CN117277681A - 一种大扭矩一体式行星减速电机 - Google Patents

Abstract

一种大扭矩一体式行星减速电机，包括电机和行星齿轮减速器，电机输出端和行星齿轮减速器连接；电机包括电机机壳、定子和转子组件；定子设置在电机机壳内部，转子组件设置在定子内部；行星齿轮减速器包括减速器外壳、内齿圈、三级减速器组件和减速器输出轴；减速器外壳和电机机壳固定连接，减速器外壳内侧面设置有内齿圈，三级减速器组件设置在内齿圈内侧，三级减速器组件的一端连接转子组件，另一端连接减速器输出轴。本发明通过提高电机的转速，使用行星减速器起到降低转速增加转矩的目的，能够使在电机体积变化不大的情况下，增大电机输出转矩提高了电机的功率密度和转矩密度。

Description

一种大扭矩一体式行星减速电机

技术领域

本发明属于电机技术领域，特别涉及一种大扭矩一体式行星减速电机。

背景技术

减速电机是指减速机和电机的集成体，通常由专业的减速机生产厂，进行集成组装好后，与电机一体成套供货。目前采用的方案是电机和减速器分体式设计，虽然能够在生产中起到减速的目的，但是在设备运输及运输后的安装，拆卸环节中，存在一定的损坏风险，维护成本变高，同时组装式的设备体积较大，功率转换的效率也很低，综上目前低速大扭矩电机体积庞大，功率密度低的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大扭矩一体式行星减速电机，以解决目前低速大扭矩电机体积庞大，功率密度低的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种大扭矩一体式行星减速电机，包括电机和行星齿轮减速器，电机输出端和行星齿轮减速器连接；

电机包括电机机壳、定子和转子组件；定子设置在电机机壳内部，转子组件设置在定子内部；

行星齿轮减速器包括减速器外壳、内齿圈、三级减速器组件和减速器输出轴；减速器外壳和电机机壳固定连接，减速器外壳内侧面设置有内齿圈，三级减速器组件设置在内齿圈内侧，三级减速器组件的一端连接转子组件，另一端连接减速器输出轴。

进一步的，转子组件包括电机输出轴和磁钢，磁钢采用内嵌式固定在电机输出轴上，电机输出轴通过深沟球轴承双侧支撑。

进一步的，定子通过定子热套与电机机壳固定在一起。

进一步的，定子热套外圆留有螺旋水道，螺旋水道两端连接两个出水口，出水口与螺旋水道形成通路。

进一步的，三级减速器组件包括三个太阳轮、三个行星架和九个行星齿轮；每个太阳轮的周围均啮合三个行星齿轮形成一个齿轮组，相邻的齿轮组之间通过行星架连接，最末端的行星架连接减速器输出轴，另一端的太阳轮连接转子组件的电机输出轴。

进一步的，三个行星齿轮的外侧和内齿圈啮合。

进一步的，行星齿轮及最末端的行星架所用的轴承均为球轴承；内齿圈上对应加工有轴承滚道。

进一步的，减速器外壳上设置有两个出水口，出水口上安装与之对应的水嘴。

进一步的，减速器外壳上布置有螺旋水道，螺旋水道和水嘴连通。

进一步的，电机机壳的后端连接后法兰，编码器使用螺母固定在电机输出轴上。

与现有技术相比，本发明有以下技术效果：

本发明通过将高速电机和大减速比的行星减速机集成一体化设计，形成全新结构的高功率密度的一体式减速电机。利用永磁电机调速性能优异的特点，通过提高电机的转速，使用行星减速器起到降低转速增加转矩的目的，能够使在电机体积变化不大的情况下，增大电机输出转矩提高了电机的功率密度和转矩密度。通过对电机参数及减速器参数的系列化设计，能够使减速器输出参数灵活多变，满足不同生产要求。

附图说明

图1本发明内部结构图；

图2一体式大扭矩永磁行星减速电机外观图；

图3为本发明行星减速器外观；

图4为行星减速器内部结构。

其中：

电机1、行星齿轮减速器2、电机机壳11、定子12、电机输出轴13、定子热套15、后法兰16、减速器外壳21、内齿圈24、减速器输出轴23、螺旋水道26、水嘴25、太阳轮27、行星架29、行星齿轮28、滚珠轴承30、放油塞31、油封32。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进一步说明：

请参阅图1至图4，包括高速电机及安装在电机机壳前端的行星齿轮减速器。

所述电机1包括电机机壳11及固定在机壳内包括定子12，转子组件，后法兰14，及配套安装在电机后端的编码器等。

所涉及的行星齿轮减速器2包括与电机机壳相固连的减速器外壳21，与电机输出轴13相连接的太阳轮27，与太阳轮27齿轮相互啮合的行星轮组件，与行星轮组件相连接减速器输出轴23，与行星齿轮相啮合的减速器外壳上的内齿圈24及与减速器的输出轴。

减速器行星轮及减速器的输出盘所用的轴承均为自制滚道的球轴承；

减速器外壳的内腔壁加工有和行星轮相互啮合的内齿圈，内齿圈上对应加工有轴承滚道。

减速器外壳21上部包括两个出水口，能够安装与之对应的水嘴25。

减速器的机壳外圆上布置有螺旋水道26，能够与减速器的水套外壳形成水道通路，通过冷却液带走多余的热量，保证减速器的散热。

太阳轮27通过双键及螺钉与电机输出轴13相固连，保证转矩的传递。

行星轮组件包括三个环绕上述太阳轮27的行星齿轮28及与所述行星齿轮连接的行星架29，行星齿轮同时与太阳轮及所述减速器外壳内腔壁上的内齿啮合。

所涉及的电机包括电机机壳组件及固定在机壳内包括定子，转子组件，后法兰，失电电磁制动器及配套安装在电机后端的编码器。

电机机壳11组件由定子及与定子热套15在一起的水套组成，水套外圆留有螺旋水道，水套外圆留有两出水口，水口与水道形成通路可以保证冷却液的通过，以保证对机壳的冷却。

定子12由定子铁心、定子冲片、定子线圈等组成，定子通过热套15与机壳11固定在一起。

转子组件包括电机输出轴13，磁钢，平衡环，转子铁心，磁钢采用内嵌式固定方式，转子组件通过深沟球轴承双侧支撑。

失电电磁制动器的制动盘与电机的输出轴通过键连接，保证制动力矩的传递。

编码器使用螺母固定在电机输出轴上，与编码器定子保证相对位置关系。

后法兰与电机机壳的后端相固定，编码器定子固定在失电电磁制动器端面的外部。

电机出线位置位于电机机壳外圆靠近尾部处，电机的接线盒通过接线盒转接板与电机机壳相连接。

电机采用的是永磁电机。对于常用的电励磁电机来说，其内部转子有绕组的存在，运行时相对于永磁电机来说转子绕组会产生铜耗，影响了电机效率的提升，同时对于电励磁电机来说，一定输出转速的条件下，增大输出转矩就要增加电机的体积，影响了功率密度和转矩密度的提高。相比于传统电机能效方面永磁电机有以下的优势：1由于永磁同步电机的磁场是由永磁体产生的，从而避免了通过励磁电流来产生磁场导致的励磁损耗2永磁同步电机的外特性效率曲线相比异步电机来说，它在轻载时效率值要高很多，所以这是永磁同步电机在节能方面，相比异步电机最大的一个优势3由于永磁同步电机功率因数高，这样相比异步电机而言其电机电流更小，相应地电机的定子铜耗更小，效率也更高。4永磁同步电机转子无电阻损耗，定子绕组几乎不存在无功电流，因而电机温升低。同体积、同重量的永磁电机功率可提高30％左右，同功率容量的永磁电机体积、重量、所用材料可减少30％。

实施例：

本实例提供的一体式大扭矩行星减速电机，包括电机和安装于电机前端的行星齿轮减速器。行星减速器包括减速器的外壳、设于减速器外壳内的行星减速机构及减速器输出轴。电机具有穿设于机壳内并一端伸出与行星齿轮减速器相连接的电机输出轴。工作时，电机的输出功率通过输出轴传出，经行星齿轮减速机构减速传动后，由减速器输出轴向外输出动力。作为本实施例的一较佳方案，该行星减速器的额定转速为38rpm，额定转矩为34000N·m，最高输出扭矩74800N·m。

参照图1体机内部结构所示，行星齿轮减速器为三级行星减速器，输入端为与电机输出轴相连接的一级太阳齿轮(输入端太阳齿轮)，输入端太阳轮与三个围绕其的一级行星齿轮相啮合；与三个一级行星齿轮相固定的一级行星架背部与二级太阳轮相固连，以此类推形成了三级行星减速器。

在所示的结构中，三个行星齿轮等间距的设置，该结构能够使各齿轮受力均匀，具有更好的稳定性，行星齿轮不限于三个，后期可根据输出轴所需的转矩要求进行增加或者减少，尺寸模数也可改变，保证输出转矩系列化。

进一步的，全部齿轮采用金属制作而成，所用金属材料的选型及所对应的的热处理方式都进行了优化，使减速器具有更好的强度及使用寿命，降低了传动过程中的噪声，使传动更加稳定。同时又使减速器的结构，重量，体积得到优化，得到更好的经济效益。

进一步的行星齿轮与行星架之间通过自制的双列滚道轴承进行连接，相比于使用标准轴承来说，使用齿轮的基体材料替代了原有标准齿轮的滚道，能够大大缩小行星轮的整体齿轮，使整个减速器的外形尺寸更加紧凑，降低了制造成本，同时自制轴承的滚珠数量相较于标准轴承多，提高了轴承的承载能力。

进一步的，太阳齿轮、行星齿轮、内齿圈齿轮都采用了直齿齿形，能够防止传动时产生轴向力，同时又对齿形进行了变位，增强了承载能力。

进一步的该减速器的减速比为81，当然在实际使用时，各个齿轮的齿数和模数不限于所给定的参数，可以在满足传动强度的前提下通过不同的齿数模数组合获得不同的传动比和传动尺寸，以满足不同的使用需求。

进一步的，减速器机壳外圆处开有挖空的水道，通过与减速器水套的配合之后可以形成冷却液的通路，可以带走减速器所产生的多余热量。本次冷却介质选择的为水。

参照内部结构所示，电机的结构主要包括电机机壳及机壳内部的定子、转子组件、后法兰、编码器、失电电磁制动器及接线盒，电机为永磁电机，作为本实施例的一较佳方案，该永磁电机的额定转速为3000rpm，额定转矩为410N·m，额定功率132KW。

进一步的，转子铁芯采用分段式的结构，内嵌磁钢后，将多段铁芯压入转轴中，铁芯两端固定有黄铜制作的端板。

进一步的电机转子通过两深沟球轴承与前法兰及电机的后法兰连接，其中与后法兰连接的轴承安装有波纹弹簧，能够减少后法兰的磨损提高使用寿命，降低工作时的噪音，减轻振动。

进一步的电机转子的端部固定有编码器编码器使用圆螺母在轴向进行固定，用来检知旋转速度及位置。

进一步的，机壳外圆留有螺旋水道，水道参数经过优化能够保证及时带走电机所产生的热量，水套外圆留有两出水口，出水口在机身的侧面，水口与水道形成通路可以保证冷却液的通过，以保证对机壳的冷却，冷却介质选择为水。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种大扭矩一体式行星减速电机，其特征在于，包括电机(1)和行星齿轮减速器(2)，电机(1)输出端和行星齿轮减速器(2)连接；

电机(1)包括电机机壳(11)、定子(12)和转子组件；定子(12)设置在电机机壳(11)内部，转子组件设置在定子(12)内部；

行星齿轮减速器(2)包括减速器外壳(21)、内齿圈(24)、三级减速器组件和减速器输出轴(23)；减速器外壳(21)和电机机壳(11)固定连接，减速器外壳(21)内侧面设置有内齿圈(24)，三级减速器组件设置在内齿圈(24)内侧，三级减速器组件的一端连接转子组件，另一端连接减速器输出轴(23)。

2.根据权利要求1所述的一种大扭矩一体式行星减速电机，其特征在于，转子组件包括电机输出轴(13)和磁钢，磁钢采用内嵌式固定在电机输出轴(13)上，电机输出轴(13)通过深沟球轴承双侧支撑。

3.根据权利要求1所述的一种大扭矩一体式行星减速电机，其特征在于，定子(12)通过定子热套(15)与电机机壳(11)固定在一起。

4.根据权利要求3所述的一种大扭矩一体式行星减速电机，其特征在于，定子热套(15)外圆留有螺旋水道，螺旋水道两端连接两个出水口，出水口与螺旋水道形成通路。

5.根据权利要求2所述的一种大扭矩一体式行星减速电机，其特征在于，三级减速器组件包括三个太阳轮(27)、三个行星架(29)和九个行星齿轮(28)；每个太阳轮(27)的周围均啮合三个行星齿轮(28)形成一个齿轮组，相邻的齿轮组之间通过行星架(29)连接，最末端的行星架(29)连接减速器输出轴(23)，另一端的太阳轮(27)连接转子组件的电机输出轴(13)。

6.根据权利要求5所述的一种大扭矩一体式行星减速电机，其特征在于，三个行星齿轮(28)的外侧和内齿圈(24)啮合。

7.根据权利要求5所述的一种大扭矩一体式行星减速电机，其特征在于，行星齿轮(28)及最末端的行星架(29)所用的轴承均为球轴承；内齿圈上对应加工有轴承滚道。

8.根据权利要求1所述的一种大扭矩一体式行星减速电机，其特征在于，减速器外壳(21)上设置有两个出水口，出水口上安装与之对应的水嘴(25)。

9.根据权利要求7所述的一种大扭矩一体式行星减速电机，其特征在于，减速器外壳(21)上布置有螺旋水道(26)，螺旋水道(26)和水嘴(25)连通。

10.根据权利要求1所述的一种大扭矩一体式行星减速电机，其特征在于，电机机壳(11)的后端连接后法兰(16)，编码器使用螺母固定在电机输出轴上。