CN101971464A - 双轴电磁致动器 - Google Patents

Abstract

一种用于材料测试装置的双轴电磁致动器，包括用于将线性力传递给输出轴的第一电磁致动器和用于将旋转力传递给所述轴的第二直接驱动电磁致动器。所述轴被安装在允许该轴作轴向和旋转运动的两个组合轴承内。其中一个轴承位于中空的圆柱形构件内部，该中空的圆柱形构件构成所述直接驱动致动器的电枢以便能提供一种紧凑、对称的结构。

Description

双轴电磁致动器

技术领域

本发明涉及致动器，具体地涉及一种使用在测试装置中的电磁致动器结构，该测试装置要求施加作用力于涉及两个不同的轴的测试样品上。

背景技术

电磁致动器，例如线性电动机，有许多用途，但是当前的关注集中在将线性电动机用作活塞和汽缸这种类型的装置以代替液压油缸。一种这样的用途使用于测试装置领域内，在该领域内，提出了在某个方向安装电磁柱塞形式的线性电动机，以便该线性电动机的电枢将作用力施加在测试样品上。该柱塞的方向通常是竖直的。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种电磁致动器的结构，该电磁致动器能以方便且节省成本的方式将作用力运用到涉及两个不同轴的测试样品上。所述两个轴是线性轴和旋转轴，它们最好是重合的。

相应地，本发明提供一种用于提供大的轴向力的电力驱动的双轴致动器，该双轴致动器包括第一和第二电动机，每个所述第一和第二电动机具有单独的电枢，所述第一电动机是线性电动机，其被设置为提供输出轴的轴向运动，所述第二电动机被设置为提供所述输出轴的旋转运动。

所述致动器优选的用途是用于材料测试装置，其中所述致动器将被安装在竖直方向，即所述共同的轴的轴线是竖直的。所述双轴致动器能避免必须在受测试的样品的不同的端部提供两个单独的电动机以及与之相关的缺点，从而带来更简单的结构。一个特别的优点是所述致动器不需要使用止推轴承。

附图说明

为了使本发明更易于理解，下面将参照附图描述作为示例的本发明的实施例，其中：

图1示出了根据本发明的电磁致动器的剖面透视示意图；以及

图2示出了包含有图1所示的致动器的材料测试装置。

具体实施方式

在材料测试装置中这样应用电动机是可行的，即，使用一个电动机将线性力作用于测试样品的一端，同时使用另一个单独的电动机在测试样品的另一端施加旋转力。然而，这是一种复杂的装置，它需要在单独的电动机上使用止推轴承，或者为测试样品安装专用的支撑装置。

本发明的优选实施例是既能够将线性力又能够将旋转力传递到轴上的电磁致动器。当应用于材料测试装置中时，所述致动器通常被安装为其轴位于竖直方向上，并且轴的一端与测试样品相连接。由此，线性力、旋转力或二者的结合均可施加于测试样品上。在这种测试装置中，典型地需要有大的轴向力。

转看附图，图中示意性地显示了致动器的优选形式，致动器10大体由参考标号10所标记，其包括线性驱动部分11、旋转驱动部分12以及共同的轴13，其中，该共同的轴13贯穿线性驱动部分和旋转驱动部分，并具有输出端14。轴13的另一端15也伸出致动器之外，在需要的情况下可以在另一端15装配一个制动器。在本申请人的共同待决的申请号为GB 0618209.1的专利申请中描述了优选的制动器形式。可以注意到，旋转驱动部分12安装于线性驱动部分11的一端，从而旋转驱动部分12远离轴的输出端14。

以下更详细地描述线性驱动部分的结构。该部分包括线性电动机，该线性电动机由圆筒形壳体20围绕多个定子线圈形成，定子线圈大体由参考标号21所标记。定子线圈作用于电枢22，在本实施例中，电枢22是由磁性材料制成的中空圆柱形构件，并且电枢22被设置成在驱动部分11的内部依照常规的线性电动机的原理线性地移动。电枢22可用任何方便的方式固定于轴13上，例如图中参考标号24所示的方式。轴在线性驱动部分11内的定位是通过线性轴承25a和25b实现的，线性轴承25a和25b装配在端部法兰26a和26b上。所述轴承优选是滚珠花键轴承。该线性直接驱动部分比结合了旋转电动机的可替换的系统更具有优势，在该可替换的系统中，旋转电动机依靠丝杠和止推轴承(或另外的止推轴承装置)结合到该可替换的系统，以实现轴向运动。此处描述的优选实施例能够提供直接驱动机构。

线性驱动部分中的线性电动机是直接驱动装置，它被称为无刷电动机，在该电动机中，电流用于产生磁力，该磁力直接施加载荷，而不必通过齿轮传动装置。旋转的去耦线性编码器16附着于法兰26a上，且提供轴的位置测量而不受电动机机体或轴13的热膨胀的影响。线性编码器16的输出可被用于控制设备以控制供给定子线圈的电流，由此控制轴13的运动。

以下更详细地描述旋转驱动部分12。它包括直接驱动电动机，该直接驱动电动机具有容纳定子线圈31和转子32的圆筒形壳体30，所述定子线圈31构成旋转驱动部分的电枢，所述转子32为中空圆柱形构件。该部分12附着于法兰26b上，从而轴13沿旋转驱动部分12的旋转轴线延伸。驱动部分12附近的轴13开设有键槽并连接至线性轴承25b，该线性轴承25b优选是滚珠花键轴承的形式，其连接至转子32。该滚珠花键轴承与轴13相配合，以在转子32转动时允许轴13的转动，但在轴承25b不运动且转子32也因此不运动的情况下，允许轴13在该轴承内作独立的轴向运动。此外，线性轴承25b也通过旋转轴承35b安装于法兰26b末端。这种结构形式下，单个轴承装置可用于旋转驱动部分12区域内的轴上，并为转子32提供主轴承。如果需要，也可以加入另外一个轴承并将其连接至端部盖板36上。在图1所示的结构中，转子32与端部盖板36之间具有间隙。当应用于材料测试装置中时，旋转驱动部分中的旋转电动机连接至线性电动机的后端，从而线性电动机比旋转电动机更靠近测试样品。推力传过线性电动机的支座，从而不需要止推轴承。可由线性电动机的轴13施加大的线性力，同时通过旋转驱动部分12内的轴承装置实现旋转。

转子32连接至轴承25b，且转子32产生可通过轴上的键槽施加在轴13上的旋转力。因此，轴13同时承受沿着该轴的轴线作用的线性力和旋转力。每个驱动部分的单独的电枢可分别由控制电路控制，且上述电枢中的每一个都作用于所述共同的轴上。从而形成了用于驱动所述轴的紧凑且对称的装置。

如果需要，且如果线性轴承25a采用滚珠花键轴承，则线性轴承25a可通过旋转轴承35a装配于法兰26a上。

旋转驱动部分12具有旋转编码器37，该旋转编码器37最好是皮带传动的，以使转子32的旋转能够被探测。旋转编码器37的输出使用于控制单元(图中未显示)，该控制单元用以驱动旋转驱动部分12。

如果需要，同轴线性可变位移传感器可通过中空的轴连接于轴13的端部15。

上述描述的结构的优点是，致动器是紧凑的，且连接于测试样品的轴可被精确地控制。

转看图2，图中显示了材料测试装置，该装置包括工作台40，在工作台40上固定着待测样品。“样品”涵盖将要进行测试的材料、结构或零部件。由支柱41和横梁42组成的框架结构支撑着上文描述的电磁致动器10。横梁42上具有供轴13悬挂穿过的孔。轴的输出端14配备有被固定到测试样品的夹具。最好使编码器16位于轴13上并与待测样品位于横梁42的同一侧，这样能得到更精确的测量结果。使用上述结构，样品可以在不需要提供线性止推轴承的情况下承受线性力和旋转力两种力。尤其是，这样的装置适合于需要提供大的力的材料测试装置。具有线性致动器的电磁致动器10可被控制为提供瞬时压力的应用和解除，这在材料测试装置中是很有用的。更进一步的，使用具有直接驱动电动机的电磁致动器10允许实施成千上万次的轴向疲劳测试而使部件的磨损最小化，并与此同时能提供旋转力。

Claims (16)

1.一种电力驱动双轴致动器，包括第一和第二电动机，每一个所述电动机具有单独的电枢，所述第一电动机为线性电动机，该线性电动机被设置为提供输出轴的轴向运动，所述第二电动机被设置为提供所述输出轴的旋转运动。

2.根据权利要求1所述的致动器，其中所述第一电动机是直接驱动电动机。

3.根据权利要求1或2所述的致动器，其中所述第二电动机是直接驱动电动机。

4.根据权利要求1、2或3所述的致动器，其中所述第二电动机被设置在所述第一电动机的远离所述输出轴的输出端的一端。

5.根据前面任一项权利要求所述的致动器，进一步包括第一和第二线性轴承，所述第一和第二线性轴承位于所述第一电动机的磁场之外。

6.根据权利要求5所述的致动器，其中所述第一和第二线性轴承中的一个线性轴承位于所述第二电动机的电枢附近。

7.根据权利要求6所述的致动器，其中所述一个线性轴承位于所述第二电动机的转子和所述致动器的输出轴之间。

8.根据权利要求7所述的致动器，其中所述一个线性轴承通过旋转轴承被连接至所述第一电动机。

9.根据权利要求5-8中任一项所述的致动器，其中所述一个线性轴承是滚珠花键轴承。

10.根据权利要求6-9中任一项所述的致动器，其中所述线性轴承中的另一个线性轴承通过旋转轴承被连接至所述第一电动机。

11.根据前述任一项权利要求所述的致动器，进一步包括机械制动器，该机械制动器用于在没有电源时阻止所述轴的运动。

12.根据前面任一项权利要求所述的致动器，其中所述第二电动机具有中空圆柱状的转子。

13.根据前面任一项权利要求所述的致动器，其中所述轴至少在所述第二电动机的区域内开设有键槽，所述电枢被设置用来通过所述键槽对所述轴施加旋转力。

14.一种包含根据前面任一项权利要求所述的致动器的材料测试装置。

15.根据权利要求14所述的装置，包括机架，该机架包括支柱和用于在竖直方向上安装所述致动器的横向构件，所述致动器的一部分穿过所述横向构件上的孔，所述致动器的一部分具有输出端，该输出端被连接至待测试的样品。

16.根据权利要求15所述的装置，其中旋转的去耦线性编码部件被耦合至所述轴的位于所述横梁和所述轴的输出端之间的区域内。

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