TWI433436B - Electric wheel gear motor module - Google Patents

Description

電動車輪內齒輪馬達模組

本發明係有關一種電動車輪內齒輪馬達模組，特別是指一種將馬達與齒輪減速機構整合成一體之電動車輪內齒輪馬達模組，其兼具動態平衡性佳、安裝空間小、可變換減速比及裝配容易等優點及功效。

齒輪減速機是一種傳達動力的機構裝置，因具有降低輸出轉速和產生高於馬達輸出軸之扭矩的兩個主要功能，常與馬達作組合搭配，廣泛使用於機器人、自動化生產設備、工具機、電動載具以及電動手工具等需要高扭矩低轉速的應用場合。

一般來說，馬達與齒輪減速機通常係個別製造完成後，再進行連結傳動，故，常存在著以下缺點：

[1]動態平衡性不佳。習知技術之馬達與齒輪減速機係藉由連結達到傳動，並非整合於一體，動態平衡性不佳，容易於傳動時產生振動及噪音。

[2]整體的安裝空間較大：由於馬達與減速齒輪機個别製造後連結，裝設之空間固定而不易變化，無法有效規劃安裝的空間，故，具有安裝空間較大之缺點。

因此，有必要研發新產品，以解決上述缺點及問題。

本發明之目的在於提供一種電動車輪內齒輪馬達模組，其兼具動態平衡性佳、安裝空間小、可變換減速比及裝配容易等優點及功效，用以解決習知技術動態平衡性不佳及整體的安裝空間較大等問題。

本發明解決上述問題之技術手段係提供一種電動車輪內齒輪馬達模組，其包括：一第一殼體，其係具有一第一殼體空間及M個第一行星齒輪樞轉部；一第二殼體，其係具有一第二殼體空間及一環齒輪部；一定子部，其係固定於該第一殼體空間內；該定子部係具有一環狀殼體及複數線圈部，複數線圈部係大體上平均排列的設於該環狀殼體上；一轉子部，其係具有一轉軸、複數永久磁石及一太陽齒輪；該轉軸係具有一第一樞接端及一第二樞接端，該第一樞接端係樞接於該第一殼體上，而該第二樞接端係樞接於該第二殼體上；複數永久磁石係環狀排列的設於該轉軸上，並對應複數線圈部；而該太陽齒輪係設於該轉軸上；及一行星齒輪組，其係具有一行星架及M個行星齒輪；該行星架係固定於該第一殼體上，且具有M個第一行星齒輪固定部；該行星齒輪係具有二軸部及四齒輪部，該齒輪部係樞設於該軸部上，該軸部係具有兩端，其一端係樞接於該第一行星齒輪樞轉部，另一端係固定於該第一行星齒輪固定部，而該齒輪部係分別囓合該環齒輪部及該太陽齒輪；M係為該太陽齒輪之齒數與該環齒輪部之齒數的公因數，且M為一正整數；又，該轉軸係可樞轉的穿設於該行星架上，且該轉子部、該環齒輪部及及該行星架係為共軸。

藉此，當電源供應至該定子部之線圈部中時，該等線圈部產生磁場並與該轉子部之永久磁石產生磁作用，以推動該轉子部轉動，並連動該行星齒輪、該環齒輪部轉動，進而帶動該第二殼體達到轉動。

本發明之上述目的與優點，不難從下述所選用實施例之詳細說明與附圖中，獲得深入瞭解。

茲以下列實施例並配合圖式詳細說明本發明於後：

如第一至第三圖所示，本發明係為一種電動車輪內齒輪馬達模組，其包括：一第一殼體10、一第二殼體20、一定子部30、一轉子部40及一行星齒輪組50。

關於該第一殼體10，其係具有一第一殼體空間11及M個 第一行星齒輪樞轉部12；在設計上，該第一殼體10係由一後馬達蓋10A、一殼部10B、一前馬達蓋10C所組成，並由複數固定螺絲10D進行固定，且該後馬達蓋10A上又固定有一樞轉架10E，該樞轉架10E係以複數樞轉架固定螺絲10F而鎖合於該後馬達蓋10A上。

該第二殼體20係具有一第二殼體空間21及一環齒輪部22；在設計上，該第二殼體20係由該環齒輪部22、一滾珠軸承24、一滾珠軸承外環24A、一環齒輪輸出外殼23、一密封蓋25及一環齒輪固定螺絲26所組成。

關於該定子部30，其係固定於該第一殼體空間11內；該定子部30係具有環狀殼體31及複數線圈部32；該環狀殼體31係由複數矽鋼片311及複數定位銷312組成，該複數定位銷312係固定於該第一殼體10之後馬達蓋10A上；複數線圈部32係大體上平均排列的設於該環狀殼體31上。

該轉子部40係具有一轉軸41、複數永久磁石42及一太陽齒輪43；該轉軸41係具有一第一樞接端411及一第二樞接端412，該第一樞接端411係樞接於該第一殼體10上，而該第二樞接端412係樞接於該第二殼體20上；複數永久磁石42係環狀排列的設於該轉軸41上，並對應複數線圈部32；而該太陽齒輪43係設於該轉軸41上；在設計上，該轉軸41之第二樞接端412係套設有一滾子軸承412A及鎖合一堡型螺帽412C，並設有一墊片412B。

而該行星齒輪組50係具有一行星架51及M個行星齒輪52；該行星架51係固定於該第一殼體10上(固定不動)，且具有M個第一行星齒輪固定部511及複數複數行星架固定螺絲512，該行星架固定螺絲512係用以將該行星架51固定於該第一殼體10之前馬達蓋10C上；該行星齒輪52係具有二軸部521及四齒輪部522，該齒輪部522係樞設於該軸部521上，該軸部521係具有兩端，其一端係樞接該第一行星齒輪樞轉部12，另一端係固定於該第一行星齒輪固定部511(該軸部521又具有一滾針軸承521A及一軸部固定銷521B)，而該齒輪部522係分別囓合該環齒輪部22及該太陽齒輪43；M係為該太陽齒輪43之齒數與該環齒輪部22之齒數的公因數，且M為一正整數；又，該轉軸41係可樞轉的穿設於該行星架51上，且該轉子部40、該環齒輪部22及該行星架51係為共軸(以該轉子部40之轉軸41作為軸心達到連結，動態平衡性佳)。

藉此，當電源供應至該定子部30之線圈部32中時，該等線圈部32產生磁場並與該轉子部40之永久磁石42產生磁作用，以推動該轉子部40轉動，並連動該行星齒輪52、該環齒輪部22轉動，進而帶動該第二殼體12達到轉動。

關於該行星齒輪52的數量(M)，其係為該太陽齒輪43之齒數與該環齒輪部22之齒數的公因數，且M為一正整數；舉例來說，假設該太陽齒輪43之齒數為十二齒，該環齒輪部22之齒數為四十四齒，則該行星齒輪52之數量M即為為十二及四十四的公因數，也就是該行星齒輪52的數量(M)可為兩個或四個。

更詳細的說，該第二殼體20即為一動力輸出部，其係經由該43太陽齒輪43而將該轉子部40產生之動力輸入至該行星齒輪52，最後再由該環齒輪部22作動力輸出，使該第二殼體20轉動。

本發明之齒輪傳動減速比方面，係以下列之實施例進行說明：如第四圖所示，假設該太陽齒輪43之齒數為十二齒，該環齒輪部22之齒數為四十四齒，而該行星齒輪52之數量(M)為四個，且每一行星齒輪52之齒數為十六齒；根據相對速度法可知：

12ω _sg +44ω _rg =56ω _carrier (輪系方程式)；

由於該行星架51係固定於該第二殼體20中，故ω _carrier =0；代入輪系方程式可得：12ω _sg =-44ω _rg ；而減速比gr(gear ratio)===-3.6667；其中，ξ _{rg _ sg} 為該環齒輪部22至該太陽齒輪43之輪系值；ω _sg 為該太陽齒輪43之角度速；ω _rg 為該環齒輪部22之角速度；ω _carrier 為該行星架51之角速度；N _sg 為該太陽齒輪43之齒數；N _rg 為該環齒輪部22之齒數；N _p 為該行星齒輪52之齒數。

關於該第二殼體20，其又包括一環齒輪輸出外殼23(如第一及第二A圖所示)，其係固定於該環齒輪部22上，用以鎖固車輪輪圈71(如第五A及第五B圖所示，其係本發明與車輪70鎖固之示意圖)；也就是說，當該轉子部40產生之動力輸入至該行星齒輪52，最後再由該環齒輪部22作動力輸出而使該第二殼體20轉動時，係會使得該環齒輪輸出外殼23同步轉動，進而帶動車輪70轉動；在設計上，該環齒輪輸出外殼23係具有複數輪圈固定螺絲231，用以鎖合車輪輪圈71，達到該環齒輪輸出外殼23與車輪70之固定。

關於該太陽齒輪43、該行星齒輪52及該環齒輪部22之型式，係可為螺旋齒輪或正齒輪配合。

關於本發明之特點，係至少包括下列四種：

[a]行星齒輪數量設計。本發明之行星齒輪52之數量，係為該太陽齒輪43之齒數與該環齒輪部22之齒數的公因數。

[b]共軸設計。本發明之該轉子部40、該環齒輪部22及該行星架51係為共軸設計，動態平衡特性佳，可有效降低振動與噪音。

[c]更改減速比。本發明只需改變該太陽齒輪43、該環齒輪部22或該行星齒輪52之齒數，即可變更齒輪減速比。

[d]機構整合。本發明將馬達(也就是由該定子部30及該轉子部40構成之無刷馬達)與該行星齒輪組50整合成一體，可縮小輪內馬達(即本發明)之軸向與徑向體積。

另外，如第六圖所示，本發明之又包括一轉向懸吊架60及一馬達轉向拉桿80；該轉向懸吊架60係具有係固定於電動車上，而該第一殼體10係樞接於該轉向懸吊架60上；該轉向懸吊架60係具有一上臂61、一下臂62及一避震器63；而該馬達轉向拉桿80係設於電動車上，用以控制該第一殼體10於該轉向懸吊架60上之轉動角度。

更詳細的說，該第一殼體10係以該樞轉架10E樞接於該轉向懸吊架60之上臂61、下臂62及該馬達轉向拉桿80；藉此，利用該馬達轉向拉桿80之直線位置變化，而控制該第一殼體10之轉向及角度(也就是本發明之電動車輪內齒輪馬達模組於該轉向懸吊架60上轉動)。

以電動車左前方車輪來說，如第七A圖所示，當該馬達轉向拉桿80位於一第一位置P1時，該第一殼體10係往一第一方向A1轉動一預定角度θ，也就是右轉；如第七B圖所示，當該馬達轉向拉桿80位於一第二位置P2時，該第一殼體10係為不轉動之狀態，也就是直行；如第七C圖所示，當該馬達轉向拉桿80位於一第三位置P3時，則該第一殼體10係往一第一方向A2轉動一預定角度θ，也就是左轉。

綜上所述，本發明之優點及功效可歸納為：

[1]　動態平衡性佳。習知技術之馬達與齒輪減速機係藉由連結達到傳動，並非整合於一體，動態平衡性不佳，容易於傳動時產生振動及噪音；而本發明之轉子部40、該環齒輪部22及該行星架51係為共軸之設計，動態平衡性佳，可降低振動與噪音。

[2]安裝空間小。本發明之馬達(也就是由該定子部30及該轉子部40構成之無刷馬達)與該行星齒輪組50整合成一體，可縮小輪內馬達(即本發明)之軸向與徑向體積，故，具有安裝空間小之優點。

[3]可變換減速比。本發明在設計上，只需改變該太陽齒輪43、該環齒輪部22或該行星齒輪52之齒數，即可變更齒輪減速比。

[4]裝配容易。本發明之行星齒輪52數量(M)為該太陽齒輪43之齒數與該環齒輪部22之齒數的公因數，可以減少因該行星齒輪52相位誤差問題造成的裝配困難。

以上僅是藉由較佳實施例詳細說明本發明，對於該實施例所做的任何簡單修改與變化，皆不脫離本發明之精神與範圍。

由以上詳細說明，可使熟知本項技藝者明瞭本發明的確可達成前述目的，實已符合專利法之規定，爰提出發明專利申請。

10．．．第一殼體

10A．．．後馬達蓋

10B．．．殼部

10C．．．前馬達蓋

10D‧‧‧固定螺絲

10E‧‧‧樞轉架

10F‧‧‧樞轉架固定螺絲

11‧‧‧第一殼體空間

12‧‧‧第一行星齒輪樞轉部

20‧‧‧第二殼體

21‧‧‧第二殼體空間

22‧‧‧環齒輪

23‧‧‧環齒輪輸出外殼

231‧‧‧固定螺絲

24‧‧‧滾珠軸承

24A‧‧‧滾珠軸承外環

25‧‧‧密封蓋

26‧‧‧環齒輪固定螺絲

30‧‧‧定子部

31‧‧‧環狀殼體

311‧‧‧矽鋼片

312‧‧‧定位銷

32‧‧‧線圈部

40‧‧‧轉子部

41‧‧‧轉軸

411‧‧‧第一樞接端

412‧‧‧第二樞接端

412A‧‧‧滾子軸承

412B‧‧‧墊片

412C‧‧‧堡型螺帽

42‧‧‧永久磁石

43‧‧‧太陽齒輪

50‧‧‧行星齒輪組

51‧‧‧行星架

511‧‧‧第一行星齒輪固定部

512‧‧‧行星架固定螺絲

52‧‧‧行星齒輪

521‧‧‧軸部

521A‧‧‧滾針軸承

521B‧‧‧軸部固定銷

522‧‧‧齒輪部

60‧‧‧轉向懸吊架

61‧‧‧上臂

62‧‧‧下臂

63‧‧‧避震器

70‧‧‧車輪

71‧‧‧車輪輪圈

80‧‧‧馬達轉向拉桿

P1‧‧‧第一位置

P2‧‧‧第二位置

P3‧‧‧第三位置

θ‧‧‧預定角度

A1‧‧‧第一方向

A2‧‧‧第二方向

第一圖係本發明之電動車輪內齒輪馬達模組之分解示意圖

第二A圖係本發明之電動車輪內齒輪馬達模組之示意圖

第二B圖係本發明之電動車輪內齒輪馬達模組之剖視示意圖

第三圖係本發明之電動車輪內齒輪馬達模組之局部剖視示意圖

第四圖係本發明之電動車輪內齒輪馬達模組之齒輪連動關係之示意圖

第五A圖係本發明裝設於一車輪之視角一之示意圖

第五B圖係本發明裝設於一車輪之視角二之示意圖

第六圖係本發明之轉向懸吊架及馬達轉向拉桿之組裝示意圖

第七A圖係本發明之車輪轉向狀態一之示意圖

第七B圖係本發明之車輪直行狀態之示意圖

第七C係本發明之車輪轉向狀態二之示意圖

10．．．第一殼體

10A．．．後馬達蓋

10B．．．殼部

10C．．．前馬達蓋

10D．．．固定螺絲

10E．．．樞轉架

11．．．第一殼體空間

20．．．第二殼體

21．．．第二殼體空間

22．．．環齒輪

23．．．環齒輪輸出外殼

24．．．滾珠軸承

24A．．．滾珠軸承外環

30．．．定子部

31．．．環狀殼體

32．．．線圈部

40．．．轉子部

41．．．轉軸

412A．．．滾子軸承

412B．．．墊片

412C．．．堡型螺帽

42．．．永久磁石

43．．．太陽齒輪

50．．．行星齒輪組

51．．．行星架

511．．．第一行星齒輪固定部

52．．．行星齒輪

521．．．軸部

522．．．齒輪部

Claims (5)

1. 一種電動車輪內齒輪馬達模組，其包括：一第一殼體，其係具有一第一殼體空間及M個第一行星齒輪樞轉部；一第二殼體，其係具有一第二殼體空間及一環齒輪部；一定子部，其係固定於該第一殼體空間內；該定子部係具有一環狀殼體及複數線圈部，複數線圈部係大體上平均排列的設於該環狀殼體上；一轉子部，其係具有一轉軸、複數永久磁石及一太陽齒輪；該轉軸係具有一第一樞接端及一第二樞接端，該第一樞接端係樞接於該第一殼體上，而該第二樞接端係樞接於該第二殼體上；複數永久磁石係環狀排列的設於該轉軸上，並對應複數線圈部；而該太陽齒輪係設於該轉軸上；及一行星齒輪組，其係具有一行星架及M個行星齒輪；該行星架係固定於該第一殼體上，且具有M個第一行星齒輪固定部；該行星齒輪係具有二軸部及四齒輪部，該齒輪部係樞設於該軸部上，該軸部係具有兩端，其一端係樞接於該第一行星齒輪樞轉部，另一端係固定於該第一行星齒輪固定部，而該齒輪部係分別囓合該環齒輪部及該太陽齒輪；M係為該太陽齒輪之齒數與該環齒輪部之齒數的公因數，且M為一正整數；又，該轉軸係可樞轉的穿設於該行星架上，且該轉子部、該環齒輪部及及該行星架係為共軸；藉此，當電源供應至該定子部之線圈部中時，該等線圈部產生磁場並與該轉子部之永久磁石產生磁作用，以推動該轉子部轉動，並連動該行星齒輪、該環齒輪部轉動，進而帶動該第二殼體達到轉動。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電動車輪內齒輪馬達模組，其中，該第二殼體又具有一環齒輪輸出外殼，其係固定於該環齒輪部上，用以鎖固車輪輪圈。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電動車輪內齒輪馬達模組，其中，該太陽齒輪、該環齒輪部及該行星齒輪之齒輪部係為螺旋齒輪。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電動車輪內齒輪馬達模組，其中，該太陽齒輪、該環齒輪部及該行星齒輪之齒輪部係為正齒輪。
5. 如申請專利範圍第1項所述之電動車輪內齒輪馬達模組，其又包括一轉向懸吊架及一馬達轉向拉桿；該轉向懸吊架係具有係固定於電動車上，該第一殼體係樞接於該轉向懸吊架上；而該馬達轉向拉桿係設於電動車上，用以控制該第一殼體於該轉向懸吊架上之轉動角度。