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Dokumentenidentifikation DE102004010687A1 07.10.2004
Titel Servomotor mit eingebauter Treiberschaltung
Anmelder Tamagawa Seiki K.K., Iida, Nagano, JP
Erfinder Miura, Hiromasa, Iida, Nagano, JP;
Noda, Toshiyuki, Iida, Nagano, JP
Vertreter HOFFMANN · EITLE, 81925 München
DE-Anmeldedatum 04.03.2004
DE-Aktenzeichen 102004010687
Offenlegungstag 07.10.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 07.10.2004
IPC-Hauptklasse H02K 29/10
IPC-Nebenklasse H02K 11/00   
Zusammenfassung Es wird ein Servomotor offenbart mit eingebauter Treiberschaltung, in welchem ein Sensorschaltungsabschnitt, ein Treibersteuerschaltungsabschnitt und eine Motortreiberschaltung kollektiv auf zwei Platinen vorgesehen sind, hierdurch eine Vereinfachung und Größenreduzierung des Schaltungsaufbaus erreichend. In dem Servomotor mit eingebauter Treiberschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung sind der Sensorschaltungsabschnitt und der Treibersteuerschaltungsabschnitt auf einer Sensorschaltungsplatine ausgebildet und die Motortreiberschaltung ist auf einer Motortreiberplatine ausgebildet, hierdurch eine Größenreduzierung erzielend.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Servomotor mit eingebauter Treiberschaltung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine neue Verbesserung eines Servomotors zum Erreichen einer Größenreduzierung. Die Größenreduzierung des Servomotors kann derart erreicht werden, dass eine Sensorschaltungsplatine mit einem Sensorschaltungsabschnitt und einem Treibersteuerschaltungsabschnitt versehen ist und dass eine Motortreiberplatine mit einer Leistungseinrichtung zum Antreiben einer Ständerwicklung und die Sensorschaltungsplatine in einer Sensorabdeckung nebeneinander angeordnet sind.

Ein Motorcodiereraufbau kann als ein Beispiel eines konventionell verwendeten Servomotors mit eingebauter Treiberschaltung dieser Art erwähnt werden (siehe beispielsweise JP 62-278408 A und US 5,912,541). In den Motorcodierern, wie sie in JP 62-278408 A und US 5,912,541 offenbart sind, ist der Motorabschnitt mit einem Codierer integriert und der Treiberschaltungsabschnitt als ein Treiber ist in einer Form eines von dem Motorhauptteil getrennten Gehäuses aufgebaut.

Der konventionelle Motor mit Bremse ist wie oben beschrieben aufgebaut und hat demnach die folgenden Probleme.

In dem Treiber des konventionellen Aufbaus ist eine Isolierung zwischen Schaltungsplatinen erforderlich, da die Sensorplatine für den Decodierer, die Treibersteuerplatine für die Treibersteuerung und die Motortreiberplatine zum Antreiben der Ständerwicklung unabhängig voneinander vorliegen. Ferner ist es erforderlich, gegenseitiges Senden und Empfangen von Signalen zu bewirken, was eine große Zahl von ICs erfordert.

Demnach ist der Servomotor als Ganzes einschließlich des Treibers eher groß, was zu einem ernsthaften Hindernis bei der Größenreduzierung eines Maschinenwerkzeugs, eines Roboters oder ähnlichem führt, wenn eine große Zahl von Servomotoren gleichzeitig für Mehrachsensteuerung verwendet werden.

RESÜMEE DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung wurde in Hinblick auf das Lösen des obigen Problems beim Stand der Technik gemacht. Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es insbesondere, einen Servomotor bereitzustellen mit eingebauter Treiberschaltung, in welchem der Sensorabschnitt, der Treibersteuerabschnitt und der Motorsteuerabschnitt als eine integrale Einheit betrachtet werden, in welcher die Sensorschaltungsplatine mit einem Sensorschaltungsabschnitt versehen ist und einem Treibersteuerschaltungsabschnitt und in welcher eine Motortreiberplatine mit einer Leistungseinrichtung zum Antreiben der Ständerwicklung und die Sensorschaltungsplatine nebeneinander innerhalb einer Sensorabdeckung angeordnet sind, hierdurch eine Größenreduzierung erzielend.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Servomotor mit eingebauter Treiberschaltung vorgesehen, in welchem ein sich aus einem Ständer und einem Rotor zusammensetzender Servomotor servo-angetrieben wird durch einen Sensorschaltungsabschnitt, einen Treibersteuerschaltungsabschnitt und einer Motortreiberschaltung, wobei der Sensorschaltungsabschnitt und der Treibersteuerschaltungsabschnitt auf einer Sensorschaltungsplatine vorgesehen sind. Ferner ist eine einen Codierer abdeckenden Sensorabdeckung an einem Ende des Servomotorabschnitts vorgesehen und eine Leistungseinrichtung der Motortreiberplatte wird in Kontakt gehalten mit einer Innenoberfläche der Sensorabdeckung. Ferner sind die Sensorschaltungsplatine und die Motortreiberplatine nebeneinander innerhalb der Sensorabdeckung derart angeordnet, dass sie axial beabstandet voneinander sind, wobei ihre Außendurchmesser kleiner sind als der Innendurchmesser der Sensorabdeckung und der Außendurchmesser des Servomotorabschnitts. Ferner ist die Sensorabdeckung aus Aluminium ausgebildet und hat eine Kühlrippe.

In den beiliegenden Zeichnungen zeigt:

1 eine Schnittansicht eines Servomotors mit eingebauter Treiberschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung; und

2 ein schematisches Diagramm eines elektrischen Aufbaus jedes Abschnittes der 1

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Ein Servomotor mit eingebauter Treiberschaltung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

In 1 zeigt das Bezugszeichen 1 ein zylindrisches Gehäuse mit einem Ständer 3 an, um welchen eine Ständerwicklung 2 gewickelt ist. Eine Frontabdeckung 3 und eine rückwärtige Abdeckung 4 sind an beiden Enden des zylindrischen Gehäuses 1 montiert.

Eine Drehwelle 7 ist drehbar gelagert auf Lagern 5 und 6, die jeweils an der Frontabdeckung 3 und der rückwärtigen Abdeckung 4 vorgesehen sind. Ein Rotor 8, der innerhalb des Ständers 3 angeordnet ist, ist drehbar vorgesehen und ein elektromagnetischer Treiberabschnitt 9 ist in der rückwärtigen Abdeckung 4 vorgesehen. Der Ständer 3, der Rotor 8 und ein Absolut-Codierer 30 bilden einen Servomotorabschnitt 100.

Eine stationäre Platine 11 ist an der Frontabdeckungsseite des elektromagnetischen Treiberabschnitts 9 unter Verwendung eines Bolzens 10 befestigt, um einen Spalt D dazwischen beizubehalten.

Ein stationäre Bremsplatte 12 und eine bewegliche Bremsplatte 13 sind in dem Spalt D angeordnet. Die stationäre Bremsplatte 12 ist auf der Seite des Rotors 8 befestigt und die bewegliche Bremsplatte 13 ist mit dem elektromagnetischen Treiberabschnitt 9 vermittels einer wohlbekannten (nicht dargestellten) Feder verbunden.

Demnach wird die bewegliche Bremsplatte 13, wenn der elektromagnetische Treiberabschnitt 9 nicht erregt wird, veranlasst, durch die elastische Kraft der Feder gegen die stationäre Bremsplatte 12 gedrückt zu werden, um das Drehen des Rotors 8 zu sichern. Wenn der elektromagnetische Treiberabschnitt 9 erregt wird, wird die bewegliche Bremsplatte 13 gegen die elastische Kraft der Feder angezogen, um hierdurch die stationäre Bremsplatte 12 freizugeben, es dem Rotor 8 ermöglichend, sich zu drehen.

Die stationäre Bremsplatte 11, die bewegliche Bremsplatte 13 und der elektromagnetische Treiberabschnitt 9 bilden die elektromagnetisch-mechanische Bremse 20, welche von wohlbekannter Art ist.

Die Drehwelle 7 hat eine vorstehende Welle 7a, welche durch eine Öffnung 4a der rückwärtigen Abdeckung 4 verläuft, um daraus hervorzuragen. Die vorstehende Welle 7a ist mit einer Codeplatte 21 versehen und eine Halteplatte 22, die an der rückwärtigen Abdeckung 4 vorgesehen ist, ist mit einem lichtemittierenden Element 23 versehen.

Eine aus einer Platine bestehende Sensorschaltungsplatte 25 ist an der rückwärtigen Abdeckung 4 vermittels eines Trageelementes 24 vorgesehen und ist in einer Position an der Außenseite befestigt, das heißt der Rückseite der Codeplatte 21.

Ein Lichtempfangselement 26 ist an einer Oberfläche der Sensorschaltungsplatte 25 vorgesehen. Das lichtemittierende Element 23, die Codeplatte 21 und das Lichtempfangselement 26 bilden einen Codierer 30 als Drehdetektor. Es ist auch möglich, einen wohlbekannten Drehmelder statt dieses Codierers zu verwenden.

An der anderen Oberfläche der Sensorschaltungsplatte 25 befinden sich ein aus einem IC bestehender wohlbekannter Sensorschaltungsabschnitt 31 und ein Treibersteuerschaltungsabschnitt 32. Der Sensorschaltungsabschnitt 31 führt Leistungs- und Signalverarbeitung an dem Codierer 31 aus, hierdurch das Codierersignal zu dem Treibersteuerschaltungsabschnitt 32 zuführend. Eine aus einem Material mit zufriedenstellender Wärmeleitfähigkeit, wie zum Beispiel Aluminium (andere Materialien sind möglich) gebildete napfförmige Sensorabdeckung 40, ist auf der rückwärtigen Seite der rückwärtigen Abdeckung 40 derart montiert, dass sie den Codierer 30 abdeckt.

An der inneren Oberfläche der Sensorabdeckung 40 ist ein Halter 41 vorgesehen, an welchem eine aus einer gedruckten Platine bestehende Motortreiberplatine 42 montiert ist. Die Motortreiberplatine 42 hat eine aus einem Leistungstransistor oder Ähnlichem bestehende Leistungseinrichtung 43, welche in Kontakt gehalten wird mit und verbunden ist mit der Innenoberfläche 40a der Sensorabdeckung 40, hierdurch Wärmeleitung und Wärmeabstrahlung ermöglichend.

An der Oberfläche der Sensorabdeckung 40 sind Kühlrippen 44 ausgebildet, mit Hilfe von welchen Wärmeabstrahlung mit hoher Effizienz möglich ist.

Wie wohlbekannt ist, ist an der Motortreiberplatine 42 eine Motortreiberschaltung 43A zum Antreiben der Drei-Phasen-Ständerwindung 2 durch die Leistungseinrichtung 43 vorgesehen und der Treibersteuerschaltungsabschnitt 32 steuert die Motortreiberschaltung 43A.

Der äußere Durchmesser der Sensorschaltungsplatine 25 und der Motortreiberplatine 42 sind kleiner als der innere Durchmesser der Sensorabdeckung 40 und des äußeren Durchmessers des Sensormotorabschnittes 100. Die Sensorschaltungsplatine 25 und die Motortreiberplatine 42 sind nebeneinander innerhalb der Sensorabdeckung 40 angeordnet und sind in axialer Richtung davon beabstandet voneinander.

Der Sensorschaltungsabschnitt 31, der Treibersteuerschaltungsabschnitt 32 und die Motortreiberschaltung 43A sind elektrisch als unabhängige Schaltungen ausgebildet und sind ohne die Verwendung irgendwelcher elektrischer Isolationsschaltung etc. aufgebaut, wie sie beim Stand der Technik anzutreffen sind.

Beachte, dass die Platinen 25 und 42 der 1, die oben beschrieben worden sind, wie in dem schematischen Diagramm der 2 gezeigt, aufgebaut sind, welches zeigt, wie sie elektrisch verbunden sind.

Als Nächstes wird der Betrieb dieser Ausgestaltungsform beschrieben werden. Zuerst arbeitet in dem obenbeschriebenen Aufbau der elektromagnetische Treiberabschnitt 9, um die bewegliche Bremsplatte 13 anzuziehen und hierdurch die Bremse 20 zur gleichen Zeit freizugeben, wie die Energiezufuhr eingeschaltet wird, und der Servomotorabschnitt 100 startet das Drehen basierend auf einem Positionssignal (Zwischen-Schaltsignal) von dem Codierer 30. Daraufhin beginnt der Servoantrieb des Servomotorabschnitts 100, basierend auf einem Befehlssignal (nicht dargestellt) von außerhalb und einem Codierersignal vom Codierer 30.

Der Servomotor mit eingebauter Treiberschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung, aufgebaut wie oben beschrieben, stellt die folgenden Wirkungen bereit.

Bedingt dadurch, dass das Anordnen der Sensorschaltungsplatine mit Sensorschaltungsabschnitt und Treibersteuerschaltungsabschnitt und der Motortreiberplatine mit Motortreiberschaltung innerhalb der Sensorabdeckung der Sensorschaltungsplatte angeordnet sind, ist es möglich, einen Servomotor mit eingebauter Treiberschaltung zu realisieren, welcher dieselbe Größe hat, wie der konventionelle Servomotor ohne eingebaute Treiberschaltung, hierdurch eine wesentlichere Reduzierung der Größe erzielend und Platzersparnis.

Ferner können der Sensorschaltungsabschnitt, der Treibersteuerschaltungsabschnitt und die Motortreiberschaltung elektrisch verbunden werden ohne die Verwendung irgendwelcher Isolationsschaltungen zwischen zwei Leiterplatten, hierdurch eine Vereinfachung erzielend und eine Reduzierung der Größe des Schaltungsaufbaus.


Anspruch[de]
  1. Servomotor mit eingebauter Treiberschaltung, in welchem ein einen Ständer und einem Rotor umfassender Servomotorabschnitt servo-angetrieben wird durch einen Sensorschaltungsabschnitt, einen Treibersteuerschaltungsabschnitt und einer Motortreiberschaltung, wobei der Sensorschaltungsabschnitt und der Treibersteuerschaltungsabschnitt auf einer Sensorschaltungsplatine vorgesehen sind.
  2. Servomotor mit eingebauter Treiberschaltung gemäß Anspruch 1, wobei eine einen Codierer abdeckende Sensorabdeckung an einem Ende des Servomotorabschnitts vorgesehen ist und wobei eine Leistungseinrichtung der Motortreiberplatine in Kontakt gehalten wird mit einer Innenoberfläche der Sensorabdeckung.
  3. Servomotor mit eingebauter Treiberschaltung nach Anspruch 2, wobei die Sensorschaltungsplatine und die Motortreiberplatine nebeneinander innerhalb der Sensorabdeckung angeordnet sind, um axial beabstandet voneinander zu sein, wobei ihre äußeren Durchmesser kleiner sind als der innere Durchmesser der Sensorabdeckung und der äußere Durchmesser des Servomotorabschnitts.
  4. Servomotor mit eingebauter Treiberschaltung nach einem der Ansprüche 2 und 3, wobei die Sensorabdeckung aus Aluminium ausgebildet ist und eine Kühlrippe hat.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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