CN217769753U - 伺服电机及机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开伺服电机及机器人，伺服电机包括壳体，设于壳体内的电机主体和行星减速机构，行星轮支架安装在电机轴上且设置有轴承，该轴承的内圈和外圈分别与电机轴和行星轮支架配合，因太阳轮和电机轴连接且太阳轮的加工精度高于一般部件，故以太阳轮精度高为基准，通过转子支架传递给整个转子，通过行星支架传递给整个行星减速机构，使得整个电机的尺寸链更加合理，尺寸精度传递过程更短更合理；同时达到整个伺服电机的精度的高度统一，避免因结构位置精度低而导致引起的行星轮无法安装、行星减速机构运行卡顿、转定子气隙不均匀影响输出扭矩稳定性等问题；此外在提高电机径向精度的同时，降低零部件的加工精度要求，降低了加工成本。

Description

伺服电机及机器人

技术领域

本实用新型涉及伺服电机及机器人，属于机器人技术领域。

背景技术

伺服电机可应用在机器人上，以使得机器人能够进行各种动作，比如行走、跨越障碍和跳动等，从而可进行作业。

伺服电机为将行星减速机构安装至电机内。目前，为了增加太阳轮相对行星轮的位置精度以及转子相对定子的位置精度，大部分伺服电机会在转子支架上安装中置轴承。虽然该方法可以解决转子的相对径向精度问题，但是对于太阳轮和行星轮之间的位置精度需要通过转子支架进行传递，过程需要保证转子支架、太阳轮和轴承的相对位置的精度，才能保证行星轮的位置精度，尺寸链相对较长，容易出现行星轮无法安装或者行星减速机构转动时出现卡顿等问题。

另外一些伺服电机极限提高法兰盘、行星支架的精度而舍弃中置轴承，但是该方法虽然降低了电机原料和工艺成本，但是转子和定子之间的位置精度和太阳轮和行星轮的位置精度控制变得更加艰难，需要加强各个相关零部件的尺寸精度要求来弥补，增加了零部件的加工成本。

实用新型内容

因此，本实用新型所要解决的是伺服电机及机器人位置精度低且加工成本高的技术问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供的伺服电机，包括：

壳体，包括相对设置的上壳体和下壳体；

电机主体，设于所述壳体内，包括电机轴；

行星减速机构，设于所述壳体内且与所述电机主体连接，包括与所述电机轴连接的太阳轮、内齿圈、啮合在所述太阳轮和所述内齿圈之间的若干行星轮、以及与所述行星轮连接的行星轮支架，所述行星轮支架安装在所述电机轴上；

第一轴承，所述第一轴承的内圈和外圈分别与所述电机轴和所述行星轮支架配合。

可选地，上述的伺服电机，所述电机主体还包括转子和定子，所述转子包括与所述电机轴连接的转子支架，所述转子支架具有与所述电机轴适配的安装部，于所述电机轴的径向上，所述安装部与所述行星轮支架未重叠。

可选地，上述的伺服电机，所述上壳体套设在至少部分所述转子支架的外周，且所述上壳体和所述转子支架之间设置有第二轴承。

可选地，上述的伺服电机，所述内齿圈固定在所述下壳体上。

可选地，上述的伺服电机，所述内齿圈和所述下壳体上分别开设有相对应的螺丝孔，紧固螺丝穿设于所述螺丝孔中将所述内齿圈固定在所述下壳体上。

可选地，上述的伺服电机，所述伺服电机还包括输出连接单元，所述行星轮支架与所述输出连接单元连接，至少部分电机轴同轴设置在所述输出连接单元的内侧，所述电机轴和所述输出连接单元之间设有第三轴承。

可选地，上述的伺服电机，所述输出连接单元和所述下壳体之间设置有第四轴承。

可选地，上述的伺服电机，所述转子支架和所述输出连接单元相对设置在所述行星减速机构两侧。

可选地，上述的伺服电机，所述太阳轮和所述电机轴一体成型。

本实用新型还提供的机器人，包括：

机体；

伺服电机，设置在所述机体上；

其中，所述伺服电机为如上所述的伺服电机。

本实用新型提供的技术方案，具有以下优点：在伺服电机的行星轮支架安装在电机轴上，且在行星轮支架和电机轴之间设置有轴承，该轴承的内圈和外圈分别与电机轴和行星轮支架配合，因太阳轮和电机轴连接且太阳轮的加工精度高于一般部件，故以太阳轮精度高为基准，通过转子支架传递给整个转子，通过行星支架传递给整个行星减速机构，使得整个电机的尺寸链更加合理，尺寸精度传递过程更短更合理；同时达到整个伺服电机的精度的高度统一，避免因结构位置精度低而导致引起的行星轮无法安装、行星减速机构运行卡顿、转定子气隙不均匀影响输出扭矩稳定性等问题；此外在提高电机径向精度的同时，在一定程度上降低零部件的加工精度要求，降低了加工成本。

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，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1提供伺服电机的结构示意图；

图2为图1中提供伺服电机的剖面结构示意图；

图3为图1中提供伺服电机的结构分解图；

图4为图1中提供伺服电机的部分结构分解图。

附图标记说明：

伺服电机-100；壳体-1；上壳体-11；安装腔-111；下壳体-12；开口-121；顶壳体-13；控制板-14；霍尔磁体-15；

电机主体-2；电机轴-21；转子-22；转子支架-221；安装部-2211；磁钢-222；定子-23；铁芯-231；绕组线圈-232；绕线部-233；挡板-234；

行星减速机构-3；太阳轮-31；内齿圈-32；凸伸部-321；行星轮-33；行星轮支架-34；第一轴承室-341；行星轮轴-35；

第二轴承-4；紧固螺丝-5；第一轴承-6；输出连接单元-7；第三轴承-8；第四轴承-9。

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。下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

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、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本实用新型。

实施例1

本实施例提供一种伺服电机100，如图1至图4所示，其包括壳体1、设于壳体1内的电机主体2、及设于壳体1内且与电机主体2连接的行星减速机构3。电机主体2驱动行星减速机构3，行星减速机构3连接外部待驱动部件(未示出)，使电机主体2经行星减速机构3对外进行输出。

壳体1包括相对设置的上壳体11和下壳体12，上壳体11通过螺钉可拆卸的固定于下壳体12的上端部。上壳体11和下壳体12连接后围设形成一收容空间，电机主体2和行星减速机构3设置在该收容空间内。壳体1用于固定和保护电机主体2和行星减速机构3，其可采用铝合金或不锈钢材质形成，有效减轻了伺服电机100的整体重量。关于上壳体11和下壳体12之间的固定方式还可为其他方式，比如卡扣等。

壳体1还包括设置在上壳体11上的顶壳体13，同样的，顶壳体13通过螺钉可拆卸的固定在上壳体11上。上壳体11和顶壳体13围设形成有腔室。伺服电机100的控制板14设置在该腔室内。控制板14用以给电机主体2供电且控制整个伺服电机100，以使伺服电机100正常工作。

电机主体2包括电机轴21、转子22、及定子23。转子22包括转子支架221、设置在转子支架221上的若干磁钢222。其中，磁钢222沿圆周方向均匀的嵌设于转子支架221的内周壁上，以围设形成一圆柱体结构。

磁钢222采用稀土钕铁硼材质形成，稀土钕铁硼是磁性最高的永磁材料，具有高矫顽力和高磁能积的优点，因此成为制造高效能、体积小、重量轻的磁性功能器件的理想材料，可以明显的减轻伺服电机100的质量，减小伺服电机100的外型尺寸，又可以获得高效的节能效果和提高伺服电机100的性能。

定子23包括铁芯231和绕组线圈232。定子23设置于转子22内，铁芯231的外周壁沿圆周方向均匀间隔的凸设有多个绕线部233，绕线部233远离圆心的一端部均分别设有一挡板234，挡板234合围形成一圆柱体结构。绕组线圈232分别绕制于绕线部233的外周壁上设置。磁钢222的内周壁均与挡板234的外周壁具有间隙，该间距以形成定子23和转子22的气隙。

铁芯231采用硅钢片形成，加入硅可提高铁的电阻率和最大磁导率，降低矫顽力、铁芯231损耗和磁时效，较强磁场下磁感应强度高，这使伺服电机100的铁芯231体积与重量减小，从而有效减轻了伺服电机100的整体重量和减小了外形尺寸。

电机轴21和转子支架221连接，具体的，转子支架221具有与电机轴21适配的安装部2211，该安装部2211为自转子支架221的表面向内内凹形成的凹槽，电机轴21一端伸入至安装部2211内固定。为了提高转子支架221和电机轴21的连接稳定性，电机轴21和安装部2211可过盈配合。需要说明的是，安装部2211设置在转子支架221的中部。为了说明方便，电机轴21所在方向如图2中的箭头a所示。

关于定子23和转子22的具体结构为现有技术，具体的在此不再赘述。

上壳体11套设在至少部分转子支架221的外周。具体的，上壳体11上设有安装腔111，该安装腔111沿电机轴21线方向贯穿上壳体11。上述所示的收容空间和腔室通过安装腔111连通。且安装腔111所在轴线与上壳体11所在轴线重合，也就是，安装腔111设置在上壳体11的中部。至少部分转子支架221伸入安装腔111内，且上壳体11和转子支架221之间设置有第二轴承4。该第二轴承4的内圈套设在伸入至安装腔111内的转子支架221上，第二轴承4的外圈与安装腔111配合，上述安装腔111即为第二轴承4的轴承室。

通过设置第二轴承4，转子支架221转动固定在上壳体11上，以实现转子支架221可相对上壳体11发生转动，且第二轴承4保证了转子支架221和上壳体11之间的转动稳定性。

并且，因轴承的精度比普通零部件的精度高，通过轴承的连接配合方式，可以保证转子支架221的安装的位置精度，

转子支架221在安装部2211的上方设置有凹孔2212，该凹孔2212与腔室连通。凹孔2212内安装有霍尔磁体15，控制板14中设置有编码器(未示出)，编码器焊接在控制板14上，编码器用来感应感应霍尔磁体15产生转子22位置信号。通过编码器和霍尔磁体15的配合以实现对转子22的转速等参数的控制。

行星减速机构3包括与电机轴21连接的太阳轮31、内齿圈32、啮合在太阳轮31和内齿圈32之间的若干行星轮33、以及与行星轮33连接的行星轮支架34。

本实施例中，太阳轮31和电机轴21一体成型，也就是太阳轮31形成在电机轴21的外表面上，从而简化结构尺寸且也增加了结构的稳定性。在其他实施例中，太阳轮31也可固定在电机轴21上，在此不做具体限定。

内齿圈32固定在下壳体12上。本实施例中，内齿圈32和下壳体12上分别开设有相对应的螺丝孔，紧固螺丝5穿设于螺丝孔中将内齿圈32固定在下壳体12上。在其他实施例中，内齿圈32也可通过其他方式固定在下壳体12上，在此不做具体限定。

需要说明的是，内齿圈32和下壳体12上开设的螺丝孔为多个，多个螺丝孔可绕内齿圈32等间距排布。本实施例通过紧固螺丝5固定内齿圈32的位置，从而保证伺服电机100装配的位置精度。

定子23的铁芯231可拆卸地套设固定在内齿圈32的外周壁上，具体的，铁芯231为环形结构，其中间设有贯通孔，贯通孔的内周壁可拆卸的套设固定于内齿圈32的外周壁上。本实施例中，内齿圈32的外周向外凸伸形成有凸伸部321，凸伸部321和下壳体12配合以将铁芯231限位固定。

行星轮33设置的数量为三个，三个行星轮33等距离围绕太阳轮31的外周分布。每个行星轮33的中心轴孔装有一个行星轮轴35，行星轮轴35用于限制行星轮33的轴向运动。行星轮支架34用于支承行星轮轴35，并对行星轮轴35起限位作用，为实现效果，行星轮轴35部分穿设在行星轮支架34中。

行星轮支架34安装在电机轴21上，具体的，行星轮33和电机轴21之间设置有第一轴承6，第一轴承6的内圈和外圈分别与电机轴21和行星轮支架34配合。在一较佳实施方式中，第一轴承6的内圈和外圈分别与电机轴21和行星轮支架34过盈配合，以增加电机轴21和行星轮支架34之间的连接稳定性。

行星轮支架34上设置有第一轴承室341，在装配时，先将第一轴承6压至电机轴21上，再装入第一轴承室341内。呈上述，由于轴承的精度比普通零部件精度高，所以经过轴承的连接配合方式，可以行星轮支架34和电机轴21的同心度更加良好，提高伺服电机100运行稳定性，解决伺服电机100因同心度不好所导致运行卡顿的问题。

于电机轴21的径向上，安装部与行星轮支架34未重叠。也就是，转子支架221未伸入至行星轮支架34内，从而使得行星轮支架34和电机轴21之间可直接设置第一轴承6。

需要说明的是，在装配伺服电机100时，先将转子支架221和电机轴21装配连接，然后将转子支架221通过第二轴承4安装至上壳体11上，然后装配将内齿圈32及剩余的电机主体2部件，且将下壳体12和上壳体11固定，最后装配行星轮33和行星轮支架34。

因太阳轮31和电机轴21连接且太阳轮31的加工精度高于一般部件，故以太阳轮31精度高为基准，可以保证第二轴承4和第一轴承6的位置精度，通过转子支架221传递给整个转子22，通过行星支架传递给整个行星减速机构3，使得整个电机的尺寸链更加合理，尺寸精度传递过程更短更合理，避免因尺寸链过长增加不确定性因素，同时达到整个伺服电机100的精度的高度统一。

也就是，因太阳轮31的位置精度高，经过第二轴承4保证了转子支架221的位置精度，从而保证了转定子23气隙的均匀性，避免因结构位置精度低而导致转定子23气隙不均匀影响输出扭矩稳定性的问题。

并且，太阳轮31的位置精度，经过第一轴承6保证了行星轮支架34的位置精度，从而辅助完成行星轮33的位置精度，避免因结构位置精度低而导致引起的行星轮33无法安装、行星减速机构3运行卡顿等问题。因第一轴承6的存在，也可以作为一种检测手段鉴别整个行星减速机构3的位置精度。

此外本实施例在提高电机径向精度的同时，在一定程度上降低零部件的加工精度要求，降低了加工成本，无需将行星支架的精度做到极致。

伺服电机100还包括输出连接单元7，行星轮支架34与输出连接单元7连接。本实施例中，行星轮支架34和输出连接单元7通过螺钉固定连接，以保证两者的连接稳定性。下壳体12上设有开口121，输出连接单元7通过开口121裸露在外，以外接待驱动部件。

至少部分电机轴21同轴设置在输出连接单元7的内侧，电机轴21和输出连接单元7之间设有第三轴承8。因电机轴21转动和输出连接单元7的转速不同，第三轴承8保证了电机轴21和输出连接单元7之间的相对转动的稳定性。

输出连接单元7和下壳体12之间设置有第四轴承9，第四轴承9的内侧壁套设在输出连接单元7的外周壁上，第四轴承9的外侧壁嵌设在下壳体12上，以实现输出连接单元7与下壳体12可转动连接，使得输出连接单元7转动更加平稳。

本实施例中，输出连接单元7为法兰盘，但在此不做具体限定，输出连接单元7还可为其他结构。法兰盘沿圆周方向凹设有多个安装孔(未示出)，便于法兰盘与外部机构安装固定。

需要说明的是，转子支架221和输出连接单元7相对设置在行星减速机构3两侧，使得伺服电机100的布局更加合理。

伺服电机100的转子22是永磁磁钢222，定子23是绕组线圈232，伺服电机100依靠在绕组线圈232周围形成一个绕电机几何轴心旋转的磁场，通过这个磁场驱动永磁磁钢222转动，永磁磁钢222带动转子支架221转动，转轴支架带动电机轴21和太阳轮31同步转动，从而带动行星轮33和行星轮支架34绕电机轴21线转动，通过行星轮支架34带动输出连接单元7绕电机轴21线转动。

伺服电机100采用交替变换电磁场的换向电刷，运转时摩擦力大大减小，运行顺畅，噪音会低许多，使用寿命长，维护成本低。

电机主体2输出的转矩通过行星减速机构3的减速增矩驱动输出连接单元7转动，通过行星减速机构3增矩后，输出转矩大，加速性能好，能够获得较高的功率密度。

综上，在伺服电机的行星轮支架安装在电机轴上，且在行星轮支架和电机轴之间设置有轴承，该轴承的内圈和外圈分别与电机轴和行星轮支架配合，因太阳轮和电机轴连接且太阳轮的加工精度高于一般部件，故以太阳轮精度高为基准，通过转子支架传递给整个转子，通过行星支架传递给整个行星减速机构，使得整个电机的尺寸链更加合理，尺寸精度传递过程更短更合理；同时达到整个伺服电机的精度的高度统一，避免因结构位置精度低而导致引起的行星轮无法安装、行星减速机构运行卡顿、转定子气隙不均匀影响输出扭矩稳定性等问题；此外在提高电机径向精度的同时，在一定程度上降低零部件的加工精度要求，降低了加工成本。

实施例2

本实用新型提供的机器人，其包括机体、及设置在机体上的伺服电机和行动部。该服电机为实施例1所示的伺服电机，在此不再赘述。

伺服电机连接并驱动行动部，机器人在行动部的带动下行走或跳跃。利用运行平稳、抗振优良的伺服电机以提高机器人的运行稳定性和使用寿命。

显然，上述所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，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，可以做出其它不同形式的变化或变动，都应当属于本实用新型保护的范围。

Claims (10)

1.一种伺服电机，其特征在于，包括：

壳体，包括相对设置的上壳体和下壳体；

电机主体，设于所述壳体内，包括电机轴；

行星减速机构，设于所述壳体内且与所述电机主体连接，包括与所述电机轴连接的太阳轮、内齿圈、啮合在所述太阳轮和所述内齿圈之间的若干行星轮、以及与所述行星轮连接的行星轮支架，所述行星轮支架安装在所述电机轴上；

第一轴承，所述第一轴承的内圈和外圈分别与所述电机轴和所述行星轮支架配合。

2.如权利要求1所述的伺服电机，其特征在于，所述电机主体还包括转子和定子，所述转子包括与所述电机轴连接的转子支架，所述转子支架具有与所述电机轴适配的安装部，于所述电机轴的径向上，所述安装部与所述行星轮支架未重叠。

3.如权利要求2所述的伺服电机，其特征在于，所述上壳体套设在至少部分所述转子支架的外周，且所述上壳体和所述转子支架之间设置有第二轴承。

4.如权利要求1所述的伺服电机，其特征在于，所述内齿圈固定在所述下壳体上。

5.如权利要求4所述的伺服电机，其特征在于，所述内齿圈和所述下壳体上分别开设有相对应的螺丝孔，紧固螺丝穿设于所述螺丝孔中将所述内齿圈固定在所述下壳体上。

6.如权利要求2所述的伺服电机，其特征在于，所述伺服电机还包括输出连接单元，所述行星轮支架与所述输出连接单元连接，至少部分电机轴同轴设置在所述输出连接单元的内侧，所述电机轴和所述输出连接单元之间设有第三轴承。

7.如权利要求6所述的伺服电机，其特征在于，所述输出连接单元和所述下壳体之间设置有第四轴承。

8.如权利要求6所述的伺服电机，其特征在于，所述转子支架和所述输出连接单元相对设置在所述行星减速机构两侧。

9.如权利要求1所述的伺服电机，其特征在于，所述太阳轮和所述电机轴一体成型。

10.一种机器人，其特征在于，包括：

机体；

伺服电机，设置在所述机体上；

其中，所述伺服电机为如权利要求1至9任一项所述的伺服电机。

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