CN102570712B - 一种直线电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种直线电机,包括前盖总成、转子总成、定子总成和螺杆,还包括齿轮机构,齿轮机构包括:固定连接于转子总成的螺母锥齿轮,螺母锥齿轮的圆锥齿轮部分轴线与螺杆的轴线重合设置,且螺母锥齿轮的螺母部分螺纹配合于螺杆;沿轴向可滑动地连接于螺杆且与螺杆同轴设置的第一圆锥齿轮;能够分别与螺母锥齿轮和第一圆锥齿轮啮合的第二圆锥齿轮和第三圆锥齿轮,第二圆锥齿轮和第三圆锥齿轮能够同步旋转,且螺母锥齿轮和第二圆锥齿轮的传动比跟第三圆锥齿轮和第一圆锥齿轮的传动比不相等。本发明提供的直线电机,利用了齿轮传动的结构优势来对电机的输出力进行放大。

Description

一种直线电机
技术领域
[0001] 本发明涉及电机技术领域,特别涉及一种直线电机。
背景技术
[0002] 随着科学技术的不断发展,节能已经是每个设计工作者最为关注的方面,S卩如何采用最少的资源获得最大的效益已经成为设计工作者的重要工作。电机在我们日常生活中使用是相当广泛的,如何设计高效的电机更是每个电机设计人员的毕生追求。如果单纯的依靠提高电机特性来增加电机的出力,势必给电机的设计带来很多困难,而且增加的输出扭矩始终有限,这种装置一般包括电机定子,电机转子和传动装置三个部分。
[0003] 现有装置如图1所示,该装置包括螺杆输出轴I,前盖2,转子3,定子4和镶嵌在转子3上的螺母5。外部控制装置通过一定的控制方案给电机定子内的绕组通电,通电绕组与转子3上的磁钢相互作用,产生电磁力,这种电磁力驱动电机转子3并带动转子3上的螺母5沿着一定方向旋转,螺母5和螺杆输出轴I相互作用,使螺杆输出轴I实现轴向运动,而且电机的输出力得到了放大。
[0004] 假设电机的输出扭矩为T,电机转子3的外径为R,螺杆的输出力为Q,螺杆上的螺距为P,因此,根据能量守恒原理有Τ*2 π = Q*P,所以得到螺杆输出轴I上的输出力为Q =(2 π /Ρ)*Τ,用力传动比i来表示省力的程度,则又i = 2 π /P。也就是说力被放大了 i倍。
[0005] 然而,在一定的安装空间限制的情况下,此装置的放大倍数比较有限。
[0006] 因此,如何提供一种直线电机,能够在一定的安装空间内,提供更大倍数的输出力,成为本领域技术人员亟待解决的重要技术问题。
发明内容
[0007] 有鉴于此,本发明提供了一种直线电机,能够在一定的安装空间内,提供更大倍数的输出力。
[0008] 为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
[0009] 一种直线电机,包括前盖总成、转子总成、定子总成和螺杆,还包括齿轮机构,所述齿轮机构包括:
[0010] 固定连接于所述转子总成的螺母锥齿轮,所述螺母锥齿轮的圆锥齿轮部分轴线与所述螺杆的轴线重合设置,且所述螺母锥齿轮的螺母部分螺纹配合于所述螺杆;
[0011] 沿轴向可滑动地连接于所述螺杆且与所述螺杆同轴设置的第一圆锥齿轮;
[0012] 能够分别与所述螺母锥齿轮和所述第一圆锥齿轮啮合的第二圆锥齿轮和第三圆锥齿轮,所述第二圆锥齿轮和第三圆锥齿轮能够同步旋转,且所述螺母锥齿轮和所述第二圆锥齿轮的传动比跟所述第三圆锥齿轮和所述第一圆锥齿轮的传动比不相等。
[0013] 优选的,所述第二圆锥齿轮和所述第三圆锥齿轮固连为一体式设计,形成连体锥齿轮。
[0014] 优选的,所述直线电机内设置有用于安装所述连体锥齿轮的齿轮轴。[0015] 优选的,所述齿轮轴的一端具有用于安装所述连体锥齿轮的轴肩。
[0016] 优选的,所述前盖总成和定子总成上分别开设有用于安装所述齿轮轴的安装槽。
[0017] 优选的,所述前盖总成包括滑动轴承和前盖,所述前盖具有与所述第二圆锥齿轮和所述第三圆锥齿轮配合的安装槽。
[0018] 优选的,所述定子总成包括壳体、定子硅钢片、绝缘端子、绕组和轴承,所述壳体具有与所述第二圆锥齿轮和所述第三圆锥齿轮配合的安装槽。
[0019] 优选的,所述转子总成包括转子硅钢片和磁石,所述转子硅钢片和所述螺母锥齿
轮注塑成一体。
[0020] 优选的,所述第一圆锥齿轮与所述螺杆通过滑键连接。
[0021] 从上述的技术方案可以看出,本发明提供的直线电机,借助设置齿轮结构,在原本转子螺母和螺杆传动的基础上,又进行了圆锥齿轮传动,从而实现了力的两级传动,通过两级差速原理实现了直线电机输出力的放大,与传统结构相比,能够在一定的安装空间内,提供更大倍数的输出力。
附图说明
[0022] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023] 图1为现有技术中直线电机的结构示意图;
[0024] 图2为本发明实施例提供的直线电机的结构示意图;
[0025] 图3为本发明实施例提供的直线电机的剖面结构示意图;
[0026] 图4为图3沿B-B面的剖面图。
具体实施方式
[0027] 本发明公开了一种直线电机,能够在一定的安装空间内,提供更大倍数的输出力。
[0028] 下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
[0029] 请参阅图2和图3,本发明实施例提供的直线电机,包括前盖总成11、转子总成12、定子总成13和螺杆14,前盖总成11包括滑动轴承32和前盖21,转子总成12包括转子硅钢片29和磁石31,定子总成13包括壳体24、定子硅钢片25、绝缘端子26、绕组27和轴承28,滑动轴承32和轴承28分别设置在螺杆14的两端,其核心发明点在于,还包括齿轮机构,齿轮机构包括:
[0030] 固定连接于转子总成12的螺母锥齿轮15,螺母锥齿轮15的圆锥齿轮部分轴线与螺杆14的轴线重合设置,且螺母锥齿轮15的螺母部分螺纹配合于螺杆14,实现直线电机输出力的第一级放大;
[0031] 沿轴向可滑动地连接于螺杆14且与螺杆14同轴设置的第一圆锥齿轮18 ;[0032] 能够分别与螺母锥齿轮15和第一圆锥齿轮18啮合的第二圆锥齿轮16和第三圆锥齿轮17,第二圆锥齿轮16和第三圆锥齿轮17能够同步旋转,实现直线电机输出力的第二级放大,且螺母锥齿轮15和第二圆锥齿轮16的传动比跟第三圆锥齿轮17和第一圆锥齿轮18的传动比不相等。
[0033] 本发明实施例提供的直线电机,借助设置齿轮结构,在原本转子螺母和螺杆传动的基础上,又进行了圆锥齿轮传动,从而实现了力的两级传动,通过两级差速原理实现了直线电机输出力的放大,与传统结构相比,能够在一定的安装空间内,提供更大倍数的输出力。
[0034]为了优化上面的技术方案,第二圆锥齿轮16和第三圆锥齿轮17固连为一体式设计,形成连体锥齿轮22,这样的结构更加牢固稳定,保证了第二圆锥齿轮16和第三圆锥齿轮17的同步旋转,安装和拆卸起来也比较方便。当然,第二圆锥齿轮16和第三圆锥齿轮17也可以分体设计,两者分别连接于不同的齿轮轴,借助联轴器保持同步转动。
[0035] 进一步的,直线电机内设置有用于安装连体锥齿轮22的齿轮轴23。
[0036] 如图3所示,本发明实施例提供的直线电机,齿轮轴23的一端具有用于安装连体锥齿轮22的轴肩,实现连体锥齿轮22在连体齿轮轴23上的轴向定位,并对连体齿轮轴23的两端进行固定,起到对连体锥齿轮22的支持作用。
[0037] 在本实施例中,前盖总成11和定子总成13上分别开设有用于安装齿轮轴23的安装槽。连体锥齿轮轴23的一端通过前盖21和壳体24上对应的安装槽来固定,另一端通过前盖21上对应的安装槽来固定。
[0038] 进一步的,如图3所示,前盖总成11中的前盖21具有与第二圆锥齿轮16和第三圆锥齿轮17配合的安装槽,用来安装和保护第二圆锥齿轮16和第三圆锥齿轮17。
[0039] 类似的,定子总成13中的壳体24具有与第二圆锥齿轮16和第三圆锥齿轮17配合的安装槽。
[0040] 如图3和图4所示,本发明实施例提供的直线电机,转子总成12的转子硅钢片29和螺母锥齿轮15注塑成一体,形成转子30,使得直线电机在通电后,绕组27与磁石31相互作用,产生一定的电磁力,转子硅钢片29在电磁力的作用下带动螺母锥齿轮15—起旋转起来。当然,能够实现转子硅钢片29和螺母锥齿轮15 —起旋转的连接方式还有很多种,例如借助螺栓、螺钉固定或者型面连接,效果类似,在此不再赘述。
[0041] 为了进一步优化上面的技术方案,第一圆锥齿轮18与螺杆14通过滑键33连接,螺杆14上设有与滑键33配合的滑键槽,使得第一圆锥齿轮18能够带动螺杆14旋转,两者之间也能发生沿螺杆14轴向的移动。
[0042] 通过一定的外置控制装置给直线电机定子部分的绕组27进行供电,通电绕组27与磁石31相互作用,产生一定的电磁力,转子硅钢片29在电磁力的作用下带动螺母锥齿轮15 一起旋转起来,带动螺杆14向上运动;与此同时,螺母锥齿轮15上的圆锥齿轮部分带动连体锥齿轮22上的第二圆锥齿轮16进行旋转,连体锥齿轮22上的第三圆锥齿轮17又带动第一圆锥齿轮18旋转,第一圆锥齿轮18通过滑键33带动螺杆14向下移动,螺杆14的综合移动量是两个移动量之差,从而实现了省力的作用。
[0043] 用力的传动比i来表示省力的程度,T为电机电磁作用产生的力,Q为螺杆14上的输出力,螺杆的螺距为P,则有i =Q/T。同理设电机转子外径为R,螺母锥齿轮15上的锥齿轮齿数为Z1,连体锥齿轮22的第二圆锥齿轮16齿数为Z2,第三圆锥齿轮17齿数为Z3,第一锥齿轮18的齿数为Z4,则根据能量守恒定律有T*2ji = Q*P*[1-(Z1*Z3/Z2*Z4)],从而得到 Q = T*(2ji/P)/[1-(Z1*Z3/Z2*Z4)],力的传动比 i = (2 π/P) /[1-(Z1*Z3/Z2*Z4)]。
[0044] 综上所述,从力的传动比i来看,要想获得最大的力的传动比,只需要使Z1*Z3/Z2*Z4小于1,而且越接近I获得的力的传动比就越大。例如分别取:Z1 = 20,22 = 21,Z3=20,TA = 20,本发明实施例提供的直线电机可以广泛应用在各个领域。
[0045] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0046] 对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种直线电机,包括前盖总成(11)、转子总成(12)、定子总成(13)和螺杆(14),其特征在于,还包括齿轮机构,所述齿轮机构包括: 固定连接于所述转子总成(12)的螺母锥齿轮(15),所述螺母锥齿轮(15)的圆锥齿轮部分轴线与所述螺杆(14)的轴线重合设置,且所述螺母锥齿轮(15)的螺母部分螺纹配合于所述螺杆(14); 沿轴向可滑动地连接于所述螺杆(14)且与所述螺杆(14)同轴设置的第一圆锥齿轮(18),所述第一圆锥齿轮(18)与所述螺杆(14)通过滑键(33)连接; 能够分别与所述螺母锥齿轮(15)和所述第一圆锥齿轮(18)啮合的第二圆锥齿轮(16)和第三圆锥齿轮(17),所述第二圆锥齿轮(16)和第三圆锥齿轮(17)能够同步旋转,且所述螺母锥齿轮(15)和所述第二圆锥齿轮(16)的传动比跟所述第三圆锥齿轮(17)和所述第一圆锥齿轮(18)的传动比不相等。
2.根据权利要求1所示的直线电机,其特征在于,所述第二圆锥齿轮(16)和所述第三圆锥齿轮(17)固连为一体式设计,形成连体锥齿轮(22)。
3.根据权利要求2所示的直线电机,其特征在于,所述直线电机内设置有用于安装所述连体锥齿轮(22)的齿轮轴(23)。
4.根据权利要求3所示的直线电机,其特征在于,所述齿轮轴(23)的一端具有用于安装所述连体锥齿轮(22)的轴肩。
5.根据权利要求4所示的直线电机,其特征在于,所述前盖总成(11)和定子总成(13)上分别开设有用于安装所述齿轮轴(23)的安装槽。
6.根据权利要求1所示的直线电机,其特征在于,所述前盖总成(11)包括滑动轴承(32)和前盖(21 ),所述前盖(21)具有与所述第二圆锥齿轮(16)和所述第三圆锥齿轮(17)配合的安装槽。
7.根据权利要求1所示的直线电机,其特征在于,所述定子总成(13)包括壳体(24)、定子硅钢片(25)、绝缘端子(26)、绕组(27)和轴承(28),所述壳体(24)具有与所述第二圆锥齿轮(16)和所述第三圆锥齿轮(17)配合的安装槽。
8.根据权利要求1所示的直线电机,其特征在于,所述转子总成(12)包括转子硅钢片(29)和磁石(31),所述转子硅钢片(29)和所述螺母锥齿轮(15)注塑成一体。
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