CN112448537A - 一体式驱动锁紧电机组件 - Google Patents

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CN112448537A CN202011279074.5A CN202011279074A CN112448537A CN 112448537 A CN112448537 A CN 112448537A CN 202011279074 A CN202011279074 A CN 202011279074A CN 112448537 A CN112448537 A CN 112448537A
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Abstract

本发明属于传动技术领域，具体涉及一种一体式驱动锁紧电机组件，所述一体式驱动锁紧电机组件包括：电机、减速器组件、输出转轴组件；所述电机的电机轴旋转带动减速器组件的行星内齿轮组转动，行星齿轮组带动输出转轴组件转动；减速器组件用于实现电机减速增矩的效果，输出转轴组件用于带动车轮转动和锁紧车轮。与现有技术相比较，本发明电机组件与无人车安装后，其输出转轴可作为车轮转轴，驱动车轮转动的同时锁紧车轮，并可快速更换不同种类的车轮，解决了地面小型无人车电机与车轮的安装、更换等复杂问题。本发明具有结构简单、空间体积小、安装方便、防水、成本低等特点，能够更好地满足地面小型无人车对一体式伺服驱动电机的使用需求。

Description

一体式驱动锁紧电机组件
技术领域
本发明属于传动技术领域，具体涉及一种一体式驱动锁紧电机组件，可用于地面小型无人车，满足地面小型无人车车轮的快速安装、锁紧、转动和防水的需求。
背景技术
传统地面小型无人车采用的减速电机难以作为支撑件，将其输出轴和车轮直接安装，会导致输出轴在实际使用时受较大的冲击力，损坏电机。另一方面，传统电机输出轴与车轮采用螺钉紧固的安装方式，安装过程较为复杂且不利于不同类型车轮的更换，如将车轮更换为麦克纳姆轮或履带轮等。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何提供一种一体式驱动锁紧电机组件，可作为支撑件将其输出转轴与车轮直接安装，并能实现车轮的快速安装、更换和锁紧(防止车轮从轴上脱落)。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供一种一体式驱动锁紧电机组件，所述一体式驱动锁紧电机组件包括：电机1、减速器组件2、输出转轴组件3；
所述电机1的电机轴101旋转带动减速器组件2的行星内齿轮组转动，行星齿轮组带动输出转轴组件3转动；减速器组件2用于实现电机1减速增矩的效果，输出转轴组件3用于带动车轮转动和锁紧车轮。
其中，所述电机1为力矩直驱电机，内部集成有伺服控制驱动板；外部机械接口包括安装孔102及电机轴101；其中，所述电机1通过螺钉经安装孔102与减速器组件2连接；所述电机轴101与减速器组件2中的太阳轮203连接；电机1的线缆103通电后可实现电机轴101转动，内部伺服控制驱动板可控制电机1转速。
其中，所述减速器组件2包括：后盖201、支撑框架202、太阳轮203、3个行星轮205、齿圈204、行星架206、第一轴承207、第二轴承208和密封圈209；所述太阳轮203安装于电机轴101上，3个行星轮205沿圆周均匀安装于行星架206上，齿圈204安装于支撑框架202上；所述太阳轮203、3个行星轮205以及齿圈204共同形成行星齿轮组，用于实现电机1减速增矩作用；
所述第一轴承207、第二轴承208轴承为标准件，用于连接减速器组件2和输出转轴组件3，密封圈209为国标TC骨架密封圈，实现电机1与输出转轴301的密封和防水。
其中，所述后盖201为一块矩形板，用于连接电机1和减速器组件2；所述后盖201上设有一组第一通孔210及一组第二通孔211；所述第一通孔210的位置与所述安装孔102的位置相互匹配；所述第二通孔211的位置与所述支撑框架202上的第一螺纹孔212的位置相互匹配；
螺钉穿过后盖201上的第一通孔210可将后盖201与电机1相连，螺钉穿过第二通孔211可将后盖201与支撑框架202相连。
其中，所述齿圈204为圆柱形内齿轮，外圈加工有四个凸台，齿圈204安装于所述支撑框架202上；
所述行星轮205为圆柱形外齿轮，齿轮中心加工有通孔，3个行星轮205安装于所述行星架206上；
所述太阳轮203为圆柱形外齿轮，齿轮中心加工有通孔，安装于电机轴101上；
所述行星架206为三角形件，三角形件的三个角上加工有三个圆柱体，所述三个圆柱体分别用于安装所述行星轮205。
其中，所述支撑框架202为矩形件，中间加工有双向的台阶结构的通孔，其中，双向的台阶结构的通孔中，朝向后盖201一侧上设有直径为d的通孔，用于安装第一轴承207，而逆向后盖201方向的一侧上设有直径为D的通孔，用于安装第二轴承208和密封圈209。
其中，所述支撑框架202端部加工有四个与所述齿圈204的四个凸台相匹配的凹槽，用于安装齿圈204并防止齿圈204旋转。第一螺纹孔212用于安装后盖201，第二螺纹孔213可用于和无人车壳体或其他结构件连接。
其中，所述输出转轴组件3包括：输出转轴301、弹簧302、楔形滑块303、锁紧滑块304、开口销305；所述输出转轴301是一个圆柱形件，内部设有轴向的台阶结构的腔体，轴向的台阶结构的腔体中，设有第一孔及第二孔，其中，孔径为
Figure BDA0002780126210000031
的第一孔用于安装弹簧302，孔径为
Figure BDA0002780126210000032
的第二孔用于安装楔形滑块303；并且，所述输出转轴301的壁面上还设有楔形通孔，用于安装锁紧滑块304；
所述弹簧302与楔形滑块303轴向设置于所述腔体内；在弹簧302的作用下，楔形滑块303设置为可缩进或弹出于输出转轴301，开口销305用于限制楔形滑块303缩进或弹出的行程；按压楔形滑块303，锁紧滑块304可进入输出转轴301内部，此时可安装车轮；松开后，在弹簧302的作用下楔形滑块303弹出，锁紧滑块304可伸出输出转轴301外部，此时可锁紧车轮。
其中，所述车轮采用空心轴，并在空心轴上加工与锁紧滑块304结构匹配的凹槽。
其中，所述楔形滑块303一端为锥形状，一端为圆柱状，安装于输出转轴301内，并设置能够轴向滑动。
锁紧滑块304底部为圆弧面，其安装于输出转轴301的楔形通孔内，能够缩进或伸出，与楔形滑块303的锥形部分接触，实现对车轮的快速锁紧。
(三)有益效果
与现有技术相比较，本发明具备如下有益效果：
(1)本发明的一体式驱动锁紧电机组件，与无人车安装后，其输出转轴可作为车轮转轴，驱动车轮转动的同时锁紧车轮(防止车轮从轴上脱落)，并可快速更换不同种类的车轮，解决了地面小型无人车电机与车轮的安装、更换等复杂问题。
(2)本发明的一体式驱动锁紧电机组件，具有结构简单、空间体积小、安装方便、防水、成本低等特点，能够更好地满足地面小型无人车对一体式伺服驱动电机的使用需求。
附图说明
图1-1至图1-2是本发明的电机组件装配示意图。其中，图1-1为侧视图，图1-2为剖视图。
图2是图1-1及图1-2中所示的电机示意图。
图3-1至图3-3是图1-1及图1-2中所示的减速器组件示意图。其中，图3-1为侧视图，图3-2为侧剖视图，图3-3为正剖视图。
图4是图3-1及图3-3中所示的后盖示意图。
图5是图3-2及图3-3中所示的齿圈示意图。
图6是图3-2及图3-3中所示的行星轮示意图。
图7是图3-2及图3-3中所示的太阳轮示意图。
图8-1及图8-2是图3-2及图3-3中所示的行星架示意图。
图9-1及图9-2是图3-2及图3-3中所示的支撑框架示意图。
图10-1及图10-2是图1-1及图1-2中所示的输出转轴组件示意图。其中，图10-1为侧视图，图10-2为剖视图。
图11-1及图11-2是图10-1及图10-2中所示的输出转轴示意图。其中，图11-1为侧视图，图11-2为剖视图。
图12-1及图12-2是图10-1及图10-2中所示的楔形滑块示意图。
图13-1及图13-2是图10-1及图10-2中所示的锁紧滑块示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
为解决现有技术问题，本发明提供一种一体式驱动锁紧电机组件，如图1-1及图1-2所示，所述一体式驱动锁紧电机组件包括：电机1、减速器组件2、输出转轴组件3；
所述电机1的电机轴101旋转带动减速器组件2的行星内齿轮组转动，行星齿轮组带动输出转轴组件3转动；减速器组件2用于实现电机1减速增矩的效果，输出转轴组件3用于带动车轮转动和锁紧车轮。
其中，如图2所示，所述电机1为力矩直驱电机，内部集成有伺服控制驱动板；外部机械接口包括安装孔102及电机轴101；其中，所述电机1通过螺钉经安装孔102与减速器组件2连接；所述电机轴101与减速器组件2中的太阳轮203连接；电机1的线缆103通电后可实现电机轴101转动，内部伺服控制驱动板可控制电机1转速。
其中，如图3-1至图3-3所示，所述减速器组件2包括：后盖201、支撑框架202、太阳轮203、3个行星轮205、齿圈204、行星架206、第一轴承207、第二轴承208和密封圈209；所述太阳轮203安装于电机轴101上，3个行星轮205沿圆周均匀安装于行星架206上，齿圈204安装于支撑框架202上；所述太阳轮203、3个行星轮205以及齿圈204共同形成行星齿轮组，用于实现电机1减速增矩作用；
所述第一轴承207、第二轴承208轴承为标准件，用于连接减速器组件2和输出转轴组件3，密封圈209为国标TC骨架密封圈，实现电机1与输出转轴301的密封和防水。
其中，如图4所示，所述后盖201为一块矩形板，用于连接电机1和减速器组件2；所述后盖201上设有一组第一通孔210及一组第二通孔211；所述第一通孔210的位置与所述安装孔102的位置相互匹配；所述第二通孔211的位置与所述支撑框架202上的第一螺纹孔212的位置相互匹配；
螺钉穿过后盖201上的第一通孔210可将后盖201与电机1相连，螺钉穿过第二通孔211可将后盖201与支撑框架202相连。
其中，如图5所示，所述齿圈204为圆柱形内齿轮，外圈加工有四个凸台，齿圈204安装于所述支撑框架202上；
如图6所示，所述行星轮205为圆柱形外齿轮，齿轮中心加工有通孔，3个行星轮205安装于所述行星架206上；
如图7所示，所述太阳轮203为圆柱形外齿轮，齿轮中心加工有通孔，安装于电机轴101上；
如图8-1及图8-2所示，所述行星架206为三角形件，三角形件的三个角上加工有三个圆柱体，所述三个圆柱体分别用于安装所述行星轮205。
其中，如图9-1及图9-2所示，所述支撑框架202为矩形件，中间加工有双向的台阶结构的通孔，其中，双向的台阶结构的通孔中，朝向后盖201一侧上设有直径为d的通孔，用于安装第一轴承207，而逆向后盖201方向的一侧上设有直径为D的通孔，用于安装第二轴承208和密封圈209。
其中，所述支撑框架202端部加工有四个与所述齿圈204的四个凸台相匹配的凹槽，用于安装齿圈204并防止齿圈204旋转。第一螺纹孔212用于安装后盖201，第二螺纹孔213可用于和无人车壳体或其他结构件连接。
其中，如图10-1及图10-2所示，所述输出转轴组件3包括：输出转轴301、弹簧302、楔形滑块303、锁紧滑块304、开口销305；如图11-1及图11-2所示，所述输出转轴301是一个圆柱形件，内部设有轴向的台阶结构的腔体，轴向的台阶结构的腔体中，设有第一孔及第二孔，其中，孔径为
Figure BDA0002780126210000071
的第一孔用于安装弹簧302，孔径为
Figure BDA0002780126210000072
的第二孔用于安装楔形滑块303；并且，所述输出转轴301的壁面上还设有楔形通孔，用于安装锁紧滑块304；
所述弹簧302与楔形滑块303轴向设置于所述腔体内；在弹簧302的作用下，楔形滑块303设置为可缩进或弹出于输出转轴301，开口销305用于限制楔形滑块303缩进或弹出的行程；按压楔形滑块303，锁紧滑块304可进入输出转轴301内部，此时可安装车轮；松开后，在弹簧302的作用下楔形滑块303弹出，锁紧滑块304可伸出输出转轴301外部，此时可锁紧车轮。
其中，所述车轮采用空心轴，并在空心轴上加工与锁紧滑块304结构匹配的凹槽。
其中，如图12-1及图12-2所示，所述楔形滑块303一端为锥形状，一端为圆柱状，安装于输出转轴301内，并设置能够轴向滑动。
如图13-1及图13-2所示，锁紧滑块304底部为圆弧面，其安装于输出转轴301的楔形通孔内，能够缩进或伸出，与楔形滑块303的锥形部分接触，实现对车轮的快速锁紧。
实施例1
本实施例中，如图1-1至图1-2所示，所述一体式驱动锁紧电机组件包括电机1、减速器组件2、输出转轴组件3，可驱动车轮转动并能快速安装车轮。设计时，可根据实际情况选用更大力矩或者更小力矩的直驱电机1，同时增大或缩小减速器组件2和输出转轴组件3的结构尺寸，以适应不同体积重量的地面小型无人车。
如图2所示，电机1为一款力矩直驱电机1，外部机械接口主要有安装孔(通过螺钉与减速器组件2连接)、电机1转轴(用于安装减速器组件2中的太阳轮203)。线缆通电后可实现电机轴101转动。本示例中电机1直径为50mm，厚度为30mm，可输出力矩约60mN·m。
如图3-1至图3-3所示，减速器组件2包括：后盖201、支撑框架202、太阳轮203、行星轮205(3个)、齿圈204、行星架206、轴承和密封圈209。减速器组件2的后盖201与图2所示的电机1连接，太阳轮203与电机轴101连接。其中，太阳轮203、行星轮205(3个)、齿圈204共同形成行星齿轮组，可实现电机1的减速增力矩。
如图4所示，后盖201为一块矩形板(本示例中外形尺寸：长62mm，宽62mm，高4.1mm)，用于连接电机1和减速器组件2。螺钉穿过通孔1可将后盖201与电机1相连，螺钉穿过通孔2可将后盖201与支撑框架202相连。
如图5所示，本示例中的齿圈204外形尺寸为：长62mm，宽62mm，厚8.1mm，凸台宽度为28.8mm，齿轮模数为0.5，齿数为105，齿圈204安装于支撑框架202。
如图6所示，本示例中的行星轮205厚度为7.2mm，模数为0.5，齿数为45，小内齿轮安装于行星架206上。
如图7所示，太阳轮203厚度为8mm，模数为0.5，齿数为15，太阳轮203安装于电机轴101上。
如图8-1及图8-2所示，行星架206的外形尺寸为：长(L)36mm，宽(B)35mm，厚4.5mm。加工有三个圆柱(直径5mm，高度8mm)，用于安装3个行星轮205。中间加工有矩形孔(10mm×10mm)，可与转轴端连接。
如图9-1及图9-2所示，支撑框架202外形尺寸为：长62mm，宽62mm，厚36.8mm，四个凹槽(宽度B为28.8mm)用于安装齿圈204并防止齿圈204转动，直径为d(24mm)的孔用于安装轴承1，直径为D(35mm)的孔用于安装轴承2和密封圈209。
如图10-1及图10-2所示，输出转轴组件3包括转轴、弹簧302、开口销305、楔形滑块303、锁紧滑块304。楔形滑块303可缩进或弹出于转轴，进而使得锁紧滑块304进入或伸出转轴，以便以车轮的安装。
如图11-1及图11-2所示，输出转轴301是一个圆柱形件。
Figure BDA0002780126210000092
孔为8.5mm，用于安装弹簧302。
Figure BDA0002780126210000091
孔为16mm，用于安装楔形滑块303，楔形通孔θ为60°用于安装锁紧滑块304。圆柱通孔直径为3mm，用于安装开口销305，圆柱凸台直径为23mm，与密封圈209内孔接触。
如图12-1及图12-2所示，楔形滑块303的长度L为22.5mm，圆柱直径d为16mm(与输出转轴301的
Figure BDA0002780126210000093
孔配合)，锥角θ为34.5°，用于支撑锁紧滑块304。
如图13-1及图13-2所示。锁紧滑块304的外形尺寸为：宽9.5mm，高6mm，厚度3mm，底部圆弧半径为6mm，楔形角度θ为60°(与输出转轴301中的楔形通孔匹配)。
如图1-1至图1-2所示，为该电机组件的装配侧视图和剖视图。本示例中的电机1组件可输出约0.5N·m力矩，并且输出转轴组件3可快速安装并锁紧车轮。整个电机1组件的安装及使用程序是：先装配输出轴组件和减速器组件2，然后再安装电机1。
输出转轴组件3装配：
(1)先将2个锁紧滑块304分别安装于输出转轴301的楔形通孔内，然后将弹簧302安装于输出转轴301内；
(2)将楔形滑块303安装于输出转轴301内，然后安装开口销305。
减速器组件2装配：
(1)先将轴承和密封圈209安装于支撑框架202上；
(2)将行星架206安装于轴承1上；
(3)将3个行星轮205安装于行星架206上；
(4)将齿圈204安装于支撑框架202上。
组件整体装配：先将后盖201与电机1连接、太阳轮203与电机轴101连接；再将后盖201与减速器组件2的支撑框架202连接；最后通过轴承把输出转轴组件3安装于减速器组件2上；即可完成整个电机1组件的装配。完成以上装配工作后，支撑框架202可与小型无人车壳体等结构件连接，输出转轴组件3可安装车轮(车轮采用空心轴，并在空心轴上加工与锁紧滑块304匹配的楔形凹槽)，实现车轮的快速安装，锁紧后可防止车轮从轴上脱落。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种一体式驱动锁紧电机组件，其特征在于，所述一体式驱动锁紧电机组件包括：电机(1)、减速器组件(2)、输出转轴组件(3)；
所述电机(1)的电机轴(101)旋转带动减速器组件(2)的行星内齿轮组转动，行星齿轮组带动输出转轴组件(3)转动；减速器组件(2)用于实现电机(1)减速增矩的效果，输出转轴组件(3)用于带动车轮转动和锁紧车轮。
2.如权利要求1所述的一体式驱动锁紧电机组件，其特征在于，所述电机(1)为力矩直驱电机，内部集成有伺服控制驱动板；外部机械接口包括安装孔(102)及电机轴(101)；其中，所述电机(1)通过螺钉经安装孔(102)与减速器组件(2)连接；所述电机轴(101)与减速器组件(2)中的太阳轮(203)连接；电机(1)的线缆(103)通电后可实现电机轴(101)转动，内部伺服控制驱动板可控制电机(1)转速。
3.如权利要求2所述的一体式驱动锁紧电机组件，其特征在于，所述减速器组件(2)包括：后盖(201)、支撑框架(202)、太阳轮(203)、3个行星轮(205)、齿圈(204)、行星架(206)、第一轴承(207)、第二轴承(208)和密封圈(209)；所述太阳轮(203)安装于电机轴(101)上，3个行星轮(205)沿圆周均匀安装于行星架(206)上，齿圈(204)安装于支撑框架(202)上；所述太阳轮(203)、3个行星轮(205)以及齿圈(204)共同形成行星齿轮组，用于实现电机(1)减速增矩作用；
所述第一轴承(207)、第二轴承(208)轴承为标准件，用于连接减速器组件(2)和输出转轴组件(3)，密封圈(209)为国标TC骨架密封圈，实现电机(1)与输出转轴(301)的密封和防水。
4.如权利要求3所述的一体式驱动锁紧电机组件，其特征在于，所述后盖(201)为一块矩形板，用于连接电机(1)和减速器组件(2)；所述后盖(201)上设有一组第一通孔(210)及一组第二通孔(211)；所述第一通孔(210)的位置与所述安装孔(102)的位置相互匹配；所述第二通孔(211)的位置与所述支撑框架(202)上的第一螺纹孔(212)的位置相互匹配；
螺钉穿过后盖(201)上的第一通孔(210)可将后盖(201)与电机(1)相连，螺钉穿过第二通孔(211)可将后盖(201)与支撑框架(202)相连。
5.如权利要求4所述的一体式驱动锁紧电机组件，其特征在于，所述齿圈(204)为圆柱形内齿轮，外圈加工有四个凸台，齿圈(204)安装于所述支撑框架(202)上；
所述行星轮(205)为圆柱形外齿轮，齿轮中心加工有通孔，3个行星轮(205)安装于所述行星架(206)上；
所述太阳轮(203)为圆柱形外齿轮，齿轮中心加工有通孔，安装于电机轴(101)上；
所述行星架(206)为三角形件，三角形件的三个角上加工有三个圆柱体，所述三个圆柱体分别用于安装所述行星轮(205)。
6.如权利要求4所述的一体式驱动锁紧电机组件，其特征在于，所述支撑框架(202)为矩形件，中间加工有双向的台阶结构的通孔，其中，双向的台阶结构的通孔中，朝向后盖(201)一侧上设有直径为d的通孔，用于安装第一轴承(207)，而逆向后盖(201)方向的一侧上设有直径为D的通孔，用于安装第二轴承(208)和密封圈(209)。
7.如权利要求4所述的一体式驱动锁紧电机组件，其特征在于，所述支撑框架(202)端部加工有四个与所述齿圈(204)的四个凸台相匹配的凹槽，用于安装齿圈(204)并防止齿圈(204)旋转。第一螺纹孔(212)用于安装后盖(201)，第二螺纹孔(213)可用于和无人车壳体或其他结构件连接。
8.如权利要求3所述的一体式驱动锁紧电机组件，其特征在于，所述输出转轴组件(3)包括：输出转轴(301)、弹簧(302)、楔形滑块(303)、锁紧滑块(304)、开口销(305)；所述输出转轴(301)是一个圆柱形件，内部设有轴向的台阶结构的腔体，轴向的台阶结构的腔体中，设有第一孔及第二孔，其中，孔径为
Figure FDA0002780126200000033
的第一孔用于安装弹簧(302)，孔径为
Figure FDA0002780126200000034
的第二孔用于安装楔形滑块(303)；并且，所述输出转轴(301)的壁面上还设有楔形通孔，用于安装锁紧滑块(304)；
所述弹簧(302)与楔形滑块(303)轴向设置于所述腔体内；在弹簧(302)的作用下，楔形滑块(303)设置为可缩进或弹出于输出转轴(301)，开口销(305)用于限制楔形滑块(303)缩进或弹出的行程；按压楔形滑块(303)，锁紧滑块(304)可进入输出转轴(301)内部，此时可安装车轮；松开后，在弹簧(302)的作用下楔形滑块(303)弹出，锁紧滑块(304)可伸出输出转轴(301)外部，此时可锁紧车轮。
9.如权利要求8所述的一体式驱动锁紧电机组件，其特征在于，所述车轮采用空心轴，并在空心轴上加工与锁紧滑块(304)结构匹配的凹槽。
10.如权利要求8所述的一体式驱动锁紧电机组件，其特征在于，所述楔形滑块(303)一端为锥形状，一端为圆柱状，安装于输出转轴(301)内，并设置能够轴向滑动。
锁紧滑块(304)底部为圆弧面，其安装于输出转轴(301)的楔形通孔内，能够缩进或伸出，与楔形滑块(303)的锥形部分接触，实现对车轮的快速锁紧。
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