CN115833466A - 一种同轴式集成磁齿轮减速装置的电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种同轴式集成磁齿轮减速装置的电机，包括机壳、伺服电机单元、磁齿轮减速单元和编码单元，伺服电机单元、磁齿轮减速单元通过轴向并行排布的方式固定在机壳内同一根转轴上，编码单元设置于机壳外部；伺服电机单元包括转轴和依次从外向内同轴套设在一起的电机定子、电机转子；磁齿轮减速单元设置于机壳内，并安装于伺服电机单元前方的转轴上，包括输出轴法兰和依次从外向内同轴套设在一起的磁齿轮外定子、调制环转子、磁齿轮内转子；编码单元包括编码器和编码器壳体，编码器安装于机壳的后端外壁上，并套设在转轴的后端部；编码器壳体罩设于编码器外部，并与机壳固定连接。本发明的有益效果是：提高了电机输出精度、体积小，振动小。

Description

一种同轴式集成磁齿轮减速装置的电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，特别涉及一种同轴式集成磁齿轮减速装置的电机。

背景技术

随着电机在机器人领域的应用范围越来越广,对电机的体积，装配精度、输出转矩，振动噪声等要求也越来越高。为了实现低速大转矩的输出，目前常用的电机一般都要通过减速器才能与负载相连，但是电机和减速器分体式使用有一定的缺陷，体积更加庞大,空间利用率低，同时也会降低最终输出轴的精度，外形结构复杂，装配比较麻烦,后期维护也很繁琐,直接影响生产与维护的成本；从减速器的角度来说目前采用的大多是机械齿轮，如行星减速器、谐波减速器等，但是机械齿轮因为接触的关系会产生齿根折断、磨损，齿根胶合、塑性变形等失效形式，因此需要寻找更合适的替代，磁齿轮相比机械齿轮在结构上无接触、无磨损、无振动，因此具备低维护成本和高可靠性等优点。由此衍生出的磁齿轮的电机具备结构简单、效率高、转矩输出能力强等显著优势，但是目前的磁齿轮的电机在组装时对电机的要求较高，组装时容易产生误差，从而影响电机的同轴度以及输出轴的精度。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种同轴式集成磁齿轮减速装置的电机，通过将电机与减速机构采用轴向并排放置在同一根轴上的设计，大大减少了轴向上的多余尺寸，也避免了在装配过程中出现的安装误差对电机精度的影响，同时一体化设计也减少了对电机和减速器进行选型匹配等问题。

为了解决相关技术中的技术问题，本发明提供如下的技术方案：

本发明所述的一种同轴式集成磁齿轮减速装置的电机，其特征在于：包括机壳、伺服电机单元、磁齿轮减速单元和编码单元，其中伺服电机单元、磁齿轮减速单元通过轴向并行排布的方式固定在机壳内的同一根转轴上，编码单元设置于机壳的外部；

所述的机壳设有容纳伺服电机单元、磁齿轮减速单元的容腔；定义沿机壳轴向的一个方向为前向，另一个方向为后向；以沿垂直于机壳轴向的靠近机壳中轴线的方向定义为内、反之为外；

所述的伺服电机单元包括转轴和依次从外向内同轴套设在一起的电机定子、电机转子，电机定子固定在机壳的内壁的后端部；电机定子内部用绝缘胶灌封有电机绕组，电机绕组在电机定子的轴向的两端部形成超出电机定子的绕组端部；电机转子包括转轴、电机转子轭、L型支撑板，转轴为多级阶梯轴，转轴可转动地穿设于机壳中，转轴的后端部伸出机壳，用于安装编码单元；所述电机转子轭与电机定子之间设有转动间隙，电机转子轭的轴向的端部设有内转子永磁体；L型支撑板与电机定子的磁齿轮内转子支架固定连接；L型支撑板套设于转轴的外部，并与转轴过盈配合；

所述的磁齿轮减速单元设置于机壳内，并安装于伺服电机单元的前方的转轴上，包括输出轴法兰和依次从外向内同轴套设在一起的磁齿轮外定子、调制环转子、磁齿轮内转子，所述的磁齿轮外定子安装于机壳的前端部，并与机壳的内壁固定连接；所述的磁齿轮内转子安装在转轴上，并安装在转轴对应的轴肩处；所述的调制环转子设置于磁齿轮内转子与磁齿轮外定子之间，且调制环转子与磁齿轮内转子的外壁之间设有内气隙，与磁齿轮外定子的内壁之间设有外气隙；所述的调制环转子的两端部分别装有前绝缘垫片和后绝缘垫片，后绝缘垫片的后侧装有调制环后端盖；输出轴法兰与转轴同轴，且输出轴法兰可转动地穿设于机壳的前端部，输出轴法兰的前端从机壳中伸出，形成可与待驱动设备相连接的输出端，输出轴法兰的后端设有法兰盘，法兰盘与前绝缘垫片固定连接；

所述的编码单元包括编码器和编码器壳体，所述编码器安装于机壳的后端外壁上，编码器套设在转轴的伸出机壳的后端部，并以转动方式连接；编码器壳体罩设于所述编码器的外部，并与机壳固定连接。

优选的，所述的机壳包括壳体、前端盖和后端盖，壳体为两端开口的筒状结构，壳体的后壁面上设有开口，留给电机的三相电源线输出；前端盖、后端盖分别通过止口装在壳体的前、后端开口处，与壳体共同围成容纳伺服电机单元、磁齿轮减速单元的容腔；前端盖的内侧装有轴承座和设置在轴承座上的输出轴轴承，所述输出轴轴承的外圈装卡在前端盖的内侧、内圈装卡在输出轴法兰上，实现输出轴法兰与前端盖之间的转动配合；后端盖的内侧装有薄形轴承，所述薄形轴承的外圈装卡在后端盖内侧、内圈装卡在转轴的后端部的轴肩上，实现转轴与后端盖之间的转动配合。

优选的，所述的磁齿轮内转子包括磁齿轮转子轭与内磁环，磁齿轮转子轭与内磁环皆呈圆筒状，中心设有通孔，其中磁齿轮转子轭装卡在转轴上，并安装在对应轴肩处；内磁环同轴套设于磁齿轮转子轭的外部；内磁环的外壁与调制环转子的内壁之间设有内气隙。

优选的，所述的磁齿轮外定子包括定子轭部与外磁环，定子轭部与外磁环皆呈圆筒状，其中定子轭是由硅钢片沿轴向方向叠压而成的圆筒状结构，固定在壳体的前端的内壁上；外磁环的内壁与调制环转子的外壁之间设有外气隙。

优选的，调制环转子为横截面呈齿轮状的圆筒结构，包括若干调制块，调制块沿圆周方向间隔设置，相邻的两个所述调制块之间通过连接桥连接。

优选的，所述的轴承座与所述的输出轴轴承之间夹设有波形垫圈。

优选的，L型支撑板的最大直径小于调制环后端盖的最小直径。

优选的，所述磁齿轮前轴承与磁齿轮后轴承的外圈分别装卡在输出轴法兰和调制环后端盖的轴承座上，内圈分别装卡于转轴的对应的轴肩处。

优选的，磁齿轮内转子与调制环转子的转动方向相同，内外极对数比为2:13。

优选的，所述内转子永磁体采用径向充磁结构，内磁环采用外向聚磁的结构，外磁环采用内向聚磁型的结构。

本发明的有益效果是：

1、可以减少轴向长度，减少由于分体式结构造成的设计上和安装上的误差；

2、采用磁性齿轮结构，振动和噪声小，应用于需要特种流体流量等一些特殊场合；

3、结构简单紧凑、安装空间小、转矩大、集成度高；

4、磁齿轮集成电机是基于磁场调制原理，并利用有效谐波磁场进一步改善绕组感应电动势，适用于低速大转矩应用领域，具有重要的科研和应用价值。

附图说明

图1为本发明实施例的立体结构示意图；

图2为图1中沿A方向的示意图；

图3为图2中沿线B-B的剖视结构示意图；

图4为本发明的伺服电机单元结构示意图；

图5为本发明的伺服电机单元剖视图；

图6为本发明的编码单元的剖视图

图7为本发明的磁齿轮减速单元的内部示意图；

图8为本发明的磁齿轮减速单元的结构示意图；

图9为本发明的磁齿轮减速单元的剖视图；

图10为本发明的调制环转子固定方式的剖视图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

下面将参考附图并结合示例性实施例来详细说明本发明。

本发明所述的一种同轴式集成磁齿轮减速装置的电机，包括机壳1、伺服电机单元2、磁齿轮减速单元4和编码单元8；

所述的机壳1设有容纳伺服电机单元2、磁齿轮减速单元4的容腔；定义沿机壳轴向的一个方向为前向，另一个方向为后向；以沿垂直于机壳轴向的靠近机壳中轴线的方向定义为内、反之为外；伺服电机单元2、磁齿轮减速单元4通过轴向并行排布的方式固定在机壳1内的同一根转轴6上，磁齿轮减速单元4在前、伺服电机单元2在后，编码单元8设置于机壳1的外部；

所述的伺服电机单元2包括依次从外向内同轴套设在一起的电机定子201、电机转子200，电机定子201内部用绝缘胶(如环氧树脂)灌封有电机绕组202，电机绕组202因为绕线的原因会在在电机定子201的轴向的两端部超出电机定子201一定的长度，形成超出电机定子201的绕组端部；电机转子200包括电机转子轭203、L型支撑板205和转轴6，转轴6为多级阶梯轴，转轴6可转动地穿设于机壳1中，转轴6的后端部伸出机壳1，用于安装编码单元8；电机定子201固定在机壳1的内壁的后端部；所述电机转子轭203与电机定子201之间设有转动间隙，方便电机转子轭203周向上的自由转动；电机转子轭203的轴向的端部设有内转子永磁体204；L型支撑板205与电机定子201的磁齿轮内转子支架相互接触，并通过六颗内六角螺栓把两者固定在一起；L型支撑板205套设于转轴6的外部，并与转轴6过盈配合；且L型支撑板205的盘面装卡在轴肩上固定，实现与转轴的共同旋转；

所述的磁齿轮减速单元4设置于机壳1内，并安装于伺服电机单元2的前方的转轴6上，包括输出轴法兰5和依次从外向内同轴套设在一起的磁齿轮外定子41、调制环转子403、磁齿轮内转子40，所述的磁齿轮外定子41安装于机壳1的前端部，并与机壳1的内壁固定连接；所述的磁齿轮内转子安装在转轴6上，并安装在转轴对应的轴肩处；所述的调制环转子403设置于磁齿轮内转子40与磁齿轮外定子41之间，且调制环转子403与磁齿轮内转子40的外壁之间设有内气隙，与磁齿轮外定子41的内壁之间设有外气隙；所述的调制环转子403的两端部分别装有前绝缘垫片406和后绝缘垫片407，后绝缘垫片407的后侧装有调制环后端盖408；输出轴法兰5与转轴6同轴，且输出轴法兰5可转动地穿设于机壳1的前端部，输出轴法兰5的前端从机壳1中伸出，形成可与待驱动设备相连接的输出端，输出轴法兰5的后端设有法兰盘502，法兰盘502与前绝缘垫片406固定连接；

所述的编码单元8包括编码器3和编码器壳体103，所述编码器3通过内六角螺栓301固定在机壳1的后端盖102的外壁上，中间设有通孔，编码器3套设在转轴6的伸出机壳1的后端部，并以转动方式连接；编码器壳体103罩设于所述编码器3的外部，通过所述后端盖102的后端止口装卡于后端盖102上，其上部开有圆孔，用于编码器信号输出线的伸出，并且有四颗内六角螺栓穿过编码器壳体103和后端盖102耳板上的通孔，固定在壳体1上。

在本发明的一些实施例中，输出轴法兰5和转轴6同轴心。

在本发明的一些实施例中，所述的机壳1呈长方体状，包括壳体104、前端盖101和后端盖102，壳体104为两端开口的筒状结构，壳体104的后壁面上设有开口，留给电机的三相电源线输出；前端盖101、后端盖102分别通过止口装在壳体104的前、后端开口处，与壳体104共同围成容纳伺服电机单元2、磁齿轮减速单元4的容腔；前端盖101的内侧装有轴承座1011和设置在轴承座1011上的输出轴轴承801，所述输出轴轴承801的外圈装卡在前端盖101的内侧、内圈装卡在输出轴法兰5上，实现输出轴法兰5与前端盖102之间的转动配合；后端盖102的内侧装有薄形轴承804，所述薄形轴承804的外圈装卡在后端盖102内侧、内圈装卡在转轴6的后端部的轴肩上，实现转轴6与后端盖102之间的转动配合。

在本发明的一些实施例中，前端盖101和后端盖102的外径一致，皆呈长方体状，壳体1的前端开口和后端开口处均设有台阶状止口，前端盖101和后端盖102安装于壳体1的台阶状止口上，实现前端盖101、后端盖102与壳体1之间的可拆卸式连接。

在本发明的一些实施例中，所述前端盖101呈长方体片状，其中心设有通孔，耳板上设有四个通孔，前端面有凸起的凸台起到定位的作用，内孔处设有轴承座1011，用于装卡输出轴轴承801，后端面有止口与机壳1相互配合，前端面上有四个中心对称的单圆头凹槽，可通过内六角螺栓与机壳1固定。

在本发明的一些实施例中，所述后端盖102呈长方体片状，其中心设有通孔，耳板上设有四个通孔，端盖前后侧有突出的台阶状止口，内侧设有轴承座，用于安装薄形轴承804，且深度与薄形轴承804厚度一致。

在本发明的一些实施例中，所述转轴6呈圆柱状，前后两端有用于加工所设置的中心孔，转轴设为多段阶梯轴，并设有多个不同轴径的轴肩，用于装卡不同轴肩的轴承和部件。

在本发明的一些实施例中，所述的磁齿轮内转子40包括磁齿轮转子轭401与内磁环402，磁齿轮转子轭401与内磁环402皆呈圆筒状，中心设有通孔，其中磁齿轮转子轭401装卡在转轴6上，并安装在对应轴肩处，在轴肩处设有退刀槽，便于加工的时候退出刀具，且转轴这一段的轴向长度略大于转子轭402的轴向长度；内磁环402同轴套设于磁齿轮转子轭401的外部；内磁环402的外壁与调制环转子403的内壁之间设有内气隙。内磁环402采用外向聚磁型的正弦充磁方式。

在本发明的一些实施例中，所述的磁齿轮外定子41包括定子轭部405与外磁环404，定子轭部405与外磁环404皆呈圆筒状，其中定子轭405是由硅钢片沿轴向方向叠压而成的圆筒状结构，固定在壳体104的前端的内壁上；外磁环404的内壁与调制环转子403的外壁之间设有外气隙。

在本发明的一些实施例中，调制环转子403为横截面呈齿轮状的圆筒结构，其端面结构如图7-图8所示，调制环转子403调制环转子403由一体化切割完成类似花瓣的结构，包括若干调制块4031，调制块4031沿圆周方向间隔设置，相邻的两个所述调制块4031之间通过连接桥4032连接，是由硅钢片沿轴向方向一片一片叠压而成。

在本发明的一些实施例中，内转子永磁体204、磁齿轮内转子40、磁齿轮外定子41上的永磁体都采用高磁性能的钕铁硼材料；所述电机定子201，调制环转子403，磁齿轮外定子41的定子轭部405均采用硅钢片沿轴向叠压而成；转轴6和电机转子轭203可以采用合金材料。

在本发明的一些实施例中，内转子永磁体204为面包型永磁体，采用表贴式排列均匀贴附于电机转子轭203的铁心端部，沿圆周径向充磁，相邻的主磁极永磁体充磁方向相反。

在本发明的一些实施例中，所述电机转子200和所述磁齿轮内转子40共用同一根转轴，并通过阶梯轴的设计分别固定，保证其转动的同时性。

在本发明的一些实施例中，所述的调制环转子403的两端部分别通过卡扣的形式与前绝缘垫片406、后绝缘垫片407连接在一起，方便拆装。所述前绝缘垫片406的后侧设有两个向后凸出的前凸台结构4061，后绝缘垫片407的前侧设有两个向前凸出的后凸台结构4071，可以装卡于调制环转子403的连接桥上，用于与调制环转子配合实现转矩的输出实现调制环转子403输出的功能，在前绝缘垫片406的前侧、后绝缘垫片407的后侧皆设有止口，因为前凸台结构4061、后凸台结构4071会卡入调制环转子403内部，使得前绝缘垫片406、后绝缘垫片407的端面直接与内磁环402接触，为了不破坏磁路，不影响传输的稳定性，需要采用绝缘材料的绝缘垫片或者在绝缘垫片上喷涂绝缘层。

在本发明的一些实施例中，所述调制环后端盖408呈环状，其前端通过止口套设在后绝缘垫片407上，后端设有台阶，并留有一定的宽度用于安放螺母411，其中心设有内孔止口，用于装卡磁齿轮后轴承803，且中心出最小直径要大于L型支撑板205的最大直径，在装配调试的时候，便于直接安装或拿出。

在本发明的一些实施例中，磁齿轮减速单元4采用螺栓410直接通过所述绝缘垫片上的卡扣把调制环转子403与输出轴法兰5固定在一起。前绝缘垫片406、后绝缘垫片407及穿过调制环转子上的螺栓410进行绝缘处理。该实施例中的螺栓410为长内六角螺栓。

在本发明的一些实施例中，高速内转子，调制环转子和外定子同轴配置，且轴长一致。

在本发明的一些实施例中，所述输出轴法兰5，是一个以法兰盘的底座，在中间沿法兰盘中轴线方向前凸出一根轴的部件，这样一体式的结构可以保证与转轴6的同轴精度，如图8所示，在输出轴法兰5的前端开有C型单圆头的键槽，用于后续与设备之间用键进行连接，在轴顶部端面开有中心孔，起到定位与导向的作用；输出轴法兰5的后端的法兰盘502通过前绝缘垫片406前侧的止口与之相连固定，并在法兰盘502处设有台阶，留有给长六角螺栓410的头部放置的空间，在输出轴法兰5的内侧设有轴承座，用于装卡磁齿轮前轴承802。

在本发明的一些实施例中，所述的轴承座1011与所述的输出轴轴承801之间夹设有弹性垫圈7，如波形垫圈，波形垫圈呈波浪形片状，其前端面与前端盖101的轴承座接触，后端面与输出轴轴承801接触，因为在电机安装过程中会有轴向公差的累计，波形垫圈的的作用就是来吸收这个累计的公差。

在本发明的一些实施例中，所述输出轴轴承801的外圈装卡于前端盖的轴承座1011上，并与波形垫圈7紧靠，输出轴轴承801的外圈的最小直径要小于波形垫圈7的最小直径，输出轴轴承801的内圈则装卡在输出轴法兰5上的轴肩处。

在本发明的一些实施例中，L型支撑板205的最大直径小于调制环后端盖408的最小直径，以方便在装配过程中进行安装拆卸。

在本发明的一些实施例中，所述磁齿轮前轴承802与磁齿轮后轴承803的外圈分别装卡在输出轴法兰5和调制环后端盖408的轴承座上，内圈分别装卡于转轴6的对应的轴肩处。具体的，所述磁齿轮后轴承803的外圈装卡在调制环后端盖408的后侧内孔的止口处，磁齿轮后轴承803的前侧的挡片紧靠调制环后端盖408内的挡口处，后侧的挡片与转轴6的轴肩相互接触。

在本发明的一些实施例中，磁齿轮减速单元4采用的是高速的磁齿轮内转子40为高速转子输入，调制环转子403为低速转子输出，外定子固定的方式，磁齿轮内转子40与调制环转子403的转动方向相同，内外极对数比为2:13。

在本发明的一些实施例中，所述内转子永磁体204采用径向充磁结构，内磁环402采用外向聚磁的结构，外磁环404采用内向聚磁型的结构。

在本发明的一些实施例中，所述长内六角螺栓410的螺栓头部固定在法兰盘502的端面上，依次穿过输出轴法兰5的端面、前绝缘垫片406的前凸台结构4061、调制环转子403调制块之间的间隙、后绝缘垫片407的后凸台结构4071和调制环后端盖408的端面，螺母411套设在长内六角螺栓410上，并固定在后端盖408的端面上。

在装配本实施例时，可以参考如下步骤进行装配：

首先把电机定子201(已经完成绕线灌胶等步骤)装卡在机壳1的定位环上，然后把磁齿轮定子405(已用胶固定上外磁环404)装卡在机壳1的定位环上；因为本发明的实施例采用的是一根转轴6上套有两个转子的方法，因此在装配上需要一起装配好，首先先装配磁齿轮减速单元4，把内磁环402胶粘在磁齿轮转子轭401上，然后装卡在转轴6的轴肩上，然后把磁齿轮后轴承803和磁齿轮前轴承802过盈在转轴6的轴肩上，把调制环后端盖408套设在磁齿轮后轴承803上，然后把后绝缘垫片407通过止口套设在调制环后端盖408上，然后把调制环转子403嵌套在后绝缘垫片的后凸台结构4071上，在装配前绝缘垫片406的时候，需要注意把前绝缘垫片的前凸台结构4061和后绝缘垫片的后凸台结构4071相互对齐，然后把输出轴法兰5(已经把输出轴轴承801过盈在输出轴法兰5上了)套设在前绝缘垫片406的止口上，同时输出轴法兰5的轴承座正好装卡上磁齿轮前轴承802，最后把长内六角螺栓410依次穿过通孔，螺栓头部固定在法兰盘502端面上，用螺母411锁紧并固定在磁齿轮后端盖的端面上；

再安装电机转子部分，首先把内转子永磁体204(即面包型磁钢)用胶粘在电机转子203上，再把L型支撑板205过盈在转轴6的轴肩上，再把电机转子203的转子支架和L型支撑板205用六颗内六角螺栓206固定，实现电机转子与转轴6固定，然后把薄形轴承804过盈套设在转轴6的轴肩上，至此转子部分安装完成，把整个转子从机壳1的前端放入，需要注意的是电机上的面包型永磁体会对磁齿轮外磁环产生吸引力，需要小心安装；

将转轴6放入壳体104后，把后端盖102套设在壳体104的后端，并使转轴6上的薄形轴承装卡在后端盖102的轴承座上，在前端盖101的轴承座内先放入波形垫圈7，然后装卡在输出轴轴承801上，并使前端盖101与一体式机壳1接触，用四颗内六角螺栓与之固定，完成转轴6的定位配合；

再把编码器3套设在转轴6的末端，使编码器3的支撑片与后端盖的后表面接触，用两颗内六角螺栓固定在后端盖上，然后把编码器壳体103套设在后端盖102上，最后用四颗螺栓依次穿过编码器壳体103和后端盖102耳板上的通孔，固定在机壳1的后端盖102上，至此集成电机的安装完成。

本实施例在运行时的过程大致如下所示：

对电机绕组202进行通电，就会带动转子203转动，从而使转轴6旋转，带动同样装卡在转轴6上的磁齿轮转子轭401转动，由于磁场调制的作用，将会带动调制环转子403与高速内转子401同向转动，实现动力的传输，又因为内磁环402与外磁环404的极对数不同，因此可以实现扭矩放大的效果，本发明实施例中的内外磁环极对数之比为2:13，因此调制环转子403上调制块的数量为15块，因此该磁齿轮减速单元4的传动比为7.5，调制环转子403又通过前绝缘垫片406与输出轴法兰5相连，实现动力的输出；此外，位于伺服电机单元2后端的编码器3读取转子位置信号，将旋转位移转换成一串数字脉冲信号的旋转式传感器，这些脉冲能用来控制角位移，进而控制伺服电机单元4按照指定方式转动。

综上，本发明提供了一种集成磁齿轮的伺服电机，伺服电机单元2位于整体的后端，磁齿轮减速单元4安装于伺服电机单元2前端，输出轴法兰5安装于磁齿轮减速单元4前端，其中机壳1对磁齿轮减速单元4和伺服电机单元2全部覆盖。由分析可知，本发明通过把伺服电机单元2，磁齿轮减速单元4集成在一起，其中电机的转轴6和磁齿轮减速单元4的输入轴共用，从结构上避免了分体式结构带来的安装误差，提高了一体化电机的输出精度。其次，本发明的结构是一体化的，可以减少在产品设计初期对伺服电机、磁齿轮减速单元选型所消耗的时间。此外，因为一体化结构减少了重复部分，体积更加小，可以减少产品所占用的空间，而且因为使用的是非接触的磁齿轮传递结构，无振动，低噪声，可以满足一些特殊的应用场景。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种同轴式集成磁齿轮减速装置的电机，其特征在于：包括机壳(1)、伺服电机单元(2)、磁齿轮减速单元(4)和编码单元(8)，所述的机壳(1)设有容纳伺服电机单元(2)、磁齿轮减速单元(4)的容腔；定义沿机壳轴向的一个方向为前向，另一个方向为后向；以沿垂直于机壳轴向的靠近机壳中轴线的方向定义为内、反之为外；

伺服电机单元(2)、磁齿轮减速单元(4)通过轴向并行排布的方式固定在机壳(1)内的同一根转轴(6)上，磁齿轮减速单元(4)在前、伺服电机单元(2)在后，编码单元(8)设置于机壳(1)的外部；

所述的伺服电机单元(2)包括依次从外向内同轴套设在一起的电机定子(201)、电机转子(200)，电机定子(201)固定在机壳(1)的内壁的后端部；电机定子(201)内部用绝缘胶灌封有电机绕组(202)，电机绕组(202)在电机定子(201)的轴向的两端部形成超出电机定子(201)的绕组端部；电机转子(200)包括转轴(6)、电机转子轭(203)、L型支撑板(205)，转轴(6)为多级阶梯轴，转轴(6)可转动地穿设于机壳(1)中，转轴(6)的后端部伸出机壳(1)，用于安装编码单元(8)；所述电机转子轭(203)与电机定子(201)之间设有转动间隙，电机转子轭(203)的轴向的端部设有内转子永磁体(204)；L型支撑板(205)与电机定子(201)的磁齿轮内转子支架固定连接；L型支撑板(205)套设于转轴(6)的外部，并与转轴(6)过盈配合；

所述的磁齿轮减速单元(4)设置于机壳(1)内，并安装于伺服电机单元(2)的前方的转轴(6)上，包括输出轴法兰(5)和依次从外向内同轴套设在一起的磁齿轮外定子(41)、调制环转子(403)、磁齿轮内转子(40)，所述的磁齿轮外定子(41)安装于机壳(1)的前端部，并与机壳(1)的内壁固定连接；所述的磁齿轮内转子安装在转轴(6)上，并安装在转轴对应的轴肩处；所述的调制环转子(403)设置于磁齿轮内转子(40)与磁齿轮外定子(41)之间，且调制环转子(403)与磁齿轮内转子(40)的外壁之间设有内气隙，与磁齿轮外定子(41)的内壁之间设有外气隙；所述的调制环转子(403)的两端部分别装有前绝缘垫片(406)和后绝缘垫片(407)，后绝缘垫片(407)的后侧装有调制环后端盖(408)；输出轴法兰(5)与转轴(6)同轴，且输出轴法兰(5)可转动地穿设于机壳(1)的前端部，输出轴法兰(5)的前端从机壳(1)中伸出，形成可与待驱动设备相连接的输出端，输出轴法兰(5)的后端设有法兰盘(502)，法兰盘(502)与前绝缘垫片(406)固定连接；

所述的编码单元(8)包括编码器(3)和编码器壳体(103)，所述编码器(3)安装于机壳(1)的后端外壁上，编码器(3)套设在转轴(6)的伸出机壳(1)的后端部，并以转动方式连接；编码器壳体(103)罩设于所述编码器(3)的外部，并与机壳(1)固定连接。

2.如权利要求1所述的一种同轴式集成磁齿轮减速装置的电机，其特征在于：所述的机壳(1)包括壳体(104)、前端盖(101)和后端盖(102)，壳体(104)为两端开口的筒状结构，壳体(104)的后壁面上设有开口，留给电机的三相电源线输出；前端盖(101)、后端盖(102)分别通过止口装在壳体(104)的前、后端开口处，与壳体(104)共同围成容纳伺服电机单元(2)、磁齿轮减速单元(4)的容腔；前端盖(101)的内侧装有轴承座(1011)和设置在轴承座(1011)上的输出轴轴承(801)，所述输出轴轴承(801)的外圈装卡在前端盖(101)的内侧、内圈装卡在输出轴法兰(5)上，实现输出轴法兰(5)与前端盖(102)之间的转动配合；后端盖(102)的内侧装有薄形轴承(804)，所述薄形轴承(804)的外圈装卡在后端盖(102)内侧、内圈装卡在转轴(6)的后端部的轴肩上，实现转轴(6)与后端盖(102)之间的转动配合。

3.如权利要求2所述的一种同轴式集成磁齿轮减速装置的电机，其特征在于：所述的磁齿轮内转子(40)包括磁齿轮转子轭(401)与内磁环(402)，磁齿轮转子轭(401)与内磁环(402)皆呈圆筒状，中心设有通孔，其中磁齿轮转子轭(401)装卡在转轴(6)上，并安装在对应轴肩处；内磁环(402)同轴套设于磁齿轮转子轭(401)的外部；内磁环(402)的外壁与调制环转子(403)的内壁之间设有内气隙。

4.如权利要求3所述的一种同轴式集成磁齿轮减速装置的电机，其特征在于：所述的磁齿轮外定子(41)包括定子轭部(405)与外磁环(404)，定子轭部(405)与外磁环(404)皆呈圆筒状，其中定子轭(405)是由硅钢片沿轴向方向叠压而成的圆筒状结构，固定在壳体(104)的前端的内壁上；外磁环(404)的内壁与调制环转子(403)的外壁之间设有外气隙。

5.如权利要求4所述的一种同轴式集成磁齿轮减速装置的电机，其特征在于：调制环转子(403)为横截面呈齿轮状的圆筒结构，包括若干调制块(4031)，调制块(4031)沿圆周方向间隔设置，相邻的两个所述调制块(4031)之间通过连接桥(4032)连接。

6.如权利要求5所述的一种同轴式集成磁齿轮减速装置的电机，其特征在于：所述的轴承座(1011)与所述的输出轴轴承(801)之间夹设有波形垫圈(7)。

7.如权利要求6所述的一种同轴式集成磁齿轮减速装置的电机，其特征在于：L型支撑板(205)的最大直径小于调制环后端盖(408)的最小直径。

8.如权利要求7所述的一种同轴式集成磁齿轮减速装置的电机，其特征在于：所述磁齿轮前轴承(802)与磁齿轮后轴承(803)的外圈分别装卡在输出轴法兰(5)和调制环后端盖(408)的轴承座上，内圈分别装卡于转轴(6)的对应的轴肩处。

9.如权利要求8所述的一种同轴式集成磁齿轮减速装置的电机，其特征在于：磁齿轮内转子(40)与调制环转子(403)的转动方向相同，内外极对数比为2:13。

10.如权利要求9所述的一种同轴式集成磁齿轮减速装置的电机，其特征在于：所述内转子永磁体(204)采用径向充磁结构，内磁环(402)采用外向聚磁的结构，外磁环(404)采用内向聚磁型的结构。

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