CN108506338A - 减速轴承及电动马达 - Google Patents

Abstract

本发明涉及呈环形构造的减速轴承（31‑36）以及电动马达（20），减速轴承具有旋转对称中心轴线（50）并具有包括内圈（3）、中心圈（2）和外圈（1）的三个圈（1、2、3），三个圈（1、2、3）绕旋转对称轴线（50）同心。发明的减速轴承（31‑36）还包括第一圈滚动元件（4a）和第二圈滚动元件（4b），两圈滚动元件（4a、4b）以旋转对称轴线（50）为中心并定位在内圈（3）与外圈（1）之间，其中内圈（3）和外圈（1）构造成沿径向方向具有用于两圈滚动元件（4a、4b）中的两者的轴承座圈（8a、8b），其中减速轴承（31‑36）构造成经由两圈滚动元件（4a、4b）中的至少一圈的滚动元件（4a、4b）的轴向移位而在中心圈（2）与内圈（3）或外圈（1）中的任一者之间传递波型减速动作。

Description

减速轴承及电动马达

技术领域

本发明涉及呈环形构造的减速轴承以及电动马达，减速轴承具有旋转对称中心轴线，并具有包括内圈、中心圈和外圈的三个圈，三个圈绕旋转对称轴线同心。

背景技术

具有同心圈（同心圈之间有同心圈的滚动元件）的径向轴承常用于承担径向力，同时允许与轴承的内圈连接的旋转部分绕同心圈的共同中心轴线旋转运动。此外，已知用于旋转运动的齿轮箱，其用于使施加给齿轮箱的输入的旋转元件的旋转速度减小为齿轮箱的输出处的较慢的旋转。在本申请内，这被称为减速动作或减速的动作。

常规已知的齿轮箱自身不具有支承径向力的能力或不适于支承径向力，并且因此通常与外部的或另外的径向轴承组合地使用。许多技术应用需要减速动作，但面临着与轴承组合的常规已知的齿轮箱过分庞大的问题。一个这样的技术领域是机器人学，其对于小型化与耐用且精准的旋转速度减速的结合有特别强烈的需求。本发明可使用的另一个技术领域是汽车，特别是电动车和电动轮。

由本申请人提交的欧洲专利申请EP 15 182 419.0公开了一种将减速动作与径向支承功能整体形成到单个单元中的减速轴承。减速轴承具有至少三个同心圈，该至少三个同心圈构造成用于同心的两圈滚动元件的轴承座圈，使得三个同心圈可相对于彼此自由地旋转，同时支承径向力。这与将谐波型减速级整体形成到至少三个同心圈的延伸部中相结合，这基于已知的谐波型减速原理。谐波型动作通过滚动元件分别在外圈与内圈的特别构造的内表面与外表面之间的径向移位而成为可能。

EP 15 182 419.0公开的全部内容由此通过引用的方式被包括。

发明内容

本发明的目标是增强已知的减速轴承的支承能力并减小这样的减速轴承的总体尺寸。

该目标通过呈环形构造的减速轴承来实现，减速轴承具有旋转对称中心轴线，并具有包括内圈、中心圈和外圈的三个圈、第一圈滚动元件和第二圈滚动元件，所述三个圈绕旋转对称轴线同心，所述两圈滚动元件以旋转对称轴线为中心，尤其彼此轴向对准，并且定位在内圈与外圈之间，其中，内圈与外圈构造成在径向方向上具有用于两圈滚动元件中的两者的轴承座圈，其中，减速轴承构造成经由两圈滚动元件中的至少一圈的滚动元件的轴向移位在中心圈与内圈或外圈中的任一者之间传递波型减速动作。

本发明基于如下构思：在使用两圈滚动元件的减速轴承内侧使用轴向移位来替代径向移位。至少一圈滚动元件用于轴向移位，即用于转换减速动作。由于两圈滚动元件被保持在内圈与外圈之间，其中内圈与外圈的相邻表面被构造成轴承座圈，因此减速轴承保持了其全部的径向支承能力。现在，通过提供轴向移位动作来替代径向移位动作，减速轴承另外也能被用作轴向轴承。

在谐波型减速动作中提供轴向移位动作还致使有可能在径向更小的空间中建立这样的减速轴承，即具有与先前已知的减速轴承相比更小的直径。此外，提供两圈滚动元件使得如下成为可能：要么将两圈滚动元件构造成配合的，即两圈滚动元件中的滚动元件都参与轴向移位；要么将两圈滚动元件构造成通过设置一圈滚动元件参与轴向移位动作而第二圈滚动元件用作其滚动元件不会轴向或径向移位的更加传统的轴向及径向轴承，从而使所述两圈分离。

有利的是，两圈滚动元件彼此轴向对准。术语“轴向对准”表示两圈是同心的并具有相同的直径，这意味着内圈与外圈的机械组成可特别简单地被保持。

优选地，两圈滚动元件具有相同数目的滚动元件，并且两圈的滚动元件彼此轴向对准。该优选的构造使得令两圈的一对相邻滚动元件一致地（即一起）轴向地运动成为可能。用于轴向移位的两圈滚动元件的使用提供了低摩擦的减速动作。

在该上下文中，两圈滚动元件中的轴向对准的滚动元件有利地彼此直接接触，或由弹性（尤其低摩擦）的平坦横截面的或双凹横截面的轴向分离元件分离开，并且两圈滚动元件中的滚动元件均经受轴向移位。轴向分离元件的设置提供了两圈滚动元件中的相邻滚动元件之间的进一步降低的摩擦，并具有消除对于两圈滚动元件中的滚动元件的任何游隙的另外的益处，尤其如果轴向分离元件是弹性的。在这种情况下，轴向分离元件参与减速轴承的轴向支承动作。低摩擦可通过如下方式来实现：要么利用诸如Teflon^®或其它适合的熟知的材料的低摩擦涂层来涂覆轴向分离元件，要么将低摩擦的化合物用作轴向分离元件。

优选地，轴向分离元件对两圈滚动元件中的所有滚动元件来说是公共的圈。替代地，每对轴向对准的滚动元件设置有其自己的轴向分离元件。独立的轴向分离元件可构造成具有与间隙中可获得的空间相称的尺寸使得轴向分离元件被保持在位，所述间隙为两个轴承座圈之间的两圈滚动元件中的两个相邻的滚动元件之间的间隙。如果轴向分离元件构造成对两圈滚动元件中的所有滚动元件来说是公共的圈，则其放置是简单的，并且其可在相邻的滚动元件之间自由地旋转，或者其可构造成具有如下的表面轮廓，该表面轮廓具有用于接收相应的滚动元件的凹状凹陷。

在实施例中，内圈或外圈中的任一者包括周向分离件，或者内圈或外圈中的任一者与周向分离件连接，周向分离件绕内圈的外周边分布或绕外圈的内周边分布，其中，周向分离件沿径向方向延伸到两圈滚动元件中的至少一圈的两个相邻滚动元件之间的间隙中，使得两个相邻滚动元件之间的每个间隙设置有周向分离件。周向分离件确保滚动元件仅沿轴向方向移位，而不沿减速轴承的周向方向移位。滚动元件的任何径向移位通过作为轴承座圈的内圈与外圈的相邻表面来防止。

有利地，这样的周向分离件被提供给两圈滚动元件，其中，周向分离件被单独地提供给各圈滚动元件，或者所提供的周向分离件对于两圈滚动元件是公共的。由于轴向分离圈元件可被设置成穿过单独的周向分离件之间的间隙，因此尤其当对于各圈单独提供周向分离件时，可使用以上提及的构造成圈的轴向分离元件。设置成用于两圈滚动元件的一件式周向分离件将有利地与独立的轴向分离元件一起使用。

在实施例中，中心圈被构造成输入轴，输入轴具有沿减速轴承的轴向方向面向第一圈滚动元件中的滚动元件的有轮廓的输入轴端面，该有轮廓的输入轴端面具有升高结构，该升高结构沿轴向方向具有一个或更多个峰部，促使第一圈滚动元件中的滚动元件在中心圈相对于所述圈的滚动元件旋转期间沿轴向方向移位。根据先前描述的构造中的一种，两圈滚动元件中的滚动元件可构造成一致地沿轴向方向移位。在这种情况下，从有轮廓的输入轴端面传递至第一圈滚动元件中的滚动元件的轴向移位动作可进一步被传递至第二圈滚动元件中的滚动元件。

有利地，内圈或外圈中的任一者具有有轮廓的输出端面，有轮廓的输出端面具有沟槽和齿，面向第一圈滚动元件中的滚动元件或第二圈滚动元件中的滚动元件，构造成沿与有轮廓的输入轴端面的峰部相反的轴向方向升高的结构，其中，沟槽及齿的数目高于峰部的数目。沟槽（或相应地，齿）的数目与峰部数目的比指示谐波型减速轴承的减速比。

在实施例中，具有沟槽和齿的有轮廓的输出端面附接至内圈或外圈、与内圈或外圈连接、或与内圈或外圈形成一件。

如果在两圈滚动元件的第二圈中滚动元件轴向静止，那么减速动作与轴向支承动作分离。该特征从第一圈的滚动元件带走轴向应力，第一圈的滚动元件通过它们的轴向移位传递减速动作，并从而允许减速轴承有更长的寿命。

如果在另外的实施例中，两个或更多个根据本发明的先前描述的减速轴承以彼此轴向对准定位的连续相互连接的减速级来构造，则实现进一步增加的灵活性，其中，至少一个第一减速级的输出驱动至少一个第二减速级的输入。通过这样的方式，具有小直径的两级或多级减速轴承实现为具有轴向支承的能力。

本发明的目标还通过电动马达来实现，其中，至少一个根据本发明的上述减速轴承与电动马达整体形成或被整体形成到电动马达中，其中，电动马达的壳体形成用于减速轴承的支撑结构，并且电动马达的转子驱动地连接至减速轴承的输入轴或与减速轴承的输入轴整体形成。

通过包括发明的减速轴承或与发明的减速轴承整体形成，电动马达包括与发明的减速轴承相同的特征、优点和性能。

本发明的另外的特征将从根据本发明的实施例的描述以及权利要求和被包括的附图而变得显而易见。根据本发明的实施例可实现独立的特征或若干特征的组合。

附图说明

以下基于示例性实施例在不限制本发明的总体意图的情况下描述本发明，其中，关于根据本发明的未在文本中更加详细地解释的所有细节的公开，明确参考附图。附图中示出：

图1中示出减速轴承的第一实施例的示意性横截面视图，

图2中示出减速轴承的第二实施例的示意性横截面视图，

图3中示出减速轴承的第三实施例的示意性横截面视图，

图4中示出减速轴承的第四实施例的示意性横截面视图，

图5中示出减速轴承的第五实施例的示意性横截面视图，

图6中示出减速轴承的第六实施例的示意性横截面视图，以及

图7中示出根据本发明的电动马达的示意性视图。

在附图中，相同或相似类型的元件或分别对应的部分设置有相同的附图标记，以便防止需要重新引入物件。

具体实施方式

图1示出了减速轴承31的第一实施例的快速示意性横截面视图，其具有以旋转对称轴线50为中心的大体环形的形状。为简单起见，图1仅示出了通过圈而非相对部分的一部分的横截面。在图1中，竖直方向是减速轴承31的径向方向，水平方向对应于减速轴承31的轴向方向。周向方向垂直地指向附图的平面中。相同的约定也被用在图2至图7中。

两圈滚动元件4a、4b定位在减速轴承31的外圈1与内圈2之间，外圈1具有用于滚动元件4a、4b的轴承座圈8a、8b，并且内圈2同样具有用于滚动元件4a、4b的轴承座圈8a、8b。第二圈滚动元件4a在连续的座圈8a中滚动，并借助沿轴向方向和沿径向方向与滚动元件4a接触的轴承座圈8a提供轴向和径向支承功能，连续的座圈8a具有适于滚动元件4a直径的弧形座圈轮廓。在周向方向上，滚动元件4a可彼此直接接触并可自由运动。

相反，第一圈滚动元件4b的运动仅在径向方向上由内圈2和外圈1的轴承座圈8b控制。在周向方向上，运动由周向分离件5控制，周向分离件5定位在第一圈滚动元件4b的两个相邻的滚动元件4b之间的间隙中。在轴向方向上，滚动元件4b在一侧上由中心圈或输入轴3的具有一个或更多个峰部的有轮廓的输入轴端面6限制，并且在相对侧上由具有更高数目的沟槽及齿的有轮廓的输出端面7限制。有轮廓的输出端面7是外圈1的延伸到滚动元件4a与4b之间的间隙中的延伸部分的一部分，或附接至外圈1的该延伸部分，其中，延伸部分的面向滚动元件4a的一侧构造成轴承座圈8a的提供抵抗轴向运动的阻力的部分，并且面向滚动元件4b的一侧支撑有轮廓的输出端面7。

在两侧上，外圈1、内圈2与输入轴3之间的间隙分别通过密封件9相对于外侧密封。在替代的实施例中，如果减速轴承31在左侧上联接到另一个结构，提供例如到外圈1的连接并且提供对从图1的右侧施加的轴向力的反作用力，那么在左侧上的密封件9可被省去。对于图2至图7的随后的实施例，情况也是如此。

减速轴承31的典型用途使得外圈1将抵靠外壳体固定，中心圈将用作输入轴3，并且内圈2将用作输出部，其中，输入到输入轴3的旋转速度转换成内圈2的减小的旋转速度，该减小的旋转速度与峰部对沟槽的比成比例。然而，也可选择任何其它的构造，只要三个圈中的至少一个相对于旋转固定。

根据图2中所示的第二实施例的减速轴承32与图1的第一实施例的不同之处在于：两圈滚动元件4a、4b中的两个滚动元件4a、4b都参与了减速动作，因为两者在减速轴承的旋转期间都轴向地移位。在这种情况下，有轮廓的输出端面7邻接滚动元件4a地定位在与接触滚动元件4b的有轮廓的输入轴端面6相对的一侧上。滚动元件4a、4b由弹性的轴向分离圈10分离，分离圈10绕减速轴承32的整个周边是连续的。分离圈10移除了否则可能存在于滚动元件4a、4b之间的任何游隙并参与轴向支承动作。因此，两圈滚动元件4a、4b均配备有周向分离件5a、5b，周向分离件5a、5b之间具有间隙，弹性的轴向分离圈10穿过该间隙。两个周向分离件5a、5b之间的间隙足够宽，以允许轴向分离圈10随着滚动元件4a、4b的轴向移位而轴向移位。

根据图3中所示的第三实施例的减速轴承33与图2的第二实施例的不同之处在于：在这种情况下，存在用于两圈滚动元件4a、4b的公共的周向分离件5。因此，弹性的独立轴向分离件11取代弹性的轴向分离圈10，其尺寸被选择成使得它们具有内圈2与外圈1的轴承座圈8a、8b之间的空间的高度。

图4示出了根据第四实施例的减速轴承34，其与根据图2的第二实施例的不同之处在于：弹性轴向分离圈10a不像图2的弹性分离圈10一样是平坦的，而是具有局部适于容纳滚动元件4a、4b的双凹形状。形状可沿着轴向分离圈的整个周边是不变的，但也可变化，以提供用于容纳单独的滚动元件4a、4b的沟槽。

根据图5的第五实施例的减速轴承35与图3的第三实施例的不同之处同样在于：弹性的独立轴向分离件11a具有类似于图4中所示的第四实施例的双凹横截面。

图6示出了减速轴承36的第六实施例，在这种情况下，减速轴承36是具有第一减速级41和第二减速级42的两极减速轴承，第一减速级41和第二减速级42各自被构造成减速轴承35。两个减速级41、42中的每个可替代地选择成减速轴承31、32、33或34的前述实施例之一的变型，各自具有两圈滚动元件4a、4b。两个减速级41、42各自具有外圈1、内圈2和输入轴3。连接部（connecting link）43设置在第一减速级41的内圈2与第二减速级42的输入轴3之间。连接部43连接到第一减速级41的内圈2，并邻接抵靠第二级42的滚动元件4b。连接部43设置有有轮廓的输入轴端面6。通过这种方式，第一减速级41的内圈2的旋转被传递到第二减速级42的输入轴3。两个减速级41、42构造成具有轴向支承功能的减速轴承35。另外的密封件9设置在连接部43与第二级42的内圈2之间。

图7中示意性地示出了根据本发明的电动马达20，其中，电动马达20连接至减速轴承31，减速轴承31包含在电动马达20的壳体21中。替代减速轴承31，也可使用诸如减速轴承32、33、34或35的变型。减速轴承31以旋转对称轴线50为中心，旋转对称轴线50也是电动马达20的旋转对称中心轴线。减速轴承31的外圈1与电动马达20的壳体21连接，并因此相对于电动马达20保持静止。旋转动作从电动马达20的转子22传递至减速轴承31的输入轴3，并且由指向左边输出侧的箭头所描绘的，内圈2的减速旋转运动被用作输出。虚线表示减速轴承31的环形形状。电动马达20中的另外的部件是定子23、转子线圈24和马达轴承25。

所有命名的特征，包括从附图单独获得的那些特征，以及与其它特征组合地公开的独立特征单独地以及组合地被考虑为对本发明而言是重要的。根据本发明的实施例可通过独立的特征或若干特征的组合来实现。与措辞“尤其”或“特别”组合的特征作为优选实施例来对待。

附图标记列表

1 外圈

2 内圈

3 输入轴

4a 第一圈滚动元件中的滚动元件

4b 第二圈滚动元件中的滚动元件

5 周向分离件

5a 第一圈的周向分离件

5b 第二圈的周向分离件

6 有轮廓的输入轴端面

7 有轮廓的输出端面

8a 第一圈滚动元件的座圈

8b 第二圈滚动元件的座圈

9 密封件

10、10a 弹性的轴向分离圈

11、11a 弹性的独立轴向分离件

20 电动马达

21 壳体

22 转子

23 定子

24 转子线圈

25 马达轴承

31-36 减速轴承

41 第一级

42 第二级

43 连接部

50 旋转对称轴线

Claims (14)

1.一种呈环形构造的减速轴承（31-36），具有旋转对称中心轴线（50），并具有包括内圈（3）、中心圈（2）和外圈（1）的三个圈（1、2、3）、第一圈滚动元件（4a）和第二圈滚动元件（4b），所述三个圈（1、2、3）绕旋转对称轴线（50）同心，所述两圈滚动元件（4a、4b）以所述旋转对称轴线（50）为中心并定位在所述内圈（3）与所述外圈（1）之间，其中，所述内圈（3）和所述外圈（1）构造成沿径向方向具有用于所述两圈滚动元件（4a、4b）中的两者的轴承座圈（8a、8b），其中，所述减速轴承（31-36）构造成经由所述两圈滚动元件（4a、4b）中的至少一圈的滚动元件（4a、4b）的轴向移位而在所述中心圈（2）与所述内圈（3）或所述外圈（1）中的任一者之间传递波型减速动作。

2.根据权利要求1所述的减速轴承（31-36），其特征在于，所述两圈滚动元件（4a、4b）彼此轴向对准。

3.根据权利要求2所述的减速轴承（31-36），其特征在于，两圈滚动元件（4a、4b）具有相同数目的滚动元件（4a、4b），并且两圈的滚动元件（4a、4b）彼此轴向对准。

4.根据权利要求3所述的减速轴承（31-36），其特征在于，所述两圈滚动元件（4a、4b）中的轴向对准的滚动元件（4a、4b）彼此直接接触，或由平坦横截面的或双凹横截面的弹性的轴向分离元件（10、10a、11、11a）分离，并且所述两圈滚动元件（4a、4b）中的滚动元件（4a、4b）经受轴向移位。

5.根据权利要求4所述的减速轴承（31-36），其特征在于，所述轴向分离元件（10、10a、11、11a）是低摩擦的分离元件。

6.根据权利要求4所述的减速轴承（31-36），其特征在于，所述轴向分离元件对所述两圈滚动元件（4a、4b）中的所有滚动元件（4a、4b）来说是公共的圈（10、10a），或者每对轴向对准的滚动元件（4a、4b）设置有其自己的轴向分离元件（11、11a）。

7.根据权利要求1所述的减速轴承（31-36），其特征在于，所述内圈（1）或所述外圈（3）中的任一者包括周向分离件（5、5a、5b），或者所述内圈（1）或所述外圈（3）中的任一者与周向分离件（5、5a、5b）连接，所述周向分离件（5、5a、5b）绕所述内圈（1）的外周边分布或绕所述外圈（3）的内周边分布，其中，所述周向分离件（5、5a、5b）沿径向方向延伸到所述两圈滚动元件（4a、4b）中的至少一圈的两个相邻的滚动元件（4a、4b）之间的间隙中，使得两个相邻的滚动元件（4a、4b）之间的每个间隙设置有周向分离件（5、5a、5b）。

8.根据权利要求7所述的减速轴承（31-36），其特征在于，周向分离件（5、5a、5b）被提供给两圈滚动元件（4a、4b），其中，所述周向分离件（5a、5b）被单独提供给各圈滚动元件（4a、4b），或者所提供的周向分离件（5）对于两圈滚动元件（4a、4b）来说是公共的。

9.根据权利要求1所述的减速轴承（31-36），其特征在于，所述中心圈（2）被构造成输入轴，具有有轮廓的输入轴端面（6），所述有轮廓的输入轴端面（6）沿所述减速轴承（31-36）的轴向方向面向第一圈滚动元件（4b）中的滚动元件（4b），所述有轮廓的输入轴端面（6）具有升高结构，所述升高结构沿轴向方向具有一个或更多个峰部，促使所述第一圈滚动元件（4b）中的滚动元件（4b）在所述中心圈（2）相对于所述圈的滚动元件（4b）旋转期间沿轴向方向移位。

10.根据权利要求9所述的减速轴承（31-36），其特征在于，所述内圈（1）或所述外圈（3）中的任一者具有有轮廓的输出端面（7），所述有轮廓的输出端面（7）具有沟槽和齿，面向所述第一圈滚动元件（4b）中的滚动元件（4b）或面向所述第二圈滚动元件（4a）中的滚动元件（4a），构造成沿与所述有轮廓的输入轴端面（6）的峰部相反的轴向方向升高的结构，其中，沟槽及齿的数目高于所述峰部的数目。

11.根据权利要求10所述的减速轴承（31-36），其特征在于，具有沟槽和齿的所述有轮廓的输出端面（7）附接至所述内圈（1）或所述外圈（3）、与所述内圈（1）或所述外圈（3）连接、或与所述内圈（1）或所述外圈（3）形成一件。

12.根据权利要求1所述的减速轴承（31-36），其特征在于，在所述两圈滚动元件的第二圈（4a）中，所述滚动元件（4a）轴向静止。

13.一种减速轴承（36），其特征在于，两个或更多个根据权利要求1所述的减速轴承（31-35）以连续相互连接的减速级（41、42）来构造，所述连续相互连接的减速级（41、42）彼此轴向对准地定位，其中，至少一个第一减速级（41）的输出驱动至少一个第二减速级（42）的输入。

14.一种电动马达（20），其特征在于，至少一个根据权利要求1至13中任一项所述的减速轴承（31-36）与所述电动马达（20）整体形成或者被整体形成到所述电动马达（20）中，其中，所述电动马达（20）的壳体（21）形成用于所述减速轴承（31-36）的支撑结构，并且所述电动马达（20）的转子驱动地连接至所述减速轴承（31-36）的输入轴（2）或与所述减速轴承（31-36）的输入轴（2）整体形成。