CN111725945B - 一种内置式变速驱动装置及装备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种内置式变速驱动装置及装备，包括驱动电机和与驱动电机配合的变速机构；驱动电机包括定子和转子，所述转子为空心轴结构，转子空心轴内壁设有转子内齿圈；所述变速机构设在内齿圈内，所述内齿圈一端设置增速结构，另一端设置减速结构，所述变速机构同时具备增速和减速功能；本内置驱动装置在目前成熟的齿轮变速技术基础上进行结构优化设计，将变速齿轮机构精密设计，合理布局在驱动电机空心轴内部，解决特殊机械结构空间布局问题，同时采用永磁同步电机控制器进行驱动智能控制，驱动装置整体结构紧凑、自动化集成度高。

Description

一种内置式变速驱动装置及装备
技术领域
本发明涉及电机驱动技术领域，更具体地，涉及一种内置式变速驱动装置及装备。
背景技术
变速箱在电机或发动机的带动下，通过齿轮传动实现增速或减速的效果。电机采用电能，在潜艇，新能源汽车，小型水上推进设备上有广泛运用，现有的电机与变速机配套使用时，电机的电机轴伸入变速机内部，并在末端套设齿轮来与变速机内部传动机构配合传动，最终将扭矩传递至输出轴。但这种传输方式均较为单一，是电机带动变速箱实现增速或减速的目的，变速箱搭载的负载功能也为一种。但在无人机、直升机等航空器上，存在一端输出增速另一端输出减速的工况，而采用一个电机同时带动增速、减速两个不同的负载时，则较为困难，目前为了实现同时具备增速和减速两种功能，需要两个电机搭载两个变速箱，这种传统的配套方式虽然能达到传递扭矩的目的，但整体结构较庞大，电机和变速机构处空间利用率低。
发明内容
本发明针对现有技术中，一个电机难以实现同时增速、减速功能，变速箱整体结构较庞大，影响整体机构的问题，提供一种内置式变速驱动装置。
一种内置式变速驱动装置，包括驱动电机和与驱动电机配合的变速机构；驱动电机包括定子和转子，所述转子为空心轴结构，转子空心轴内壁设有转子内齿圈；所述变速机构设在内齿圈内，所述内齿圈一端设置增速结构，另一端设置减速结构，所述变速机构同时具备增速和减速功能。
进一步的，所述内齿圈与一级增速行星轮啮合转动，所述一级增速行星轮带动一级增速太阳轮转动，所述一级增速太阳轮连接有同轴转动的一级增速行星架，所述一级增速行星架固定连接二级增速内齿圈并同步旋转，二级增速内齿圈带动二级增速行星轮转动，所述二级增速行星轮与二级增速太阳轮啮合旋转，二级增速太阳轮与增速输出轴连接输出增速转矩。
进一步的，所述内齿圈与一级减速行星轮啮合转动，所述一级减速行星轮与一级减速太阳轮啮合转动，所述一级减速太阳轮连接同轴转动的二级减速太阳轮，所述二级减速太阳轮与多个二级减速行星轮啮合，所述多个二级减速行星轮连接二级减速行星架旋转，所述二级减速行星架连接减速输出轴输出减速转矩。
进一步的，所述变速驱动装置还设有三级以上变速结构，所述输出轴连接所述三级以上变速结构的输出机构。
进一步的，所述二级增速行星轮直径大于二级增速太阳轮直径。
进一步的，驱动电机为永磁同步电机。
进一步的，所述变速机构的结构设在驱动电机中空轴内部。
进一步的，内置式变速驱动装置还设有控制转速的控制器。
进一步的，所述二级行星轮与二级行星轮内齿圈啮合，所述二级行星轮内齿圈固定在变速机构外壳上。
进一步的，一种采用上述变速驱动装置的装备，所述装备的动力装置设在变速驱动装置的中空轴内。
本发明的有益效果为：
1.驱动电机的电机轴为中空轴，中空轴内为收纳空间，变速箱合理布局在驱动电机空心轴内部，解决特殊机械结构空间布局问题，具有节约空间，结构紧凑的优点。
2.将变速箱的增速和减速功能同时在一个驱动电机上实现，具有功能多样，集成化高优点，可以输出增速、输出减速或同时输出增速和减速，在特殊领域多工况环境下使用。
3.变速机构设置在电机中空轴内，在壳体密封后，可有效规避传统电机轴工作时的振动和噪声缺陷。
附图说明
图1为内置式变速驱动装置整体装配图；
图2为内置式变速驱动装置的剖面图；
图3为内置式变速驱动装置的整体结构示意图；
图4为驱动电机转子内齿圈图。
具体实施方式
实施例1
一种内置式变速驱动装置，包括驱动电机1和与驱动电机配合的变速机构，驱动电机和变速机构一体化设置；驱动电机为永磁同步电机，驱动电机包括定子和转子，转子为空心轴2结构，转子空心轴内壁设有转子内壁齿圈3；内壁齿圈连接变速机构，变速机构的结构设在驱动电机中空轴内部，变速机构同时具备增速和减速功能；内置式变速驱动装置还设有控制转速的控制器。
如图1-4所示，以电机转子内齿圈中心位置均分两端输出，中右侧端输出增速传动、左侧输出减速传动。
右侧增速传动：
电机转子内壁齿圈与右侧一级增速行星轮4啮合，一级增速行星轮与一级增速太阳轮啮合，一级增速太阳轮5与一级增速行星架6同轴并固定连接，一级增速行星架6与二级增速内齿圈7固定连接，一级增速太阳轮5转动带动一级增速行星架6转动和二级增速内齿圈7同时转动；二级增速行星轮8同时与二级增速太阳轮9和二级增速内齿圈7相啮合，二级增速内齿圈7带动二级增速行星轮8 转动，二级增速行星轮8带动二级增速太阳轮转动8，二级增速太阳轮8与增速输出轴11连接。
当电机转子开始转动时，电机转子内壁齿圈带动一级增速行星轮转动，由于一级增速行星轮与一级增速太阳轮啮合，一级增速太阳轮也一起转动，一级增速太阳轮通过花键将传动传递至二级增速内齿圈，二级内齿圈带动二级增速行星轮转动，二级增速行星轮带动与它啮合的二级增速太阳轮旋转。由于一级增速太阳轮直径小于一级增速行星轮，二级增速太阳轮直径小于二级增速行星轮，相同的线速度下，从电机输出的转速到最终的二级增速太阳轮转速增大，二级增速太阳轮连接输出轴，将电机的转速增加到输出轴的转速，实现增速效果。增大的比例与行星轮和太阳轮直径比例有关，在此不做限定。一级行星轮和二级行星轮还设有行星架，但该行星架均起到固定行星轮的作用，不发挥传动力的作用。
左侧减速传动：
电机转子内壁齿圈与左侧一级减速行星轮13啮合，一级减速行星轮13带动中间一级减速太阳轮14，一级减速太阳轮14通过花键与二级减速太阳轮18同轴连接并同步旋转，二级减速太阳轮18与二级减速行星轮17啮合并带动其转动，二级减速行星轮与二级减速内齿圈16啮合，二级减速内齿圈16固定在变速箱的外壳上，二级减速行星架连接在二级减速行星轮上，二级减速行星轮转动时带动二级减速行星架20旋转，行星架20连接输出轴。一级减速太阳轮14直径大于一级减速行星轮13直径，二级减速太阳轮18直径小于二级减速行星轮17，在电机转速相同时，传递到二级减速行星架上的转速降低。同理，减速的比例与太阳轮和行星轮直径比例有关。
采用此种变速变速结构，一端输出增速、一端输出减速，在无人机，直升机等航空器上需要两端输出不同转速时，采用一个电机即可实现此种功能。当然，此种变速机构虽然具备增速和减速功能，并不是必须同时输出增速和减速，可以只输出增速、只输出减速或同时输出增速和减速。变速机构设置在电机的中空轴内，外形上看不到变速机构，具有结构紧凑，体积小，在相同电机的功率下，可以通过变速增加或减小输出功率。
实施例2
与实施例1不同地方为本实施例采用电磁式直流电机，电磁式直流电机包括定子磁极、转子(电枢)、换向器(俗称整流子)、电刷、轴承等。转子中心中空，内壁设有内齿圈，转子内齿圈同时具有输入轴和输出轴两项功能。
其他的电机对转子或定子的轴进行改进，设置为空心轴后，同样可以达到本发明的技术效果。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种内置式变速驱动装置，其特征在于，包括驱动电机和与驱动电机配合的变速机构；驱动电机包括定子和转子，所述转子为空心轴结构，转子空心轴内壁设有转子内齿圈；所述变速机构设在内齿圈内，所述内齿圈一端设置增速结构，另一端设置减速结构，所述变速机构同时具备增速和减速功能；
所述增速结构的一级增速行星轮与内齿圈一端啮合转动，所述一级增速行星轮带动一级增速太阳轮转动，所述一级增速太阳轮连接有同轴转动的一级增速行星架，所述一级增速行星架固定连接二级增速内齿圈并同步旋转，二级增速内齿圈带动二级增速行星轮转动，所述二级增速行星轮与二级增速太阳轮啮合旋转，二级增速太阳轮与增速输出轴连接输出增速转矩；
所述减速结构的一级减速行星轮与内齿圈另一端啮合转动，所述一级减速行星轮与一级减速太阳轮啮合转动，所述一级减速太阳轮连接同轴转动的二级减速太阳轮，所述二级减速太阳轮与多个二级减速行星轮啮合，所述多个二级减速行星轮连接二级减速行星架旋转，所述二级减速行星架连接减速输出轴输出减速转矩。
2.根据权利要求1所述内置式变速驱动装置，其特征在于，所述变速驱动装置还设有三级以上变速结构，所述输出轴连接所述三级以上变速结构的输出机构。
3.根据权利要求1所述的一种内置式变速驱动装置，其特征在于，所述二级增速行星轮直径大于二级增速太阳轮直径。
4.根据权利要求1所述的一种内置式变速驱动装置，其特征在于，驱动电机为永磁同步电机。
5.根据权利要求1所述的一种内置式变速驱动装置，其特征在于，内置式变速驱动装置还设有控制转速的控制器。
6.根据权利要求1所述的一种内置式变速驱动装置，其特征在于，所述二级增速行星轮与二级增速行星轮内齿圈啮合，所述二级增速行星轮内齿圈固定在变速机构外壳上。
7.采用权利要求1-6任一所述一种内置式变速驱动装置的装备，其特征在于，所述装备的动力装置设在所述变速驱动装置的中空轴内。
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