CN110364345A - 传动装置、电机传动装置组合以及轴传动装置组合 - Google Patents

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Abstract

提供了传动装置、电机传动装置组合以及轴传动装置组合。用于电机传动装置组合的传动装置(100)，带有传动装置输出轴(102)，具有：驱动界面(110)；位于传动装置输出轴(102)上的输出界面(120)；传输设备(130)，构造成用于在驱动界面(110)和输出界面(120)之间提供无线双向数据传输，并且构造成用于从驱动界面(110)向输出界面(120)提供无线能量传输。

Description

传动装置、电机传动装置组合以及轴传动装置组合
技术领域
本公开涉及传动装置、电机传动装置组合以及轴传动装置组合。
背景技术
EP 2 201 584 A1公开了用于无接触能量传输的感应连接元件和用于数据传输的电容连接元件。在传统技术的情况下，能量和数据从静态部分传输至电机的一部分。
发明内容
本发明的目的在于提供更加综合的、更加灵活的或改善的动力传动系统中的能量或数据传输。
在传动装置方面，该目的通过独立权利要求1中的特征来实现。在电机传动装置组合方面，该目的通过权利要求13中的特征来实现。在轴传动装置组合方面，该目的通过权利要求14中的特征来实现。
根据一个方面，描述了一种传动装置。该传动装置被设计成用于电机传动装置组合，其带有传动装置输出轴。传动装置包括驱动界面、位于传动装置输出轴上的输出界面、以及传输设备。传输设备构造成用于在驱动界面和输出界面之间提供无线双向数据传输，并且传输设备构造成用于从驱动界面向输出界面提供无线能量传输。
此处描述的方面、特征和实施例均可以应用至电机传动装置组合。
根据另一方面，描述了一种电机传动装置组合，其包括本文所述的传动装置。电机传动装置组合进一步包括电机和界面连接设备。电机构造成用于驱动传动装置的驱动侧，并且电机包括电机界面，其中电机界面相对于传动装置的驱动界面固定定位。界面连接设备构造成用于将传动装置的驱动界面无线连接至电机界面。
根据另一方面，描述了一种轴传动装置组合。轴传动装置组合包括行星传动装置，行星传动装置具有输出界面；电机轴，电机轴插入传动装置；以及传输设备。传输设备构造成用于从电机轴向输出界面进行无线双向数据传输，并且传输设备构造成用于从电机轴向输出界面进行无线能量传输。
在本文中使用的驱动和输出表示传动装置的相应部分。通常，传动装置的驱动部分具有通过电机(例如伺服电机)施加至其上的输入扭矩，传动装置作为扭矩转换，并且输出扭矩在传动装置的输出处提供，例如用于机械消耗器。驱动界面位于传动装置的驱动侧，例如在传动装置的外壳上或者在传动装置的输入轴上。输出界面位于传动装置的输出侧上或者输出轴上。
在本文中使用的输出传动装置轴包括用于扭矩传输的输出轴，其上例如焊接或夹持有小齿轮；或者包括用于扭矩传输的输出凸缘，例如具有端侧紧固元件，诸如例如螺纹孔。
在本文中使用的驱动界面例如具有一个或多个电接触件或者为无接触的，例如感应的、电容性的或光学设计。驱动界面通常可连接至电能源。在实施例中，用于能量传输的接触件和用于数据传输的接触件设置为一个相同接触件。
在本文中使用的输出界面例如具有一个或多个电接触件或者为无接触的，例如感应的、电容性的或光学设计。输出界面通常可连接至输出侧上的电气消耗器。在实施例中，用于能量传输的接触件和用于数据传输的接触件设置为一个相同接触件。
在实施例中，输出界面形成为分配至传动装置输出轴的电接触布置。分配至传动装置输出轴包括例如紧固至或集成至传动装置输出轴的接触布置。接触布置通常包括插头或插座或具有电接触件的柔性连接设备。柔性连接设备例如为具有电接触件的线缆，该线缆由传动装置输出轴导出。可选地，输出界面形成为分配至传动装置输出轴的扁平线圈。扁平线圈例如集成至传动装置输出轴，并且通常集成至输出凸缘。
然而，在本文中使用的界面并不意味着逻辑上或空间上的关系，诸如例如结构单元。例如用于能量传输的接触件结构上或空间上与用于数据传输的接触件分离。
在实施例中，传动装置进一步具有布置在输出侧上的消耗器。电气消耗器连接至输出界面用于电能供给。电气消耗器进一步连接至输出界面用于数据传输和/或接收。在输出侧上的消耗器可以从能量源供给电能。通常，在输出侧上没有配置用于电气消耗器的连续操作的专用电能源。
根据检测技术，在输出侧上的电气消耗器通常与机械消耗器相互作用。在实施例中，在输出侧上的电气消耗器是可交换的，尤其是模型形式。
输出侧上的消耗器的实例包括但不限于传感器、传感器-致动器系统、处理器、局部分布传感器节点和/或局部分布处理器节点；带有传感器和处理器的输出侧上的消耗器的特定非限制性实例包括惯性测量单元(IMU)或多感应式接近传感器，其具有用于保持工件的电致动的夹持设备。
输出侧上的消耗器通常设计成经由输出界面向驱动界面传输数据，例如传感器数据或测量数据，并且设计成从输出界面接收数据，例如输入至驱动界面的控制指令。
在实施例中，构造成用于无线双向数据传输的传输设备具有多种功能，用于在驱动界面和输出界面之间的数据双向通信功能。例如，传输设备具有时间多工功能。
在实施例中，传动装置为角传动装置或同轴传动装置的形式。同轴传动装置的实例包括行星传动装置或盘形凸轮传动装置。
行星传动装置通常包括内部齿轮、太阳齿轮和多个行星齿轮。行星齿轮安装在行星齿轮架上。在一个实例中，其中太阳齿轮被驱动并且输出轴布置在行星齿轮架上，太阳齿轮分配至驱动侧并且行星齿轮架分配至输出侧。驱动界面设置在驱动侧上。输出界面设置在输出侧上。能量传输从驱动侧(从太阳齿轮一侧)向输出侧(向输出界面一侧)进行。数据传输从从驱动侧(从太阳齿轮一侧)向输出侧(向输出界面一侧)进行和/或在相反方向上进行。
盘形凸轮传动装置如在WO 2008/107168A2中描述的那样构造；关于行星传动装置所描述的位置关系可以相应地应用在盘形凸轮传动装置的情况中，其中被驱动的盘形凸轮可对应于太阳齿轮，并且盘形凸轮传动装置的齿架可对应于行星架。
传输设备例如构造成用于感应能量传输。在实施例中，传输设备包括彼此分配的多个感应传输单元，通常为线圈，诸如例如扁平线圈、盘线圈或中空柱线圈。在实施例中，感应传输单元构造成用于感应数据传输。感应传输单元通常构造成使得它们可以从驱动侧向输出侧传输电能，并且构造成使得它们可以从驱动侧向输出侧并从输出侧向驱动侧传输数据。
传输不局限于感应传输。在实施例中，能量传输和双向数据传输中的至少一者可以通过光学或电容性方式实现。在光学能量传输或光学双向数据传输的情况中，通常情况是在各种情况中一对光发射元件和光接收元件设置成用于相应的传输方向。光发射元件的实例包括发光二极管、半导体激光等。光接收元件的实例包括光电二极管、光电晶体管等。
在实施例中，无线数据传输和无线能量传输构造为不同的传输方式。传输方式例如选自包括以下组成的组：感应传输、电容性传输、超声波传输和光学传输。
在能量和数据两方面，传输设备的传输功率通常适应于传感器或更复杂的传感器-致动器系统的需要。在此，在通常的实施例中，可由传动装置传输的最大机械能与输出侧最大电能消耗的比在50:1至10,000:1之间。在传动装置用于现代机床的副轴的情况中，可由传动装置传输的功率在100瓦特至20千瓦之间。这种类型的传动装置的电能传输通常在0.1瓦特至20瓦特之间，特别是在1瓦特至10瓦特之间。
在实施例中，能量传输构造成用于至少0.1瓦特或至多100瓦特的输出侧电力消耗。可选地，能量传输构造成用于至少1瓦特或至多10瓦特的输出侧电力消耗。输出侧电力消耗根据设置在输出侧的用于其操作的电气消耗器需求而供能。如果至少一个对应的电线设置在输出界面上，则输出侧电力消耗的特定量级是可能的。
在实施例中，可由传动装置传输的最大机械能与输出侧最大电能消耗的比在50:1至10,000:1之间。
在实施例中，传输设备包括多个传输单元，其中彼此分配的传输设备的传输单元在不同情况下根据相对于彼此的位置是可变的。彼此分配的传输单元通常在它们之间提供用于能量和/或数据的相应的无线传输功能。例如，用于能量传输和/或用于数据传输的彼此分配的感应传输单元彼此磁性连接。
在本文中使用的关于位置可变包括分配至彼此的传输单元的相对移动。相对移动还包括例如相对旋转移动。例如，如果分配至彼此的感应传输单元为一对扁平线圈的形式，则相对移动包括围绕一个扁平线圈的轴线或者围绕两个扁平线圈的公共轴线的相对旋转移动。
通常，分配至彼此的传输单元布置在传动装置中，在不同情况下位于独立的传动装置部件之间的过渡点或间隙内。在实施例中，多个传输单元相互作用，从而经由导电连接件而形成导电通路。
在实施例中，在至少一个传输单元之间，通常在传输单元的导电通路的导电连接件处设置有用于能量和数据的捡拾器(pickoff)。在捡拾器处，能量和/或数据可以导入或引出。通常，能量捡拾器具有AC/DC转化器或DC/AC转化器，交流电压转化为直流电压，并且直流电压用于向消耗器供给能量。通常，数据捡拾器具有收发器，例如现场总线系统的收发器。
在实施例中，传输设备包括多个传输单元，其中彼此分配的传输设备的传输单元在不同情况下根据相对于彼此的位置是可变的，并且其中，传输设备的传输单元的第一者形成为相对于外壳固定，传输设备的传输单元的第二者布置在传动装置的行星级的行星架上或者在传动装置的齿架上。
在实施例中，行星传动装置形成为至少双级行星传动装置，其中，传输设备进一步包括相互作用的传输单元，其布置在双级行星传动装置的两个行星架上。相对于以上的相互作用的传输单元，传输设备的进一步的相互作用的传输单元构造在串联电路中。
在实施例中，至少一个传输单元，尤其是其中一个感应或光学传输单元，构造成用于检测和传输传动装置相关的旋转角度。可选地或另外地，在实施例中，至少一个传输单元构造成用于检测和传输传动装置相关的间隔。可选地或另外地，在实施例中，至少一个传输单元构造成用于检测和传输与传输相关的旋转速度。可选地或另外地，在实施例中，至少一个传输单元构造成用于检测和传输传动装置相关的油位和/或传动装置相关的油液状态。在本文中使用的油液状态包括例如传动装置油中夹杂物(诸如例如铁磁颗粒)的浓度或分布。
构造成用于检测和传输传动装置相关的旋转角度或传动装置相关的间隔的传输单元(例如扁平线圈)通常检测相应的变量而无需进一步的传感器布置，例如根据分解器原理通过监控关于场变量的时间的曲线。通常，构造成用于检测和传输传动装置相关的旋转角度的扁平线圈的卷绕以弯曲方式进行。
构造成用于检测和传输传动装置相关的旋转速度和/或传动装置相关的油位和/或传动装置相关的油液状态的传输单元(例如扁平线圈)通常包括相应的变量而无需进一步的传感器布置，例如根据发电机原理通过监控相对于从相对旋转移动至电能的动能转换的变量。
在实施例中，用于能量传输的至少一个传输单元构造成独立于另外的传输单元。构造成独立于另外的传输单元的传输单元例如未分配至任何其他传输单元，但是如果需要则可以分配至适当的其他传输单元。适当的其他传输单元例如设置在输出侧上的电气消耗器上。
通常，在实施例中，能量收集可以通过至少一个传输单元来实施。通过这种方式，能量可以额外地提供至例如旋转部件。
本文描述的特征、方面和实施例可以用于提供具有辅助功能的传动装置，在其主要扭矩转换功能之外，可以用于传输电能和用于传输数据。主要的扭矩转换功能不会显著地受到传输设备、驱动界面和输出界面的影响。同样，外部几何结构，尤其是在传动装置的轴向上的外部轮廓，不会受到传输设备的影响。
在传动装置中提供传输能量和数据的能力，从而使得对于该功能而言，没有必要需要具有空间需求的额外的系统部件。
在整个传动装置路径中于传动装置的驱动侧和传动装置的输出侧之间确保能量传输和数据传输是可能的。进一步地，将这些功能不仅提供在传动装置的内部中，同样经由传动装置输出侧提供在外部消耗器上也是可能的。
附图说明
本发明的优选实施例的进一步优势和特征将在以下结合附图的基础上进行讨论，其中，在附图中：
图1示出了传动装置的实施例的示意性截面图；
图2示出了传动装置的进一步实施例的示意性截面图；
图3示出了传动装置的进一步实施例的示意性截面图；
图4示出了传动装置的进一步实施例的示意性截面图；
图5示出了传动装置的进一步实施例的示意性截面图；
图6示出了传输单元的示意性结构，其可以应用在根据本文所述实施例的传动装置上；以及
图7示出了图6的传输单元的示意性侧视图。
具体实施方式
以下将在附图的基础上描述典型的实施例，其中本发明不限制于示例性实施例，并且本发明的范围由权利要求书所确定。
图1示出了电机传动装置组合中的传动装置100的实施例的示意性截面图。电机200(例如伺服电机)机械地连接(未示出)至传动装置100的驱动侧101并且被设计成使得电机200可以将扭矩传递至传动装置100的驱动侧101。传动装置100例如为同轴传动装置、例如为行星传动装置、盘形凸轮传动装置或者角传动装置、例如为斜齿轮传动装置等。传动装置101被设计成转换在驱动侧101上输入的扭矩并且在传动装置的输出侧上提供对应的输出扭矩。图1中所示的实施例示出了单级传动装置100，例如行星传动装置，其中驱动侧在传动装置驱动轴101处并且输出侧传动装置输出轴102上。如本文所使用的，传动装置输出轴102也包含传动装置输出凸缘。
驱动界面110位于传动装置100的驱动侧101上。图1中的驱动界面110形成为感应界面，例如扁平线圈，但不局限于此。在输出侧上(在当前情况下，在传动装置的输出轴102上)设置有输出界面120。图1中的输出界面120为感应界面的形式，例如扁平线圈，但不局限于此。
传动装置100具有传输设备130，其在驱动界面110和输出界面120之间提供无线双向数据传输，并在驱动界面110和输出界面120之间提供无线能量传输。传输设备130具有第一传输单元131和第二传输单元132，第一传输单元在传动装置100的驱动侧101上，第二传输单元在传动装置100的输出侧的输出轴102一侧上。在图1中，传输设备130为感应传输设备130，其具有第一柱线圈131和第二柱线圈132，但不局限于此。在操作过程中，第二传输单元132相对于第一传输单元131旋转。
传动装置100的外壳固定至组装凸缘600。消耗器400在传动装置的输出侧上机械地连接至传动装置输出轴102。在图1的实施例中，消耗器400具有机械功能和电气功能。例如，消耗器400的电气功能提供传感器功能、致动器功能等。在图1中，输出界面120感应连接至消耗器400的消耗器界面420。通过输出界面120和消耗器界面420之间的连接，从而向消耗器400的电气功能进行供电。通过输出界面120和消耗器界面420之间的连接，消耗器400进一步接收数据，例如用于致动器功能的控制指令和/或消耗器使得数据经由消耗器界面420和输出界面120之间的连接而可用，例如传感器功能。
在电机200一侧设置有终端设备500，其具有用于电能供给的终端(未示出)和用于数据输入和/或输出的终端。连接线510将终端设备500连接至电机界面210。电机界面210例如但不限制于感应界面210。电机界面210(例如感应地)连接至传动装置100的驱动界面110。例如，感应连接提供了用于无线连接的界面连接设备220。通过电机界面210和驱动界面110之间的连接，从而向传输设备130提供能量，该能量被传输至输出界面120并且最终向消耗器400的电气功能提供能量。此外，通过电机界面210和驱动界面110之间的连接，与消耗器400的数据传输经由传输设备130和输出界面120发生。连接线520将驱动界面110连接至传输设备130的第一传输单元131。连接线530将传输设备130的第二传输单元132连接至输出界面120。
图2示出了与图1类似的电机传动装置组合中的传动装置100的实施例的示意性截面图。在图2的实施例中，进一步提供了组装凸缘传输设备630，用于在组装凸缘600和传动装置100之间传输能量和/或数据。组装凸缘传输设备630包括第一传输单元631和第二传输单元632。在图2中，第一传输单元631和第二传输单元632同样为感应发送器的形式，但是不局限于此。
在图2中，在将驱动界面110连接至传输设备130的第一传输单元131的连接线520处设置了分支线521，其将驱动界面110连接至组装凸缘传输设备的第一传输单元631。剩余部件如图1所描述，在此清楚地作为参考。因而在此不再重复描述。
图3示出了与图1类似的电机传动装置组合中的传动装置100的实施例的示意性截面图。在图3的实施例中，传输设备130具有扁平线圈而不是柱线圈。传输设备130的第一传输单元131形成为扁平线圈，并且传输设备130的第二传输单元132形成为扁平线圈。剩余部件如图1所描述，在此清楚地作为参考。因而在此不再重复描述。
图4示出了与图1类似的电机传动装置组合中的传动装置100的实施例的示意性截面图。在图4的实施例中的传动装置100为双级传动装置的形式。从驱动侧101到输出侧的扭矩传递通过双级传动装置中的传动装置中间级192实现。传输设备130包括：在驱动侧上的第一传输单元131、以及无线连接至第一传输单元131并在传动装置中间级192一侧上的第二传输单元132。传输设备进一步包括：在传动装置中间级192一侧上的第三传输单元141、以及第二级的无线连接至第三传输单元141的第四传输单元142，其位于行星架上并连接至输出轴102。
在操作过程中，第一传输单元131相对于第二传输单元132以第一旋转速度执行旋转移动，并且第三传输单元141相对于第四传输单元142以不同于第一旋转速度的第二旋转速度执行旋转移动。第二传输单元132和第三传输单元141相对于彼此固定定位并且通过连接线530彼此连接。
剩余部件如图1所描述，在此清楚地作为参考。因而在此不再重复描述。
在通常的实施例中，两个传输单元，尤其是两个传输设备，相对于彼此固定定位并且通过连接线彼此连接，但是它们布置在于操作过程中旋转的传动装置的一部分上，例如中间级的行星架。
图5示出了轴传动装置组合中的传动装置100的实施例的示意性截面图。电机200的电机轴250在驱动侧101上插入传动装置100。传输设备150具有在电机轴250中或其上的第一传输单元151、以及在传动装置的输出侧102上或其中的第二传输单元152。传输设备150构造成用于从电机轴250(从电机轴上或其中的第一传输单元151经由第二传输单元152)至输出界面102的无线双向数据传输，并且构造成用于从电机轴250(从电机轴上或其中的第一传输单元151经由第二传输单元152)至输出界面102的无线能量传输。在图5中，传输单元151、152同样为感应传输单元151、152的形式或者电接触(未示出)，但是不局限于此。剩余部件如图1所描述，在此清楚地作为参考。因而在此不再重复描述。
图6以实例的方式示出了传输设备，尤其是感应传输设备，的示意性结构的截面图，其可以应用在传动装置100中并且在图6中整体以130表示。
在图6中，线圈绕组在各种情况下使用圆圈示出，其中，线圈绕组中圆圈标记有十字的工艺电流方向与线圈绕组中圆圈标记有圆点的工艺电流方向相反。
传输设备130包括扁平线圈形式的两个传输单元131和132。每个传输单元131和132包括能量传输线圈931、数据传输线圈932和数据接收线圈933。
图7示出了图6中的传输单元131的示意性平面图。传输单元131具有环形形状或者为扁平线圈的形式。设置有接触区域920并且在任何情况下接触区域920具有用于连接至传输线圈931、数据传输线圈932和数据接收线圈933的一接触端。以实例方式示出的传输单元131以简单的方式允许了能量的单向传输和数据的双向传输。

Claims (14)

1.一种用于电机传动装置组合的传动装置(100)，带有传动装置输出轴(102)，具有：
驱动界面(110)；
位于传动装置输出轴(102)上的输出界面(120)；
传输设备(130)，
构造成用于在所述驱动界面(110)和所述输出界面(120)之间提供无线双向数据传输，
并且构造成用于从所述驱动界面(110)向所述输出界面(120)提供无线能量传输。
2.根据权利要求1所述的传动装置(100)，其中，所述传动装置(100)为角传动装置或同轴传动装置的形式，尤其是行星传动装置或盘形凸轮传动装置。
3.根据权利要求1或2所述的传动装置(100)，其中，所述传输设备(130)构造成用于感应能量传输。
4.根据前述权利要求中任一项所述的传动装置(100)，其中，所述输出界面(120)为电接触布置的形式，通常为分配至所述传动装置输出轴(102)的插头或插座，或者是分配至所述传动装置输出轴(102)的扁平线圈。
5.根据前述权利要求中任一项所述的传动装置(100)，其中，所述能量传输构造成用于至少0.1瓦特或至多100瓦特的输出侧电力消耗。
6.根据前述权利要求中任一项所述的传动装置(100)，其中，所述无线数据传输和所述无线能量传输配置为不同的传输方式。
7.根据前述权利要求中任一项所述的传动装置(100)，其中，所述传输设备(130)包括多个传输单元(131、132、141、142)，其中彼此分配的所述传输设备(130)的传输单元(131、132；141、142)在不同情况下根据相对于彼此的位置是可变的。
8.根据权利要求7所述的传动装置(100)，其中，所述传输设备的传输单元(131、132、141、142)的第一者(131)形成为相对于外壳固定，所述传输设备(130)的传输单元(131、132、141、142)的第二者(132)布置在传动装置(120)的行星级的行星架上或者在传动装置的齿架上。
9.根据权利要求8所述的传动装置(100)，所述传动装置为至少双级行星传动装置的形式，其中，所述传输设备(130)进一步包括相互作用的传输单元(141、142)，其布置在所述双级行星传动装置的两个行星架上。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的传动装置(100)，其中，至少一个所述传输单元(131、132、141、142)构造成用于检测和传输传动装置相关的旋转角度和/或传动装置相关的间隔和/或传动装置相关的旋转速度和/或传动装置相关的油位和/或传动装置相关的油液状态。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的传动装置(100)，其中，至少一个所述传输单元(131、132、141、142)构造成独立于另外的传输单元来传输能量。
12.根据前述权利要求中任一项所述的传动装置(100)，进一步具有电气消耗器(400)，其中所述电气消耗器(400)布置在所述传动装置(100)的输出侧处，并且其中，所述电气消耗器(400)连接至所述输出界面(120)用于供给电能以及用于传输和/或接收数据。
13.一种电机传动装置组合，包括：
根据前述权利要求中任一项所述的传动装置(100)；
电机(200)，所述电机构造成用于驱动所述传动装置(100)的驱动侧并具有电机界面(210)，其中所述电机界面(210)相对于所述传动装置(100)的驱动界面(110)固定定位；
界面连接设备(220)，所述界面连接设备构造成用于将所述传动装置(100)的驱动界面(110)连接，尤其是无线连接，至所述电机界面(210)。
14.一种轴传动装置组合，包括：
行星传动装置(100)，所述行星传动装置具有输出界面(120)；
电机轴(250)，所述电机轴插入所述传动装置(100)；
传输设备(150)，所述传输设备构造成用于从所述电机轴(250)向所述输出界面(120)进行无线双向数据传输，
并且构造成用于从所述电机轴(250)向所述输出界面(120)进行无线能量传输。
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