CN213879544U - 一种基于摆线减速器的永磁式驱动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于摆线减速器的永磁式驱动装置，该驱动装置包括定子、转子、主轴、内双齿型齿圈和固定齿轮，定子和转子均套设在主轴上，定子套设在转子外部，主轴上设置有一圈第一啮合齿；转子为空心圆柱形结构，转子的中心孔包括两段偏心孔，两段偏心孔轴线相对于主轴轴心各自偏移相等距离，且偏移方向相反。本实用新型的磁极驱动转子时，直接带动少齿差机构运转，实现减速输出，减少了中间传动环节，提高了动态特性与精度。本实用新型的定子、转子磁极结构与常规的旋转电机相似，降低了制造难度；而且本实用新型的驱动装置的零件少，加工简单，成本低。

Description

一种基于摆线减速器的永磁式驱动装置

技术领域

本实用新型属于电力驱动设备技术领域，具体涉及一种基于摆线减速器的永磁式驱动装置。

背景技术

关节型工业机器人中普遍采用由伺服电机与谐波减速器或构成的驱动装置，体积较大，成本较高。近年来，相继提出了一些将电磁驱动机构与减速器直接集成在一起的新型机器人电机结构，这些电机主要有：一种是将多个电磁铁沿机壳圆周方向布置，形成定子，在啮合机构的齿轮上固装软磁性材料，靠控制电磁体通电顺序驱动软磁性材料带动啮合机构转动，从而实现驱动减速一体的平动式电机结构；另一种是将多个偏心轴设计成带永磁体的转子偏心轴，电磁机构直接驱动偏心轴转动，从而带动平动减速机构的内齿圈(或外齿轮)机构公转后与外齿轮(或内齿圈)啮合，实现低速大扭矩输出；这两类电机中，第一种的缺点是转矩脉动大，在负载增大时会出现跳齿，需要精确控制磁极的工作电压以避免出现该问题；第二种的缺点是磁极与常规电机差异大，结构复杂，对于机械零件制造与装配有一定要求。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的是提供一种基于摆线减速器的永磁式驱动装置，解决现有驱动装置驱动转矩脉动大、结构复杂、加工成本高的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案予以实现：

一种基于摆线减速器的永磁式驱动装置，包括定子、转子、主轴、内双齿型齿圈和固定齿轮，所述定子和转子均套设在主轴上，所述定子套设在转子外部，所述主轴上设置有一圈第一啮合齿；所述转子为空心圆柱形结构，转子的中心孔包括两段偏心孔，两段偏心孔轴线相对于主轴轴心各自偏移相等距离，且偏移方向相反；

所述固定齿轮上设置有供主轴穿过的通孔，固定齿轮一端设置有固定段，另一端外圈设置有一圈第二啮合齿；

所述内双齿型齿圈包括齿圈本体和设置在齿圈本体内圈的第一内齿和第二内齿，所述第一内齿和第二内齿沿齿圈本体轴向依次设置，所述第一内齿的齿廓直径小于第二内齿的齿廓直径；

所述转子的两段偏心孔中均设置有所述内双齿型齿圈，每个内双齿型齿圈的第一内齿与所述主轴上的第一啮合齿啮合，且第一啮合齿的齿数少于第一内齿的齿数；每个内双齿型齿圈的第二内齿与固定齿轮上的第二啮合齿啮合，且第二啮合齿的齿数少于第二内齿的齿数。

具体的，所述定子包括定子铁芯和绕制在定子铁芯上的线圈，所述定子铁芯为空心圆柱体，定子铁芯的内壁上设置有多个沿柱壁周向分布的凸起，相邻凸起之间设置有间隙，所述凸起两端延伸至定子铁芯的两端，所述线圈绕制在凸起上；

所述转子包括转子铁芯和永磁体，所述转子铁芯为套筒结构，所述永磁体夹设在转子铁芯外壁和所述凸起之间，永磁体为与转子铁芯外壁面匹配的弧形。

具体的，所述转子的中心孔包括两段偏心孔和两段轴承座孔，每个偏心孔与内双齿型齿圈之间设置有第一轴承，所述轴承座孔与固定齿轮之间也设置有第二轴承；所述第一轴承与第二轴承之间设置有限位环。

具体的，所述固定齿轮包括沿轴向依次设置的固定段、轴承段和第二啮合齿段，所述固定端为多边形结构，所述轴承段为与第二轴承外圈匹配的光滑面，第二啮合齿段上设置有第一啮合齿；所述固定齿轮的轴承段与主轴之间设置有轴承。

进一步的，该驱动装置还包括外壳、前盖和后盖，所述外壳为套筒结构，外壳两端分别连接有前盖和后盖，所述前盖和后盖上均设置有主轴孔，围绕所述主轴孔设置有用于与固定齿轮的固定段形状匹配的多边形孔。

具体的，所述前盖包括第一板体和设置在第一板体上的第一环形凸起，第一环形凸起的外径与外壳的内径匹配；所述主轴孔和多边形孔设置在第一板体的中心。

具体的，所述后盖包括第二板体和设置在第二板体上的第二环形凸起，第二环形凸起上间隔设置有开口；第二环形凸起的外径小于外壳的内径；靠近外壳其中一端部的内壁上设置有凸起块，凸起块大小与所述开口匹配，凸起块和开口处的第二板体上均设置有螺栓孔；所述主轴孔和多边形孔设置在第二板体的中心。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型的主轴上的第一啮合齿、内双齿型齿圈上的第一内齿、第二内齿和固定齿轮上的第二啮合齿构成了2K-H型少齿差机构，因此，在磁极驱动转子时，将直接带动少齿差机构运转，实现减速输出，减少了中间传动环节，提高了动态特性与精度。

(2)本实用新型的驱动方式与常规无刷电机一样，无需再设计开发独有的驱动器，并可通过增加反馈元件与驱动模块，直接制成一体化直驱电机用于驱动机器人关节。

(3)本实用新型的定子、转子磁极结构与常规的旋转电机相似，降低了制造难度；而且本实用新型的驱动装置的零件少，加工简单，成本低。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1是本实用新型实施例记载的驱动装置整体结构的轴测图。

图2是本实用新型实施例记载的驱动装置整体结构的剖面图。

图3是本实用新型实施例记载的定子铁芯结构示意图。

图4是本实用新型实施例记载的转动铁芯结构示意图，其中(A)为轴测图，(B)为剖面图。

图5是本实用新型实施例记载的永磁体结构示意图。

图6是本实用新型实施例记载的内双齿型齿圈结构示意图。

图7是本实用新型实施例记载的固定齿轮结构示意图。

图8是本实用新型实施例记载的主轴结构示意图。

图9是本实用新型实施例记载的外壳结构示意图。

图10是本实用新型实施例记载的前盖结构示意图。

图11是本实用新型实施例记载的后盖结构示意图。

图中各标号表示为：

1-定子，2-转子，3-主轴，4-内双齿型齿圈，5-固定齿轮，6-第一轴承， 7-第二轴承，8-限位环，9-第三轴承，10-外壳，11-前盖，12-后盖，13-主轴孔，14-多边形孔，15-卡簧；

101-定子铁芯，102-凸起，103-间隙，104-线圈；

201-转子铁芯，202-永磁体，203-偏心孔，204-轴承座孔；

301-第一啮合齿；

401-齿圈本体，402-第一内齿，403-第二内齿；

501-固定段，502-轴承段，503-第二啮合齿，504-通孔；

1001-凸起块；1101-第一板体，1102-第一环形凸起；

1201-第二板体，1202-第二环形凸起，1203-开口。

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

以下给出本实用新型的具体实施例，需要说明的是本实用新型并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本实用新型的保护范围。

在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、底、顶”通常是指以相应附图的图面为基准定义的，“内、外”是指相应部件轮廓的内和外。

本实用新型的一个具体实施例公开了一种基于摆线减速器的永磁式驱动装置，如图1所示，该驱动装置包括定子1、转子2、主轴3、内双齿型齿圈4和固定齿轮5，定子1和转子2均套设在主轴3上，定子1套设在转子2外部，具体采用永磁同步电机的方式控制线圈绕组的加电顺序和电流方向，可驱动转子2圆周运动。主轴3上设置有一圈第一啮合齿301。转子2为空心圆柱形结构，转子2的中心孔包括两段偏心孔203，两段偏心孔203 轴线相对于主轴3轴心各自偏移相等距离，且偏移方向相反，圆周方向上相差180°相位。

固定齿轮5上设置有供主轴3穿过的通孔504，固定齿轮5一端设置有固定段501，另一端外圈设置有一圈第二啮合齿503。其中，固定段501用于与驱动装置壳体等进行固接。

内双齿型齿圈4包括齿圈本体401和设置在齿圈本体401内圈的第一内齿402和第二内齿403，其中第一内齿402和第二内齿403沿齿圈本体401 轴向依次设置，第一内齿402的齿廓直径小于第二内齿403的齿廓直径。本实施例中的驱动装置中包含有两个内双齿型齿圈4，每个内双齿型齿圈4结构完全相同，都是由一个大内齿圈和一个小内齿圈叠压固定在一起构成的单个零件，如图6所示。

转子2的两段偏心孔203中均设置有所述内双齿型齿圈4，每个内双齿型齿圈4的第一内齿402与主轴3上的第一啮合齿301啮合，且第一啮合齿 301的齿数少于第一内齿402的齿数；每个内双齿型齿圈4的第二内齿403 与固定齿轮5上的第二啮合齿503啮合，且第二啮合齿503的齿数少于第二内齿403的齿数，一般，第一啮合齿比301第一内齿402少一齿，第二啮合齿503比第二内齿403少一齿，各部件啮合后的结构如图2所示。

当电磁机构驱动转子2转动时，通过转子2内的两个偏心孔203分别带动前、后两个内双齿型齿圈4做角度相差180°的公转运动，任一个内双齿型齿圈4上的第二内齿403部分将与固定齿轮5的第二啮合齿503(参见图 7)形成啮合，根据少齿差机构啮合原理，该内双齿型齿圈4将产生自转运动，则内双齿型齿圈4既有公转又有自转运动；与此同时，第一内齿402 与主轴3上的第一啮合齿301(参见图8)相啮合，构成了少齿差输出机构。实际上，主轴3上的第一啮合齿301、内双齿型齿圈4上的第一内齿402、第二内齿403和固定齿轮5上的第二啮合齿503构成了2K-H型少齿差机构。根据2K-H少齿差机构传动原理，最终由主轴3输出低速自转运动。其输入 /输出转速的减速传动比i为：i＝Z₁*Z₄/(Z₁*Z₄-Z₂*Z₃)，式中，Z₁为固定齿轮5 上第二啮合齿503处的齿数，Z₃为主轴上第一啮合齿301处的齿数，Z₂和 Z₄分别为内双齿型齿圈4上的第二内齿403和第一内齿402的齿数。

本实施例的内双齿型齿圈的齿圈本体401整体为圆柱形，如图6所示，并齿圈本体401外壁面上设置有卡簧15，用于固定第一轴承6。

作为本实用新型的具体实施例，结合图2和图3所示，本实施例的定子 1包括定子铁芯101和绕制在定子铁芯101上的线圈104，其中定子铁芯101 为空心圆柱体，定子铁芯101的内壁上设置有多个沿柱壁周向分布的凸起 102，相邻凸起102之间设置有间隙103，凸起102两端延伸至定子铁芯101 的两端，如图3所示。将线圈104绕制在凸起102上。

转子2包括转子铁芯201和永磁体202，转子铁芯201为软磁性材料。转子铁芯201具体结构为套筒状，并在转子铁芯的两端部设置有向外延伸的法兰盘，永磁体202粘接在转子铁芯两端法兰盘之间的外壁上，永磁体202 为径向充磁；本实施例中的永磁体202形状为与转子铁芯201外壁面匹配的弧形，如图5所示，并且永磁体202有多个，多个永磁体202沿转子铁芯 201外侧面周向依次设置。当在转子铁芯201外套设定子铁芯101后，永磁体202夹设在转子铁芯201外壁和凸起102之间。采用永磁同步电机的方式控制线圈绕组的加电顺序和电流方向，可驱动转子做圆周运动。

如图4所示，本实施例中，沿转子2的轴向由两端部向中间截面延伸，依次分别加工有轴承座孔204和偏心孔203，每个转子2中心孔均由两段轴承座孔204和偏心孔203形成。两段偏心孔203轴线相对于主轴3轴心各自偏移相等距离，且偏移方向相反，圆周方向上相差180°相位。两个偏心孔 203之间设置有一段轴肩，在偏心孔203内装入第一轴承6，第一轴承6的内圈装入内双齿型齿圈4，本实施例中，第一轴承6具体为滚针轴承。在轴承座孔204中装入第二轴承7，第一轴承7的内圈装入固定齿轮5，本实施例中第二轴承7为滚珠轴承。并在第一轴承6与第二轴承7之间设置有限位环8，用于限定第一轴承6和第二轴承7沿轴向移动。

具体的，如图7所示，本实施例的固定齿轮5包括沿轴向依次设置的固定段501、轴承段502和第二啮合齿段，固定齿轮5中心设置有贯通固定段 501、轴承段502和第二啮合齿段的通孔504。固定端501为多边形结构，本实施例为六边形，方便固定在前盖11和后盖12上。轴承段502为与第二轴承7外圈匹配的光滑面，第二啮合齿段上设置有第一啮合齿503。进一步的，在固定齿轮5的轴承段502与主轴3之间套设有第三轴承9，具体的，第三轴承9为滚珠轴承。

作为本实用新型的具体方案，该驱动装置还包括外壳10、前盖11和后盖12，形成整个驱动装置的壳体部分，如图9至如图11所示。其中，外壳 10为薄壁套筒结构，并在套筒一端加工有四方形法兰盘。外壳10的两端分别连接有前盖11和后盖12，在前盖11和后盖12上均设置有主轴孔13，用于主轴3穿过。围绕主轴孔13设置有多边形孔14，用于连接固定段501，多边形孔14具体形状个与固定齿轮5的固定段501形状匹配。具体的，前盖11和后盖12可与外壳10固定连接或可拆卸连接，本实施例优选后者。

具体的，如图10所示，本实施例的前盖11包括第一板体1101和设置在第一板体1101上的第一环形凸起1102，第一环形凸起1102为薄壁结构，第一环形凸起1102的外径与外壳10的内径匹配，使得第一环形凸起1102 卡装在外壳10内。主轴孔13和多边形孔14设置在第一板体1101的中心。

如图11所示，本实施例的后盖12包括第二板体1201和设置在第二板体1201上的第二环形凸起1202，第二环形凸起1202的外径小于外壳10的内径。在第二环形凸起1202上设置有开口1203，开口呈间隔布置。并在靠近外壳10其中一端部的内壁上设置有凸起块1001，如图9所示，凸起块1001 大小与开口1203大小匹配，方便凸起块1001插入开口1203中，在凸起块 1001和开口1203处的第二板体1201上均设置有螺栓孔，使得后盖12与外壳10之间实现螺栓连接。并在主轴孔13和多边形孔14设置在第二板体1201 的中心。

进一步的，在主轴3与前盖的主轴孔13之间安装有第三轴承9，相应的，在主轴3上设置有用于安装卡簧15的卡槽，卡簧15用于固定主轴3 与前盖11之间的第三轴承9。

公开号为CN104935132B的专利公开了一种双啮合永磁式电动机，采用了一种内、外都为环形的双转子永磁体电磁驱动结构，定子拥有六个固定磁极，内外转子为环形，按照一定顺序对定子磁极通电，能够控制定子与内、外转子上的吸合方向，使内、外转子在三个偏心轴的约束下围绕中心做公转运动，同时与固定的外齿轮啮合，再由偏心轴带动输出盘输出低速大扭矩运动。该电机结构的定子、转子磁极间的吸合方式是类似于电磁铁方式的直动式吸合，是通过调整不同磁极的吸合顺序来控制转子的移动方向，单个磁极的电磁吸合力方向不与转子移动方向重合，使得扭矩有损失，且转矩脉动较大；同时由于定子、转子吸合面为弧形，造成了磁极气隙分布不均，产生的电磁力变化较大。为提高该电机的性能，就需要单独设计专用的控制器和控制算法程序，提高了该电机的成本，使得该类电机的使用受到限制。相比该技术，本实用新型采用了2K-H型少齿差机构，减少了中间传动环节，提高了动态特性与精度。

在以上的描述中，除非另有明确的规定和限定，其中的“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是拆卸连接或成一体；可以是直接连接，也可以是间接连接等等。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术方案中的具体含义。

在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，只要其不违背本实用新型的思想，同样应当视其为本实用新型所公开的内容。

Claims (7)

1.一种基于摆线减速器的永磁式驱动装置，包括定子(1)、转子(2)、主轴(3)，所述定子(1)和转子(2)均套设在主轴(3)上，所述定子(1)套设在转子(2)外部，所述主轴(3)上设置有一圈第一啮合齿(301)，其特征在于，还包括内双齿型齿圈(4)和固定齿轮(5)；

所述转子(2)为空心圆柱形结构，转子(2)的中心孔包括两段偏心孔(203)，两段偏心孔(203)轴线相对于主轴(3)轴心各自偏移相等距离，且偏移方向相反；

所述固定齿轮(5)上设置有供主轴(3)穿过的通孔(504)，固定齿轮(5)一端设置有固定段(501)，另一端外圈设置有一圈第二啮合齿(503)；

所述内双齿型齿圈(4)包括齿圈本体(401)和设置在齿圈本体(401)内圈的第一内齿(402)和第二内齿(403)，所述第一内齿(402)和第二内齿(403)沿齿圈本体(401)轴向依次设置，所述第一内齿(402)的齿廓直径小于第二内齿(403)的齿廓直径；

所述转子(2)的两段偏心孔(203)中均设置有所述内双齿型齿圈(4)，每个内双齿型齿圈(4)的第一内齿(402)与所述主轴(3)上的第一啮合齿(301)啮合，且第一啮合齿(301)的齿数少于第一内齿(402)的齿数；每个内双齿型齿圈(4)的第二内齿(403)与固定齿轮(5)上的第二啮合齿(503)啮合，且第二啮合齿(503)的齿数少于第二内齿(403)的齿数。

2.如权利要求1所述的基于摆线减速器的永磁式驱动装置，其特征在于，所述定子(1)包括定子铁芯(101)和绕制在定子铁芯(101)上的线圈(104)，所述定子铁芯(101)为空心圆柱体，定子铁芯(101)的内壁上设置有多个沿柱壁周向分布的凸起(102)，相邻凸起(102)之间设置有间隙(103)，所述凸起(102)两端延伸至定子铁芯(101)的两端，所述线圈(104)绕制在凸起(102)上；

所述转子(2)包括转子铁芯(201)和永磁体(202)，所述转子铁芯(201)为套筒结构，所述永磁体(202)夹设在转子铁芯(201)外壁和所述凸起(102)之间，永磁体(202)为与转子铁芯(201)外壁面匹配的弧形。

3.如权利要求1或2所述的基于摆线减速器的永磁式驱动装置，其特征在于，所述转子(2)的中心孔包括两段偏心孔(203)和两段轴承座孔(204)，每个偏心孔(203)与内双齿型齿圈(4)之间设置有第一轴承(6)，所述轴承座孔(204)与固定齿轮(5)之间也设置有第二轴承(7)；所述第一轴承(6)与第二轴承(7)之间设置有限位环(8)。

4.如权利要求1所述的基于摆线减速器的永磁式驱动装置，其特征在于，所述固定齿轮(5)包括沿轴向依次设置的固定段(501)、轴承段(502)和第二啮合齿段，所述固定段(501)为多边形结构，所述轴承段(502)为与第二轴承(7)外圈匹配的光滑面，第二啮合齿段上设置有第二啮合齿(503)；所述固定齿轮(5)的轴承段(502)与主轴(3)之间设置有轴承(9)。

5.如权利要求1所述的基于摆线减速器的永磁式驱动装置，其特征在于，该驱动装置还包括外壳(10)、前盖(11)和后盖(12)，所述外壳(10)为套筒结构，外壳(10)的两端分别连接有前盖(11)和后盖(12)，所述前盖(11)和后盖(12)上均设置有主轴孔(13)，围绕所述主轴孔(13)设置有用于与固定齿轮(5)的固定段(501)形状匹配的多边形孔(14)。

6.如权利要求5所述的基于摆线减速器的永磁式驱动装置，其特征在于，所述前盖(11)包括第一板体(1101)和设置在第一板体(1101)上的第一环形凸起(1102)，第一环形凸起(1102)的外径与外壳(10)的内径匹配；所述主轴孔(13)和多边形孔(14)设置在第一板体(1101)的中心。

7.如权利要求5所述的基于摆线减速器的永磁式驱动装置，其特征在于，所述后盖(12)包括第二板体(1201)和设置在第二板体(1201)上的第二环形凸起(1202)，第二环形凸起(1202)上间隔设置有开口(1203)；第二环形凸起(1202)的外径小于外壳(10)的内径；靠近外壳(10)其中一端部的内壁上设置有凸起块(1001)，凸起块(1001)大小与所述开口(1203)匹配，凸起块(1001)和开口(1203)处的第二板体(1201)上均设置有螺栓孔；所述主轴孔(13)和多边形孔(14)设置在第二板体(1201)的中心。

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