CN218927867U - 一种高扭矩密度的行星减速电机及关节模组 - Google Patents

一种高扭矩密度的行星减速电机及关节模组 Download PDF

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张君晖
李学南
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Abstract

本实用新型公开了一种高扭矩密度的行星减速电机,包括壳体、设于壳体一端的输出法兰和设于壳体内的行星传动机构、电机定子、电机转子,所述行星传动机构包括若干行星轴、若干行星齿轮、若干太阳轮和行星架,所述行星传动机构还包括若干滚针轴承,每个所述滚针轴承设于对应的行星轴和对应的行星齿轮之间,使得原来的滑动摩擦变为滚动摩擦,减少磨损,增加传动效率和整体结构的寿命,还公开了一种关节模组,包括上述的高扭矩密度的行星减速电机、编码器组件和齿轮组件,进行高扭矩密度的行星减速电机的输入转速读取。

Description

一种高扭矩密度的行星减速电机及关节模组
技术领域
本实用新型属于减速电机技术领域,尤其涉及一种高扭矩密度的行星减速电机及关节模组。
背景技术
减速电机是指减速机和电机的集成体,关节模组一般由减速机、电机和编码器组成。不管是减速电机还是关节模组,其采用的减速电机可以是谐波减速机、RV减速机或行星减速机这三种中的任意一种;其中,行星减速机具有价格低,负载好的优势,且经常被应用于对精度要求不高的小型机器人关节中。
目前市面上多数行星减速机的行星齿轮多采用和行星轴直接接触传动的方式进行传动,这使得轴销和行星齿轮之间存在滑动摩擦,这会导致轴销和行星齿轮在传动过程中都会比较容易发生磨损,负载较大时磨损也会比较大,同时降低整个减速部分的传动效率。
现有的减速电机或关节模组多采用减速部分与电机部分外径相同的设计,电机和减速器均为独立部件,这样使得关节模组尺寸较大,使得机器人关节比较臃肿,并且很多情况下不能满足机器人对关节模组的空间使用要求。
且现有技术中的关节模组普遍采用两组中空磁环编码器来分别读取上述数据,其缺陷在于:由于中空磁环编码器的中部中空,所以两组中空磁环编码器只能分别设置在设备的两端,导致整体体积较大,且装配较为复杂。
实用新型内容
为了解决上述问题,本实用新型提供了一种高扭矩密度的行星减速电机及关节模组。
本实用新型的技术方案在于:
本实用新型提供了一种高扭矩密度的行星减速电机,包括壳体、设于壳体一端的输出法兰和设于壳体内的行星传动机构、电机定子、电机转子,所述行星传动机构包括若干行星轴、若干行星齿轮、若干太阳轮和行星架,所述行星传动机构还包括若干滚针轴承,每个所述滚针轴承设于对应设置的行星轴行星齿轮之间,使得原来的滑动摩擦变为滚动摩擦,减少磨损,增加传动效率和整体结构的寿命。
进一步地,所述行星传动机构还包括固定齿圈,若干滚针轴承、若干行星轴、若干行星齿轮、若干太阳轮和行星架均设于所述固定齿圈内,每个行星齿轮与所述固定齿圈相啮合,解决了现有减速电机集成度较低的问题,把减速器内齿圈和减速器外壳一体化,并同时具有固定电机转子连接的功能,使得结构更加紧凑,减小体积,提高减速电机的扭矩密度。
进一步地,所述行星轴包括输入行星轴和输出行星轴,所述行星齿轮包括输入行星齿轮和输出行星齿轮,所述太阳轮包括输入太阳轮和输出太阳轮,所述输入行星轴和输出行星轴分别设于对应的滚针轴承内,所述输入太阳轮和输出太阳轮在同一轴线上,且所述输入太阳轮和输出太阳轮在行星架的中心位置的两侧,输入行星齿轮与输入太阳轮相啮合,输出行星齿轮与输出太阳轮相啮合。
进一步地,还包括转子固定盖,所述转子固定盖设于固定齿圈内,且所述转子固定盖与电机转子相贴。
进一步地,所述输出法兰上设有第一轴承,所述转子固定盖上设有第二轴承,所述电机转子内设有第三轴承。
本实用新型还公开了一种关节模组,包括上述的高扭矩密度的行星减速电机、编码器组件和齿轮组件,所述齿轮组件设于电机转子上,所述编码器组件位于齿轮组件上方。
进一步地,还包括传动轴,所述传动轴一端位于电机转子的中心,所述传动轴的另一端与输出法兰固定连接,且所述传动轴贯穿输入太阳轮和输出太阳轮。
进一步地,所述齿轮组件包括第一齿轮和第二齿轮,所述第一齿轮穿设于传动轴上,且第一齿轮位于电机转子的中心上,所述第二齿轮设于所述第一齿轮的侧边,且第二齿轮与第一齿轮相啮合。
进一步地,所述第一齿轮上设有第一容置槽,第二齿轮内设有第二容置槽,所述第一容置槽固定于传动轴的一端。
进一步地,所述编码器组件包括第一编码器、第一磁铁、第二编码器和第二磁铁,所述第一磁铁设于第一容置槽内,所述第二磁铁设于第二容置槽内,所述第一编码器与第一磁铁相对设置,所述第二编码器与第二磁铁相对设置。
本实用新型一种高扭矩密度的行星减速电机的有益效果在于:
在行星轮和行星轴之间加装滚针轴承,使得原来的滑动摩擦变为滚动摩擦,减少磨损,增加传动效率和整体结构的寿命。
本实用新型一种关节模组的有益效果在于:
通过在电机转子上设置齿轮组件,且设置编码器组件于齿轮组件上,将编码器组件均设于同一侧,能够同时对高扭矩密度的行星减速电机的输入转速和输出转速进行实时读取,无需安装于关节模组的两端,整体体积缩小,装配也相对简单。
附图说明
图1为实施例1的分解结构示意图;
图2为实施例1和实施例2的整体结构示意图;
图3为实施例1和实施例2中行星传动机构的分解结构示意图;
图4为实施例1的正视剖面结构示意图;
图5为实施例2的分解结构示意图;
图6为实施例2的正视剖面结构示意图;
图7为实施例2中行星传动机构与齿轮组件的结构示意图;
图8为实施例1和实施例2中输出法兰的另一面结构示意图;
附图标记:1、壳体,11、壳身,12、底盖,2、行星传动机构,21、输入行星轴,22、输入行星齿轮,23、输入太阳轮,24、输出行星轴,25、输出行星齿轮,26、输出太阳轮,27、行星架,28、滚针轴承,29、固定齿圈,3输出法兰,31、第一轴承,32、孔,4、电机定子,5、电机转子,51、第三轴承,52、凸台,6、转子固定盖,61、第二轴承,7、传动轴,8、编码器组件,81、第一编码器、82、第一磁铁,83、第二编码器,84、第二磁铁,9、齿轮组件,91、第一齿轮,911、第一容置槽,92、第二齿轮,921、第二容置槽,922、第四轴承。
具体实施方式
下面将结合本实用新型的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
需要说明的是,当元件被称为“设于”、“安装于”或“固定于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“位于”或“穿入”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
需要理解的是,术语“中间”、“上”、“两端”、“之间”、“中心”、“***”、“两侧”、“内”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”、“第三”、“第四”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”、“第三”、“第四”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,“若干”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
实施例1
请参照图1和图2,本实用新型提供了一种高扭矩密度的行星减速电机,包括壳体1、设于壳体1一端的输出法兰3和设于壳体1内的行星传动机构2、电机定子4、电机转子5,壳体1包括壳身11和底盖12,输出法兰3和底盖12分别位于壳身11的两端,行星传动机构2、电机定子4和电机转子5位于壳身11内,且电机定子4位于电机转子5内,行星传动机构2位于电机定子4内,行星减速电机通电后,电机定子4通电后产生感应电动势,充当旋转磁场,且产生电磁转矩进行能量转换,电机转子5高速转动带动行星传动机构2转动,通过行星传动机构2减速后,输出法兰3进行动力输出。
参照图3,所述行星传动机构2包括若干行星轴、若干行星齿轮、若干太阳轮和行星架27,行星齿轮与太阳轮相互啮合;
具体地,所述行星轴包括三个输入行星轴21和三个输出行星轴24,所述行星齿轮包括三个输入行星齿轮22和三个输出行星齿轮25,所述太阳轮包括一个输入太阳轮23和一个输出太阳轮26,所述输入行星轴21和输出行星轴24分别设于对应的滚针轴承28内,输入行星齿轮21与输入太阳轮23相互啮合,输出行星齿轮24与输出太阳轮26相互啮合;所述输入太阳轮23和输出太阳轮26在同一轴线上,且所述输入太阳轮23和输出太阳轮26在行星架27的中心位置的两侧,具体地,输入太阳轮23固定于电机转子5的凸台52中心内,输出太阳轮26的一端***行星架27的中心内;参照图8,输出法兰3的一面有三个夹角为120°的孔32,分别与三个输出行星轴24配合;
为了解决目前市面上多数行星减速机的行星齿轮多采用和行星轴直接接触传动的方式进行传动,这使得轴销和行星齿轮之间为滑动摩擦,这会导致轴销和行星齿轮在传动过程中会比较容易发生磨损,负载较大时磨损也会比较大的问题。
参照图3,所述行星传动机构2还包括六个滚针轴承28,每个所述滚针轴承设于对应设置的行星轴和行星齿轮之间;即每个输入行星轴21和每个输入行星齿轮22之间设有一个滚针轴承28,每个输出行星轴24和每个输出行星齿轮25之间也设有一个滚针轴承28;实际上,行星轴、滚针轴承和行星齿轮之间安装关系可以是:先将行星轴设于滚针轴承的圆心内,再将滚针轴承设于行星齿轮的圆心内,三个部件同心设置;对应地滚针轴承28设有六个,使得原来的滑动摩擦变为滚动摩擦,减少磨损,增加传动效率和整体结构的寿命;且输入行星轴21、输入行星齿轮22和滚针轴承28与输出行星轴24、输出行星齿轮25和滚针轴承28分别位于行星架27的两侧;
另外,还发现现有的减速电机内减速器内齿圈和减速器外壳是分开设计的,导致集成度较低。
所述行星传动机构3还包括固定齿圈29,六个滚针轴承28、六个行星轴、六个行星齿轮、两个太阳轮和行星架27均设于所述固定齿圈29内,每个行星齿轮与所述固定齿圈29相啮合,把减速器内齿圈和减速器外壳一体化,即为固定齿圈29,并同时具有固定电机转子5连接的功能,使得结构更加紧凑,减小体积,提高减速电机的扭矩密度。
本实用新型提供了一种高扭矩密度的行星减速电机,还包括转子固定盖6,所述转子固定盖6设于固定齿圈29内,且所述转子固定盖6与电机转子5相贴,行星传动机构2位于输出法兰3和转子固定盖6之间,输入太阳轮23穿设于转子固定盖6和电机转子5的中心。
为了输出法兰3、转子固定盖6和电机转子5更顺畅的转动,所述输出法兰3上设有第一轴承31,所述转子固定盖6上设有第二轴承61,所述电机转子5内设有第三轴承51,第一轴承31、第二轴承61和第三轴承51可以是深沟球轴承或角接触球轴承。
本实用新型一种高扭矩密度的行星减速电机的工作原理:减速电机通电,动力从电机转子5传导到输入太阳轮23上,进而把动力输入行星传动机构2;输入太阳轮23啮合传动动输入行星齿轮22转动,输入行星齿轮22进行自转,同时输入行星齿轮22绕输入太阳轮23公转,也带动输入行星轴21围绕输入太阳轮23公转;输入行星轴21带动行星架27转动,输出太阳轮26随着行星架27的转动而转动;输出太阳轮26啮合传动输出行星齿轮25转动,输出行星齿轮25自转的同时外绕输出太阳轮26公转,也带动输出行星轴24围绕输出太阳轮26公转,且输出行星轴24带动输出法兰3转动。
实施例2
参照图2、图5和图6,本实用新型还公开了一种关节模组,包括实施例1的高扭矩密度的行星减速电机、编码器组件8和齿轮组件9,所述齿轮组件9设于电机转子5上,所述编码器组件8位于齿轮组件9上方,因为关节模组需要精确控制,所以需要对减速电机的输入转速和输出转速进行实时读取。
还包括传动轴7,所述传动轴7一端位于电机转子5的中心,所述传动轴7的另一端与输出法兰3固定连接,且所述传动轴7贯穿输入太阳轮23和输出太阳轮26。
参照图7,所述齿轮组件9包括第一齿轮91和第二齿轮92,所述第一齿轮91穿设于传动轴7上,且第一齿轮91位于电机转子5的中心上,所述第二齿轮92设于所述第一齿轮91的侧边,且第二齿轮92与第一齿轮91相啮合,将电机转子5的输入转速由第一齿轮91啮合传动至第二齿轮92上。
所述第一齿轮91上设有第一容置槽911,第二齿轮92内设有第二容置槽921,所述第一容置槽911固定于传动轴7的一端。
所述编码器组件8包括第一编码器81、第一磁铁82、第二编码器83和第二磁铁84,所述第一磁铁82设于第一容置槽911内,所述第二磁铁84设于第二容置槽921内,所述第一编码器81与第一磁铁82相对设置,所述第二编码器83与第二磁铁84相对设置。
参照图6,传动轴7的两端分别与第一容置槽911和输出法兰3固定,传动轴7的直径小于输入太阳轮23和输出太阳轮26圆心的直径,传动轴7的作用是传递输出法兰3的转速,利用第一编码器81和第一磁铁82进行输出转速的读取;
采用霍尔原理,当第一磁铁82或第二磁铁84转动一圈,对应的第一编码器81或第二编码器83就输出一个脉冲,与频率计结合,测出第一磁铁82或第二磁铁84的转速,对应地是输出法兰3的输出转速和电机转子5的输入转速。
进一步地,在第二容置槽921套设第四轴承922,可以减轻第二容置槽921与壳身11的摩擦,使第二容置槽921旋转更顺畅,减少能源消耗;
且第一编码器81和第二编码器83均设于一电路板上,电路板上有芯片,芯片进行信号转换,并输出已测得的输出法兰3的输出转速和电机转子5的输入转速。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的一种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本实用新型的保护范围。因此,本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种高扭矩密度的行星减速电机,包括壳体(1)、设于壳体(1)一端的输出法兰(3)和设于壳体(1)内的行星传动机构(2)、电机定子(4)、电机转子(5),所述行星传动机构(2)包括若干行星轴、若干行星齿轮、若干太阳轮和行星架(27),其特征在于,所述行星传动机构(2)还包括若干滚针轴承(28),每个所述滚针轴承(28)设于对应设置的行星轴和行星齿轮之间。
2.根据权利要求1所述的高扭矩密度的行星减速电机,其特征在于,所述行星传动机构(2)还包括固定齿圈(29),若干滚针轴承(28)、若干行星轴、若干行星齿轮、若干太阳轮和行星架(27)均设于所述固定齿圈(29)内,每个行星齿轮分别与所述固定齿圈(29)相啮合。
3.根据权利要求2所述的高扭矩密度的行星减速电机,其特征在于,所述行星轴包括输入行星轴(21)和输出行星轴(24),所述行星齿轮包括输入行星齿轮(22)和输出行星齿轮(25),所述太阳轮包括输入太阳轮(23)和输出太阳轮(26),所述输入行星轴(21)和输出行星轴(24)分别设于对应的滚针轴承(28)内,所述输入太阳轮(23)和输出太阳轮(26)在同一轴线上,且所述输入太阳轮(23)和输出太阳轮(26)在行星架(27)的中心位置的两侧,输入行星齿轮(22)与输入太阳轮(23)相啮合,输出行星齿轮(25)与输出太阳轮(26)相啮合。
4.根据权利要求3所述的高扭矩密度的行星减速电机,其特征在于,还包括转子固定盖(6),所述转子固定盖(6)设于固定齿圈(29)内,且所述转子固定盖(6)与电机转子(5)相贴。
5.根据权利要求4所述的高扭矩密度的行星减速电机,其特征在于,所述输出法兰(3)上设有第一轴承(31),所述转子固定盖(6)上设有第二轴承(61),所述电机转子(5)内设有第三轴承(51)。
6.一种关节模组,其特征在于,包括如权利要求1-5任一项所述的高扭矩密度的行星减速电机,还包括编码器组件(8)和齿轮组件(9),所述齿轮组件(9)设于电机转子(5)上,所述编码器组件(8)位于齿轮组件(9)上方。
7.根据权利要求6所述的关节模组,其特征在于,还包括传动轴(7),所述传动轴(7)一端位于电机转子(5)的中心,所述传动轴(7)的另一端与输出法兰(3)固定连接,且所述传动轴(7)贯穿输入太阳轮(23)和输出太阳轮(26)。
8.根据权利要求7所述的关节模组,其特征在于,所述齿轮组件(9)包括第一齿轮(91)和第二齿轮(92),所述第一齿轮(91)穿设于传动轴(7)上,且第一齿轮(91)位于电机转子(5)的中心上,所述第二齿轮(92)设于所述第一齿轮(91)的侧边,且第二齿轮(92)与第一齿轮(91)相啮合。
9.根据权利要求8所述的关节模组,其特征在于,所述第一齿轮(91)上设有第一容置槽(911),所述第二齿轮(92)内设有第二容置槽(921),所述第一容置槽(911)固定于传动轴(7)的一端。
10.根据权利要求9所述的关节模组,其特征在于,所述编码器组件(8)包括第一编码器(81)、第一磁铁(82)、第二编码器(83)和第二磁铁(84),所述第一磁铁(82)设于第一容置槽(911)上,所述第二磁铁(84)设于第二齿轮(92)上,所述第一编码器(81)与第一磁铁(82)相对设置,所述第二编码器(83)与第二磁铁(84)相对设置。
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