一种谐波减速模组的制作方法

1.本发明涉及电机执行系统技术领域，更具体地说，本发明涉及一种谐波减速模组。


背景技术：

2.谐波减速模组是系统中的执行元件，它将控制器发出的位置指令转变为自身的旋转运动，进而驱动或者带动末端元器件实现某些运动动作。目前，市面上的谐波减速模组的结构主要由以下几个部分组成，谐波减速器部分，制动器部分(可选)，电机部分，驱动控制部分(可选)。电机部分和谐波减速器部分的动力传递有两种形式，一种是结构上电机的输出轴与减速器的波发生器两者独立，通过螺钉直连或者通过联轴器连接；另一种是将波发生器与电机输出轴做成一个零件，这样就省去了中间的连接装置。
3.这两种结构各有自己的优劣，前一种因为是单独的高速轴，可以通过动平衡配平使得电机的高速运行的振动和噪音得到很大改善，缺点是需要通过增加零件的精度来补偿轴与波发生器的连接带来的误差；后一种虽然是将轴与波发生器做成一个整体零件了，但是这种情况下受限于结构没法对轴作动平衡，轴系结构上也要依赖减速器的支撑，导致整机的动态性能很难达到高质量。制动器部分在原理上可分为励磁制动器与非励磁制动器，可根据整体轴系的布置放置于模组的近减速器端或者是近电机端，主要功能就是在模组掉电情况下能对电机轴进行制动，防止发生危险情况。
4.励磁制动器与非励磁制动器也是根据使用情况各有优劣，励磁制动器为脱开时需要给制动器一个高电压脉冲，然后利用占空比维持制动器的吸力，这样可以把制动器做成中空，体积小而且薄，非励磁制动器的供电就是一个恒定的电压，相同的电压和体积下比励磁制动器所能提供的额定制动力矩要小，但是励磁制动器需要在电路上匹配一个整流器来使用，成本上增加不少。驱动控制部分，可以根据用户的使用环境与场景来确定是否安装。谐波减速模组可以看作是一种小体积，高集成，高精度，大扭矩的组合型对外旋转输出机构，用户可以根据自己的实际使用场景来挑选合适的模组。目前，在某些应用场合下，既要求模组整机动态性能好，又要求整机体积小，长度小，重量轻，还需要整机能集成制动器，双编码器，驱动器，这就对整机的结构设计与集成度提出了更高的要求，因此急需一款满足上述需求的谐波减速模组来适应市场需要。
5.本发明是对在先申请的进一步改进，在先申请公开号：cn111673486a，专利名称：三次谐波数控转台。


技术实现要素：

6.为了克服上述缺陷，本发明提供一种谐波减速模组，具体采用如下的技术方案：
7.一种谐波减速模组，包括：
8.驱动件，所述驱动件包括电机壳和无框力矩电机件，所述无框力矩电机件设置在所述电机壳内；
9.谐波减速输出件，其设置在所述驱动件上，所述谐波减速输出件包括谐波减速件
和输出件，所述谐波减速件设置在所述电机壳上，所述输出件设置在所述谐波减速件上；所述谐波减速件包括谐波减速器，所述谐波减速器设置在所述电机壳内；
10.制动件，其设置在所述驱动件上，能够对所述无框力矩电机件实时制动；
11.监测控制件，其设置在所述驱动件上，所述监测控制件包括监测件和控制件，所述监测件和所述控制件均设置在所述电机壳上；
12.其中：所述无框力矩电机件向所述谐波减速件传动，所述谐波减速件减速后传动至所述输出件输出做功，所述控制件通过所述监测件实时监测所述无框力矩电机件转速和所述输出件转速，进而实时控制转速。
13.优选地，所述无框力矩电机件包括定子、转轴和后侧轴承，所述定子压装在所述电机壳内腔中，所述后侧轴承外圈固定嵌装在所述电机壳内腔的轴承室内，并且所述后侧轴承自由端的所述电机壳内腔设置有轴承压板。
14.优选地，所述转轴一端固定嵌装在所述后侧轴承内圈中，所述转轴另一端插入所述定子内圈中，并且所述转轴另一端外侧面上套装有磁轭，所述磁轭外侧面上粘覆有磁钢片。
15.优选地，所述谐波减速件还包括旋转基座和连接轴，所述谐波减速器包括刚轮、柔轮和波发生器，所述旋转基座设置在所述电机壳上，所述刚轮设置在所述旋转基座上，所述柔轮设置在所述刚轮上，所述波发生器设置在所述柔轮上，所述连接轴设置在所述波发生器上。
16.优选地，所述旋转基座的刚轮和所述柔轮一端同时紧固在所述电机壳一端第一直口平面上，所述刚轮紧固在所述旋转基座的内圈上，所述柔轮另一端嵌装在所述刚轮内圈，所述波发生器嵌装在所述柔轮另一端内；所述连接轴一端穿过所述转轴后固定连接在所述波发生器上，所述连接轴另一端固定连接在所述转轴上。
17.优选地，所述输出件包括输出法兰，所述输出法兰和所述刚轮之间设置有第一o型圈，所述输出法兰的阶梯轴段与所述波发生器的轴承室之间设置有前侧轴承，所述输出法兰的空心轴穿过所述连接轴。
18.优选地，所述制动件包括制动器端盖、绕线骨架、复位弹簧、衔铁、定位件和摩擦片，所述制动器端盖紧固在所述电机壳左侧第二直口平面上，并且所述制动器端盖与所述柔轮之前设置有第二o型圈，同时所述制动器端盖和所述连接轴之间设置有第二油封，所述绕线骨架上绕置有线圈；所述绕线骨架设置在所述制动器端盖的环形深槽内，并且所述制动器端盖的环形深槽位于所述柔轮一端的空腔内。
19.优选地，所述复位弹簧嵌装在所述制动器端盖近内圈的弹簧孔内，所述衔铁上设置有轴向的导向槽口，所述定位件包括定高管和定高螺丝，所述定高管呈阶梯状，所述定高管一端嵌装在所述导向槽口内，并且所述定高管通过所述定高螺丝紧固在所述制动器端盖上；所述摩擦片紧固在所述磁轭端面上，并且所述摩擦片与所述衔铁具有预定间距。
20.优选地，所述监测件包括过渡压块和双编码器，所述过渡压块固定设置在所述转轴一端端面上，所述双编码器包括高速码盘、低速码盘和读数头芯片，所述高速码盘固定在所述过渡压块上，所述低速码盘设置在所述输出法兰的空心轴自由端上，所述读数头芯片设置在所述控制件上。
21.优选地，所述控制件包括驱动电路板和驱动防护罩，所述驱动电路板和所述驱动
防护罩均安装在所述电机壳另一端端面上，所述驱动电路板上与所述高速码盘和所述低速码盘对应的环形投影面上布置着所述读数头芯片，所述驱动防护罩的内表面起到对驱动电路板的保护与散热作用。
22.本发明至少包括以下有益效果：
23.1)本发明谐波减速模组结构紧凑、设计合理、体积小、重量轻、噪音低、集成度高、传动精度高、可靠性好和整体动态性能优异；
24.2)本发明谐波减速模组设置了谐波减速器和驱动件，谐波减速器采用多次谐波原理有效提高了传动精度和承载刚性；所述驱动件采用无框力矩电机方式提供动力，配备双编码器嵌套驱动件和输出件上，对电机进行高速端速度环与低速端输出位置环的全闭环控制，利用插补算法使得整机的旋转精度进一步提升；本谐波减速模组采用的内置驱动件、谐波减速输出件、制动件和监测控制件于一体，一方面使得整机的走线变得非常简洁，另一方面高度的集成性使得信号传递的损耗与干扰可以尽可能的降低，再一方面功能上支持市面上多种通讯协议，做到即装即用，真正做到整机体积小，长度小，重量轻，还能集成制动器，双编码器，驱动器的谐波减速模组。
25.本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
26.图1为本发明谐波减速模组主视图；
27.图2为本发明谐波减速模组左侧视图；
28.图3为本发明谐波减速模组左侧立体结构示意图；
29.图4为本发明谐波减速模组右侧立体结构示意图；
30.图5为本发明谐波减速模组爆炸图的左侧立体结构示意图；
31.图6为本发明谐波减速模组爆炸图的右侧立体结构示意图；
32.图7为本发明谐波减速模组图2中a-a方向剖面主视图；
33.图8为本发明谐波减速模组图7中i的局部放大图；
34.图9为本发明谐波减速模组图2中a-a方向剖面立体结构示意图。
35.其中：1-电机壳，2-定子，3-转轴，4-后侧轴承，5-轴承压板，6-磁轭，7-磁钢片，8-旋转基座，9-刚轮，10-柔轮，11-波发生器，12-连接轴，13-第一油封，14-输出法兰，15-第一o型圈，16-前侧轴承，17-制动器端盖，18-绕线骨架，19-复位弹簧，20-衔铁，21-摩擦片，22-第二o型圈，23-第二油封，24-线圈，25-定高管，26-定高螺丝，27-过渡压块，28-高速码盘，29-低速码盘，30-读数头芯片，31-驱动电路板，32-驱动防护罩，33-驱动件，34-谐波减速输出件，35-制动件，36-监测控制件，37-预定间距。
具体实施方式
36.以下将参照附图，通过实施例方式详细地描述本发明的技术方案。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。
37.本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，单独存在b，同时存在a和b三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，a/和b，可以表示：单独存在a，单独存在a和b两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。
38.根据图1-图9所示，一种谐波减速模组，包括驱动件33、谐波减速输出件34、制动件35和监测控制件36，所述谐波减速输出件34、所述制动件35和所述监测控制件36均设置在所述驱动件33上。所述驱动件33包括电机壳1、定子2、转轴3和后侧轴承4，所述定子2和所述后侧轴承4均设置在所述电机壳1上，所述转轴3设置在所述后侧轴承4上。所述电机壳1内腔总体呈管状，所述定子2压装在所述电机壳1内腔中，所述后侧轴承4外圈固定嵌装在所述电机壳1内腔的轴承室内，所述电机壳1内腔设置有轴承压板5，所述轴承压板5一端抵在所述后侧轴承4的外圈自由端上，以防止所述后侧轴承4轴向移动，提高转轴3转动稳定性。
39.所述转轴3呈凸台管状，所述转轴3一端外径大于所述转轴3另一端外径，并且所述转轴3另一端外径小于所述定子2内圈直径，所述转轴3一端固定嵌装在所述后侧轴承4内圈中，所述转轴3另一端插入所述定子2内圈中，并且所述转轴3轴线与所述定子2轴线重合。所述转轴3另一端外侧面上套装有磁轭6，所述磁轭6通过第一螺钉沿轴向紧固在所述转轴3上。所述磁轭6外侧面上沿周向通过胶粘工艺覆盖有磁钢片7。所述定子2、所述转轴3、所述磁轭6和所述磁钢片7共同组成无框力矩电机，当定子2通入电流产生磁场时，将推动磁钢片7带动所述转轴3周向旋转输出做功。
40.所述谐波减速输出件34包括谐波减速件和输出件，所述谐波减速件设置在所述驱动件33上，所述输出件设置在所述谐波减速件上。所述谐波减速件包括旋转基座8、刚轮9、柔轮10、波发生器11和连接轴12，所述旋转基座8设置在所述电机壳1上，所述刚轮9设置在所述旋转基座8上，所述柔轮10设置在所述刚轮9上，所述波发生器11设置在所述柔轮10上，所述连接轴12设置在所述波发生器11上。所述旋转基座8为交叉滚子轴承，所述旋转基座8的外圈和所述旋转基座8的内圈之间的槽口处设置有第一油封13，所述第一油封13能够防止内部油脂外泄。所述旋转基座8的刚轮9和所述柔轮10一端通过第二螺钉紧固在所述电机壳1一端第一直口平面上，所述刚轮9通过直口和第三螺钉与所述交叉滚子轴承内圈固定连接。所述柔轮10另一端嵌装在所述刚轮9内圈，所述波发生器11嵌装在所述柔轮10另一端内。所述连接轴12呈空心管状，所述连接轴12外径小于所述转轴3内径，所述连接轴12一端固定连接在所述波发生器11上，所述连接轴12另一端通过第四螺钉固定连接在所述转轴3上，并且所述连接轴12轴线与所述转轴3轴线重合，进而使所述连接轴12随转轴3转动而转动，最总通过所述连接轴12带动所述波发生器11转动。
41.由波发生器11的运行原理，波发生器11的柔性轴承外圈发生规律性的变形挤压柔轮10的外齿与刚轮9的内齿啮合，随着连接轴12的连续性转动，进而使得柔轮10和刚轮9之间发生连续所谓的“错齿运动”，最终由刚轮9带动所述输出件减速输出运动。本案中由刚轮9、柔轮10、波发生器11构成的谐波减速器不同于传统意义上的二次谐波，而是多次谐波，这就使得本谐波减速器在运行过程中柔轮10和刚轮9之间的啮合点由传统的两点变为多点，使得同一时间的啮合齿数更多，支撑点更多，这就有效提高了减速器的精度和刚性。
42.所述输出件包括输出法兰14，所述输出法兰14通过第五螺钉与所述刚轮9固定连接。所述输出法兰14和所述刚轮9之间设置有第一o型圈15，所述第一o型圈15能够使所述刚轮9和所述输出法兰14之间保持静密封，所述输出法兰14的阶梯轴段与所述波发生器11的
轴承室之间设置有前侧轴承16，所述前侧轴承16内圈与所述输出法兰14的阶梯轴段配合，所述前侧轴承16外圈与所述波发生器11的轴承室配合，对整个高速轴系起到支撑作用。所述输出法兰14的空心轴外径小于所述连接轴12内径，所述输出法兰14的空心轴段长度大于所述连接轴12长度。所述输出法兰14的空心轴插入所述连接轴12内，并且所述输出法兰14的空心轴轴线与所述连接轴12轴线重合。所述输出法兰14的空心轴能够为客户穿过线缆或者气管使用，提高所述谐波减速模组布置线缆和气管的有序性。
43.所述制动件35包括制动器端盖17、绕线骨架18、复位弹簧19、衔铁20、定位件和摩擦片21，所述制动器端盖17设置在所述电机壳1上，所述绕线骨架18、所述衔铁20、所述复位弹簧19和所述定位件均设置在所述制动器端盖17上，所述摩擦片21设置在所述驱动件33上。所述制动器端盖17由第六螺钉紧固在所述电机壳1左侧第二直口平面上。并且所述制动器端盖17与所述柔轮10之前设置有第二o型圈22，所述第二o型圈22能够使所述制动器端盖17与所述柔轮10之间保持静密封，以防止减速器内部的油脂漏出。同时所述制动器端盖17和所述连接轴12之间设置有第二油封23，所述第二油封23能够对所述连接轴12和所述制动器端盖17间起到动态密封作用。所述绕线骨架18上绕置有线圈24。所述绕线骨架18通过灌封工艺固定在所述制动器端盖17的环形深槽内，并且所述制动器端盖17的环形深槽位于所述柔轮10一端的空腔内，以提高所述电机壳1内空间利用率和降低所述谐波减速模组的整体体积。
44.所述复位弹簧19嵌装在所述制动器端盖17近内圈的弹簧孔内，所述复位弹簧19一端与所述弹簧孔底面接触，所述复位弹簧19另一端顶在所述衔铁20的一端面上，当驱动件33处于转动状态时，所述线圈24内通电产生磁场，以吸引所述衔铁20压缩所述复位弹簧19。所述衔铁20的外边沿设置有轴向的导向槽口，所述导向槽口设置有四个，四个所述导向槽口沿所述衔铁20周向均匀分布。所述定位件包括定高管25和定高螺丝26，所述定高管25呈阶梯轴状，所述定高管25一端外径大于所述定高管25另一端外径，并且所述定高管25一端外径大于所述导向槽口内径，同时所述定高管25另一端长度不小于所述衔铁20厚度和所述衔铁20另一端面至摩擦片21间距之和。所述定高管25另一端嵌装在所述导向槽口内，并且所述定高管25另一端与所述导向槽口配合，同时所述定高管25通过所述定高螺丝26紧固在所述制动器端盖17上。所述定高管25既能够阻止所述衔铁20周向转动，以能够为所述衔铁20提供轴向移动的导向。所述摩擦片21通过第七螺钉紧固在所述磁轭6端面上，并且所述摩擦片21自由端面与所述衔铁20另一端面具有预定间距37。
45.当线圈24接通电源后，所述线圈24将产生环形磁场形成对衔铁20的吸力，衔铁20的一端面由于吸力的作用向左运动直至和制动器端盖17的右侧平面接触，衔铁20向左运动过程中将压缩所述复位弹簧19，此时衔铁20的另一端面与摩擦片21脱离接触，并且保持预定间距37，从而电机可以正常运转。当线圈24断电后，所述线圈24将失去对所述衔铁20的吸力，此时所述复位弹簧19复位并推动所述衔铁20沿所述定高管25向右侧移动，直至紧密压合在摩擦片21上产生制动力矩，从而对整个电机轴系起到制动作用，此时衔铁20一端面和制动器端盖17的右侧平面之间就产生一定的间距，其大小与预定间距37相等。所述制动件35的设计方式能够提高制动件35运行稳定性，提高空间利用率和制动力矩，也非常适合使用在中空轴系的安装情况内。
46.所述监测控制件36包括监测件和控制件，所述监测件和所述控制件均设置在所述
驱动件33上。所述监测件包括过渡压块27和双编码器，所述过渡压块27固定设置在所述转轴3一端端面上，并且随所述转轴3转动而转动。所述双编码器包括高速码盘28、低速码盘29和读数头芯片30，所述高速码盘28固定在所述过渡压块27上，所述低速码盘29设置在所述输出法兰14的空心轴自由端上，所述读数头芯片30设置在所述控制件上。
47.所述控制件包括驱动电路板31和驱动防护罩32，所述驱动电路板31和所述驱动防护罩32均安装在所述电机壳1另一端端面上，所述驱动电路板31上与所述高速码盘28和所述低速码盘29对应的环形投影面上布置着两颗所述读数头芯片30，用来收集高速码盘28和低速码盘29的位置信息，驱动电路板31根据这些位置信息形成对整机的速度环和位置环的闭环控制，从而实时控制整机的高精度稳定的运行。所述驱动防护罩32的内表面起到对驱动电路板31的保护与散热作用。
48.所述驱动件33的动力线和制动件35的控制线通过电机壳1外侧壁厚上开的轴向贯穿孔连接到最后端的驱动电路板31上，实现供电和控制功能。
49.本谐波减速模组采用的谐波减速器采用多次谐波原理，不同于普通的二次谐波原理，可以比普通的谐波减速模组提供更高的运动精度和更高的承载刚性；本谐波减速模组采用的制动件35利用励磁制动器原理，使得制动件35占用空间小，性能可靠稳定，制动力矩比市面上使用的无摩擦片21制动方式大，并且很巧妙的利用了谐波减速器的内腔空间，不占用整机的额外空间，进一步的缩小了整机的体积和尺寸；本谐波减速模组采用的配双码盘嵌套式的无框力矩电机，一方面无框力矩电机的高转矩密度特性使得其在同样体积下的输出力矩比普通电机大的多，另一方面其超低齿槽转矩，使得整机在低转速下依然具有较低的转矩纹波，保证整机的低噪音和低振动；再一方面，配备双编码器嵌套驱动件33和输出件上，对电机进行高速端速度环与低速端输出位置环的全闭环控制，利用插补算法使得整机的旋转精度进一步提升；本谐波减速模组采用的内置驱动件33、谐波减速输出件34、制动件35和监测控制件36于一体，一方面使得整机的走线变得非常简洁，另一方面高度的集成性使得信号传递的损耗与干扰可以尽可能的降低，再一方面功能上支持市面上多种通讯协议，做到即装即用。真正做到整机体积小，长度小，重量轻，还能集成制动器，双编码器，驱动器的谐波减速模组。
50.尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。