DE102021129217B3 - Drive unit and robot with such a drive unit - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit (200) mit einem Gehäuse (2), einer Antriebswelle (4), einem Scheibenläufermotor (15) zum Antreiben der Antriebswelle (4), einem Getriebe (6) und einer Bremse (20) zum wahlweisen Festlegen der Antriebswelle (4) gegenüber dem Gehäuse (2), wobei der Scheibenläufermotor (15) einen Rotor (16) und zumindest einen als Elektromagneten ausgebildeten Stator (17, 18) aufweist, und wobei die Bremse (20) eine mit der Antriebswelle (4) drehfest verbundene Bremsscheibe (20.2) und einen mit dem Gehäuse (2) drehfest verbundenen Bremskörper (20.1) aufweist und der Bremskörper (20.1) mittels einem Federelement (20.3) in axialer Richtung (A) zu der Bremsscheibe (20.2) hin kraftbeaufschlagt ist. Um zu einer vereinfachten Antriebseinheit zu gelangen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der Bremskörper (20.1) innerhalb eines Magnetfeldes des Stators (17) angeordnet ist und der Bremskörper (20.1) in einem bestromten Zustand des Stators (17) durch das Magnetfeld in axialer Richtung (A) von der Bremsscheibe (20.2) weg kraftbeaufschlagt ist.The invention relates to a drive unit (200) with a housing (2), a drive shaft (4), a pancake motor (15) for driving the drive shaft (4), a gear (6) and a brake (20) for selectively fixing the drive shaft (4) opposite the housing (2), the disc motor (15) having a rotor (16) and at least one stator (17, 18) designed as an electromagnet, and the brake (20) being non-rotatably connected to the drive shaft (4). connected brake disk (20.2) and a brake body (20.1) connected in a torque-proof manner to the housing (2), and the brake body (20.1) is subjected to a force in the axial direction (A) towards the brake disk (20.2) by means of a spring element (20.3). In order to arrive at a simplified drive unit, it is proposed according to the invention that the brake body (20.1) is arranged within a magnetic field of the stator (17) and the brake body (20.1) in an energized state of the stator (17) by the magnetic field in the axial direction ( A) is subjected to a force away from the brake disc (20.2).
Description
Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für einen Roboter mit einem Gehäuse, einer in dem Gehäuse gelagerten Antriebswelle, einem Scheibenläufermotor zum Antreiben der Antriebswelle, einem Getriebe zum Übersetzen der Antriebswelle auf eine Ausgangswelle und einer Bremse zum wahlweisen Festlegen der Antriebswelle gegenüber dem Gehäuse, wobei der Scheibenläufermotor einen Rotor und zumindest einen als Elektromagneten ausgebildeten Stator aufweist, und wobei die Bremse eine mit der Antriebswelle drehfest verbundene Bremsscheibe und einen mit dem Gehäuse drehfest verbundenen Bremskörper aufweist und der Bremskörper mittels einem Federelement in axialer Richtung zu der Bremsscheibe hin kraftbeaufschlagt ist. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Roboter mit einer solchen Antriebseinheit.The invention relates to a drive unit for a robot with a housing, a drive shaft mounted in the housing, a disc motor for driving the drive shaft, a gearbox for converting the drive shaft to an output shaft and a brake for selectively fixing the drive shaft relative to the housing, the disc motor has a rotor and at least one stator designed as an electromagnet, and wherein the brake has a brake disc non-rotatably connected to the drive shaft and a brake body non-rotatably connected to the housing and the brake body is subjected to a force in the axial direction towards the brake disc by means of a spring element. The invention also relates to a robot with such a drive unit.
Antriebseinheiten sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden insbesondere in der Robotik eingesetzt, um beispielsweise Roboterarme möglichst präzise zu verfahren, deren Anwendung etwa in der Industrie, in der Labortechnik oder in der Medizintechnik liegt. Dafür sind die Antriebseinheiten üblicherweise mit einer sehr hohen Übersetzung zwischen Antriebsmotor und dem zu verfahrenden Teil des Roboters sowie einer hohen Steifigkeit ausgelegt, wobei beispielsweise Spannungswellengetriebe verwendet werden. Als Antriebsmotoren werden üblicherweise Elektromotoren und als Sensoren zur Steuerung der Antriebseinheit Drehgeber verwendet. Die Bremse wirkt dabei mit dem Antriebsmotor zusammen, um die Antriebswelle bei geöffneter Bremse und aktiver Antriebseinheit schnell und definiert zu beschleunigen und, um bei geschlossener Bremse die Antriebswelle möglichst unmittelbar festzusetzen. Eine entsprechende Antriebseinheit ist beispielsweise aus der gattungsgemäßen
Die
Bei bekannten Antriebseinheiten besteht das Problem, dass eine an der Antriebswelle angreifende Bremse zusammen mit dem Antriebsmotor aufwendig gesteuert und insbesondere synchronisiert werden muss, um einen unbeabsichtigten Antrieb der Antriebswelle bei geschlossener Bremse oder eine geöffnete Bremse ohne definierten Antrieb der Antriebswelle zu vermeiden. In derartigen Zuständen, die bisher nicht sicher vermieden werden können, ist eine geforderte hohe Präzision nicht gewährleistet. Weiterhin sind bisher bekannte Bremsen aufwändig und schwer, insbesondere da sie ein Antriebselement wie etwa einen Elektromagneten zum Öffnen der Bremse gegen das Federelement aufweisen. Eine solcher Elektromagnet bedarf zudem elektrischen Zuleitungen, die aufwendig aus der Antriebseinheit herausgeführt werden müssen.Known drive units have the problem that a brake acting on the drive shaft has to be controlled and synchronized in a complex manner together with the drive motor in order to avoid unintentional driving of the drive shaft when the brake is closed or an open brake without a defined drive of the drive shaft. In such states, which hitherto could not be safely avoided, the required high level of precision cannot be guaranteed. Furthermore, previously known brakes are expensive and heavy, especially since they have a drive element such as an electromagnet for opening the brake against the spring element. Such an electromagnet also requires electrical supply lines that have to be laboriously routed out of the drive unit.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in Anbetracht des Standes der Technik darin, eine vereinfachte Antriebseinheit vorzuschlagen. Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand von Patentanspruch 1. Weiterhin wird die Aufgabe gelöst durch den Gegenstand von Patentanspruch 10. Bevorzugte Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.In view of the state of the art, the object of the present invention is to propose a simplified drive unit. The object is solved by the subject matter of patent claim 1. Furthermore, the object is solved by the subject matter of
Bei der vorbeschriebene Antriebseinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Bremskörper innerhalb eines Magnetfeldes des Stators angeordnet ist und der Bremskörper in einem bestromten Zustand des Stators durch das Magnetfeld in axialer Richtung von der Bremsscheibe weg kraftbeaufschlagt ist.In the above-described drive unit according to the preamble of claim 1, the invention provides that the brake body is arranged within a magnetic field of the stator and the brake body is subjected to a force by the magnetic field in the axial direction away from the brake disk when the stator is energized.
Bei einem Scheibenläufermotor sind Rotor und Stator in axialer Richtung hintereinander angeordnet und das Magnetfeld des Stators wirkt in der axialen Richtung. Dabei wird erfindungsgemäß ein Bremskörper so in diesem Magnetfeld angeordnet, dass bei einer Bestromung des Stators das Magnetfeld des Stators den Bremskörper von der Bremsscheibe wegzieht. Der Stator wird bestromt, sobald der Scheibenläufermotor in Betrieb genommen wird. Der Bremskörper wird also bei nicht aktivem Scheibenläufermotor durch das Federelement an die Bremsscheibe herangedrückt und ist somit geschlossen, legt also die Antriebswelle an dem Gehäuse fest. Wird der Scheibenläufermotor aktiviert und dabei der Stator bestromt, wirkt in dem Magnetfeld des Stators eine axiale Kraft entgegen dem Federelement auf den Bremsenkörper, die die Federkraft übersteigt. Der Bremsenkörper wird durch diese magnetische Kraft von der Bremsscheibe weggezogen und die Bremse wird geöffnet. Die Antriebswelle ist dann gegenüber dem Gehäuse frei drehbar.In a disc motor, the rotor and stator are arranged one behind the other in the axial direction and the magnetic field of the stator acts in the axial direction. According to the invention, a brake body is arranged in this magnetic field in such a way that when the stator is energized, the magnetic field of the stator pulls the brake body away from the brake disc. The stator is energized as soon as the pancake motor is put into operation. When the disk motor is not active, the brake body is pressed against the brake disk by the spring element and is thus closed, ie it fixes the drive shaft to the housing. If the disc motor is activated and the stator is energized, an axial force acts in the magnetic field of the stator against the spring element on the brake body, which exceeds the spring force. The brake body is pulled away from the brake disc by this magnetic force and the brake is opened. The drive shaft is then freely rotatable relative to the housing.
Mit der Erfindung besteht der Vorteil, dass die Bremse keine eigenes Antriebselement zum Betätigen benötigt, da der Stator als Antriebselement für die Bremse wirkt. Die Bremse ist daher wesentlich einfacher und leichter gestaltet und separate Zuleitungen für die Bremse entfallen. Weiterhin besteht der Vorteil, dass Scheibenläufermotor und Bremse nicht separat voneinander gesteuert werden müssen, sondern lediglich die Bestromung des Scheibenläufermotors zu steuern ist. Die Bremse öffnet bei Bestromung des Scheibenläufermotors und ist somit mit dem Scheibenläufermotor synchron geschaltet. Es kann daher nicht zu einem undefinierten Bewegungszustand kommen und mit der erfindungsgemäßen Antriebseinheit wird ein besonders präziser Antrieb erreicht.The advantage of the invention is that the brake does not require its own drive element for actuation, since the stator acts as a drive element for the brake. The brake is therefore designed much simpler and lighter and has separate leads connections for the brake are omitted. Furthermore, there is the advantage that the pancake motor and the brake do not have to be controlled separately from one another, but only the energization of the pancake motor has to be controlled. The brake opens when the disc motor is energized and is therefore switched synchronously with the disc motor. An undefined state of motion can therefore not occur and a particularly precise drive is achieved with the drive unit according to the invention.
Der Bremskörper ist beispielsweise eine Scheibe mit einer Reibfläche oder darauf angeordneten Reibbelägen oder ist als Bremsbacke oder Bremsklotz ausgebildet. Bevorzugt weist der Rotor des Scheibenläufermotors eine auf der Antriebswelle gelagerte Hülse und eine sich von der Hülse radial erstreckende Rotorscheibe mit Rotorwicklungen auf, wobei die Hülse den Stator insbesondere axial durchgreift und einen über den Stator axial überstehenden Abschnitt aufweist. Die Hülse ist insbesondere auf der Antriebswelle aufgepresst oder aufgeschrumpft, so dass zwischen Hülse und Antriebswelle eine drehfeste Verbindung besteht. Der Stator ist an dem Gehäuse zumindest mittelbar drehfest festgelegt, wobei der Rotor gegenüber dem Gehäuse und dem Stator drehbar ist. Der Stator weist einen Magnetkern und darauf angeordnete Wicklungen auf und bildet bei Bestromung der Wicklungen ein Magnetfeld aus, in dem auf die Wicklungen des Rotors bei deren Bestromung eine Kraft in Umfangsrichtung wirkt, so dass der Stator den Rotor zu einer Drehbewegung antreibt. Der Scheibenläufermotor weist bevorzugt zwei Statoren auf, wovon jeweils ein Stator axial vor und ein Stator axial hinter dem Rotor angeordnet ist. Der Rotor wird dann in einem Magnetfeld angetrieben, dass sich aus den Magnetfeldern der beiden Statoren addiert.The brake body is, for example, a disc with a friction surface or friction linings arranged thereon, or is designed as a brake shoe or brake pad. The rotor of the disk motor preferably has a sleeve mounted on the drive shaft and a rotor disk with rotor windings extending radially from the sleeve, the sleeve reaching through the stator in particular axially and having a section which protrudes axially beyond the stator. The sleeve is in particular pressed or shrunk onto the drive shaft, so that there is a non-rotatable connection between the sleeve and the drive shaft. The stator is at least indirectly non-rotatably fixed to the housing, with the rotor being rotatable relative to the housing and the stator. The stator has a magnetic core and windings arranged on it and forms a magnetic field when the windings are energized, in which a force acts in the circumferential direction on the windings of the rotor when they are energized, so that the stator drives the rotor to rotate. The pancake motor preferably has two stators, of which one stator is arranged axially in front and one stator is arranged axially behind the rotor. The rotor is then driven in a magnetic field that is added from the magnetic fields of the two stators.
Bevorzugt ist an der Antriebseinheit ein vorderer Anschlag zum Anschlagen des Bremskörpers in einer geöffneten Stellung der Bremse vorgesehen. Der Bremskörper wird dann von der Magnetkraft des Stators an den Anschlag herangezogen und durch den Anschlag in seinem maximalen Weg beim Öffnen der Bremse bestimmt. In der geschlossenen Stellung der Bremse kann der Bremskörper an der Bremsscheibe anschlagen, insofern diese in axialer Richtung fest an der Antriebswelle gehalten ist und die Antriebswelle ebenfalls in axialer Richtung unbeweglich ist. Es kann allerdings auch vorgesehen sein, dass die Bremsscheibe und/oder die Antriebswelle in axialer Richtung zumindest über einen Bewegungsbereich beweglich sind und ein hinterer Anschlag zum Anschlagen der Bremsscheibe in einer geschlossenen Stellung der Bremse vorgesehen ist. Der hintere Anschlag kann dabei mit dem Bremskörper zusammen eine Bremswirkung auf die Bremsscheibe ausüben. Beispielsweise ist dazu an dem hinteren Anschlag eine Reibfläche oder ein Reibbelag vorgesehen. Der hintere Anschlag bestimmt den maximalen Weg des Bremskörpers beim Schließen der Bremse.A front stop for stopping the brake body in an open position of the brake is preferably provided on the drive unit. The brake body is then pulled against the stop by the magnetic force of the stator and its maximum path is determined by the stop when the brake is released. When the brake is in the closed position, the brake body can strike the brake disk if it is held firmly on the drive shaft in the axial direction and the drive shaft is likewise immovable in the axial direction. However, it can also be provided that the brake disc and/or the drive shaft are movable in the axial direction at least over a range of movement and a rear stop is provided for striking the brake disc when the brake is in a closed position. The rear stop can exert a braking effect on the brake disk together with the brake body. For example, a friction surface or a friction lining is provided on the rear stop. The rear stop determines the maximum travel of the brake body when the brake is applied.
In einer Ausführungsform ist der Bremskörper in axialer Richtung unmittelbar benachbart zu dem Stator angeordnet. Der Bremskörper ist so in dem Magnetfeld des Stators, dass mit zunehmendem Abstand von dem Stator an Feldstärke abnimmt, sicher mit einer ausreichenden Magnetkraft beaufschlagt, um die Federkraft des Federelements zu überwinden und die Bremse schnell und sicher zu öffnen. Das Federelement kann dementsprechend eine große Federkraft zum sicheren Schließen der Bremse auf den Bremskörper aufbringen und entsprechend dimensioniert sein. Dabei ist der Bremskörper im geschlossenen Zustand der Bremse weiter von dem Stator entfernt als in dem geöffneten Zustand der Bremse, verbleibt aber auch im geöffneten Zustand mit einem Spalt zu dem Stator, um einen Anschlagen am Stator selbst beim Öffnen der Bremse zu vermeiden. Der Spalt kann durch einen an dem Stator ausgebildeten Anschlag definiert sein.In one embodiment, the brake body is arranged directly adjacent to the stator in the axial direction. In the magnetic field of the stator, the brake body is safely acted upon with sufficient magnetic force in the magnetic field of the stator, so that the field strength decreases with increasing distance from the stator, in order to overcome the spring force of the spring element and open the brake quickly and safely. Accordingly, the spring element can apply a large spring force to the brake body in order to securely close the brake and can be dimensioned accordingly. The brake body is further away from the stator when the brake is closed than when the brake is open, but remains in the open state with a gap to the stator in order to avoid striking the stator itself when the brake is opened. The gap can be defined by a stop formed on the stator.
In einer Ausgestaltung dieser Ausführungsform ist das Federelement an dem Stator gelagert. Auf diese Weise muss kein weiteres Bauteil zum Lagern der Feder vorgesehen sein und die Bremse bzw. die Antriebseinheit ist besonders einfach ausgebildet. Dabei ist in einer Ausgestaltung der vordere Anschlag zum Anschlagen des Bremskörpers in einer geöffneten Stellung der Bremse an dem Stator angeordnet. Beispielsweise ist der vordere Anschlag als sich in der axialen Richtung erstreckender Vorsprung an dem Stator vorgesehen. Weiterhin ist in einer Ausgestaltung der hintere Anschlag zum Anschlagen der Bremsscheibe in einer geschlossenen Stellung der Bremse an dem Stator vorgesehen. Der hintere Anschlag ist beispielsweise an einem sich in axialer Richtung an dem Stator erstreckenden Arm angeordnet, wobei der Arm die Bremsscheibe hintergreift. Der vordere und/oder der hintere Anschlag können alternativ an dem Gehäuse ausgebildet sein.In one configuration of this embodiment, the spring element is mounted on the stator. In this way, no further component has to be provided for storing the spring and the brake or the drive unit is of particularly simple design. In one embodiment, the front stop for hitting the brake body is arranged on the stator when the brake is in an open position. For example, the front stopper is provided as a protrusion extending in the axial direction on the stator. Furthermore, in one embodiment, the rear stop is provided for striking the brake disc in a closed position of the brake on the stator. The rear stop is arranged, for example, on an arm that extends in the axial direction on the stator, with the arm engaging behind the brake disc. The front and/or the rear stop can alternatively be formed on the housing.
In einer weiteren Ausführungsform ist in axialer Richtung zwischen zumindest einem Teil des Bremskörpers und dem Stator eine Zwischenwand des Gehäuses angeordnet. In einer Ausgestaltung erstreckt sich die Zwischenwand nur über einen ersten Teil der radialen Erstreckung des Bremskörpers, wobei der Bremskörper sich in einem zweiten Teil seiner radialen Erstreckung in axialer Richtung an der Zwischenwand vorbei erstreckt und dort unmittelbar benachbart zu dem Stator ausgebildet ist. bevorzugt ist der erste Teil ein radial außenliegender Teil und der zweite Teil ein radial innenliegender Teil. Dabei kann in dem ersten Teil beispielsweise das Federelement und/oder der vordere Anschlag an der Zwischenwand gehalten bzw. angeordnet sein. Der vordere Anschlag ist bevorzugt unmittelbar durch die Zwischenwand selbst gebildet.In a further embodiment, an intermediate wall of the housing is arranged in the axial direction between at least a part of the brake body and the stator. In one embodiment, the intermediate wall extends only over a first part of the radial extent of the brake body, with the brake body extending in a second part of its radial extent in the axial direction past the intermediate wall and being formed there directly adjacent to the stator. preferably the first part is a radially outer part and the second part is a radially inner part. In the first part, for example, this can be Be held or arranged spring element and / or the front stop on the intermediate wall. The front stop is preferably formed directly by the intermediate wall itself.
Die Zwischenwand erstreckt sich in einer alternativen Ausgestaltung über die gesamte radiale Erstreckung des Bremskörpers. Der Bremskörper ist dann nur mittelbar benachbart zu dem Stator ausgebildet, wobei sich zwischen Bremskörper und Stator die Zwischenwand erstreckt. Das Magnetfeld des Stators erstreckt sich dabei über die Zwischenwand hinaus bzw. durch die Zwischenwand hindurch, so dass eine Magnetkraft in axialer Richtung von der Bremsscheibe weg zum Öffnen der Bremse bei bestromtem Stator auf den Bremskörper aufgebracht wird. Dazu ist die Zwischenwand bevorzugt aus einem Material ausgebildet, das den magnetischen Fluss nicht unterbricht oder abschirmt.In an alternative embodiment, the intermediate wall extends over the entire radial extension of the brake body. The brake body is then formed only indirectly adjacent to the stator, with the intermediate wall extending between the brake body and the stator. The magnetic field of the stator extends beyond the intermediate wall or through the intermediate wall, so that a magnetic force is applied to the brake body in the axial direction away from the brake disc to open the brake when the stator is energized. For this purpose, the intermediate wall is preferably made of a material that does not interrupt or shield the magnetic flux.
In einer Ausgestaltung ist das Federelement an der Zwischenwand gelagert. Der Bremskörper ist dann durch das Federelement unmittelbar gegen das Gehäuse kraftbeaufschlagt. Das Federelement ist an der Zwischenwand besonders sicher gehalten. In einer weiteren Ausgestaltung ist an der Zwischenwand der vordere Anschlag zum Anschlagen des Bremskörpers in einer geöffneten Stellung der Bremse und/oder der hintere Anschlag zum Anschlagen der Bremsscheibe in einer geschlossenen Stellung der Bremse angeordnet. Der hintere Anschlag ist beispielsweise an einem sich in axialer Richtung an der Zwischenwand erstreckenden Arm angeordnet, wobei der Arm die Bremsscheibe hintergreift. Durch das Anordnen des Federelement und der Anschläge an der Zwischenwand kann der Stator sehr einfach ausgebildet sein.In one embodiment, the spring element is mounted on the intermediate wall. The brake body is then subjected to a force directly against the housing by the spring element. The spring element is held particularly securely on the intermediate wall. In a further embodiment, the front stop for stopping the brake body in an open position of the brake and/or the rear stop for stopping the brake disc in a closed position of the brake is arranged on the intermediate wall. The rear stop is arranged, for example, on an arm that extends in the axial direction on the intermediate wall, with the arm engaging behind the brake disc. By arranging the spring element and the stops on the intermediate wall, the stator can be of very simple design.
Eine weitere Ausführungsform betrifft eine vorbeschriebene Antriebseinheit, wobei der Rotor eine auf der Antriebswelle gelagerte Hülse und eine sich von der Hülse radial erstreckende Rotorscheibe mit Rotorwicklungen aufweist und wobei die Hülse den Stator axial durchgreift und einen über den Stator axial überstehenden Abschnitt aufweist. Dabei ist vorgesehen, dass der Bremskörper oder die Zwischenwand in radialer Richtung eine Überschneidung mit dem überstehenden Abschnitt der Hülse ausbildet. Auf diese Weise ist zwischen dem Bremskörper bzw. der Zwischenwand und dem Scheibenläufermotor, genauer dem Rotor, ein Schutz gegen Eindringen von Staub in den Bereich der Bremse geschaffen. Der Bremskörper bzw. die Zwischenwand ist dabei mit möglichst geringem Abstand zu der Antriebswelle, auf der die Hülse gelagert ist, ausgebildet. Zwischen Hülse, Bremskörper bzw. Zwischenwand und Antriebswelle ist dann ein Strömungsweg für Luft geschaffen, der einen geringen Querschnitt sowie Umlenkungen aufweist, um den Eintrag von Staub in der Bremse zu minimieren. In einer Ausführungsform ist zwischen Bremskörper oder Zwischenwand und Antriebswelle eine dynamische Dichtung vorgesehen.A further embodiment relates to a drive unit as described above, the rotor having a sleeve mounted on the drive shaft and a rotor disk with rotor windings extending radially from the sleeve, and the sleeve reaching through the stator axially and having a section protruding axially beyond the stator. It is provided that the brake body or the intermediate wall forms an overlap with the protruding section of the sleeve in the radial direction. In this way, protection against the ingress of dust into the area of the brake is provided between the brake body or the intermediate wall and the disc rotor motor, more precisely the rotor. The brake body or the intermediate wall is designed with the smallest possible distance from the drive shaft on which the sleeve is mounted. A flow path for air is then created between the sleeve, brake body or intermediate wall and drive shaft, which has a small cross section and deflections in order to minimize the entry of dust into the brake. In one embodiment, a dynamic seal is provided between the brake body or intermediate wall and the drive shaft.
Eine weitere Ausführungsform betrifft eine Antriebseinheit mit einem Sensor zum Detektieren der Winkelposition und/oder der Drehzahl der Antriebswelle. Insbesondere ist der Sensor ein Drehgeber. Dabei ist vorgesehen, dass des Sensor auf einer dem Scheibenläufermotor abgewandten Seite der Bremse angeordnet ist. Der Sensor weist so einen möglichst großen Abstand zu dem Scheibenläufermotor und dessen Stator auf und ist dem sich in axialer Richtung erstreckenden Magnetfeld des Stators, das auch auf den Bremskörper wirkt, nicht oder in möglichst geringem Maße ausgesetzt, so dass das Magnetfeld den Sensor nicht stört oder die von ihm erfassten Werte verfälscht. Das Magnetfeld kann dann ausreichend stark ausgebildet werden, um den Bremskörper zu bewegen, ohne einen negativen Einfluss auf den Sensor bzw. die von dem Sensor erfassten Werte zu nehmen.A further embodiment relates to a drive unit with a sensor for detecting the angular position and/or the speed of the drive shaft. In particular, the sensor is a rotary encoder. It is provided that the sensor is arranged on a side of the brake facing away from the disk motor. The sensor is thus at the greatest possible distance from the disc motor and its stator and is not exposed to the magnetic field of the stator, which extends in the axial direction and also affects the brake body, or is exposed to as little an extent as possible, so that the magnetic field does not disturb the sensor or falsifies the values recorded by it. The magnetic field can then be sufficiently strong to move the brake body without having a negative impact on the sensor or the values detected by the sensor.
Die Erfindung betrifft auch einen Roboter mit einer vorbeschriebenen Antriebseinheit. Der Roboter weist die vorbeschriebenen Vorteile entsprechend auf. Insbesondere ist der Roboter leicht, kostengünstig und besonders präzise steuerbar. Bevorzugt ist der Roboter zur Anwendung in der Industrie, in der Labortechnik oder in der Medizintechnik vorgesehen.The invention also relates to a robot with a drive unit as described above. The robot accordingly has the advantages described above. In particular, the robot is light, inexpensive and can be controlled particularly precisely. The robot is preferably intended for use in industry, in laboratory technology or in medical technology.
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Dabei zeigt
-
1 einen Querschnitt durch eine Antriebseinheit nach dem Stand der Technik, -
2 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Antriebseinheit in einer ersten Ausführungsform mit geöffneter Bremse, -
3a einen Ausschnitt aus einem Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Antriebseinheit in einer zweiten Ausführungsform mit geöffneter Bremse, -
3b einen3a entsprechenden Ausschnitt aus dem Querschnitt durch die Antriebseinheit in der zweiten Ausführungsform mit geschlossener Bremse, -
4 einen Ausschnitt aus einem Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Antriebseinheit in einer dritten Ausführungsform mit geschlossener Bremse.
-
1 a cross section through a drive unit according to the prior art, -
2 a cross section through a drive unit according to the invention in a first embodiment with the brake open, -
3a a section of a cross section through a drive unit according to the invention in a second embodiment with the brake open, -
3b a3a corresponding detail from the cross section through the drive unit in the second embodiment with the brake closed, -
4 a detail of a cross section through a drive unit according to the invention in a third embodiment with the brake closed.
Weiterhin ist auf der Antriebswelle 4 ein als Spannungswellengetriebe ausgebildetes Getriebe 6 angeordnet, dass eine Drehbewegung der Antriebswelle 4 in eine langsamere Drehbewegung einer nicht dargestellten Ausgangswelle wandelt. Das Getriebe 6 weist einen Wellenerzeuger 6.1, einen gegenüber dem Wellenerzeuger 6.1 mittels eines Kugellagers 6.2 gelagerten flexiblen Ring 6.3 und einen Zahnring 6.4 auf. Der Wellenerzeuger 6.1 ist unmittelbar an der Antriebswelle 4 ausgebildet, während der Zahnring 6.4 den Abtrieb des Getriebe 6 bildet und mit einer nicht dargestellten Ausgangswelle verbunden bzw. verbindbar ist. Der Zahnring 6.4 ist gegenüber einem gehäusefesten Bauteil 2.1 mittels einem nur schematisch dargestellten Wälzlager 7 beweglich gelagert. Der flexible Ring 6.3 weist einen Kragen 6.5 auf, mittels dem er an dem Gehäuse 2 festgelegt ist.Furthermore, a
Auf der dem Getriebe 6 gegenüberliegenden Seite des Elektromotors 5 ist in einer axialen Richtung A benachbart zu dem Elektromotor 5 eine Lagerwand 8 angeordnet, die eines der Kugellager 3 hält. In der axialen Richtung A zu der Lagerwand 8 benachbart ist ein Sensor 9 angeordnet, der von einem Staubschutz 9.1 umgeben ist. Der Sensor 9 ist beispielsweise als Drehgeber ausgebildet, wobei an dem Staubschutz 9.1 ein Teil des Sensors 9 ausgebildet sein kann. Darauf in axialer Richtung A folgend und an der Lagerwand 8 gehalten ist eine Bremse 10 angeordnet. Die Bremse 10 weist einen Bremskörper 10.1 auf, der mit einer an der Antriebswelle 4 gehaltenen Bremsscheibe 10.2 zum Festlegen der Antriebswelle 4 gegenüber dem Gehäuse 2 zusammenwirken kann. Der Bremskörper 10.1 ist durch ein Federelement 10.3 in Richtung der Bremsscheibe 10.2 kraftbeaufschlagt und wird in einer geschlossenen Stellung der Bremse 10 durch das Federelement 10.3 an die Bremsscheibe 10.2 herangedrückt, so dass zwischen Bremskörper 10.1 und Bremsscheibe 10.2 ein Kraftschluss und damit eine drehfeste Verbindung besteht. Der Bremskörper 10.1 ist weiterhin durch einen Elektromagneten 10.4 bei dessen Bestromung von der Bremsscheibe 10.2 weg kraftbeaufschlagt. In eine geöffneten Stellung der Bremse 10 wird der Elektromagnet 10.4 bestromt, so dass die durch ihn auf den Bremskörper 10.1 wirkende Magnetkraft die Federkraft des Federelements 10.3 übersteigt und der Bremskörper 10.1 von der Bremsscheibe 10.2 beabstandet wird bzw. ist. Der Bremskörper 10.1 schlägt in der geöffneten Stellung an einen vorderen Anschlag 10.5 an. In einer geschlossenen Stellung der Bremse 10 drückt der Bremskörper 10.1 die Bremsscheibe 10.2 gegen einen hinteren Anschlag 10.6, so dass Bremskörper 10.1 und Bremsscheibe 10.2 dort gemeinsam anliegen. Zur Bestromung des Elektromagneten 10.4 ist eine Zuleitung 10.7 aus der Antriebseinheit 100 herausgeführt. In axialer Richtung A abseits der Bremse 10 sind an der Antriebseinheit 100 weiterhin Steuereinrichtungen 11.1, 11.2 vorgesehen.A bearing
In axialer Richtung A unmittelbar benachbart zu dem ersten Stator 17 ist eine Bremse 20 angeordnet. Die Bremse 20 weist einen Bremskörper 20.1 auf, der in einem au-ßenliegenden ersten Teil seiner radialen Erstreckung durch eine Zwischenwand 2.2 des Gehäuses von dem Stator 17 beabstandet ist. In einem innenliegenden zweiten Teil seiner radialen Erstreckung ist der Bremskörper 20.1 unmittelbar benachbart zu dem Stator 17 ausgebildet. Die Bremse 20 weist weiterhin eine drehfest mit der Antriebswelle 4 verbundene Bremsscheibe 20.2 sowie ein an der Zwischenwand 2.2 gehaltenes Federelement 20.3 auf. Das Federelement 20.3 übt eine Federkraft auf den Bremskörper 20.1 hin zu der Bremsscheibe 20.2 aus und drückt den Bremskörper 20.1 in einer geschlossenen Stellung der Bremse 20 an die Bremsscheibe 20.2 heran. Der Bremskörper 20.1 und die Bremsscheibe 20.2 werden dabei gemeinsam gegen einen hinteren Anschlag 20.5 gedrückt, der an einem Arm der Zwischenwand 2.2 ausgebildet ist und die Bremsscheibe 20.2 hintergreift. In einer geöffneten Stellung der Bremse 20 ist der Stator 17 bzw. dessen Wicklungen bestromt und erzeugt so ein Magnetfeld, das auf dem Bremskörper 20.1, insbesondere auf den zweiten Teil der radialen Erstreckung des Bremskörpers 20.1 wirkt und eine Magnetkraft erzeugt, die den Bremskörper 20.1 gegen die Federkraft des Federelements 20.3 von der Bremsscheibe 20.2 wegzieht. In der geöffneten Stellung der Bremse 20 liegt der Bremskörper 20.1 an einem an der Zwischenwand 2.2 ausgebildeten vorderen Anschlag 20.5 an.A
In axialer Richtung A benachbart zu der Bremse 20 ist eine Lagerwand 8 angeordnet. Darauf in der axialen Richtung A folgend und somit abseits des Scheibenläufermotors 15 ist ein Sensor 9 zum Detektieren der Winkelposition und/oder der Drehzahl der Antriebswelle 4 mit einem Staubschutz 9.1 vorgesehen. Endseitig in der Antriebseinheit 200 sind die Steuereinrichtungen 11.1, 11.2 vorgesehen. Im Gegensatz zu der Antriebseinheit 100 weist die Antriebseinheit 200 keinen separaten Elektromagneten 10.4 und keine Zuleitung 10.7 in der Bremse 20 auf.A bearing
Die
Die Zwischenwand 2.2 überschneidet in der radialen Richtung R die Hülse 16.1, die den Stator 17 in axialer Richtung A durchgreift und einen über dem Stator 17 überstehenden Abschnitt aufweist, so dass ein zwischen Zwischenwand 2.2, Hülse 16.1 und Antriebswelle 4 ausgebildeter Luftweg mehrfach abgelenkt und mit geringem Querschnitt ausgebildet ist. Auf diese Weise ist ein Innenbereich der Bremse 20 gegen das Eindringen von Staub geschützt. Auf die gleiche Weise überschneidet bei der Ausführungsform gemäß
Die
Bezugszeichenlistereference list
- 22
- GehäuseHousing
- 2.12.1
- gehäusefestes Bauteilhousing-fixed component
- 2.22.2
- Zwischenwandpartition
- 33
- Kugellagerball-bearing
- 44
- Antriebswelledrive shaft
- 55
- Elektromotorelectric motor
- 5.15.1
- Rotorrotor
- 5.25.2
- Statorstator
- 5.35.3
- Motorgehäusemotor housing
- 66
- Getriebetransmission
- 6.16.1
- Wellenerzeugerwave generator
- 6.26.2
- Kugellagerball-bearing
- 6.36.3
- flexibler Ringflexible ring
- 6.46.4
- Zahnringgear ring
- 6.56.5
- Kragencollar
- 77
- Wälzlagerroller bearing
- 88th
- Lagerwandstorage wall
- 99
- Sensorsensor
- 9.19.1
- Staubschutzdust cover
- 1010
- Bremsebrake
- 10.110.1
- Bremskörperbrake body
- 10.210.2
- Bremsscheibebrake disc
- 10.310.3
- Federelementspring element
- 10.410.4
- Elektromagnetelectromagnet
- 10.510.5
- vorderer Anschlagfront stop
- 10.610.6
- hinterer Anschlagback stop
- 10.710.7
- Zuleitungsupply line
- 11.111.1
- Steuereinrichtungcontrol device
- 11.211.2
- Steuereinrichtungcontrol device
- 1515
- Scheibenläufermotordisk motor
- 15.115.1
- Motorgehäusemotor housing
- 1616
- Rotorrotor
- 16.116.1
- Hülse des Rotorssleeve of the rotor
- 16.216.2
- Rotorscheiberotor disc
- 1717
- erster Statorfirst stator
- 17.117.1
- Magnetkernmagnetic core
- 17.217.2
- Halteringretaining ring
- 1818
- zweiter Statorsecond stator
- 18.118.1
- Magnetkernmagnetic core
- 18.218.2
- Halteringretaining ring
- 2020
- Bremsebrake
- 20.120.1
- Bremskörperbrake body
- 20.220.2
- Bremsscheibebrake disc
- 20.320.3
- Federelementspring element
- 20.420.4
- vorderer Anschlagfront stop
- 20.520.5
- hinterer Anschlagback stop
- 100100
- Antriebseinheitdrive unit
- 200200
- Antriebseinheitdrive unit
- AA
- axiale Richtungaxial direction
- AXAX
- Achseaxis
- RR
- radiale Richtungradial direction
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102021129217.4A DE102021129217B3 (en) | 2021-11-10 | 2021-11-10 | Drive unit and robot with such a drive unit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102021129217.4A DE102021129217B3 (en) | 2021-11-10 | 2021-11-10 | Drive unit and robot with such a drive unit |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102021129217B3 true DE102021129217B3 (en) | 2022-10-27 |
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ID=83508096
Family Applications (1)
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DE102021129217.4A Active DE102021129217B3 (en) | 2021-11-10 | 2021-11-10 | Drive unit and robot with such a drive unit |
Country Status (1)
Country | Link |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102022100369B3 (en) | 2022-01-10 | 2023-04-27 | Stabilus Gmbh | Electric motor for driving a vehicle flap, use and method for producing the electric motor |
Citations (2)
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---|---|---|---|---|
JP5748688B2 (en) | 2012-02-24 | 2015-07-15 | ジヤトコ株式会社 | Motor and motor thrust type continuously variable transmission |
KR102061693B1 (en) | 2013-10-07 | 2020-01-02 | 삼성전자주식회사 | Actuator unit, robot comprising the same and reducing apparatus |
-
2021
- 2021-11-10 DE DE102021129217.4A patent/DE102021129217B3/en active Active
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Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |