CN104218728A - 高度集成的机电作动器及其应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高度集成的机电作动器及其应用方法，包括：电机、丝杠传动机构；其中，所述电机包括电机转子，所述电机转子包括转轴；所述丝杠传动机构包括丝杆轴和丝杠导向支撑装置；其中，所述转轴设置有内螺纹；所述丝杆轴设置有外螺纹，与所述转轴的内螺纹相啮合；所述丝杆轴的输出端安装有用于支撑所述丝杆轴且用于限制丝杆轴旋转的丝杠导向支撑装置。本发明提供的高度集成的机电作动器，具有体积小、重量轻、结构紧凑、承载能力强、运动精度和传动效率高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种机电作动器，具体涉及一种高度集成的机电作动器及其应用方法。
背景技术
机电作动器作为一种常用的功率电传作动器，是一种以电机提供动力，通过传动件驱动执行机构，最终将旋转运动转化成直线往复运动的设备，广泛应用于汽车、列车和航空等领域中。
现有技术中，机电作动器通常采用搭积木的设计方式，简单地将驱动电机、传动机构和位移传感器等器件拼凑在一起，具有结构复杂和体积重量大的缺陷，另外，由于传动环节较多，还导致系统刚度和传动效率的下降。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种高度集成的机电作动器及其应用方法，具有体积小、重量轻、结构紧凑、承载能力强、运动精度和传动效率高的优点。
本发明采用的技术方案如下：
本发明提供一种高度集成的机电作动器，包括：电机、丝杠传动机构；其中，所述电机包括电机转子，所述电机转子包括转轴；所述丝杠传动机构包括丝杆轴和丝杠导向支撑装置；
其中，所述转轴设置有内螺纹；所述丝杆轴设置有外螺纹，与所述转轴的内螺纹相啮合；所述丝杆轴的输出端安装有用于支撑所述丝杆轴且用于限制丝杆轴旋转的丝杠导向支撑装置。
优选的，还包括LVDT位移传感器；所述LVDT位移传感器内置于所述丝杆轴内部。
优选的，所述LVDT位移传感器包括LVDT外壳、LVDT铁芯和LVDT延长杆；所述LVDT外壳置于所述转轴内部；所述LVDT外壳的轴心开设有孔，所述LVDT铁芯内置于所述LVDT外壳开设的孔内，所述LVDT延长杆一端与所述LVDT铁芯通过螺纹相连接，所述LVDT延长杆另一端通过螺栓与所述丝杠轴相连接。
优选的，所述LVDT延长杆的一端的外圆与所述丝杠轴内孔配合，用于两者的径向定位。
优选的，所述LVDT外壳通过LVDT固定套固定在所述电机的端盖上。
优选的，还包括：旋转变压器。
优选的，所述旋转变压器包括变压器定子和变压器转子；所述变压器定子采用过盈配合固定在电机的机壳内部；所述变压器转子采用过盈配合固定在电机转子上。
本发明还提供一种高度集成的机电作动器的应用方法，包括以下步骤：
电机转子的转轴设置有内螺纹，丝杆轴设置有外螺纹，使丝杆轴的外螺纹与转轴的内螺纹相啮合；
当电机转子的转轴被驱动进行旋转运动时，电机转子的转轴同时作为丝杆轴的螺母；在丝杠导向支撑装置的限制作用下，该螺母的旋转运动带动丝杆轴进行直线伸缩运动。
优选的，还包括：
LVDT位移传感器的LVDT铁芯通过LVDT延长杆与丝杠轴连接，当所述丝杆轴进行直线伸缩运动时，同时带动LVDT铁芯进行直线往复运动，进而测量丝杠轴直线运动的位移。
优选的，旋转变压器包括变压器定子和变压器转子；变压器定子采用过盈配合固定在电机的机壳内部；变压器转子采用过盈配合固定在电机转子上；当电机转子旋转时，带动所述变压器转子旋转，进而检测电机角位移和角速度。
本发明的有益效果如下：
本发明提供的高度集成的机电作动器，采用一体化设计，将电机、丝杆传动机构、LVDT位移传感器和旋转变压器有机地融为一体，具有体积小、重量轻、结构紧凑、安装方便、承载能力大、运动精度好、传动效率高、抗干扰能力强等特点，可广泛应用于航空航天、船舶、机器人、高精密数控机床等领域。
附图说明
图1为本发明提供的高度集成的机电作动器的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行详细说明：
如图1所示，本发明提供一种高度集成的机电作动器，包括：电机、丝杠传动机构；电机包括电机转子5，电机转子5由面对面方式布置的一对角接触球轴承2支撑。电机的定子4通过过盈配合与机壳3固定。其中，电机转子包括转轴；丝杠传动机构包括丝杆轴11和丝杠导向支撑装置9；其中，转轴设置有内螺纹；丝杆轴设置有外螺纹，与转轴的内螺纹相啮合；丝杆轴的输出端安装有用于支撑丝杆轴且用于限制丝杆轴旋转的丝杠导向支撑装置。作为一种具体结构，丝杠导向支撑装置可以为与丝杆轴贴合的两个相互平行的平面及圆柱面，通过螺栓固定在右端盖10上，从而具有限制丝杠轴转动以及支撑丝杆轴的作用。
由于转子转轴的内螺纹和丝杆轴的外螺纹相啮合，因此，当转子的转轴按照期望的转速和转向转动时，由于丝杠导向支撑装置的作用，转轴带动丝杆轴进行直线伸缩运动。也就是说，转子转轴相当于丝杠传动机构的螺母，因此，丝杠传动机构不再单独配置螺母，将转轴与丝杆传动机构有机地融为一体，一方面，提高了机电作动器的结构紧凑性；另一方面，提高了机电作动器的耦合刚度和传动精度。
本发明还对LVDT位移传感器的安装方式进行了改进，其中，LVDT(LinearVariable Differential Transformer)是线性可变差动变压器缩写，属于直线位移传感器。具体为将LVDT位移传感器内置于丝杆轴内部，而不单独占用丝杆轴外部空间。更具体的，LVDT位移传感器包括LVDT外壳13、LVDT铁芯14和LVDT延长杆12；LVDT外壳置于转轴内部，LVDT外壳通过LVDT固定套15固定在电机的端盖上，图1中，LVDT固定套15固定在电机的左端盖1上；LVDT外壳的轴心开设有孔，LVDT铁芯内置于LVDT外壳开设的孔内，LVDT延长杆一端与LVDT铁芯通过螺纹相连接，LVDT延长杆的一端的外圆与丝杠轴内孔配合，用于两者的径向定位；LVDT延长杆另一端通过螺栓8与丝杠轴相连接。因此，LVDT铁芯通过LVDT延长杆与丝杠轴连接，当丝杆轴进行直线往复运动时，同时带动LVDT铁芯进行直线往复运动。另外，LVDT延长杆的凸肩与丝杠轴内壁配合，具有支撑丝杆轴的作用，并且还保证了LVDT铁芯与丝杠轴的同轴度。通过LVDT位移传感器，精确检测丝杠轴直线运动的位移，可实现精确的位置和速度闭环控制。将LVDT位移传感器内置于丝杠轴内部空间中，一方面使产品结构极为紧凑，另一方面对LVDT位移传感器也具有良好的保护作用。
本发明还对旋转变压器的布局进行了改进，从而进一步减小了机电作动器的体积和重量，具体为：旋转变压器包括变压器定子6和变压器转子7；变压器定子采用过盈配合固定在电机的机壳内部；变压器转子采用过盈配合固定在电机转子上。通过旋转变压器，精确检测电机角位移和角速度，供交流伺服电机驱动控制使用。
综上所述，本发明从多个方面对机电作动器的结构和布局方式进行了改进，采用一体化设计，将电机、丝杆传动机构、LVDT位移传感器和旋转变压器有机地融为一体，具有体积小、重量轻、结构紧凑、安装方便、承载能力大、运动精度好、传动效率高、抗干扰能力强等特点，可广泛应用于航空航天、船舶、机器人、高精密数控机床等领域。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种高度集成的机电作动器，其特征在于，包括：电机、丝杠传动机构；其中，所述电机包括电机转子，所述电机转子包括转轴；所述丝杠传动机构包括丝杆轴和丝杠导向支撑装置；
其中，所述转轴设置有内螺纹；所述丝杆轴设置有外螺纹，与所述转轴的内螺纹相啮合；所述丝杆轴的输出端安装有用于支撑所述丝杆轴且用于限制丝杆轴旋转的丝杠导向支撑装置。
2.根据权利要求1所述的高度集成的机电作动器，其特征在于，还包括LVDT位移传感器；所述LVDT位移传感器内置于所述丝杆轴内部。
3.根据权利要求2所述的高度集成的机电作动器，其特征在于，所述LVDT位移传感器包括LVDT外壳、LVDT铁芯和LVDT延长杆；所述LVDT外壳置于所述转轴内部；所述LVDT外壳的轴心开设有孔，所述LVDT铁芯内置于所述LVDT外壳开设的孔内，所述LVDT延长杆一端与所述LVDT铁芯通过螺纹相连接，所述LVDT延长杆另一端通过螺栓与所述丝杠轴相连接。
4.根据权利要求3所述的高度集成的机电作动器，其特征在于，所述LVDT延长杆的一端的外圆与所述丝杠轴内孔配合，用于两者的径向定位。
5.根据权利要求3所述的高度集成的机电作动器，其特征在于，所述LVDT外壳通过LVDT固定套固定在所述电机的端盖上。
6.根据权利要求1所述的高度集成的机电作动器，其特征在于，还包括：旋转变压器。
7.根据权利要求6所述的高度集成的机电作动器，其特征在于，所述旋转变压器包括变压器定子和变压器转子；所述变压器定子采用过盈配合固定在电机的机壳内部；所述变压器转子采用过盈配合固定在电机转子上。
8.一种权利要求1-7任一项所述高度集成的机电作动器的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：
电机转子的转轴设置有内螺纹，丝杆轴设置有外螺纹，使丝杆轴的外螺纹与转轴的内螺纹相啮合；
当电机转子的转轴被驱动进行旋转运动时，电机转子的转轴同时作为丝杆轴的螺母；在丝杠导向支撑装置的限制作用下，该螺母的旋转运动带动丝杆轴进行直线伸缩运动。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：
LVDT位移传感器的LVDT铁芯通过LVDT延长杆与丝杠轴连接，当所述丝杆轴进行直线伸缩运动时，同时带动LVDT铁芯进行直线往复运动，进而测量丝杠轴直线运动的位移。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：
旋转变压器包括变压器定子和变压器转子；变压器定子采用过盈配合固定在电机的机壳内部；变压器转子采用过盈配合固定在电机转子上；当电机转子旋转时，带动所述变压器转子旋转，进而检测电机角位移和角速度。
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