DE10362240B4 - compact drive - Google Patents
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Abstract
Kompaktantrieb, umfassend zumindest einen Elektromotor, ein Getriebe und einen Umrichter, wobei die Abtriebswelle des Getriebes und die Rotorwelle parallel zueinander angeordnet sind und der Achsabstand zumindest von einer Stirnradstufe des Getriebes oder durch die Ausführung eines Verstellgetriebes bestimmt ist.Compact drive, comprising at least one electric motor, a transmission and a converter, wherein the output shaft of the transmission and the rotor shaft are arranged parallel to each other and the axial distance is determined at least by a spur gear of the transmission or by the execution of a variable speed.
Description
Die Erfindung betrifft einen Kompaktantrieb.The invention relates to a compact drive.
Aus der
Aus der
Aus der
Aus der
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kompaktantrieb weiterzubilden unter Vermeidung der vorgenannten Nachteile. Insbesondere soll axiale Länge eingespart werden und möglichst viele Abtriebsvarianten, also einseitiger und doppelseitiger Abtrieb ausführbar sein.The invention is therefore the object of developing a compact drive while avoiding the aforementioned disadvantages. In particular, axial length should be saved and as many output variants, ie one-sided and double-sided output be executable.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Kompaktantrieb nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.According to the invention the object is achieved in the compact drive according to the features specified in
Wesentliche Merkmale der Erfindung bei dem Kompaktantrieb sind, dass er zumindest einen Elektromotor, ein Getriebe und einen Umrichter, umfasst, wobei die Abtriebswelle des Getriebes und die Rotorwelle parallel zueinander angeordnet sind, wobei der Kompaktantrieb zumindest eine elektronische Schaltung zur Aufmodulation oder Demodulation von Information auf die den Kompaktantrieb versorgenden Leistungsleitungen umfasst.Essential features of the invention in the compact drive are that it comprises at least one electric motor, a transmission and a converter, wherein the output shaft of the transmission and the rotor shaft are arranged parallel to each other, wherein the compact drive at least one electronic circuit for Aufmodulation or demodulation of information comprising the compact drive supplying power lines.
Von Vorteil ist dabei, dass axiale Baulänge einsparbar ist und einseitiger und doppelseitiger Abtrieb ausführbar ist.The advantage here is that axial length can be saved and one-sided and double-sided downforce is executable.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Elektromotor ein Synchronmotor. Von Vorteil ist dabei, dass hochdynamische Positionieraufgaben vom Kompaktantrieb ausführbar sind und/oder ein hohes Drehmoment über den gesamten Drehzahlbereich verfügbar ist.In an advantageous embodiment, the electric motor is a synchronous motor. The advantage here is that highly dynamic positioning tasks can be performed by the compact drive and / or a high torque over the entire speed range is available.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Umrichter seitlich von der Rotorwelle angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass Baulänge einsparbar ist und beide Seiten der Abtriebswelle zugänglich sind, also ein beidseitiger Abtrieb vorsehbar ist.In an advantageous embodiment of the inverter is arranged laterally of the rotor shaft. The advantage here is that length can be saved and both sides of the output shaft are accessible, so a bilateral output is providable.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Getriebebereich gegen die Umgebung und gegen den Bereich des Motors sowie gegen den Elektronikraumbereich abgedichtet. Von Vorteil ist dabei, dass der Getriebebereich Schmieröl umfassen darf und die Elektronik sowie die Stator- und Rotorteile geschützt bleiben vor dem Schmiermittel.In an advantageous embodiment of the transmission area is sealed against the environment and against the area of the engine and against the electronics area. The advantage here is that the transmission range may include lubricating oil and the electronics and the stator and rotor parts remain protected from the lubricant.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung befinden sich der Getriebebereich, der Bereich des Motors und der Elektronikraumbereich auf einem ungefähr gleichen Temperaturniveau. Von Vorteil ist dabei, dass keine Wärmedämmungen notwendig sind und somit Material, Masse und Kosten einsparbar sind.In an advantageous embodiment, the transmission area, the area of the engine and the electronics space area are at approximately the same temperature level. The advantage here is that no thermal insulation is necessary and thus material, mass and cost can be saved.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Motor einen an dem einen Ende der Rotorwelle angeordneten Geber. Von Vorteil ist dabei, dass der Kompaktantrieb für Positionieraufgaben verwendbar ist und der Geber vom Gehäuse des Kompaktantriebs geschützt ist. An dem anderen Ende der Rotorwelle ist eine Bremse verbindbar, die ebenfalls vom Gehäuse des Kompaktantriebs schätzbar ist. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung enthält der Motor keinen Geber, sondern wird die Lage mit Hilfe eines Schätzverfahrens ermittelt wodurch axialer Bauraum eingespart wird.In an advantageous embodiment, the motor comprises a transmitter arranged at one end of the rotor shaft. The advantage here is that the compact drive can be used for positioning tasks and the encoder is protected by the housing of the compact drive. At the other end of the rotor shaft, a brake can be connected, which can also be estimated from the housing of the compact drive. In a further advantageous embodiment, the motor contains no encoder, but the position is determined by means of an estimation method whereby axial space is saved.
Wesentlicher Vorteil ist bei der Erfindung auch, dass die Rotorwelle ganz im Inneren des Gehäuses bleibt und somit keine Dichtungen von der Rotorwelle zur Umgebung hin notwendig sind. Es genügt somit also ein einziger Wellendichtring, der auf der Rotorwelle läuft. Da die Rotorwelle eine hohe Drehzahl aufweisen kann, ist somit die Wärmeproduktion sehr viel kleiner als bei einem Motor, der zwei Wellendichtringe aufweist, insbesondere an seinen beiden axialen Enden der Rotorwelle.A significant advantage of the invention is also that the rotor shaft remains completely inside the housing and thus no seals from the rotor shaft to the environment are necessary. So it is sufficient so a single shaft seal, which runs on the rotor shaft. Since the rotor shaft can have a high speed, thus the heat production is much smaller than in a motor having two shaft seals, in particular at its two axial ends of the rotor shaft.
Die Abtriebswelle weist beispielsweise drei Wellendichtringe auf. Da die Drehzahl aber viel geringer ist als bei der Rotorwelle ist die Gesamtproduktion an Wärme kleiner als bei einer Antriebs-Lösung, bei welcher sowohl die Rotorwelle als auch die Abtriebswelle zwei Wellendichtringe aufweist.The output shaft has, for example, three shaft seals. But since the speed is much lower than in the rotor shaft, the total production of heat is smaller than in a drive solution in which both the rotor shaft and the output shaft has two shaft seals.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Getriebes wird zumindest eine Stirnradstufe verwendet, wodurch die axiale Baulänge sinkt und eine kostenoptimale Lösung entsteht.In an advantageous embodiment of the transmission, at least one spur gear is used, whereby the axial length decreases and a cost-optimal solution arises.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Getriebestufe als Verstellgetriebe mit einem variablen Übersetzungsverhältnis ausgeführt, wodurch der Verschleiß der Getriebestufe vom Drehzahlbereich minimiert und die Drehmomentübersetzung an den Belastungsfall angepasst wird. Vorteilhaft ist bei dem Verstellgetriebe, dass sogar alle Dichtungen zum Motorraumbereich entfallen können, da ein Verstellgetriebe, insbesondere ein Breitkeilriemengetriebe, keinen oder nur unwesentliche Mengen von Schmierstoff benötigt. Somit sind nur Dichtungen vom Inneren des Kompaktantriebs zur äußeren Umgebung hin notwendig.In an advantageous embodiment, the gear stage is as adjusting with a variable transmission ratio, whereby the wear of the gear stage of the speed range minimized and the torque ratio is adapted to the load case. It is advantageous in the case of the adjusting mechanism that even all seals to the engine compartment can be dispensed with, since an adjusting mechanism, in particular a wedge-belt transmission, requires no or only negligible quantities of lubricant. Thus, only seals from the interior of the compact drive to the outside environment are necessary.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind Rotorwelle und mindestens eine Welle des Getriebes im selben Gehäuseteil gelagert. Von Vorteil ist dabei, dass eine genaue Ausrichtung der Wellen zueinander schon bei der Fertigung und Bearbeitung des Gehäuseteils erreichbar ist. Denn das Gehäuseteil wird in nur einer Aufspannung endbearbeitbar und somit die relative Lage der Lagersitze sehr genau zueinander ausrichtbar.In an advantageous embodiment, rotor shaft and at least one shaft of the transmission are mounted in the same housing part. The advantage here is that an accurate alignment of the waves each other already during the manufacture and processing of the housing part can be achieved. Because the housing part is finished in only one clamping and thus the relative position of the bearing seats aligned with each other very precisely.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further advantages emerge from the subclaims.
Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
In der
In the
In der
In der
In der
Das symbolisch angedeutete Getriebe in
Im erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel nach
Der Raumbereich des Getriebes, also der Stirnradgetriebestufe, ist von dem Raumbereich des Elektromotors abgedichtet ausgeführt. Der Wellendichtring
Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist statt der gezeigten Stirnradgetriebestufe ein anderes Getriebe, umfassend mehrere Getriebestufen, einsetzbar.In a further embodiment according to the invention, instead of the spur gear stage shown another gear, comprising a plurality of gear stages, can be used.
Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist die Abtriebswelle nicht Hohlwelle sondern als Vollwelle ausgebildet. Des Weiteren besteht auch die Möglichkeit, die Abtriebswelle gemäß der Norm für Roboterschnittstellen auszubilden, wodurch ein sehr kompakter Abtrieb mit geringer axialer Baulänge entsteht.In a further embodiment of the invention, the output shaft is not hollow shaft but formed as a solid shaft. Furthermore, it is also possible to design the output shaft in accordance with the standard for robot interfaces, resulting in a very compact output with a small axial length.
Die Abtriebswelle
Mittels des auf der Abtriebswelle
Die Gehäuseteile
Die Abtriebswelle
Wesentlicher Vorteil bei dem Kompaktantrieb ist, dass keine Kupplung zwischen Motor und Getriebe notwendig ist und somit zusätzliche Teile entfallen. Insbesondere verwenden Motor und Getriebe sogar gleiche Gehäuseteile gemeinsam. Darüber hinaus ist eine genaue Ausrichtung der Wellen zueinander schon bei der Fertigung und Bearbeitung des Gehäuseteils erreichbar, indem Lagersitze für Motor und Getriebe, insbesondere beispielhaft die Lager
Mittels des auf der Abtriebswelle
Der Stator
Dieser Elektromotor ist als Mehrphasen-Synchronmotor ausgeführt. Es sind jedoch bei anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen auch beliebige andere Motoren statt des Synchronmotors integrierbar in den Kompaktantrieb.This electric motor is designed as a multi-phase synchronous motor. However, in other embodiments of the invention, any other motors can be integrated into the compact drive instead of the synchronous motor.
Der auf der Rotorwelle laufende, in das Gehäuseteil
Der Elektronikraumbereich
Der Motor trägt an seinem einen axialen Ende einen Resolver, der einen Resolverstator
Bei anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen sind statt des Resolvers auch andere Winkelsensoren oder Winkelgeschwindigkeitssensoren vorsehbar. Auch ist bei anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen an der dem Winkelsensor gegenüberliegenden Seite eine Bremse in den Kompaktantrieb integrierbar.In other embodiments of the invention, other angle sensors or angular velocity sensors can be provided instead of the resolver. Also, in other embodiments of the invention on the opposite side of the angle sensor, a brake in the compact drive can be integrated.
Bei wiederum anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist der Umrichter derart betrieben, dass mittels eines Verfahrens der Winkelwert geschätzt wird unter Verwendung eines geeigneten Motor-Modells. Somit ist weitere axiale Baulänge einsparbar.In yet other embodiments of the invention, the inverter is operated such that, by a method, the angle value is estimated using a suitable engine model. Thus, further axial length can be saved.
In der
Der Getrieberaumbereich ist mit Schmierstoff, wie Schmieröl, Schmierfett oder dergleichen, befüllbar.The gear area is filled with lubricant, such as lubricating oil, grease or the like.
Bei den gezeigten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist keine besonders wirkungsvolle Wärmedämmung zwischen den Raumbereichen des Umrichters, also dem Elektronikraumbereich, und dem Getriebe-Raumbereich sowie dem Motorraumbereich vorgesehen. Somit liegen die Raumbereiche auf ungefähr einem gleichen Temperaturniveau. Ein ungefähr gleiches Temperaturniveau bedeutet einen Temperaturunterschied von maximal 10° Celsius im Dauerbetrieb mit Nennlast. Selbstverständlich ist bei stoßartigem Betrieb kurzfristig eine größere Temperaturdifferenz der Raumbereiche erreichbar. Vorteilig und überraschend ist bei dieser Ausführung, dass keine spezielle Wärmedämmung nötig ist und somit Material, Masse und Kosten einsparbar sind.In the embodiments of the invention shown, no particularly effective thermal insulation between the spatial areas of the inverter, so the electronics room area, and the transmission room area and the engine compartment area is provided. Thus, the space areas are at about a same temperature level. An approximately equal temperature level means a temperature difference of a maximum of 10 ° Celsius in continuous operation with nominal load. Of course, in the case of sudden operation, a larger temperature difference of the room areas can be achieved in the short term. Advantageous and surprising in this design that no special insulation is needed and thus material, mass and cost can be saved.
Bei anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen sind auch Wärmedämmungen zwischen zweien oder mehreren der Raumbereiche vorsehbar.In other embodiments of the invention also thermal insulation between two or more of the space areas are providable.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist der Motor hochpolig ausgeführt, insbesondere acht- oder zehnpolig. Der Motor ist vorteiligerweise nach Art der
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist als Abtriebswelle keine Hohlwelle sondern ein zylindrischer Wellenstumpf ausgeführt, wobei diese Abtriebswelle mittels Passfederverbindung mit der anzutreibenden Vorrichtung verbindbar ist.In further embodiments of the invention is designed as a output shaft no hollow shaft but a cylindrical stub shaft, said output shaft is connected by keyed connection with the device to be driven.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist die Abtriebswelle und das abtriebsseitige Gehäuseteil nach Art der Roboterschnittstelle EN-ISO 9402-1 ausgeführt. Somit ist axiale Baulänge einsparbar und ein hohes Drehmoment übertragbar. Außerdem ist Kompatibilität mit entsprechenden, anzutreibenden und anzuschließenden Vorrichtungen erreicht.In further embodiments of the invention, the output shaft and the output-side housing part is designed in the manner of the robot interface EN-ISO 9402-1. Thus, axial length can be saved and a high torque transferable. In addition, compatibility is achieved with corresponding, to be driven and connected devices.
Die elektrischen Anschlussvorrichtungen sind auf der Rückseite des Gehäuses vorgesehen und daher in den
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen sind die Anschlussvorrichtungen nur als Energieversorgung ausgeführt. Insbesondere sind nur Starkstromkabel zum Kompaktantrieb geführt. Die für die Datenkommunikation notwendige Übertragung von Daten zum oder vom Umrichter zu einer anderen, insbesondere übergeordneten Einheit, erfolgt dabei mittels Aufmodulation auf diese Leistungsleitungen. Die Aufmodulation ist in bekannter Weise ausführbar, insbesondere wie aus der Powerline-Kommunikation oder nach dem FSK oder nach dem FH/PSK-Verfahren, also mache dem Frequency Hopping Phase Shift Keying, bekannt.In further embodiments of the invention, the connection devices are designed only as a power supply. In particular, only power cables are led to the compact drive. The data transmission to or from the converter, which is necessary for data communication, to another, in particular higher-level, unit takes place by means of modulation on these power lines. The modulation can be carried out in a known manner, in particular as is known from power line communication or according to the FSK or according to the FH / PSK method, ie frequency hopping phase shift keying.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Lagercamp
- 22
- WellendichtringShaft seal
- 33
- Gehäusedeckelhousing cover
- 44
- Kühlvorrichtungencoolers
- 55
- WellendichtringShaft seal
- 66
- Lagercamp
- 77
- WellendichtringShaft seal
- 88th
- Abtriebswelleoutput shaft
- 99
- Lagercamp
- 1010
- Zahnradgear
- 1111
- Statorstator
- 1212
- Permanentmagnetepermanent magnets
- 1313
- Rotorwellerotor shaft
- 1414
- Ritzelpinion
- 1515
- WellendichtringShaft seal
- 1616
- Statorwicklungstator
- 1717
- ElektronikraumbereichElectronics space region
- 1818
- Lagercamp
- 1919
- Resolverstatorresolver
- 2020
- Lagercamp
- 2121
- Gehäuseteilhousing part
- 2222
- Gehäuseteilhousing part
- 2323
- Resolverrotorresolver
- 3131
- ElektronikraumbereichElectronics space region
- 4040
- Getriebetransmission
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