CN114123645A - 差速减速器及带有该减速器的无刷电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种差速减速器及带有该减速器的无刷电机，涉及减速器技术领域，主要目的是提供一种具有较大减速比范围的、轻质减速器结构。该差速减速器包括减速箱架和驱动件，其中减速箱架为中空环形结构，其内设有塔式行星轮，塔式行星轮的数量为至少两个，任一塔式行星轮沿其轴线方向上分部有至少两层不同直径的齿轮且位于同一层的齿轮的尺寸一致；减速箱架的外周测套设有定齿圈和动齿圈，其中定齿圈固定设置，定齿圈和动齿圈分别与位于不同层的齿轮啮合；驱动件的外周侧套设有太阳轮，太阳轮与所有的塔式行星轮某一层的齿轮啮合；当驱动件转动时，塔式行星轮能在太阳轮的驱动下沿定齿圈的内侧壁转动并带动动齿圈转动。

Description

差速减速器及带有该减速器的无刷电机

技术领域

本发明涉及减速器技术领域，尤其是涉及一种差速减速器及带有该减速器的无刷电机。

背景技术

在工业领域，减速机在原动机和工作机或执行机构之间起匹配转速和传递转矩的作用。行星减速器因具有重量轻、体积小、传动比范围大、效率高、运转平稳、噪声低适应性强等特点，在工业领域得到了广泛应用。行星减速器由行星轮，太阳轮，内齿圈组成，行星轮在内齿圈内围绕太阳轮旋转，将太阳轮的高速旋转进行降速，通过减速箱架输出。在实际应用时，多选用磁钢，定子线圈，太阳轮，行星轮，齿圈，减速箱架等关键零件构成。电机通电后，电机定子线圈产生磁场，让转子磁钢转动起来。转子连接太阳轮，齿圈固定，太阳轮驱动减速箱架转动，实现扭矩的输出。

无刷电机直接带动一级行星减速器或者二级行星减速器输出，其中一级行星减速器的减速比多为1：6，二级行星减速器的减速比多为1：36。如果进一步提高减速比，则需要再加多级行星减速，导致设备组装所需的零件更多。此时的减速器存在体积变大，重量变重，生产成本明显增加的问题。

为了解决上述问题，同时尽可能的控制减速器的重量和体积，需要研发一种新型的减速器以及安装有该减速器的电机结构。

发明内容

本发明的目的在于提供差速减速器及带有该减速器的无刷电机，以解决现有技术中存在的二级减速器减速比范围小的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的差速减速器，包括减速箱架和驱动件，其中所述减速箱架为中空环形结构，其内设有塔式行星轮，所述塔式行星轮的数量为至少两个，任一所述塔式行星轮沿其轴线方向上分部有至少两层不同直径的齿轮且位于同一层的所述齿轮的尺寸一致；所述减速箱架的外周测套设有定齿圈和动齿圈，其中所述定齿圈固定设置，所述定齿圈和所述动齿圈分别与位于不同层的所述齿轮啮合；驱动件，所述驱动件的外周侧套设有一太阳轮，所述驱动件插入所述减速箱架内时，所述太阳轮能与所有的所述塔式行星轮某一层的所述齿轮啮合；当所述驱动件转动时，所述塔式行星轮能在所述太阳轮的驱动下沿所述定齿圈的内侧壁转动并带动所述动齿圈转动。

由于定齿圈固定不动，因此当驱动件转动时，塔式行星轮随之转动并带动动齿圈转动来实现扭矩的输出；而塔式行星轮具有多层齿轮结构且不同层的齿轮尺寸不一致，因此可以通过对不同齿轮的大小和规格进行调整来实现对减速器减速比的调整，使该减速器在不增加行星轮数量的前提下达到较高的减速比。另外，该减速器与传统的多级减速器相比，其体积小、重量轻、成本低，同时还具有较高的传动效率。另外，由于齿轮数相对偏少，因此该减速器在高速比区间内依然具有较好的反向驱动能力。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

作为本发明的进一步改进，与所述太阳轮啮合的所述齿轮的齿数大于与所述动齿圈啮合的所述齿轮的齿数；和/或，与所述太阳轮啮合的所述齿轮的直径大于与所述动齿圈啮合的所述齿轮的直径。

通过上述结构能够有效增大该差速减速器的减速比，解决传统的减速器减速比调整范围偏小的问题。

作为本发明的进一步改进，所述塔式行星轮的轴线方向上设置有两层齿轮。

作为本发明的进一步改进，该减速器还包括减速箱前盖和减速箱后盖，所述减速箱前盖、所述减速箱后盖和所述减速箱架固定连接；所述驱动件穿过所述减速箱后盖并伸入所述减速箱架内。

当该减速器启动时，减速箱架与减速器前盖和减速器后盖均固定不动，从而使力矩经塔式行星轮输送至动齿圈处。

本发明还提供了一种无刷电机，包括上述任一项所述的差速减速器，还包括转子，所述转子的中部朝向所述减速箱架内部延伸形成所述驱动件，当转子转动时，该差速减速器能随着所述转子的转动而动作。

当转子通电转动时能够经驱动件带动减速器动作，从而实现对电机力矩的控制和输出。另外，此时减速器受转子的形状限制能够设置在电机内部，使得该电机尺寸相对紧凑，这种高度集成的结构能够进一步缩小电机的体积，同时减小电机总重量。

作为本发明的进一步改进，该无刷电机还包括固定有定子的电机安装座，所述电机安装座位于所述动齿圈的外周侧，所述转子的侧缘朝向所述定子所在位置延伸并弯折形成折边，所述定子位于所述折边和所述动齿圈之间。

此时，在电机安装座和转子的作用下，定子能够固定设置在转子内圈，此时两者能够相互配合实现电机的正常使用。

作为本发明的进一步改进，该无刷电机还包括电机输出端，所述电机输出端与所述动齿圈固定连接；和/或，该无刷电机还包括设置在所述转子外侧的电机后盖，所述电机后盖与所述电机安装座固定连接。

上述电机输出端与减速器的动齿圈相连，能够用于输出力矩；而电机后盖可以用于封闭并保护转子，避免转子受损。

作为本发明的进一步改进，所述电机后盖的中部固定设置有霍尔磁编码器，所述电机输出端的中部朝向所述电机后盖方向延伸形成转轴，所述转轴的端部设置有第一磁铁；当所述电机输出端转动时，所述霍尔磁编码器能与所述第一磁铁相互作用。

该第一磁铁和霍尔磁编码器能够相互配合，实现对电机输出端转动角速度以及转动角度的检测，进而帮助确定电机输出端的零位。

作为本发明的进一步改进，所述电机输出端远离其轴线处设置有零位磁铁，所述电机安装座的相应位置上固定设置有霍尔传感器。霍尔传感器与零位磁铁相互作用能够用于实现对电机输出轴的零位检测。

作为本发明的进一步改进，所述电机后盖的中部固定设置有霍尔磁编码器，所述转子与所述霍尔磁编码器相对应的位置上设置有检测磁铁；和/或，所述定子处安装有霍尔元件。上述检测方式可以用于检测转子部分的转动情况，通过检测转子的转速来进一步计算该电机的输出转速。

相比于现有技术，本发明较佳的实施方式提供的差速减速器通过塔式行星轮以及与之相配合的定齿圈和动齿圈来实现对减速器减速比的有效调节。该减速器可以通过较少的齿轮数量来实现较高的减速比，有效提高减速器的传动效率，同时不改变该减速器的结构及零件数量。另外，该无刷电机将减速器固定在电机内部，这种高度集成的结构可以帮助缩小电机的体积，使该电机结构更加紧凑；最后，该电机内的磁铁以及霍尔元件能够帮助检测电机输出端的初始位置，实现对电机输出端初始位置的校准。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明差速减速器的整体结构示意图；

图2是图1的爆炸图；

图3是图1中的塔式行星轮和定齿圈的配合示意图；

图4是图1中的塔式行星轮、定齿圈和动齿圈的配合示意图；

图5是图1中的塔式行星轮的结构示意图；

图6是本发明无刷电机的结构示意图；

图7是图6的爆炸图；

图8是图6的剖面结构示意图；

图9是图6中的电机输出端与电机后盖的配合示意图；

图10是本发明无刷电机第二种实施例的内部结构示意图；

图11是本发明无刷电机第三种实施例中的定子的结构示意图。

图中：10、差速减速器；11、减速箱架；12、塔式行星轮；121、齿轮；13、定齿圈；14、动齿圈；15、驱动件；151、太阳轮；16、减速箱前盖；17、减速箱后盖；20、无刷电机；21、转子；211、折边；212、检测磁铁；22、定子；221、霍尔元件；23、电机安装座；231、霍尔传感器；24、电机输出端；241、转轴；242、第一磁铁；243、零位磁铁；25、电机后盖；251、霍尔磁编码器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明的技术方案进行具体说明。

本发明提供了一种差速减速器，该减速器包括减速箱架11和驱动件15，与传统的减速器相比，该减速器能够通过较小的齿轮121数量来实现较高的减速比，有效提高其传动效率；另外，该减速器因齿轮121数小，在高减速比区间内依然具有反向驱动能力。

具体的，上述减速箱架11为一中空环形结构，其内设置有塔式行星轮12，外周侧壁上沿轴线方向依次设置有定齿圈13和动齿圈14。上述塔式行星轮12的数量为至少两个，任一塔式行星轮12沿其轴线方向上分部有至少两层不同直径的齿轮121且位于同一层的齿轮121的尺寸一致；减速箱架11的外周测套设有定齿圈13和动齿圈14，其中定齿圈13固定设置，定齿圈13和动齿圈14分别与位于不同层的齿轮121啮合。驱动件15为带有一太阳轮151的棍状结构，该驱动件15可以插入减速箱架11内，此时太阳轮151能够与位于减速箱架11内的所有塔式行星轮12啮合。当驱动件15转动时，塔式行星轮12能在太阳轮151的驱动下沿定齿圈13的内侧壁转动并带动动齿圈14转动。

如图1-2所示，本发明提供了一种差速减速器10，该减速器包括减速箱架11、驱动件15、塔式行星轮12、定齿圈13和动齿圈14，其中塔式行星轮12和驱动件15位于减速箱架11内部，定齿圈13和动齿圈14位于减速箱架11外部。需要注意的是，上述图中驱动件15和太阳轮151的结构未绘出。

具体的，上述塔式行星轮12的数量为三个。

由于定齿圈13固定不动，因此当驱动件15转动时，塔式行星轮12随之转动并带动动齿圈14转动来实现扭矩的输出；而塔式行星轮12具有多层齿轮121结构且不同层的齿轮121尺寸不一致，因此可以通过对不同齿轮121的大小和规格进行调整来实现对减速器减速比的调整，使该减速器在不增加行星轮数量的前提下达到较高的减速比。另外，该减速器与传统的多级减速器相比，其体积小、重量轻、成本低，同时还具有较高的传动效率。另外，由于齿轮121数相对偏少，因此该减速器在高速比区间内依然具有较好的反向驱动能力。

需要注意的是，太阳轮151和定齿圈13可以与位于同一层的齿轮121相互啮合，也可以与位于不同层的齿轮121相互啮合；另外，定齿圈13和动齿圈14分别与位于不同层的齿轮121相互啮合。由于位于该塔式行星轮12轴线方向上不同位置的齿轮121的尺寸不一致，因此，可以通过调整齿轮121的大小和规格的方式来实现对该减速器减速比的调整，使该减速器在其整体结构不变、零件数目不变的前提下达到有效调整减速比大小的效果。

具体的，本实施例中所选用的塔式行星轮12的齿轮121层数为两层，如图5所示（该层数选择仅为示意，不作为本发明对技术方案的限定）。该塔式行星轮12与定齿圈13的配合结构图如图3所示，塔式行星轮12与动齿圈14和定齿圈13配合连接时的结构如图4所示，另外，从该图中也可以看到驱动件15和太阳轮151。

上述同一塔式行星轮12上的齿轮121数量可以是三个甚至更多；另外，位于同一减速箱架11上的不同塔式行星轮12中的齿轮121数量可以相同，也可以不同。

与太阳轮151啮合的齿轮121的齿数大于与动齿圈14啮合的齿轮121的齿数；和/或，与太阳轮151啮合的齿轮121的直径大于与动齿圈14啮合的齿轮121的直径。

通过上述结构能够有效增大该差速减速器10的减速比，解决传统的减速器减速比调整范围偏小的问题。

作为可选的实施方式，该减速器还包括减速箱前盖16和减速箱后盖17，减速箱前盖16、减速箱后盖17和减速箱架11固定连接；驱动件15穿过减速箱后盖17伸入减速箱架11内。当该减速器启动时，减速箱架11与减速器前盖和减速器后盖均固定不动，从而使力矩经塔式行星轮12输送至动齿圈14处。

本发明还提供了一种无刷电机20，如图6-7所示，该无刷电机20包括上述所述的差速减速器10和转子21，该转子21的中部能朝向减速器内延伸并经减速器后盖伸入减速箱架11内，该部分构造为上述驱动件15，如图7所示。也就是说，当转子21转动时，该差速减速器10能随着转子21的转动而动作，此时驱动轴能经太阳轮151带动塔式行星轮12和动齿圈14转动。

当该无刷电机20处于通电状态时，转子21能经驱动件15带动减速器动作，从而实现对电机力矩的控制和输出。另外，此时减速器受转子21的形状限制能够设置在电机内部，使得该电机尺寸相对紧凑，这种高度集成的结构能够进一步缩小电机的体积，同时减小电机总重量。

为了实现该电机的正常使用，该无刷电机20内还设置有定子22，该定子22通过电机安装座23设置在该差速减速器10外侧。具体的，为了进一步限定定子22的固定范围，设置电机安装座23位于动齿圈14的外周侧，转子21的侧缘朝向定子22所在位置延伸并弯折形成折边211，定子22位于折边211和动齿圈14之间。即，此时定子22位于转子21的内圈，两者相互配合可以实现该电机的正常运转。

在通电状态下，定子22所产生的磁场能够驱动转子21转动，由于转子21与驱动件15一体式设计，因此能够带动减速器工作并通过动齿圈14输出扭矩。

具体的，上述转子21为磁钢磁铁座。

考虑到安装和使用问题，设置该无刷电机20还包括电机输出端24和电机后盖25。

具体的，上述电机输出端24与动齿圈14固定连接，电机后盖25通过电机安装座23固定在转子21的外侧，此时转子21位于电机后盖25和电机安装座23围合形成的空间内。上述电机输出端24与减速器的动齿圈14相连，能够用于输出力矩；而电机后盖25可以用于封闭并保护转子21，避免转子21受损。需要注意的是，上述定齿圈13也与电机安装座23固定连接。

如图8所示，可以看到，此时电机输出端24与动齿圈14的外侧缘固定连接，同时该电机输出端24通过轴承与电机安装座23相连。该电机输出端24不仅能够实现对电机内部结构尤其是差速减速器10部分的有效封闭，同时还能够实现电机力矩的输出。另外，转子21与电机后盖25的连接处也通过轴承相连。

为了方便对该无刷电机20的工作状态进行记录和检测，作为可选的实施方式，如图9所示，此时电机后盖25的中部固定设置有霍尔磁编码器251，电机输出端24的中部朝向电机后盖25方向延伸形成转轴241，转轴241的端部设置有第一磁铁242；当电机输出端24转动时，霍尔磁编码器251能与第一磁铁242相互作用。该第一磁铁242可以是环形磁铁。

该第一磁铁242和霍尔磁编码器251能够相互配合，实现对电机输出端24转动角速度以及转动角度的检测，进而帮助确定电机输出端24的零位。

具体的，上述转轴241由磁铁材料制成。另外，为了方便安装转轴241，该装置中的驱动件15为两端开口的中空环形结构，转轴241沿转子21的轴线方向穿设在该驱动件15内。

需要注意的是，上述转轴241与电机输出端24为分体式结构，两者能牢固的结合在一起。

为了达到相同或近似的检测目的，本发明还提供了其它实施方式：

如图10所示，此时该无刷电机20的电机输出端24在远离其轴线处设置有零位磁铁243，电机安装座23的相应位置上固定设置有霍尔传感器231。霍尔传感器231与零位磁铁243相互作用能够用于实现对电机输出轴的零位检测。

为了用于检测该无刷电机20的转速，作为可选的实施方式，电机后盖25的中部固定设置有霍尔磁编码器251，转子21与霍尔磁编码器251相对应的位置上设置有检测磁铁212。

或者，也可以如图11所示，此时定子22的相应位置上内置霍尔元件221。当由磁钢制成的转子21转动时，该霍尔元件221可以获取到相应的信号，从而检测电机转速。

上述检测方式可以用于检测转子21部分的转动情况，通过检测转子21的转速来进一步计算该电机的输出转速。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.差速减速器，其特征在于，包括：

减速箱架（11），所述减速箱架（11）为中空环形结构，其内设有塔式行星轮（12），所述塔式行星轮（12）的数量为至少两个，任一所述塔式行星轮（12）沿其轴线方向上分部有至少两层不同直径的齿轮（121）且位于同一层的所述齿轮（121）的尺寸一致；所述减速箱架（11）的外周测套设有定齿圈（13）和动齿圈（14），其中所述定齿圈（13）固定设置，所述定齿圈（13）和所述动齿圈（14）分别与位于不同层的所述齿轮（121）啮合；

驱动件（15），所述驱动件（15）的外周侧套设有一太阳轮（151），所述驱动件（15）插入所述减速箱架（11）内时，所述太阳轮（151）能与所有的所述塔式行星轮（12）某一层的所述齿轮（121）啮合；

当所述驱动件（15）转动时，所述塔式行星轮（12）能在所述太阳轮（151）的驱动下沿所述定齿圈（13）的内侧壁转动并带动所述动齿圈（14）转动。

2.根据权利要求1所述的差速减速器，其特征在于，与所述太阳轮（151）啮合的所述齿轮（121）的齿数大于与所述动齿圈（14）啮合的所述齿轮（121）的齿数；

和/或，与所述太阳轮（151）啮合的所述齿轮（121）的直径大于与所述动齿圈（14）啮合的所述齿轮（121）的直径。

3.根据权利要求1所述的差速减速器，其特征在于，所述塔式行星轮（12）的轴线方向上设置有两层齿轮（121）。

4.根据权利要求1所述的差速减速器，其特征在于，该减速器还包括减速箱前盖（16）和减速箱后盖（17），所述减速箱前盖（16）、所述减速箱后盖（17）和所述减速箱架（11）固定连接；所述驱动件（15）穿过所述减速箱后盖（17）并伸入所述减速箱架（11）内。

5.无刷电机，其特征在于，包括权利要求1-4中任一项所述的差速减速器，还包括转子（21），所述转子（21）的中部朝向所述减速箱架（11）内部延伸形成所述驱动件（15），当转子（21）转动时，该差速减速器能随着所述转子（21）的转动而动作。

6.根据权利要求5所述的无刷电机，其特征在于，该无刷电机还包括固定有定子（22）的电机安装座（23），所述电机安装座（23）位于所述动齿圈（14）的外周侧，所述转子（21）的侧缘朝向所述定子（22）所在位置延伸并弯折形成折边（211），所述定子（22）位于所述折边（211）和所述动齿圈（14）之间。

7.根据权利要求6所述的无刷电机，其特征在于，该无刷电机还包括电机输出端（24），所述电机输出端（24）与所述动齿圈（14）固定连接；

和/或，该无刷电机还包括设置在所述转子（21）外侧的电机后盖（25），所述电机后盖（25）与所述电机安装座（23）固定连接。

8.根据权利要求7所述的无刷电机，其特征在于，所述电机后盖（25）的中部固定设置有霍尔磁编码器（251），所述电机输出端（24）的中部朝向所述电机后盖（25）方向延伸形成转轴（241），所述转轴（241）的端部设置有第一磁铁（242）；当所述电机输出端（24）转动时，所述霍尔磁编码器（251）能与所述第一磁铁（242）相互作用。

9.根据权利要求7所述的无刷电机，其特征在于，所述电机输出端（24）远离其轴线处设置有零位磁铁（243），所述电机安装座（23）的相应位置上固定设置有霍尔传感器（231）。

10.根据权利要求7所述的无刷电机，其特征在于，所述电机后盖（25）的中部固定设置有霍尔磁编码器（251），所述转子（21）与所述霍尔磁编码器（251）相对应的位置上设置有检测磁铁（212）；

和/或，所述定子（22）处安装有霍尔元件（221）。

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