CN102638130A - 一种三轴惯性稳定平台电机驱动单元 - Google Patents

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Abstract

一种三轴惯性稳定平台电机驱动单元，由齿轮轴、齿轮轴前轴承、转子支撑轴承、机座、电机定子、电机转子、转子空心轴、齿轮轴后轴承、调整垫圈、螺母和弹簧垫片组成；本发明实现了驱动电机与齿轮(轴)的一体化设计，使电机驱动单元体积和重量减小，并且便于调整齿轮副的侧隙以提高平台响应速度和控制频率，适用于航空遥感、目标跟踪等惯性稳定及光电伺服平台系统。

Description

一种三轴惯性稳定平台电机驱动单元
技术领域
本发明属于航空遥感技术领域，涉及三轴惯性稳定平台的横滚和俯仰动作的驱动，适用于承载较大而又要求自重较小的航空遥感三轴惯性稳定平台系统，也可用于车载、舰载、雷达及目标监视等伺服跟踪稳定平台系统。
背景技术
航空遥感三轴惯性稳定平台是机载对地观测的关键设备之一，其功能是支承成像载荷并隔离飞行载体三个方向姿态角运动及外部扰动，使成像载荷视轴在惯性空间内始终跟踪并垂直于当地水平，提高成像分辨率。然而由于航空应用环境的限制，惯性稳定平台结构上需要同时具有体积小、重量轻和承载比大等特点，因此设计上需要在满足动静态性能的前提下进行紧凑性优化设计。驱动单元是惯性稳定平台的一个关键部件，决定着稳定平台的整体性能，包括精度、承载能力、体积、重量、功耗等。
在航空惯性稳定平台设计中，现有的电机驱动单元一般采用固定式电机底座和双片齿轮调整方式消除齿轮啮合间隙。现有的电机驱动单元有以下不足：(1)需要依靠加工精度保证啮合间隙，所以加工精度要求高；(2)由于电机底座固定在框架上，靠定位保证相对位置，带来了电机装配和调整不方便；(3)固定式电机驱动单元相比模块化驱动单元，增加了结构复杂性和加工难度；(4)齿轮侧隙采用双片齿轮调整时由于需要增加弹簧扭矩，因而既增加了齿轮转动的阻力还会影响响应速度。
发明内容
本发明的技术解决问题是：针对航空遥感三轴惯性稳定平台中现有电机安装方式和齿轮侧隙消除方式的不足，提出一种精度高、体积小、质量轻、安装和调整方便的新型三轴惯性稳定平台驱动电机单元。
本发明的技术解决方案是：本发明的一种三轴惯性稳定平台电机驱动单元，该电机驱动单元由齿轮轴、齿轮轴前轴承、转子支撑轴承机座、电机定子、电机转子、转子空心轴、齿轮轴后轴承、调整垫圈、螺母和弹簧垫片组成，该结构实现了驱动电机与齿轮(轴)的一体化设计。
机座中部设置一个空心圆柱凸台，用于作为齿轮轴的支承座和利用凸台外圆作导向装配电机转子；电机定子通过径向和端面定位与机座连接，机座定位孔深度小于定子宽度，尽量减轻机座重量；机座底部为平面，要求平面与齿轮轴轴线平行、其侧面与齿轮轴轴线垂直，通过底部平面及其侧面的定位及平移来保证齿轮间的正确啮合及侧隙调整。
电机转子轴采用空心轴结构，先通过径向过盈连接将电机转子与空心轴装配在一起，然后通过机座圆柱形凸台的导向作用将转子装入定子孔中。转子空心轴内孔与机座的圆柱形凸台之间的间隙较小，为电机转子和电机定子之间的间隙的二分之一至三分之一，这样是为了在保证在加工误差和轴承游隙允许范围内尽量减小间隙以增加电机结构刚度，解决了稀土永磁电机装配过程中转子和定子之间的强磁力吸引问题。
电机转子空心轴的一端与齿轮轴之间的连接采用锥孔配合，并在端部采用螺母与弹簧垫片加以固定，可以保证径向定位精度和扭矩传递需要；转子空心轴的另一端采用单个径向轴承作径向辅助定位，避免由于重力以及电机转子与定子之间磁吸力造成转子偏心。
齿轮轴的后轴承的两端各有一个调整垫圈，以消除齿轮轴前轴承和齿轮轴后轴承的轴向游隙。
驱动电机单元采用模块化结构，单元底座在平台安装面上可以沿X向移动(如图1所示)，从而实现齿轮侧隙调整，取代双片齿轮消除齿轮侧隙的传统结构。
支承转子的轴承座和定子安装方式采用一种全新的悬臂结构，这种设计具有两方面的优点：一是减少了总体尺寸和重量，二是利用圆柱形凸台的导向作用使电机定子装卸非常方便和安全。
本发明的原理是：本发明中的三轴惯性稳定平电机驱动单元，齿轮轴、电机转子、转子空心轴、调整垫圈、螺母和弹簧垫片构成电机的转动部分，机座、电机定子构成电机定子部分。机座定位孔深度小于定子宽度，是一种悬臂结构，减轻了重量。机座的底部为平面，可以方便调节齿轮恻隙，并且机座中间部分为圆柱形凸台，用于作为齿轮轴的支承座和利用凸台外圆作导向装配电机转子。该结构实现了驱动电机与齿轮(轴)的一体化设计，使电机驱动单元体积和重量减小。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)与传统驱动电机单元相比，本发明实现了驱动电机与齿轮(轴)的一体化设计，使电机驱动单元体积和重量减小。
(2)本发明通过齿轮轴的后轴承的两端放置调整垫圈，可以方便地消除齿轮轴前轴承和齿轮轴后轴承的轴向游隙。
(3)本发明电机转子空心轴的一端与齿轮轴之间的连接采用锥孔配合，可以保证径向定位精度和扭矩传递需要；转子空心轴的另一端采用单个径向轴承作径向辅助定位，避免由于重力以及电机转子与定子之间磁吸力造成转子偏心。
(4)与传统驱动电机单元相比，本发明的支承转子的机座和定子安装方式采用一种全新的悬臂结构简化了平台结构，定子大部分外露，是减少了总体尺寸和重量。
(5)本发明的机座中间的圆柱形凸台的导向作用使电机定子装卸非常方便和安全。
(6)与传统驱动电机单元相比，本发明中的电机底座底部为平面，在平台安装面上可以方便的沿X向移动(如图1所示)，从而比较容易实现齿轮侧隙调整，来取代双片齿轮消除齿轮侧隙的传统结构，可以减小齿轮传动阻力和提高传动灵敏度，从而提高了平台控制精度。
(7)转子空心轴内孔与机座的圆柱形凸台之间的间隙较小，为电机转子和电机定子之间的间隙的二分之一至三分之一，在保证在加工误差和轴承游隙允许范围内尽量减小间隙以增加电机结构刚度，解决了稀土永磁电机装配过程中转子和定子之间的强磁力吸引问题。
附图说明
图1为本发明的电机驱动单元装配主视图及XYZ坐标图示；
图2为本发明的电机驱动单元机座剖视图。
具体实施方式
如图1所示，本发明驱动单元由齿轮轴1、齿轮轴前轴承2、转子支撑轴承3、机座4、电机定子5、电机转子6、转子空心轴7、齿轮轴后轴承8、调整垫圈9、螺母10和弹簧垫片11组成；所述齿轮轴1、电机转子6、转子空心轴7、调整垫圈9、螺母10和弹簧垫片11构成电机的转动部分；机座4、电机定子5构成电机定子部分；其中齿轮轴1前端通过齿轮轴前轴承2固定支撑，齿轮轴1后端通过齿轮轴后轴承8固定支撑在机座4内孔；转子空心轴7前端通过转子支撑轴承3支撑在机座4内孔；转子空心轴7后端与齿轮轴1后端过盈配合连接(采用的是锥孔配合)，并且转子空心轴7后端通过螺母10和弹簧垫片11加以紧固，以保证径向定位精度和扭矩传递需要；齿轮轴后轴承8两端与齿轮轴1和转子空心轴7之间分别装有调整垫圈9；过盈连接将电机转子6与空心轴7装配在一起，然后通过机座4圆柱形凸台的导向作用将转子6装入定子孔中，电机定子5通过螺钉与机座4连接；机座4定位孔深度小于电机定子5宽度，是一种悬臂结构；机座4的底部为平面，机座4中间部分为圆柱形凸台，转子空心轴7内孔与机座4的圆柱形凸台之间及电机转子6和电机定子5之间存在间隙。
如图1和2所示，本发明中的机座4之特征在于：中部设置一个空心圆柱凸台，用于作为齿轮轴1的支承座和利用凸台外圆作导向装配电机转子6；电机定子5通过径向和端面定位与机座4连接，机座4定位孔深度小于定子5宽度，电机定子5与机座4配合轴向深度为定子5宽度的五分之二，其余部分外露，目的是尽量减轻机座4重量。
如图2所示，本发明中的机座4的底部为平面，要求机座底部的平面与齿轮轴1轴线平行，机座4的侧面与齿轮轴1轴线垂直，通过所述底部的平面及侧面的定位及平移来保证齿轮轴1的齿轮和外部连接齿轮之间的正确啮合及两个齿轮之间的侧隙调整。
如图1所示，所述的电机转子6装配顺序为：先通过径向过盈连接将电机转子6与转子空心轴7装配在一起，然后通过机座4圆柱形凸台的导向作用将电机转子6装入电机定子5孔中，转子空心轴7内孔与机座4的圆柱形凸台之间的间隙较小，为电机转子6和电机定子5之间的间隙的二分之一至三分之一，目的在保证在加工误差和轴承游隙允许范围内尽量减小间隙以增加电机结构刚度，解决了稀土永磁电机装配过程中转子和定子之间的强磁力吸引问题。
如图1所示，本发明中的电机转子空心轴7的一端与齿轮轴1之间的连接采用的是锥孔配合，并在端部采用螺母10与弹簧垫片11加以固定，可以保证径向定位精度和扭矩传递需要；转子空心轴7的另一端的单个径向轴承3作径向辅助定位，可以避免由于重力以及电机转子6与电机定子5之间磁吸力造成电机转子6偏心。
如图1所示，齿轮轴后轴承8的两端的调整垫圈9，可以方便地消除齿轮轴前轴承2和齿轮轴后轴承8的轴向游隙。
总之，本发明实现了驱动电机与齿轮(轴)的一体化设计，使电机驱动单元体积和重量减小，并且便于调整齿轮副的侧隙以提高平台响应速度和控制频率，适用于航空遥感、目标跟踪等惯性稳定及光电伺服平台系统。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (5)

1.一种三轴惯性稳定平台电机驱动单元，其特征在于：包括齿轮轴(1)、齿轮轴前轴承(2)、转子支撑轴承(3)、机座(4)、电机定子(5)、电机转子(6)、转子空心轴(7)、齿轮轴后轴承(8)、调整垫圈(9)、螺母(10)和弹簧垫片(11)；所述齿轮轴(1)、电机转子(6)、转子空心轴(7)、调整垫圈(9)、螺母(10)和弹簧垫片(11)构成电机的转动部分；机座(4)、电机定子(5)构成电机定子部分；其中齿轮轴(1)前端通过齿轮轴前轴承(2)固定支撑，齿轮轴(1)后端通过齿轮轴后轴承(8)固定支撑在机座(4)内孔；转子空心轴(7)前端通过转子支撑轴承(3)支撑在机座(4)内孔；转子空心轴(7)后端与齿轮轴(1)后端过盈配合连接，并且转子空心轴(7)后端通过螺母(10)和弹簧垫片(11)加以紧固，以保证径向定位精度和扭矩传递需要；齿轮轴后轴承(8)两端与齿轮轴(1)和转子空心轴(7)之间分别装有调整垫圈(9)；过盈连接将电机转子(6)与转子空心轴(7)装配在一起，然后通过机座(4)圆柱形凸台的导向作用将电机转子(6)装入定子孔中，电机定子(5)通过螺钉与机座(4)连接；机座(4)定位孔深度小于电机定子(5)宽度，是一种悬臂结构；机座(4)的底部为平面，机座(4)中间部分为圆柱形凸台，转子空心轴(7)内孔与机座(4)的圆柱形凸台之间及电机转子(6)和电机定子(5)之间存在间隙。
2.根据权利要求1中所述的三轴惯性稳定平台电机驱动单元，其特征在于：所述转子空心轴(7)内孔与机座(4)的圆柱形凸台之间的间隙为电机转子(6)和电机定子(5)之间的间隙的二分之一至三分之一。
3.根据权利要求1中所述的电机驱动单元，其特征在于：所述转子空心轴(7)后端与齿轮轴(1)后端过盈配合连接采用的是锥孔配合。
4.根据权利要求1中所述的电机驱动单元，其特征在于：所述机座(4)定位孔深度为电机定子(5)宽度的五分之二。
5.根据权利要求1中所述的电机驱动单元，其特征在于：所述机座(4)底部的平面与齿轮轴(1)轴线平行，机座(4)的侧面与齿轮轴(1)轴线垂直，通过所述机座(4)底部的平面及侧面的定位及平移来保证齿轮间的正确啮合及侧隙调整。
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