CN105048866B - 基于超声电机的有效载荷用高精密驱动装置及装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于超声电机的有效载荷用高精密驱动装置及装配方法包括双轴电机、机壳、整体式光电编码器、组件式光电编码器、主轴和输出轴；其中，所述双轴电机、所述整体式光电编码器、所述组件式光电编码器、所述主轴和所述输出轴均设置在所述机壳内侧；所述双轴电机包括第一电机输出轴和第二电机输出轴；所述第一电机输出轴通过所述主轴连接所述输出轴；所述第二电机输出轴连接所述整体式光电编码器；所述组件式光电编码器连接所述主轴和所述机壳内表面；所述机壳设置有输出孔，所述输出轴通过所述输出孔穿出所述机壳。本发明配备超声电机以及整体式光电编码器（2）和组件式光电编码器，从而驱动能力精确地更高。

Description

基于超声电机的有效载荷用高精密驱动装置及装配方法

技术领域

本发明涉及航天器，具体地，涉及一种基于超声电机的有效载荷用高精密驱动装置，适用于卫星等航天器天线等有效载荷的在轨精密驱动、跟瞄及定位领域。

背景技术

随着航天器性能的提升，其对部分载荷、天线等在轨驱动和定位的要求也在逐步提高，对于高精密驱动的技术和配套装置的需求，也日趋显现和重要。同时，结合针对卫星等航天器对重量和功耗优化的综合要求，在满足高精密驱动的同时，如何付出重量小和低功耗的代价，也是高精密驱动装置研制的重要方面。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于超声电机的有效载荷用高精密驱动装置及装配方法。

根据本发明的一个方面提供的基于超声电机的有效载荷用高精密驱动装置，包括双轴电机、机壳、整体式光电编码器、组件式光电编码器、主轴以及输出轴；

其中，所述双轴电机、所述整体式光电编码器、所述组件式光电编码器、所述主轴和所述输出轴均设置在所述机壳内侧；

所述双轴电机包括第一电机输出轴和第二电机输出轴；所述第一电机输出轴通过所述主轴连接所述输出轴；

所述第二电机输出轴连接所述整体式光电编码器；所述组件式光电编码器连接所述主轴和所述机壳内表面；

所述机壳设置有输出孔，所述输出轴通过所述输出孔穿出所述机壳。

优选地，所述机壳包括第二机壳、第一机壳、前端盖以及后端盖；

其中，所述前端盖、所述第一机壳、所述第二机壳和所述后端盖顺次相连构成安装腔；

所述前端盖设置有所述输出孔。

优选地，所述组件式光电编码器包括组件式光电编码器处理板、组件式光电编码器接收板、组件式光电编码器狭缝、组件式光电编码器码盘和组件式光电编码器发光板；

其中，所述组件式光电编码器发光板、所述组件式光电编码器狭缝、所述组件式光电编码器接收板和组件式光电编码器处理板的两端连接所述第一机壳的内表面；

所述组件式光电编码器码盘设置在所述主轴上；

所述组件式光电编码器码盘、所述组件式光电编码器狭缝、所述组件式光电编码器接收板、组件式光电编码器处理板在所述组件式光电编码器发光板和所述前端盖(5)之间沿所述第一机壳的轴线方向依次排列。

优选地，所述输出轴一端连接所述主轴，另一端设置有机械接口。

优选地，还包括支承轴承；

所述支承轴承设置在所述第一机壳和所述主轴之间；所述支承轴承与所述第一机壳之间以及所述主轴与所述支承轴承之间过盈配合。

优选地，所述双轴电机采用超声电机。

优选地，支承轴承设置有固体润滑镀膜且通过固体润滑镀膜连接所述主轴。

优选地，还包括第一电连接器和第二电连接器；

其中，所述第一电连接器连接所述组件式光电编码器，用于组件式光电编码器处理板的信号输出；

所述第二电连接器连接所述整体式光电编码器，用于整体式光电编码器的信号输出；

所述第一电连接器或所述第二电连接器连接所述双轴电机。

根据本发明的另一个方面提供的基于超声电机的有效载荷用高精密驱动装置的装配方法，包括如下步骤：

步骤1：将支承轴承与主轴采用过盈配合方式安装；

步骤2：将装配后的支承轴承与主轴采用过盈配合方式安装于第一机壳中；

步骤3：将组件式光电编码器发光板连接至第一机壳；将组件式光电编码器码盘连接至主轴上；将组件式光电编码器狭缝、组件式光电编码器处理板、组件式光电编码器接收板装配在所述第一机壳上；

步骤4：将超声电机安装于第一机壳上，并将超声电机的第一输出轴采用过盈配合方式嵌入主轴中；

步骤5：将第二机壳连接第一机壳；

步骤6：将整体式光电编码器与第二机壳通过螺钉方式连接，保持松配合状态，同时将超声电机的第二输出轴与整体式光电编码器连接，完成同轴度调试后，再将整体式光电编码器与第二机壳的螺钉进行紧固；

步骤7：将前端盖连接第二机壳，形成整体构型；

步骤8：将输出轴与主轴连接，连接过程需测量并调整以保证输出轴的圆跳动。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明配备超声电机以及整体式光电编码器2和组件式光电编码器，从而驱动能力精确地更高；

2、本发明结构紧凑、重量轻、可靠性高以及装配调试操作便捷；

3、本发明组件式光电编码器和超声电机集成，组件式光电编码器的角度信号参与超声电机的闭环控制，从而可使本高精密驱动装置具有很好的运行精度和速度稳定度；特别适合于高精密有效载荷的在轨应用，具有广泛的应用前景。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明中基于超声电机的有效载荷用高精密驱动装置的结构示意图；

图2为本发明的基于超声电机的有效载荷用高精密驱动装置的截面示意图。

图3为本发明中基于超声电机的有效载荷用高精密驱动装置的一个方向示意图；

图4为本发明中基于超声电机的有效载荷用高精密驱动装置的另一个方向示意图。

图中：

1为超声电机；

2为整体式光电编码器；

3为第二机壳；

4为第一机壳；

5为前端盖；

6为组件式光电编码器处理板；

7为组件式光电编码器接收板；

8为组件式光电编码器狭缝；

9为组件式光电编码器码盘；

10为组件式光电编码器发光板；

11为主轴；

12为输出轴；

13为第一电连接器；

14为支承轴承；

15为第二电连接器；

16为后端盖。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

在本实施例中，本发明提供的基于超声电机的有效载荷用高精密驱动装置，包括双轴电机、机壳、整体式光电编码器2、组件式光电编码器、主轴11和输出轴12；

其中，所述双轴电机、所述整体式光电编码器2、所述组件式光电编码器、所述主轴11和所述输出轴12均设置在所述机壳内侧；所述双轴电机包括第一电机输出轴和第二电机输出轴；所述第一电机输出轴通过所述主轴11连接所述输出轴12；所述第二电机输出轴连接所述整体式光电编码器2；所述组件式光电编码器连接所述主轴11和所述机壳内表面；所述机壳设置有输出孔，所述输出轴12通过所述输出孔穿出所述机壳。所述输出轴12一端连接所述主轴11，另一端设置有机械接口。从而可以使得本发明的装配过程简单，同时可以与外界接口较好的兼容性要求。所述双轴电机采用超声电机1。

本发明提供的基于超声电机的有效载荷用高精密驱动装置，还包括支承轴承14；所述支承轴承14设置在所述第一机壳4和所述主轴11之间；所述支承轴承14与所述第一机壳4之间以及所述主轴11和所述支承轴承14之间过盈配合。支承轴承14设置有固体润滑镀膜且通过固体润滑镀膜连接所述主轴11。本发明采用了两套支承轴承14，为本发明整体的平稳工作提供保证。同时，两套支承轴承14采用固体润滑镀膜，解决了空间使用环境中的润滑问题。

所述机壳包括第二机壳3、第一机壳4、前端盖5和后端盖16；其中，所述前端盖5、所述第一机壳4、所述第二机壳3和所述后端盖16顺次相连构成安装腔；所述双轴电机、所述整体式光电编码器2、所述组件式光电编码器、所述主轴11和所述输出轴12均设置所述安装腔内。所述前端盖5设置有所述输出孔。由第二机壳3、第一机壳4、前端盖5以及后盖16构成了装置的整体包络，整体包络约为φ150mm×172mm。整体结构紧凑，整体重量为2.8kg。所述组件式光电编码器包括组件式光电编码器处理板6、组件式光电编码器接收板7、组件式光电编码器狭缝8、组件式光电编码器码盘9和组件式光电编码器发光板10；其中，所述组件式光电编码器发光板10、所述组件式光电编码器狭缝8、所述组件式光电编码器接收板7和组件式光电编码器处理板6的两端连接所述第一机壳4的内表面；所述组件式光电编码器码盘9设置在所述主轴11上；所述组件式光电编码器码盘9、所述组件式光电编码器狭缝8、所述组件式光电编码器接收板7和组件式光电编码器处理板6在所述组件式光电编码器发光板10和所述前端盖5之间沿所述第一机壳4的轴线方向依次排列。

本发明提供的基于超声电机的有效载荷用高精密驱动装置还包括第一电连接器13和第二电连接器15；其中，所述第一电连接器13连接所述组件式光电编码器，用于组件式光电编码器处理板6的信号输出；所述第二电连接器15连接所述整体式光电编码器2，用于整体式光电编码器2的信号输出；所述第一电连接器13或所述第二电连接器15连接所述双轴电机。

本发明中驱动部分采用超声电机1。从而具有重量轻、包络小、运行精度高、速度稳定度高的特点。同时，超声电机具有输出力矩大的特点，从而装置在设计过程中，取消了减速器的环节，采用直驱的方式。另外，超声电机具有很好的断电自锁功能，从而可以在不工作时，装置在无需功耗的情况下，能够提供较大的锁定力矩。超声电机1为双输出轴构型，分别连接整体式光电编码器2和主轴11。超声电机1与整体式光电编码器2相连，从而整体式光电编码器2得以工作；而主轴11则与组件式光电编码器狭缝8、组件式光电编码器码盘9相连，从而可以使得组件式光电编码器得以工作。在具体使用时，整体式光电编码器2采集角度信号，可作为备份的角度信号数据。

本发明采用了两套角度测量系统，整体式光电编码器2为一体式状态；从装置整体包络和重量角度考虑，第二套光电编码器为组件式状态，即由组件式光电编码器处理板6、组件式光电编码器接收板7、组件式光电编码器狭缝8、组件式光电编码器码盘9、组件式光电编码器发光板10组成。一套为组件式光电编码器2，其测量精度可达到1＂(角秒)；另一套为组件式光电编码器，该组件式光电编码器测量精度优于3＂(角秒)。

本发明提供的基于超声电机的有效载荷用高精密驱动装置的装配方法，包括如下步骤：

步骤1：将支承轴承14与主轴11实现装配，为保证运行的稳定性，装配过程采用过盈方式安装；

步骤2：将支承轴承14与主轴11装配后的状态，安装于第一机壳4中，为保证装置的运行稳定性，同时兼顾运行阻力矩，在将支承轴承14和主轴11装配至第一机壳4过程中，采用了小量的过盈；

步骤3：将组件式光电编码器发光板10通过螺钉方式连接至第一机壳4，将组件式光电编码器码盘9通过螺接的方式连接至主轴11上，将组件式光电编码器狭缝8装配至第一机壳4在完成如上连接后，最后将组件式光电编码器处理板6、组件式光电编码器接收板7通过螺钉方式与第一机壳4相连。

步骤4：将超声电机1安装于第一机壳4上，并将超声电机1的输出轴嵌入主轴11，并通过方形输出轴的设计传递力矩。为保证高精度的要求，超声电机1输出轴与主轴11采用小量过盈方式。

步骤5：将第二机壳3与第一机壳4通过螺钉方式连接。

步骤6：将整体式光电编码器与第二机壳3通过螺钉方式连接，连接时先保持松配合状态，同时将超声电机1输出轴与整体式光电编码器连接，完成同轴度调试后，再将整体式光电编码器与第二机壳3的螺钉进行紧固。

步骤7：将端盖5与第二机壳3通过螺钉方式连接，形成整体构型。

步骤8：通过螺钉方式，将输出轴12与主轴11连接，连接过程需测量并调整，并保证轴系的圆跳动。

步骤9：安装第一电连接器13和第二电连接器15，具体为，所述第一电连接器13连接所述组件式光电编码器，所述第二电连接器15连接所述整体式光电编码器2，用于整体式光电编码器2的信号输出；所述第一电连接器13或所述第二电连接器15连接所述双轴电机。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (7)

1.一种基于超声电机的有效载荷用高精密驱动装置，其特征在于，包括双轴电机、机壳、整体式光电编码器(2)、组件式光电编码器、主轴(11)以及输出轴(12)；

其中，所述双轴电机、所述整体式光电编码器(2)、所述组件式光电编码器、所述主轴(11)和所述输出轴(12)均设置在所述机壳内侧；

所述双轴电机包括第一电机输出轴和第二电机输出轴；所述第一电机输出轴通过所述主轴(11)连接所述输出轴(12)；

所述第二电机输出轴连接所述整体式光电编码器(2)；所述组件式光电编码器连接所述主轴(11)和所述机壳内表面；

所述机壳设置有输出孔，所述输出轴(12)通过所述输出孔穿出所述机壳；

所述机壳包括第二机壳(3)、第一机壳(4)、前端盖(5)以及后端盖(16)；

其中，所述前端盖(5)、所述第一机壳(4)、所述第二机壳(3)和所述后端盖(16)顺次相连构成安装腔；

所述前端盖(5)设置有所述输出孔；

所述组件式光电编码器包括组件式光电编码器处理板(6)、组件式光电编码器接收板(7)、组件式光电编码器狭缝(8)、组件式光电编码器码盘(9)和组件式光电编码器发光板(10)；

其中，所述组件式光电编码器发光板(10)、所述组件式光电编码器狭缝(8)、所述组件式光电编码器接收板(7)和组件式光电编码器处理板(6)的两端连接所述第一机壳(4)的内表面；

所述组件式光电编码器码盘(9)设置在所述主轴(11)上；

所述组件式光电编码器码盘(9)、所述组件式光电编码器狭缝(8)、所述组件式光电编码器接收板(7)、组件式光电编码器处理板(6)在所述组件式光电编码器发光板(10)和所述前端盖(5)之间沿所述第一机壳(4)的轴线方向依次排列。

2.根据权利要求1所述的基于超声电机的有效载荷用高精密驱动装置，其特征在于，所述输出轴(12)一端连接所述主轴(11)，另一端设置有机械接口。

3.根据权利要求2所述的基于超声电机的有效载荷用高精密驱动装置，其特征在于，还包括支承轴承(14)；

所述支承轴承(14)设置在所述第一机壳(4)和所述主轴(11)之间；所述支承轴承(14)与所述第一机壳(4)之间以及所述主轴(11)与所述支承轴承(14)之间过盈配合。

4.根据权利要求1所述的基于超声电机的有效载荷用高精密驱动装置，其特征在于，所述双轴电机采用超声电机(1)。

5.根据权利要求3所述的基于超声电机的有效载荷用高精密驱动装置，其特征在于，支承轴承(14)设置有固体润滑镀膜且通过固体润滑镀膜连接所述主轴(11)。

6.根据权利要求1所述的基于超声电机的有效载荷用高精密驱动装置，其特征在于，还包括第一电连接器(13)和第二电连接器(15)；

其中，所述第一电连接器(13)连接所述组件式光电编码器，用于组件式光电编码器处理板(6)的信号输出；

所述第二电连接器(15)连接所述整体式光电编码器(2)，用于整体式光电编码器(2)的信号输出；

所述第一电连接器(13)或所述第二电连接器(15)连接所述双轴电机。

7.一种基于超声电机的有效载荷用高精密驱动装置的装配方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：将支承轴承(14)与主轴(11)采用过盈配合方式安装；

步骤2：将装配后的支承轴承(14)与主轴(11)采用过盈配合方式安装于第一机壳(4)中；

步骤3：将组件式光电编码器发光板(10)连接至第一机壳(4)；将组件式光电编码器码盘(9)连接至主轴(11)上；将组件式光电编码器狭缝(8)、组件式光电编码器处理板6、组件式光电编码器接收板(7)装配在所述第一机壳(4)上；

步骤4：将超声电机(1)安装于第一机壳(4)上，并将超声电机(1)的第一输出轴采用过盈配合方式嵌入主轴(11)中；

步骤5：将第二机壳(3)连接第一机壳(4)；

步骤6：将整体式光电编码器(2)与第二机壳(3)通过螺钉方式连接，保持松配合状态，同时将超声电机(1)的第二输出轴与整体式光电编码器(2)连接，完成同轴度调试后，再将整体式光电编码器与第二机壳(3)的螺钉进行紧固；

步骤7：将前端盖(5)连接第二机壳(3)，形成整体构型；

步骤8：将输出轴(12)与主轴(11)连接，连接过程需测量并调整以保证输出轴(12)的圆跳动。