DE4423902A1 - Concentric geared motor e.g. for robot mechanisms - Google Patents

Abstract

An external rotor motor with a concentric arrangement of circulatory gears in the concentric drive shaft to form a concentric geared motor, and in which the external rotor of the motor simultaneously serves as the drive shaft, with the external rotor of the motor being assembled with the drive shaft of the gear, and the stator shaft of the motor made hollow.

Description

Stand der TechnikState of the art

Antriebe zum Erzeugen rotierender Bewegungen bestehen regel­ mäßig aus Motor, Getriebe, Kupplung. Die Reihenfolge wird be­ stimmt durch die jeweilige Antriebsaufgabe. Der Motor ist aus­ nahmslos ein herkömmlicher Innenläufer. Dementsprechend sind die anderen Antriebskomponenten aufgebaut.There are usually drives for generating rotating movements moderate from engine, transmission, clutch. The order will be agrees with the respective drive task. The engine is off a conventional inner runner without exception. Are accordingly the other drive components are built.

Alle Antriebskomponenten sind koaxial aneinandergereiht, so daß Antriebe entstehen, die sehr lang sind im Vergleich zum Durchmesser. Sie benötigen folglich konstruktiv viel Raum. Das ist bei einer Vielzahl von Anwendungen hindernd. Beeinträch­ tigt Einsatz und Service. Außerdem sind diese Lösungen durch erhöhten Bauaufwand teuer. Das ist der Aufwand zum Verbinden der Komponenten, die jeweils eigenen Lagerungen jeder Kompo­ nente, bestehend aus dem eigentlichen Lagerelement und dem erforderlichen Fertigungsaufwand für die Lager, sowie der Auf­ wand, die lange Konstruktion ausreichend steif zu gestalten. Eine typische Anwendung solcher Antriebe werden verwendet an elektrisch betriebenen Rundtischen oder Linearachsen, aber auch an Gelenkarmen von Robotern.All drive components are strung coaxially, so that drives that are very long compared to the Diameter. You therefore need a lot of space in terms of design. The is a hindrance in a variety of applications. Impairment commitment and service. In addition, these solutions are through increased construction costs expensive. That is the effort to connect of the components, each with its own bearings for each compo nente, consisting of the actual bearing element and the required manufacturing costs for the bearings, as well as the on wall to make the long construction sufficiently rigid. A typical application of such drives are used on electrically operated rotary tables or linear axes, however also on articulated arms of robots.

Am Rundtisch stört der angeflanschte Getriebemotor, gleich, ob er vertikal nach unten (Bauform V) oder horizontal angeord­ net ist. Er stört immer.The flanged geared motor on the rotary table whether it is arranged vertically downwards (type V) or horizontally is not. He always bothers.

Beim Antrieb der Linearachsen steht die Antriebseinheit immer im rechten Winkel von der Achsrichtung ab. Auch hier stört der Antrieb immer.The drive unit is always stationary when driving the linear axes at a right angle from the axial direction. Bothering here too the drive always.

Angetriebene Robotergelenkarme sind üblich aufeinandergesetzt und durch einen koaxial aufgebauten (Getriebe-) Motor ange­ trieben. Im Schwenkbereich des Gelenkes ist durch diese Kon­ struktion die Zugänglichkeit zur Handlingstelle der Roboter­ hand im Innern von Gehäusen erheblich reduziert. Der vom Ge­ lenk mit Antrieb beanspruchte Bewegungsraum ermittelt sich aus der projizierten Fläche der beiden Arme plus des Antrie­ bes, multipliziert mit dem Schwenkradius. An dieser einfachen, überschläglichen Betrachtung wird deutlich, wel­ che konstruktiven Reserven vorhanden sind, daß aber auch bis­ her allgemein gültige Regeln verlassen werden müssen, um bes­ sere Lösungen zu erarbeiten.Driven robotic articulated arms are usually placed on top of one another and by a coaxially constructed (gear) motor drove. In the swivel range of the joint, this con the accessibility to the handling point of the robots hand significantly reduced inside housings. The Ge Steering space occupied by the drive is determined from the projected area of the two arms plus the drive bes multiplied by the swivel radius. At this simple,  Rough examination makes it clear which che constructive reserves are available, but also up generally applicable rules must be abandoned in order to to develop more solutions.

Zu diesem Erarbeiten neuer Lösungen sind auch neue Wege des Zusammenarbeitens der Hersteller der bisherigen Einzelkompo­ nenten erforderlich. Es ist in vielen Fällen schon sehr wirt­ schaftlich und förderlich, wenn durch Kooperation bisher nur schwer zu umgehende Rechtslagen und Besitzstände neue Wege begehbar werden.There are also new ways of developing new solutions Cooperation between the manufacturers of the previous single compo required. In many cases it is very hostile economic and beneficial, if only through cooperation so far difficult to avoid legal situations and acquisitions new ways become accessible.

Beispielexample

Durch Zusammenarbeit eines Herstellers für ein pa­ tentiertes Getriebe und eines neuartigen Motors kann ein Ge­ triebemotor entstehen mit mehr Vorteilen als die Summe der Ansprüche beider Anmeldungen darstellt. (Synergieeffekt). By cooperation of a manufacturer for a pa a gearbox and a new engine can be used drive motor are created with more advantages than the sum of the Represents claims of both applications. (Synergy effect).  

AufgabenstellungTask

Gesucht ist ein konzentrischer Getriebemotor, bei dem Motor und Getriebe eine konstruktive Einheit darstellen, bei Ent­ fall von Kupplungen und Bauteilen, die nur dem Überleiten des Drehmomentes aus einer Komponente in eine andere des Ge­ samtantriebes dienen. Unerheblich ist dabei auch, ob es sich beim Motor um einen Innenläufer oder Außenläufer handelt.We are looking for a concentric geared motor, for the motor and gear represent a structural unit, at Ent case of couplings and components that are only transferring of torque from one component to another of Ge serve velvet drive. It is also irrelevant whether it is the motor is an internal or external rotor.

Zum einfacheren Verständnis wird im weiteren auf einem Au­ ßenläufermotor aufgebaut und abgehandelt. Die dargelegten Gedanken gelten sinngemäß auch für einen Innenläufer und dessen Konstruktion.For easier understanding, an Au Outer rotor motor built and dealt with. The set out Thoughts apply mutatis mutandis to an inner runner and his Construction.

Dieser konzentrische Getriebemotor verfügt über elektronische Bauelemente zur Drehzahlüberwachung und zum Zählen der Um­ drehungen bzw. Teile einer Umdrehung. This concentric gear motor has electronic Components for speed monitoring and for counting the order rotations or parts of a revolution.  

Lösung der AufgabeSolution of the task

Bekannt sind Umlaufgetriebe. Das bekannteste ist das Plane­ tengetriebe. Bekannt sind auch Umlaufgetriebe mit exzentrisch gelagertem Umlaufkörper.Orbital gears are known. The best known is the tarpaulin gearbox. Orbital gears with eccentric are also known stored circulating body.

Diese Getriebe werden als Hohlwellengetriebe ausgeführt. In diese Hohlwelle wird der Außenläufermotor eingebaut. Dabei ist der Außenläufer gleichzeitig - wie im Beispiel Planeten­ getriebe - Sonnenrad. Bei Umlaufgetrieben mit exzentrisch ge­ lagertem Umlaufkörper ist eben dieser Umlaufkörper gleichzei­ tig Außenläufer des zentrisch eingebauten Elektromotors. These gears are designed as hollow shaft gears. In this hollow shaft is installed in the external rotor motor. Here is the outrunner at the same time - as in the example of planets gear - sun gear. For planetary gearboxes with eccentric ge stored circulation body is this circulation body at the same time tig external rotor of the centrally installed electric motor.  

Bild 1 zeigt schematisch das Planetengetriebe. Dieses Getrie­ be ist so ausgeführt, wie es Bild 2 zeigt. Im Sonnenrad des Getriebes der Antriebsmotor eingebaut als Außenläufer. Im ge­ zeichneten Beispiel des Bildes 2 als permanenterregter Motor. Bild 3 zeigt schematisch ein weiteres Umlaufgetriebe mit ex­ zentrisch gelagertem Umlaufkörper. Auch dieses Getriebe ist so ausgeführt, daß der Außenläufer den für das Getriebe erfor­ derlichen Exzenter besitzt. Es ist unwesentlich, ob dieser Exzenter aufgesetzt ist oder mit dem Außenläufer aus einem Stück gefertigt ist. (Bild 4). Figure 1 schematically shows the planetary gear. This gearbox is designed as shown in Figure 2. The drive motor is installed in the sun gear of the gearbox as an external rotor. In the drawn example of Figure 2 as a permanently excited motor. Figure 3 shows schematically another epicyclic gearbox with an eccentrically mounted circulating body. This gear is designed so that the external rotor has the eccentric necessary for the gear. It is immaterial whether this eccentric is attached or is made in one piece with the external rotor. ( Photo 4).

Darüber hinaus gibt es weitere Umlaufgetriebe, die in eben dieser Weise modifizierbar sind.There are also other epicyclic gearboxes that are in flat can be modified in this way.

Alle diese Getriebe besitzen verschiedene Laufcharakteristi­ ken, einige können nahezu spielfrei hergestellt werden. So­ mit erlaubt die Erfindung den Einsatz dieser konzentrischen Getriebemotoren sowohl im allgemeinen Maschinenbau als auch im Präzisionsmaschinenbau. All of these gears have different running characteristics ken, some can be made almost without play. Like this with the invention allows the use of these concentric Geared motors both in general mechanical engineering as well in precision engineering.  

Wirtschaftliche VorteileEconomical advantages

Kompakte Bauweise durch Wegfall der konstruktiven Verbindungen und Anpassungen beim Kombinieren von Motor, Kupplung und Ge­ triebe aus Einzelelementen.Compact design due to the elimination of the structural connections and adjustments when combining engine, clutch and Ge shoots from individual elements.

Der Wegfall dieser konstruktiven Verbindungen und Anpassungen hat geringere Herstellkosten zur Folge.The elimination of these constructive connections and adjustments results in lower manufacturing costs.

Durch Wegfall der in Reihe der Kraftflußrichtung angeordneten Einzelkomponenten ergeben deutliche Einsparungen an Bauraum, Material, Fertigungsaufwand, Transportkosten. Dies hat zur Folge, daß beim Betrieb der Maschine geringere Massen (Tot­ lasten) zu bewegen sind. Geringere Massen wiederum sind leich­ ter zu bremsen und zu positionieren. Leichteres Bremsen bedeu­ tet geringere Bremszeit. Das ist gleichzusetzen mit geringeren Nebenzeiten im Maschinenzeitzyklus.By eliminating the arranged in the row of the power flow direction Individual components result in significant savings in installation space, Material, manufacturing costs, transport costs. This has to Consequence that lower masses (tot loads) are to be moved. Lower masses are light to brake and position. Easier braking means meaning reduced braking time. That equates to less Non-productive times in the machine time cycle.

Der konzentrische Getriebemotor ermöglicht den Bau eines spiel­ freien Roboterarmgelenkes inline; d. h., daß die Arme auf einer Achse nicht übereinander angeordnet sind ( Gelenkhöhe 2 mal Armhöhe plus außen aufgesetztem Motor), sondern die Gelenkhöhe 1,2 mal Armhöhe, ohne aufgesetzten Motor. Der Roboterarm kann nun auch durch kleinere Öffnungen an schwer zugängliche Stellen gelangen und seine Arbeit verrichten.The concentric gear motor makes it possible to build a game free robot arm joint inline; d. that is, the arms on one Axis are not arranged one above the other (joint height 2 times Arm height plus external motor), but the joint height  1.2 times arm height, without attached motor. The robotic arm can now also through small openings to difficult to access Get jobs and do his job.

Claims (4)

1. Außenläufermotor mit konzentrischer Anordnung in der zentrischen Antriebswelle von Umlaufgetrie­ ben; = konzentrischer Getriebemotor.1. External rotor motor with a concentric arrangement in the centric drive shaft of epicyclic gear ben; = concentric gear motor. 2. Konzentrischer Getriebemotor nach Anspruch (1), dadurch gekennzeichnet, daß der Außenläufer des Motors gleichzeitig Antriebswellen ist.2. Concentric geared motor according to claim (1), characterized in that the external rotor of the Motor is drive shafts at the same time. 3. Konzentrischer Getriebemotor nach Anspruch (2), dadurch gekennzeichnet, daß der Außenläufer des Motors mit der Antriebswelle des Getriebes gefügt ist.3. Concentric geared motor according to claim (2), characterized in that the external rotor of the Motor joined with the drive shaft of the transmission is. 4. Konzentrischer Getriebemotor nach Anspruch (1), (2) und (3), dadurch gekennzeichnet, daß die Statorwelle des Motors hohl ist.4. Concentric geared motor according to claim (1), (2) and (3), characterized in that the Stator shaft of the motor is hollow.