CN107339373A - 一种减速机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种减速机，包括双转子电动机，双转子电动机的内转子和外转子上配合连接有辛普森行星齿轮结构，所述的辛普森行星齿轮结构包括外齿圈，外齿圈的中部设置有太阳轮，太阳轮与外齿圈之间均布有四个行星轮，且行星轮与外齿圈和太阳轮啮合，且外齿圈、行星架和太阳轮中的任意两个作为输入端分别与内转子和外转子相连，另外一个作为输出端与输出轴相连。本发明可以实现大传动比，且能够实现多个传动比。

Description

一种减速机

技术领域

本发明涉及减速机领域，具体涉及一种大传动比的减速机。

背景技术

减速器在原动机和工作机或执行机构之间起匹配转速和传递转矩的作用，在现代机械中应用极为广泛。减速器按用途可分为通用减速器和专用减速器两大类，两者的设计、制造和使用特点各不相同。减速器用来降低转速和增大转矩，以满足工作需要，在某些场合也用来增速，称为增速器。选用减速器时应根据工作机的选用条件，技术参数，动力机的性能，经济性等因素，比较不同类型、品种减速器的外廓尺寸，传动效率，承载能力，质量，价格等，选择最适合的减速器。但目前的减速机传动比较低，且功能单一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种减速机，以解决现有技术的问题，本发明可以实现大传动比，且能够实现多个传动比。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种减速机，包括双转子电动机，双转子电动机的内转子和外转子上配合连接有辛普森行星齿轮结构，所述的辛普森行星齿轮结构包括外齿圈，外齿圈的中部设置有太阳轮，太阳轮与外齿圈之间均布有四个行星轮，且行星轮与外齿圈和太阳轮啮合，且外齿圈、行星轮和太阳轮中的任意两个作为输入端分别与内转子和外转子相连，另外一个作为输出端与输出轴相连。

进一步地，所述的内转子与太阳轮的中心孔连接，外转子通过行星架与行星轮连接，外齿圈通过外齿圈安装架连接至输出轴。

进一步地，所述行星架通过均布在行星架上的四个行星轮轴与行星轮连接，且行星架通过其中心的行星架轴孔与外转子连接，外齿圈安装架通过其中心的安装架轴孔与输出轴连接。

进一步地，所述减速机的输出转速为外齿圈转速n₂，有如下公式：

其中，n₁为太阳轮转速，n_A为内转子转速，且n₁＝n_A，n₃为行星架转速，n_B为外转子转速，且n₃＝n_B，a为外齿圈齿数和太阳轮齿数的比。

进一步地，所述的内转子与太阳轮的中心孔连接，外转子通过外齿圈安装架与外齿圈连接，行星轮通过行星架连接至输出轴。

进一步地，外转子通过外齿圈安装架中心的安装架轴孔与外齿圈安装架连接，行星架通过均布在行星架上的四个行星轮轴与行星轮连接，且行星架通过其中心的行星架轴孔与输出轴连接。

进一步地，所述减速机的输出转速为行星架转速n₃，有如下公式：

其中，n₁为太阳轮转速，n_A为内转子转速，且n₁＝n_A，n₂为外齿圈转速，n_B为外转子转速，且n₂＝n_B，aa为外齿圈齿数和太阳轮齿数的比。

进一步地，所述的内转子通过行星架与行星轮连接，外转子通过外齿圈安装架与外齿圈连接，太阳轮的中心孔与输出轴连接。

进一步地，外转子通过外齿圈安装架中心的安装架轴孔与外齿圈安装架连接，行星架通过均布在行星架上的四个行星轮轴与行星轮连接，且行星架通过其中心的行星架轴孔与内转子连接。

进一步地，所述减速机的输出转速为太阳轮转速n₁，有如下公式：

n₁＝(1+a)n₃-an₂＝(1+a)n_A-an_B

其中，n₂为外齿圈转速，n_B为外转子转速，且n₂＝n_B，n₃为行星架转速，n_A为内转子转速，且n₃＝n_A，a为外齿圈齿数和太阳轮齿数的比。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明的内转子和外转子的动力输入到辛普森行星齿轮机构的两个输入端，输出一个转速，在一定范围内改变输出转速只要改变外转子或内转子的转动惯量即可，而改变转动惯量，只需在转子上装一配重盘，改变配重或者配重转动半径即可，辛普森行星齿轮机构则不需改变，即本发明在齿轮不变改变转动惯量的情况下，就会有一定范围的变速比，且本发明结构能够实现大转速比，另外本发明齿轮受的力是力偶，对轴承没附加压力，对齿轮的强度要求可降低一半，齿轮种类不变会有多个变速比的减速器，所以制作容易，易于批量生产。

进一步地，将内转子连接太阳轮，外转子连接行星架，将外齿圈作为输出，可以作为增速器使用。

进一步地，将内转子连接太阳轮，外转子连接外齿圈，将行星架作为输出，可以实现大的转速比。

进一步地，将内转子连接行星架，外转子连接外齿圈，将太阳轮作为输出，可以作为增速器使用。

附图说明

图1是本发明在第一种模式下的整体装配图；

图2是本发明在第一种模式下的爆炸图；

图3是本发明在第二种模式下的整体装配图；

图4是本发明在第二种模式下的爆炸图；

图5是本发明在第三种模式下的整体装配图；

图6是本发明在第三种模式下的爆炸图；

图7是辛普森行星齿轮机构的结构示意图；

图8是双转子电动机的结构示意图；

图9是行星架的结构示意图；

图10是外齿圈安装架的结构示意图。

其中：1、双转子电动机；1-1、内转子；1-2、外转子；2、辛普森行星齿轮机构；2-1、外齿圈；2-2、行星轮；2-3、太阳轮；3、行星架；3-1、行星架轴孔；3-2、行星轮轴；4、外齿圈安装架；4-1、安装架轴孔；5、输出轴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

一种减速机，包括双转子电动机1，双转子电动机1的内转子1-1和外转子1-2上配合连接有辛普森行星齿轮结构2，所述的辛普森行星齿轮结构2包括外齿圈2-1，外齿圈2-1的中部设置有太阳轮2-3，太阳轮2-3与外齿圈2-1之间均布有四个行星轮2-2，且行星轮2-2与外齿圈2-1和太阳轮2-3啮合，且外齿圈2-1、行星轮2-2和太阳轮2-3中的任意两个作为输入端分别与内转子1-1和外转子1-2相连，另外一个作为输出端与输出轴5相连。

在第一种模式下，参见图1和图2，内转子1-1与太阳轮2-3的中心孔连接，外转子1-2通过行星架3与行星轮2-2连接，外齿圈2-1通过外齿圈安装架4连接至输出轴5，其中行星架3通过均布在行星架3上的四个行星轮轴3-2与行星轮2-2连接，且行星架3通过其中心的行星架轴孔3-1与外转子1-2连接，外齿圈安装架4通过其中心的安装架轴孔4-1与输出轴5连接。

此种模式下减速机的输出转速为外齿圈转速n₂，有如下公式：

其中，n₁为太阳轮转速，n_A为内转子转速，且n₁＝n_A，n₃为行星架转速，n_B为外转子转速，且n₃＝n_B，a为外齿圈齿数和太阳轮齿数的比，且a为大于1的数。

在第二种模式下，参见图3和图4，内转子1-1与太阳轮2-3的中心孔连接，外转子1-2通过外齿圈安装架4与外齿圈2-1连接，行星轮2-2通过行星架3连接至输出轴5，其中外转子1-2通过外齿圈安装架4中心的安装架轴孔4-1与外齿圈安装架4连接，行星架3通过均布在行星架3上的四个行星轮轴3-2与行星轮2-2连接，且行星架3通过其中心的行星架轴孔3-1与输出轴5连接。

此种模式下减速机的输出转速为行星架转速n₃，有如下公式：

其中，n₁为太阳轮转速，n_A为内转子转速，且n₁＝n_A，n₂为外齿圈转速，n_B为外转子转速，且n₂＝n_B，a为外齿圈齿数和太阳轮齿数的比。

在第三种模式下，参见图5和图6，内转子1-1通过行星架3与行星轮2-2连接，外转子1-2通过外齿圈安装架4与外齿圈2-1连接，太阳轮2-3的中心孔与输出轴5连接，其中外转子1-2通过外齿圈安装架4中心的安装架轴孔4-1与外齿圈安装架4连接，行星架3通过均布在行星架3上的四个行星轮轴3-2与行星轮2-2连接，且行星架3通过其中心的行星架轴孔3-1与内转子1-1连接。

此种模式下减速机的输出转速为太阳轮转速n₁，有如下公式：

n₁＝(1+a)n₃-an₂＝(1+a)n_A-an_B

其中，n₂为外齿圈转速，n_B为外转子转速，且n₂＝n_B，n₃为行星架转速，n_A为内转子转速，且n₃＝n_A，a为外齿圈齿数和太阳轮齿数的比。

下面对本发明的操作过程做详细描述：

对于双转子电动机：普通电动机再加个外壳，成双转子电动机：电动机原转子叫内转子1-1，原定子叫外转子1-2，外转子1-2是端盖中心加长做成空心轴，空心轴穿过外壳轴承，从空心轴输出动力。内转子1-1的轴套在其中。如图8所示，外转子1-2和内转子1-1转向相反，成正反向双输出动力电动机。由于普通电动机在转动时，定子会受到和转子转动方向相反的扭力，这个扭力要靠电机一边地脚螺栓的拉力，和另一边电动机基础的支撑力来平衡。这款电动机原作用在定子上的扭矩，现在作用在外转子1-2上，由于外转子1-2可以自由转动，转动方向和内转子1-1相反。转动的力也没有传到外壳，内外转子互相给力即自平衡。

设双转子电机内转子的转速为n_A，角速度为ω_A，外转子转速为n_B，角速度为ω_B。在空载时根据角动量守恒有：

I_Aω_A＝I_Bω_B

如果把外转子卡死，只让内转子转动时转速为n₀。内外转子都可自由转动时，它们的转速分别为n_A、n_B，一般I_B大于I_A，也就是n_A大于n_B，I_A表示内转子的转动惯量，I_B表示外转子的转动惯量。它们的关系为：

|n_A|+|n_B|＝|n₀|

由上两式可知，两个转子的转速n和自己的转动惯量I成反比，他们彼此的转动惯量确定他们的转速。内外转子转速速率的和等于对应普通同级数电机的转速。

双转子电动机同轴输出两个动力，转向相反。而辛普森行星齿轮机构有三个输入端，双转子电动机的两个动力输出输入到辛普森行星齿轮机构的两个输入端，另一个自由度作为输出端，这样会有三种组合。其中第二种是减速的，而且可以做成大转速比减速器，这种组合应用最广，首先对辛普森行星齿轮机构进行详述，如图7所示：

辛普森行星齿轮机构包括：太阳轮2-3，其转速为n₁，外齿圈2-1，其转速n₂，行星轮2-2，行星轮2-2上连接有行星架3，行星架转速n₃。

其中，a为外齿圈齿数和太阳轮齿数的比。

双转子电动机和辛普森行星齿轮机构的连接的三种组合，这种结构中齿轮受力是力偶，对轴承没有附加压力，所以对他们的强度要求也是很低，这样减速器重量会很轻，三种组合详述如下：

1、双转子电动机的内转子1-1连接太阳轮2-3，双转子电动机的外转子1-2连接行星架3，输出转速为外齿圈2-1的转速n₂。

其中，n₁为太阳轮转速，n_A为内转子转速，且n₁＝n_A，n₃为行星架转速，n_B为外转子转速，且n₃＝n_B，a为外齿圈齿数和太阳轮齿数的比。

2、双转子电动机的内转子1-1连接太阳轮2-3，双转子电动机的外转子1-2连接外齿圈2-1，输出转速为行星架转速n₃。

其中，n₁为太阳轮转速，n_A为内转子转速，且n₁＝n_A，n₂为外齿圈转速，n_B为外转子转速，且n₂＝n_B，a为外齿圈齿数和太阳轮齿数的比。

这种形式用途最广，式中n_B为负值。n₃可正可负，转速可以很小即大转速比，可以采用少齿轮实现大转速比。

3、双转子电动机的内转子1-1连接行星架3，双转子电动机的外转子1-2连接外齿圈2-1，输出转速为太阳轮转速n₁。

其中，n₂为外齿圈转速，n_B为外转子转速，且n₂＝n_B，n₃为行星架转速，n_A为内转子转速，且n₃＝n_A，a为外齿圈齿数和太阳轮齿数的比。

内转子和外转子的动力输入到辛普森行星齿轮机构的两个输入端，输出一个转速。在一定范围内改变输出转速只要改变外转子或内转子的转动惯量即可，改变转动惯量，在转子上装一配重盘，改变配重或者配重转动半径即可，辛普森行星齿轮机构则不需改变。本发明有如下特点：1、齿轮不变改变转动惯量，就会有一定范围的变速比。2、这个结构可以实现大转速比。3、启动容易，无需软启。批量生产容易，齿轮种类不变会有多个变速比的减速器，所以制作容易，将本发明在轴流风机中的应用时，两个转子带动两个扭向相反的叶片即可。

Claims (10)

1.一种减速机，其特征在于，包括双转子电动机(1)，双转子电动机(1)的内转子(1-1)和外转子(1-2)上配合连接有辛普森行星齿轮结构(2)，所述的辛普森行星齿轮结构(2)包括外齿圈(2-1)，外齿圈(2-1)的中部设置有太阳轮(2-3)，太阳轮(2-3)与外齿圈(2-1)之间均布有四个行星轮(2-2)，且行星轮(2-2)与外齿圈(2-1)和太阳轮(2-3)啮合，且外齿圈(2-1)、行星轮(2-2)和太阳轮(2-3)中的任意两个作为输入端分别与内转子(1-1)和外转子(1-2)相连，另外一个作为输出端与输出轴(5)相连。

2.根据权利要求1所述的一种减速机，其特征在于，所述的内转子(1-1)与太阳轮(2-3)的中心孔连接，外转子(1-2)通过行星架(3)与行星轮(2-2)连接，外齿圈(2-1)通过外齿圈安装架(4)连接至输出轴(5)。

3.根据权利要求2所述的一种减速机，其特征在于，所述行星架(3)通过均布在行星架(3)上的四个行星轮轴(3-2)与行星轮(2-2)连接，且行星架(3)通过其中心的行星架轴孔(3-1)与外转子(1-2)连接，外齿圈安装架(4)通过其中心的安装架轴孔(4-1)与输出轴(5)连接。

4.根据权利要求2所述的一种减速机，其特征在于，所述减速机的输出转速为外齿圈转速n₂，有如下公式：

<mrow> <msub> <mi>n</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mi>a</mi> <mo>)</mo> <msub> <mi>n</mi> <mn>3</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>n</mi> <mn>1</mn> </msub> </mrow> <mi>a</mi> </mfrac> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mi>a</mi> <mo>)</mo> <msub> <mi>n</mi> <mi>B</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>n</mi> <mi>A</mi> </msub> </mrow> <mi>a</mi> </mfrac> </mrow>

其中，n₁为太阳轮转速，n_A为内转子转速，且n₁＝n_A，n₃为行星架转速，n_B为外转子转速，且n₃＝n_B，a为外齿圈齿数和太阳轮齿数的比。

5.根据权利要求1所述的一种减速机，其特征在于，所述的内转子(1-1)与太阳轮(2-3)的中心孔连接，外转子(1-2)通过外齿圈安装架(4)与外齿圈(2-1)连接，行星轮(2-2)通过行星架(3)连接至输出轴(5)。

6.根据权利要求5所述的一种减速机，其特征在于，外转子(1-2)通过外齿圈安装架(4)中心的安装架轴孔(4-1)与外齿圈安装架(4)连接，行星架(3)通过均布在行星架(3)上的四个行星轮轴(3-2)与行星轮(2-2)连接，且行星架(3)通过其中心的行星架轴孔(3-1)与输出轴(5)连接。

7.根据权利要求5所述的一种减速机，其特征在于，所述减速机的输出转速为行星架转速n₃，有如下公式：

<mrow> <msub> <mi>n</mi> <mn>3</mn> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>n</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>an</mi> <mn>2</mn> </msub> </mrow> <mrow> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mi>a</mi> </mrow> </mfrac> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>n</mi> <mi>A</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>an</mi> <mi>B</mi> </msub> </mrow> <mrow> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mi>a</mi> </mrow> </mfrac> </mrow>

其中，n₁为太阳轮转速，n_A为内转子转速，且n₁＝n_A，n₂为外齿圈转速，n_B为外转子转速，且n₂＝n_B，aa为外齿圈齿数和太阳轮齿数的比。

8.根据权利要求1所述的一种减速机，其特征在于，所述的内转子(1-1)通过行星架(3)与行星轮(2-2)连接，外转子(1-2)通过外齿圈安装架(4)与外齿圈(2-1)连接，太阳轮(2-3)的中心孔与输出轴(5)连接。

9.根据权利要求8所述的一种减速机，其特征在于，外转子(1-2)通过外齿圈安装架(4)中心的安装架轴孔(4-1)与外齿圈安装架(4)连接，行星架(3)通过均布在行星架(3)上的四个行星轮轴(3-2)与行星轮(2-2)连接，且行星架(3)通过其中心的行星架轴孔(3-1)与内转子(1-1)连接。

10.根据权利要求8所述的一种减速机，其特征在于，所述减速机的输出转速为太阳轮转速n₁，有如下公式：

n₁＝(1+a)n₃-an₂＝(1+a)n_A-an_B

其中，n₂为外齿圈转速，n_B为外转子转速，且n₂＝n_B，n₃为行星架转速，n_A为内转子转速，且n₃＝n_A，a为外齿圈齿数和太阳轮齿数的比。