CN203880020U - 一种永磁齿轮传动rv减速器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种永磁齿轮传动RV减速器，很好的解决了二级高精密减速机加工精度高等问题。这种减速器的特征是：在保持RV减速器优良机构构型的基础上，用含有永磁体的永磁齿轮传动替代RV减速器中使用的传统齿轮传动。在传动过程中，电机带动输入轴旋转，这时输入轴的转数为电机的转数，通过第一减速部和第二减速部的永磁齿轮对动力减速输出，这种减速装置不仅拥有体积小、传动比大等特点，同时还大大降低了加工的难度和加工成本，可实现大批量生产，由于是无接触传动不会出现严重的磨损现象，使用寿命会有很大的提高。

Description

一种永磁齿轮传动RV减速器

技术领域

本实用新型属于机器人用的高精密减速装置技术领域，涉及一种永磁齿轮传动RV减速器。

背景技术

随着近年来工业机器人和精密机器人的高速发展和社会需求，对其各部件的研究也成为了各国家的重要研究课题，其中作为主要部件的高精度减速器更是受到了高度的重视。这种高精密微型减速器不仅在机器人生产中需求量巨大，同时由于减速器作为传动和承重的主要部件其磨损和破坏的频率是很高的，因此在机器人进行维护保养时也是需要大量的减速器，所以在2014年机器人用高精密减速器的需求量将超过18万套，并以将近30％的速度逐年增加。我国现今机器人用减速器主要以谐波式减速器和RV减速器为主，其中RV减速器的占比高达70％。

我国对机器人用高精度减速器的研究有着相当高的重视，因为在这方面国外具有垄断式的优势，随着近些年的不断研究我国已突破了谐波式减速器的研究，成功的使其达到了量产，但在高达70％需求量的RV减速器方面我国还没有重大的突破，无法达到指标的要求，但由于市场化的需求，国产化RV减速器势在必行，这样才能有效的打破国外的垄断，完成机器人领域的自主发展。

我国在精密加工领域存在一些不足，因此在RV减速器的加工方面无法满足结构的精度要求，因此应在其他方面对其突破。近年来我国在高精密微型减速器方面的创新研发也做了很多的探索，主要以变厚齿轮、三片摆线针轮和活齿传动为主，但经过反复验证都存在一定的局限性，还没有可代替RV减速器的产品出现，因此我国在这方面的研究就显得尤为重要。

近年来，永磁齿轮传动由于自身的优越性引起了大量关注，由于它具备无机械疲劳、加工容易、传动平稳、无需润滑、节约能源、启动力矩较低、高转矩、过载保护功能并且无需特殊维修等优点。永磁齿轮传动是一种新型的传动方式，它的工作原理是两个或多个永磁齿轮在一个由非导磁材料构成的机构里进行动力的传递，随着近年来磁性材料的不断发展，磁力传动也在航天、机器人、军工、人工心脏泵等多个领域有着广泛的应用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种永磁齿轮传动RV减速器，解决了现有的机器人用减速器容易磨损产生机械疲劳、使得维护费用高的问题。

本实用新型所采用的技术方案是包括输入轴，输入轴一端套有输入轴永磁齿轮，输入轴永磁齿轮通过磁力连接外部的行星永磁齿轮，输入轴永磁齿轮转动时可通过磁力带动行星永磁齿轮转动，行星永磁齿轮套在曲柄轴的一端可带动曲柄轴转动，曲柄轴上还设有第一偏心部和第二偏心部，第一偏心部上安装有第一偏心永磁齿轮，第二偏心部上安装有第二偏心永磁齿轮，第一偏心永磁齿轮和第二偏心永磁齿轮并排设置，第一偏心永磁齿轮和第二偏心永磁齿轮被壳体永磁齿轮所包围，壳体永磁齿轮固定安装在壳体上，曲柄轴还连接输出轴一端，输入轴永磁齿轮、行星永磁齿轮、第一偏心永磁齿轮、第二偏心永磁齿轮和壳体永磁齿轮置于壳体内部，输入轴和输出轴另一端伸出壳体，输入轴永磁齿轮、行星永磁齿轮、第一偏心永磁齿轮、第二偏心永磁齿轮和壳体永磁齿轮上安装的永磁体数目为偶数，且永磁体两两之间的磁极相反。

本实用新型的技术特点还在于第一偏心永磁齿轮和第二偏心永磁齿轮上的永磁体数目相同，且壳体永磁齿轮上的永磁体数目与第一偏心永磁齿轮或第二偏心永磁齿轮上的永磁体数目之差为2的倍数。曲柄轴设有2个，行星永磁齿轮设有2个，2个行星永磁齿轮分别套在2个曲柄轴上。曲柄轴设有3个，行星永磁齿轮设有3个，3个行星永磁齿轮分别套在3个曲柄轴上。输入轴永磁齿轮上的永磁体数量是行星永磁齿轮的个数的倍数。壳体和壳体永磁齿轮之间安装有背铁。

本实用新型的有益效果是将永磁齿轮传动和RV减速器相结合生产的减速器，没有机械疲劳，损坏率低，维护成本低。

附图说明

图1为本实用新型一种永磁齿轮传动RV减速器结构示意图；

图2为本实用新型的第一减速部的三维模型图；

图3为本实用新型的第二减速部的三维模型图；

图4为本实用新型减速部的整体三维模型图。

图中，1.输入轴，2.输入轴永磁齿轮，3.行星永磁齿轮，4.曲柄轴，5.第一偏心部，6.第二偏心部，7.第一偏心永磁齿轮，8.第二偏心永磁齿轮，9.壳体永磁齿轮，10.壳体，11.输出轴，12.背铁。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

如图1所示，本实用新型在保持RV减速器优良机构构型的基础上，用含有永磁体的永磁齿轮传动替代RV减速器中使用的传统齿轮传动。本实用新型包括输入轴1，输入轴1一端套有输入轴永磁齿轮2，输入轴永磁齿轮2通过磁力连接外部的行星永磁齿轮3，输入轴永磁齿轮2转动时可通过磁力带动行星永磁齿轮3转动，行星永磁齿轮3套在曲柄轴4的一端可带动曲柄轴4转动，曲柄轴4上还设有第一偏心部5和第二偏心部6，第一偏心部5上安装有第一偏心永磁齿轮7，第二偏心部6上安装有第二偏心永磁齿轮8，第一偏心永磁齿轮7和第二偏心永磁齿轮8并排设置，第一偏心永磁齿轮7和第二偏心永磁齿轮8被壳体永磁齿轮9所包围，壳体永磁齿轮9固定安装在壳体10上，曲柄轴4还连接输出轴11一端，输入轴永磁齿轮2、行星永磁齿轮3、第一偏心永磁齿轮7、第二偏心永磁齿轮8和壳体永磁齿轮9置于壳体10内部，输入轴1和输出轴11另一端伸出壳体10，输入轴永磁齿轮2、行星永磁齿轮3、第一偏心永磁齿轮7、第二偏心永磁齿轮8和壳体永磁齿轮9上安装的永磁体数目为偶数，且永磁体两两之间的磁极相反。第一偏心永磁齿轮7和第二偏心永磁齿轮8上的永磁体数目相同，且壳体永磁齿轮9上的永磁体数目与第一偏心永磁齿轮7或第二偏心永磁齿轮8上的永磁体数目之差为2的倍数。曲柄轴4可以有2个或3个。如果曲柄轴4设有2个，则行星永磁齿轮3设有2个，2个行星永磁齿轮3分别套在2个曲柄轴4上。如果曲柄轴4设有3个，则行星永磁齿轮3设有3个，3个行星永磁齿轮分别套在3个曲柄轴4上。输入轴永磁齿轮2上的永磁体数量是行星永磁齿轮3个数的倍数。壳体10和壳体永磁齿轮9之间安装有背铁12。

本实用新型提出了一种利用永磁体实现传动的二级减速装置—永磁齿轮传动RV减速器，这种减速器的特征是：在保持RV减速器优良机构构型的基础上，用含有永磁体的永磁齿轮传动替代RV减速器中使用的传统齿轮传动。在传动过程中，电机带动输入轴1旋转，这时输入轴1的转数为电机的转数，输入轴1上的输入轴永磁齿轮2将转速和力矩传递给以输出轴11为支架的优选2或3个行星永磁齿轮即行星永磁齿轮3做减速运动，减速比为输入轴永磁齿轮2和行星永磁齿轮3的永磁体数量比，这是机构的第一级减速部分。行星永磁齿轮3的转速由曲柄轴4传递给第一偏心永磁齿轮7和第二偏心永磁齿轮8，第一偏心永磁齿轮7和第二偏心永磁齿轮8成180°并排安装在曲柄轴4的偏心部上，绕壳体内侧永磁体即壳体永磁齿轮9旋转并且外壳10内侧的壳体永磁齿轮9永磁体数量与第一偏心永磁齿轮7或第二偏心永磁齿轮8的永磁体数量之差是2的倍数n。如果固定外壳10，第一偏心永磁齿轮7和第二偏心永磁齿轮8会随着曲柄轴4的转动进行偏心运动，这时曲柄轴4转动1周，则第一偏心永磁齿轮7和第二偏心永磁齿轮8就会沿与曲柄轴4相反的方向转动2XN个齿，这个转动会传递给输出轴11来输出，这部分是机构的第二减速部分。两个部分的减速比之积为整体减速器的减速比。

永磁体数量的选择：在传动功率与外形尺寸都有限定的情况下，可以通过有限元分析，获取永磁体数量和传递力矩的关系图，从而选择最优的永磁体数量。

永磁体大小的选择：永磁体的长度越长，产生的磁力矩越大，产生的磁场也会随之增强，所以在考虑大小与成本因素的基础上，越长越好。永磁体的厚度要在一定的区间内，小于该区间力矩承载能力不足，大于该区间，永磁体自身的磁阻会加大到一定的程度，其改善作用就会很弱，这样多余的厚度不但不能对传动起到帮助作用反而会带来成本上的不必要的浪费。

背铁12的选择：背铁12在永磁结构中的主要作用是用来增加磁通，所以他的厚度要达到一定的要求，同时它的厚度要和永磁体相匹配，因为固定的大小的永磁体所产生的磁通大小是固定的，所以在设计中背铁12的厚度也是存在最佳值的，当厚度超过这个值时不但会增加成本和体积还会使转动惯量加大。

永磁齿轮间隙的选择：当两个永磁齿轮啮合时存在着一个最小的间隙，这个间隙越小传递力矩会随之增大，这对机构的可靠性会有一定的影响，当达到指定的传递力矩的要求时可适量的控制永磁齿轮间的最小间隙。

永磁齿轮内外轮大小的选择：永磁齿轮的内外轮的半径比应与其相对应的磁极数量的比值相同，这样可满足在磁耦合区间内两齿轮的角速度一致，可提高永磁结构在工作中的稳定性。

行星永磁齿轮3永磁体数量的选择：为了保证整体结构的稳定性，行星永磁齿轮3的受力应该相同，这样能够保证整个机构达到一个平衡，因此输入轴1上的输入轴永磁齿轮2的永磁体数必须是行星永磁齿轮3的个数的倍数，这样才可以保证在任意时刻每个行星永磁齿轮3的受力都是相同的，这样不仅提高了传动精度，还同时增加了整个机构的使用寿命，此发明的减速器的行星永磁齿轮3一般是两个或三个。

本实用新型中，优选结构的减速效果如下：

1.电机与输入轴1相连，以1:1的传动比带动输入轴1旋转。

2.输入轴1上的输入轴永磁齿轮2将转速和力矩传递给以输出轴11为支架的2个或3个行星永磁齿轮3做减速运动，减速比为输入轴永磁齿轮2和行星永磁齿轮3上的永磁体数量比，这是机构的第一级减速部分。如图2所示。图例中，第一减速部的传动比i₁＝6/16＝3/8。

3.行星永磁齿轮3的转速和力矩由曲柄轴4传递给第一偏心永磁齿轮7和第二偏心永磁齿轮8，第一偏心永磁齿轮7和第二偏心永磁齿轮8成180°安装在曲柄轴4的偏心部，如果固定壳体10，第一偏心永磁齿轮7和第二偏心永磁齿轮8会随着曲柄轴4的转动进行偏心运动，这时曲柄轴4转动1周，则第一偏心永磁齿轮7和第二偏心永磁齿轮8就会沿与曲柄轴4相反的方向转动2个齿，这个转动会传递给输出轴11来输出，这部分是机构的第二减速部分。永磁齿轮传动RV减速器第二减速部的三维模型，如图3所示。图例中，第二减速部的传动比i₂＝(44-42)/42＝1/21。

4.如图4所示，永磁齿轮传动RV减速器的传动比i是第一减速部的传动比i₁和第二减速部的传动比之乘积i₂，即i＝i₁·i₂＝1/56，其转速由输出轴输出。

本实用新型针对机器人用高精密减速器加工精度高、成本高等缺陷。这种减速器利用永磁体的方式进行无接触式传动，无需进行高精密加工，降低了加工成本。永磁齿轮传动RV减速器的结构与RV减速器相近，也具有传动比大、体积小、重量轻和使用寿命长等特点，同时由于RV永磁齿轮传动的传动力是磁场力也同时具有无机械疲劳、无需润滑和提供过载保护等优点，因此大大提高了构件的实用性和安全性。本实用新型永磁齿轮传动RV减速器是一种新型传动结构，它是以永磁齿轮传动为基础并吸取了先进的RV传动的结构特点，从而发明了一种具有优秀性能的永磁传动。RV永磁传动的开发，是为了满足我国自动控制系统和机器人等高精密减速器在世界市场上的竞争需求，从而解决我国工业机器人关键元部件国产化和量产化的难题，同时在医疗器械、化工设备及食品加工设备等领域有着广阔的应用前景。

Claims (6)

1.一种永磁齿轮RV减速器,其特征在于：包括输入轴(1)，输入轴(1)一端套有输入轴永磁齿轮(2)，输入轴永磁齿轮(2)通过磁力连接外部的行星永磁齿轮(3)，输入轴永磁齿轮(2)转动时可通过磁力带动行星永磁齿轮(3)转动，行星永磁齿轮(3)套在曲柄轴(4)的一端可带动曲柄轴(4)转动，曲柄轴(4)上还设有第一偏心部(5)和第二偏心部(6)，第一偏心部(5)上安装有第一偏心永磁齿轮(7)，第二偏心部(6)上安装有第二偏心永磁齿轮(8)，第一偏心永磁齿轮(7)和第二偏心永磁齿轮(8)并排设置，第一偏心永磁齿轮(7)和第二偏心永磁齿轮(8)被壳体永磁齿轮(9)所包围，壳体永磁齿轮(9)固定安装在壳体(10)上，曲柄轴(4)还连接输出轴(11)一端，输入轴永磁齿轮(2)、行星永磁齿轮(3)、第一偏心永磁齿轮(7)、第二偏心永磁齿轮(8)和壳体永磁齿轮(9)置于壳体(10)内部，输入轴(1)和输出轴(11)另一端伸出壳体(10)，输入轴永磁齿轮(2)、行星永磁齿轮(3)、第一偏心永磁齿轮(7)、第二偏心永磁齿轮(8)和壳体永磁齿轮(9)上安装的永磁体数目为偶数，且永磁体两两之间的磁极相反。

2.按照权利要求1所述一种永磁齿轮RV减速器,其特征在于：所述第一偏心永磁齿轮(7)和第二偏心永磁齿轮(8)上的永磁体数目相同，且壳体永磁齿轮(9)上的永磁体数目与一偏心永磁齿轮(7)或第二偏心永磁齿轮(8)上的永磁体数之差是2的倍数。

3.按照权利要求1或2所述一种永磁齿轮RV减速器,其特征在于：所述曲柄轴(4)设有2个，所述行星永磁齿轮(3)设有2个，2个行星永磁齿轮(3)分别套在2个曲柄轴(4)上。

4.按照权利要求1或2所述一种永磁齿轮RV减速器,其特征在于：所述曲柄轴(4)设有3个，所述行星永磁齿轮(3)设有3个，3个行星永磁齿轮(3)分别套在3个曲柄轴(4)上。

5.按照权利要求1所述一种永磁齿轮RV减速器,其特征在于：所述输入轴永磁齿轮(2)上的永磁体数量是所述行星永磁齿轮(3)的个数的倍数。

6.按照权利要求1所述一种永磁齿轮RV减速器,其特征在于：所述壳体(10)和所述壳体永磁齿轮(9)之间安装有背铁(12)。