一种高输出转矩密度的旋转运动模块的制作方法

[0001]
本实用新型属于传动技术领域，具体涉及一种旋转运动模块。


背景技术：

[0002]
随着技术的发展，在某些应用领域，例如机器人、云台、无人机、交通工具等等，对旋转运动模块的输出能力，尤其是输出转矩密度提出了越来越高的要求。但现有的旋转运动模块的输出转矩密度低，体积和质量大，运动性能不理想，降低了产品的性能，有时也会存在一定的安全隐患。
[0003]
本实用新型公开了一种高输出转矩密度的旋转运动模块。这里的输出转矩密度指的是输出转矩/整机的质量或者体积。
[0004]
现有的高输出转矩的旋转运动模块技术方案主要有两种处理办法，第一种方案是通过电机、联轴器、外置减速器的配合，电机输出轴和减速器输入轴之间采用联轴器实现连接，这种方案电机、联轴器、减速器三者之间轴向尺寸上没有重合，轴向尺寸上有一个联轴器长度尺寸，因此轴向尺寸较大。第二种方案是常规减速电机，电机输出轴上有齿轮，此时电机输出轴就是减速器输入轴。电机和减速器之间虽然没有了联轴器，但是这种方案电机和减速器两者之间轴向尺寸上没有重合，电机和减速器结构件没有集成，轴向尺寸依然较大。在对尺寸和空间要求特别紧凑的场合适用性不高。
[0005]
常规行星齿轮减速器输出轴支承使用的是一对相同规格的角接触球轴承或者角接触滚子轴承，通过一对轴承来实现承受径向载荷和双向轴向载荷。末级齿轮往往不在一对轴承中间，齿轮旋转精度较低。另外靠近输出端的轴承受力情况更恶劣，一对轴承的寿命往往差别很大，为了能够承受较大的载荷，往往会使轴承直径和宽度较大，增大了减速器的尺寸。
[0006]
常规电机同时配有刹车、编码器和散热风扇的产品较少，可扩展能力较差。常规减速器输出轴直径相对于减速器外直径较小，一般通过键来实现轴毂连接。当驱动的传动件直径较大时会显得很不协调(即出现小轴连接大轮毂)。
[0007]
因此，研发一种可以解决上述问题的旋转运动模块具有重要意义。


技术实现要素：

[0008]
针对上述问题，本实用新型提供了一种高输出转矩密度的旋转运动模块，所述旋转运动模块包括两级减速器总成、电机总成、壳体；
[0009]
所述减速器总成中高速级减速器，与所述电机总成中外转子铁芯在轴向尺寸上完成重合(高速级减速器嵌套于外转子铁芯内部)；
[0010]
进一步地，减速器总成近输出端配置有双轴向载荷和径向载荷承载能力的高承载力轴承，远输出端配置径向轴承；
[0011]
进一步地，所述两级减速器中，低速级减速器中配置模数、尺寸较大的齿轮，高速级行星减速器中配置模数、尺寸较小的齿轮；
[0012]
所述电机总成由电机定子部分、电机转子部分组成。所述电机转子与所述减速器总成的高速级输入轴相连；
[0013]
进一步地，所述电机转子中设计有风扇扇叶，并且在旋转运动模块外壳体上设计有进气槽，当转子转动时，形成内外空气对流；
[0014]
所述减速器总成的高速级输入轴和所述壳体尾部留有机械接口，可根据需求集成刹车、编码器等。
[0015]
在本专利中，旋转运动模块设计了两级减速器。其中高速级减速器与外转子铁芯轴向尺寸上完全重合。旋转运动模块轴向尺寸仅仅是低速级减速器高度和电机铁芯高度，节省了高速级减速器的高度，极大程度上优化了轴向尺寸。低速级齿轮载荷较大，为保证承载能力使用较大模数的齿轮，低速级内齿圈外径较大(与旋转运动模块外壳内径相当)，能够同时保证减速比和输出能力。高速级齿轮载荷较小，可以使用较小模数的齿轮，利用铁芯内部空间可以实现一定的减速比。通过高速级和低速级减速比的匹配，在有限的轴向空间内将输出能力最大化。
[0016]
此外，本实用新型输出级根据受力情况进行合理配置轴承和传动件。近输出端配置高承载能力，能够同时承受双向轴向载荷和径向载荷的轴承。远输出端配置径向轴承。输出轴使用两个轴承来承受载荷，提高其承载能力。传动件布置在两个轴承之间，传动件布置从外伸梁改为两端简支梁，改善其运动和受力情况。
[0017]
旋转运动模块尾部的转子中集成了风扇扇叶设计，并在外壳中合理配置进气槽，壳体底部设计过滤网罩。一方面形成内外空气对流，优化散热，另一方面在保证工作环境洁净的情况下减轻了转子和壳体的质量，进一步提升输出转矩密度。
附图说明
[0018]
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]
图1是本实用新型正面的整体外观图；
[0020]
图2是本实用新型的整体剖视图；
[0021]
图3是本实用新型的整体爆炸图；
[0022]
图4是本实用新型的减速器爆炸图；
[0023]
图5是本实用新型的转子风扇外观图；
[0024]
图6是本实用新型背面的整体外观图；
[0025]
其中，1-电机总成；2-减速器总成；3-电机外壳；11-电机定子及绕组；12-电机转子组件；13-转子轴承；14-转子扇叶；21-高速级减速器；22-低速级减速器；23-轴承端盖；24-轴承座；25-尾轴承座；26-支座；211-高速级齿圈；212-高速级行星齿；213-高速级太阳齿；214-高速级下行星架；215-高速级下行星架；221-低速级齿圈；222-低速级行星齿；223-低速级太阳齿；224-低速级下行星架；225-低速级上行星架。
具体实施方式
[0026]
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0027]
本实用新型提供了一个高输出转矩密度的旋转运动模块，如图1-5所示，所述旋转运动模块包括电机总成1，减速器总成2，电机外壳3；
[0028]
其中，所述电机总成1设有电机定子及绕组11、电机转子12、转子轴承13、转子扇叶14；
[0029]
其中，所述减速器总成2设有高速级减速器21、低速级减速器22、轴承端盖23、轴承座24、尾轴承座25、支座26；其中，所述高速级减速器21包括：高速级齿圈211、三个高速级行星轮212、高速级太阳轮213、高速级下行星架214及高速级上行星架215；其中，所述低速级减速器22包括：低速级齿圈221、低速级行星轮222、低速级太阳轮223、低速级下行星架224及低速级上行星架225；
[0030]
其中，所述电机外壳3还包括进气槽31、内凸环32；
[0031]
下面结合附图描述各部件的内部特征和内部位置关系：
[0032]
所述电机外壳3为扁圆柱单开口薄壁结构；所述进气槽31位于电机外壳3的环边上，为均匀环布槽孔状；所述内凸环32位于电机外壳3的底部中心，为凸起圆环状；
[0033]
所述电机总成1上的电机定子及绕组11为圆环状；所述电机转子12为单开口空心圆柱状，其底部有凸台，凸台环边设计有若干转子扇叶14，背面有转子轴承13安装的轴承孔；所述电机转子12与电机定子及绕组11同轴安装；
[0034]
所述减速器总成2整体为阶梯圆柱；包含两级减速结构：高速级减速器21，低速级减速器22；
[0035]
所述高速级减速器21置于低速级减速器22下；
[0036]
所述高速级齿圈211、三个高速级行星轮212、高速级太阳轮213、高速级下行星架214及高速级上行星架215构成高速级减速器21；
[0037]
其中高速级齿圈211固定连接在支座26上；
[0038]
其中高速级行星轮212安装在高速级下行星架214及高速级上行星架215之间；
[0039]
其中高速级下行星架214及高速级上行星架215固定连接；
[0040]
其中高速级太阳轮213与电机转子组件12固定连接；
[0041]
其中高速级太阳轮213、高速级下行星架214及高速级上行星架215的转轴处，配置有径向轴承，保证其承载能力及运动性能；
[0042]
其中，高速级下行星架214通过轴承固定在尾轴承座25上；
[0043]
其中，高速级上行星架215通过轴承固定在低速级下行星架224上；
[0044]
其中，所述高速级下行星架214及高速级上行星架215的外径尺寸小于电机定子及绕组11的内径尺寸；
[0045]
其中，所述低速级齿圈221、低速级行星轮222、低速级太阳轮223、低速级下行星架224及低速级上行星架225构成低速级行星减速器22；
[0046]
其中，低速级太阳轮223作为动力输入，与高速级上行星架215固定连接；
[0047]
其中低速级行星轮222安装在低速级下行星架224和低速级上行星架225之间；
[0048]
其中低速级下行星架224和低速级上行星架225固定连接；
[0049]
其中低速级齿圈221固定连接在轴承座24和支座26上；
[0050]
其中低速级下行星架224通过轴承固定在支座26上；
[0051]
其中低速级上行星架225通过轴承固定在轴承座24上；
[0052]
其中尾轴承座25、支座26、轴承座24三者固定连接；
[0053]
其中轴承端盖23与轴承座24固定连接；
[0054]
其中，高速级齿轮(包括高速级齿圈211、高速级行星轮212和高速级太阳轮213)模数小于低速级齿轮(包括低速级齿圈221、低速级行星轮222和低速级太阳轮223)模数。
[0055]
下面描述各主要部件的外部相对位置和外部连接关系：
[0056]
所述电机总成1与电机外壳3同轴安装；
[0057]
所述电机总成1上的转子轴承13与电机外壳3上的内凸环32同轴安装，使得电机总成1中的电机转子组件12与电机外壳3构成转动连接；
[0058]
所述电机总成1上的电机转子组件12与高速级太阳轮213固定连接；
[0059]
所述电机转子组件12与高速级太阳轮213组成的整体通过轴承法兰安装在尾轴承座25上，轴向移动被限制；
[0060]
所述电机总成1上的电机定子及绕组11固定连接在支座26上；
[0061]
所述高速级减速器21置于电机定子及绕组11的内部空间并同轴设置；
[0062]
所述支座26、低速级齿圈221和轴承座24固定连接，轴承座24固定连接在电机外壳3上；
[0063]
所述轴承端盖23固定连接在轴承座24上。
[0064]
下面结合附图描述该运动模块的运动输出方式：
[0065]
电机转子组件12和高速级太阳轮213作为一个整体转动，通过齿轮啮合，将带动高速级上行星架215的转动；高速级上行星架215与低速级太阳轮223作为一个整体，通过齿轮啮合，驱动低速级上行星架225转动；整体实现两级减速。
[0066]
电机转子组件12转动时，通过转子扇叶14会形成壳体内外气压差，气流会沿着进气槽从高气压处流向低气压处，提升了电机的散热能力，增大了输出转矩；所述高速级减速器21和低速级减速器22都通过两端轴承进行支撑，优化设计后其力学模型为两端简支梁，保证了整体的承载能力和运动性能；高速级减速器21置于电机定子及绕组11的内部，并与电机定子及绕组11同轴设置，使得系统的整体轴向尺寸缩小。
[0067]
尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。