DE3826142A1 - Elektromotor mit planeten-reibradgetriebe als drehzahlreduziergetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor mit Planeten- Reibradgetriebe zur Drehzahlreduzierung.

In den letzten Jahren werden Servomotoren mit Drehzahlen bis herunter zu 10 U/min verwendet als Antriebsquelle für Roboter und ähnliche, automatisch steuerbare Maschinen. Derartige Servomotoren umfassen beispielsweise Gleichstrom­ oder Wechselstrom-Servomotoren, Achsantriebsmotoren und Schrittmotoren. Aufgrund ihrer Konstruktion haben diese Motoren jedoch den Nachteil, daß die Drehung im Bereich niedriger Drehzahlen unregelmäßig ist oder daß die Motoren kein nennenswertes Drehmoment liefern.

Zum Ausgleich dieses Nachteils der Servomotoren im Bereich niedriger Drehzahlen ist ein Elektromotor vorgeschlagen worden, der einen Drehzahl-Reduzierer aufweist, der in Reihe mit dem vorderen Ende der Rotorwelle des Motors außerhalb des Motors verbunden ist (japanische Patent­ anmeldung 58-1 19 746).

Dieser Motor weist wiederum den Nachteil auf, daß der Dreh­ zahl-Reduzierer, der mit dem Motor integriert ist, den Motor in Bezug auf Länge und Gewicht vergrößert, so daß die Einsatzmöglichkeiten im Gebrauch beschränkt sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Elektro­ motor mit einem integrierten Drehzahl-Reduziergetriebe zu schaffen, der bei niedrigen Drehzahlen mit geringerer Unregelmäßigkeit läuft, ein großes Drehmoment liefert und genau zu steuern ist.

Weiterhin soll der erfindungsgemäße Motor kompakt und leicht sein.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem kennzeich­ nenden Teil des Patentanspruchs 1.

Der erfindungsgemäße Elektromotor mit integriertem Drehzahl- Reduziergetriebe umfaßt einen Stator, einen hohlen, zylin­ drischen Rotor innerhalb des Stators und ein Planeten- Reibradgetriebe als Drehzahl-Reduziergetriebe, das wenigstens teilweise innerhalb des Rotors untergebracht ist.

Die Drehung des Rotors wird in ihrer Drehzahl durch das Planeten-Reibradgetriebe als Drehzahl-Reduziergetriebe reduziert und sodann auf die Ausgangswelle des Motors übertragen, so daß der Motor mit geringer Drehzahl dreh­ bar ist und ein großes Drehmoment liefert. Da das Drehzahl- Reduziergetriebe wenigstens teilweise innerhalb des hohl­ zylindrischen Rotors liegt, nimmt die Länge des Motors nicht nennenswert zu. Dieselbe Rotorwelle, die üblicher­ weise verwendet wird, kann auch als Ausgangswelle des Drehzahl-Reduziergetriebes eingesetzt werden, so daß das Gewicht gering ist.

Das Planeten-Reibradgetriebe ist beispielsweise ein Planetenrollen-Drehzahlreduziergetriebe mit einem fest­ stehenden Rad, einer Sonnenrolle und Planetenrolle. Das Planetenrollengetriebe kann zweistufig aufgebaut sein. Als Planetenrollen werden beispielsweise hohle zylin­ drische Rollen oder auch Rollen mit einer kugelförmigen äußeren Umfangsfläche verwendet, die an zwei Punkten mit jedem der feststehenden Räder und der Sonnenrolle in Berührung stehen.

Das zweistufige Planetenrollengetriebe umfaßt beispiels­ weise erste und zweite feststehende Räder, die innerhalb des hohlen zylindrischen Rotors in vorgegebenem axialen Abstand angeordnet sind, eine Ausgangswelle innerhalb der feststehenden Räder, eine hohle Eingangswelle, die drehbar um die Ausgangswelle herum angeordnet ist und einen ersten Sonnenrollen-Abschnitt aufweist, eine hohle Zwischenwelle, die drehbar um die Ausgangswelle herum angeordnet ist und einen zweiten Sonnenrollen-Abschnitt aufweist, mit einem vorgegebenen axialen Abstand zwischen der Eingangswelle und der Zwischenwelle, mit einem ersten Trägerbereich an der Zwischenwelle, einem zweiten Träger­ bereich an der Ausgangswelle, und einer festen Verbindung zwischen der Eingangswelle und dem Rotor. Eine Anzahl von Planetenrollen ist auf dem ersten Trägerbereich angebracht und rollt zwischen dem ersten Sonnenrollen-Abschnitt und dem ersten feststehenden Rad in Druckkontakt mit diesen ab. Eine Anzahl von Planetenrollen auf dem zweiten Träger­ bereich rollt auf dem zweiten Sonnenrollen-Abschnitt und dem zweiten feststehenden Rad ab.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist ein senkrechter Schnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Elektromotors;

Fig. 2 ist ein Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 ist ein senkrechter Schnitt durch eine zweite Ausführungsform eines Elektromotors; und

Fig. 4 ist ein senkrechter Schnitt durch eine dritte Ausführungsform des Motors.

In der folgenden Beschreibung beziehen sich die Ausdrücke "links" und "rechts" auf die Darstellung in Fig. 1, 3 und 4. Gleiche oder entsprechende Teile tragen die selben Bezugsziffern.

Fig. 1 und 2 zeigen eine erste Ausführungsform der Erfin­ dung.

Der Elektromotor gemäß der ersten Ausführungsform ist ein Flachmotor mit einem Stator-Rahmen 10 in der Form eines flachen Bechers mit linker, offener Seite und einem Deckel 11, der die offene Seite verschließt. Innerhalb des Rahmens 10 sind ein Stator 12, ein Rotor 13, ein zweistufiges Planetenrollengetriebe als Drehzahlreduzier­ getriebe 14 und eine Ausgangswelle 15 vorgesehen.

Die Ausgangswelle 15 erstreckt sich durch den Rahmen 10 und den Deckel 11 in deren Mittelachse und wird drehbar durch Lager 16,17 gehalten. Die Ausgangswelle 15 ist in nicht gezeigter Weise mit einer Verschlüsselungseinrich­ tung, einem Detektor oder dergleichen an dessen rechtem Ende und mit dessen Welle verbunden, die von ihrem linken Ende her gedreht wird. Der Stator 12 ist mit dem inneren Umfang des Rahmens 10 konzentrisch zu der Ausgangswelle 15 fest verbunden.

Der Rotor 13 weist die Form eines hohlen Zylinders auf und liegt innerhalb des Stators 12 konzentrisch zu diesem. Wie unten beschrieben werden soll, befindet sich das Dreh­ zahlreduziergetriebe 14 im wesentlichen in dem Zwischen­ raum zwischen dem Rotor 13 und der Ausgangswelle 15. Ein erstes feststehendes Rad 19, ein Distanzstück 20, und ein zweites feststehendes Rad 21 sind, in dieser Reihen­ folge von rechts nach links, zwischen vier ringförmigen Trennwänden 18 befestigt. Ein weiteres Distanzstück 22 befindet sich auf der linken Seite der Trennwand 18 am linken Ende der vorgenannten Anordnung, so daß insgesamt eine zylindrische Form entsteht. Diese Anordnung liegt innerhalb des Rotors 13 unmittelbar angrenzend an und konzentrisch zu diesem und ist mit dem Deckel 11 mit Hilfe von Schrauben 23 verbunden, die sich durch die Anordnung und den Deckel 11 hindurch erstrecken und mit Hilfe von Muttern 24 festgelegt sind. Die Trennwände 18 weisen einen geringeren Innendurch­ messer auf als die feststehenden Räder 19, 21 und springen folglich an gegenüberliegenden Seiten der feststehenden Räder 19, 21 nach innen vor, so daß ringförmige Nuten 25, 26 entlang dem inneren Umfang der Räder 19, 21 gebildet werden. Eine hohle Eingangswelle 27 umgibt den rechten Bereich der Ausgangswelle 15 innerhalb des Rahmens 10, und eine hohle Zwischenwelle 28 umgibt den linken Bereich der Ausgangswelle 15. Eine Endplatte 29 in der Form einer mit einer Öffnung versehenen Scheibe umgibt das rechte Ende der Eingangswelle 27. Eine ringförmige Nut 30 ist im linken Bereich der Eingangswelle 27 in deren Umfangs­ fläche ausgebildet. Diese äußere Umfangsfläche bildet einen ersten Sonnenrollen-Abschnitt 31. Die Zwischenwelle 28 ist an ihrem rechten Ende mit einem ersten Trägerbereich 32 in der Form eines nach außen gerichteten Flansches ver­ sehen. Eine ringförmige Nut 33 ist im linken Bereich der Zwischenwelle 28 in deren Umfangsrichtung ausgebildet. Diese Nut 33 bildet den zweiten Sonnenrollenbereich 34. Ein zweiter Trägerbereich 35 in der Form eines nach außen gerichteten Flansches befindet sich am linken Ende der Ausgangswelle 15 innerhalb des Rahmens 10. Der erste Trägerbereich 32 der Zwischenwelle 28 ist fest mit einer Anzahl von beispielsweise fünf Stiften 36 verbunden, die sich parallel zu der Ausgangswelle 15 über die Eingangs­ welle 27 in gleichen Umfangsabständen um die Eingangswelle 15 herum erstrecken. Eine erste Planetenrolle 37 ist drehbar auf jedem der Stifte 36 unter Einfügung eines Nadelrollen­ lagers 38 angebracht. Die Planetenrollen 37 greifen in die Nut 30 der Eingangswelle 27 und in die Nut 25 am inneren Umfang des ersten feststehenden Rades 19 ein und rollen zwischen dem ersten Sonnenrollenbereich 31 und dem ersten feststehenden Rad 19 unter beiderseitigem Druckkontakt ab. Der zweite Trägerbreeich 35 der Ausgangswelle 15 ist mit einer Anzahl von beispielsweise fünf Stiften 39 ver­ bunden, die sich parallel zu der Ausgangswelle 15 über die Zwischenwelle 28 hinweg nach rechts erstrecken und in gleichen Umfangsabständen um die Ausgangswelle 15 herum angeordnet sind. Eine zweite Planetenrolle 40 ist drehbar auf jedem der Stifte 39 unter Einschaltung eines Nadel­ rollenlagers 41 angebracht. Die Planetenrollen 40 greifen in die Nut 33 der Zwischenwelle 28 und in die Nut 26 auf dem inneren Umfang des zweiten feststehenden Rades 21 ein und rollen zwischen dem zweiten Sonnenrollenbereich 34 und dem zweiten feststehenden Rad 21 unter beiderseitigem Druckkontakt ab.

Bei einem derartigen Motor wird die Drehung des Rotors 13 direkt auf die Eingangswelle 27 über die Endplatte 29 übertragen. Die Drehung der Ausgangswelle 27 wird in ihrer Drehzahl reduziert durch den ersten Sonnenrollen­ bereich 31, das erste feststehende Rad 19 und die ersten Planetenrollen 37 und gelangt sodann an die Zwischenwelle 28. Die Drehung der Zwischenwelle wird weiterhin in ihrer Drehzahl im selben Verhältnis reduziert durch den Sonnen­ rollenbereich 34, das zweite feststehende Rad 21 und die zweiten Planetenrollen 40 und sodann an die Ausgangswelle 15 übertragen.

Bei dieser ersten Ausführungsform wird die Drehung des Rotors 13 an die Ausgangswelle 15 mit Hilfe eines zwei­ stufigen Drehzahl-Reduziergetriebes 14 übertragen, so daß sich insgesamt eine erhebliche Drehzahlverringerung ergibt. Der Motor läuft mit geringeren Ungleichmäßig­ keiten und liefert ein großes Drehmoment. Das Planeten­ rollen-Reduziergetriebe 14 kann kompakt ausgebildet sein, und der größte Teil des Reduziergetriebes liegt innerhalb des zylindrischen Rotors 13, ohne daß sich eine wesent­ liche Vergrößerung der Länge des Motors ergibt. Die Ausgangswelle 15 besitzt die selbe Funktion wie die Rotorwelle eines herkömmlichen Motors mit Reduzierge­ triebe. Auch dies führt zu einer Gewichtsverringerung.

Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung.

Diese Ausführungsform des Elektromotors weist ein ein­ stufiges Planetenrollen-Reduziergetriebe 50 auf. In diesem Falle ist eine Anzahl von Planetenrollen 51 auf einem Trägerbereich 35 an der Ausgangswelle 15 befestigt. Die Planetenrollen stehen in Druckkontakt mit einem feststehenden Rad 52, das an dem Deckel 11 befestigt ist, und einem Sonnenrollenbereich 31, der an der Eingangswelle 27 ausgebildet ist, und rollen an diesen ab. Die Drehung des Rotors 13 und der Eingangs­ welle 27 wird auf die Ausgangswelle 15 unter Drehzahl­ reduzierung durch den Sonnenrollenbereich 31, das fest­ stehende Rad 52 und die Planetenrollen 51 übertragen.

Im übrigen stimmt die zweite Ausführungsform mit der ersten Ausführungsform überein.

Bei der ersten und zweiten Ausführungsform sind die Planetenrollen 37, 40 und 51 jeweils als hohle Zylinder ausgebildet, und sie befinden sich in linearer Berührung mit den feststehenden Rändern 19, 21 und 52. Aufgrund dieser langen Berührungslinie ergibt sich die Übertragung eines hohen Drehmoments.

Fig. 4 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung.

Der Elektromotor gemäß Fig. 4 weist ein einstufiges Planetenrollen-Reduziergetriebe 60 auf. Die Planeten­ rollen 61 besitzen eine kugelförmige Oberfläche, und die äußere Umfangsfläche der Rollen liegt in einer Nut 63 eines feststehendes Rades 62, das an einem Deckel befestigt ist, sowie in einer Nut 65 innerhalb eines Sonnenrollenbereichs 64 oder einer Eingangswelle 27. Auf beiden Seiten besteht Druckkontakt zu dem fest­ stehenden Rad 62 und dem Sonnenrollenbereich 64. Die Nut 63 des feststehendes Rades 62 und der Sonnenrollen­ bereich 64 mit der Nut 65 sind jeweils zweiteilig aus­ gebildet. Der Krümmungsradius ist größer als der Radius der Planetenrollen 61. Der äußere Umfang der Planeten­ rollen steht an zwei Punkten mit der Nut 63 und dem Sonnenrollenbereich 64 in Berührung. Aus Gründen der Montierbarkeit ist das feststehende Rad 62 aus zwei Segmenten 62 a und 62 b zusammengesetzt, die gemeinsam mit Hilfe von Schrauben 23 befestigt werden.

Abgesehen von diesen Einzelheiten besteht Übereinstimmung mit der zweiten Ausführungsform.

Bei der dritten Ausführungsform stehen die Planetenrollen 61 in Punktberührung mit dem feststehenden Rad 63 und dem Sonnenrollenbereich 64 innerhalb der Nuten 63, 65, so daß diese Berührung einen gewissen Ausgleichsschlupf, jedoch verringerte Gleitreibung bewirkt und der Vorteil eines hohen Übertragungswirkungsgrades erzielt wird.

Claims (5)

1. Elektromotor mit Planeten-Reibradgetriebe als Drehzahl­ reduziergetriebe, dadurch gekennzeichnet, daß ein hohler zylindrischer Rotor (13) innerhalb eines Stators (12) angeordnet und das Planeten-Reibradgetriebe als Dreh­ zahlreduziergetriebe (14) wenigstens teilweise innerhalb des Rotors angeordnet ist.

2. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Drehzahlreduziergetriebe (14) ein feststehendes Rad (19, 21, 52, 62), eine Sonnenrolle (31, 34) und Planetenrollen (37, 40, 51, 61) umfaßt.

3. Elektromotor nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Planetenrollen (61) eine kugel­ förmige äußere Umfangsfläche aufweisen und mit dem fest­ stehenden Rad (62) und der Sonnenrolle in zwei Punkten in Berührung stehen.

4. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehzahlreduzierge­ triebe zweistufig ausgebildet ist.

5. Elektromotor nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Motor erste und zweite fest­ stehende Räder (19, 21) innerhalb des Hohlrotors (13) in vorgegebenem axialen Abstand, eine Ausgangswelle (15) innerhalb der feststehenden Räder, eine hohle Eingangswelle (27), die die Ausgangswelle umgibt und einen ersten Sonnenrollen-Abschnitt (31) trägt, und eine hohle Zwischenwelle (28), die die Ausgangswelle (15) drehbar umgibt und einen zweiten Sonnenrollen-Abschnitt (34) aufweist, umfaßt, wobei die Eingangswelle (27) und die Zwischenwelle (28) in vorgegebenem axialen Abstand liegen, die Zwischenwelle (28) einen ersten Planeten­ träger-Bereich (32) aufweist, die Ausgangswelle (15) einen zweiten Planetenträger-Bereich (35) aufweist, die Eingangswelle (27) fest mit dem Rotor (13) verbunden ist, eine Anzahl von Planetenrollen (37) an dem ersten Planetenträger-Abschnitt gelagert sind und zwischen dem ersten Sonnenrollen-Abschnitt und dem ersten fest­ stehenden Rad in gegenseitigem Druckkontakt abrollen und eine Anzahl von Planetenrollen (40) an dem zweiten Planetenträger-Abschnitt (35) gelagert sind und zwischen dem zweiten Sonnenrollen-Abschnitt (34) und dem feststehenden Rad (21) mit gegenseitigem Druckkontakt abrollen.