CN107804164A - 马达减速机模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种马达减速机模块，包括在一机壳内配置一中空型马达及一行星齿轮系，其中该马达的永久磁铁系粘贴于该行星齿轮系的一行星齿轮承载座上而组成一环形转子，该行星齿轮包括有与马达转子同步公转的至少一行星齿轮组及分别形成于环型转子两侧的一固定太阳齿轮与一活动太阳齿轮；当环型转子转动时带动行星齿轮组公转，并且经由固定太阳齿轮的导持而使行星齿轮组自转，进而带动活动太阳齿轮减速输出，以改善传统马达减速机仅能输出有限的减速比，以及整体配置空间暨体积难以有效缩减的问题。

Description

马达减速机模块

技术领域

本发明涉及一种结合马达及齿轮减速机构的模块设计，特别有关一种具有扁平外型特色的马达减速机模块。

背景技术

马达减速机(gear motor)是一种结合电动马达和齿轮减速机构或非齿轮减速机而成的一体式动力驱动装置。一般马达在相同的驱动电压的情况下，若要有低转速高扭力输出，体积通常都会相对比较大，而且制作成本也高，若是高转速低扭力输出，则体积通常都会相对比较小，而且制作成本也低，而马达减速机则允许马达在生成高转速低扭力情况下通过减速机转换成低转速高扭力，在相对较小体积下提供巨大的扭力输出。

传统马达减速机的应用，可见揭示于例如是美国专利公告第6196347、6296072、6629574号等专利文献中，其共同教示应用马达减速机于自行车上充当动力辅助器，以便于减轻骑乘者踩踏时的体力负荷，或如美国专利公告第6031308号专利文献教示一种运用于照相机的小型驱动机构。

且知，现有的马达减速机之中组配齿轮减速机构的方式，通常是在马达心轴上配置一小齿轮去啮合驱动一大齿轮或齿轮串而得减速输出，或在马达心轴上组配一蜗杆去啮合驱动一蜗轮而得减速输出，也或像上述美国公告第6196347、6296072、6629574、6031308号专利教示在马达心轴的一侧同轴配置一行星齿轮系而得减速输出；其中，美国公告第6196347、6031308号专利揭示出具有佛格森齿轮系(Ferguson’s mechanical paradoxgear)减速输出的马达减速机配置技术，美国公告第6296072、6629574号专利则教示具有两阶减速输出的马达减速机配置技术。然而，这些传统的马达减速机的整体体积相对都过于庞大，尤其是在马达心轴的轴向长度部分，明显过于占用空间，在安装时，对于马达心轴的轴向长度有所限制的设备而言，更是不合适。

美国公告第7886858号专利提供一种结合扁平式马达与复合式行星齿轮系的一种设计，有效解决空间过大问题，尤其是有效缩短轴向尺寸。然其仍然存在数项缺失有待改进。例如，马达转子(rotor)或行星齿轮承载环(carrier)的一侧转子轴(rotor shaft)先枢接于驱动轴，驱动轴再与轮毂轴(hub spindle)轴接后受轮毂支撑次组合(hub bearingsub-assembly)的支撑，如此轴向串列枢接的方式在高速旋转时容易有偏摆震动产生；又如，固定内齿轮环(stationary ring gear)与驱动内齿轮环(driving ring gear)两者的齿差与行星齿轮数量间的最佳组合并未明白教示，而另一很重要的问题是以目前的加工技术而言，内齿轮的加工精度相对较低，整体系统效率也会因此而降低，运转时也容易产生噪音。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的旨在提供一种马达减速机的模块化设计，用以改善传统马达减速机的整体配置空间暨体积难以有效缩减的问题，尤其是舍弃使用内齿轮环，以改善整体系统效率并降低噪音。

为了实现上述目的并解决问题，本发明提供一较佳实施例，其机构配置细节包括：一机壳，其内部提供一中心线用以固接一中心轴；一减速机，由一行星齿轮系组合而成，该减速机接受中心轴的支撑而运转；一中空型马达，包含一外层的马达定子与一内层的永久磁铁，该马达并绕设于行星齿轮系的外围且坐落于机壳内；

该行星齿轮包含：一固定太阳齿轮，固接于该机壳并且被限制和该中心线同轴配置；一活动太阳齿轮，作为一动力输出端；多个行星齿轮组，分别等间隔地配置于该固定太阳齿轮与活动太阳齿轮的外缘，所述多个行星齿轮组分别具有同轴心枢接并且串列的一第一行星齿轮及一第二行星齿轮，该第一行星齿轮啮合于固定太阳齿轮，该第二行星齿轮啮合于活动太阳齿轮；一承载座，枢接于该中心轴并且接受中心轴的支撑，该承载座并结合该马达的永久磁铁而共同形成一旋转部件，其中该旋转部件系成为一环形转子的一部分，该环形转子介于该固定太阳齿轮与活动太阳齿轮之间而分隔该固定太阳齿轮与活动太阳齿轮，该承载座并容设所述多个行星齿轮组而作为行星齿轮系的一动力输入端。

上述实施例中，进一步的，还包括：

在一实施中，该第一行星齿轮与第二行星齿轮的齿数相同，该固定太阳齿轮与活动太阳齿轮的齿数不相同而具有一齿数差，该齿数差为该行星齿轮组的数量的整数倍，或者该齿数差与行星齿轮组的数量相同。其中，当该齿数差与行星齿轮数量相同时可得最大减速比。

在一实施中，该第一行星齿轮与第二行星齿轮的模数不相同，该固定太阳齿轮与第一行星齿轮模数相同，该活动太阳齿轮与第二行星齿轮的模数相同。

在一实施中，所述多个行星齿轮组的双侧分别配置一行星齿轮盘，该行星齿轮盘定位所述多个行星齿轮组中的各第一行星齿轮与各第二行星齿轮同步绕行中心轴公转。更进一步的，所述第一行星齿轮与第二行星齿轮同轴枢接于一行星齿轮轴上，所述两个行星齿轮盘的盘面提供所述多支行星齿轮轴的双端等间隔固定。

在一实施中，该活动太阳齿轮结合一圆盘及一套筒而形成一活动太阳齿轮组，该套筒套设于中心轴并与中心轴枢接，该圆盘形成有一作为动力输出介面的端面。

在一实施中，该活动太阳齿轮结合一圆盘而形成一活动太阳齿轮组，该活动太阳齿轮组的外缘形成一圆柱面，该圆柱面凭借一轴承与该壳体枢接，该圆盘形成有一作为动力输出介面的端面。

在一实施中，该活动太阳齿轮结合一圆盘及一套筒而形成一活动太阳齿轮组，该套筒套设于该中心轴并与中心轴枢接，且该活动太阳齿轮组的外缘形成一圆柱面，该圆柱面凭借一轴承与该壳体枢接，该圆盘形成有一作为动力输出介面的端面。

在一实施中，该永久磁铁粘贴于承载座上，该承载座的内缘中段处形成一肋环，该肋环并沿该中心轴的径向朝内延伸而分隔该固定太阳齿轮与活动太阳齿轮。

在一实施中，所述马达为一内转式直流无刷马达，该旋转部件由复数极对的永久磁铁粘贴于承载座组合而成，该马达定子由一具有多槽的导磁钢片堆与依序绕组于所述多槽内的漆包线绕组结合而成。

依本发明上述的实施例，其技术上的创意暨效果在于：

第一：本发明的马达与减速机为一充分融合的设计，该减速机的行星齿轮系并不具备传统行星齿轮系的内齿轮环，但多了一个太阳齿轮，所以具备两个太阳齿轮，而将其中一个太阳齿轮作为输出之用，环形转子分隔二太阳齿轮并向中心轴延伸而与中心轴枢接，以有效缩减马达减速机的整体配置空间暨体积。

第二：本发明舍弃使用加工精度难以提高的内齿轮环，而采用可以容易得到高精度的两个太阳齿轮，以得到较高效率的减速输出并降低运转噪音。

此外，有关本发明可供据以实施的相关技术细节，将在后续的具体实施方式及图式中加以阐述。

附图说明

图1是本发明实施例的立体分解图。

图2是图1组立后的正视图。

图3是图2中A-A断面的剖示图。

图4是图1中环型转子的另一视角的立体图。

图5是图1中活动太阳齿轮的另一视角的立体图。

图6是图2中B-B断面的剖示图。

附图标记说明：10机壳；10a组装孔；10b螺丝；10c螺丝；101中心线；11第一壳罩；11a通孔；11b凸环；11c通孔；12第二壳罩；12a螺孔；12b第一钢珠轨道；13容置室；14开放孔；15端板；16轴承；17轴承；18中心轴；19C扣；20马达；21环形转子；22永久磁铁；23磁铁护持环；24承载座；24a行星齿轮容置室；24b第一承载盘；24c轴孔；25螺孔；26肋环；27圆筒；28中心孔；29马达定子；30行星齿轮系；31固定太阳齿轮；31a螺孔；31b轴心定位孔；32活动太阳齿轮组；32a活动太阳齿轮；32b圆盘；32c套筒；32d螺孔；32e第二钢珠轨道；33轴承；34行星齿轮组；34a第一行星齿轮；34b第二行星齿轮；35行星齿轮轴；36第二承载盘；36a轴孔；36b穿孔；37螺丝；40钢珠。

具体实施方式

首先，请合并参阅图1至图6，揭示本发明一种较佳实施例的配置细节，说明本发明所提供的马达减速机模块的结构组成，包括有：一机壳10、一由行星齿轮系30组合而成的减速机以及一中空型马达20。该机壳10作为整个模块的固定端并用以容纳该马达20及减速机的行星齿轮系30，该机壳10的内部提供一中心线101，用以配置一中心轴18，并使该中心轴18固定于机壳10内；其中，该马达20系环绕于减速机的行星齿轮系30的外围并且坐落于机壳10内。

由图1及图3可见悉该机壳10包含一第一壳罩11与一第二壳罩12。该第一壳罩11上形成有复数通孔11a，该第二壳罩12上形成有对应数量的螺孔12a，凭借对应数量的螺丝10b将该第一壳罩11与该第二壳罩12相对螺组拼合而成机壳10。该第一壳罩11于机壳10端面形成一封闭端板15，该第二壳罩12于机壳10另一端面形成一开放孔14，使机壳10内部形成一容置室13。配合图2可见悉该第一壳罩11与该第二壳罩12上共同形成组装孔10a，可穿设螺丝将整个马达减速机模块安装于有动力需求的设备上。

由图1及图3也可见悉该中心轴18配置于该机壳10内中心线101上，并固接于封闭端板15端面上向开放孔14端延伸，用以支撑行星齿轮系30与环形转子21运转。

由图1及图3中还可见悉上述构成该减速机的行星齿轮系30的组成及其配置细节，包含：一固定太阳齿轮31、一活动太阳齿轮32a、多个行星齿轮组34及一承载座24。该固定太阳齿轮31系于机壳10内环绕中心线101配置并且固接于机壳10上；该活动太阳齿轮32a系作为行星齿轮系30的动力输出端；所述多个行星齿轮组34分别等间隔配置于该固定太阳齿轮31与该活动太阳齿轮32a的外缘，且所述多个行星齿轮组34分别具有同轴心枢接并且串列的一第一行星齿轮34a及一第二行星齿轮34b，该第一行星齿轮34a啮合于固定太阳齿轮31，该第二行星齿轮34b啮合于活动太阳齿轮32a；该承载座24系直接或间接与该中心轴18枢接并且接受中心轴18的支撑，以作为行星齿轮系30的动力输入端，且该承载座24属于一环形转子21的一部分，该环形转子21并包含马达的永久磁铁22。实际上，该环形转子21是马达20的旋转部件，间接受中心轴18支撑而可稳定旋转(容后再述)。该环形转子21中段并形成一肋环26介于固定太阳齿轮31与活动太阳齿轮32a之间，用以分隔固定太阳齿轮31与活动太阳齿轮32a。该承载座24更加包含多数行星齿轮容置室24a，用以容设所述多个行星齿轮组34。

请合并参阅图6，所述固定太阳齿轮31端面形成至少一螺孔31a，并于中心形成一轴心定位孔31b，所述第一壳罩11上的端板15上于对应螺孔31a处形成至少一通孔11c；端板15并于对应轴心定位孔31b处形成一与中心线101同轴心的凸环11b，该凸环11b定位固定太阳齿轮31环绕中心线101配置，并由螺丝10c对应该通孔11c与该螺孔31a将固定太阳齿轮31锁固于第一壳罩11上。

请合并参阅图2，说明所述活动太阳齿轮32a系结合一圆盘32b及一套筒32c而组成一活动太阳齿轮组32。该套筒32c套设于中心轴18，并凭借轴承17与中心轴18枢接；该圆盘32b端面作为动力输出介面，并提供螺孔32d做为锁合对手件之用。如前所述承载座24凭借轴承16与套筒32c枢接，间接接受中心轴18支撑并绕行中心轴18而旋转。如此，活动太阳齿轮32a经由作为输出介面的圆盘32b由开放孔14延伸至机壳10外，做为减速机动力的输出端。

请合并参阅图3与图5，说明所述活动太阳齿轮32a也可只结合该圆盘32b(不需结合套筒32c)而组成该活动太阳齿轮组32。该活动太阳齿轮组32外缘的圆柱面可凭借轴承与壳体10枢接，而使该圆盘32b的端面作为动力输出介面。其具体实施方式可在第二壳罩12的开放孔14周边形成一第一钢珠轨道12b，活动太阳齿轮组32的圆盘32b的外圆周边形成一第二钢珠轨道32e，多数钢珠40环绕排列于第一钢珠轨道12b与第二钢珠轨道32e之间形成一具轴承功能的装置，支撑活动太阳齿轮组32稳定旋转。

实施上，活动太阳齿轮组32可同时利用与中心轴18枢接以及与壳体10枢接的方式而得到更稳定的支撑效果。

上述的多个行星齿轮组34实施上可为6组，并且分别以等间隔方式配置于该固定太阳齿轮31与活动太阳齿轮32a的外缘；所述等间隔方式，实施上是利用两个行星齿轮承载盘，包括第一承载盘24b与第二承载盘36，分别配置于所述多个行星齿轮组34的双侧，凭借所述的两个行星齿轮承载盘24b、36来定位所述多个行星齿轮组34以等圆周的相同弧距的方式间隔配置于固定太阳齿轮31与活动太阳齿轮32a的外缘。

所述第一承载盘24b可单独成为一个零件，或如本实施例可一体形成于承载座24的行星齿轮容置室24a的一侧。

上述每一行星齿轮组34都包含一第一行星齿轮34a及一第二行星齿轮34b且串列成一体；一行星齿轮轴35系穿设于行星齿轮组34中心，一轴承33套设于该行星齿轮轴35与行星齿轮组34之间而相互枢接，且所述两个行星齿轮承载盘24b、36的盘面上等间隔的开设有相等于行星齿轮组34数量的轴孔24c、36a，用以提供所述行星齿轮轴35的双端等间隔固定在轴孔24c、36a内而成一组件。

此外，请配合图3、图4及图6，说明所述行星齿轮第二承载盘36的盘面上还等间隔的开设有多个穿孔36b，承载座24相应的开设有等数的螺孔25，以便于螺丝37将第二承载盘36锁固于承载座24，而使两个行星齿轮承载盘24b、36能将行星齿轮系30中的各个行星齿轮组34定位组合；此外，如前所述该套筒32c套设于中心轴18，并凭借轴承17与中心轴18枢接，环形转子21包含承载座24凭借轴承16与套筒32c枢接，间接接受中心轴18支撑并绕行中心轴18旋转，且行星齿轮组34系组设于承载座24内，依此，两个行星齿轮承载盘24b、36便能定位所述多个行星齿轮组34同步绕行中心轴18公转。

更进一步的，如图3所示，该第一行星齿轮34a与固定太阳齿轮31啮合于触，且第二行星齿轮34b并与活动太阳齿轮32a啮合于触，使得当环形转子21转动时，第一行星齿轮34a能够受固定太阳齿轮31的导引而自转，并跟随环形转子21同步公转，并使得跟随第一行星齿轮34a转动的第二行星齿轮34b驱动活动太阳齿轮32a相对于环形转子21以特定减速比减速旋转。

上述马达20为一扁平中空型马达，为马达减速机的动力源。马达20的组成包括有一外环的定子27与内环的永久磁铁22，如前所述，实际上永久磁铁22粘贴于承载座24共同形成马达的旋转部件的一部分，该乘载座24更加在内缘中段往中心轴18延伸形成一肋环26，并继续往内延伸形成一圆筒27，该圆筒27内缘形成一中心孔28，利用轴承16与活动太阳齿轮组32的套筒32c枢接，并间接受中心轴18支撑。所谓永久磁铁22，至少具有一N极与一S极所构成的一极对，其N极与S极相邻配置成一环状并紧贴于乘载座24表面，且受非导磁性材料制成的磁铁护持环23护持，以避免受旋转离心力作用而剥离。该磁铁护持环23、该永久磁铁22、该承载座24、该肋环26、该圆筒27共同组成环形转子21。

该定子27由多槽式的导磁钢片堆与依序绕组于所述槽内的漆包线绕组组合而成，由控制器及电源供应单元依序对漆包线绕组通电，永久磁铁22所产生的磁力线与漆包线绕组的电流依安培定律互相作用，即可推动永久磁铁旋转，也即推动环型转子21旋转，以生成马达20的动力源。

此外，本发明可进一步的将固定太阳齿轮31与活动太阳齿轮32a配置上不同的齿数；换句话说，固定太阳齿轮31具有A齿数，活动太阳齿轮32a具有B齿数，且A齿数≠B齿数。再者，本发明还可以更进一步的将上述同步转动(包含自转及绕行中心轴18公转)的第一行星齿轮34a与第二行星齿轮34b配置上不同的模数；换句话说，第一行星齿轮34a具有X模数，第二行星齿轮34b具有Y模数，且X模数≠Y模数；但第一行星齿轮34a与第二行星齿轮34b齿数相同。因固定太阳齿轮31与第一行星齿轮34a啮触，所以固定太阳齿轮31也具有X模数，活动太阳齿轮32a与第二行星齿轮34b啮触，所以活动太阳齿轮32a也具有Y模数。

根据上述配置细节，当马达定子29上的漆包线绕组依序通以电流驱动永久磁铁22旋转时将同步带动环形转子21旋转，也即行星齿轮承载座24也将同步旋转而带动行星齿轮组34绕行中心轴18公转，所述具有X模数的多个第一行星齿轮34a因与固定太阳齿轮31啮触而被导引带动自转，由于第一行星齿轮34a与第二行星齿轮34b是同轴一体串列配置，因此当第一行星齿轮34a被驱动时，第二行星齿轮34b便能和第一行星齿轮34a同步转动(包含自转及绕行中心轴18公转)。其中，在环形转子21的高速旋转转速通过行星齿轮系30传递减速输出的过程中，凭借具有X模数的多个第一行星齿轮34a啮触具有A齿数的固定太阳齿轮31，并且凭借具有Y模数的多个第二行星齿轮34b啮触传动具有B齿数的活动太阳齿轮32a；其中，由于固定太阳齿轮31已被固定于机壳10内而不会转动，因此具有B齿数的活动太阳齿轮32a因齿数与固定太阳齿轮31齿数A不同，驱使活动太阳齿轮32a相对于环形转子21以特定减速比转动而带动活动太阳齿轮组32上的圆盘32b减速输出，以供应有降低转速需求的设备使用。

而且，本发明还能依下式取得最终减速比GR的输出：

GR＝B/(B–A)

即，减速比＝活动太阳齿轮32a的齿数B/(活动太阳齿轮32a的齿数B–固定太阳齿轮31的齿数A)。在此需特别强调的是，(活动太阳齿轮的齿数B–固定太阳齿轮的齿数A)＝行星齿轮数量的整数倍。当倍数等于1时可得最大减速比。

依此设计，本发明行星齿轮系30舍弃了传统行星齿轮减速机组成(由一太阳齿轮、一行星齿轮组及一内齿轮环组成)中加工精度较难提升的内齿轮环，而增加了一个容易得到高加工精度的太阳齿轮，如此实施，不仅可提升系统效率，更可降低系统运转噪音。况且传统行星齿轮减速机在空间安排上只能往马达一侧延伸，而本发明的二太阳齿轮31、32a却可安排于马达20两侧，使得马达减速机的空间能够有效地得到缩减。

然而，以上实施例仅为表达了本发明的较佳具体实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。

Claims (11)

1.一种马达减速机模块，其特征在于，包括︰

一机壳，其内部提供一中心线用以固接一中心轴；

一减速机，由一行星齿轮系组合而成，该减速机接受中心轴的支撑而运转；

一中空型马达，包含一外层的马达定子与一内层的永久磁铁，该马达绕设于行星齿轮系的外围且坐落于机壳内；

其中，该行星齿轮包含：

一固定太阳齿轮，固接于该机壳并且被限制和该中心线同轴配置；

一活动太阳齿轮，作为一动力输出端；

多个行星齿轮组，分别等间隔地配置于该固定太阳齿轮与活动太阳齿轮的外缘，所述多个行星齿轮组分别具有同轴心枢接并且串列的一第一行星齿轮及一第二行星齿轮，该第一行星齿轮啮合于固定太阳齿轮，该第二行星齿轮啮合于活动太阳齿轮；

一承载座，枢接于该中心轴并且接受中心轴的支撑，该承载座并结合该马达的永久磁铁而共同形成一旋转部件，其中该旋转部件成为一环形转子的一部分，该环形转子介于该固定太阳齿轮与活动太阳齿轮之间而分隔该固定太阳齿轮与活动太阳齿轮，该承载座并容设所述多个行星齿轮组而作为行星齿轮系的一动力输入端。

2.根据权利要求1所述的马达减速机模块，其特征在于：该第一行星齿轮与第二行星齿轮的齿数相同，该固定太阳齿轮与活动太阳齿轮的齿数不相同而具有一齿数差，该齿数差为该行星齿轮组的数量的整数倍。

3.根据权利要求2所述的马达减速机模块，其特征在于：该齿数差与行星齿轮组的数量相同。

4.根据权利要求1或2所述的马达减速机模块，其特征在于：该第一行星齿轮与第二行星齿轮的模数不相同，该固定太阳齿轮与第一行星齿轮模数相同，该活动太阳齿轮与第二行星齿轮的模数相同。

5.根据权利要求1所述的马达减速机模块，其特征在于：所述多个行星齿轮组的双侧分别配置一行星齿轮盘，该行星齿轮盘定位所述多个行星齿轮组中的各第一行星齿轮与各第二行星齿轮同步绕行中心轴公转。

6.根据权利要求5所述的马达减速机模块，其特征在于：所述多个行星齿轮组中的第一行星齿轮与第二行星齿轮同轴枢接于一行星齿轮轴上，所述两个行星齿轮盘的盘面提供所述多支行星齿轮轴的双端等间隔固定。

7.根据权利要求1所述的马达减速机模块，其特征在于：该活动太阳齿轮结合一圆盘及一套筒而形成一活动太阳齿轮组，该套筒套设于中心轴并与中心轴枢接，该圆盘形成有一作为动力输出介面的端面。

8.根据权利要求1所述的马达减速机模块，其特征在于：该活动太阳齿轮结合一圆盘而形成一活动太阳齿轮组，该活动太阳齿轮组的外缘形成一圆柱面，该圆柱面凭借一轴承与该壳体枢接，该圆盘形成有一作为动力输出介面的端面。

9.根据权利要求1所述的马达减速机模块，其特征在于：该活动太阳齿轮结合一圆盘及一套筒而形成一活动太阳齿轮组，该套筒套设于该中心轴并与中心轴枢接，且该活动太阳齿轮组的外缘形成一圆柱面，该圆柱面凭借一轴承与该壳体枢接，该圆盘形成有一作为动力输出介面的端面。

10.根据权利要求1所述的马达减速机模块，其特征在于：该永久磁铁粘贴于承载座上，该承载座的内缘中段处形成一肋环，该肋环并沿该中心轴的径向朝内延伸而分隔该固定太阳齿轮与活动太阳齿轮。

11.根据权利要求10所述的马达减速机模块，其特征在于：所述马达为一内转式直流无刷马达，该旋转部件由复数极对的永久磁铁粘贴于承载座组合而成，该马达定子由一具有多槽的导磁钢片堆与依序绕组于所述多槽内的漆包线绕组结合而成。