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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Motor mit eingebauter Untersetzung, der die Gefahr einer nicht-koaxialen Rotation bzw. Drehung von zusammengebauten Komponenten beseitigt und dadurch ein Abgabedrehmoment und eine Betriebsdauer des Antriebs sicherstellt.
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2. Beschreibung des Standes der Technik
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Mit der Entwicklung der Technologie, wurde die mechanische Automatisierung ein beliebter Ansatz um Arbeitskosten einzusparen und um der Industrie und dem menschlichen Leben eine große Bequemlichkeit bzw. Erleichterung zu bringen. Bei allgemeinen Maschinen wie Robotern, Roboterarmen, Maschinenwerkzeugen und automatisierten Produktionssystemen, wird typischerweise eine Antriebseinheit verwendet, um eine Drehkraft bereitzustellen. Derartige Antriebsaufbauten bestehen aus einer Untersetzung und einem Motor. Dabei weist eine Harmonic-Drive-Getriebeuntersetzung im Vergleich zu Übertragungssystemen mit herkömmlichen Zahnrädern die Vorteile einer hohen kinematischen Genauigkeit, eines hohen Untersetzungsverhältnisses, eines geringen Gewichts, einer großen Kompaktheit und einer hoher Lastfähigkeit auf und wird in Automatisationsmaschinen in großem Umfang verwendet.
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Zwei bekannte Anwendungen der Kombination einer Harmonic-Drive-Getriebeuntersetzung und eines Motors werden hierin diskutiert. Bei der ersten herkömmlichen Vorrichtung verläuft ihre Drehungs-Übertragungswelle koaxial durch eine hohle Motorwelle und erstreckt sich nach außen und weist einen Antriebswellensensor auf, der an einer hinteren Öffnung an der hohlen Motorwelle liegt, die sich nach Hinten erstreckt. Da der Motor-Rotor und die Dreh-Welle bzw. Drehwelle zwei getrennt hergestellte Teile sind, können die daraus resultierenden Toleranzen, wenn sie zusammengebaut sind, bewirken, dass der Motor-Rotor und die Dreh-Welle nicht koaxial drehen. Zusätzlich sind beide Sensoren zum Erfassen der Eingangs- und Ausgangswinkel an dem hinteren Ende des Motor-Rotors angeordnet, sodass es schwer ist den Gesamtantrieb zu verkleinern und dieser daher sperrig bzw. voluminös wird.
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Bei der zweiten herkömmlichen Vorrichtung verläuft ihre Drehwelle durch das innere der Untersetzung und ist koaxial mit einem Wave Generator zusammengebaut, und ein Dreh-Codierer bzw. -Geber ist auf der Drehwelle entsprechend des Dreh-Positionssensors installiert. Da der Wave Generator und die Drehwelle zwei voneinander getrennt hergestellte Teile sind, kann die sich ergebende Toleranz nicht-koaxiale Drehungen verursachen. Darüber hinaus kann der auf der Drehwelle installierte Dreh-Geber nur die Eingangs-Drehgeschwindigkeit auslesen.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Wie ausgeführt werden bei Vorrichtungen des Standes der Technik die Komponenten und die Drehwelle getrennt voneinander hergestellt, so dass die sich ergebende Toleranz nach dem Zusammenbau bewirken kann, dass die zusammengebauten Komponenten und die Drehwelle nicht-koaxial werden und die damit verbundenen Probleme verursachen.
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Daher stellt die vorliegende Erfindung einen Motor mit eingebauter Untersetzung mit der primären Aufgabe bereit die Mängel des Standes der Technik zu verbessern, indem ihre Drehwelle, der Motor-Rotor und der Wave Generator integral und koaxial gebildet werden.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin Detektor- bzw. Erfassungssätze zum Erfassen von Drehwinkeln der Drehwelle an ihren Eingangs- bzw. Antriebs- und Ausgangs- bzw. Antriebs- bzw. Abtriebs-Enden zu detektieren bzw. zu erfassen, ohne die Größe bzw. das Volumen des Antriebs zu erhöhen.
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Um diese vorstehenden Aufgaben zu erreichen, umfasst der offenbarte Motor mit eingebauter Untersetzung einen Hauptkörper, ein Dreh-Aktuatorelement, einen Flexspline und einen Circular Spline. Das Dreh-Aktuatorelement ist in dem Hauptkörper installiert. Das Dreh-Aktuatorelement weist eine Drehwelle, einen Wave Generator und einen Motor auf. Die Drehwelle geht durch den Hauptkörper hindurch, bzw. verläuft durch den Hauptkörper. Die Drehwelle weist ein erstes Ende und ein zweites Ende auf, das dem ersten Ende gegenüberliegt. Der Wave Generator umfasst ein elliptisches Rad. Das elliptische Rad ist integral um die Drehwelle gebildet und befindet sich nahe des ersten Endes der Drehwelle. Der Motor umfasst einen Motor-Stator, der die Drehwelle umgibt und der sich nahe des zweiten Endes der Drehwelle befindet, und einen magnetischen Motor-Rotor. Der Motor-Rotor ist integral auf der Drehwelle gebildet und befindet sich nahe des zweiten Endes der Drehwelle. Der Motor-Rotor entspricht dem Motor-Stator. Dadurch können die Drehwelle, der Wave Generator und der Motor-Rotor koaxial zueinander drehen bzw. rotieren und eine gute Antriebsdrehmomentabgabe durch beseitigen der Probleme des Standes der Technik sicherstellen, die die Toleranz betreffen. Der Flexspline ist auf dem Rand des elliptischen Rades bereitgestellt. Das elliptische Rad treibt den Flexspline in eine Bewegung. Der Circular Spline ist um den Flexspline angebracht. Der Flexspline und der Circular Spline stehen teilweise miteinander in Eingriff. Dadurch treibt das Dreh-Aktuatorelement den Flexspline zu einer Drehung an und steht für eine Übertragung bzw. eine Transmission mit dem Circular Spline in Eingriff, um so die Geschwindigkeitsverringernden Effekte zu erreichen.
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Die Erfindung wie auch eine bevorzugte Art ihrer Verwendung, weitere Ziele und Vorteile davon werden am besten unter Bezugnahme auf die folgenden detaillierte Beschreibung von veranschaulichenden Ausführungsformen verstanden, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen gelesen wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER VERSCHIEDENEN ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine Querschnittsansicht einer Untersetzung gemäß einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
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2 ist eine Querschnittsansicht der Untersetzung, die die Konfiguration des Sensors des Eingangs- bzw. Antriebsendes und des Gebers des Eingangs- bzw. Antriebsendes zeigt.
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3 ist eine Querschnittsansicht der Untersetzung, die sie in ein Roboterarmgehäuse installiert zeigt.
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4 ist eine Querschnittsansicht der Untersetzung, die sie in einem anderen Roboterarmgehäuse installiert zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Um die Mittel und Funktionen, durch die die vorliegende Erfindung die bestimmten Aufgaben bzw. Ziele erreicht weiter zu veranschaulichen, wird die folgende Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen und bevorzugten Ausführungsformen wie nachstehend dargelegt, um die Umsetzung, die Struktur und die Effekte des Gegenstands der vorliegenden Erfindung zu veranschaulichen.
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Unter Bezugnahme auf 1 umfasst in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Motor mit eingebauter Untersetzung einen Hauptkörper 10, ein Dreh-Aktuatorelement 20, einen Flexspline 30 und einen Circular Spline 40, einen ersten Detektorsatz 60, ein Wälzlager 70, und einem zweiten Detektorsatz 80. Das Dreh-Aktuatorelement 20 ist innerhalb des Hauptkörpers 10 installiert und weist eine Drehwelle 22, einen Wave Generator 24 und einen Motor 26 auf.
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Die Drehwelle 22 verläuft durch den Hauptkörper 10 und weist ein erstes Ende 22 und ein zweites Ende 224, das dem ersten Ende 222 gegenüberliegt, auf. Der Wave Generator 24 umfasst ein elliptisches Rad 242 und ein flexibles Lager 244. das elliptische Rad 242 ist integral um die Drehwelle 22 geformt und befindet sich nahe dem ersten Ende 222 der Drehwelle 22. Das flexible Lager 244 ist um das elliptische Rad 242 herum angebracht.
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Der Motor 26 umfasst einen Motor-Stator 260, der um die Drehwelle 22 herum angebracht ist und der sich nahe dem zweiten Ende 224 der Drehwelle 22 befindet, einen Motor-Rotor 262, der Magnetisch ist, und ein Motorgehäuse 264. Der Motor-Rotor 262 ist integral an dem zentralen Abschnitt der Drehwelle 22 geformt bzw. gebildet und befindet sich nahe dem zweiten Ende 224 der Drehwelle 22. Der Motor-Rotor 262 entspricht dem Motor-Stator 260. Das Motorgehäuse 264 schließt die Motorwell 222 von außen ein und die Drehwelle 22 ist in Bezug auf das Motorgehäuse 264 drehbar. Der Motor-Rotor 262 liegt innerhalb des Motorgehäuses 264.
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Die Drehwelle 22 definiert eine axiale Länge 226, und der Motor-Rotor 262 definiert eine axiale Länge 268. Ein Verhältnis der axialen Länge 226 der Drehwelle 22 und der axialen Länge 268 des Motor-Rotors 262 liegt in einem Bereich von 0,25 bis 0,4.
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Der Flexspline 30 ist um das elliptische Rad 242 angebracht und liegt mit einem Ende gegen den äußeren Ring des flexiblen Lagers 244. Der Circular Spline 40 ist aus einem starren Material hergestellt und um den Flexspline 30 angebracht, sodass der Flexspline 30 und der Circular Spline 40 teilweise miteinander in Eingriff stehen. Der Flexspline 30 und der Circular Spline 40 weisen das gleiche Modul auf und eine Zahnanzahldifferenz zwischen dem Flexspline 30 und dem Circular Spline 40 beträgt 2.
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Im Betrieb verwendet das elliptische Rad 242 den Bereich der großen Hauptachse um einige der äußeren Zähne des Flexsplines 30 zu drücken, um mit den Innenzähnen des Circular Splines 40 vollständig in Eingriff zu stehen, sodass das außen gezahnte Übertragungselement 30 angetrieben wird sich entlang seines Umfangs zu drehen.
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Das Wälzlager 70 umfasst einen inneren Ring bzw. Innenring 72 und einen äußeren Ring bzw. Außenring 74. der Innenring 72 liegt mit einem Ende gegen den Circular Spline 40 an und ein gegenüberliegendes Ende liegt gegen den Flexspline 30 an. Der Außenring 74 ist mit einem Ende mit dem Flexspline 30 verbunden.
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Der erste Detektorsatz 60 umfasst einen ersten Geber 61 und mindestens einen ersten Sensor 64. Der erste Geber 62 umgibt das zweite Ende 224 der Drehwelle 22, und der erste Sensor 64 liegt an dem hinteren Ende 264a des Motorgehäuses 264. Die Anzahl der ersten Sensoren 64 ist eine gerade Zahl. Jeweils zwei der ersten Sensoren 64 liegen symmetrisch am Rand bzw. Außenbereich des hinteren Endes 264a des Motorgehäuses 264. Wie in 2 dargestellt, befinden sich dort vier der ersten Sensoren 64, die als zwei Paare angeordnet sind. Der erste Sensor 64 entspricht dem ersten Geber 62 zum Auslesen der Dreh- bzw. Rotationsverschiebung und der Drehgeschwindigkeit der Drehwelle 22.
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Der zweite Detektorsatz 80 umfasst einen zweiten Geber 82 und mindestens einen zweiten Sensor 84. Der mindestens eine zweite Sensor 84 umgibt das vordere Ende 264b des Motorgehäuses 264. Der zweite Geber 82 liegt an einem Ende des äußeren Rings bzw. des Außenrings 74 des Wälzlagers 70 und entspricht dem zweiten Sensor 84. Die Anzahl der zweiten Sensoren 84 ist eine gerade Zahl. Jeweils zwei der zweiten Sensoren 84 sind symmetrisch am Rand bzw. Außenbereich des vorderen Endes 264b des Motorgehäuses 264 angeordnet. Da die Anordnung des zweiten Sensors 84 ähnlich zu der des ersten Sensors 64 ist kann sie leicht unter Bezugnahme auf 2 verstanden werden, sodass keine sich wiederholende Zeichnung bereitgestellt wird. Der zweite Sensor 84 dient zum Auslesen der Dreh- bzw. Rotationsverschiebung und der Drehgeschwindigkeit des Wälzlagers 70.
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Zusätzlich wird unter Bezugnahme auf 3 und 4, die vorliegende Erfindung bei einem Roboterarm 100 angewendet. Um zu gestatten, dass das Stromkabel 110 für eine elektrische Übertragung durch die offenbarte Untersetzung 200 hindurchgeht, ist die Drehwelle 22 in Axialrichtung mit einem Kabelkanal 228 gebildet. Wie in der Zeichnung dargestellt, kann das Stromkabel 110 des Roboterarms 100 durch den Kabelkanal 228 verlaufen bzw. hindurchgehen, um von einem Ende des Roboterarms 100 über bzw. durch die Drehwelle 22 zu einer gegenüberliegenden Seite des Roboterarms 100 zu verlaufen.
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Zusammenfassend verwendet die vorliegende Erfindung die integral gebildete Struktur der Drehwelle 22, des elliptischen Rades 242 und des Motor-Rotors 26 um die Gefahr zu beseitigen, dass diese Drei, wenn die getrennt voneinander gebildet und dann zusammengesetzt werden, aufgrund der sich ergebenden Toleranzen nach dem Zusammenbau nicht-koaxial werden und eine exzentrische Drehung bzw. Rotation aufweisen. Mit der offenbarten integral gebildeten Struktur kann das elliptische Rad 242 eine stabile und gleichmäßige Kraft auf den Flexspline 30 ausüben, was den Eingriff zwischen dem Flexspline 30 und dem Circular Spline 40 zuverlässig macht. Dies ist Hilfreich, um die Lebens- bzw. Betriebsdauer sowohl des Flexsplines 30 als auch des Circular Splines 40 zu verbessern und um die Steifigkeit des offenbarten Antriebs als Ganzes zu verbessern, während negative Effekte auf das Ausgans- bzw. Ausgabedrehmoment aufgrund einer nicht-koaxialen Drehung verhindert werden können und die Betriebsdauer des Antriebs verbessert werden kann. Darüber hinaus können, da der zweite Geber 82 des zweiten Detektorsatzes 80 und der erste Geber des ersten Detektorsatzes 60 auf dem Außenring 74 des Wälzlagers 70 bzw. auf der Drehwelle 22 bereitgestellt sind, sie gleichzeitig eine akkurate Messung der Drehgeschwindigkeiten und Winkel der Drehwelle 22 und des Wälzlagers 70 ausführen, ohne den Antrieb zusätzlich sperrig bzw. voluminös zu machen.
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Die vorliegende Erfindung wurde unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsformen Beschrieben und es ist klar, dass diese Ausführungsformen nicht dazu bestimmt sind den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung einzuschränken. Da der hier offenbarte Inhalt leicht verstanden werden sollte und durch einen Fachmann verwirklicht werden kann, sollten darüber hinaus alle äquivalente Veränderungen oder Modifikationen die nicht von dem Konzept der vorliegenden Erfindung abweichen durch die beigefügten Ansprüche umfasst sein.
