CN101258664B - 紧凑型轴向磁通电动机驱动装置 - Google Patents

紧凑型轴向磁通电动机驱动装置 Download PDF

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Abstract

一种用于产生绕轴线(X)的旋转运动的驱动装置(A)，包括：轴向磁通电动机(4)，其具有定子(38)和转子(44)；输出驱动元件(8)；行星齿轮系统(6)，其设置在轴向磁通电动机的转子与驱动元件之间。该齿轮系统设置在电动机内并由该电动机环绕，从而使得该驱动装置沿其轴线高度紧凑。

Description

紧凑型轴向磁通电动机驱动装置
相关申请
本申请源自2005年9月9日提交的美国临时专利申请第60/715,498号并要求该临时申请的优先权，该临时申请在此以参考的方式并入本文。
技术领域
本发明总体上涉及一种电驱动装置，更具体地涉及一种高度紧凑的轴向磁通电动机驱动装置。
背景技术
大多数电动机是径向磁通型，这些电动机沿它们的旋转轴线占据很大空间。一般而言，它们的轴向尺寸大于它们的径向尺寸。当它们耦联到齿轮箱以增大扭矩时-如同所谓的“齿轮电动机”一样，它们的轴向尺寸会变得更大。
轴向磁通电动机在尺寸方面具有相反的特性。它们沿轴向非常紧凑，但是其径向尺寸通常大于对应功率的径向磁通电动机。即便如此，当与齿轮箱耦联以增大扭矩时，轴向磁通电动机具有较大的轴向尺寸，这降低了该设计的紧凑性。
附图说明
图1是根据本发明构造以及实施的轴向磁通电动机驱动装置的立体图，图中部分剖开并以截面图示出；
图2是该轴向磁通电动机驱动装置的分解立体图；
图3是该轴向磁通电动机驱动装置的截面图；以及
图4是该轴向磁通电动机驱动装置的传动装置的示意图。
具体实施方式
现在参考附图，轴向磁通电动机驱动装置A(图1)绕旋转轴线X产生相当大的扭矩，但是其沿轴向仍然高度紧凑。该电动机驱动装置A主要包括外壳2、设置在外壳2内的轴向磁通电动机4、也设置在外壳2内——并且在电动机4自身内——的行星传动装置6、以及设置在外壳2外部的驱动元件或凸缘8，在该位置驱动元件或凸缘8能够耦联到驱动装置A设计成向其提供动力的设备。电动机4驱动凸缘8，其中扭矩通过传动装置6传递到凸缘8。该传递导致角速度减小而扭矩增加。
外壳2具有两部分14和16(图1-3)，所述两部分14和16通过螺栓或其它机械紧固件相互联接从而围成容置电动机4和传动装置6的空间。部分14总体上为圆桶构造，其中部分14具有向外延伸到沿轴向定向的周向壁20并与周向壁20结合的径向壁18。在其中央位置，径向壁18具有沿轴向定向的套管22，套管22沿相反方向从径向壁18突出。套管20沿轴线X支撑减摩轴承24。周向壁20向外延伸到短凸缘26。
部分16总体上具有端板的构造，尽管其在设置短凸缘28的情况下在其周边处稍微偏置，短凸缘28与部分14的周向壁20上的短凸缘26抵靠配合。从其凸缘28向内，部分16具有沿轴向定向的内壁30，内壁30突出到由外壳2围成的空间内。内壁30又具有轴承安装部32，也沿轴线X设置的减摩轴承34容置在轴承安装部32中。因此，外壳2支撑两个减摩轴承24和34，并且所述减摩轴承24和34确立电动机4的轴线以及传动装置6的主轴线，所述轴线都与轴线X重合。两部分14和16在它们的抵接凸缘26和28处稳固地相互联接。
电动机4具有定子38(图1和3)，定子38包括沿周向绕轴线X设置成两列并稳固地附连到外壳2的绕组40和42。绕组40形成一列并沿圆桶状外壳部分14的径向壁18设置，而绕组42形成另一列并沿板状外壳部分16设置，两列绕组40和42之间存在一定空间。圆桶状部分14的周向壁20环绕两列绕组40和42。电动机4还包括占据两列绕组40和42之间的空间并在该空间中旋转的转子44。转子44具有支撑在传动装置6上的窄的环形圆盘的形式。转子44包括永磁体部分。
传动装置6是行星齿轮系统，传动装置6主要包括外壳2上的静止的齿圈50和驱动凸缘8耦联到其上的可旋转的最终驱动构件52。传动装置6还包括介于齿圈50与驱动构件52之间并耦联齿圈50和驱动构件52的行星齿轮组54、以及支撑该行星齿轮组54并建立所述行星齿轮组54绕其旋转的轴线Y的行星架56，所述轴线Y从主轴线X偏置、但平行于该主轴线X。电动机4的环形转子44稳固地耦联到行星架56并使其旋转，使得转子44和行星架56以相同的角速度一起旋转。
齿圈50安装在外壳部分16的沿轴向定向的壁30上并且可以与该壁30一体地形成。齿圈50的轴线与轴线X重合并且齿圈50的齿朝轴线X向内露置。齿圈50具有节径b(图4)。
最终驱动构件52包括相对于静止的齿圈50沿轴向偏置的齿圈60。齿圈60的轴线同样与轴线X重合并且齿圈60的齿朝轴线X向内露置。驱动构件52在其齿圈60的一端具有径向壁62，并且径向壁62从容置有减摩轴承66的毂64辐射状设置。毂64又结合到驱动轴68中，驱动轴68沿轴线X轴向地突出并且其轴线同样与轴线X重合。然而齿圈60沿轴向从径向壁62朝齿圈50突出，轴68沿轴向从径向壁62在相反的方向上突出。实际上，轴68突出穿过外壳2的套管22中的轴承24。齿圈60具有与齿圈50的节径b不同的节径c(图4)。
行星架56大体上位于静止的齿圈50和最终驱动构件52内并介于它们之间。行星架56承载行星齿轮组54以及电动机4的圆盘形转子44。行星架56也绕轴线X旋转。行星架56包括由若干桥部76连接起来的彼此间隔开的端壁72和74，从而提供用于容纳行星齿轮组54的空腔。端壁72位于外壳2的沿轴向定向的壁30内并且在其中央处具有容纳在外壳2的轴承34中的短轴78。另一端壁74在其中央处具有容纳在驱动构件52的轴承66上的短轴80。行星架56还具有销82，所述销82在它们的端部锚定在端壁72和74上并且横跨所述壁72与74之间的空腔。销82用作行星齿轮组54在其上旋转的轴。电动机4的环形转子44从行星架56的桥部76向外沿径向突出并且可以与所述桥部76一体地形成。
行星齿轮组54绕行星架56的偏置轴线Y在销82上旋转，轴承84介于行星齿轮组54中每组齿轮与每组齿轮旋转所绕的销82之间。因此，行星齿轮组54被限制于行星架56的端壁72与74之间的空腔内。每个行星齿轮组54包括结合在一起并以相同的角速度旋转的两个行星齿轮86和88。每个行星齿轮86与外壳2上的静止的齿圈50接合。行星齿轮86具有节径d(图4)。每个行星齿轮88与最终驱动构件52的齿圈60接合。行星齿轮88具有节径e(图4)。
最终驱动构件52的驱动轴68突出穿过外壳2的圆桶形部分14上的套管22并穿过所述套管22中的轴承24。驱动凸缘8具有配合在轴68上的套管90，套管90通过键或花键耦联到轴68，并且套管90容纳在外壳2的优选地为双列减摩轴承的轴承24中，所以轴承24支撑驱动凸缘8，该驱动凸缘8又支撑驱动构件52。
在轴向磁通电动机驱动装置A运转的过程中，电流流过电动机4定子38的绕组40和42。该电流产生绕轴线X旋转并在转子44的磁体上施加扭矩的磁通量，从而使得转子44与传动装置6的行星架56一起绕轴线X回转。行星齿轮组54绕轴线X转动并绕它们自身的轴线Y旋转，因为每个齿轮组54的行星齿轮86与静止的齿圈50接合。通过齿轮组54的另一行星齿轮88与驱动构件52接合的旋转行星架56沿行星架56的旋转方向将旋转运动传递给最终驱动构件52。但是齿轮组54沿着抵消仅由行星架56传递的旋转的方向旋转。结果，驱动构件以比行星架56以及电动机4的转子44的速度小很多的速度旋转，尽管驱动构件52仍然具有行星架56的旋转方向。扭矩增加的同时伴随着速度的减小。因此，驱动轴68和驱动凸缘8处产生的扭矩超过由轴向磁通电动机4传递给行星架56的扭矩。速比F为：
                 F＝1-[(c×d)÷(b×e)]
另一方面，如果静止的齿圈50小于最终驱动构件52上的齿圈60，则最终驱动构件50将沿与行星架56相反的方向旋转。
尽管存在传动装置6并通过其将所产生的扭矩放大，但是轴向磁通电动机驱动装置A沿其主旋转轴线X占据很小的空间——实际上通常不大于轴向磁通电动机4本身。
轴向磁通电动机4可仅仅具有仅沿转子44的一个面设置的单列绕组40或42。美国专利第6,922,004号论述了轴向磁通电动机的运转，该专利在此以参考的方式并入本文。

Claims (5)

1.一种用于产生绕轴线的旋转运动的驱动装置，所述驱动装置包括：
外壳；
轴向磁通电动机，其设置在所述外壳中并包括具有沿轴向间隔开的绕组的定子和沿径向定向的转子，所述转子设置在所述绕组之间并绕所述轴线回转；
传动装置，其设置在所述电动机内并由所述电动机环绕，所述传动装置包括相对于所述外壳固定在合适位置的第一齿圈、绕所述轴线旋转的第二齿圈、以及行星架，所述行星架绕所述轴线旋转并耦联到所述轴向磁通电动机的转子，使得所述电动机向所述行星架施加扭矩并使所述行星架产生旋转，所述行星架具有间隔开的壁和在所述壁之间延伸的销，所述传动装置还包括行星齿轮组和驱动凸缘，所述行星齿轮组在所述行星架的所述销上旋转并且当所述行星架旋转时绕所述轴线回转，每个齿轮组具有结合在一起的第一行星齿轮和第二行星齿轮，所述第一行星齿轮和第二行星齿轮彼此沿轴向偏置，每个齿轮组的所述第一行星齿轮大于所述齿轮组的第二行星齿轮并与所述第一齿圈啮合，每个齿轮组的所述第二行星齿轮与所述第二齿圈啮合从而驱动所述第二齿圈，驱动轴连接至所述第二齿圈，并且所述驱动凸缘通过所述驱动轴与所述第二齿圈耦联并由所述第二齿圈驱动，所述驱动凸缘暴露于所述外壳的外部并且包括套管，所述套管突出到所述外壳中，并且容纳所述驱动轴且通过键或花键耦联到所述驱动轴；以及
减摩轴承，其设置于所述驱动凸缘的所述套管与所述外壳之间。
2.如权利要求1所述的驱动装置，其中，所述行星架具有从所述行星架沿所述轴线轴向地突出的短轴。
3.如权利要求2所述的驱动装置，其中，一根短轴突出到所述外壳中并在所述外壳中旋转。
4.如权利要求3所述的驱动装置，其中，所述第二齿圈和所述驱动轴位于最终驱动构件上，并且所述行星架的另一根短轴突出到所述最终驱动构件中并在所述最终驱动构件中旋转。
5.如权利要求1所述的驱动装置，其中，所述减摩轴承是双列轴承。
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