RU2665017C2

RU2665017C2 - Motor-wheel on the basis of cycloidal (planetary-pin teeth) reducer

Info

Publication number: RU2665017C2
Application number: RU2016128413A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Фаридович Гайнуллин; Игорь Дмитриевич Гайнуллин; Николай Александрович Шалашилин
Original assignee: Дмитрий Фаридович Гайнуллин
Priority date: 2016-07-12
Filing date: 2016-07-12
Publication date: 2018-08-24

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to the motor-wheel. Motor-wheel on the basis of the cycloidal reducer is equipped with the pit teeth of the cycloidal reducer and cycloidal disks, installed eccentrically and diametrically opposite to each other, the stator and the rotor of the electric motor, connected with a cycloidal reducer. Stator of the motor-wheel fixed with the help of fingers and bushing with current-carrying and conductive wires inside on the cover of the reducer, drives flat rotor with magnets rigidly connected to the motor-wheel shaft. Shaft transmits force by means of an eccentric bearing to the cycloidal discs, which are engaged with the pin teeth located on the motor-reducer housing.

EFFECT: it is possible to obtain high power characteristics with small dimensions of the device.

1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и приборостроению, в которых находят применение мотор-колеса, конструктивно объединяющие двигатели вращения и редукторы, в частности мотор-колесо с редуктором на базе циклоидальной (планетарно-цевочной) передачи. Технический результат, на достижение которого направлено данное изобретение, состоит в получении высоких мощностных характеристик при малых габаритах устройства. Сущность изобретения состоит в том, что в мотор-колесе на базе циклоидального редуктора, содержащем корпус с крышкой, в котором расположены цевки циклоидального редуктора и циклоидальные диски, установленные эксцентрично и диаметрально противоположны относительно друг друга, статор и ротор электродвигателя, связанные с циклоидальным редуктором. Согласно данному изобретению статор мотор-колеса, неподвижно закрепленный при помощи пальцев и втулки, с токопроводящими и токоотводящими проводами внутри, на крышке редуктора, приводит в движение плоский ротор с магнитами, жестко связанный с валом мотор-колеса. Вал посредством эксцентрикового подшипника передает усилие на циклоидальные диски, которые входят в зацепление с цевками, расположенными на корпусе электромотор-редуктора.The invention relates to mechanical engineering and instrumentation, in which motor-wheels are used that constructively combine rotation motors and gears, in particular a motor-wheel with a gearbox based on a cycloidal (planetary-pinion) transmission. The technical result to which this invention is directed is to obtain high power characteristics with small dimensions of the device. The essence of the invention lies in the fact that in the motor wheel based on a cycloidal gearbox, comprising a housing with a cover, in which are located the cycloid gear sprockets and cycloidal disks mounted eccentrically and diametrically opposite relative to each other, the stator and rotor of the electric motor are connected to the cycloidal gearbox. According to this invention, a motor-wheel stator, fixedly mounted with fingers and a sleeve, with conductive and current-conducting wires inside, on the gearbox cover, drives a flat rotor with magnets, rigidly connected to the motor-wheel shaft. The shaft, through an eccentric bearing, transmits the force to the cycloidal disks, which are engaged with the spindles located on the body of the electric motor reducer.

Известен двигатель, на коллекторе которого имеются соединительные провода, замыкающие накоротко равнопотенциальные сегменты; щетки состоят из низкоскоростной щетки, высокоскоростной щетки, а также общей щетки. Окружная ширина высокоскоростной щетки делается меньше окружной ширины низкоскоростной щетки. Высокоскоростная щетка и низкоскоростная щетка выполнены таким образом, чтобы исключался их одновременный скользящий контакт с равнопотенциальными сегментами. Кроме этого сердечники якорей выполнены таким образом, чтобы множество зубьев были расположены центрально-симметрично вокруг вращающегося вала через равные промежутки в направлении вдоль окружности, а зубья и пазы образованы таким образом, чтобы их положение попеременно менялось через 90 градусов в направлении вдоль окружности (RU 2520937 C1, 27.06.2014).Known engine, on the collector of which there are connecting wires, short-circuiting equal potential segments; the brushes consist of a low-speed brush, a high-speed brush, as well as a common brush. The circumferential width of the high-speed brush is made smaller than the circumferential width of the low-speed brush. The high-speed brush and the low-speed brush are designed so that their simultaneous sliding contact with equal potential segments is excluded. In addition, the anchor cores are made in such a way that many teeth are arranged centrally symmetrically around the rotating shaft at equal intervals in the direction along the circumference, and the teeth and grooves are formed in such a way that their position alternately changes through 90 degrees in the direction along the circle (RU 2520937 C1, 06.27.2014).

Недостатком данного изобретения является небольшая несущая способность, при тех же характеристиках оно обладает большими массо-габаритными характеристиками, более низким КПД, более низкий срок службы.The disadvantage of this invention is its small bearing capacity, with the same characteristics it has large mass-dimensional characteristics, lower efficiency, lower service life.

Известен планетарный редуктор мотор-колеса, содержащий вращающийся корпус-ступицу в виде центрального колеса с внутренними зубьями, центральные колеса с внешними зубьями, неподвижное и подвижные водила с набором сателлитов. Корпус-ступица смонтирован на промежуточных опорах качения. Неподвижное водило зафиксировано от вращения на крепежном фланце посредством шлицевой втулки. Центральные колеса с внешними зубьями выполнены одного модуля (RU 2049281 C1, 27.11.1995).Known planetary gear motor-wheel, containing a rotating housing-hub in the form of a Central wheel with internal teeth, central wheels with external teeth, fixed and movable carrier with a set of satellites. The hub housing is mounted on intermediate bearings. The stationary carrier is fixed against rotation on the mounting flange by means of a spline hub. The central wheels with external teeth are made of one module (RU 2049281 C1, 11.27.1995).

Недостатком данного изобретения является редуктор с эвольвентным зацеплением, в сравнении с редуктором с циклоидальным зацеплением при тех же характеристиках он обладает большими массо-габаритными характеристиками, более низким КПД, более низким сроком службы.The disadvantage of this invention is a gearbox with involute gearing, in comparison with a gearbox with cycloidal gearing with the same characteristics, it has large mass-dimensional characteristics, lower efficiency, lower service life.

Известно мотор-колесо, содержащее установленный на оси электродвигатель, связанный с редуктором, имеющим установленное на выходном валу зубчатое колесо, кинематически связанное с ободом колеса для привода последнего, при этом ступица колеса закрыта диском (СССР N 500087, кл. B60K 7/00, 1972).A motor wheel is known that contains an electric motor mounted on an axis and connected to a gearbox having a gear wheel mounted on the output shaft kinematically connected to the wheel rim to drive the latter, while the wheel hub is closed by a disk (USSR N 500087, class B60K 7/00, 1972).

Недостатком является сложность конструкции, а также трудоемкость в изготовлении, высокие массо-габаритные показатели.The disadvantage is the complexity of the design, as well as the complexity of manufacturing, high mass and dimensional indicators.

Известно мотор-колесо, на оси которого установлен электродвигатель, связанный с редуктором. Зубчатое колесо, установленное на выходном валу редуктора, находится в зацеплении с цевочным колесом внутреннего зацепления, закрепленным на ободе и образованным роликовой цепью, уложенной в кольцевой торцевой канавке обода и закрытой диском ступицы колеса (RU 2094242 C1, 27.10.1997). Данный аналог выбран в качестве ближайшего.A motor wheel is known, on the axis of which an electric motor is installed, connected with a gearbox. The gear wheel mounted on the output shaft of the gearbox is meshed with the internal gear pin wheel mounted on the rim and formed by a roller chain laid in the ring end groove of the rim and covered by the wheel hub disk (RU 2094242 C1, 10.27.1997). This analogue is selected as the closest.

Недостатком данного изобретения является сложность изготовления, так как состоит из большого количества частей, при тех же характеристиках оно обладает большими массо-габаритными характеристиками, более низким КПД, более низким сроком службы и при данных кинематических схемах невозможность получения низких значений передаточных чисел.The disadvantage of this invention is the complexity of manufacturing, as it consists of a large number of parts, with the same characteristics it has large mass and dimensional characteristics, lower efficiency, lower life and, with these kinematic schemes, the impossibility of obtaining low gear ratios.

В соответствии с настоящим изобретением в корпусе электромотор-редуктора размещается статор электромотор-редуктора, неподвижно закрепленный при помощи полых пальцев, с токопроводящими и токоотводящими проводами внутри, на крышке редуктора, ротор с магнитами, жестко закрепленный на валу, который посредством эксцентрикового подшипника передает вращение на циклоидальные диски - сателлиты. Циклоидальные диски, входя в зацепление с цевками, расположенными на внутренней поверхности корпуса, передают момент на корпус.In accordance with the present invention, a stator of an electric motor-reducer is located in the housing of the electric motor gearbox, fixedly mounted with hollow fingers, with conductive and current-conducting wires inside, on the gearbox cover, a rotor with magnets rigidly fixed to the shaft, which transmits rotation to the shaft by an eccentric bearing cycloidal disks are satellites. Cycloidal disks, entering into engagement with the lugs located on the inner surface of the housing, transmit the moment to the housing.

На фиг. 1 показан один из вариантов исполнения мотор-колеса на базе циклоидального (планетарно-цевочного) редуктора в корпусе.In FIG. 1 shows one embodiment of a motor wheel based on a cycloidal (planetary gear) gearbox in a housing.

На фиг. 2 показан один из вариантов исполнения мотор-колеса на базе циклоидального (планетарно-цевочного) редуктора, вид А-А.In FIG. Figure 2 shows one embodiment of a motor wheel based on a cycloidal (planetary gear) gearbox, type AA.

На фиг. 3 показан один из вариантов исполнения мотор-колеса на базе циклоидального (планетарно-цевочного) редуктора, вид В-В.In FIG. Figure 3 shows one embodiment of a motor wheel based on a cycloidal (planetary gear) gearbox, type B-B.

На фиг. 4 показан один из вариантов исполнения мотор-колеса на базе циклоидального (планетарно-цевочного) редуктора в корпусе с жестко закрепленным валом.In FIG. Figure 4 shows one embodiment of a motor wheel based on a cycloidal (planetary gear) gearbox in a housing with a rigidly fixed shaft.

На фиг. 1 изображен предпочтительный вариант исполнения электромотор-редуктора, имеющего в своем составе корпус 1 с крышкой 1а; крышки редуктора 2 и 2а, соединенные между собой втулками: на крышке 2а располагаются катушки электромагнитов 4 статора, приводящие в движение ротор 5 с магнитами 6, жестко закрепленный на валу 7. Электропитание к катушкам мотор-колеса подводится сквозь втулку 3, связывающую крышки редуктора 2 и 2а. Вращение ротора 5 передается на вал 7, вал, в свою очередь, при помощи жестко закрепленных на нем эксцентриков с подшипниками 9 приводит в движение циклоидальные диски 10, причем использование двух циклоидальных дисков, расположенных диаметрально противоположно относительно друг друга, позволяет увеличить поверхность сцепления циклоидальных дисков с цевками до 66%, обеспечивая большую несущую способность редуктора. Циклоидальные диски 10, входя в зацепление с цевками 12, подвижно закрепленными пальцами 11 и совершающими вращательное движение, передают момент на корпус 1 с шиной 17 мотор-колеса. Вращение колеса осуществляется за счет вращения корпуса. При создании изделий с меньшей нагрузкой допустимо не использовать в конструкции подшипника 14 либо 15.In FIG. 1 shows a preferred embodiment of an electric motor gearbox having a housing 1 with a cover 1a; reducer covers 2 and 2a, interconnected by bushings: on the cover 2a there are coils of electromagnets 4 of the stator, which drive the rotor 5 with magnets 6, rigidly mounted on the shaft 7. The power supply to the motor-coil coils is supplied through the sleeve 3 connecting the covers of the reducer 2 and 2a. The rotation of the rotor 5 is transmitted to the shaft 7, the shaft, in turn, drives the cycloidal disks 10 with rigidly fixed eccentrics with bearings 9, and the use of two cycloidal disks located diametrically opposite to each other, allows to increase the adhesion surface of the cycloidal disks with gears up to 66%, providing a large bearing capacity of the gearbox. Cycloidal disks 10, entering into engagement with the lugs 12, movably secured by the fingers 11 and performing a rotational movement, transmit the moment to the housing 1 with the tire 17 of the motor wheel. The rotation of the wheel is due to the rotation of the housing. When creating products with a lower load, it is permissible not to use 14 or 15 in the design of the bearing.

На фиг. 4 изображен один из вариантов исполнения электромотор редуктора с жестко зафиксированным валом 7. При данной конструкции мотор-колеса катушки электромагнитов 4 располагаются на роторе 5. Подведение электропитания осуществляется через отверстие в валу. Электромагниты 4, войдя в магнитное зацепление с магнитами 7 на статоре 2а, приводят его в движение. Статор 2а также является внутренней крышкой циклоидального редуктора, связанной с внешней крышкой 2 при помощи пальцев 8. Во время вращения статора пальцы 8 входят в контакт с циклоидальными дисками 10, расположенными эксцентрично, при помощи эксцентриковых подшипников 9 на валу и диаметрально противоположно относительно друг друга, приводя их в движение. Циклоидальные диски 10, входя в зацепление с цевками 12, подвижно закрепленными пальцами 11 и совершающими вращательное движение, передают момент на корпус 1 с шиной 17 мотор-колеса. Вращение колеса осуществляется за счет вращения корпуса.In FIG. 4 illustrates one embodiment of a gear motor with a rigidly fixed shaft 7. With this design, the motor-wheel of the coil of electromagnets 4 are located on the rotor 5. The power supply is carried out through an opening in the shaft. The electromagnets 4, having entered into magnetic engagement with the magnets 7 on the stator 2a, set it in motion. The stator 2a is also the inner cover of the cycloidal reducer connected to the outer cover 2 by means of the fingers 8. During rotation of the stator, the fingers 8 come into contact with the cycloidal disks 10 located eccentrically using eccentric bearings 9 on the shaft and diametrically opposed to each other, bringing them into motion. Cycloidal disks 10, entering into engagement with the lugs 12, movably secured by the fingers 11 and performing a rotational movement, transmit the moment to the housing 1 with the tire 17 of the motor wheel. The rotation of the wheel is due to the rotation of the housing.

Приведенное выше описание содержит много особенностей и его не следует понимать, как единственное верное, а скорее как пример для конкретного экземпляра. Возможны различные варианты исполнения данного устройства. Например, изделие может быть выполнено полностью из нержавеющей стали, меди, алюминия, углеродного волокна, пластика и других материалов, обладающих требуемым запасом прочности под необходимые задачи. Использование в конструкции твердых сортов пластика обеспечивает, при сохранении прочности, уменьшение массы изделия и делает систему самосмазывающейся. Также элементы конструкции, подверженные трению, могут быть выполнены с нанесением алмазоподобного трибологического покрытия, способствующего увеличению износостойкости с эффектом сухой смазки. Конструкция электродвигателя может быть выполнена с расположением катушек электромагнитов на статоре, роторе, а также в виде плоского печатного якоря.The above description contains many features and should not be understood as the only true one, but rather as an example for a specific instance. Various versions of this device are possible. For example, the product can be made entirely of stainless steel, copper, aluminum, carbon fiber, plastic and other materials with the required margin of safety for the necessary tasks. The use of hard plastic in the design ensures, while maintaining strength, reducing the mass of the product and makes the system self-lubricating. Also, structural elements susceptible to friction can be performed by applying a diamond-like tribological coating, which contributes to an increase in wear resistance with the effect of dry lubrication. The design of the electric motor can be performed with the arrangement of coils of electromagnets on the stator, rotor, and also in the form of a flat printed armature.

Внедрение данного устройства обеспечивает улучшение мотор-колес на базе циклоидального редуктора. Планетарно-цевочная конструкция обеспечивает лучшие (меньшие по сравнению с аналогами) массо-габаритные показатели, более высокий КПД (92-98%), обусловленный тем, что циклоидальное зацепление работает практически при отсутствии трения-скольжения в кинематических парах, и это обеспечивает малоизносную надежную работу привода в течение длительного срока эксплуатации редуктора, также в циклоидальном зацеплении зуб не подвержен изгибу, а работает только на контакт, поэтому для циклоидального профиля определяющим является контактное напряжение, а не изгибающее, что позволяет передачам с циклоидальным зацеплением передавать большие нагрузки, способность выдерживать кратковременные нагрузки до 500% без разрушения.The introduction of this device provides an improvement in motor wheels based on a cycloidal gearbox. The planetary chain drive design provides better (smaller in comparison with analogs) mass-dimensional indicators, higher efficiency (92-98%), due to the fact that cycloidal engagement works practically in the absence of friction-sliding in kinematic pairs, and this provides reliable wear-resistant the operation of the drive during the long life of the gearbox, also in cycloidal engagement, the tooth is not subject to bending, but only works on contact, therefore, contact stress is decisive for a cycloidal profile of, but not bending that allows transmissions cycloidal transfer large loads, the ability to withstand short-term load up to 500% without breaking.

Claims

1. The motor wheel, containing on the axis an electric motor connected with a planetary gearbox, characterized in that the gearing mechanism is made in the form of a cycloidal gear consisting of a central pinwheel acting as a body-rim, cycloidal disks located eccentrically on the shaft, included in meshing with the sprockets of the central wheel, moreover, two cycloidal disks located diametrically opposed to each other are used.

2. The motor wheel according to claim 1, characterized in that a brushless DC motor located in the housing of the motor wheel is used as the electric motor, driving the cycloidal gearbox.