DE102019130025A1

DE102019130025A1 - Drive device

Info

Publication number: DE102019130025A1
Application number: DE102019130025.8A
Authority: DE
Inventors: Sergej Solovev; Matthias Kunle; Roland Holcer; Vladimir Mihalik; Vladimir V. Popov; Thomas Braun; Patrik Schretzlmaier
Original assignee: MinebeaMitsumi Inc
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2019-11-07
Filing date: 2019-11-07
Publication date: 2021-05-12

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung (1) mit mindestens einem feststehenden Teil (9) und mindestens einem drehenden Teil (7), mit einem Elektromotor (20) zum Antrieb des drehenden Teils (7) und mit einer Energieübertragungsvorrichtung (16) zur Versorgung des drehenden Teils (7) mit elektrischer Energie, wobei mittels elektromagnetischer Induktion kontaktlos Energie zwischen mindestens einer im feststehenden Teil (9) angeordneten feststehenden Spule (11) und mindestens einer im drehenden Teil (7) angeordneten drehenden Spule (10) übertragen wird, wobei der Elektromotor (20) als ein Außenläufer ausgebildet ist, wobei ein Stator (4) des Elektromotors (1) auf einer Achse (3) des feststehenden Teils (9) angeordnet ist und ein Rotor (2) des Elektromotors (20) drehbar auf der Achse (3) gelagert ist.The invention relates to a drive device (1) with at least one stationary part (9) and at least one rotating part (7), with an electric motor (20) for driving the rotating part (7) and with an energy transmission device (16) for supplying the rotating part (7) Part (7) with electrical energy, whereby by means of electromagnetic induction energy is transmitted without contact between at least one fixed coil (11) arranged in the fixed part (9) and at least one rotating coil (10) arranged in the rotating part (7), the electric motor (20) is designed as an external rotor, a stator (4) of the electric motor (1) being arranged on an axis (3) of the stationary part (9) and a rotor (2) of the electric motor (20) rotatable on the axis ( 3) is stored.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a drive device according to the preamble of claim 1.

Die EP 2 933 655 B1 beschreibt einen optoelektronischen Sensor mit einer Sockeleinheit und einer Abtasteinheit, die mittels eines Antriebs gegenüber der Sockeleinheit beweglich ist. Die Sockeleinheit weist eine erste Übertragungseinheit und die Abtasteinheit eine zweite Übertragungseinheit zur kontaktlosen Übertragung von Energie zwischen der Sockeleinheit und der Abtasteinheit auf. Die Sockeleinheit weist eine erste Leiterkarte mit der ersten Übertragungseinheit und die Abtasteinheit eine zweite Leiterkarte mit der zweiten Übertragungseinheit auf. Die beiden Leiterkarten sind flächig übereinander angeordnet und die zweite Leiterkarte ist mit der Abtasteinheit gegenüber der ersten Leiterkarte beweglich. Die Übertragungseinheiten weisen jeweils in die Leiterkarten integrierte Spulen zur Versorgung der Abtasteinheit durch induktive Kopplung auf.The EP 2 933 655 B1 describes an optoelectronic sensor with a base unit and a scanning unit which is movable relative to the base unit by means of a drive. The base unit has a first transmission unit and the scanning unit has a second transmission unit for the contactless transmission of energy between the base unit and the scanning unit. The base unit has a first printed circuit card with the first transmission unit and the scanning unit has a second printed circuit card with the second transmission unit. The two circuit cards are arranged flat on top of one another and the second circuit card can be moved with the scanning unit in relation to the first circuit card. The transmission units each have coils integrated into the circuit cards for supplying the scanning unit by inductive coupling.

Die US 6,452,668 B1 beschreibt eine optische Übertragungseinrichtung mit einer Drehkopf-Anordnung. Ein Gleichstrommotor, der in einem Gehäuse angeordnet ist, bewirkt eine Drehung der Drehkopf-Anordnung. Ein verlängerter, mit einem Flansch versehener Abschnitt eines Rotors des Gleichstrommotors erstreckt sich von dem Gehäuse ausgehend und bildet ein Getriebe, welches eine Drehkraft vom Gleichstrommotor zur Drehkopf-Anordnung überträgt. Zur Versorgung der Drehkopf-Anordnung mit elektrischer Energie weist die optische Übertragungseinrichtung eine Energieübertragungseinheit mit einem stationären Abschnitt, welcher an das Gehäuse des Motors montiert ist, und einem rotierenden Abschnitt auf, welcher starr an der Drehkopf-Anordnung befestigt ist und gemeinsam mit dieser dreht. Der stationäre Abschnitt und der rotierende Abschnitt sind relativ zueinander konzentrisch angebracht und sind durch einen kleinen Luftspalt getrennt. Ein Wechselstrom in dem stationären Abschnitt wird durch magnetische Kopplung zu einem Wechselstrom in dem rotierenden Abschnitt umgewandelt.The US 6,452,668 B1 describes an optical transmission device with a rotary head assembly. A DC motor mounted in a housing causes the rotary head assembly to rotate. An elongated, flanged portion of a rotor of the DC motor extends from the housing and forms a transmission which transmits a rotary force from the DC motor to the rotary head assembly. To supply the rotary head arrangement with electrical energy, the optical transmission device has an energy transmission unit with a stationary section which is mounted on the housing of the motor and a rotating section which is rigidly attached to the rotary head arrangement and rotates together with it. The stationary section and the rotating section are mounted concentrically relative to one another and are separated by a small air gap. An alternating current in the stationary section is converted to an alternating current in the rotating section by magnetic coupling.

Die Aufgabe der Erfindung ist daher eine gattungsgemäße Antriebsvorrichtung mit vorteilhaften Laufeigenschaften und einer vorteilhaft kompakten Baugröße zu schaffen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen und weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.The object of the invention is therefore to create a generic drive device with advantageous running properties and an advantageously compact size. According to the invention, this object is achieved by the drive device having the features of claim 1. Preferred embodiments and further advantageous features of the invention are specified in the dependent claims.

Die Erfindung geht aus von einer Antriebsvorrichtung mit mindestens einem feststehenden Teil und mindestens einem drehenden Teil, mit einem Elektromotor zum Antrieb des drehenden Teils und mit einer Energieübertragungsvorrichtung zur Versorgung des drehenden Teils mit elektrischer Energie, wobei mittels elektromagnetischer Induktion kontaktlos Energie zwischen mindestens einer im feststehenden Teil angeordneten feststehenden Spule und mindestens einer im drehenden Teil angeordneten drehenden Spule übertragen wird.The invention is based on a drive device with at least one stationary part and at least one rotating part, with an electric motor for driving the rotating part and with an energy transmission device for supplying the rotating part with electrical energy, whereby by means of electromagnetic induction, energy between at least one in the stationary Partly arranged fixed coil and at least one arranged in the rotating part rotating coil is transmitted.

Es wird vorgeschlagen, dass der Elektromotor als ein Außenläufer ausgebildet ist, wobei ein Stator des Elektromotors auf einer Achse des feststehenden Teils angeordnet ist und ein Rotor des Elektromotors drehbar auf der Achse gelagert ist.It is proposed that the electric motor is designed as an external rotor, a stator of the electric motor being arranged on an axis of the stationary part and a rotor of the electric motor being rotatably mounted on the axis.

Die Antriebsvorrichtung kann beispielsweise als Antrieb bei Laserscannern, Lasertrackingsystemen oder ähnlichen laseroptischen Vorrichtungen eingesetzt werden. Die Antriebsvorrichtung wird als Antrieb für die optischen Bauelemente verwendet. Ein Laserstrahl, der von einem feststehenden Laser emittiert wird, wird auf das drehend angetriebene optische Bauelement gerichtet und auf diese Weise in seiner Richtung abgelenkt, sodass es möglich ist, den Raum und die im Raum befindliche Objekte zeilen- oder rasterartig mit dem Laser abzutasten und zu vermessen. Die optischen Elemente sind an einem Trägerbauteil montiert, das auf der Rotornabe des Elektromotors aufgebaut ist. Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung kann jedoch ebenfalls in der Robotik, z.B. in Gelenken von Industrierobotern oder in Werkzeugmaschinen (z.B. Drehmaschinen) Anwendung finden.The drive device can be used, for example, as a drive in laser scanners, laser tracking systems or similar laser-optical devices. The drive device is used as a drive for the optical components. A laser beam, which is emitted by a fixed laser, is directed onto the rotating optical component and deflected in its direction in this way, so that it is possible to scan the room and the objects in the room with the laser in a line or grid pattern to measure. The optical elements are mounted on a carrier component that is built on the rotor hub of the electric motor. The drive device according to the invention can, however, also be used in robotics, e.g. in the joints of industrial robots or in machine tools (e.g. lathes).

Ein Elektromotor ist ein elektromechanischer Wandler, der elektrische Leistung in mechanische Leistung umwandelt. Man unterscheidet bei Elektromotoren im Wesentlichen zwischen Gleichstrom-, Wechselstrom- oder Drehstrommotoren. Der elektrische Motor ist bevorzugt als bürstenloser Gleichstrommotor ausgebildet und umfasst einen Stator und einen Rotor. Bei bürstenlosen Gleichstrommotoren wird durch eine elektronische Schaltung, dem sogenannten Umrichter, aus einer Gleichspannungsversorgung ein Drehstrom mit Drehfeld erzeugt.An electric motor is an electromechanical converter that converts electrical power into mechanical power. In the case of electric motors, a distinction is essentially made between direct current, alternating current or three-phase motors. The electric motor is preferably designed as a brushless direct current motor and comprises a stator and a rotor. In brushless DC motors, an electronic circuit, the so-called converter, generates a three-phase current with a rotating field from a DC voltage supply.

Zum Schalten der Versorgungsspannung wird bei einem bürstenlosen Gleichstrommotoren bevorzugt ein elektronischer Kommutator mit einer elektronischen Einrichtung zur Lageerkennung des Rotors verwendet. Die Versorgungsspannung kann durch drei Magnetsensoren gesteuert werden, welche eine Rotorlage erkennen. Bevorzugt werden drei um 120° versetzte Hallsensoren eingesetzt. Durch den Anbau eines Encoders können bürstenlose Gleichstrommotoren auch für genaue Positionierungen eingesetzt werden.In the case of a brushless DC motor, an electronic commutator with an electronic device for detecting the position of the rotor is preferably used to switch the supply voltage. The supply voltage can be controlled by three magnetic sensors, which detect a rotor position. Three Hall sensors offset by 120 ° are preferably used. By adding an encoder, brushless DC motors can also be used for precise positioning.

Wesentliche Vorteile eines bürstenlosen Gleichstrommotors gegenüber Motoren mit einem Bürstensystem sind die höhere Lebensdauer und eine höhere Effizienz. Durch die Vermeidung des Bürstenfeuers wird insbesondere eine Reduktion der hochfrequenten elektromagnetischen Störungen erreicht. Des Weiteren weisen bürstenlose Gleichstrommotoren eine kompakte Bauform auf.Significant advantages of a brushless DC motor over motors with a Brush system are the longer service life and higher efficiency. By avoiding the brush fire, a reduction in high-frequency electromagnetic interference is achieved in particular. Furthermore, brushless DC motors have a compact design.

Vorzugsweise ist der Elektromotor als Außenläufermotor ausgebildet. Der Außenläufer ausgebildete Elektromotor eignet sich besonders vorteilhaft zur Erzeugung eines hohen Drehmoments und weist dabei besonders vorteilhafte Rundlaufeigenschaften auf. Der bewickelte Stator des Elektromotors ist auf einer Achse des feststehenden Teils und der Rotor des Elektromotors am drehenden Teil der Antriebsvorrichtung angeordnet. Die Achse ist vollständig durch den Stator hindurchgeführt. Der gesamte drehende Teil der Antriebsvorrichtung ist drehbar auf der Achse des feststehenden Teils gelagert. Die Achse ist vorzugsweise als Hohlachse ausgebildet.The electric motor is preferably designed as an external rotor motor. The external rotor designed electric motor is particularly advantageously suitable for generating a high torque and has particularly advantageous concentricity properties. The wound stator of the electric motor is arranged on an axis of the stationary part and the rotor of the electric motor is arranged on the rotating part of the drive device. The axis is passed completely through the stator. The entire rotating part of the drive device is rotatably mounted on the axis of the stationary part. The axis is preferably designed as a hollow axis.

Um insbesondere einen besonderes ruhigen Rundlauf und einen geringen Taumelfehler zu erreichen, ist der Rotor des Elektromotors bzw. der gesamte drehende Teil der Antriebsvorrichtung mittels einer Lageranordnung mit Sonderkugellagern auf der Achse des feststehenden Teils gelagert. Insbesondere werden Sonderkugellager in Form von Schrägkugellager verwendet, welche aufgrund ihres mechanischen Aufbaus höhere axiale Lasten gegenüber von Standardkugellager aufnehmen können. Schrägkugellager kombinieren die Funktionen von Stütz- und Drucklagern in einer Einheit.In order to achieve particularly smooth concentricity and low wobble, the rotor of the electric motor or the entire rotating part of the drive device is mounted on the axis of the stationary part by means of a bearing arrangement with special ball bearings. In particular, special ball bearings in the form of angular contact ball bearings are used which, due to their mechanical structure, can accommodate higher axial loads compared to standard ball bearings. Angular contact ball bearings combine the functions of support and thrust bearings in one unit.

Selbstverständlich kann der Elektromotor der Antriebsvorrichtung beispielsweise mit einem Präzisionsgetriebe (Planetengetriebe, Stirnrad- und spielarme Stirnradgetriebe), einem hochauflösende Encoder (Inkremental- und Absolutencoder), einer Steuerungen (Speed Controller, Motion Controller) oder integrierte Steuerungen (Speed Controller, Motion Controller) kombiniert sein.Of course, the electric motor of the drive device can be combined, for example, with a precision gear (planetary gear, spur and low-backlash spur gear), a high-resolution encoder (incremental and absolute encoder), a control (speed controller, motion controller) or integrated controls (speed controller, motion controller) be.

Die Energieübertragungsvorrichtung ermöglicht mittels elektromagnetischer Induktion eine kontaktlose Energieübertragung vom feststehenden Teil der Antriebsvorrichtung zum drehenden Teil der Antriebsvorrichtung. Sowohl eine Primärspule (Energiesender) als auch eine Sekundärspule (Energieempfänger) der Energieübertragungsvorrichtung sind vom Elektromotor beabstandet angeordnet und umschließen diesen konzentrisch, wobei die Primärspule und die Sekundärspule jeweils als Zylinderspulen ausgebildet sind. Bei der elektromagnetischer Induktion wird elektrische Energie induktiv von einem Objekt auf ein anderes berührungslos übertragen. Unter elektromagnetischer Induktion können die folgenden Technologien zusammengefasst werden:

elektrodynamische Induktion, elektromagnetische Resonanz und elektrostatische Induktion. Die kontaktlose Energieübertragung wird durch eine resonant induktive Energieübertragung (Wireless Power Transfer (WPT)) mit einer feststehenden und
einer drehenden Spule mit einem Luftspalt realisiert. Die Spulen sind dabei vorzugsweise von einem Ferritmaterial umgeben.

The energy transfer device enables a contactless transfer of energy from the fixed part of the drive device to the rotating part of the drive device by means of electromagnetic induction. Both a primary coil (energy transmitter) and a secondary coil (energy receiver) of the energy transmission device are arranged at a distance from the electric motor and surround it concentrically, the primary coil and the secondary coil each being designed as cylinder coils. With electromagnetic induction, electrical energy is inductively transferred from one object to another without contact. The following technologies can be summarized under electromagnetic induction:

electrodynamic induction, electromagnetic resonance and electrostatic induction. The contactless energy transfer is achieved by a resonant inductive energy transfer (Wireless Power Transfer (WPT)) with a fixed and
realized with a rotating coil with an air gap. The coils are preferably surrounded by a ferrite material.

Bei der resonanten induktiven Kopplung (resonanzschaltendes Wandlerprinzip) werden gegenüber der induktiven Kopplung zusätzlich in einer Freiraumstrecke zwischen Sende- und Empfangsspule ein oder mehrere freie Schwingkreise eingefügt. Wesentliche Vorteile der induktiv resonanten Energieübertragung sind der verringerte Wartungsaufwand und die erhöhte Lebensdauer. Darüber hinaus kann durch die resonant induktive Energieübertragung eine räumliche und funktionelle Trennung von dem Elektromotor erreicht werden.In the case of resonant inductive coupling (resonance-switching converter principle), one or more free oscillating circuits are additionally inserted in a free space path between the transmitter and receiver coil, compared to the inductive coupling. The main advantages of inductive resonant energy transmission are the reduced maintenance effort and the increased service life. In addition, a spatial and functional separation from the electric motor can be achieved through the resonant inductive energy transfer.

Ferner wird vorgeschlagen, dass der feststehende Teil zumindest eine feststehende Leiterplatte und der drehende Teil zumindest eine drehende Leiterplatte umfasst, wobei die drehende Leiterplatte in axialer Richtung zwischen der feststehenden Leiterplatte und dem Elektromotor angeordnet ist. Unter dem Begriff Leiterplatte wird ganz allgemein ein starrer oder flexibler Träger für elektronische Bauteile verstanden.It is further proposed that the stationary part comprises at least one stationary printed circuit board and the rotating part comprises at least one rotating printed circuit board, the rotating printed circuit board being arranged in the axial direction between the stationary printed circuit board and the electric motor. The term printed circuit board is understood quite generally to mean a rigid or flexible carrier for electronic components.

Die feststehende Leiterplatte des feststehenden Teils ist vorzugsweise an der Achse des feststehenden Teils angeordnet und vorzugsweise drehfest mit der Achse verbunden. Zur Befestigung der feststehenden Leiterplatte wird oberhalb einer rotierenden Plattform ein Fixpunkt bereitgestellt, der zudem für eine Positionserkennung genutzt werden kann. Vorzugsweise ist die feststehende Leiterplatte mittels einer Tellerfeder an der Achse fixiert. Die elektrische Kontaktierung der feststehenden Leiterplatte erfolgt mittels einer durch den Stator des drehenden Elektromotors geführte Kabelverbindung. Vorzugsweise ist die Achse als Hohlachse ausgebildet ist, durch welche mindestens eine Anschlussleitung für die feststehende Leiterplatte durchgeführt ist. Die drehende Leiterplatte des drehenden Teils ist drehbar auf der Achse des feststehenden Teils gelagert und ist insbesondere drehfest mit dem Rotor des Elektromotors verbunden. Während eines Betriebs der Antriebsvorrichtung, insbesondere des Elektromotors der Antriebsvorrichtung, dreht die drehende Leiterplatte des drehenden Teils der Antriebsvorrichtung relativ zu der feststehenden Leiterplatte des feststehenden Teils der Antriebsvorrichtung.The stationary printed circuit board of the stationary part is preferably arranged on the axis of the stationary part and is preferably connected to the axis in a rotationally fixed manner. To fasten the stationary circuit board, a fixed point is provided above a rotating platform, which can also be used for position detection. The stationary printed circuit board is preferably fixed on the axle by means of a plate spring. The electrical contacting of the stationary printed circuit board takes place by means of a cable connection passed through the stator of the rotating electric motor. The axis is preferably designed as a hollow axis through which at least one connection line for the stationary printed circuit board is passed. The rotating circuit board of the rotating part is rotatably mounted on the axis of the stationary part and is in particular connected in a rotationally fixed manner to the rotor of the electric motor. During operation of the drive device, in particular the electric motor of the drive device, the rotating circuit board of the rotating part of the drive device rotates relative to the stationary circuit board of the stationary part of the drive device.

Die kontaktlose Energieübertragung erfolgt sowohl räumlich als auch funktionell getrennt vom Elektromotor und dient ausschließlich der Energieversorgung der drehenden Leiterplatte. Mit der erfindungsgemäßen Ausführungsform können beispielsweise kontaktlos bis zu 200 W auf die drehende Leiterplatte übertragen werden.The contactless energy transfer takes place both spatially and functionally separate from the electric motor and is used exclusively for Power supply to the rotating circuit board. With the embodiment according to the invention, for example, up to 200 W can be transmitted to the rotating circuit board without contact.

Zudem wird vorgeschlagen, dass der drehende Teil ein becherförmiges Gehäuseteil und der feststehende Teil eine Grundplatte aufweist, wobei die Grundplatte zumindest teilweise in das becherförmige Gehäuseteil hineinragt. Die Achse des feststehenden Teils ist insbesondere von der Grundplatte ausgebildet oder einstückig mit der Grundplatte ausgebildet. Unter „einstückig“ soll insbesondere zumindest stoffschlüssig verbunden verstanden werden, beispielsweise durch einen Schweißprozess, einen Klebeprozess, einen Anspritzprozess und/oder einen anderen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Prozess, und/oder vorteilhaft in einem Stück geformt verstanden werden, wie beispielsweise durch eine Herstellung aus einem Guss und/oder durch eine Herstellung in einem Ein- oder Mehrkomponentenspritzverfahren und vorteilhaft aus einem einzelnen Rohling. Das becherförmige Gehäuseteil des drehenden Teils weist eine zumindest im Wesentlichen zylinderförmige Mantelfläche auf und ist an einem der Grundplatte des stehenden Teils abgewandten axialen Ende verschlossen. Das becherförmige Gehäuseteil ist drehfest mit dem Rotor des Elektromotors verbunden. Das becherförmige Gehäuseteil überlappt die Grundplatte in axialer Richtung zumindest teilweise. Hierdurch wird eine Labyrinthdichtung zwischen dem becherförmigen Gehäuseteil und der Grundplatte ausgebildet, welche ein Eindringen von Schmutz und/oder Flüssigkeiten in die Antriebsvorrichtung zumindest weitestgehend verhindert. Vorzugsweise umschließt das becherförmige Gehäuseteil die feststehende Leiterplatte, die drehende Leiterplatte, die Energieübertragungsvorrichtung und den Elektromotor Umfangsrichtung vollständig.It is also proposed that the rotating part has a cup-shaped housing part and the stationary part has a base plate, the base plate projecting at least partially into the cup-shaped housing part. The axis of the stationary part is in particular formed by the base plate or is formed in one piece with the base plate. “In one piece” is to be understood to mean, in particular, at least cohesively connected, for example by a welding process, an adhesive process, an injection molding process and / or another process that appears sensible to a person skilled in the art, and / or advantageously formed in one piece, for example by a Production from a single casting and / or by production in a single or multi-component injection molding process and advantageously from a single blank. The cup-shaped housing part of the rotating part has an at least essentially cylindrical lateral surface and is closed at an axial end facing away from the base plate of the stationary part. The cup-shaped housing part is non-rotatably connected to the rotor of the electric motor. The cup-shaped housing part at least partially overlaps the base plate in the axial direction. As a result, a labyrinth seal is formed between the cup-shaped housing part and the base plate, which at least largely prevents dirt and / or liquids from penetrating into the drive device. The cup-shaped housing part preferably completely surrounds the stationary printed circuit board, the rotating printed circuit board, the energy transmission device and the electric motor in the circumferential direction.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit Bezugnahme auf die Zeichnungsfiguren näher beschrieben. Hierbei ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung.

1 zeigt einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Elektromotor
2 schematische Darstellung des stehenden Gehäuseteils
3 schematische Darstellung des drehenden Gehäuseteils
4 schematische Darstellung der Befestigung der stehenden Leiterplatte

The invention is described in more detail below on the basis of a preferred exemplary embodiment with reference to the drawing figures. This results in further features and advantages of the invention.

1 shows a section through an electric motor according to the invention
2 schematic representation of the upright housing part
3rd schematic representation of the rotating housing part
4th Schematic representation of the attachment of the standing circuit board

1 zeigt einen Schnitt durch den Antriebsvorrichtung 1, welche einen feststehenden Teil 9 mit einer Grundplatte 22 und einen drehenden Teil 7 mit einem becherförmigen Gehäuseteil 21 aufweist. Die Grundplatte 22 des feststehenden teils 9 ragt teilweise in das becherförmige Gehäuseteil 21 des drehenden Teils 7 hinein. Das becherförmige Gehäuseteil 21 überlappt die Grundplatte 22 in axialer Richtung teilweise. Hierdurch wird eine Labyrinthdichtung 15 zwischen dem becherförmigen Gehäuseteil 21 und der Grundplatte 22 ausgebildet, welche ein Eindringen von Schmutz und/oder Flüssigkeiten in die Antriebsvorrichtung 1 zumindest weitestgehend verhindert. Das Gehäuseteil 21 und die Grundplatte 22 bestehen beispielsweise aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung oder einem anderen geeigneten Material. 1 shows a section through the drive device 1 which is a fixed part 9 with a base plate 22nd and a rotating part 7th with a cup-shaped housing part 21st having. The base plate 22nd the fixed part 9 partially protrudes into the cup-shaped housing part 21st of the rotating part 7th into it. The cup-shaped housing part 21st overlaps the base plate 22nd partially in the axial direction. This creates a labyrinth seal 15th between the cup-shaped housing part 21st and the base plate 22nd designed, which prevents the penetration of dirt and / or liquids into the drive device 1 at least largely prevented. The housing part 21st and the base plate 22nd consist for example of aluminum, an aluminum alloy or another suitable material.

Die Antriebsvorrichtung 1 weist einen Elektromotor 20 zum Antrieb des drehenden Teils 7der Antriebsvorrichtung 1 auf. Der Elektromotor 20 ist dazu vorgesehen, den drehenden Teil 7 relativ zu dem stehenden Teil 9 in eine Drehbewegung zu versetzen. Der Elektromotor 20 ist als ein Außenläufer ausgebildet. Der Elektromotor 20 weist einen Stator 4 auf, welcher drehfest am stehenden Teil 9 angeordnet ist. Eine von der Grundplatte 22 des feststehenden Teils 7 der Antriebsvorrichtung 1 ausgebildete Achse 3 ist durch den Stator 4 des Elektromotors 20 hindurchgeführt. Der Stator 4 ist drehfest auf der Achse 3 angeordnet. Die Achse 3 ist als eine Hohlachse ausgebildet. Gemäß der 1 erstreckt sich die Achse 3 nahezu über die gesamte Höhe der Antriebsvorrichtung 1. Ein Rotor 2 des Elektromotors 20 umschließt den Stator 4 koaxial und ist drehbar auf der Achse 3 gelagert. Zur Verbindung des drehenden Teils 7 mit dem Rotor 2 umfasst der Rotor 2 einen Rotorteller 17. Der Rotor 2 ist mit Permanentmagneten versehen. Die Permanentmagnete sind an dem Rotorteller 17 des Rotors 2 angeordnet. Das becherförmige Gehäuseteil 21 des drehende Teils 7 ist mittels des Rotortellers 17 drehfest mit dem Rotor 2 des Elektromotors 20 verbunden.The drive device 1 has an electric motor 20th for driving the rotating part 7 of the drive device 1 on. The electric motor 20th is intended to be the rotating part 7th relative to the standing part 9 to put in a rotary motion. The electric motor 20th is designed as an external rotor. The electric motor 20th has a stator 4th on which rotatably on the stationary part 9 is arranged. One from the baseplate 22nd of the fixed part 7th the drive device 1 trained axis 3rd is through the stator 4th of the electric motor 20th passed through. The stator 4th is non-rotatable on the axis 3rd arranged. The axis 3rd is designed as a hollow axle. According to the 1 extends the axis 3rd almost over the entire height of the drive device 1 . One rotor 2 of the electric motor 20th encloses the stator 4th coaxial and rotatable on the axis 3rd stored. To connect the rotating part 7th with the rotor 2 includes the rotor 2 a rotor plate 17th . The rotor 2 is provided with permanent magnets. The permanent magnets are on the rotor plate 17th of the rotor 2 arranged. The cup-shaped housing part 21st of the rotating part 7th is by means of the rotor plate 17th non-rotatably with the rotor 2 of the electric motor 20th connected.

Zudem weist die Antriebsvorrichtung 1 eine von dem Elektromotor 20 räumlich und funktionell getrennte Energieübertragungsvorrichtung 16 auf. Die Energieübertragungsvorrichtung 16 umfasst eine (Primär-) Spule 11 (Energiesender) und eine (Sekundär-) Spule 10 (Energieempfänger). Die Spulen 10, 11 sind von dem Elektromotors 20 beabstandet angeordnet. Bevorzugt umschließen die Spulen 10, 11 den Elektromotors 20 konzentrisch, wobei die Spulen 10, 11 jeweils als Zylinderspulen ausgebildet sind. Die (Primär-) Spule 11 ist über eine Befestigungsvorrichtung mit der Grundplatte 22 des feststehenden Teils 9 verbunden. Die (Sekundär-) Spule 10 ist über eine Befestigungsvorrichtung mit dem Rotorteller 17 verbunden. Die (Sekundär-) Spule 10 dreht bei einer Drehbewegung des Rotortellers 17 richtungs- und geschwindigkeitsgleich mit dem drehenden Teil 7 der Antriebsvorrichtung 1 mit Die drehende Spule 10 befindet sich auf der gegenüberliegenden Seite der stehenden Spule 11 des stehenden Gehäuseteils 9. Zwischen den Spulen 10, 11 findet eine drahtlose, induktive Energieübertragung statt. Dies bedeutet, dass sowohl räumlich als auch funktionell getrennt von dem Elektromotor 20 eine Energieübertragung zwischen den beiden Spulen 10, 11 erfolgt.In addition, the drive device 1 one from the electric motor 20th spatially and functionally separate energy transmission device 16 on. The energy transfer device 16 comprises a (primary) coil 11 (Energy transmitter) and a (secondary) coil 10 (Energy receiver). The spools 10 , 11 are from the electric motor 20th spaced apart. The coils preferably enclose 10 , 11 the electric motor 20th concentric, with the coils 10 , 11 are each designed as cylinder coils. The (primary) coil 11 is via a fastening device to the base plate 22nd of the fixed part 9 connected. The (secondary) coil 10 is via a fastening device to the rotor plate 17th connected. The (secondary) coil 10 rotates when the rotor plate rotates 17th in the same direction and speed as the rotating part 7th the drive device 1 with The spinning bobbin 10 is on the opposite side of the standing coil 11 of the standing Housing part 9 . Between the coils 10 , 11 a wireless, inductive energy transfer takes place. This means that it is both spatially and functionally separate from the electric motor 20th an energy transfer between the two coils 10 , 11 he follows.

Bei der kontaktlosen Energieübertragung mittels der Energieübertragungsvorrichtung 16 wird die Eingangsspannung mit Hilfe eines Oszillators in einen Wechselstrom umgewandelt, welcher dann in der stehenden Spule 11 (Senderspule) ein Wechselfeld erzeugt. Durch die Gegeninduktion zwischen den zwei Spulen 10, 11 erfolgt die Energieübertragung zwischen der Spule 11 (Senderspule) und der Spule 10 (Empfängerspule). Aufgrund des Wechselstroms in der Spule 11 (Senderspule) wird eine Wechselspannung in der Spule 10 (Empfängerspule) induziert, welche dann mit einem Gleichrichters gleichgerichtet und an die jeweilige Last auf der drehenden Leiterplatte 6 weitergegeben wird.In the case of contactless energy transfer by means of the energy transfer device 16 the input voltage is converted into an alternating current with the help of an oscillator, which then flows into the stationary coil 11 (Transmitter coil) generates an alternating field. Due to the mutual induction between the two coils 10 , 11 energy is transferred between the coil 11 (Transmitter coil) and the coil 10 (Receiver coil). Due to the alternating current in the coil 11 (Transmitter coil) there is an alternating voltage in the coil 10 (Receiver coil) is induced, which is then rectified with a rectifier and connected to the respective load on the rotating circuit board 6th is passed on.

Der feststehende Teil 9 Antriebsvorrichtung 1 weist zudem eine feststehende Leiterplatte 5 und der drehende Teil 7 der Antriebsvorrichtung 1 eine drehende Leiterplatte 6 auf. Die feststehende Leiterplatte 5 ist drehfest an der Achse 3 des feststehenden Teils 9 fixiert. Die Achse 3 erstreckt sich in axialer Richtung durch den Elektromotor 20. Die Achse 3 hat oberhalb des Elektromotors 20 einen nicht-rotierenden Fixpunkt 12, an dem die stehende Leiterplatte 5 befestigt ist. Zudem kann an dem nicht-rotierenden Fixpunkt 12 ein zweipoliger Manget zur Positionserkennung befestigt sein. Durch die als Hohlachse ausgebildete Achse 3 können Anschlussleitungen an die feststehende Leiterplatte 5 geführt werden. Sowohl die drehende Leiterplatte 6 als auch die feststehende Leiterplatte 5 sind auf einer der Grundplatte 21 gegenüberliegenden Seite des Rotortellers 17 angeordnet. Die drehende Leiterplatte 6 ist drehfest am Rotorteller 17 angeordnet. Die am Rotorteller 17 angeordnete Leiterplatte 6 dreht sich bei einer Drehbewegung des Rotors 2 relativ zu der drehfest an der Achse 3 befestigten feststehenden Leiterplatte 5. Die Anschlussleitungen für die stehende Leiterplatte 5 werden durch die Hohlwelle 3 geführt. Das becherförmige Gehäuseteil umschließt die feststehende Leiterplatte 5, die drehende Leiterplatte 6, die Energieübertragungsvorrichtung 16 und den Elektromotor 20 Umfangsrichtung vollständig.The fixed part 9 Drive device 1 also has a fixed circuit board 5 and the rotating part 7th the drive device 1 a rotating circuit board 6th on. The fixed circuit board 5 is non-rotatable on the axis 3rd of the fixed part 9 fixed. The axis 3rd extends in the axial direction through the electric motor 20th . The axis 3rd has above the electric motor 20th a non-rotating fixed point 12th on which the standing circuit board 5 is attached. In addition, at the non-rotating fixed point 12th a two-pole magnet for position detection can be attached. Through the axle, which is designed as a hollow axle 3rd can connect cables to the fixed circuit board 5 be guided. Both the rotating circuit board 6th as well as the fixed circuit board 5 are on one of the base plates 21st opposite side of the rotor plate 17th arranged. The rotating circuit board 6th is non-rotatable on the rotor plate 17th arranged. The one on the rotor plate 17th arranged circuit board 6th rotates when the rotor rotates 2 relative to the rotationally fixed on the axis 3rd attached fixed circuit board 5 . The connecting cables for the upright circuit board 5 are through the hollow shaft 3rd guided. The cup-shaped housing part encloses the fixed circuit board 5 who have favourited the rotating circuit board 6th , the energy transfer device 16 and the electric motor 20th Circumferential direction completely.

Zwischen der feststehenden Leiterplatte 5 und der drehenden Leiterplatte 6 findet eine kontaktlose Datenübertragung mit der Datenübertragungsvorrichtung 19 statt. Dabei kann auf der feststehenden Leiterplatte 5 beispielsweise die Motorsteuerung des Elektromotors 20 und auf der drehenden Leiterplatte 6 beispielsweise eine Bewegungsregelung realisiert sein, wobei die Datenübertragung insbesondere dem Austausch von Daten (Pfeilrichtung 18) zwischen den beiden Funktionen dient.Between the fixed circuit board 5 and the rotating circuit board 6th finds a contactless data transmission with the data transmission device 19th instead of. This can be done on the fixed circuit board 5 for example the motor control of the electric motor 20th and on the rotating circuit board 6th For example, a movement control can be implemented, with the data transmission in particular the exchange of data (arrow direction 18th ) is used between the two functions.

In der 2 ist der feststehende Teil 9 der Antriebsvorrichtung 1 schematisch dargestellt. Ausgehend von der Grundplatte 22 erstreckt sich die als Hohlachse ausgebildet Achse 3, an deren oberen Bereich die feststehende Leiterplatte 6 angeordnet ist. Unterhalb der Leiterplatte 6 befindet sich die Lageranordnung 8 für den drehenden Teil 7 bzw. die drehenden Leiterplatte 6. Die Spule 11 ist Bestandteil der separaten Energieübertragungsvorrichtung 16 und der Energiesender. Die Spule 11 ist mittels einer Schraubverbindung lösbar mit der Grundplatte 22 des feststehenden Teils 9 verbunden.In the 2 is the fixed part 9 the drive device 1 shown schematically. Starting from the base plate 22nd extends the axis designed as a hollow axis 3rd , at the top of which is the fixed circuit board 6th is arranged. Below the circuit board 6th is the bearing arrangement 8th for the rotating part 7th or the rotating circuit board 6th . The sink 11 is part of the separate energy transmission device 16 and the energy transmitter. The sink 11 can be detached from the base plate by means of a screw connection 22nd of the fixed part 9 connected.

In der 3 ist der drehende Teil 7 der Antriebsvorrichtung 1 gezeigt, welcher insbesondere die drehende Leiterplatte 6 und die drehende Spule 10 aufweist. Die drehende Spule 10 ist Bestandteil der separaten Energieübertragungsvorrichtung 16 und ist der Energieempfänger.In the 3rd is the rotating part 7th the drive device 1 shown, which in particular the rotating circuit board 6th and the spinning spool 10 having. The spinning coil 10 is part of the separate energy transmission device 16 and is the energy receiver.

4 zeigt die Fixierung der stehenden Leiterplatte 5 an der Achse 3. Im Bereich des Fixpunktes 12 ist durch eine Tellerfeder 13 und einen Sicherungsring 14 die Leiterplatte 5 mit der Achse 3 verbunden. 4th shows the fixation of the standing circuit board 5 on the axis 3rd . In the area of the fixed point 12th is by a disc spring 13th and a locking ring 14th the circuit board 5 with the axis 3rd connected.

Unter der Fixiervorrichtung befindet sich die Lageranordnung 8, welche bevorzugt als Schrägkugellager ausgebildet ist.The bearing arrangement is located under the fixing device 8th , which is preferably designed as an angular contact ball bearing.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1.1.: AntriebsvorrichtungDrive device
2.2.: Rotorrotor
3.3.: Achseaxis
4.4th: Statorstator
5.5.: Leiterplatte (stehend)PCB (standing)
6.6th: Leiterplatte (drehend)Circuit board (rotating)
7.7th: Teil (drehen)Part (turn)
8.8th.: LageranordnungBearing arrangement
9.9.: Teil (stehend)Part (standing)
10.10.: Spule (drehend)Spool (rotating)
11.11.: Spule (stehend)Coil (standing)
12.12th: Fixpunktfixed point
13.13th: TellerfederDisc spring
14.14th: SicherungsringCirclip
15.15th: LabyrinthdichtungLabyrinth seal
16.16.: EnergieübertragungsvorrichtungEnergy transfer device
17.17th: RotortellerRotor plate
18.18th: Pfeilrichtung DatenArrow direction data
19.19th: DatenübertragungsvorrichtungData transmission device
20.20th: ElektromotorElectric motor
21.21.: GehäuseteilHousing part
22.22nd: GrundplatteBase plate

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

EP 2933655 B1 [0002]
US 6452668 B1 [0003]

Claims

Drive device (1) with at least one stationary part (9) and at least one rotating part (7), with an electric motor (20) for driving the rotating part (7) and with an energy transmission device (16) for supplying the rotating part (7) with electrical energy, whereby by means of electromagnetic induction energy is transmitted without contact between at least one stationary coil (11) arranged in the stationary part (9) and at least one rotating coil (10) arranged in the rotating part (7), characterized in that the electric motor ( 20) is designed as an external rotor, a stator (4) of the electric motor (1) being arranged on an axis (3) of the stationary part (9) and a rotor (2) of the electric motor (20) rotatable on the axis (3 ) is stored.

Drive device (1) according to Claim 1 , characterized in that the stationary part (9) comprises at least one stationary printed circuit board (5) and the rotating part (7) comprises at least one rotating printed circuit board (6), the rotating printed circuit board (6) in the axial direction between the stationary printed circuit board (5) ) and the electric motor (20) is arranged.

Drive device (1) according to Claim 2 , characterized in that the stationary printed circuit board (5) is arranged on the axis (3) in a rotationally fixed manner.

Drive device (1) according to Claim 3 , characterized in that the stationary printed circuit board (5) is fixed to the axle (3) by means of a plate spring (13).

Drive device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the rotating part (7) has a cup-shaped housing part (21) and the standing part (9) has a base plate (22), the base plate (22) at least partially in the cup-shaped housing part (21) protrudes.

Drive device (1) according to Claim 5 , characterized in that the cup-shaped housing part (21) completely surrounds the stationary circuit board (5), the rotating circuit board (6), the energy transmission device (16) and the electric motor (20) in the circumferential direction.

Drive device (1) according to Claim 5 or 6th , characterized in that the cup-shaped housing part (21) is non-rotatably connected to the rotor (2) of the electric motor (20).

Drive device (1) according to one of the Claims 2 to 7th , characterized in that the axis (3) is designed as a hollow axis through which at least one connection line for the fixed circuit board (5) is passed.