CN204794551U - 具减速机构的直驱马达 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具减速机构的直驱马达，其主要使直驱马达的外转子并合于减速机构以获取较佳的输出扭矩，该减速机构包括至少一内齿差环、一外齿差环及一谐波产生器，通过直驱马达的出力外圈转子连动或直接构成谐波产生器的凸轮，从而提供内齿差环与外齿差环的齿差啮合减速传动，达到提升低极数马达有高扭矩输出的目的，降低马达建构的成本，且直驱马达内藏于减速机构中的并合架构，达到最佳的空间配置应用，可达节省空间与高效率的输出，有利于机械手臂轴关节的实施应用。

Description

具减速机构的直驱马达

技术领域

本实用新型有关一种具减速机构的直驱马达，尤指一种使低极数直驱马达于有限的空间下以谐和式减速机构来提升马达输出扭矩的设计。

背景技术

传统伺服马达因为扭力不足的因素，通常会采用齿轮减速机构将相同输出功率马达，借由降低转速换取较大扭力输出，但是减速机构有齿轮的背隙(backlash)问题，且体积过于庞大，所占空间远大于伺服马达体积，因此对于小型化设备与降低成本而言，使用直驱马达是一项不错的选择。而直驱马达的输出扭力受限于输入电流，内部磁通量密度与马达尺寸等因素影响，马达尺寸愈大，输出扭力愈大，但价格也愈高。因此，马达尺寸这项因素，即被设备空间与成本考量所限制。

当选用马达应用于机械自动化领域中的机械手臂的轴关节时，则必须考虑重要的三项要件，其一为马达输出扭矩(outputtorque)值大，再者为马达出力的转速低，最后则为马达体积小。马达输出扭矩的数值越大，越有助于机械手臂的负载能力；马达转速低，可降低噪音值且不有过热的疑虑，而马达在频繁正反转时的功效佳，致使作动效率高，且减速机构不需大减速比即能精准定位；马达体积小，可适当控制马达成本，同时有益于机械手臂的轴关节的结构设计。

传统机械手臂的轴部关节，多以应用金属弹性力学的谐和式减速机(HarmonicDrive，以下简称HD)予以施作，该HD所应用的柔性齿条(FlexSpline)，是一杯型或帽型的金属薄壳弹性体，在其外周开口部分切割有齿型，而于齿型的底部为一膜片(Diaphrgam)。由于该柔性齿条是由疲劳性强度极高的特殊钢所制成，且HD传动方式与一般齿轮的啮合动力传达方式相异，其齿型背隙值极小，因此其金属齿型的加工，必须以特制刀具施作，除了刀具及特殊钢素材取得不易之外，造价亦不斐，如果遇到成型齿型所在的位置不适合以刀具来施作时，则增添了加工的难度及制作成本。

此外，由于此一HD整体结构均由金属材质组合构成，因此，对于组装在机械手臂中段及末端部位时，乃会增加手臂前端关节处的负荷扭矩，致使机械手臂的有效负载值不佳。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，综合上述对于适用于机械手臂轴关节的要素，本实用新型乃针对具减速机构的直驱马达予以创新设计，利用质轻、体积小、易加工制造、价格低、输出扭矩大、定位精准等优势的减速机构，使直驱马达更适用于机械手臂轴关节的应用。

本实用新型的目的在提供一种具减速机构的直驱马达设计，其通过将低极数的直驱马达直接内藏于谐和式减速机构中，借此以获取直驱马达有较佳的输出扭矩，进而达到直驱马达具有低成本、高扭矩、体积小的设计目的。

为达上述目的，本实用新型具减速机构的直驱马达，其较佳实施内容包括：其包括一直驱马达及一减速机构，其中：该直驱马达设置于减速机构中，其包括一转子总成及一定位于该转子总成内的定子总成；该定子总成具有一固定轴、多个设置在该固定轴周围的磁极及分别卷绕在该磁极的线圈；该转子总成包括一外壳及多个附着在该外壳的内侧面的磁体；且该外壳二端分别设有一轴承，该轴承并设置支撑在该固定轴。该减速机构包括至少一内齿差环、一外齿差环及一谐波产生器；该内齿差环具有一第一材质构成的外环体，该外环体的内环面设有一个以上的附着部，及一与该第一材质不同的第二材质构成的内环体，该内环体具有内齿，该内环体同轴结合在该外环体的内环面，并固定地结合在该附着部；该外齿差环可转动地设置在该内齿差环内，其外环面具有匹配该内齿的外齿；该谐波产生器具有一凸轮，该凸轮设置在该外齿差环中，且该直驱马达结合在该凸轮中，该转子总成的外壳带动该凸轮，该凸轮顶推该外齿差环的一部分外齿啮合在该内齿差环的一部分内齿。

上述具减速机构的直驱马达中，该固定轴为中央具有一连通二端的通孔的中空轴。

上述具减速机构的直驱马达中，该外齿差环为可挠性外齿差环。

上述具减速机构的直驱马达中，该谐波产生器具有一椭圆形凸轮，该椭圆形凸轮两端的凸轮面顶推该外齿差环的二部分外齿啮合在该内齿差环的二部分内齿。

上述具减速机构的直驱马达中，该外齿差环为刚性外齿差环。

上述具减速机构的直驱马达中，该谐波产生器具有一偏心凸轮，该偏心凸轮的凸轮面顶推该外齿差环的一部分外齿啮合在该内齿差环的一部分内齿。

上述具减速机构的直驱马达中，该内齿差环的附着部为凸块或凹槽。

上述具减速机构的直驱马达中，该外齿差环的一端设有一弹性折环，该弹性折环具有一直径大于该外齿差环的固定环，及一体成型或组接在该固定环与该外齿差环一端之间的弹性折部。

本实用新型具减速机构的直驱马达，使内齿差环套结于谐波产生器的轴承外侧，使内齿差环的外齿与外齿差环的内齿呈局部区段啮合状态，并使直驱马达的动力输出连动于该凸轮，如此通过减速机构提升输出扭矩，以此架构组成的直驱马达，即能达到小极数、高扭矩、体积小的设计目的。

附图说明

图1为本实用新型较佳实施例的组合剖面立体示意图。

图2为本实用新型较佳实施例的组合剖面侧视示意图。

图3为本实用新型直驱马达较佳实施例的分解立体示意图。

图4为本实用新型减速机构较佳实施例的分解立体示意图。

图5为本实用新型内齿插环的外环体的剖面立体示意图。

图6为本实用新型内齿插环的内环体的剖面立体示意图。

图7为本实用新型减速机构较佳实施例的组合立体示意图。

图8为本实用新型弹性折环较佳实施例的剖面立体示意图。

图9为本实用新型外齿差环与内齿差环啮合状态的示意图。

部件名称：

1直驱马达；11转子总成；

111外壳；112磁体；

12定子总成；121固定轴；

122磁极；123线圈；

13轴承；2减速机构；

21内齿差环；211外环体；

212附着部；213内环体；

214内齿；22外齿差环；

221外齿；222弹性折环；

223固定环；224弹性折部；

23谐波产生器；231凸轮；

232滚子；3固定外环；

31滚柱。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。

参阅图1及图2所示，本实用新型具减速机构的直驱马达，主要使外转直驱马达1设置在减速机构2内，进而获取较佳的输出扭矩，其中：

如图2及图3所示，该直驱马达1较佳的包括一转子总成11，及一定位于该转子总成11内的定子总成12。该定子总成12具有一静止的固定轴121，多个固定在空轴121圆周的磁极122，及分别卷绕于各磁极122的线圈123，其中固定轴121较佳的为中央具有一连通二端的通孔的中空轴。该转子总成11包括一外壳111，及多个附接在该外壳111内侧面的磁体112，外壳111二端借由二轴承13支撑于该固定轴121或其他构件上，当通电于定子总成12的线圈123时，使转子总成11能够被驱转。

如图2及图4所示，该减速机构2较佳的实施例包括至少一内齿差环21、一外齿差环22及一谐波产生器23。如图5及图6所示，该内齿差环21实施有一第一材质构成的外环体211，其第一材质较佳的可为轻质金属，例如铝合金等材质，并在外环体211的内环面设有一或一个以上的附着部212，附着部212可为任何形状的凸块或凹槽/孔；且外环体211的内环面实施有一与第一材质不同的第二材质构成的内环体213，第二材质较佳的为适于模具成型的塑胶，例如工程塑胶等，可使上述外环体211置入模具内，利用嵌入射出成型工法使工程塑胶成型在外环体211的内环面，且该内环体213的内环面同时射出成型有内齿214，并固定地结合在外环体211的附着部212。

如图4及图7所示，该外齿差环22同轴或偏心设置在内齿差环21之中，其外环面上具有外齿221，该外齿221齿数少于对应该内齿差环21的内齿214齿数而形成齿数差。而该谐波产生器23主要连接动力输入端的装置，其包含一凸轮231或偏心轮，及多数个滚子232或一轴承，该凸轮231或偏心轮同轴或偏心设置在外齿差环22之中，而多数个滚子232排列设置于该凸轮231周围的凸轮面与外齿差环22的内环面之间，借此使凸轮231与滚子232顶推该外齿差环22的一部分外齿221啮合在内齿差环21的一部分内齿214。

利用上述直驱马达1设置在减速机构2的特征，使谐波产生器23的凸轮231套结在直驱马达1的外壳111外围(如图1及图2所示)，而外齿差环22套结于谐波产生器23的多数个滚子232或轴承外围，使外齿差环22的外齿221与内齿差环21的内齿214呈局部区段啮合状态，直驱马达1的转子总成11能够直接与凸轮231连动，如此通过减速机构2提升直驱马达1的输出扭矩，因此本实用新型具减速机构的直驱马达，可达到小极数、输出扭矩大，以及体积缩小的功效。

再者，本实用新型该内齿差环21与外齿差环22与直驱马达1的转子总成11相结合传动，因此，此内齿差环21与外齿差环22两环体可通过一固定外环3予以支撑伺服(请参考如图2所示)，该固定外环3以质轻的铝合金金属材质制成，其与内齿差环21之间设有交叉排列的滚柱31予以支撑，使内齿差环21可获得轴、径两向的稳定伺服，从而使直驱马达1运用到机械手臂时，达到高刚性支撑及定位确实的优点，俾能提升机械手臂定位精度。

前述谐波产生器23的凸轮231可直接套合在该转子总成11的外壳111周围，且与外壳111一起旋转，同时由于直驱马达1的定子总成12通过一固定轴121固定，固定轴121较佳的实施为中空轴，因此设置于直驱马达1外部的减速机构2于输出动力时，并不会干涉至固定轴121的两端，于是该固定轴121(中空轴的通孔)可提供相关的电线通过，使多轴式机械手臂的末端线组能有更佳的布线设计，达到机械手臂外观简洁而不虞有杂乱线组纠缠勾拌妨碍运作的情况。

请参考如图1、图2及图8所示，上述该外齿差环22可于环体轴向侧端一体成型有一弹性折环222，该弹性折环222具有一直径大于外齿差环22的固定环223，及一体成型或组接在固定环223与外齿差环22一端之间的弹性折部224，如此利用弹性折边224使外齿差环22与内齿差环21呈多区段啮合时，可更具有径向的弹性作用，且可以与固定外环4相结合。如图9所示的应用实施例，该外齿差环22由谐波产生器23的撑顶，而以180度的对向两侧区段同时与该内齿差环21啮合，由于外齿差环22以工程塑料一体成型，其除了在材质上具有可弹性的特性，更可通过结构性的弹性折边224来辅助多区段啮合时的齿差蠕动回转，且该外齿221与内齿214的啮合传动的抗扭矩强度，亦可通过啮合齿宽的加宽而获得提升。因此，本实用新型中该外齿差环22于谐和式减速机上所欲达成的功能，可完整呈现应用无虞，同时，亦因轻量材质的选用，致使此变速装置能轻易达到轻量化的目的，且不因取材的选择而丧失强度的要求，在轻量化及强度要求两者之间获取一最佳的平衡。

此外，由于该内齿差环21的内齿214及外齿差环22的外齿221齿型，均事先成型于模具中，如需变动内齿214及外齿221的齿型，则仅需更替模具的线割模仁即可轻易达成，此一方式，乃令制造时的制程获得简化、成本降低。勿须如传统以金属制造的齿型，要备齐各型的齿加工成型刀具，才能应付各型齿比的所需，致使制造成本无法降低。

以上所述实施例仅是为充分说明本实用新型而所举的较佳的实施例，本实用新型的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本实用新型基础上所作的等同替代或变换，均在本实用新型的保护范围的内。本实用新型的保护范围以权利要求书为准。

Claims (8)

1.一种具减速机构的直驱马达，其包括一直驱马达及一减速机构，其特征在于：

该直驱马达设置于减速机构中，其包括一转子总成及一定位于该转子总成内的定子总成；该定子总成具有一固定轴、多个设置在该固定轴周围的磁极及分别卷绕在该磁极的线圈；该转子总成包括一外壳及多个附着在该外壳的内侧面的磁体；且该外壳二端分别设有一轴承，该轴承并设置支撑在该固定轴；

该减速机构包括至少一内齿差环、一外齿差环及一谐波产生器；该内齿差环具有一第一材质构成的外环体，该外环体的内环面设有一个以上的附着部，及一与该第一材质不同的第二材质构成的内环体，该内环体具有内齿，该内环体同轴结合在该外环体的内环面，并固定地结合在该附着部；该外齿差环可转动地设置在该内齿差环内，其外环面具有匹配该内齿的外齿；该谐波产生器具有一凸轮，该凸轮设置在该外齿差环中，且该直驱马达结合在该凸轮中，该转子总成的外壳带动该凸轮，该凸轮顶推该外齿差环的一部分外齿啮合在该内齿差环的一部分内齿。

2.如权利要求1所述具减速机构的直驱马达，其特征在于，该固定轴为中央具有一连通二端的通孔的中空轴。

3.如权利要求1所述具减速机构的直驱马达，其特征在于，该外齿差环为可挠性外齿差环。

4.如权利要求3所述具减速机构的直驱马达，其特征在于，该谐波产生器具有一椭圆形凸轮，该椭圆形凸轮两端的凸轮面顶推该外齿差环的二部分外齿啮合在该内齿差环的二部分内齿。

5.如权利要求1所述具减速机构的直驱马达，其特征在于，该外齿差环为刚性外齿差环。

6.如权利要求5所述具减速机构的直驱马达，其特征在于，该谐波产生器具有一偏心凸轮，该偏心凸轮的凸轮面顶推该外齿差环的一部分外齿啮合在该内齿差环的一部分内齿。

7.如权利要求1至6中任一项所述具减速机构的直驱马达，其特征在于，该内齿差环的附着部为凸块或凹槽。

8.如权利要求1至6中任一项所述具减速机构的直驱马达，其特征在于，该外齿差环的一端设有一弹性折环，该弹性折环具有一直径大于该外齿差环的固定环，及一体成型或组接在该固定环与该外齿差环一端之间的弹性折部。