动轴5能够在两个旋转方向上减速或者加速。
图3示出了图2的磁流变联轴器8的选择性实施例，其中线圈17的动力供应在这里没有借助滑动接触实现，而是借助无线能量传递实现。在这里无线能量传递是感应能量传递。因此第一输入轴2包括由外部线圈24径向地封闭的内部线圈25。线圈24固定连接至所描述装置的壳体。在外部线圈24与第一输入轴2之间，存在有小的空气间隙，因此，与滑动接触相比较，没有产生摩擦损失。通过外部线圈24，交变磁场借助适当的交变电压源产生，因此交流电在内部线圈25中生成。通过适当的成为第一输入轴2的一部分的电子设备26，该交流电被转换成直流电，直流电继而被施加到磁流变联轴器8的线圈17。
图4示出了图2的磁流变联轴器8的进一步选择性实施例。此处，用于产生磁场所必要的线圈没有与两个轴中的一个一起旋转而是与未示出的固定壳体连接。这样的优点在于，从固定壳体到两个旋转轴中的一个不需要发生电流传递。这里，因此能够不用滑动接触或者无线能量传递。

Claims (15)

1.用于电动操作驱动器的动力传递装置(1)，其中所述动力传递装置(1)包括第一输入轴(2)和第二输入轴(3)，其中所述第一输入轴和所述第二输入轴能够同时由电机轴(4)在相反的方向上驱动，其中所述动力传递装置(1)还包括从动轴(5)，所述从动轴(5)能够依据所期望的所述从动轴(5)的旋转方向与所述第一输入轴或者所述第二输入轴联接，并且其中所述从动轴(5)与第一输出轴(6)和第二输出轴(7)接合，其中所述第一输出轴(6)经由在所述第一输入轴(2)与所述第一输出轴(6)之间的第一磁流变联轴器(8)能够直接与所述第一输入轴(2)联接，并且所述第二输出轴(7)经由在所述第二输入轴(3)与所述第二输出轴(7)之间的第二磁流变联轴器(9)能够直接与所述第二输入轴(3)联接，其特征在于，
所述第一磁流变联轴器和所述第二磁流变联轴器各自包括一个一起旋转的用于产生必要磁场的线圈(17)，其中所述线圈的动力供应借助发送器(24)与接收器(25)之间的无线能量传递实现，所述发送器(24)连接至固定壳体，所述接收器(25)与所述线圈(17)一起旋转。
2.根据权利要求1所述的动力传递装置(1)，其特征在于，所述第一输入轴(2)和所述第二输入轴(3)相互平行布置，其中所述第一输出轴(6)与所述第一输入轴(2)同轴布置，并且所述第二输出轴(7)与所述第二输入轴(3)同轴布置。
3.根据权利要求2所述的动力传递装置(1)，其特征在于，所述从动轴(5)与所述第一输出轴和所述第二输出轴的接合经由大齿轮实现，其中所述从动轴(5)的所述大齿轮(11)以正齿轮的方式同时与所述第一输出轴(6)的大齿轮(12)和所述第二输出轴(7)的大齿轮(13)啮合。
4.根据权利要求2所述的动力传递装置(1)，其特征在于，所述第一输入轴(2)的大齿轮(14)以正齿轮的方式与所述第二输入轴(3)的大齿轮(15)啮合，使得所述第一输入轴(2)和所述第二输入轴(3)在相反的方向上旋转。
5.根据权利要求3所述的动力传递装置(1)，其特征在于，所述第一输入轴(2)的大齿轮(14)以正齿轮的方式与所述第二输入轴(3)的大齿轮(15)啮合，使得所述第一输入轴(2)和所述第二输入轴(3)在相反的方向上旋转。
6.根据权利要求4所述的动力传递装置(1)，其特征在于，所述电机轴(4)的大齿轮(16)与所述第一输入轴(2)的所述大齿轮(14)接合，或者与所述第二输入轴(3)的所述大齿轮(15)接合以便被带动。
7.根据权利要求5所述的动力传递装置(1)，其特征在于，所述电机轴(4)的大齿轮(16)与所述第一输入轴(2)的所述大齿轮(14)接合，或者与所述第二输入轴(3)的所述大齿轮(15)接合以便被带动。
8.根据权利要求1所述的动力传递装置，其特征在于，无线能量传递借助感应能量传递实现。
9.根据权利要求8所述的动力传递装置，其特征在于，无线能量传递借助电磁波实现。
10.根据权利要求3至7中的一项所述的动力传递装置(1)，其特征在于，在所述电机轴(4)与所述从动轴(5)之间的增速齿轮或减速齿轮通过所接合的所述大齿轮的不同的齿轮缘直径实现。
11.根据权利要求1至7中的一项所述的动力传递装置，其特征在于，所述第一磁流变联轴器和所述第二磁流变联轴器各自包括一个一起旋转的用于产生必要磁场的线圈(17)，其中所述线圈的动力供应借助固定壳体与所述线圈所随着一起旋转的轴之间的滑动接触实现。
12.根据权利要求1至7中的一项所述的动力传递装置，其特征在于，第一磁流变联轴器和第二磁流变联轴器各自包括一个用于产生必要磁场的固定线圈(17)。
13.根据权利要求1至9中的一项所述的动力传递装置，其特征在于，所述动力传递装置还包括高分辨率实际指标发送器，借此检测所述从动轴的位置。
14.根据权利要求13所述的动力传递装置，其特征在于，所述高分辨率实际指标发送器是轴编码器和/或速度计和/或加速计。
15.根据权利要求1至9中的一项所述的动力传递装置，其特征在于，为供应电流给所述磁流变联轴器的所述线圈，提供了电流控制器。
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