FR2714135A1

FR2714135A1 - Electric motor and associated reducing gear assembly

Info

Publication number: FR2714135A1
Application number: FR9315704A
Authority: FR
Inventors: Guinet Michel; Hilaire Jean-Francois; Balters Marc
Original assignee: Crouzet Automatismes SAS
Current assignee: Crouzet Automatismes SAS
Priority date: 1993-12-20
Filing date: 1993-12-20
Publication date: 1995-06-23
Anticipated expiration: 2013-12-20
Also published as: FR2714135B1

Abstract

The motor and reducing gear includes a hollow shaft (16) driven directly by the rotor (32, 34) of the motor, and an output shaft (21) situated inside the hollow shaft. A reduction system (16-1, 38, 40, 42) couples the output shaft to the hollow shaft. The motor has an axial flux pattern. The hollow shaft is made from a low coefficient of friction material which acts directly on the output shaft. The stator (10-1, 36) of the motor comprises a metal plate (10-1) serving as the end plate of the motor-reducing gear assembly. This plate is coated with an insulating film (44) carrying conductive tracks on its inside face, on which the control circuit for the motor is constructed.

Description

MOTOREWCTEUR PLAT
La présente invention ooncerne les motoréducteurs, c 'est-à-dire des actionneurs oomprenant un moteur et un système de réduction dans un même boitier, et en particulier un motoréducteur de faible encombrement.FLAT MOTOREWCTEUR
The present invention relates to gearmotors, that is to say actuators comprising a motor and a reduction system in the same housing, and in particular a compact motor gearbox.

La figure 1 représente schimatiquement et partiellement un motoréducteur de faible enoombrement classique, tel que décrit dans le brevet américain 3 153 158. Ce motoréducteur comprend un châssis ou boîtier 10 duquel est solidaire le stator 12 d'un moteur électrique. Le rotor 14 du moteur est concentri- que au stator 12 et est solidaire d'un arbre 16. L'arbre 16 est guidé en rotation dans le châssis 10 par deux roulements à billes 18 et 19 disposés aux deux extrémités respectivement de 1 'arbre 16. Un arbre de sortie 21 est couplé à 1 'arbre 16 par l'intermédiaire d'un système réducteur 23. FIG. 1 schematically and partially shows a conventional gear motor of small overall dimensions, as described in American patent 3,153,158. This gear motor comprises a chassis or housing 10 of which the stator 12 of an electric motor is integral. The rotor 14 of the motor is concentric with the stator 12 and is integral with a shaft 16. The shaft 16 is guided in rotation in the chassis 10 by two ball bearings 18 and 19 arranged at the two ends of the shaft respectively. 16. An output shaft 21 is coupled to the shaft 16 by means of a reduction system 23.

La particularité de ce motoréducteur, oe qui le rend d'encombrement particulièrement réduit, est que l'arbre 16 est creux et traversé par l'arbre de sortie 21. Le système réducteur 23 comprend une roue dentée 21-1 solidaire d'une extrémité de 1 'arbre 21 (1 'autre extrémité de cet arbre servant de prise de force), une roue dentée 16-1 solidaire d'une extrémité de l'arbre creux 16, du même oeté que la roue dentée 21-1, et un arbre déporté 25 muni de deux pignons 25-1 et 25-2 engrènant respectivement avec les roues dentées des arbres 16 et 21. The peculiarity of this geared motor, which makes it particularly compact, is that the shaft 16 is hollow and crossed by the output shaft 21. The reduction system 23 comprises a toothed wheel 21-1 secured to one end of the shaft 21 (the other end of this shaft serving as a power take-off), a toothed wheel 16-1 secured to one end of the hollow shaft 16, of the same side as the toothed wheel 21-1, and an offset shaft 25 provided with two pinions 25-1 and 25-2 respectively meshing with the toothed wheels of the shafts 16 and 21.

L'arbre de sortie 21 est guidé en rotation sur le châssis 10 par deux roulements à billes 27 et 28 disposés respectivement aux deux extrémités de 1 'arbre 21, en dehors de 1 'arbre creux 16. L' arbre déporté 25 est également guidé en rotation sur le châssis 10, ce qui a été représenté par un roulement à billes 30. The output shaft 21 is guided in rotation on the chassis 10 by two ball bearings 27 and 28 respectively disposed at the two ends of the shaft 21, apart from the hollow shaft 16. The offset shaft 25 is also guided in rotation on the chassis 10, which has been represented by a ball bearing 30.

Un objet de la présente invention est de prévoir un motoréducteur d'encombrement axial particulièrement faible. An object of the present invention is to provide a gear motor of particularly small axial size.

Cet objet est atteint grâce à un motoréducteur oompre- nant un arbre creux entrai né directement par le rotor d'un moteur et un arbre de sortie disposé à l'intérieur de 1' arbre creux. Un système de réduction couple 1' arbre de sortie à 1 'arbre creux. Le moteur est à flux axial et 1 'arbre creux est en un matériau à faible coefficient de frottement qui porte directement sur 1 'arbre de sortie. This object is achieved by means of a geared motor comprising a hollow shaft entered directly by the rotor of a motor and an output shaft arranged inside the hollow shaft. A reduction system couples the output shaft to the hollow shaft. The motor is axial flow and the hollow shaft is made of a material with a low coefficient of friction which bears directly on the output shaft.

Selon un mode de réalisation de la présente invention, le stator du moteur comprend une plaque métallique servant de flasque de fermeture du motoréducteur, cette plaque étant revêtue, sur au moins sa face interne, d'un film isolant comportant des pistes oenductrices, sur lequel sont montés des circuits de commande du moteur et les bobines du stator du moteur. According to one embodiment of the present invention, the stator of the motor comprises a metal plate serving as a closing flange of the gearmotor, this plate being coated, on at least its internal face, with an insulating film comprising bonding tracks, on which motor control circuits and the stator coils of the motor are mounted.

Selon un mode de réalisation de la présente invention, le système de réduction est un réducteur épicycloidal. According to an embodiment of the present invention, the reduction system is an epicycloidal reducer.

Selon un mode de réalisation de la présente invention, le système de réduction est un réducteur à excentrique. According to an embodiment of the present invention, the reduction system is an eccentric reducer.

Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif à l'aide des figures jointes parmi lesquelles
la figure 1, précédemment décrite, représente un motoréducteur classique de faible encombrement; et
les figures 2A et 2B représentent une vue de oeté en coupe, selon une ligne A-A, et une vue de dessus en coupe, selon une ligne B-B, d'un mode de réalisation de motoréducteur de faible encombrement selon la présente invention.These objects, characteristics and advantages as well as others of the present invention will be explained in detail in the following description of particular embodiments given without limitation by means of the appended figures among which
Figure 1, previously described, shows a conventional gear motor of small size; and
FIGS. 2A and 2B represent a cross-sectional view along a line AA, and a cross-sectional top view, along a line BB, of an embodiment of a compact motor gearbox according to the present invention.

Dans les figures 2A et 2B, des éléments similaires à ceux de la figure 1 sont désignés par des mêmes références. Le motoréducteur des figures 2A et 2B oençrend, lemme celui de la figure 1, un arbre de sortie 21 guidé sur un boitier 10 par deux roulements à billes écartés 27 et 28. De même, un moteur entraine un arbre creux 16 traversé par l'arbre de sortie 21. In FIGS. 2A and 2B, elements similar to those of FIG. 1 are designated by the same references. The gearmotor of FIGS. 2A and 2B includes, as in FIG. 1, an output shaft 21 guided on a housing 10 by two spaced apart ball bearings 27 and 28. Likewise, a motor drives a hollow shaft 16 through which the output shaft 21.

Selon un aspect de l'invention, le moteur est un moteur à flux axial, par opposition au moteur de la figure 1, qui est à flux radial. Ce moteur comprend un rotor formé d'une couronne ferromagnétique 32 solidaire de l'arbre 16 et perpendiculaire à celui-ci. L'une des faces de cette couronne 32, la face inférieure sur les figures, est munie d'un aimant permanent annulaire 34 émettant un flux magnétique axial, c'est-à-dire parallèle à l'axe du moteur, ce flux étant alternativement dans un sens ou dans le sens opposé au fur et à mesure que l'on effectue le tour de l'aimant annulaire 34. En dessous de l'aimant 34, sur la face interne d'un flasque 10-1 de fermeture du motoréducteur, sont disposées, autour de 1' arbre 16 et en correspondance avec l'aimant annulaire 34, des bobines plates 36 d'axes parallèles à l'axe du moteur. Le flasque 10-1 est ferromagnétique et forme, avec les bobines 36, le stator du moteur. According to one aspect of the invention, the motor is an axial flux motor, as opposed to the motor of FIG. 1, which is of radial flux. This motor comprises a rotor formed by a ferromagnetic crown 32 integral with the shaft 16 and perpendicular thereto. One of the faces of this ring 32, the lower face in the figures, is provided with an annular permanent magnet 34 emitting an axial magnetic flux, that is to say parallel to the axis of the motor, this flux being alternately in one direction or in the opposite direction as one goes around the annular magnet 34. Below the magnet 34, on the internal face of a flange 10-1 for closing the motor reducer, are arranged around the shaft 16 and in correspondence with the annular magnet 34, flat coils 36 with axes parallel to the axis of the motor. The flange 10-1 is ferromagnetic and forms, with the coils 36, the stator of the motor.

Ce flasque est solidaire à sa périphérie du boitier 10 et supporte, en son centre, le roulement à billes 28.This flange is integral at its periphery with the housing 10 and supports, at its center, the ball bearing 28.

Un moteur à flux axial a la particularité d'être très plat par rapport à un moteur à flux radial de caractéristiques similaires. Le choix selon l'invention d'un moteur à flux axial constitue une première étape dans la réduction de 1 'ercombrement axial du motoréducteur. An axial flow motor has the distinction of being very flat compared to a radial flow motor with similar characteristics. The choice according to the invention of an axial flow motor constitutes a first step in reducing the axial space requirement of the geared motor.

Un autre aspect de l'invention est de constater qu'en utilisant un moteur à flux axial, il est peu utile de prévoir un guidage précis (par exemple par roulements à billes) de 1' arbre creux 16. Another aspect of the invention is to note that by using an axial flow motor, it is of little use to provide precise guidance (for example by ball bearings) of the hollow shaft 16.

Dans tout moteur électrique, à flux axial ou à flux radial, il est néoessaire au bon fonctionnement du moteur que l'entrefer entre le rotor et le stator soit faible et maintenu avec précision. Pour oela, dans un moteur à flux radial, tel que celui de la figure 1, on a généralement recours à un guidage de l'arbre du rotor (16) par des roulements à billes (18, 19). Ces roulements à billes sont généralement d'un encombrement tel qu'il faut allonger 1' arbre qu'ils guident afin de pouvoir les monter. In any electric motor, axial flow or radial flow, it is necessary for the proper functioning of the motor that the air gap between the rotor and the stator is small and precisely maintained. For this, in a radial flow motor, such as that of FIG. 1, recourse is generally had to guiding the rotor shaft (16) by ball bearings (18, 19). These ball bearings are generally of such size that it is necessary to lengthen the shaft which they guide in order to be able to mount them.

Par contre, dans un moteur à flux axial, un faible jeu radial du rotor ne modifie pratiquement pas l'entrefer ; il est donc inutile de prévoir un guidage précis de 1' arbre 16 du rotor. Comme cela est représenté à la figure 2A, 1' arbre creux 16 porte directement sur 1' arbre de sortie 21. Il en résulte que l'encombrement axial du motoréducteur est réduit d'au moins la hauteur de deux roulements qui auraient été néoessaires dans un motoréducteur classique pour guider l'arbre creux 16. On the other hand, in an axial flow motor, a small radial clearance of the rotor practically does not modify the air gap; it is therefore unnecessary to provide precise guidance of one shaft 16 of the rotor. As shown in FIG. 2A, the hollow shaft 16 bears directly on the output shaft 21. As a result, the axial size of the geared motor is reduced by at least the height of two bearings which would have been necessary in a conventional geared motor to guide the hollow shaft 16.

Comme l'arbre 16 porte directement sur l'arbre 21, il convient que l'un de ces arbres soit en un matériau à faible coefficient de frottement. L'arbre 21 est celui qui transmet le plus de couple et il est pour cela généralement choisi en acier. C'est l'arbre 16, qui transmet un couple faible, qui est choisi en un matériau à faible coefficient de frottement sur l'acier, par exemple en matière plastique, en bronze, etc. La couronne 32, qui doit être ferromagnétique, est en un matériau différent. Cette couronne est rendue solidaire de l'arbre 16 à l'aide d'un quelconque moyen classique, par exemple par surmoulage. As the shaft 16 bears directly on the shaft 21, one of these shafts should be made of a material with a low coefficient of friction. The shaft 21 is the one which transmits the most torque and is therefore generally chosen from steel. It is the shaft 16, which transmits a low torque, which is chosen from a material with a low coefficient of friction on the steel, for example plastic, bronze, etc. The crown 32, which must be ferromagnetic, is made of a different material. This crown is made integral with the shaft 16 using any conventional means, for example by overmolding.

Bien entendu, il est nécessaire de maintenir avec une précision axiale suffisante l'entrefer du moteur. Pour cela, les deux extrémités de 1' arbre creux 16 sont arrêtées avec un faible jeu, comme cela apparaitra ci-après. L'arrêt axial de l'arbre 16 est effectué sans précaution particulière car l'arbre 16 n'est soumis qu'à de très faibles efforts axiaux ; les extrémités de l'arbre 16 peuvent directement frotter sur des butées, en interposant éventuellement des rondelles à faible coefficient de frottement. Of course, it is necessary to maintain with sufficient axial precision the air gap of the motor. For this, the two ends of one hollow shaft 16 are stopped with little play, as will appear below. The axial stop of the shaft 16 is carried out without any particular precaution because the shaft 16 is only subjected to very low axial forces; the ends of the shaft 16 can directly rub on stops, possibly interposing washers with a low coefficient of friction.

Le couplage entre 1' arbre creux 16 et 1' arbre de sortie 21 peut être effectué par tout type de réducteur classique. The coupling between the hollow shaft 16 and the output shaft 21 can be carried out by any type of conventional reducer.

Toutefois, on préférera un système de réduction à encombrement axial réduit, tel qu'un train épicycîdidal, représenté, ou un système de réduction à excentrique, bien connus de la technique. De tels systèmes de réduction permettent d'éviter l'emploi de paliers de guidage d'arbres déportés (25 dans la figure 1). L'encombrement axial du motoréducteur est donc encore réduit de la hauteur de ces paliers.However, a reduction system with reduced axial bulk, such as an epicycididal train, shown, or an eccentric reduction system, well known in the art, will be preferred. Such reduction systems make it possible to avoid the use of guide bearings for offset shafts (25 in FIG. 1). The axial size of the geared motor is therefore further reduced by the height of these bearings.

Le système de réduction représenté aux figures 2A et 2B est un train épicycloidal. Il oomprend une roue dentée 16-1 solidaire de l'extrémité supérieure de l'arbre creux 16, qui engrène avec des pignons satellites 38. Ces pignons satellites sont généralement au nombre de 3, régulièrement répartis autour de la roue dentée 16-1, comme cela est représenté à la figure 2B. En outre, les pignons satellites 38 engrènent avec une couronne 40 à denture interne, solidaire du boîtier 10. La roue dentée 16-1, les pignons satellites 38 et la couronne 40 sont dans un même plan. Les pignons satellites 38 sont montés sur des axes 42-1 s'détendant de la faoe inférieure d'un porte-satellites 42 solidaire de 1 'arbre de sortie 21. Le porte-satellites 42 est en forme de disque, ou d'étoile dont les branches comportent les axes 42-1 à leurs extrémités distales. The reduction system shown in Figures 2A and 2B is a planetary gear. It comprises a toothed wheel 16-1 integral with the upper end of the hollow shaft 16, which meshes with planet gears 38. These planet gears are generally 3 in number, regularly distributed around the gear 16-1, as shown in Figure 2B. In addition, the planet gears 38 mesh with a crown 40 with internal toothing, integral with the housing 10. The toothed wheel 16-1, the planet gears 38 and the crown 40 are in the same plane. The planet gears 38 are mounted on axes 42-1 extending from the lower face of a planet carrier 42 secured to the output shaft 21. The planet carrier 42 is in the form of a disc, or of a star whose branches have axes 42-1 at their distal ends.

Le fonctionnement d'un train épicycloidal est visible à la figure 2B. Si l'arbre 16 est entraîné dans le sens antihoraire, les pignons satellites 38 tournent dans le sens horaire autour de leurs axes 42-1 et se déplacent dans le sens antihoraire autour de l'arbre 21. Ainsi, les axes 42-1 du porte satellites 42 se déplacent dans le sens anti-horaire en entrainant 1' arbre 21 dans le sens anti-horaire. The operation of a planetary gear train is visible in Figure 2B. If the shaft 16 is driven counterclockwise, the planet gears 38 rotate clockwise around their axes 42-1 and move counterclockwise around the shaft 21. Thus, the axes 42-1 of the planet carrier 42 move counterclockwise, driving the shaft 21 counterclockwise.

On peut, avec un tel réducteur, atteindre des rapports de réduction de l'ordre de 1000 par le choix des diamètres des pignons satellites 38 et de la roue dentée 16-1. Un tel système de réduction présente en outre l'avantage de répartir les fores autour de la roue dentée 16-1 de manière qu'il ne subsiste aucune composante radiale sur oette roue dentée et donc sur l'arbre 16. Par oonséquent, les efforts de frottement et l'usure sont réduits entre les arbres 16 et 21. It is possible, with such a reducer, to achieve reduction ratios of the order of 1000 by the choice of the diameters of the planet gears 38 and of the toothed wheel 16-1. Such a reduction system also has the advantage of distributing the drills around the toothed wheel 16-1 so that there is no radial component remaining on this toothed wheel and therefore on the shaft 16. Consequently, the forces friction and wear are reduced between shafts 16 and 21.

Canme cela est représenté à la figure 2A, l'extrémité supérieure de 1 'arbre 16 est arrêtée par le porte-satellites 42 et l'extrémité inférieure par le roulement à billes 28. Pour réduire les frottements au niveau de oes extrémités, on prévoit éventuellement des rondelles à faible ooefficient de frottement (rondelles en téflon), et on prévoit, comme cela est représenté, des épaulements pour réduire les surfaces en frottement. L'épaulement au niveau de la partie inférieure de l'arbre 16 permet en outre de faire porter 1' arbre 16 sur seulement la bague interne du roulement 28, qui est oelle dont la vitesse de rotation est la plus faible par rapport à oelle de l'arbre 16. As shown in FIG. 2A, the upper end of the shaft 16 is stopped by the planet carrier 42 and the lower end by the ball bearing 28. To reduce friction at these ends, provision is made possibly low friction friction washers (Teflon washers), and as shown, shoulders are provided to reduce the friction surfaces. The shoulder at the lower part of the shaft 16 also makes it possible to carry the shaft 16 on only the inner ring of the bearing 28, which is the one whose speed of rotation is the lowest compared to that of tree 16.

Un moteur à flux axial du type représenté est généralement associé à des capteurs et à un circuit électronique de canmande. Canme cela est représenté, le flasque 10-1 est revêtu sur sa face interne d'un film de circuit imprimé 44 sur lequel sont soudés les bobines 36 et des circuits de commande 46, tels que des capteurs à effet Hall et des circuits d'exploitation de ces capteurs pour alimenter les bobines 36. Si 1 on manque de place pour disposer les circuits 46, la face externe du flasque 10-1 est également revêtue, comme cela est représenté, d'un film de circuit imprimé 44 sur lequel on soude d'autres circuits 46. An axial flow motor of the type shown is generally associated with sensors and with an electronic control circuit. As shown, the flange 10-1 is coated on its internal face with a printed circuit film 44 on which are soldered the coils 36 and control circuits 46, such as Hall effect sensors and circuits use of these sensors to supply the coils 36. If 1 there is a lack of space for arranging the circuits 46, the external face of the flange 10-1 is also coated, as shown, with a printed circuit film 44 on which soldering other circuits 46.

De nombreuses variantes et modifications de la présente invention apparaîtront à 1' homme du métier, notamment en ce qui concerne les solutions de montage classiques des divers éléments constituant le motoréducteur. Numerous variants and modifications of the present invention will appear to those skilled in the art, in particular with regard to conventional mounting solutions for the various elements constituting the gearmotor.

Claims

1. Gear motor comprising:

- a hollow shaft (16) driven directly by the rotor (32, 34) of a motor

- an output shaft (21) arranged inside the hollow shaft; and

- a reduction system (16-1, 38, 40, 42) coupling the output shaft to the hollow shaft

characterized in that the motor is axial flow and in that the hollow shaft is made of a material with low friction coefficient and bears directly on the output shaft.

2. Geared motor according to claim 1, characterized in that the stator (10-1, 36) of the motor comprises a metal plate (10-1) serving as a closing flange of the geared motor, this plate being coated with an insulating film ( 44) having conductive tracks on at least its internal faoe, on which are mounted control circuits (46) of the motor and the coils (36) of the stator of the motor.

3. Geared motor according to claim 1, characterized in that the reduction system (16-1, 38, 40, 42) is an epicycloidal reducer.

4. Geared motor according to claim 1, characterized in that the reduction system (16-1, 38, 40, 42) is an eccentric reducer.