CN106253573A - 集成减速器的一体电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种集成减速器的一体电机，其包括机壳；伺服电机，包括电机壳、前端盖、后端盖、转轴，前端盖、后端盖分别位于电机壳的两端，转轴的前端、后端分别通过轴承设于前端盖、后端盖中；前端盖的前侧设有环形凸台，且环形凸台内部设有内齿，转轴前端的部分截面呈椭圆形；谐波减速器，包括波发生器、柔性轴承、柔轮、轴承、法兰，波发生器为转轴前端的截面呈椭圆形的部分，柔性轴承套设于波发生器上，柔轮的有齿一端套设于柔性轴承上并与环形凸台内部的内齿啮合；柔轮的另一端位于轴承的轴承外圈和法兰之间并与轴承的轴承外圈和法兰固定；输出轴，一端固定于法兰上，输出轴和转轴同轴。本发明可减少由于分体式结构带来的设计和安装误差。

Description

集成减速器的一体电机

技术领域

本发明涉及电机、减速器及二者之间的装配技术领域，特别涉及一种集成减速器的一体电机。

背景技术

随着电机，特别是伺服电机，在工业领域的应用范围越来越广，对电机输出的精度、转矩等要求也越来越高。目前，市场上的电机一般都要经过减速器后才与负载相连接，即电机和减速器基本上是分开安装固定的，这样的安装结构会引入诸多误差因素，降低最终输出轴的精度。此外，这种结构的电机和减速器整体体积十分庞大，外形结构不美观。在安装时需要把电机和减速器分别安装在基座上，装配比较麻烦，后期维护保养也很繁琐，直接影响生产与维护成本；而且，在一些特定场合，还对电机及减速器的安装空间有严格的要求。综上可知，当下电机的设计和制造遇到了新的挑战。

发明内容

本发明的目的在于提供一种集成减速器的一体电机，以解决现有技术存在的输出轴精度降低、体积大等问题。

为了解决上述问题，本发明提供如下技术方案：

一种集成减速器的一体电机，其包括：机壳，呈筒状；伺服电机，固定于所述机壳内部，包括电机壳、前端盖、后端盖、转轴，所述前端盖、后端盖分别位于所述电机壳的两端，所述转轴位于所述电机壳内部，并且所述转轴的前端、后端分别通过轴承设于所述前端盖、后端盖中；所述前端盖的前侧设有环形凸台，且所述环形凸台内部设有内齿，所述转轴前端的部分截面呈椭圆形；谐波减速器，位于所述机壳内部，并靠近所述机壳的开口处，包括波发生器、柔性轴承、柔轮、轴承、谐波减速器法兰，所述波发生器即为所述转轴前端的截面呈椭圆形的部分，所述柔性轴承套设于所述波发生器上，所述柔轮的有齿一端套设于所述柔性轴承上，并与所述环形凸台内部的内齿啮合；所述轴承包括轴承内圈、轴承外圈，所述轴承的轴承内圈位于所述环形凸台外侧并固定于所述环形凸台外侧；所述柔轮的另一端位于所述轴承的轴承外圈和谐波减速器法兰之间，并与所述轴承的轴承外圈和谐波减速器法兰固定；输出轴，一端固定于所述谐波减速器法兰上，所述输出轴和转轴同轴。

优选地，所述机壳的一端设有端板，使得所述机壳形成圆桶状。

优选地，所述机壳的内部设有台阶状止口，所述前端盖的边缘部分固定于所述止口上。

优选地，所述机壳开口的外侧设有止口结构以及法兰结构。

优选地，所述谐波减速器法兰中心设有内孔，所述内孔的边缘向内侧延伸并与所述转轴的前端端面靠近。

优选地，所述输出轴为中空结构，所述转轴为中空结构，使得沿着所述一体电机的轴线方向形成贯通长孔。

优选地，所述内孔的延伸边缘端面与所述转轴的端面之间设有唇形密封圈，所述转轴、所述柔性轴承、所述前端盖之间的位置设有油封。

优选地，还包括：伺服驱动器，设于所述机壳中，并位于所述伺服电机后端，并且包括控制板、驱动板。

优选地，所述伺服驱动器还包括支撑于所述机壳内部的支架，所述驱动板、控制板设于所述支架上，所述控制板、驱动板平行并同时垂直于所述转轴的轴线设置，所述支架、驱动板、控制板中心皆为通孔。

优选地，所述驱动板、控制板之间以及所述驱动板、控制板与所述伺服电机之间均具有一定距离。

分析可知，本发明提出一种伺服电机、谐波减速器的一体电机设备，可以把伺服电机、减速器、伺服驱动器做成一体，减少由于分体式结构带来的设计和安装误差。同时，由于伺服驱动器反馈调节的存在，进一步使得一体机的精度得到保证。

此外，本发明的结构在安装空间上也能满足现如今严格的要求，具备相当的美观性，维护保养也很方便，满足对安装空间、输出精度和扭矩有较高要求的应用。

附图说明

图1为本发明实施例的立体结构示意图；

图2为图1中沿方向A的示意图；

图3为图2中沿线G-G的剖视结构示意图；

图4为本发明实施例的伺服电机示意图；

图5为本发明实施例的谐波减速器示意图；

图6为本发明实施例的伺服驱动器示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

如图1-图3所示，本发明实施例包括机壳1、伺服驱动器2、伺服电机3、谐波减速器4和输出轴5。机壳1优选呈圆桶状，一端设有端板11，一端开口，输出轴5设置于谐波减速器4上，并位于机壳1的开口中，谐波减速器4、伺服电机3、伺服驱动器2则是从机壳1的开口沿机壳1的轴向依次设置于机壳1中。

具体地，如图3、图4所示(由于伺服电机3和伺服驱动器2之间存在部件共用，因此图1、图2示出了伺服驱动器2的部分部件)，伺服电机3包括前端盖301、后端盖304、前轴承309、后轴承306、定子(或称伺服电机定子)308、磁钢303、中空的转轴307、电机壳302和旋转变压器305、油封310、挡片311等。

前端盖301呈环状，也即其中心设有内孔，外侧(图4中的前端盖301的左侧)设有一环形凸台3011，环形凸台3011内部滚有内齿。内侧(图4中的前端盖301的右侧)设有内孔止口(未标记，嵌置前轴承309之处)和环形凸台3012。后端盖304内侧(图4中的后端盖304的左侧)设有内孔止口(未标记，嵌置后轴承306之处)和环形凸台3041，外侧(图4中的后端盖304的右侧)设有一环状凹槽(未标记，嵌入旋转变压器305之处)。

电机壳302呈筒状，优选呈圆筒状。其两端分别装卡于前端盖301和后端盖304内侧环形凸台3012、环形凸台3041。

后轴承306外圈装卡在后端盖304内侧内孔止口处。一对挡片311装卡在前端盖301内侧内孔止口处，前轴承309外圈装入前端盖301内侧内孔止口，并紧靠挡片311，即前轴承309外圈与机壳1的具有开口一端的距离大于挡片311与机壳1的具有开口一端的距离，在图4中，挡片311位于前轴承外圈的左侧。

前轴承309内圈、后轴承306内圈则分别装卡在转轴307如图4所示的两段轴肩处，转轴307呈圆柱状，优选地，其为中空的圆柱状，外壁上设有多个不同规格的轴肩(即不同轴径的轴肩)。

油封310为一个环形密封圈，安装在转轴307和前端盖301中心内孔壁之间。

定子308固定在电机壳302内壁上，磁钢303安装在转轴307如图4所示的一段轴肩处，且与定子308间设计有可转动间隙。优选，安装有磁钢303的轴肩的轴径小于装卡有前轴承309内圈的轴肩的轴径，且大于装卡有后轴承306内圈的轴肩的轴径。

旋转变压器305安装在转轴307末端，旋转变压器包括定子(或称旋转变压器定子)3051、转子(或称旋转变压器转子)3052和壳体(或称旋转变压器壳体)3053，旋转变压器转子3052与伺服电机的转轴307同心安装，定子3051通过其壳体3053固定在伺服电机后端盖304外侧，并卡紧在后端盖304外侧环状凹槽内，且与转子3052同心。

转轴307靠近前端盖301处有一椭圆形轴肩(即轴肩断面为椭圆形)，在垂直于转轴307轴线方向上，椭圆形轴肩所在位置与滚有内齿的环形凸台3011所在位置相对应。

如图3、图5所示，谐波减速器4包括：波发生器401、柔性轴承402、柔轮403、钢轮404、轴承(包括轴承内圈405、轴承外圈406和二者之间的未标记的滚子)、法兰(或称谐波减速器法兰)407、O形密封圈408、O形密封圈409、O形密封圈410、唇形密封圈411等。

波发生器401与伺服电机3的转轴307设计为一体，也即转轴307左端的椭圆形轴肩即为该波发生器401。

钢轮404与伺服电机3的前端盖301设计为一体，换言之，钢轮404即为上述的滚有内齿的环形凸台3011。钢轮404通过螺钉与位于其外侧(图5中的左侧)的轴承的轴承内圈405相连接。

柔性轴承402嵌套安装于波发生器401上面，柔轮403有齿一端嵌套安装在柔性轴承402外表面，且与钢轮404内齿相啮合；柔轮403另一端位于轴承外圈406外侧(图5中的左侧)，并与轴承外圈406通过螺钉相连接。

法兰407呈圆盘状，通过螺钉与柔轮403和轴承外圈406相连接，优选地，该螺钉同时连接轴承外圈406、柔轮403、法兰407。

O形密封圈408、409、410则分别安装在法兰407与柔轮403之间、柔轮403与轴承外圈406之间、轴承内圈405与钢轮404之间的间隙处。

法兰407的中心区域设有内孔，优选地，该内孔边缘向内延伸设有环形凸台4071，环形凸台4071的端面指向转轴307的左端面，唇形密封圈411则安装于法兰407与转轴307相接处。

为了进一步发挥本实施例的效果，提高集成度，本实施例还包括伺服驱动器2，如图3、图6所示，伺服驱动器2固定在伺服电机3后端，伺服驱动器2包括支架200和支架200上设置的驱动板201、控制板202，驱动板201为伺服电机3提供驱动电流，即把外部交流电转化为伺服电机3转动所需的U、V、W三相交流电，控制板202根据上述旋转变压器305的反馈值，通过其内部控制算法输出相应控制信号，控制驱动板201U、V、W三相交流电的频率和幅值，改变伺服电机3运行状态，以满足外部工况需求，驱动板201和控制板202与电机3后端、机壳1的端板11均预留一定安装距离。优选地，支架200及其上的驱动板201、控制板202中心均开有圆孔，圆孔与转轴307同轴。

再如图1-图3所示，机壳1基本完全覆盖并保护设置其中的谐波减速器4、伺服电机3、伺服驱动器2，外壳1内壁与谐波减速器4的法兰407之间处应预留一定转动间隙。机壳1的具有开口的端部(或称开口端部)内侧(图3的右侧)设有一止口，伺服电机3的前端盖301装卡在该止口处，并通过螺钉6固定。机壳1开口端部外边缘还设有一安装法兰7，安装法兰7上开设有止口和一圈安装螺钉孔。机壳1尾部内侧与伺服驱动器2外表面(即支架)配合安装，即保证配合机壳尾部内侧与支架200具有一定松紧度时的安装，并在机壳1端板11开设有与转轴307同心的圆孔。

输出轴5一端外接于谐波减速器法兰407。优选地，输出轴5外部有一法兰，法兰处开设一圈螺钉孔，输出轴5通过螺钉固定在谐波减速器4的法兰407处，具体地，可以在法兰407中心处形成一环状凹槽，输出轴的法兰装卡于该环状凹槽处。进一步地，输出轴5内部具有中空结构。借此，可以实现输出轴5、谐波减速器4、伺服电机3、伺服驱动器2和机壳1内部均是中空结构或通孔，沿着本实施例的轴线在其内部会形成一个贯通的长孔，既可以用于内部走线，又利于散热。

在装配本实施例时，可以参考如下步骤：

针对伺服电机3，首先把磁钢303过盈安装在转轴307中间一段轴肩上，然后把前轴承309装在转轴307左侧较高一段轴肩(即该处轴肩的轴径大于中间一段轴肩的轴径)上，且转轴307最高一段轴肩(即该处轴肩的轴径大于较高一段轴肩的轴径)挡住前轴承309内圈。同理，后轴承306内圈挡在转轴307后端一轴肩上。由于谐波减速器4的波发生器401和转轴307做成一体，所以可把柔性轴承402嵌套在波发生器401外，把油封310安装于柔性轴承402右侧，例如紧靠柔性轴承402处，同时嵌套安装在转轴307与前端盖301中心内孔壁之间位置处。

针对谐波减速器4，首先把具有钢轮404的伺服电机3的前端盖301与谐波减速器4的轴承内圈405安装固定在一起，然后把柔轮403有齿一端放入前端盖301内部，再把唇形密封圈411嵌套安装在法兰407右侧薄壁圆面上。把法兰407端面从输出轴5一侧压在柔轮403圆面上，通过螺钉把法兰407、柔轮403和轴承外圈406固接在一起；最后，再把输出轴5通过螺钉固定在法兰407左侧。

对于已部分预装配的伺服电机3和谐波减速器4，再把已安装前轴承309、后轴承306、磁钢303、油封310和柔性轴承402的转轴307从一侧插入到谐波减速器4内部，使柔性轴承402塞入到柔轮403内，且保证柔轮403和与前端盖301做成一体的钢轮404保持可正常啮合的间隙，使安装在谐波减速器4的法兰407处的唇形密封圈411与转轴307相接触；

在此之后，再把伺服电机3的定子308安装在电机壳302内，把已安装定子308的电机壳302配合安装到前端盖301上，把后端盖304安装到电机壳302上，且使后端盖304与后轴承306外圈相接触。

再把旋转变压器305嵌套在转轴307上，且使旋转变压器305左侧装卡在后端盖304外侧环状凹槽内。

完成之前步骤，即可通过机壳1内部止口将机壳1与前端盖301配合安装，在安装机壳1时，伺服驱动器2也要同步安装，而且机壳1后部内壁要与伺服驱动器2外表面相配合，起到外壳1后部支撑的作用。

本实施例在工作时，其运行过程大致如下：

转轴307在伺服电机3通电时转动，与转轴307一体的波发生器401和同心安装于转轴307的旋转变压器转子也随之转动，波发生器401驱动柔性轴承402转动，柔性轴承402又把转动传递给柔轮403，柔轮403在与前端盖301一体的钢轮404的限制下，唯一啮合钢轮404进行转动，转动的柔轮403与轴承外圈406固定，轴承外圈406又与法兰407固定，法兰407又与输出轴5固定，由于轴承内圈405固定在电机前端盖301上，前端盖301又固定不转动，最终经过减速的运动通过柔轮403、轴承外圈406、法兰407传递给输出轴5；与此同时，旋转变压器定子3051内部通有激磁电流，产生一包络转子3052的电磁场，转子3052在转轴307的带动下发生旋转，由于电磁感应原理，转子内部产生感应电压，感应电压反馈给驱动板201和控制板202，感应电压和转角之间具有函数关系，控制板202通过内部算法得到此时转轴307的转角，根据此转角信息，控制板202对驱动板201发送新的控制信号，进而控制伺服电机3按照新的方式转动。

综上，本发明提供一种集成有减速器及伺服驱动器的一体电机，包括机壳、伺服驱动器、伺服电机、谐波减速器和输出轴。其中，伺服电机位于中心位置，谐波减速器安装于伺服电机前端盖位置，输出轴安装于谐波减速器前端位置，伺服驱动器安装于伺服电机后端位置，机壳对谐波减速器、伺服电机和伺服驱动器全覆盖。分析可知，本发明通过把伺服电机、谐波减速器、伺服驱动器整合到一体，谐波减速器的部分零件与电机做成一体，从原理上避免了分体式结构带来的组合误差，提高了一体电机整体精度。其次，本发明实现模块化设计，可以大大减少产品设计阶段分别对伺服电机、谐波减速器、伺服驱动器选型所耗时间。另外，本发明体积缩小，可以减少产品使用所占空间。此外，本发明优选的全中空设计可满足一些特殊使用场合内部走线的需求。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (10)

1.一种集成减速器的一体电机，其特征在于，包括：

机壳，呈筒状；

伺服电机，固定于所述机壳内部，包括电机壳、前端盖、后端盖、转轴，所述前端盖、后端盖分别位于所述电机壳的两端，所述转轴位于所述电机壳内部，并且所述转轴的前端、后端分别通过轴承设于所述前端盖、后端盖中；所述前端盖的前侧设有环形凸台，且所述环形凸台内部设有内齿，所述转轴前端的部分截面呈椭圆形；

谐波减速器，位于所述机壳内部，并靠近所述机壳的开口处，包括波发生器、柔性轴承、柔轮、轴承、谐波减速器法兰，所述波发生器即为所述转轴前端的截面呈椭圆形的部分，所述柔性轴承套设于所述波发生器上，所述柔轮的有齿一端套设于所述柔性轴承上，并与所述环形凸台内部的内齿啮合；所述轴承包括轴承内圈、轴承外圈，所述轴承的轴承内圈位于所述环形凸台外侧并固定于所述环形凸台外侧；所述柔轮的另一端位于所述轴承的轴承外圈和谐波减速器法兰之间，并与所述轴承的轴承外圈和谐波减速器法兰固定；

输出轴，一端固定于所述谐波减速器法兰上，所述输出轴和转轴同轴。

2.根据权利要求1所述的集成减速器的一体电机，其特征在于，所述机壳的一端设有端板，使得所述机壳形成圆桶状。

3.根据权利要求1所述的集成减速器的一体电机，其特征在于，所述机壳的内部设有台阶状止口，所述前端盖的边缘部分固定于所述止口上。

4.根据权利要求1所述的集成减速器的一体电机，其特征在于，所述机壳开口的外侧设有止口结构以及法兰结构。

5.根据权利要求1所述的集成减速器的一体电机，其特征在于，所述谐波减速器法兰中心设有内孔，所述内孔的边缘向内侧延伸并与所述转轴的前端端面靠近。

6.根据权利要求5所述的集成减速器的一体电机，其特征在于，所述输出轴为中空结构，所述转轴为中空结构，使得沿着所述一体电机的轴线方向形成贯通长孔。

7.根据权利要求5所述的集成减速器的一体电机，其特征在于，所述内孔的延伸边缘端面与所述转轴的端面之间设有唇形密封圈，所述转轴、所述柔性轴承、所述前端盖之间的位置设有油封。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的集成减速器的一体电机，其特征在于，还包括：

伺服驱动器，设于所述机壳中，并位于所述伺服电机后端，并且包括控制板、驱动板。

9.根据权利要求8所述的集成减速器的一体电机，其特征在于，所述伺服驱动器还包括支撑于所述机壳内部的支架，所述驱动板、控制板设于所述支架上，所述控制板、驱动板平行并同时垂直于所述转轴的轴线设置，所述支架、驱动板、控制板中心皆为通孔。

10.根据权利要求8所述的集成减速器的一体电机，其特征在于，所述驱动板、控制板之间以及所述驱动板、控制板与所述伺服电机之间均具有一定距离。