CN113202912A - 减速器以及齿轮式马达 - Google Patents

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Abstract

一种减速器以及齿轮式马达。将马达(2)的旋转减速而输出的减速器(3)具备沿马达(2)的轴向并排设置且由斜齿轮构成的二级行星齿轮机构(31、32)、以及形成为内置二级行星齿轮机构(31、32)的筒状的树脂制的壳体(33)。第一级的行星齿轮机构(31)的太阳齿轮(S1)与小齿轮(P1)的内侧啮合率(εlin)、以及第一级的行星齿轮机构(31)的小齿轮(P1)与齿圈(R1)的外侧啮合率(εlout)中的至少一方为3.0以上，且内侧啮合率(εlin)以及外侧啮合率(εlout)均比第二级的行星齿轮机构(32)的啮合率(ε2)大。根据具备二级行星齿轮机构的减速器，能够在确保齿轮的强度的同时降低机械噪声。

Description

减速器以及齿轮式马达
技术领域
本发明涉及使用了二级行星齿轮机构的减速器、以及具备该减速器的齿轮式马达。
背景技术
以往，作为车辆的电动式门(例如电动提升式门)的动力源，具备将马达的旋转减速并传递的减速器的马达(齿轮式马达)正在实用化。作为这样的齿轮式马达之一，具有装配于对门进行支承的阻尼器的筒的内部的马达，该马达具备使用了马达轴与输出轴同轴的行星齿轮机构的减速器。另外，由于齿轮式马达电动地使门开闭，因此需要比较大的扭矩。
作为这样的减速器，例如如专利文献1那样，可以考虑应用用于工业机器人的致动器等的小型的减速器。在专利文献1的减速器中记载了如下内容：在将各齿轮的模数设定在0.3～1.0的范围内且齿圈形成为齿数72以下的行星齿轮机构中，将太阳齿轮与行星齿轮的啮合的总啮合率设定在2.0～3.5的范围内。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2003-222201号公报
但是，根据上述的专利文献1的表1，仅例示出啮合率被设定为2.3～2.8的情况，未对将啮合率设定为3.0以上的结构进行说明。另外，在专利文献1中，没有将啮合率的范围的上限值设定为3.5的依据。
通常，存在随着增大齿轮的啮合率而齿轮的强度降低的倾向，在齿轮设计中，重要的是如何设置相反的这两个参数(啮合率、强度)。在上述的专利文献1中记载了如下内容：在具备一级行星齿轮机构的行星齿轮减速器中，如上述那样对设定模数、齿圈的齿数及啮合率的结构进行说明，也同样适用于具备多级行星齿轮机构的行星齿轮减速器。但是，在通过多级行星齿轮机构将马达输出减速的减速器中，作用于高速侧的行星齿轮机构和低速侧的行星齿轮机构的扭矩的大小不同，因此，同样地设计这两个行星齿轮机构的话，有可能无法确保齿轮的强度。
发明内容
本发明的减速器是鉴于这样的课题而提出的，其目的之一在于，在具备二级行星齿轮机构的减速器中，在确保齿轮的强度的同时降低机械噪声。另外，本发明的齿轮式马达的目的之一在于，通过具备本发明的减速器，在不导致大型化的情况下提高静音性。需要说明的是，不限于这些目的，本发明的其他目的也在于，实现通过后述的用于实施发明的方式所示的各结构所带来的作用效果、即通过现有技术得不到的作用效果。
(1)在此公开的减速器将马达的旋转减速而输出，其中，所述减速器具备：二级行星齿轮机构，它们在所述马达的轴向上并排设置，由斜齿轮构成；以及树脂制的壳体，其形成为内置所述二级行星齿轮机构的筒状，第一级的所述行星齿轮机构的太阳齿轮与小齿轮的内侧啮合率、以及所述第一级的行星齿轮机构的所述小齿轮与齿圈的外侧啮合率中的至少一方为3.0以上，并且所述内侧啮合率以及所述外侧啮合率均比第二级的所述行星齿轮机构的啮合率大。
(2)优选的是，所述内侧啮合率以及所述外侧啮合率均为3.0以上。
(3)优选的是，所述第一级的行星齿轮机构的所述齿圈的扭转角比所述第二级的行星齿轮机构的齿圈的扭转角大。
(4)优选的是，所述壳体呈在轴向一端设置底部且在轴向另一端设置盖部的有底筒状，且所述壳体以所述底部位于所述马达侧的朝向安装于所述马达。
(5)优选的是，所述盖部压入嵌合于所述壳体的轴向另一端的开口。
(6)在此公开的齿轮式马达具备：上述(1)～(5)中任一项所述的减速器；以及所述马达，其具有与所述减速器的所述第一级的行星齿轮机构的所述太阳齿轮一体旋转的轴。
发明效果
根据公开的减速器，通过将高速旋转的第一级的行星齿轮机构的内侧啮合率以及外侧啮合率中的至少一方设为3.0以上，能够实现齿轮的静音化，能够降低减速器的机械噪声。另外，通过使输入大扭矩的第二级的行星齿轮机构的啮合率比第一级的行星齿轮机构的啮合率低，能够提高齿轮的强度。因此，能够在确保齿轮的强度的同时降低减速器的机械噪声。
另外，根据具备公开的减速器的齿轮式马达，能够在不导致大型化的情况下提高静音性。
附图说明
图1是示出具备实施方式的减速器的齿轮式马达的侧视图、以及该减速器所包含的行星齿轮机构的概要图。
图2是将图1的齿轮式马达的减速器及马达的一部分沿轴向剖切且从斜向观察到的立体剖视图。
图3是示出图1的减速器的壳体的沿轴向剖切的剖视图。
附图标记说明：
1...齿轮式马达；
2...马达；
3...减速器；
20...外壳；
21...旋转轴；
22...凸部；
23...轴承；
30...加强部件；
31...第一行星齿轮机构；
32...第二行星齿轮机构；
33...壳体；
33b...凹部；
34...内周面；
34a...小径内周面；
34b...大径内周面；
34c...锥面；
35...底部；
35a...孔部；
36...盖部；
36a...圆筒部；
36b...止转部；
37...输出轴；
C1、C2...行星架；
P1、P2...小齿轮；
R1、R2...齿圈；
S1、S2...太阳齿轮；
ε1...第一啮合率；
εlin...内侧啮合率；
εlout...外侧啮合率；
ε2...第二啮合率。
具体实施方式
参照附图对作为实施方式的减速器以及齿轮式马达进行说明。以下所示的实施方式只不过是示例，并不意图将未在以下的实施方式中明确示出的各种变形、技术应用排除在外。本实施方式的各结构能够在不脱离它们的主旨的范围内进行各种变形而实施。另外，能够根据需要进行取舍选择，或者能够适当地进行组合。
[1.整体结构]
如图1所示，本实施方式的齿轮式马达1具备马达2及减速器3，例如用作车辆的电动式门(电动提升式门)的动力源。马达2例如是永磁式的有刷直流马达，在有底筒状的外壳20中内置有未图示的定子及转子。如图2所示，外壳20具有在其端面沿轴向鼓出形成的凸部22和固定在凸部22内的轴承23。马达2的旋转轴21以被轴承23旋转支承的状态从外壳20的轴向一端向外部突出设置，与后述的太阳齿轮S1一体旋转。
如图1所示，减速器3通过沿轴向并排设置的二级行星齿轮机构31、32来将马达2的旋转减速而输出。即，本实施方式的减速器3是电动提升式门用的行星齿轮式的二级减速器。两个行星齿轮机构31、32内置于形成为筒状的树脂制的壳体33。在壳体33的轴向两端分别设置有盖部和底部中的至少一方。
如图2及图3所示，本实施方式的壳体33是带锥形的有底圆筒状。即，在壳体33的轴向一端设置有底部35，在轴向另一端的开口设置有盖部36，在轴向中间部设置有外径变化的锥状的倾斜部。壳体33以底部35位于马达2侧且盖部36位于与马达2相反的一侧(输出侧)的朝向安装于马达2。在本实施方式中，在底部35的中心部设置有供马达2的凸部22嵌合的孔部35a。另外，在盖部36的中心部设置有供后述的行星架C2贯穿的圆筒部36a。
本实施方式的盖部36压入嵌合于壳体33的轴向另一端的开口。需要说明的是，在本实施方式的减速器3中，如图1所示，在壳体33的轴向另一端侧的缘部形成有扇形的凹部33b，在盖部36的外周端部设置有通过与该凹部33b嵌合而使盖部36无法相对于壳体33旋转的止转部36b。
接着，对两个行星齿轮机构31、32进行说明。如图2所示，行星齿轮机构31、32均由斜齿轮构成。以下，在区别第一级(高速侧)的行星齿轮机构31和第二级(低速侧)的行星齿轮机构32的情况下，将前者称为“第一行星齿轮机构31”，将后者称为“第二行星齿轮机构32”。第二行星齿轮机构32的直径形成为比第一行星齿轮机构31大，提高了耐载荷性。
如图1及图2所示，第一行星齿轮机构31的太阳齿轮S1固定于马达2的旋转轴21，齿圈R1固定于壳体33，连结与太阳齿轮S1及齿圈R1双方啮合的小齿轮P1的行星架C1为输出要件。第二行星齿轮机构32设置为太阳齿轮S2与第一行星齿轮机构31的行星架C1连结而一体旋转，齿圈R2固定于壳体33，连结与太阳齿轮S2和齿圈R2两者啮合的小齿轮P2的行星架C2固定于输出轴37。
由此，输入到第一行星齿轮机构31的太阳齿轮S1的马达输出(旋转)从与第二行星齿轮机构32的行星架C2一体旋转的输出轴37输出。需要说明的是，如图2所示，两个齿圈R1、R2形成于壳体33的内周面34，且与壳体33一体设置。另外，行星架C1、C2的各行星架销成为悬臂支承，实现了壳体33的轴向尺寸的小型化。
在本实施方式的壳体33的内周面34中，在轴向上包括内径彼此不同的小径内周面34a、大径内周面34b、以及将它们连接且相对于轴向倾斜的锥面34c。小径内周面34a位于马达2侧，大径内周面34b位于输出侧。小径内周面34a和大径内周面34b分别是以同样的内径形成的圆筒面，且前者的内径比后者的内径小。
在本实施方式中，在小径内周面34a形成第一行星齿轮机构31的齿圈R1，在大径内周面34b形成第二行星齿轮机构32的齿圈R2。需要说明的是，在图3的壳体33中，示意性地表示形成于内周面34的齿圈R1、R2的一部分。如图3所示，在本实施方式的减速器3中，第一行星齿轮机构31的齿圈R1的扭转角比第二行星齿轮机构32的齿圈R2的扭转角大。
[2.主要部分结构]
接着，对降低马达2工作时的机械噪声的结构进行说明。在本实施方式的减速器3中，设置有两种用于降低噪声的结构。第一个是通过齿轮的啮合率实现静音化的结构，第二个是通过提高壳体33的强度来抑制振动的结构。以下，依次进行说明。
由于第一行星齿轮机构31位于马达2侧，因此需要高速且低负载的功能。也就是说，对于第一行星齿轮机构31而言，相较于强度，更要求噪声对策。另一方面，由于第二行星齿轮机构32位于输出侧，因此需要低速且高负荷的功能。也就是说，对第二行星齿轮机构32而言，相较于噪声，更要求强度对策。从这些观点出发，通过提高第一行星齿轮机构31的齿轮的啮合率ε1来实现机械噪声的降低，通过减小第二行星齿轮机构32的有效齿高而减小啮合率ε2且提高强度。
在第一行星齿轮机构31中，太阳齿轮S1与小齿轮P1的内侧啮合率ε1in和小齿轮P1与齿圈R1的外侧啮合率ε1out中的至少一方被设定为3.0以上，并且内侧啮合率ε1in和外侧啮合率εlout均设定为比第二行星齿轮机构32的啮合率ε2(以下称为“第二啮合率ε2”)大。需要说明的是，在不特别区分两个啮合率ε1in、εlout的情况下，将它们称为“第一啮合率ε1”。
内侧啮合率ε1in和外侧啮合率εlout也可以互不相同，但优选双方的啮合率为3.0以上。在本实施方式中，例示内侧啮合率ε1in和外侧啮合率ε1out均为3.0以上的情况。即，如图1所示，在本实施方式的减速器3中，以下的式子成立。
第一啮合率ε1≥3.0，且第一啮合率ε1＞第二啮合率ε2
啮合率越大，则作用于1齿的载荷越小，齿轮的工作噪音降低。在此，“第一啮合率ε1为3.0以上”是指，当使减速器3在任意的时机停止的情况下，两个齿轮(例如太阳齿轮S1及小齿轮P1)始终以3齿或4齿啮合。换言之，第一行星齿轮机构31的各齿轮S1、P1、R1始终以3齿或4齿啮合。因此，第一啮合率ε1为3.0以上这对于第一行星齿轮机构31的静音化来说非常重要。
另一方面，由于第二行星齿轮机构32的旋转为低速，对机械噪声的影响小，因此能够形成通过减小有效齿高等来提高齿的强度的齿形(啮合率降低)。这样，通过对第一行星齿轮机构31和第二行星齿轮机构32设定不同的啮合率ε1、ε2，能够确保各自所要求的功能。
在本实施方式中，通过减小第二行星齿轮机构32的各齿轮S2、P2、R2的有效齿高，来减小第二啮合率ε2且提高强度，但减小第二啮合率ε2的方法不限于此。同样地，作为将第一啮合率ε1设定为3.0以上的方法，可以举出减小啮合压力角、增大齿数、增大有效齿高等。需要说明的是，在第一啮合率ε1为3.0以上的第一行星齿轮机构31中，各齿轮S1、P1、R1的强度比第二行星齿轮机构32的各齿轮S2、P2、R2低，但作用于第一行星齿轮机构31的扭矩比第二行星齿轮机构32小，因此不会出现强度不足的情况。
接着，对于通过提高壳体33的强度来抑制振动的结构进行说明。根据与减速器3的机械噪声相关的分析结果而发现，在马达2工作时，壳体33的轴向中央部与两端部相比更为振动。对此，认为原因如下：如图3所示，在壳体33的轴向两端分别设置有底部35和盖部36而具有高强度，与此相对，轴向中央部的强度比两端部的强度低，容易振动。
基于这样的分析结果，在本减速器3上设置有由杨氏模量比壳体33的材料高的材料形成的加强部件30。如图1及图2所示，该加强部件30在壳体33的轴向中央部沿内周面34的至少一部分延伸。这样，通过配置对壳体33的轴向中央部进行支承的高强度的加强部件30，轴向中央部的强度提高，抑制了振动，实现了机械噪声的降低。
加强部件30的材质只要与壳体33相比为高强度(高杨氏模量)即可，例如可以是铁、铝、铜这样的金属，也可以是高强度的树脂。加强部件30例如可以是在壳体33的轴向中央部沿壳体33的整周延伸的环形状(例如垫圈)，也可以是圆周的一部分欠缺的C形状。另外，加强部件30不限于一个，也可以是多个圆弧形状的加强部件30在同一轴向位置沿周向隔开间隙地延伸。在本实施方式中，例示了环形状的加强部件30。
如图2所示，本实施方式的加强部件30位于两个行星齿轮机构31、32的小齿轮P1、P2之间。在壳体33的内部空间中，这些小齿轮P1、P2之间形成有在径向上比较宽的空间。环状的加强部件30的径向尺寸(从外径减去内径的差的一半)越大，则越能提高壳体33的强度，因此，通过在小齿轮P1、P2之间配置加强部件30，能进一步提高壳体33的强度。需要说明的是，本实施方式的加强部件30在第一行星齿轮机构31的行星架C1的径向外侧隔开微小的间隙配置。
另外，本实施方式的加强部件30从壳体33的另一端侧的开口压入，如图3所示，配置于相接于大径内周面34b与锥面34c的边界线的位置。即，加强部件30被压入到内周面34的内径变化的位置，并固定在该位置。需要说明的是，壳体33最容易在距底部35的朝向内侧的面和盖部36的朝向壳体内侧的端面等距离的位置(轴向的中心位置)处振动，因此优选在该位置配置加强部件30。
[3.效果]
(1)在上述的减速器3中，由于高速旋转的第一行星齿轮机构31的内侧啮合率ε1in和外侧啮合率ε1out中的至少一方被设定为3.0以上，因此能够实现齿轮的静音化，能够降低减速器3的机械噪声。另外，由于被输入大的扭矩的第二行星齿轮机构32的啮合率ε2被设定为比第一啮合率ε1低，因此能够提高第二行星齿轮机构32的强度。因此，能够在确保齿轮的强度的同时降低减速器3的机械噪声。需要说明的是，在上述的减速器3中，由于通过设定啮合率来降低机械噪声，因此能够避免部件数量的增加，也几乎没有材料的变化、模具成本的变化。因此，从这些观点出发，上述的减速器3也优异。
(2)在上述的减速器3中，由于内侧啮合率ε1in和外侧啮合率εlout均为3.0以上，因此能够进一步降低机械噪声。
(3)另外，由于第一行星齿轮机构31的齿圈R1的扭转角比第二行星齿轮机构32的齿圈R2的扭转角大，因此，能够增大第一行星齿轮机构31的啮合率ε1。另外，具有扭转角越大，啮合率越大，但推力也变大的特性。对此，根据上述的减速器3，由于作用大扭矩的第二行星齿轮机构32的齿圈R2的扭转角比第一行星齿轮机构31的齿圈R1的扭转角小，因此能够抑制推力的增大。
(4)在上述的减速器3中，以有底筒状的壳体33的底部35位于马达2侧的朝向安装于马达2，且在输出侧配置有盖部36。因此，仅通过变更盖部36的形状，就能够应对与减速器3的输出侧连接的要件(连接对象物)的规格。换言之，能够针对每个连接对象物变更形状比较简单的盖部36，从而使形状比较复杂的壳体33对各种种类的连接对象物而言通用，因此能够实现成本削减。
另外，由于第二行星齿轮机构32(低速侧)的直径比第一行星齿轮机构31(高速侧)的直径大，因此，在对壳体33的内径设置差异的情况下，低速侧的内径必须比高速侧的内径大。对此，在上述的减速器3中，以底部35位于马达2侧的朝向将壳体33安装于马达2，因此能够使壳体33的开口侧的内径比底部35侧的内径大，能够在树脂成型时拔出模具。因此，能够将壳体33形成为阶梯形状，能够实现壳体33的小型化。
并且，以底部35朝向马达2侧的方式将壳体33安装于马达2，从而能够使壳体33与盖部36的嵌合部位远离马达2、第一行星齿轮机构31。由于马达2、第一行星齿轮机构31是使减速器3振动的施振源，因此，通过使嵌合部位远离施振源，假设即使在壳体33与盖部36的嵌合处存在微小的间隙，也能够降低嵌合部位处的机械噪声。
(5)在上述的减速器3中，由上述的盖部36压入嵌合于壳体33的开口，因此能够抑制壳体33的开口的振动。
(6)另外，在本实施方式的减速器3中，由杨氏模量比壳体33的材料高的材料形成的加强部件30在壳体33的轴向中央部沿内周面34的至少一部分延伸。由此，能够提高壳体33中最容易振动的轴向中央部的强度，因此能够抑制壳体33的振动。
另外，在希望不设置加强部件30而通过对树脂制的壳体的结构施加改进以得到与设置加强部件30时得到的壳体33的强度同等的强度的情况下，考虑增加壳体的壁厚或追加肋。但是，由于壳体的杨氏模量比加强部件30的杨氏模量低，因此，为了仅通过壳体的结构来确保强度，无法避免壳体的大型化、形状的复杂化。
针对这样的课题，本实施方式的减速器3能够通过设置加强部件30这样简单的结构实现高强度化，因此，不需要增加壳体33的壁厚而大型化、或使形状变得复杂。因此，根据本实施方式的减速器3，能够通过设定啮合率来降低机械噪声，并且能够在确保壳体33内的空间的基础上避免大型化，同时降低机械噪声。
(7)在加强部件30为在壳体33的整周上延伸的环形状的情况下，能够使壳体33的轴向中央部在整周上均等地高强度化，因此能够进一步降低机械噪声。
(8)另外，上述的加强部件30由于配置在二级行星齿轮机构31、32的小齿轮P1、P2之间这样的壳体33内的比较宽的空间，因此能够增大加强部件30的径向尺寸。由此，能够进一步提高壳体33的轴向中央部的强度，能够进一步降低机械噪声。
(9)上述的壳体33具有小径内周面34a、大径内周面34b、以及将它们连接的锥面34c，加强部件30从壳体33的开口压入而配置在同大径内周面34b与锥面34c的边界线相接的位置。因此，能够防止因减速器3的使用而加强部件30的位置偏移，能够持续实现机械噪声的降低。需要说明的是，通过将壳体33的内径不同的部分设为锥形形状(倾斜面)，从而能够容易地成型壳体33。
(10)根据具备上述的减速器3的齿轮式马达1，能够在不导致大型化的情况下提高静音性。
[4.其他]
上述的齿轮式马达1和减速器3是一例，但不限于上述的情况。在上述实施方式中，例示出内侧啮合率ε1in和外侧啮合率ε1out均为3.0以上的情况，但也可以是内侧啮合率ε1in和外侧啮合率εlout中的一方为3.0以上，另一方小于3.0。即使在该情况下，内侧啮合率ε1in和外侧啮合率ε1out均比第二啮合率ε2大。需要说明的是，将啮合率设定为规定值的方法并不特别限定，只要调整用于齿轮设计的多个参数即可。
二级行星齿轮机构31、32的结构不限于上述的情况。例如，两个齿圈R1、R2的扭转角可以彼此相同。在该情况下，容易成形壳体。另外，齿圈R1、R2也可以不一体地形成于壳体33的内周面34，而是后安装于壳体。需要说明的是，输入要件(太阳齿轮)、输出要件(行星架)、固定要件(齿圈)的种类也不限于上述的情况。
上述的加强部件30的结构也是一例，例如，也可以取代将加强部件30压入壳体33而进行嵌入成形。即，加强部件30可以露出设置在壳体内侧，也可以埋设于壳体，还可以设置于壳体外侧。另外，加强部件30的位置不限于行星齿轮机构31、32的小齿轮P1、P2之间，也可以是与任一方的行星齿轮机构31、32重叠的位置(例如与齿圈R1或R2重叠的位置)。通过至少在壳体的轴向中央部配置加强部件，能够获得与上述的实施方式相同的效果。
壳体33的形状不限于上述的带锥形的有底圆筒状。例如，也可以取代锥形而为带阶梯的筒状，还可以是壳体的外径在轴向上恒定的筒状。在带阶梯筒状的壳体的情况下，通过将加强部件配置在台阶部分(例如压入)，能够使加强部件的位置稳定。需要说明的是，壳体的厚度(壁厚)也可以在轴向上不恒定。即，也可以在内周面设置锥形、台阶，而外周面的外径恒定。另外，也可以是在壳体的轴向两端设置开口并在这些开口安装盖部的结构。需要说明的是，壳体相对于马达2的安装方向也可以与上述相反。
需要说明的是，上述的齿轮式马达1的用途不限于车辆的电动式门的驱动源，也可以适用于各种电动设备的驱动源。

Claims (6)

1.一种减速器，其将马达的旋转减速而输出，其特征在于，
所述减速器具备：
二级行星齿轮机构，它们在所述马达的轴向上并排设置，由斜齿轮构成；以及
树脂制的壳体，其形成为内置所述二级行星齿轮机构的筒状，
第一级的所述行星齿轮机构的太阳齿轮与小齿轮的内侧啮合率、以及所述第一级的行星齿轮机构的所述小齿轮与齿圈的外侧啮合率中的至少一方为3.0以上，并且所述内侧啮合率以及所述外侧啮合率均比第二级的所述行星齿轮机构的啮合率大。
2.根据权利要求1所述的减速器，其特征在于，
所述内侧啮合率以及所述外侧啮合率均为3.0以上。
3.根据权利要求1或2所述的减速器，其特征在于，
所述第一级的行星齿轮机构的所述齿圈的扭转角比所述第二级的行星齿轮机构的齿圈的扭转角大。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的减速器，其特征在于，
所述壳体呈在轴向一端设置底部且在轴向另一端设置盖部的有底筒状，且所述壳体以所述底部位于所述马达侧的朝向安装于所述马达。
5.根据权利要求4所述的减速器，其特征在于，
所述盖部压入嵌合于所述壳体的轴向另一端的开口。
6.一种齿轮式马达，其特征在于，
所述齿轮式马达具备：
权利要求1至5中任一项所述的减速器；以及
所述马达，其具有与所述减速器的所述第一级的行星齿轮机构的所述太阳齿轮一体旋转的轴。
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