CN213846451U - 一种外转子结构的扁平舵机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种外转子结构的扁平舵机，包括：电机定子、同轴套设在电机定子外的电机转子、与电机转子保持同步转动的中心轴、以及减速机构；电机定子通过轴承转动连接在电机转子内，轴承使得电机定子和电机转子能够保持沿中心轴轴向方向上的相对固定；电机定子为内部具有定子内腔的筒体结构；减速机构包括一端伸进定子内腔中的减速机构主体部和伸出定子内腔外的减速机构输出端，减速机构主体部与电机定子保持相对固定，减速机构输出端固定在舵机机座上。通过将减速机构的一部分内置在电机定子的定子内腔中，缩短了舵机的轴向长度，使舵机结构更加紧凑，还具有输出端扭矩大、传动效率高、传动平稳、寿命长、整体性强的优点。

Description

一种外转子结构的扁平舵机

技术领域

本实用新型一种扁平舵机，具体涉及一种减速机构内置的外转子结构的扁平舵机。

背景技术

舵机是机器人等自动化设备的关键部件，舵机性能的好坏直接影响到机器人的整体性能。目前的机器人大部分比较笨重，整体尺寸比较大，难以应用于一些体型较小但对输出力矩、转矩波动要求较高的高性能机器人(如足式机器人、外骨骼机器人、仿生机器人等)的应用场合中。而舵机的自重和轴向尺寸是影响机器人整体尺寸的关键因素，如何在等功率的情况下，尽可能地减小舵机的自重和轴向长度，实现舵机扁平化、轻量化设计是目前面临的技术难题。

现有技术中的舵机包括电机和减速机构，电机包括电机壳体、在电机壳体内同轴设置的电机定子和电机转子，电机转子上连接有与电机转子保持同步转动且一端伸出电机壳体外的电机输出轴，减速机构在电机壳体外与电机输出轴相装配。

但是，由于减速机构连接在电机输出轴伸出电机外壳的一端，这样会导致整个舵机的轴向尺寸比较长，不仅不利于实现舵机轴向尺寸的小型化设计，而且舵机的轴向尺寸较长会导致舵机在高速运转时的振动较大，影响舵机性能的稳定性。

实用新型内容

因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中舵机的轴向尺寸过长、不利于实现舵机偏平化设计的缺陷，从而提供一种结构紧凑、轴向尺寸小的外转子结构的扁平舵机。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：

一种外转子结构的扁平舵机，包括电机定子、同轴套设在所述电机定子外的电机转子、与所述电机转子保持同步转动的中心轴、以及减速机构；

所述电机定子通过轴承转动连接在所述电机转子内，所述轴承使得所述电机定子和所述电机转子能够保持沿所述中心轴轴向方向上的相对固定；所述电机定子为内部具有定子内腔的筒体结构；

所述减速机构包括一端伸进所述定子内腔中的减速机构主体部和伸出所述定子内腔外的减速机构输出端，所述减速机构的减速机构主体部与所述电机定子保持相对固定，所述减速机构的减速机构输出端固定于一舵机机座上以保持所述电机定子和所述舵机机座的相对固定。

进一步地，所述电机转子包括具有中间内孔的底壁、以及自所述底壁的表面分别沿所述中心轴的轴向方向延伸的转子内挡圈和转子外壳；所述转子内挡圈套设在所述中心轴外周与所述中心轴保持同步转动，所述转子外壳的内径大于所述转子内挡圈的外径，所述转子外壳、所述底壁和所述转子内挡圈之间形成有转子内腔；

所述电机定子的一端伸向所述转子外壳和所述转子内挡圈之间的转子内腔中，并通过所述轴承转动连接于所述转子内挡圈。

进一步地，所述转子外壳的内壁连接有与所述电机定子相对设置的磁钢，所述磁钢和所述电机定子之间具有第一间隙。

进一步地，所述转子外壳沿所述中心轴轴向上的长度大于所述转子内挡圈沿所述中心轴轴向上的长度。

进一步地，所述电机定子的内壁固定连接有位于所述转子外壳和所述转子内挡圈之间的转子内腔中的电机机座；所述转子内挡圈通过所述轴承转动连接于所述电机机座。

进一步地，所述减速机构支撑在所述电机机座上端，所述电机机座和所述舵机机座配合保持所述减速机构沿所述中心轴轴向方向上的位置固定。

进一步地，所述电机转子与所述减速机构之间的外径差值和所述减速机构外径的比值范围为0.85：1～1.15：1。

进一步地，所述减速机构的减速机构主体部的外径大于所述减速机构的减速机构输出端的外径；所述舵机机座的一端抵靠在所述减速机构的减速机构主体部和所述减速机构的减速机构输出端形成的台阶上，并通过沿所述减速机构轴向设置的锁紧件固定于所述减速机构的减速机构输出端。

进一步地，还包括套设在所述电机转子外且具有顶部开口的舵机外壳，所述舵机外壳的内壁和所述电机转子之间具有第一间隙，所述舵机机座封盖在所述舵机外壳的顶部开口上。

进一步地，所述舵机机座通过沿所述中心轴径向设置的若干紧固件固定于所述舵机外壳。

进一步地，所述舵机机座和所述电机转子之间具有控制电路板安装空间，所述舵机外壳或所述减速机构上安装有伸向所述控制电路板安装空间的控制电路板。

进一步地，所述电机转子上连接有与所述电机转子保持同步转动的磁编码器转子，所述控制电路板上集成有与所述磁编码器转子对应设置的磁编码器定子。

本实用新型技术方案，具有如下优点：

1.本实用新型提供的外转子结构的扁平舵机，将减速机构的减速机构主体部内置在电机定子内的定子内腔中，可以充分利用电机定子的内部空间，缩短扁平舵机整体的轴向长度，提高外转子结构扁平舵机的内部空间利用率，使扁平舵机的结构更加紧凑，有利于实现舵机的扁平化设计；而且，电机定子设置有定子内腔，还可以减轻电机定子的自重，可以减轻整个扁平舵机的自重，在等功率的情况下，减小扁平舵机因自重造成的输出力矩损耗，提高扁平舵机的输出扭矩。另一方面，扁平舵机轴向尺寸的减小，可以减小扁平舵机高速运转时产生的振动，从而减小振动造成的部件损耗和噪声，提高扁平舵机的使用寿命。

2.本实用新型提供的外转子结构的扁平舵机，电机定子的一端伸向转子外壳和转子内挡圈之间的转子内腔中，并通过轴承转动连接于转子内挡圈，轴承使得电机定子和电机转子能够保持沿中心轴轴向方向上的相对固定，这种结构可以充分利用电机转子的内部空间；轴承使得电机定子和电机转子能够保持沿中心轴轴向方向上的相对固定，提高扁平舵机内部空间的利用率，使舵机结构更加紧凑。

3.本实用新型提供的外转子结构的扁平舵机，磁钢和电机定子之间具有第一间隙，可以保证电机转子在定子内腔外周自由转动。

4.本实用新型提供的外转子结构的扁平舵机，将电机机座设置在电机定子的定子内腔中，可以充分利用电机定子的内部空间，进一步缩短扁平舵机的轴向尺寸。

5.本实用新型提供的外转子结构的扁平舵机，电机转子与减速机构之间的外径差值和减速机构外径的比值范围在0.85：1～1.15：1之间时，不仅扁平舵机内部紧凑性好，成本低；而且扁平舵机的轴向长度和外径相当，有利于提高扁平舵机输出扭矩的稳定性。

6.本实用新型提供的外转子结构的扁平舵机，轴承采用双列角接触球轴承，不但能满足整个电机转子运行时的平衡，而且价格相对较低。

7.本实用新型提供的外转子结构的扁平舵机，舵机外壳内壁和电机转子之间的第一间隙，可以保证电机转子在舵机外壳内自由转动。

8.本实用新型提供的外转子结构的扁平舵机，舵机机座的一端通过沿中心轴径向设置的若干紧固件固定于舵机外壳，而减速机构通过沿中心轴轴向设置紧固锁紧件安装在舵机机座上，使将减速机构固定在舵机外壳上的舵机机座以及锁紧件等零部件不会额外占用舵机轴向方向上安装空间，有利于缩短舵机的尺寸。

9.本实用新型提供的外转子结构的扁平舵机，将控制电路板和编码器安装在舵机机座和电机转子之间的控制电路板安装空间内，可以充分利用舵机外壳内的空间，不需要在舵机外壳外额外另设磁编码器和控制器，整体性更好。

综上所述，本实用新型提供外转子结构的扁平舵机，具有结构紧凑、轴向尺寸短、装配方便、散热好、输出端扭矩大、传动效率高、传动平稳、寿命长、整体性强和美观大方等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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为本实用新型实施例一中外转子结构扁平舵机的结构示意图；

图2为本实用新型实施例二中外转子结构扁平舵机的结构示意图。

附图标记说明：1、舵机外壳；2、电机定子；3、电机转子；31、底壁；32、转子内挡圈；33、转子外壳；4、减速机构；41、减速机构主体部；42、减速机构输出端；5、舵机机座；6、中心轴；7、轴承；8、电机机座；9、磁钢；10、控制电路板。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，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，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，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

如图1所示的一种外转子结构的扁平舵机，包括：舵机外壳1、位于舵机外壳1内的电机转子3及电机定子2、减速机构4和舵机机座5。其中，舵机外壳1的顶部具有开口，内部具有凹形的空腔。电机转子3和电机定子2位于舵机外壳1的空腔中，电机转子3的中间连接有与电机转子3保持同步转动的中心轴6，电机转子3同轴套设在电机定子2的外周，电机定子2通过轴承7转动连接在电机转子3的内部，轴承7使得电机定子2和电机转子3能够保持沿中心轴6轴向方向上的相对固定。减速机构4固定在舵机机座5上，且具有供中心轴6穿过的中心孔。舵机机座5通过沿舵机外壳1径向设置的螺钉固定在舵机外壳1顶部的开口上，舵机机座5的上表面与舵机外壳1的上顶面齐平。

在本实施例中，电机定子2为内部具有定子内腔的筒体结构，减速机构4 包括一端伸进定子内腔中的减速机构主体部41和伸出定子内腔外的减速机构输出端42。减速机构4的减速机构主体部41与电机定子2保持相对固定，减速机构4的减速机构输出端42通过沿中心轴6径向设置的锁紧件固定在舵机机座5上以保持电机定子2和舵机机座5的相对固定。

这种外转子结构的扁平舵机，将减速机构4的减速机构主体部41内置在电机定子2内的定子内腔中，可以充分利用电机定子2的内部空间，缩短扁平舵机整体的轴向长度，提高外转子结构扁平舵机的内部空间利用率，使扁平舵机的结构更加紧凑，有利于实现舵机的扁平化设计；而且，电机定子2设置有定子内腔，还可以减轻电机定子2的自重，进而减轻整个扁平舵机的自重，在等功率的情况下，减小扁平舵机因自重造成的输出力矩损耗，提高扁平舵机的输出扭矩。另一方面，扁平舵机轴向尺寸的减小，可以减小扁平舵机高速运转时产生的振动，从而减小振动造成的部件损耗和噪声，提高扁平舵机的使用寿命。

在本实施例中，电机转子3包括具有中间内孔的底壁31、以及自底壁31 的表面分别沿中心轴6的轴向方向延伸的转子内挡圈32和转子外壳33。转子内挡圈32套设在中心轴6外周且与中心轴6保持同步转动，转子外壳33的内径大于转子内挡圈32的外径，且转子外壳33沿中心轴6轴向上的长度大于转子内挡圈32沿中心轴6轴向上的长度；转子外壳33、底壁31和转子内挡圈32 之间形成有转子内腔。电机定子2的一端伸向转子外壳33和转子内挡圈32之间的转子内腔中，电机定子2的内侧壁连接有位于转子外壳33和转子内挡圈 32之间的转子内腔中的电机机座8，电机机座8位于减速机构4外壳的底部，电机机座8、电机定子2和减速机构4保持相对位置固定。转子内挡圈32通过轴承7转动连接于电机机座8，轴承7使得电机定子2和电机转子3能够保持沿中心轴6轴向方向上的相对固定。在电机转子3和电机定子2之间设置电机机座8，方便在电机机座8上安装轴承7，并确保电机定子2和电机转子3的同轴度；而且将电机机座8设置在电机定子2的定子内腔中，可以充分利用电机定子2的内部空间，并进一步缩短扁平舵机的轴向尺寸。

在本实施例中，电机机座8的上表面与转子内挡圈32的上表面齐平；由于减速机构4的外形一般为柱形，减速机构4外壳的底部可以支撑在电机机座8、转子内挡圈32上方，使减速机构4可以稳定契合在电机定子2的定子内腔中，充分利用电机定子2的定子内腔中的空间，使整体的结构更加紧凑。

在本实施例中，转子外壳33的内壁连接有与电机定子2相对设置的磁钢9，磁钢9和电机定子2之间具有第一间隙。第一间隙允许允许电机转子3和定子可以发生相对转动。

在本实施例中，电机转子3与减速机构4之间的外径差值和减速机构4外径的比值优选为1：1，在其他替换的实施方式中，这个比值还可以控制在0.85：1 到1.15：1之间。这种尺寸设计的扁平舵机，不仅内部紧凑性好，成本低；而且扁平舵机的轴向长度和外径相当，有利于提高扁平舵机输出扭矩的稳定性。

在本实施例中，轴承7具体采用双列角接触球轴承7，双列角接触球轴承7 不但能满足整个电机转子3运行时的平衡，而且价格相对较低。

在本实施例中，减速机构4的外形呈下粗上细的柱形结构，包括沿中心轴 6的轴向方向依次设置减速机构主体部41和减速机构输出端42，减速机构主体部41和减速机构输出端42仅仅是根据减速机构4外壳的形状进行定义的，两者的外壁其实为减速机构4的外壳。其中，减速机构主体部41的外径大于减速机构输出端42，减速机构主体部41和减速机构输出端42之间形成台阶结构；减速机构主体部41的一部分悬置在电机定子2的定子内腔内，减速机构输出端 42位于电机定子2的定子内腔外。舵机机座5的一端固定于舵机外壳1、另一端抵靠在减速机构主体部41和减速机构输出端42形成的台阶结构上并通过沿中心轴6轴向设置的锁紧件(图未示意出)固定于减速机构输出端42。锁紧件具体为可以完全嵌入舵机机座5和减速机构4外壳上对应的安装孔内的锁紧螺丝。如此设置，使将减速机构4固定在舵机外壳1上的舵机机座5以及锁紧件等零部件不会额外占用舵机轴向方向上安装空间，有利于缩短舵机的尺寸。

在本实施例中，减速机构4为由一级或多级行星齿轮单元组成的行星齿轮减速机构4，多级行星齿轮单元之间可拆卸。行星齿轮单元包括太阳轮、行星轮、行星架和外齿圈，多级行星齿轮单元的太阳轮同轴向设置并均有同向设置的中心孔。上一级行星齿轮单元的太阳轮与下一级行星齿轮单元的行星架连接，最下一级的行星齿轮单元的太阳轮与轴体固定连接；任意相邻两级行星齿轮单元的外齿圈被连接环隔开，多级外齿圈和连接环通过螺钉固定连接，在拆卸时，将螺丝拆卸，可以进行外齿圈和行星架的的拆卸，方便根据需要调整行星齿轮单元的级数。

在本实施例中，舵机机座5和电机转子3之间具有控制电路板10安装空间，舵机外壳1或减速机构4上安装有伸向控制电路板10安装空间的控制电路板 10。电机转子3上连接有与电机转子3保持同步转动的磁编码器转子，控制电路板10上集成有与磁编码器转子对应设置的磁编码器定子。电机转子3上连接有与所述电机转子3保持同步转动的磁编码器转子，所述控制电路板10上集成有与所述磁编码器转子对应设置的磁编码器定子。

实施例二

如图2所示，一种外转子结构的扁平舵机，包括电机定子2、电机转子3、减速机构4和舵机机座5。与实施例一的不同之处在于，该扁平舵机为无壳电机，舵机外壳1省去，这种扁平舵机在装配时直接与外界相装配的底座相配，舵机机座5固定在底座上。

综上所述，本实用新型实施例提供的外转子结构的扁平舵机，将减速机构 4的一部分内置在电机定子2的定子内腔中，可以缩短舵机整体的轴向长度，提高舵机内部空间的利用率，使舵机的结构更加紧凑，有利于实现舵机的扁平化设计。而且，整个外转子扁平舵机的自重轻，在等功率的情况下，可以减小扁平舵机因自重造成的输出力矩损耗，提高扁平舵机的输出扭矩；并减小扁平舵机高速运转时产生的振动，从而减小振动造成的部件损耗和噪声，提高扁平舵机的使用寿命；具有结构紧凑、轴向尺寸短、装配方便、散热好、输出端扭矩大、传动效率高、传动平稳、寿命长、整体性强和美观大方等优点。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (12)

1.一种外转子结构的扁平舵机，包括电机定子(2)、同轴套设在所述电机定子(2)外的电机转子(3)、与所述电机转子(3)保持同步转动的中心轴(6)、以及减速机构(4)；其特征在于，

所述电机定子(2)通过轴承(7)转动连接在所述电机转子(3)内，所述轴承(7)使得所述电机定子(2)和所述电机转子(3)能够保持沿所述中心轴(6)轴向方向上的相对固定；所述电机定子(2)为内部具有定子内腔的筒体结构；

所述减速机构(4)包括一端伸进所述定子内腔中的减速机构主体部(41)和伸出所述定子内腔外的减速机构输出端(42)，所述减速机构(4)的减速机构主体部(41)与所述电机定子(2)保持相对固定，所述减速机构(4)的减速机构输出端(42)固定于一舵机机座(5)上以保持所述电机定子(2)和所述舵机机座(5)的相对固定。

2.根据权利要求1所述的外转子结构的扁平舵机，其特征在于，所述电机转子(3)包括具有中间内孔的底壁(31)、以及自所述底壁(31)的表面分别沿所述中心轴(6)的轴向方向延伸的转子内挡圈(32)和转子外壳(33)；所述转子内挡圈(32)套设在所述中心轴(6)外周与所述中心轴(6)保持同步转动，所述转子外壳(33)的内径大于所述转子内挡圈(32)的外径，所述转子外壳(33)、所述底壁(31)和所述转子内挡圈(32)之间形成有转子内腔；

所述电机定子(2)的一端伸向所述转子外壳(33)和所述转子内挡圈(32)之间的转子内腔中，并通过所述轴承(7)转动连接于所述转子内挡圈(32)。

3.根据权利要求2所述的外转子结构的扁平舵机，其特征在于，所述转子外壳(33)的内壁连接有与所述电机定子(2)相对设置的磁钢(9)，所述磁钢(9)和所述电机定子(2)之间具有第一间隙。

4.根据权利要求2所述的外转子结构的扁平舵机，其特征在于，所述转子外壳(33)沿所述中心轴(6)轴向上的长度大于所述转子内挡圈(32)沿所述中心轴(6)轴向上的长度。

5.根据权利要求2所述的外转子结构的扁平舵机，其特征在于，所述电机定子(2)的内壁固定连接有位于所述转子外壳(33)和所述转子内挡圈(32)之间的转子内腔中的电机机座(8)；所述转子内挡圈(32)通过所述轴承(7)转动连接于所述电机机座(8)。

6.根据权利要求5所述的外转子结构的扁平舵机，其特征在于，所述减速机构(4)支撑在所述电机机座(8)上端，所述电机机座(8)和所述舵机机座(5)配合保持所述减速机构(4)沿所述中心轴(6)轴向方向上的位置固定。

7.根据权利要求1所述的外转子结构的扁平舵机，其特征在于，所述电机转子(3)与所述减速机构(4)之间的外径差值和所述减速机构(4)外径的比值范围为0.85：1～1.15：1。

8.根据权利要求1所述的外转子结构的扁平舵机，其特征在于，所述减速机构(4)的减速机构主体部(41)的外径大于所述减速机构(4)的减速机构输出端(42)的外径；所述舵机机座(5)的一端抵靠在所述减速机构(4)的减速机构主体部(41)和所述减速机构(4)的减速机构输出端(42)形成的台阶上，并通过沿所述减速机构(4)轴向设置的锁紧件固定于所述减速机构(4)的减速机构输出端(42)。

9.根据权利要求1－8中任意一项所述的外转子结构的扁平舵机，其特征在于，还包括套设在所述电机转子(3)外且具有顶部开口的舵机外壳(1)，所述舵机外壳(1)的内壁和所述电机转子(3)之间具有第一间隙，所述舵机机座(5)封盖在所述舵机外壳(1)的顶部开口上。

10.根据权利要求9所述的外转子结构的扁平舵机，其特征在于，所述舵机机座(5)通过沿所述中心轴(6)径向设置的若干紧固件固定于所述舵机外壳(1)。

11.根据权利要求9所述的外转子结构的扁平舵机，其特征在于，所述舵机机座(5)和所述电机转子(3)之间具有控制电路板(10)安装空间，所述舵机外壳(1)或所述减速机构(4)上安装有伸向所述控制电路板(10)安装空间的控制电路板(10)。

12.根据权利要求11所述的外转子结构的扁平舵机，其特征在于，所述电机转子(3)上连接有与所述电机转子(3)保持同步转动的磁编码器转子，所述控制电路板(10)上集成有与所述磁编码器转子对应设置的磁编码器定子。

Images