电动机和机器人

技术领域

本公开的实施例总体涉及电动机领域，具体涉及电动机和包括电动机的机器人。

背景技术

随着工业机器人的发展，要求工业机器人用的电动机(例如伺服电动机)具有高的功率密度、小的体积。电动机通常承受交变径向力、切向力和轴向力，然而，受电动机体积限制，承载这些力的轴承尺寸要求尽量小。此外，在一些情况下还存在电动机的散热条件不良的问题。

因此，需要提供一种改进的电动机，使其兼具紧凑结构和良好的散热性能。

发明内容

根据本公开的实施例，提供了一种电动机，其具有紧凑的结构和良好的散热性能。

在本公开的第一方面中，提供了一种电动机。该电动机包括：转轴，包括被配置为输出旋转运动的前端以及与前端相对的后端；转子，在前端和后端之间固定在转轴上；定子，围绕转子固定在电动机的壳体上；前轴承，靠近前端套设在转轴上；后轴承，靠近后端套设在转轴上；以及弹性的前挡圈，套设在转轴上，并且在前轴承的靠近前端的一侧抵靠前轴承的外圈；其中转轴还包括前台肩，在前轴承的远离前端的一侧抵靠前轴承的内圈。

根据本公开的实施例，通过弹性的前挡圈以及前台肩的设计，转轴上经受的力的至少一部分可以传递至后轴承并由后轴承来承载。由此，电动机的后轴承的载荷能力被充分利用，这可以减小前轴承的尺寸，使得电动机整体具有减小的尺寸并且提高了电动机对外力的承载能力。

在一些实施例中，电动机还包括前端盖，前端盖靠近前端连接到壳体，并且包括用于容纳前轴承的第一腔室；其中前挡圈被容纳在第一腔室中。利用弹性的前挡圈，本公开的实施例既能实现前轴承的轴向定位，又可以在装配过程中将前轴承抵靠在前台肩上，由此提高装配效率。

在一些实施例中，前轴承的外圈的周向表面粘接至第一腔室的内壁。根据本公开的实施例，前轴承的外周向表面与第一腔室的内壁粘接，能够解决传统铝合金轴承室内的轴承外圈在高温时周向滑动的问题，提高了电动机和轴承的可靠性。

在一些实施例中，前端盖还包括径向设置的第一注胶孔；其中第一腔室的内壁还包括第一储胶槽，第一储胶槽与第一注胶孔连通并且用于容纳胶水。利用胶水，既能实现轴承外圈与第一腔室的周向固定，又能解决传统铝合金轴承室内的轴承外圈在高温时周向滑动的问题。

在一些实施例中，前端盖的朝向定子的侧表面与定子之间填充有导热材料。定子与前端盖的侧表面之间填充导热材料(例如高导热系数的胶水)，能够降低电动机绕组与前端盖之间的热阻，提高电动机的散热性能。

在一些实施例中，前端盖还包括：油封腔室，用于容纳沿转轴的轴向间隔布置的两个油封；以及通道，沿前端盖的径向延伸，并且与油封腔室连通。利用该通道，设置在通道内或通道外的传感器能够检测经由该通道泄漏的油，进而提供油封异常或失效的警报。

在一些实施例中，定子的一部分沿转轴的轴向延伸到前轴承的径向外侧。通过使电动机定子占用前轴承径向外侧的空间，能够节省定子和前轴承二者所占据的空间，进一步使电动机小型化。

在一些实施例中，转轴还包括后台肩，后台肩在后轴承的远离后端的一侧抵靠后轴承的内圈。利用后台肩可以准确地实现后轴承的轴向定位。

在一些实施例中，电动机还包括后挡圈，后挡圈安装在转轴上，并且在后轴承的靠近后端的一侧抵靠后轴承的内圈。利用后挡圈可以准确地实现后轴承的轴向定位。

在一些实施例中，电动机还包括后端盖，后端盖靠近后端被连接到壳体，并且包括用于容纳后轴承的第二腔室；其中后轴承的外圈的周向表面粘接至第二腔室的内壁。通过粘接的方式，能够解决传统铝合金轴承室内的轴承外圈在高温时周向滑动的问题，提高了电动机和轴承的可靠性。

在一些实施例中，后端盖还包括轴向设置的第二注胶孔；其中第二腔室的内壁还包括第二储胶槽，第二储胶槽与第二注胶孔连通并且用于容纳胶水。利用胶水，既能实现轴承外圈与第二腔室的周向固定，又能解决传统铝合金轴承室内的轴承外圈在高温时周向滑动的问题。

在一些实施例中，后端盖还包括挡环，挡环在后轴承的靠近后端的一侧抵靠后轴承的外圈。后端盖的挡环可以实现后轴承的轴向定位，并且能够减少电动机的零件数量，降低成本，简化结构。

在一些实施例中，电动机还包括制动器，制动器靠近转轴的后端被容纳在壳体中，并且制动器在后轴承的远离后端的一侧抵靠后轴承的外圈。利用制动器来约束后轴承，可减少电动机零件数量，降低电动机成本，同时有助于简化结构。

在本公开的第二方面中，提供了一种机器人。该机器人包括：相互活动连接的多个机器人臂；以及根据本公开的第一方面的电动机，设置在相邻的机器人臂之间，以使相邻的机器人臂中的一个相对于另一个进行运动。

得益于本公开的电动机，提供了一种承载能力强、结构设计合理的机器人。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所公开的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其他普通技术人员能理解本文公开的各实施例。

应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本公开的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。

附图说明

结合附图并参考以下详细说明，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：

图1示出了根据本公开的实施例的电动机的局部截面图；

图2示出了根据本公开的实施例的前端盖的立体示意图；

图3示出了根据本公开的实施例的前端盖的局部截面图；

图4示出了根据本公开的实施例的后端盖的立体示意图；以及

图5示出了根据本公开的实施例的后端盖的局部截面图。

在各个附图中，相同或对应的标号表示相同或对应的部分。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施例。虽然附图中显示了本公开的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。

传统的电动机存在体积大、散热性能差等问题。因此，需要提供一种改进的电动机，其具有较小的尺寸或者更大的载荷承受能力，并且具有良好的散热性能。

图1示出了本公开的实施例的电动机的局部截面图。本公开所涉及的电动机可以例如是伺服电动机，例如用于工业机器人的伺服电动机。如图1所示，电动机包括沿着轴向X延伸的转轴10。转轴10包括相对的前端101和后端103。应当理解，本文所称的“前”意指电动机向外输出旋转运动的一侧，并且本文所称的“后”意指与电动机输出旋转运动的一侧相反的另一侧。结合图1，前端101为电动机输出旋转运动的一侧，并且后端103是电动机的与前端101相对的另一侧。在某些实施例中，前端101可以经由减速机构连接到被驱动部件。

电动机的转子400在前端101和后端103之间固定在转轴10上，并且定子300围绕转子400固定在电动机的壳体20上。壳体20包围定子300和转子400。由此，在向定子300的绕组提供电力时，通过电磁耦合可以实现转子400的旋转，这将引起转轴10的旋转。

为了支撑转轴10以及允许转轴10旋转，前轴承710和后轴承720分别套设在转轴10上。其中前轴承710靠近前端101，后轴承720靠近转轴10的后端103。转轴10上还设置有用于定位前轴承710的前台肩105。在一些实施例中，转轴10上还可以设置用于定位后轴承720的后台肩107。

如图1所示，前轴承710的轴向定位通过前台肩105和弹性的前挡圈730实现。前台肩105在前轴承710的远离前端101的一侧抵靠前轴承710的内圈。即，前台肩105比前轴承710更靠近后端103，并且前台肩105抵靠前轴承710的面向后端103的一侧。在组装完成的状态下，如图1所示，前台肩105处于前轴承710和后轴承720之间。

弹性的前挡圈730套设在转轴10上，并且比前轴承710更靠近前端101。由此，前挡圈730在前轴承710的靠近前端101的一侧上抵靠前轴承710的外圈。在一些实施例中，前挡圈730可以是波形弹簧。如图1所示，前挡圈730不抵靠前轴承710的内圈。

针对前挡圈730套设在转轴10上，本文意指前挡圈730可以接触转轴10而套设在转轴10上，也可以不接触转轴10而套设在转轴10上。

通过前挡圈730和前台肩105的设计，转轴10上经受的力(包括径向力F

如图1所示，根据本公开的实施例，后轴承720至少可以承载转轴10传递来的一部分径向力F

根据本公开的实施例，通过弹性的前挡圈730和前台肩105的设计，前轴承710以“半自由”的方式设置在转轴10上。通过这种配置方式，前轴承710承受的轴向力的至少一部分转移到后轴承720，这降低了前轴承710所受的外力，充分利用了后轴承720的载荷能力，进而减小了前轴承710外径尺寸，有利于电动机紧凑结构设计。

在一些实施例中，前轴承710的外径大于后轴承720的外径，利用这样的布置，前轴承710仍然可以承受施加到电动机的外力的大部分。在其他实施例中，前轴承710的外径可以等于后轴承720的外径，本公开的范围在此方面不受限制。

弹性的前挡圈730对于装配过程也是有利的，在装配过程中，可以利用弹性的前挡圈730将前轴承710推抵在前台肩105上，即容易地实现了前轴承710的准确定位。

在一些实施例中，后轴承720的轴向固定可以通过后台肩107来实现。后台肩107比后轴承720更靠近前端101，因此，后台肩107在后轴承720的远离后端103的一侧抵靠后轴承720的内圈。在组装完成的条件下，后台肩107处于前轴承710和后轴承720之间。

在一些实施例中，为了实现后轴承720的定位，转轴10上还安装有后挡圈750。后挡圈750在后轴承720的靠近后端103的一侧抵靠后轴承720的内圈。由此，能够实现后轴承720的内圈的轴向定位。在一些实施例中，后挡圈750可以卡接在转轴10的环形槽中，当然，后挡圈750也可以采用其他方式而被安装在转轴10上。

为了容纳前轴承710，在一些实施例中，电动机还可以包括前端盖100。下面将进一步结合图2-图3来描述前端盖100。图2和图3分别示出了根据本公开的实施例的前端盖100的立体示意图和局部截面图。前端盖100靠近前端101被连接到壳体20，并且具有容纳前轴承710的第一腔室130。

在一些实施例中，前挡圈730被容纳在第一腔室130中。例如，前挡圈730的一侧抵靠第一腔室130的底壁或底壁上的凸台，另一侧抵靠前轴承710的外圈。在装配过程中，前挡圈730有助于实现前轴承710的准确定位。

在一些实施例中，前轴承710的外圈的周向表面粘接至第一腔室130的内壁。这可以实现前轴承710外圈的周向定位，还可以避免铝合金轴承室内的轴承外圈在高温时周向滑动的问题。在一些实施例中，可以利用胶水740实现前述粘接。相比于传统的在第一腔室130中设置钢套的方案，本公开的实施例可以利用胶水740将前轴承710的外圈直接粘接在第一腔室130的内壁上，不再使用钢套，这能够减少电动机的零件数量，降低电动机的成本。

如图2-图3所示，为了实现前轴承710与第一腔室130的内壁的粘接，在一些实施例中，前端盖100还可以包括径向设置的第一注胶孔120，并且第一腔室130的内壁还可以设置用于容纳胶水的第一储胶槽140。第一注胶孔120与第一储胶槽140连通。由此，在粘接过程中，胶水740可以经由第一注胶孔120被注入到第一储胶槽140中，从而实现前轴承710的外圈与第一腔室130的内壁的粘接。

在一些实施例中，如图2-图3所示，第一储胶槽140可以设置在第一腔室130的中间位置。在某些示例中，第一储胶槽140的深度d可以是0.1mm，宽度W

在一些实施例中，如图2-图3所示，为了在注胶过程中便于胶水740充分填充第一储胶槽140，前端盖100上还可以沿着前端盖100的轴向设置轴向延伸的排气孔150，排气孔150与第一储胶槽140连通，用于在注胶过程中排出气体。在某些实施例中，第一注胶孔120和第一储胶槽140的连通处与排气孔150和第一储胶槽140的连通处可以分别沿前端盖100的径向相对地设置。

根据本公开的实施例，前轴承710具有较高的可靠性。首先，弹性的前挡圈730对前轴承710进行轴向预紧使其抵靠在前台肩105上，实现了其轴向定位。通过设置在前端盖100上的第一注胶孔120将胶水740注入到第一腔室130内壁的第一储胶槽140内，使前轴承710的外圈和第一腔室130的内壁粘接。由此，实现了前轴承710的轴向定位和圆周约束，保证了前轴承710的可靠性。

在一些实施例中，前端盖100还可以包括油封腔室160和通道110，以用于检测油封的损坏。油封腔室160用于容纳两个油封200，两个油封200沿转轴10的轴向X间隔布置。

再次参考图1，通道110沿径向R延伸。具体地，通道110沿前端盖100的径向延伸(参考图3)。应当理解，本公开并不限制通道110的延伸路径，通道110可以是沿径向延伸的直线或曲线等任何形式的路径。

通道110与油封腔室160连通，在图1的组装状态下，通道110连通到两个油封200之间的油封腔室160。由此，如果两个油封200中的靠近前端101的油封失效，则外界的油脂或油将经前端101进入电动机内部，这些泄漏进来的油脂或油将经由通道110流出。由此，设置在通道110内部或外部的传感器可以探测到通道110中的油脂或油。这样，电动机可以自动地进行油封异常或失效的警报。

参考图1以及图3，为了提高电动机的散热效率，前端盖100的朝向定子300的侧表面170与定子300之间填充有导热材料310。导热材料310的导热系数可以远大于空气的导热系数，这样会降低定子300与前端盖100之间的传热热阻，使定子300的热量能够经由前端盖100而快速且高效地传递到外部，提高了电动机散热性能。

如上所述，由于后轴承720能够承担至少一部分外力，因此，前轴承710的尺寸可以被减小。在这种情况下，可以充分利用前轴承710径向外侧的空间，以进一步降低电动机的整体尺寸，实现电动机的小型化。在一些实施例中，参见图1，定子300的一部分沿转轴10的轴向X延伸到前轴承710的径向外侧。相应地，参见图3，前端盖100上可以设置凹槽180，凹槽180的底部作为朝向定子300的侧表面170。因此，利用前轴承710径向外侧的空间来布置电动机的定子300的一部分(例如布置定子300的绕组的至少一部分)，可以充分利用电动机内部的空间，使电动机结构紧凑。

在一些实施例中，电动机还包括后端盖600，将结合图1、图4-图5来描述后端盖600。图4和图5分别示出了根据本公开的实施例的后端盖600的立体示意图和局部截面图。

如图1所示，后端盖600靠近后端103被连接到壳体20，并且后端盖600包括第二腔室610。第二腔室610用于容纳后轴承720。为了实现后轴承720的周向定位以及避免铝合金轴承室内的轴承外圈在高温时周向滑动的问题，后轴承720的外圈的周向表面粘接至第二腔室610的内壁。

本公开的实施例可以利用胶水740将后轴承720的外圈直接粘接在第二腔室610的内壁上，不再使用钢套，这能够减少电动机的零件数量，降低电动机的成本。

如图4-图5所示，为了实现后轴承720与第二腔室610的内壁的粘接，在一些实施例中，后端盖600还可以包括轴向设置的第二注胶孔630，并且第二腔室610的内壁还可以设置用于容纳胶水740的第二储胶槽620。第二注胶孔630与第二储胶槽620连通。

由此，在粘接操作中，胶水740可以经由第二注胶孔630被注入到第二储胶槽620中，从而可以实现后轴承720的外圈与第二腔室610的内壁的粘接。

在一些实施例中，如图4所示，为了在注胶过程中胶水740充分填充第二储胶槽620，后端盖600上还可以绕后端盖600的中心轴线均匀地布置三个第二注胶孔630。此时，部分第二注胶孔630充当注入胶水的孔，其他第二注胶孔630可以充当排气孔。应当理解，本公开并不旨在限制第二注胶孔630的个数和延伸方向，只要其能够实现向第二储胶槽620中注入胶水即可。

在一些实施例中，参见图5，第二储胶槽620可以设置在第二腔室610的中间位置。在某些示例中，第二储胶槽620的深度d可以是0.1mm，宽度W

根据本公开的实施例，为了实现后轴承720的外圈的轴向定位，后端盖600上还可以设置挡环640。再次参见图1和图5，挡环640在后轴承720的靠近后端103的一侧抵靠后轴承720的外圈。在一些实施例中，挡环640的内径小于第二腔室610的内径，由此实现对后轴承720的外圈的轴向定位。

再次参考图1，在一些实施例中，电动机还可以包括用于制动电动机的旋转的制动器500。制动器500容纳在壳体20中，并且比转子400更靠近转轴10的后端103。为了进一步降低电动机的零件数量以及实现后轴承720的外圈的轴向定位，电动机的制动器500可以用来对后轴承720的外圈进行轴向定位，即，制动器500可以在后轴承720的远离后端103的一侧抵靠后轴承720的外圈。应当理解，在电动机不设置制动器时，可用挡圈或轴承盖等元件来实现后轴承720的外圈的轴向约束。

根据本公开的实施例，后轴承720具有较高的可靠性。首先，制动器500和挡环640以及后台肩107和后挡圈750对后轴承720的内外圈进行轴向约束，实现了后轴承720的轴向定位。此外，后轴承720的外圈与第二腔室610的内壁的通过胶水740粘接，可以防止后轴承720的外圈在电动机高温时在轴承室内圆周向滑动。由此，实现了后轴承720的轴向和圆周约束，保证了后轴承720的可靠性。

根据本公开的实施例，还提供了一种机器人。机器人包括相互活动连接的多个机器人臂，机器人臂可以是相互铰链连接的臂。机器人还包括前文所描述的电动机，电动机设置在相邻的机器人臂之间，用于实现调整相邻的机器人臂中的一个相对于另一个的位置。

得益于本公开的实施例所提供的紧凑型、具有更强的载荷承载能力和良好性能的电动机，机器人的整体布局设计将更加自由，减小了机器人的占地面积。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。