CN103872841A - 电动直线驱动装置 - Google Patents

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肖平
肖云强
胥勋泽
唐国华
钱万勇
张恒硕
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Abstract

本发明涉及电机驱动设备领域,尤其是一种电动直线驱动装置。所要解决的技术问题是提供一种结构精简且能稳定输出直线驱动力的电动直线驱动装置。电动直线驱动装置,包括丝杠、机座、转子、螺母,转子上固定设置有永磁体或由绕线圈构成的转子绕组,转子为空心轴,所述转子的一端套接有转子轴承且所述转子通过所述转子轴承设置于机座上;螺母通过设置于螺母内的滚柱与套接于螺母内的丝杠螺纹配合连接,滚柱通过设置于端盖及螺母内的滚柱轴承设置于端盖和螺母上,螺母通过螺母轴承设置于端盖和壳体上,端盖端面设置有刮油密封环及挡圈。本发明结构精简,可以应用于需要输出线性驱动形式的场合。

Description

电动直线驱动装置
技术领域
本发明涉及电机驱动设备领域,尤其是一种电动直线驱动装置。
背景技术
现有的直线驱动装置有包括电动推杆、液压油缸、气缸三种结构形式。其中电动推杆的基本组成为电机、减速器、联轴器、丝杠副、推杆、缸体、控制器、驱动器、限位开关、防尘罩、安装配件、防转装置等部件构成。电动推杆有效行程短,刚性不好,传动效率低,成本偏高,实现直线运动时,需要配备减速器,联轴器等,增加了安装空间的需求和制造成本,故障发生概率大多。而液压油缸的主要缺点是液压油缸工作过程较为复杂,需配备专门的油箱提供压力油,同时存在潜在的油泄露,受温度变化影响大(不宜在高温或低温下运行),及后期维护成本高等问题,并且需要对液压系统定期换油,从而大大增加了维护和检修成本。另外的,气缸的主要缺点是要使气缸产生直线运动,需配备专门的空气压缩机及阀门管路等,要提供持续的压力还需配备储气罐,需要的安装空间比较大,气体产生的压力比较小,一般不超过1.2MP,而且空气的压力会随着管路的增长而下降,所以气缸产生的直线推力比较小,行程和速度也不可精确控制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种结构精简且能稳定输出直线驱动力的电动直线驱动装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:电动直线驱动装置,包括丝杠和内部固定设置有定子绕组的机座,还包括设置于定子绕组内的转子、与转子通过转子螺栓组固定连接的螺母、与所述转子连接的编码器、以及用于对转子实现制动的制动器,转子上固定设置有永磁体或由绕线圈构成的转子绕组,转子为空心轴,所述转子的一端套接有转子轴承且所述转子通过所述转子轴承设置于机座上;
螺母通过设置于螺母内的滚柱与套接于螺母内的丝杠螺纹配合连接,滚柱通过设置于端盖及螺母内的滚柱轴承设置于端盖和螺母上,螺母通过螺母轴承设置于端盖和壳体上,端盖端面设置有刮油密封环及挡圈。
进一步的是,所述转子外圆周上固定设置有永磁体或由绕线圈构成的转子绕组。
进一步的是,所述转子与螺母为一体的结构。
进一步的是,包括壳体,所述端盖通过端盖螺栓组可拆卸的设置于壳体上,壳体通过壳体螺栓组可拆卸的设置于机座上。
进一步的是,所述丝杠为单头螺纹轴或多头螺纹轴。
进一步的是,所述丝杠的螺纹牙形为60°牙形、90°牙形、矩形、梯形或齿矩形。
进一步的是,包括由丝杠、滚柱及螺母构成的行星滚柱丝杠副,所述行星滚柱丝杠副的结构形式包括标准式行星滚柱丝杠副、组合式行星滚柱丝杠副、反向式行星滚柱丝杠副、循环式行星滚柱丝杠副、轴承式行星滚柱丝杠副或差动式行星滚柱丝杠
进一步的是,所述螺母轴承为推力球轴承、推力圆柱滚子轴承、推力调心滚子轴承或组合式轴承。
进一步的是,所述滚柱轴承为无内圈滚针轴承、滚轮滚针轴承或冲压外圈滚针轴承。
进一步的是,定子绕组的级数为2~48级。
本发明的有益效果是:定子绕组由三个完全相同的在空间相隔120度电角度的对称绕组组成,接通三相对称电源后,流过三相对称电流。定子绕组产生的磁场与转子上永磁体或绕线圈构成的转子绕组所产生的磁场相互吸引,由于定子绕组产生的磁场是旋转磁场,受电磁力的作用,转子会跟随磁场的旋转方向旋转,形成电磁转矩。随着转子的旋转,与所述转子连接的螺母也会被驱动,在将机座及壳体固定好后,转子的旋转的运动形式即可通过丝杠副转化为丝杠的直线运动,至此,本发明即实现了将转动的运动形式稳定的转化为直线的线性运动形式。相反的,也可以通过相应的措施使丝杠固定不转动,通过电机转子得电后的旋转运动,辅以机座与固定平面的铰接,实现整个机座相对于丝杠的直线运动。另外的,与转子连接的编码器,是用于对转子转速的检测和控制,从而确保转子转数的精确控制。而设置的制动器则用于及时的对转子实现制动。本发明结构精简,能稳定的将转动的运动形式转化为直线的线性运动形式,在整个使用过程中也便于实现全程的自动化精确控制,从而实现低转速、大扭矩的稳定输出,可以应用于需要输出线性驱动形式的场合。
附图说明
图1是本发明的剖视图。
图中标记为:丝杠1、机座2、转子轴承3、转子4、永磁体5、定子绕组6、壳体螺栓组7、壳体8、转子螺栓组9、螺母10、端盖11、刮油密封环12、挡圈13、端盖螺栓组14、螺母轴承15、滚柱16、滚柱轴承17、编码器18、制动器19。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
如图1所示的电动直线驱动装置,包括丝杠1和内部固定设置有定子绕组6的机座2,还包括设置于定子绕组6内的转子4、与转子4通过转子螺栓组9固定连接的螺母10、与所述转子4连接的编码器18、以及用于对转子4实现制动的制动器19,转子4上固定设置有永磁体5或由绕线圈构成的转子绕组,转子4为空心轴,所述转子4的一端套接有转子轴承3且所述转子4通过所述转子轴承3设置于机座2上;螺母10通过设置于螺母10内的滚柱16与套接于螺母10内的丝杠1螺纹配合连接,滚柱16通过设置于端盖11及螺母10内的滚柱轴承17设置于端盖11和螺母10上,螺母10通过螺母轴承15设置于端盖11和壳体8上,端盖11端面设置有刮油密封环12及挡圈13。
本发明行星滚柱丝杠副的螺母10、滚柱16及丝杠1的技术改进基础主要是在专利号20131409382.9的专利的基础上加以改进的得到,且本发明的丝杠传动原理与专利号20131409382.9的传动原理一致。本发明属于是现有的丝杠技术和电机直接驱动技术相融合的电机直驱技术,其技术本质属于力矩直驱永磁电机,它能够消除传动系统中所有的机械传动部件,如齿轮变速箱,皮带,滑轮和联轴器等,并实现直接与负载连接。在实际应用时,由于定子绕组6由三个完全相同的在空间相隔120度电角度的对称绕组组成,故在通入三相对称电源后,定子绕组6产生的磁场的为旋转磁场,且此旋转磁场与转子4的永磁体5或转子绕组相互吸引。随着旋转磁场的磁场方向的转动,则转子4也随之转动,转子4与螺母10通过转子螺栓组9连接,所以螺母10随转子4等转动而转动。由于丝杠1与螺母10、滚柱16之间为螺纹配合连接,在将机座6及壳体8固定好后,转子4的转动即可通过螺母10、滚柱16与丝杠1之间的螺纹配合连接转化为丝杠1的直线运动。特别的,为了保证传动的稳定性和精确性,还可以在所述转子4及螺母10设置止口配合以保证其同心度,螺母10内及端盖11上均匀的设置滚柱16,且所述螺母10通过滚柱16与丝杠1配合连接
设置的刮油密封环12与挡圈13配合从而防止油脂的甩出,保证设备环境的清洁。如果将本发明与电气控制系统连接,即可实现高度的自动化控制。对于制动器19,可以选择将所述制动器19的内花键与转子4的轴端的外花键互相作用从而起到刹车的作用,也可以选择块式制动安装在壳体8,制动器与螺母10的外圆面作用实现制动刹车。
转子4为空心轴,定子绕组6安装固定在机座2内,转子4的一端设置有轴承3,轴承3安装在机座2内,转子4的另一端通过螺栓9与行星滚柱丝杠副的螺母10连接,当设置在转子4的永磁体5或转子绕组与定子绕组6所产生的磁场作用时,旋转磁场会带动转子4一起旋转,螺母10会随着转子4的转动而转动,由于螺母10与滚柱16、丝杠1、及端盖11之间采用螺纹配合,从而使转子4的旋转运动转换为丝杠1的直线运动,轴承17对滚柱的安装起保持和支撑作用。
一般的,在转子4外圆周上固定设置有永磁体5或由绕线圈构成的转子绕组,视实际生产的需要而灵活选取,无论永磁体5或转子绕组,均是为了保证转子4处产生磁场并实现转子4跟随定子绕组6旋转磁场进行旋转。
为了简化制作的工序,可以将转子4与螺母10设计为一体的结构,这样可以让零件制作更简便。
为了便于产品的加工、装配及清理,端盖11、机壳8及机座2采用螺栓组进行组装,对于壳体8,可以选择将所述端盖11通过端盖螺栓组14可拆卸的设置于壳体8上,壳体8通过壳体螺栓组7可拆卸的设置于机座2上。,这样的设计也大大增加了本发明的后期维护的便利性。
对于丝杠1的选择,需要保证丝杠1能稳定的输出直线驱动力。因此,一般结合实践工程经验,可以选择所述丝杠1为单头螺纹轴或多头螺纹轴。而对于丝杠1的螺纹牙形,可以选择的螺纹牙形为60°或90°,或是矩形、梯形或齿矩形均可以。
对于丝杠副结构形式的选择,也是可以多样化的,一般的,可以选取标准式行星滚柱丝杠副、组合式行星滚柱丝杠副、反向式行星滚柱丝杠副、循环式行星滚柱丝杠副、轴承式行星滚柱丝杠副或差动式行星滚柱丝杠副等形式的通用丝杠副形式,具体选择视实际的需求灵活选取,所有结构特征分别符合各形式行星滚柱丝杠的结构特征。
对于螺母轴承15的选取,优选的是所述轴承15为推力球轴承、推力圆柱滚子轴承、推力调心滚子轴承或组合式轴承等。对于滚柱轴承17的选取,优先的是无内圈滚针轴承、滚轮滚针轴承、冲压外圈滚针轴承等。这样是为了保证运行过程中的稳定性,尽可能的降低运行的阻力和运行时的振动。对于转子轴承3的选取,优先的是所述轴承3为开放式深沟球轴承、密封式深沟球轴承等,原因是转子轴承3受力很小,主要作用是通过与螺母轴承15作用以保证螺母10与转子4的同心度。
对于定子绕组6的级数的选取,结合时间的经验与产品成本,一般选择的定子绕组6级数为2~48级。这样不仅可以保证产生的磁场的强度,也可以合理的利用机座2的空间。
对于编码器18的选取,可以选择编码器18为绝对编码器或增量编码器。所设置的编码器18是为了更精确的获取转子4的转速信号,从而更精确的实现对运动过程的自动化控制。
对于制动器19的选取,可以优先选择制动器19为电磁制动器或磁粉制动器,作此选择是因为转子4所受的扭矩很大,所以其制动力必须非常大,因此优选电磁制动器或磁粉制动器。
本发明直接将螺母10与转子4结合,从而可以在大大简化结构零部件的前提下保证了将旋转运动转化为直线运动。除此之外,本发明对环境的适应能力强:能适应各种高低温环境且保证产品可靠性和寿命。无污染、环保,采用电能即可作为消耗能源,而不是油类作为消耗能源,能耗、制造成本以及故障率都较低。另外的,只要周期性地对轴承和丝杠加注润滑油脂即可,因此产品维护容易。

Claims (10)

1.电动直线驱动装置,包括丝杠(1)和内部固定设置有定子绕组(6)的机座(2),其特征在于:包括设置于定子绕组(6)内的转子(4)、与转子(4)通过转子螺栓组(9)固定连接的螺母(10)、与所述转子(4)连接的编码器(18)、以及用于对转子(4)实现制动的制动器(19),转子(4)上固定设置有永磁体(5)或由绕线圈构成的转子绕组,转子(4)为空心轴,所述转子(4)的一端套接有转子轴承(3)且所述转子(4)通过所述转子轴承(3)设置于机座(2)上;
螺母(10)通过设置于螺母(10)内的滚柱(16)与套接于螺母(10)内的丝杠(1)螺纹配合连接,滚柱(16)通过设置于端盖(11)及螺母(10)内的滚柱轴承(17)设置于端盖(11)和螺母(10)上,螺母(10)通过螺母轴承(15)设置于端盖(11)和壳体(8)上,端盖(11)端面设置有刮油密封环(12)及挡圈(13)。
2.如权利要求1所述的电动直线驱动装置,其特征在于:所述转子(4)外圆周上固定设置有永磁体(5)或由绕线圈构成的转子绕组。
3.如权利要求1所述的电动直线驱动装置,其特征在于:所述转子(4)与螺母(10)为一体的结构。
4.如权利要求1、2或3所述的电动直线驱动装置,其特征在于:包括壳体(8),所述端盖(11)通过端盖螺栓组(14)可拆卸的设置于壳体(8)上,壳体(8)通过壳体螺栓组(7)可拆卸的设置于机座(2)上。
5.如权利要求1、2或3所述的电动直线驱动装置,其特征在于:所述丝杠(1)为单头螺纹轴或多头螺纹轴。
6.如权利要求1、2或3所述的电动直线驱动装置,其特征在于:所述丝杠(1)的螺纹牙形为60°牙形、90°牙形、矩形、梯形或齿矩形。
7.如权利要求1、2或3所述的电动直线驱动装置,其特征在于:包括由丝杠(1)、滚柱(16)及螺母(10)构成的行星滚柱丝杠副,所述行星滚柱丝杠副的结构形式包括标准式行星滚柱丝杠副、组合式行星滚柱丝杠副、反向式行星滚柱丝杠副、循环式行星滚柱丝杠副、轴承式行星滚柱丝杠副或差动式行星滚柱丝杠副。
8.如权利要求1、2或3所述的电动直线驱动装置,其特征在于:所述螺母轴承(15)为推力球轴承、推力圆柱滚子轴承、推力调心滚子轴承或组合式轴承。
9.如权利要求1、2或3所述的电动直线驱动装置,其特征在于:所述滚柱轴承(17)为无内圈滚针轴承、滚轮滚针轴承或冲压外圈滚针轴承。
10.如权利要求1、2或3所述的电动直线驱动装置,其特征在于:定子绕组(6)的级数为2~48级。
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