CN103930694B - 齿轮传动装置及驱动单元 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种结构简单且旋转顺畅的齿轮传动装置。该齿轮传动装置是外齿轮与内齿轮啮合并绕内齿轮的内侧旋转的偏心摆动型的齿轮传动装置。齿轮架支承于壳体，在该齿轮架上支承有3根曲轴。在曲轴上固定有凸轮，外齿轮的孔与该凸轮卡合。当曲轴旋转时，外齿轮与内齿轮啮合并绕内齿轮的内侧旋转。3根曲轴分别与单相凸极式电动机连接在一起。3个单相凸极式电动机通过3根曲轴使该外齿轮旋转。因此，外齿轮旋转顺畅，其结果，作为输出轴的齿轮架旋转顺畅。

Description

齿轮传动装置及驱动单元

技术领域

本发明基于2011年11月10日提出申请的日本特许出愿第2011-246417号主张优先权。该申请的全部内容作为参照被援引到本说明书中。本发明涉及偏心摆动型的齿轮传动装置和使用了该齿轮传动装置的驱动单元。偏心摆动型的齿轮传动装置也被称为摆线减速器(摆线针轮行星传动，cycloid drive)。

背景技术

公知有一种外齿轮与内齿轮啮合并且其中一者绕着另一者旋转的齿轮传动装置。在这样的齿轮传动装置中，具有外齿轮与内齿轮啮合并绕内齿轮的内侧旋转的类型(外齿轮旋转类型)和内齿轮与外齿轮啮合并绕外齿轮旋转的类型(内齿轮旋转类型)。以下，为了将说明简化，使用外齿轮旋转类型对本说明书所公开的技术进行说明。此外，期望留意的是，本说明书所公开的技术也能应用在内齿轮旋转类型的齿轮传动装置中。

通常，外齿轮旋转类型的齿轮传动装置具有：与内齿轮同轴地支承的齿轮架；支承于齿轮架的曲轴；与曲轴的偏心体卡合的外齿轮。内齿轮多形成于壳体的内侧。在外齿轮上沿轴向设置有孔，偏心体与该孔卡合。外齿轮与内齿轮啮合。齿轮架相当于齿轮传动装置的输出轴。伴随着曲轴的旋转，外齿轮绕内齿轮的内周旋转。外齿轮每旋转1周，则齿轮架对应于外齿轮和内齿轮的齿数差旋转多少。偏心摆动型的齿轮传动装置能够得到非常大的齿轮传动比。

在齿轮传动装置中还包含如下类型：具有多个曲轴，并且电动机与各曲轴分别连接的类型。这样的齿轮传动装置的一例在日本特许公开公报、特开2009-159725号公报(专利文献1)中进行了公开。在专利文献1的齿轮传动装置中，在各曲轴上连接有径向间隙型的电动机。

发明内容

在多数齿轮传动装置中，通常使用通过UVW3相交流驱动的交流同步电动机作为径向间隙型电动机。在本说明书中，着眼于具有多个曲轴的偏心摆动型的齿轮传动装置大多具有3根曲轴，提供一种不使用由3相交流驱动的交流同步电动机，而是使用单相电动机，结构简单且旋转顺畅的齿轮传动装置。尤其是，提供一种通过一个3相交流输出逆变器就能顺畅旋转的齿轮传动装置、以及使用了该齿轮传动装置的驱动单元。

本说明书公开的新式齿轮传动装置具有3根曲轴和3个单相凸极式电动机。3根曲轴分别与3个单相凸极式电动机连接起来。单相凸极式电动机具有以下结构。其定子具有被线圈包围的冲压钣金结构的磁轭。从该磁轭的轴向的两侧交替延伸出梳齿状的磁极(pole)。在该定子的内侧配置有圆筒形的具有多极永磁体的转子。因为磁极的形状与claw(鸟兽的爪子、螃蟹、虾的钳子)形状相似，所以这样的电动机被称为单相凸极式。

3根曲轴支承于一个齿轮架，用于驱动同一外齿轮。因此，本说明书公开的新式的齿轮传动装置利用3个单相凸极式电动机驱动同一外齿轮。3个单相凸极式电动机适于单独使用1个UVW3相交流输出逆变器的各相的输出。上述的齿轮传动装置利用1个UVW3相交流输出逆变器同时驱动3个单相凸极式电动机，并且经由3根曲轴向同一外齿轮传递扭矩。3个单相凸极式电动机被1个3相交流输出逆变器同时驱动，因此，3个转子的旋转是相等无误的。而且，转矩经由3个单相凸极式电动机和3根曲轴均等地向外齿轮传递。因此，外齿轮顺畅地旋转。3个单相凸极式电动机能够利用1个3相交流输出逆变器驱动，因此，本说明书公开的新式的齿轮传动装置的电子系统的结构变得简单。能够得到结构简单且旋转顺畅的齿轮传动装置。此外，在具有多个外齿轮的情况下，各外齿轮被3个曲轴同时驱动。

为了简化结构，单相凸极式电动机的转子可以与曲轴同轴地固定于曲轴。此外，为了调整3个单相凸极式电动机的几何学相位，优选转子和曲轴通过具有数量为3的倍数的槽(或者键)的花键或者锯齿形花键结合在一起。这样的花键结合或者锯齿形花键结合具有3的倍数的旋转分解度。3个单相凸极式电动机的电相位必须彼此相差120度。为了使彼此的相位差均等，而转子和曲轴的结合机构适于具有3的倍数的旋转分解度。

如上所述，具有3个单相凸极式电动机的齿轮传动装置适于由1个3相交流输出的逆变器驱动。本说明书公开的技术的另一方面是：提供一种驱动单元，该驱动单元具有：齿轮传动装置，其具有上述3个单相凸极式电动机；1个3相交流输出逆变器，其用于分别向3个单相凸极式电动机供给电相位相差120度的交流电流。

本说明书公开的齿轮传动装置的特征的进一步改良将在发明的实施方式中详细说明。

附图说明

图1表示齿轮传动装置的剖视图。

图2表示拆下了电动机罩的齿轮传动装置的俯视图。

图3表示电动机的分解立体图。

图4是示意地表示3个电动机的彼此的相位关系的俯视图。

图5是驱动单元的框图。

具体实施方式

图1表示实施例的齿轮传动装置100的剖视图，图2表示从其轴线CL的方向观察到的拆下了电动机罩40的齿轮传动装置100的俯视图。以下为了方便，将齿轮传动装置简称为“传动装置”。图1的剖视图与沿着图2的A-A线观察到的剖面相当。

概略说明传动装置100的结构。传动装置100是内置有3个单相凸极式电动机50a、50b、50c的偏心摆动型减速器。偏心摆动型的减速器也被称为摆线减速器。传动装置100具有如下结构：齿轮架8支承于在内表面具有内齿轮28的壳体2，3根曲轴32支承于该齿轮架8，该曲轴32使2个外齿轮26旋转。2个外齿轮26具有卡合通孔25，曲轴的偏心体24与该卡合通孔25卡合。当3根曲轴32旋转时，外齿轮26与内齿轮28啮合并绕着内齿轮的内周旋转。当外齿轮26旋转1周时，齿轮架8旋转与内齿轮28和外齿轮26的齿数差相应的角度。齿轮架8与传动装置100的输出轴相当。

在齿轮架8上固定有3个单相凸极式电动机50a、50b、50c，各电动机的转子54分别与3根曲轴32连接起来。图1中只描绘了1根曲轴32和1个凸极式电动机50a，但如图2所示，传动装置100具有3根曲轴32，各曲轴32上分别连接有单相凸极式电动机50a、50b、50c。以下，将单相凸极式电动机简称为“CP电动机”。此外，将3个CP电动机50a、50b、50c概括起来统称为“CP电动机50”。

对CP电动机50进行说明。CP电动机50的转子54与曲轴32的端部连接。CP电动机50的定子52固定于齿轮架8。图3表示CP电动机50的分解图。定子52由线圈62和用于收容线圈62的一对定子半壳体61、63构成。此外，在图3中，使用1个圆环简略化地表示线圈62。定子半壳体61具有彼此相对的梳齿61a，定子半壳体61具有彼此相对的梳齿63a，当一对定子半壳体61、63相面对地耦合起来时，各梳齿沿周向交替排列。当电流在收纳于定子半壳体61、63内的线圈62中流动时，一侧的梳齿(例如61a)成为N磁极、另一侧的梳齿(例如63a)成为S磁极。即，在CP电动机中，利用一个线圈62使定子52的多个N磁极和S磁极沿周向交替排列。当线圈62的电流反向流动时，定子52的磁极翻转。在转子54内沿周向交替排列有多个永磁体。本实施例的CP电动机50由24极的定子52和12极的转子54构成。当使定子52的磁极以规定的频率翻转时，转子54旋转。而且，该旋转速度与磁极翻转的频率同步。CP电动机50能以单相的方式使转子顺畅地旋转。CP电动机50的原理是广为大众所知的，省略其更详细说明。

在转子54的中心形成有花键槽66。在曲轴32的端部形成有花键的键67。转子54与曲轴32通过花键结合而连接在一起。花键槽66具有数量为3的倍数的槽，并且花键的键67具有数量为3的倍数的键。图3的花键槽66具有12个槽，并且花键的键67具有12个键，因此，它们的结合具有30度的分解度。

图4示意地表示3个CP电动机50a、50b、50c的彼此的相位关系。在转子54上标记的三角符号Ar与在定子52上标记的三角符号As之间的角度表示相位。在图4中，第1个CP电动机50a的相位是0度、第2个CP电动机50b的相位是120度、第3个CP电动机50c的相位是240度。这样的3个CP电动机50a、50b、50c具有彼此相差120度的电相位差。为了使3个CP电动机彼此的相位差相等，曲轴32和转子54的结合的旋转分解度是3的倍数很合适。

3个CP电动机50分别驱动曲轴32。2个外齿轮26(参照图1)分别被3根曲轴驱动。如图2所示，3个CP电动机50(3根曲轴32)绕着传动装置100的轴线CL以120度的角度等间隔地配置，进一步来说，3个CP电动机50具有彼此相差120度的电相位差。这样的配置使同一外齿轮26顺畅地旋转。即，传动装置100的输出轴(齿轮架8)借助上述3个CP电动机50顺畅地旋转。

当使用1个3相交流输出的转换器时，能够使传动装置100的输出轴(齿轮架8)更顺畅地旋转。为了驱动3个CP电动机50，需要3个单相交流电力。而仅用一个就能输出3相交流的3相交流输出逆变器适于驱动实施例的传动装置100。此外，3相交流输出逆变器作为3相交流同步电动机的驱动器广泛普及的有很多种类，因此，具有能够容易地得到与传动装置100的规格相应的类型的优点。

图5表示由传动装置100和1个3相交流输出逆变器74构成的驱动单元200的电子系统的框图。逆变器74具有由IGBT和回流二极管的逆并联连接所构成的6个转换电路SW1～SW6。2个转换电路在正极线(P线)和负极线(N线)之间串联连接，自串联连接的2个转换电路的中点向CP电动机的线圈延伸出来输出线。2个转换电路的串联连接构成有3组，自各组的中点输出U相、V相以及W相的交流电流。UVW3相的各自的单相交流输出供给到3个CP电动机的定子52。3相交流输出具有彼此相差120度的相位，所以适于使3个CP电动机50以120度的相位差同步地旋转。此外，因为必须向逆变器74输入直流的输入电力，而将商用交流电源71的输出利用AC/DC变流器72转换成直流电流，再将该直流电流输入3相交流输出逆变器74。连接于AC/DC变流器72和逆变器74之间的电容器73是为了将逆变器74的输入电流平滑化而设置的。

返回图1，详细说明传动装置100的其他的特征。传动装置100具有壳体2、齿轮架8、曲轴32、外齿轮26以及CP电动机50。在壳体2的内侧具有内齿轮28。多个内齿销30在壳体2的圆筒内表面沿周向等间隔地配置，该内齿销30构成内齿轮28。

齿轮架8通过一对角接触球轴承4支承于壳体2。齿轮架8以与内齿轮28同轴的方式支承于壳体2。轴线CL相当于齿轮架8的轴线。轴线CL也相当于内齿轮28(壳体2)的轴线。齿轮架8相当于传动装置100的输出轴。齿轮架8由相对的一对圆盘(第1板件8a和第2板件8c)和用于连接这些圆盘的柱8b构成。柱8b穿过外齿轮26的偏心通孔46。

在壳体2和齿轮架8之间配置有油封6。在齿轮架8的轴线CL方向的一端安装有电动机罩40。以贯穿齿轮架8和电动机罩40的中央的方式形成有中央通孔12，在该中央通孔12内嵌入有圆筒型管42。圆筒型管42和齿轮架8(8c)之间被油封41密封。利用电动机罩40、油封6、41、以及盖19(后述)将收容有齿轮组的壳体内部空间密封，并封入有润滑剂。

曲轴32借助一对圆锥滚子轴承23支承于齿轮架8。曲轴32在自轴线CL偏置的位置与轴线CL平行地延伸。图中的附图标记RL表示曲轴32的中心线。曲轴32具有2个偏心体24。2个偏心体24分别与外齿轮26卡合。2个偏心体24相对于曲轴32的轴线RL彼此向相反的方向偏心。2个偏心体24位于一对圆锥滚子轴承23之间，因此，能不变动地顺畅旋转。

曲轴32的一侧的端部与CP电动机50的转子54连接在一起，另一端安装有编码器18。曲轴32的另一端即编码器18被盖19所覆盖，与外部隔离。此外，编码器18安装于3个曲轴32中的1个曲轴。在其他的2个曲轴32上安装有制动器(省略图示)。

描述实施例的传动装置100的注意事项。曲轴32和转子54可以取代花键而通过锯齿形花键结合。在使用锯齿形花键的情况下，也优选锯齿形花键的槽(或者键)的数量是3的倍数。

传动装置100除了连接有3个CP电动机50的曲轴(驱动曲轴)以外，还可以具有通过外齿轮26的旋转力而被动地旋转的辅助曲轴(从动曲轴)。曲轴的数量越多，外齿轮26的旋转越稳定。

参照附图详细说明本发明的代表性且非限定性的具体例。该详细的说明只是单纯地为了向本领域技术人员示出用于实施本发明的优选例的详细做法，而并不是用于限定本发明的保护范围。此外，为了提供进一步进行了改善的齿轮传动装置或者驱动单元，本申请公开的追加技术特征以及发明能够与其他的特征、发明独立或者一起使用。

此外，在上述详细的说明中所公开的技术特征、工序的组合并不是在最大范围意图下执行本发明所必须的，而只是特别为了说明本发明的代表性的具体例而记载的。而且，上述有代表性的具体例的各种特征以及独立和从属权利要求所记载的自身的各个特征，在提供本发明的追加且有用的实施方式时，并不用按照这里所记载的具体例或者列举的顺序进行组合。

本说明书和/或权利要求书的范围所记载的全部技术特征，独立于实施例和/或权利要求书的范围所记载的技术特征的构成，可以理解为作为对申请最初的公开以及权利要求书的范围所记载的特定事项的限定，个别并且彼此独立地进行公开。而且，关于所有的数值范围和组或者群的记载，可以理解为作为对申请最初的公开以及权利要求书的范围所记载的特定事项的限定，并公开这些中间的构成。

附图标记说明

2：壳体、4：角接触球轴承、6：油封、8：齿轮架、12：中央通孔、23：轴承、24：偏心体、25：卡合通孔、26：外齿轮、28：内齿轮、30：内齿销、32：曲轴、50(50a、50b、50c)：单相凸极式电动机、52：定子、54：转子、61、63：定子半壳体、62：线圈、66：花键槽、67：花键的键、71：商用交流电源、72：AC/DC变流器、73：电容器、74：3相交流输出逆变器、100：齿轮传动装置、200：驱动单元。

Claims (2)

1.一种偏心摆动型的齿轮传动装置，其具有：

3根曲轴；以及

3个单相凸极式电动机，

该偏心摆动型的齿轮传动装置的特征在于，

3个单相凸极式电动机的各转子分别与3根曲轴同轴地连接，

各转子和各曲轴是分别通过具有数量为3的倍数的槽的花键结合在一起的，

3个单相凸极式电动机的电相位彼此相差120度。

2.一种驱动单元，其特征在于，具有：

权利要求1所述的齿轮传动装置；以及

1个3相交流输出逆变器，其用于向3个单相凸极式电动机分别供给相位相差120度的交流电流。