CN117856527A - 一种用于人型机器人的大扭矩无框电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于人型机器人的大扭矩无框电机，包括无框电机、固定机构和减速机构，所述减速机构的输入端与所述无框电机的输出端相连，所述减速机构的输出端与所述固定机构相连；所述电机为内转子无框电机，包括定子，所述定子上固定设置有限位架，所述定子内转动安装有与所述定子同轴的转子；所述减速机构包括驱动轮、传动链条、从动轮和齿环，所述驱动轮为椭圆形且固定安装在所述转子上。通过在内转子无框电机的转子上安装驱动轮，并使转子通过轴承与从动轮和固定结构进行连接，利用固定机构能够将从动轮与负载的输入轴进行固定连接，利用传动链条与驱动轮和从动轮的相互啮合能够实现减速传动，以降低转速使电机的扭矩增加。

Description

一种用于人型机器人的大扭矩无框电机

技术领域

本发明属于无框电机技术领域，尤其是涉机器人关节处驱动用无框电机。

背景技术

电机，俗称“马达”，是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置，包括有框电机和无框电机，其中无框电机是一种新型力矩电机，因为摒弃了传统电机的外壳，所以具有体积小、质量轻、惯量低、结构紧凑、功率高等优点，其适配性强，主要应用在机器人关节、医疗机器人、传感器万向节、无人机推进和制导系统以等领域。

现有的无框电机包括内转子无框电机和外转子无框电机两类，由于无框电机的定子和转子缺少外壳的支撑，所以会在设备的外壳上预留安装位，用来对电机进行固定与支撑，例如内转子型无框电机的定子一般直接安装在设备的固定部件上，而转子为环形，是直接套装在设备的驱动轴上，利用设备的驱动轴将转子支撑在定子内，通过转子来驱动设备的驱动轴转动实现输出。所以无框电机一般体积较小，惯量低，可以在短时间内实现快速的动态响应；但是在减小了体积的同时也使得无框电机的输出功率有限，在负载较大时会难以驱动，甚至会导致电机烧坏。

在现有技术中一般会通过安装减速机来提高无框电机的扭矩，由于无框电机没有外壳，所以减速机无法直接安装在无框电机上，也需要安装在设备的固定部件上对无框电机和设备的驱动轴进行转接，这样不仅会占用较多的安装空间，并且安装过程麻烦；而且无框电机缺少有效的散热结构，只能依靠设置在设备上的散热机构进行散热，一般是在设备上的无框电机处安装辅助散热装置，例如利用水冷设备进行散热，但是一些设备由于结构限制，不能够安装辅助散热组件，所以在工作时热量不易扩散，而长期在高温环境下工作会缩短无框电机的使用寿命甚至导致无框电机损坏。

因此需要我们设计出一种用于人型机器人的大扭矩无框电机，来解决这些问题。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种用于人型机器人的大扭矩无框电机，尤其适合内转子无框电机使用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种用于人型机器人的大扭矩无框电机，包括无框电机、固定机构和减速机构，所述减速机构的输入端与所述无框电机的输出端相连，所述减速机构的输出端与所述固定机构相连；

所述电机为内转子无框电机，包括定子，所述定子上固定设置有限位架，所述定子内转动安装有与所述定子同轴的转子；

所述减速机构包括驱动轮、传动链条、从动轮和齿环，所述驱动轮为椭圆形且固定安装在所述转子上，所述驱动轮上啮合套装有所述传动链条，所述从动轮位于所述驱动轮一侧，且与所述齿环固定连接，所述齿环套装在所述传动链条外侧，且与所述传动链条间歇啮合，所述传动链条上还固定设置有导向条，且所述导向条与所述限位架滑动贴合；

所述固定机构包括张紧组件和推动组件，所述张紧组件的一端位于所述转子内侧，且另一端与所述从动轮固定连接，所述推动组件与所述张紧组件相匹配，用于连接所述减速机构的输出端与负载输出端；

在所述驱动轮上还设置有若干导风孔。

优选的，所述张紧组件包括连接管，所述连接管上开设有张紧槽和若干内紧固槽，若干所述内紧固槽位于所述连接管的内壁上，且所述内紧固槽内滑动设置有内张紧块，所述张紧槽位于所述连接管的端部，且与所述内紧固槽相连通；所述推动组件包括压紧环和内推块，所述内推块固定在所述压紧环上，所述内推块与所述内张紧块位置相对且相互滑动配合。

如此设置，通过连接管上的内张紧块与内推块配合移动，使连接管能够落在负载的输入轴上。

优选的，所述连接管上还设置有若干外紧固槽，若干所述外紧固槽位于所述连接管的外壁上，且与所述张紧槽连通，在相邻两个所述外紧固槽之间分别设置有两个所述内紧固槽，每个所述外紧固槽内均滑动设置有外张紧块，所述压紧环上还设置有外推块，所述外推块与所述外张紧块位置相对。

如此设置，通过外紧固槽能够实现连接管与转子上轴承的张紧加固。

优选的，所述减速机构和所述固定机构的数量为两个，且分别位于所述无框电机的两端。

如此设置，能够为转子提供支撑。

优选的，位于所述驱动轮上的所述导风孔与所述转子轴线的夹角为a，且40°＜a＜60°，且位于所述无框电机两侧的所述驱动轮上的对应所述导风孔的轴线方向相同。

如此设置，确保转动后能够使气流从导风孔内流过实现散热。

优选的，所述张紧槽的数量至少为三个，且沿所述连接管周向均匀分布，所述连接管上还设置有若干固定孔，所述固定孔与若干所述张紧槽交替设置。

如此设置，避免固定时发生偏移，从而影响转动时的动平衡。

优选的，所述外张紧块、所述内张紧块、所述外推块和所述内推块均为楔形，且所述外张紧块与所述外推块相互滑动配合，所述内张紧块与所述内推块相互滑动配合。

如此设置，确保了推块能够推动内张紧块和外张紧块移动。

优选的，所述转子上设置有安装槽，所述安装槽内固定设置有轴承，所述轴承外圈与所述安装槽过盈配合，所述连接管外壁与所述轴承内圈滑动贴合。

如此设置，能够在为转子提供支撑同时与连接管以不同的速度转动且相互不会产生影响。

优选的，所述从动轮与所述连接管的连接处还设置有支撑台。

如此设置，可以确保转子与从动轮之间存在间隙，避免安装后驱动轮与转子出现接触，从而在转速不同时相互摩擦产生影响。

本发明具有的优点和积极效果是：

本发明通过在内转子无框电机的转子上安装驱动轮，并使转子通过轴承与从动轮和固定结构进行连接，实现了对减速机构与内转子无框电机的结合，优化了安装流程，减小了对空间的占用；利用固定机构能够将从动轮与负载的输入轴进行固定连接，利用传动链条与驱动轮和从动轮的相互啮合能够实现减速传动，以降低转速使电机的扭矩增加。

本发明通过在驱动轮上设置倾斜的导风孔，在驱动轮随转子高速转动时一侧的驱动轮能够将气流从导风孔内导出，使气流向转子与定子斜向流动，而另一侧的驱动轮上的导风孔能够将气流从转子与定子侧导出，增加气流的流动性，从而实现对电机的降温。

本发明通过固定机构通过连接管与轴承的过盈配合或外推块实现了连接管与轴承的固定连接，通过内张紧块实现了连接管与负载输入轴的可拆卸连接，便于无框电机与负载的连接固定，同时外张紧块还能够实现连接管与轴承内圈的可拆卸连接，使用简单方便。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的整体结构轴测示意图；

图2是本发明的减速机构分解结构示意图；

图3是本发明的连接管与支撑台位置结构示意图；

图4是本发明的张紧组件与驱动组件结构示意图；

图5是本发明的纵截面示意图；

图6是本发明的导风孔设置角度示意图；

图7是本发明的传动链条上的导向条设置结构示意图。

附图标记说明如下：

1、定子；2、限位架；3、转子；4、驱动轮；5、支撑台；6、导风孔；7、传动链条；8、导向条；9、安装槽；10、轴承；11、连接管；12、从动轮；13、齿环；14、张紧槽；15、外紧固槽；16、外张紧块；17、内紧固槽；18、内张紧块；19、压紧环；20、外推块；21、内推块；22、固定孔；23、固定螺栓；24、通孔。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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装置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”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，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，或一体的连接；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，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过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做进一步说明：

实施例1：如图1-图7所示，一种用于人型机器人的大扭矩无框电机，包括无框电机、固定机构和减速机构，减速机构的输入端与无框电机的输出端相连，减速机构的输出端与固定机构相连；

电机为内转子3无框电机，包括定子1，定子1上固定设置有限位架2，定子1内转动安装有与定子1同轴的转子3；

减速机构包括驱动轮4、传动链条7、从动轮12和齿环13，驱动轮4为椭圆形且固定安装在转子3上，驱动轮4上啮合套装有传动链条7，从动轮12位于驱动轮4一侧，且与齿环13固定连接，齿环13套装在传动链条7外侧，且与传动链条7间歇啮合，传动链条7上还固定设置有导向条8，且导向条8与限位架2滑动贴合；

固定机构包括张紧组件和推动组件，张紧组件的一端位于转子3内侧，且另一端与从动轮12固定连接，推动组件与张紧组件相匹配，用于连接减速机构的输出端与负载输出端；

在驱动轮4上还设置有若干导风孔6。

如图3和图4所示，张紧组件包括连接管11，连接管11上开设有张紧槽14和若干内紧固槽17，若干内紧固槽17位于连接管11的内壁上，且内紧固槽17内滑动设置有内张紧块18，张紧槽14位于连接管11的端部，且与内紧固槽17相连通；推动组件包括压紧环19和内推块21，内推块21固定在压紧环19上，内推块21与内张紧块18位置相对且相互滑动配合，如此设置通过连接管11上的内张紧块18与内推块21配合移动，使连接管11能够落在负载的输入轴上。

如图1和图5所示，减速机构和固定机构的数量为两个，且分别位于无框电机的两端，如此设置能够为转子3提供支撑。

如图6所示，位于驱动轮4上的导风孔6与转子3轴线的夹角为a，且40°＜a＜60°，且位于无框电机两侧的驱动轮4上的对应导风孔6的轴线方向相同，如此设置确保转动后能够使气流从导风孔6内流过实现散热。

张紧槽14的数量至少为三个，且沿连接管11周向均匀分布，连接管11上还设置有若干固定孔22，固定孔22与若干张紧槽14交替设置，如此设置避免固定时发生偏移，从而影响转动时的动平衡。

如图4所示，外张紧块16、内张紧块18、外推块20和内推块21均为楔形，且外张紧块16与外推块20相互滑动配合，内张紧块18与内推块21相互滑动配合，如此设置确保了推块能够推动内张紧块18和外张紧块16移动。

如图2所示，转子3上设置有安装槽9，安装槽9内固定设置有轴承10，轴承10外圈与安装槽9过盈配合，连接管11外壁与轴承10内圈滑动贴合，如此设置能够在为转子3提供支撑同时与连接管11以不同的速度转动且相互不会产生影响。

如图3所示，从动轮12与连接管11连接处还设置有支撑台5，如此设置可以确保转子3与从动轮12之间存在间隙，避免安装后驱动轮4与转子3出现接触，从而在转速不同时相互摩擦产生影响。

本实施例的无框电机的装配和工作过程：在装配时首先将定子1固定安装到负载上，然后将转子3安装到定子1内部之后再通过固定螺栓23将驱动轮4固定安装到转子3的两端，然后将传动链条7套装到驱动轮4上，确保传动链条7与驱动轮4相啮合，同时使定子1上的限位架2位于两个导向条8之间，然后将连接管11插入转子3上的轴承10内，直至支撑台5与轴承10贴合后停止，此时连接管11与轴承10之间是过盈配合，同时从动轮12上的齿环13与传动链条7啮合，然后再将负载的输入轴从连接管11内部穿过，接着将螺栓从压紧环19上地通孔24穿过拧入连接管11上的固定孔22内，内推块21则会插入张紧槽14中将内张紧块18推出使其与负载输入轴牢牢固定卡住。

当接通无框电机的电源后转子3会开始转动，驱动轮4也会转动，由于传动链条7上的导向条8与限位架2使得套装在驱动轮4上的传动链条7不会发生转动，并且由于驱动轮4为椭圆形，所以当椭圆形的驱动轮4转动时其长端会推动传动链条7与齿环13接触，而椭圆形驱动轮4的短端的传动链条7则会与齿环13脱开，并使接触点沿着齿环13的圆周移动，而传动链条7则只会沿着齿环13的径向做往复移动，工作方式与歇逼减速器相同，但是本专利的减速结构通过将与谐波减速器上柔轮相对的传动链条7固定，使其不能够转动，而将与谐波减速器上钢轮相对的从动轮12不进行固定，使其能够转动，并在转动后可以带动负载输入轴转动。

实施例2：连接管11上还设置有若干外紧固槽15，若干外紧固槽15位于连接管11的外壁上，且与张紧槽14连通，在相邻两个外紧固槽15之间分别设置有两个内紧固槽17，每个外紧固槽15内均滑动设置有外张紧块16，压紧环19上还设置有外推块20，外推块20与外张紧块16位置相对，如此设置通过外紧固槽15能够实现连接管11与转子3上轴承10的张紧加固。

本实施例中，在连接管11的外壁上设置通过设置外紧固槽15和外张紧块16，利用外推块20插入张紧槽14后推动外张紧块16移动来实现连接管11与轴承10内圈的张紧固定，便于从动轮12的安装与固定。

由于无框电机一般直接安装在设备上，所以无框电机的散热效果较差，工作时易发热，所以通过在驱动轮4上设置倾斜的导向孔能够使驱动轮4在高速转动过程中带动空气从导风孔6内流过，从而带动气流流动，气流在流动后能够提高无框电机的散热效果，同时位于转子3两端的驱动轮4上导风孔6设置方向相同的，所以驱动气流的流动方向也是相同的，实现了气流的循环流动，而当转子3反转时会带动气流反向流动，能够保证对电机的持续散热。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (9)

1.一种用于人型机器人的大扭矩无框电机，其特征在于：包括无框电机、固定机构和减速机构，所述减速机构的输入端与所述无框电机的输出端相连，所述减速机构的输出端与所述固定机构相连；

所述电机为内转子(3)无框电机，包括定子(1)，所述定子(1)上固定设置有限位架(2)，所述定子(1)内转动安装有与所述定子(1)同轴的转子(3)；

所述减速机构包括驱动轮(4)、传动链条(7)、从动轮(12)和齿环(13)，所述驱动轮(4)为椭圆形且固定安装在所述转子(3)上，所述驱动轮(4)上啮合套装有所述传动链条(7)，所述从动轮(12)位于所述驱动轮(4)一侧，且与所述齿环(13)固定连接，所述齿环(13)套装在所述传动链条(7)外侧，且与所述传动链条(7)间歇啮合，所述传动链条(7)上还固定设置有导向条(8)，且所述导向条(8)与所述限位架(2)滑动贴合；

所述固定机构包括张紧组件和推动组件，所述张紧组件的一端位于所述转子(3)内侧，且另一端与所述从动轮(12)固定连接，所述推动组件与所述张紧组件相匹配，用于连接所述减速机构的输出端与负载输出端；

在所述驱动轮(4)上还设置有若干导风孔(6)。

2.根据权利要求1所述的一种用于人型机器人的大扭矩无框电机，其特征在于：所述张紧组件包括连接管(11)，所述连接管(11)上开设有张紧槽(14)和若干内紧固槽(17)，若干所述内紧固槽(17)位于所述连接管(11)的内壁上，且所述内紧固槽(17)内滑动设置有内张紧块(18)，所述张紧槽(14)位于所述连接管(11)的端部，且与所述内紧固槽(17)相连通；所述推动组件包括压紧环(19)和内推块(21)，所述内推块(21)固定在所述压紧环(19)上，所述内推块(21)与所述内张紧块(18)位置相对且相互滑动配合。

3.根据权利要求2所述的一种用于人型机器人的大扭矩无框电机，其特征在于：所述连接管(11)上还设置有若干外紧固槽(15)，若干所述外紧固槽(15)位于所述连接管(11)的外壁上，且与所述张紧槽(14)连通，在相邻两个所述外紧固槽(15)之间分别设置有两个所述内紧固槽(17)，每个所述外紧固槽(15)内均滑动设置有外张紧块(16)，所述压紧环(19)上还设置有外推块(20)，所述外推块(20)与所述外张紧块(16)位置相对。

4.根据权利要求1所述的一种用于人型机器人的大扭矩无框电机，其特征在于：所述减速机构和所述固定机构的数量为两个，且分别位于所述无框电机的两端。

5.根据权利要求4所述的一种用于人型机器人的大扭矩无框电机，其特征在于：位于所述驱动轮(4)上的所述导风孔(6)与所述转子(3)轴线的夹角为a，40°＜a＜60°。

6.根据权利要求2所述的一种用于人型机器人的大扭矩无框电机，其特征在于：所述张紧槽(14)的数量至少为三个，且沿所述连接管(11)周向均匀分布，所述连接管(11)上还设置有若干固定孔(22)，所述固定孔(22)与若干所述张紧槽(14)交替设置。

7.根据权利要求3所述的一种用于人型机器人的大扭矩无框电机，其特征在于：所述外张紧块(16)、所述内张紧块(18)、所述外推块(20)和所述内推块(21)均为楔形，且所述外张紧块(16)与所述外推块(20)相互滑动配合，所述内张紧块(18)与所述内推块(21)相互滑动配合。

8.根据权利要求2所述的一种用于人型机器人的大扭矩无框电机，其特征在于：所述转子(3)上设置有安装槽(9)，所述安装槽(9)内固定设置有轴承(10)，所述轴承(10)外圈与所述安装槽(9)过盈配合，所述连接管(11)外壁与所述轴承(10)内圈滑动贴合。

9.根据权利要求2所述的一种用于人型机器人的大扭矩无框电机，其特征在于：所述从动轮(12)与所述连接管(11)的连接处还设置有支撑台(5)。