马达减速机的制作方法

本发明涉及马达与齿轮减速机构的组合技术，特别有关一种马达减速机。

背景技术：

出力轴马达减速机是一种结合电动马达和齿轮减速机构而成的一体式电力驱动装置。对于具有减速驱动力需求的工具或器械而言，马达减速机能提供低转速、高扭矩的动力输出，以达省力或提升驱动力的功效。

例如对于安装有马达减速机作为助动器的自行车而言，马达减速机所能提供的低转速、高扭矩的动力输出，能让骑乘者在遭遇向上倾斜的斜坡地形时，大幅地减轻踩踏时的体力消耗。

进一步的，可由美国专利公告第6196347、6296072、6629574号等专利文献中，了解到应用马达减速机于自行车上充当助动器的相关技术。

由于，现有马达减速机中组配齿轮减速机构的方式，通常是在马达心轴上配置一小齿轮去啮合驱动一大齿轮或齿轮串而得减速输出，或在马达心轴上组配一蜗杆去啮合驱动一蜗轮而得减速输出，也或像上述美国公告第6196347、6296072、6629574号专利教示在马达心轴的一侧同轴配置一行星齿轮系而得减速输出；其中，美国公告第6196347号专利揭示出具有单阶减速输出的马达减速机配置技术，美国公告第6296072、6629574号专利则教示具有两阶减速输出的马达减速机配置技术。然而，这些传统的马达减速机的整体体积都过于庞大，尤其是在马达心轴的轴向长度部分，明显过于占用空间，若是要安装在自行车上，并不合适。

进一步的，为了缩减马达减速机的整体体积，坊间已见公开一种扁平式马达减速机(planetarygeartrainpancakemotor，请参见http://www.haydonkerk.com/linearactuatorproducts/steppermotorlinearactuators/rotarysteppermotors/pancakerotarymotors/planetarypancakemotors/tabid/107/default.aspx#ballbearing)，其教示应用一中空型马达的转子组接一太阳齿轮，再将行星齿轮系的其他构件整合至中空型马达的中心部位而制成仅有单一阶减速比输出的扁平式马达减速机。其中，由于其行星齿轮系中的内环齿轮(或称环形内齿轮或环齿轮，也即位居行星齿轮的外围并且相啮传动行星齿轮者)是配置于马达转子的内侧并且固定于马达的外壳，此种结构配置，只是将传统行星齿轮系简易的组合至中空型马达的内部而已，虽然能缩减马达心轴的轴向长度，但是，对于马达减速机的整体体积而言，只是将马达心轴的轴向长度转移成马达心轴周围的径向宽度而已，对其整体配置空间暨体积的绝对值并未减少，甚至还有徒增零件数量及成本的问题，而且该技术只能实施一阶减速，均为其缺憾所在。

此外，美国公告第6296072、6629574号专利中，有教示应用两个行星齿轮分别和两个太阳轮相啮传动，以产生两阶减速比的传动输出，但是，对于缩减马达减速机的整体体积，并未产生技术上的教示作用。

另外，须更进一步说明的是，通常知识者倘若根据上述扁平式马达减速机所提供的技术启示，将中空型马达内仅实施一阶减速的行星齿轮系，替换成美国公告第6296072、6629574号专利所教示可实施两阶减速比的行星齿轮系，如此情况下，仍然存在马达转子如何驱动行星齿轮系或其环齿轮运转、以及如何有效缩减具有两阶减速功能的行星齿轮系的配置空间等多项技术课题尚待克服，因此上述现有技术的组合明显存在技术上的困难，而非简易置换或转用可得而知。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的旨在提供一种马达减速机，用以改善传统具有一阶及两阶减速输出的马达减速机，其整体配置空间暨体积难以有效缩减的问题。

为了实现上述目的并解决问题，本发明提供第一种马达减速机的较佳实施例，包括：一机壳；一中空型马达，配置于该机壳内，该马达具有一内层的环形转子，该转子提供一中空的环形孔，该环形孔的中心容置一枢接于机壳上的出力轴，该转子的外围配置有多个用于驱动转子自转的驱动元件；一行星齿轮系，配置于该转子的环形孔内并且环绕于出力轴的外围，该行星齿轮系包含：一太阳齿轮组，具有同轴心串列的一第一太阳齿轮与一第二太阳齿轮，该第一太阳齿轮固定于机壳内，该第二太阳齿轮固定于该出力轴上；多个行星齿轮组，分别等间隔配置于该太阳齿轮组的外围，该行星齿轮组分别具有同轴心枢接并且串列的一第一行星齿轮及一第二行星齿轮，该第一行星齿轮相啮第一太阳，该第二行星齿轮相啮第二太阳齿轮；及一环状内齿面，形成于该转子的内壁；其中，该转子经由内齿面相啮传动所述多个第一行星齿轮，驱使所述多个第一行星齿轮与第二行星齿轮同步自转并绕行太阳齿轮组公转而生成第一阶减速输出，所述多个第二行星齿轮并相啮传动固定于出力轴上的第二太阳齿轮，驱使该出力轴生成第二阶减速输出。

上述第一种实施例中，更进一步的，还包括：

该第一太阳齿轮与第二太阳齿轮的齿数不同。

该第一行星齿轮与第二行星齿轮的模数不同。

所述多个驱动元件包括一固定于转子外壁上的磁铁，以及一配置于所述磁铁外围并且固定于机壳内的定子。

所述多个行星齿轮组的双侧分别配置一行星齿轮盘，该行星齿轮盘约束所述多个行星齿轮组中的各第一行星齿轮与各第二行星齿轮同步绕行太阳齿轮组公转。

所述多个行星齿轮组中的第一行星齿轮与第二行星齿轮同轴枢接于一行星齿轮轴上，所述两个行星齿轮盘的盘面提供所述多支行星齿轮轴的双端等间隔固定。

依本发明上述第一种实施例，其技术上的创意暨效果在于：将马达的转子改作成具有环状的内齿面，以取代传统行星齿轮系中所不可或缺的环齿轮(或称内齿轮)，用以减少零件数量，并有效缩减马达减速机的整体配置空间暨体积。此外，太阳齿轮组与行星齿轮组中具有两阶减速输出的相关齿轮的相对配置特征，不但可在有效空间内大幅增加减速比之外，而且也能进一步简化机构，进而缩减马达减速机的整体配置空间暨体积，使马达减速机小型化及精致化，以利于提供具有减速驱动力需求的小型化工具或器械安装使用。

本发明还包括提供第二种较佳实施例，其技术手段与上述第一种实施例之间的差异在于：马达转子内壁不形成内齿面传递动力至所述多个第一行星齿轮，而是变更成凭借两个固定于转子双侧的行星齿轮盘，凭借其一方面能约束所述多个行星齿轮组分别等间隔配置于该太阳齿轮组的外围，另一方面能令该转子经由两个行星齿轮盘传动动力至所述多个行星齿轮组，如此配置，可得单阶减速输出的效用。

上述第二种实施例中，更进一步的，还包括该转子的双侧壁面与所述两个行星齿轮盘的端边之间分别交互形成多个齿状部相互嵌接而固定。除此之外，上述第二种实施例的技术特征大致与第一种实施例相雷同。

依本发明上述第二种实施例，其技术上的创意暨效果在于：将马达的转子与行星齿轮系中既有的行星齿轮盘固定成一体，以取代传统行星齿轮系中所不可或缺的环齿轮(或称内齿轮)，并将行星齿轮组包裹其中，如此配置，也可减少零件数量，并有效缩减马达减速机的整体配置空间暨体积。此外，有关单阶减速输出的相关齿轮的配置特征所能产生增加减速比、简化机构、缩减配置空间暨体积等效益，与第一种实施例所述相同，不再赘述。

再者，合适安装本发明上述第一种及第二种实施例所提供的马达减速机的小型化工具或器械可以是自行车，也即利用该马达减速机来充当自行车上的助动器使用；为此，上述出力轴即为自行车车架的五通管内所枢置的曲柄轴，该机壳固定于该五通管的一侧。但必须声明的是，本发明的应用场合并不因此而受限。

此外，有关本发明可供据以实施的相关技术细节，将在后续的具体实施方式及图式中加以阐述。

附图说明

图1是本发明第一种实施例的立体分解图。

图2是图1组立后的正视图。

图3是图2中a-a断面的剖示图。

图4是图3中b-b断面的剖示图。

图5是本发明第二种实施例的立体局部分解图。

图6是本发明第二种实施例的剖示图。

图7是本发明第三种实施例的剖示图。

附图标记说明：10机壳；11、12壳盖；11a肋环；13容置室；14、14a轴孔；20马达；21、210转子；211、361齿状部；22环形孔；23出力轴(曲柄轴)；23a出力轴；24环形磁铁；24a、24b固定环；25定子；30行星齿轮系；31太阳齿轮组；32第一太阳齿轮；33、33a第二太阳齿轮；34行星齿轮组；34a第一行星齿轮；34b第二行星齿轮；34c行星齿轮轴；35内齿面；36、360行星齿轮盘；36a轴孔；36b穿孔；36c滚珠；37套筒；38螺丝；39螺套；40五通管；50曲柄；50a栓槽；51踏板。

具体实施方式

首先，将举例以自行车作为本发明所提供的马达减速机的安装的场合。为此，请合并参阅图1至图4，揭示本发明第一种较佳实施例的配置细节，说明本发明所提供的马达减速机可被安装于自行车车架所连接的五通管(bottombracketshells)40，该马达减速机包括有一机壳10、一马达20及一行星齿轮系30。

由图1及图3可见悉该机壳10是由两个盘状壳盖11、12相对螺组拼合而成，使机壳10内部形成一容置室13。将该马达20、行星齿轮系30配置于容置室13时，该机壳10可提供绝佳的组装固定作用，而且该机壳10可被安装固定于该五通管40的一侧。

上述马达20为一中空型马达，为马达减速机的动力源。马达20的组成包括有一内层的环形转子21，该转子21具有一中空的环形孔22，该环形孔22的中心容置一枢接于机壳10上的出力轴23，该机壳10的两个盘状壳盖11、12的中心分别形成一轴孔14，提供出力轴23的双端穿伸至外界，该出力轴23可输出既定减速比的动力经由齿盘及链条而传递至车轮。进一步的说，该出力轴23实施于自行车上时即是五通管40内所枢置的曲柄轴，使得该曲柄轴23穿伸至轴孔14外界的双端分别固接有一曲柄50，并通过曲柄50枢接有一提供骑乘者踩踏的踏板51。

此外，上述马达20的组成还包括于该转子21的外围配置有多个驱动元件，所述多个驱动元件包括有配置于转子21外壁上的一环形磁铁24，以及一配置于磁铁24外围并且固定于机壳内的环形定子25；其中，该磁铁24可由双侧的环形固定环24a、24b包覆，进而固置于转子21与定子25之间。依安培定律可知，上述马达驱动元件中的定子25可经通电并受磁铁24的磁场作用而进一步的驱动转子21产生自转运动，以生成马达20的动力源。

由图1及图3中还可见悉上述行星齿轮系30的配置细节，包括整个行星齿轮系30是配置于转子21的环形孔22内并且环绕于出力轴23的外围。具体的说，行星齿轮系30包含有一太阳齿轮组31、多个行星齿轮组34及一环状内齿面35。

上述太阳齿轮组31具有一第一太阳齿轮32与一第二太阳齿轮33。其中，该第二太阳齿轮33是固定于出力轴23上；实施上，固接于出力轴23的双端的曲柄50上分别形成有栓槽50a，所述栓槽50a提供第二太阳齿轮33固定于曲柄50上，使第二太阳齿轮33、曲柄50与出力轴23成为一体，因此，当第二太阳齿轮33转动时会经由曲柄50同步带动出力轴23转动，该第一太阳齿轮32是固定于机壳10内；实施上，机壳10的一侧壳盖11内邻近出力轴23穿套位置，施予和出力轴23同心圆的方式延制形成有一肋环11a，第一太阳齿轮32是以紧密配合方式装配于肋环11a上，进而固定于机壳10内。依此实施，能使第一太阳齿轮32与第二太阳齿轮33呈现同轴心串列配置；所述同轴心串列，意指第一太阳齿轮32与第二太阳齿轮33是以串列方式配置在同一轴心线上，且固定在出力轴23的第二太阳齿轮33是活动的，而固定在机壳10内的第一太阳齿轮32是固定不动的，进一步的说，固定不动的第一太阳齿轮32仅是凭借其环周齿面来导持第二行星齿轮(容后详述)。

上述的多个行星齿轮组34实施上可为6组，并且分别以等间隔方式配置于该太阳齿轮组31的外围；所述等间隔方式，实施上是利用两个行星齿轮盘36，而于所述多个行星齿轮组的双侧分别配置一行星齿轮盘36，凭借所述的两个行星齿轮盘36来约束所述多个行星齿轮组34以等圆周的相同弧距的方式间隔配置于太阳齿轮组31的外围。

上述每一行星齿轮组34都包含一第一行星齿轮34a及一第二行星齿轮34b，且第一行星齿轮34a及第二行星齿轮34b是利用一行星齿轮轴34c串列成一体；进一步的说，行星齿轮轴34c上配置有轴承或轴套，以便采用同轴心的枢接方式串列第一行星齿轮34a及第二行星齿轮34b而成一体，且所述两个行星齿轮盘36的盘面上等间隔的开设有相等于行星齿轮组34数量的轴孔36a，用以提供所述行星齿轮轴34c的双端等间隔固定在轴孔36a内而成一体。

此外，请配合图1及图4，说明所述两个行星齿轮盘36的盘面上还等间隔的开设有多个穿孔36b，两个行星齿轮盘36之中每一两两相对应的穿孔36b之间还配置有套筒37，以便于在各一侧盘面的穿孔36b中穿组一螺丝38植入套筒37中，并于另一侧盘面的穿孔36b中穿组一螺套39植入套筒37中，使螺丝38及螺套39相对螺合，进而凭借套筒37之间隔，而使两个行星齿轮盘36能将行星齿轮系30中的各个行星齿轮组34配置定位成一体；此外，两个行星齿轮盘36与机壳10的两个盘状壳盖11、12的内壁之间还配置有充当轴承用的滚珠36c，使得两个行星齿轮盘36能够在机壳10内灵活地自转；依此，两个行星齿轮盘36便能约束所述多个行星齿轮组34中的各第一行星齿轮34a与各第二行星齿轮34b同步绕行太阳齿轮组31公转。

更进一步的，如图2所示，该第一行星齿轮34a与第一太阳齿轮32相啮触，且第二行星齿轮34b并与第二太阳齿轮33相啮触，使得第一行星齿轮34a与第二行星齿轮34b能够在行星齿轮轴34c上同步地自由转动(即同步自转)，进而同步地绕行太阳齿轮组31公转；除此之外，该第一行星齿轮34a与第二行星齿轮34b也可一体形成串列形式，而枢接于行星齿轮轴34c上同步自转并绕行太阳齿轮组31公转。

上述的环状内齿面35是形成于环形转子21的内壁，使得转子21能经由内齿面35而与上述多个第一行星齿轮34a相啮触；其中，必须说明的是，内齿面35并没有和第二行星齿轮34b相啮触。依此设计，能整合转子21转变成为行星齿轮系30中的环齿轮(或称内齿轮)；换言之，本发明乃是将转子21与行星齿轮系30中所必要的环齿轮(或称内齿轮)构件整合成一体，以省略了行星齿轮系30中必要的环齿轮(或称内齿轮)构件，使得马达减速机的出力轴23周围的空间能够有效的得到缩减。

此外，本发明可进一步的将第一太阳齿轮32与第二太阳齿轮33配置上不同的齿数；换句话说，第一太阳齿轮32具有a齿数，第二太阳齿轮33具有b齿数，且a齿数≠b齿数。再者，本发明还可以更进一步的将上述同步转动(包含自转及绕行太阳齿轮组31公转)的第一行星齿轮34a与第二行星齿轮34b配置上不同的模数；换句话说，第一行星齿轮34a具有x模数，第二行星齿轮34b具有y模数，且x模数≠y模数。

根据上述配置细节，以便于当马达20的所述驱动元件驱动转子21自转时，该作为环齿轮使用的转子21的动力能经由内齿面35相啮传动所述具有x模数的多个第一行星齿轮34a，续经多个第一行星齿轮34a相啮于所述具有a齿数的第一太阳齿轮32；由于第一太阳齿轮32是固定不动的，因此第一太阳齿轮32仅是凭借其环周齿面，来导持多个第一行星齿轮34a自转及绕行于第一太阳齿轮32的外围产生公转。在此过程中，第一行星齿轮34a产生的公转即为第一阶减速比输出。该第一阶减速比为：

由于第一行星齿轮34a与第二行星齿轮34b是同轴一体串列配置，因此当第一行星齿轮34a被转子21驱动而绕行第一太阳齿轮32自转及公转时，第二行星齿轮34b是能和第一行星齿轮34a同步转动(包含自转及绕行太阳齿轮组31公转)。因此，上述转子21的第一阶减速比输出(以下简称减速输出)，便能经由第一太阳齿轮32的导持而回传至第一行星齿轮34a，再经由能和第一行星齿轮34a同步转动的第二行星齿轮34b之间接传递，终而将该第一阶减速比输出传递至第二太阳齿轮33。在传递第一阶减速输出的过程中，凭借具有x模数的多个第一行星齿轮34a啮触具有a齿数的第一太阳齿轮32，并且凭借具有y模数的多个第二行星齿轮34b啮触传动具有b齿数的第二太阳齿轮33；其中，由于第一太阳齿轮32已被固定于机壳10内而不会转动，因此当第一行星齿轮34a经由转子21的带动及受到第一太阳齿轮32的约束，该第一行星齿轮34a会产生自转及公转，并带动第二行星齿轮34b跟着自转及公转，又因第一太阳齿轮32及第二太阳齿轮33有齿数差的关系，所以经由第二行星齿轮34b相啮传动固定于出力轴23上的第二太阳齿轮33，驱使出力轴23能生成第二阶减速输出，以供应有降低转速需求的自行车使用。其中：

该第二阶减速比为：

本发明还能依下式取得最终减速比的输出。该最终减速比为：

另一方面，请合并参阅图5及图6所示，揭示本发明所提供的第二种较佳实施例的配置细节，其结构配置与上述第一种实施例之间的差异在于：马达转子210的内壁不形成内齿面，但转子210的双侧壁面分别形成有呈环状围绕的齿状部211，且所述两个行星齿轮盘360的对应端边上也形成有呈环状围绕的齿状部361，使得两个行星齿轮盘360的齿状部361能与转子210的双侧壁面的齿状部211相互嵌接，以便于将两个行星齿轮盘360固定结合在转子210的双侧成一体，除此之外，第二种实施例的配置方式大至与第一种实施例相雷同。其中，利用所述齿状部211、361相互嵌接仅是本发明的一个较不占据空间的配置实施例而已，其它还包括以螺组或栓接等方式，同样地能使两个行星齿轮盘360固定结合在转子210的双侧成一体，此等技术，都属本发明已思及的应用范畴，并予陈明。

根据上述第二种实施例的配置细节，当转子210转动时两个行星齿轮盘360也跟随转动，因此转子210的动力能经由两个行星齿轮盘360传递至所述多个行星齿轮组34，以得到复合式单阶的减速输出至该出力轴23；其中，当第一行星齿轮34a经由转子210带动两个行星齿轮盘360，又因受到第一太阳齿轮32的约束，该第一行星齿轮34a会产生自转及公转，并带动第二行星齿轮34b跟着自转及公转，又因第一太阳齿轮32及第二太阳齿轮33有齿数差的关系，所以经由第二行星齿轮34b相啮传动固定于出力轴23上的第二太阳齿轮33，驱使出力轴23能生成单阶减速输出，进而经由齿盘及链条而传递至车轮。此种设计所能产生的减速效果，乃是基于两组太阳齿轮之间存在齿数差的设计，能比传统行星齿轮组得到更高的减速比。其中，该单阶减速比为：

综上所述，应不难了解本发明所述的多阶减速输出，包含有马达转子转动后所进行的第一阶及第二阶或仅具单阶的减速比输出，是具体可行的；其中，将转子动力依序传递至行星齿轮系、太阳齿轮组乃至于出力轴所实施的结构配置，不但可以在有效空间内大幅增加减速比之外，而且也能对机构的简化作出贡献，使得马达减速机的整体配置空间暨体积更为精简，以符合自行车及其他具有减速驱动力需求的小型化工具或器械安装使用。

请接续参阅图7，揭示本发明的第三款实施例的配置细节，其与上述第一、第二种实施例不同之处，在于，上述马达减速机的出力轴23a可以不当作是自行车五通管内的曲柄轴，因此出力轴23a不固接自行车的曲柄。换言之，该出力轴23a穿伸至轴孔14a外界的一端或双端，作为马达减速机的动力输出端，提供例如是机械手臂、人体辅具、电动工具等有减速动力需求的小型化工具或器械衔接使用。此外，上述以栓槽相互固接的出力轴23a和第二太阳齿轮33a，在本实施中，系举例其二者也可被一体形成而减少零件数量，除此之外，都与上述第一、第二种实施例大致相同。

然而，以上实施例仅为表达了本发明的较佳具体实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。