CN103427588A

CN103427588A - 直线旋转双自由度伺服电机

Info

Publication number: CN103427588A
Application number: CN2012101556114A
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-05-18
Filing date: 2012-05-18
Publication date: 2013-12-04

Abstract

直线旋转双自由度伺服电机。它涉及伺服电机领域，他可以在一根输出轴上同时提供直线和旋转两个运动自由度，用于机械设备中，可以简化设备的复杂程度，降低生产和维护成本。直线运动由初级动子上线圈在磁场中所受的安培力产生，使用光栅尺作位置反馈。旋转运动由空心杯线圈产生，使用旋转编码器作位置反馈。初级线圈和次级线圈均采用无铁芯结构，使动子质量量和转动惯量大幅降低。该电机具有较快的响应速度。由于位置反馈装置直接安装在动子上，实现了零传动、全闭环控制，大大提高了运动精度。该电机适用于行程较短，负载较轻，精密高速的运动场合。

Description

直线旋转双自由度伺服电机

技术领域

本发明涉及一种伺服电机。

背景技术

目前，现有的伺服电机只有一个自由度，直线电机具有直线方向的自由度，另一种是作旋转运动的伺服电机，具有旋转方向的自由度。在机械设备中，通常会需求多个自由度的伺服控制，若使用单一自由度的电机，就会使整机结构变得复杂，生产和维护成本较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有两个自由度的，有着较高运动精度，较高的运动速度的伺服电机。

本发明的直线旋转双自由度伺服电机由基座、直线定子、初级动子、次级动子、光栅尺、编码器组成；直线定子由对称布置的永磁体阵列和定子轭组成，定子轭穿过对称布置的永磁体，同时，在永磁体阵列的外侧行程包络，使定子磁场形成完整回路，从而在狭小的空间内能产生两个方向相反的匀强磁场；初级动子上安装有矩形初级线圈，线圈上下表面分别穿过直线定子形成的两个方向相反的匀强磁场；次级动子由输出轴、空心杯线圈组成，并通过轴承安装在初级动子上，空心杯线圈置于初级动子磁场内；光栅尺安装在初级动子上，对直线位移进行反馈，编码器安装在次级动子上，对旋转角度进行反馈。

本发明采用的动子结构具有直线和旋转两个自由度，动子上安置的初级线圈和空心杯线圈均采用无铁芯结构，动子质量量和转动惯量大幅降低，使该电机具有较快的响应速度；位置反馈装置直接安装在动子上，实现了零传动、全闭环控制，大大提高了运动精度。该电机适用于行程较短，负载较轻，精密高速的运动场合。

附图说明

图1是初级动子安装在直线定子内的主视图；图2是直线旋转双自由度伺服电机主视图；图3是直线定子形成的磁场及初级线圈受安培力示意图。

具体实施方式

结合图1以及图3说明初级动子运动实施方式，本实施方式它由基座1、直线定子、初级线圈3组成；直线定子由下磁轭2、永磁体4、导磁轭5、中磁轭6、永磁体7、上磁轭8组成；两块永磁体分别贴放在上下磁轭上，上下磁轭通过导磁轭连接至中磁轭6，从而形成完整的磁场回路；贴放于上磁板8的永磁体7在其右侧形成方向垂直于中磁轭6的匀强磁场23，贴放于下磁板2的永磁体4在其左侧形成方向垂直于中磁板的匀强磁场24；初级线圈3穿入匀强磁场24，绕过中磁轭6，从匀强磁场23穿出。当初级线圈3中有正向电流时，线圈受安培力作用向上运动，当初级线圈3中有反向电流时，线圈受安培力作用向下运动。

结合图1以及图2说明次级动子及两个运动的位置反馈实施方式，本实施方式它由上述初级动子运动实施方式中各个组成部分，以及线圈支架10、光栅尺读头11、光栅尺12、旋转编码器13、空心杯电机14、减速箱15、减速箱输出轴16、导轨17、滚珠导轨滑块18、联轴器19、初级动子20、轴承21、次级动子22组成；初级线圈3安装在线圈支架10上，并固定于初级动子20上，滚珠导轨滑块18也安装在初级动子20上；导轨17固定在基座1上，滚珠导轨滑块18沿导轨17作直线运动；光栅尺读头11安装在基座1上，光栅尺12贴放于线圈支架10上；空心杯电机14的后输出轴连接旋转编码器13，前输出轴连接减速箱15，减速箱固定在初级动子20上；次级动子22经由轴承21固定在初级动子22上，并通过联轴器19与减速箱输出轴16连接。初级线圈3所受的安培力传递给初级动子20，使之沿导轨17的安装方向作直线运动，同时光栅尺读头11可以通过安装在线圈支架10上的光栅尺12读出当前的直线相对位移，作为位置信息反馈给运动控制器。旋转运动由空心杯电机14产生，安装在其尾部的旋转编码器13用于对生成旋转位移的反馈信号，减速箱15对产生的旋转运动进行减速增扭后，通过联轴器19传递给次级动子22，初级动子20由于安装在导轨17上，因此具有直线方向自由度，次级动子经过轴承21安装在初级动子20上，因此同时具有了直线和旋转两个方向的自由度。

Claims

1.直线旋转双自由度伺服电机，它由基座、直线定子、初级动子、次级动子、光栅尺、旋转编码器组成，其特征是：光栅尺安装在初级动子上，对直线位移进行反馈，旋转编码器安装在次级动子上，对旋转角度进行反馈。

2.根据权利要求1所述的直线旋转双自由度伺服电机，其特征是：直线定子由下磁轭（2）、永磁体（4）、导磁轭（5）、中磁轭（6）、永磁体（7）、上磁轭（8）组成；两块永磁体分别贴放在上下磁轭上，上下磁轭通过导磁轭连接至中磁轭（6）；贴放于上磁板（8）的永磁体（7）在其右侧形成方向垂直于中磁板的匀强磁场（23），贴放于下磁板（2）的永磁体（4）在其左侧形成方向垂直于中磁板的匀强磁场（24），从而形成完整的磁场回路。

3.根据权利要求2所述的直线旋转双自由度伺服电机，其特征是：初级线圈（3）穿入匀强磁场（24），绕过中磁轭（6），从匀强磁场（23）穿出；当初级线圈（3）中有正向电流时，线圈受安培力作用向上运动，当初级线圈（3）中有反向电流时，线圈受安培力作用向下运动。

4.根据权利要求1所述的直线旋转双自由度伺服电机，其特征是：初级线圈（3）安装在线圈支架（10）上，并固定于初级动子（20）上，滚珠导轨滑块（18）也安装在初级动子（20）上；导轨（17）固定在基座（1）上，滚珠导轨滑块（18）沿导轨（17）作直线运动；光栅尺读头（11）安装在基座（1）上，光栅尺（12）贴放于线圈支架（10）上。

5.根据权利要求1或4所述的直线旋转双自由度伺服电机，其特征是：空心杯电机（14）的后输出轴连接旋转编码器（13），前输出轴连接减速箱（15），减速箱（15）固定在初级动子(20)上；次级动子(22)经由轴承(21)固定在初级动子(22)上，并通过联轴器(19)与减速箱输出轴(16)连接。

6.根据权利要求1或3所述的直线旋转双自由度伺服电机，初级线圈（3）所受的安培力传递给初级动子（20），使之沿导轨（17）的安装方向作直线运动，同时光栅尺读头（11）通过安装在线圈支架（10）上的光栅尺（12）读出当前的直线相对位移，作为位置信息反馈给运动控制器。

7.根据权利要求1或5所述的直线旋转双自由度伺服电机，其特征是：旋转运动由空心杯电机（14）产生，安装在其尾部的旋转编码器（13）用于对生成旋转位移的反馈信号，减速箱（15）对产生的旋转运动进行减速增扭后，通过联轴器（19）传递给次级动子（22），初级动子（20）安装在导轨（17）上，次级动子经过轴承（21）安装在初级动子（20）上。