CN106849532B - 一种丝杠电机转子结构的制作方法 - Google Patents

Abstract

一种丝杠电机转子结构的制作方法，涉及机电伺服机构领域；主要包括以下步骤：步骤(一)、丝杠螺母开设凹槽，并固定套装在丝杠的外壁；步骤(二)、在凹槽中对应装入n个凸型键；步骤(三)、将磁钢按Halbach阵列图的方式包裹安装在丝杠螺母轴向外壁；步骤(四)、将轴肩顶住磁钢轴向端面；步骤(五)、将不锈钢套套在磁钢的外壁；步骤(六)、在丝杠螺母的两端安装轴承；步骤(七)、整体安装成型；本发明实现电机转子与丝杠的一体化设计，可将电机的旋转运动转换成丝杠的直线运动。由于取消了转子磁轭，因此电机具有很低的惯量，使电机拥有了很好的动态响应能力。

Description

一种丝杠电机转子结构的制作方法

技术领域

本发明涉及一种机电伺服机构领域，特别是一种丝杠电机转子结构的制作方法。

背景技术

电机常和控制驱动器和减速器一起，组成机电作动器，用于机电伺服机构中的动力输出执行系统，它具有负载大、动态特性高等特点。尤其是近年来机电作动器功率等级越来越高，零位安装尺寸越来越苛刻、正负行程越来越长，负载力矩越来越大，传统的机电作动器已无法满足大负载要求，同时其整体结构强度需求也大幅提升，因此急需一种新型结构，旨在满足有限安装空间内的较长行程，同时需具备较高的动态响应能力。最终，将电机转子和丝杠副一体化设计，为此类问题提供了技术基础。

上海磁浮交通工程技术研究中心发明的永磁Halbach直线电机，河南理工大学发明的一种凸极Halbach复合永磁直线电机，均是可实现直线运动的Halbach结构平面电机，并没有将电机与丝杠副进行集成设计，推力相对较小。

宁波海得工业控制系统有限公司发明的丝杠电机，电机输出轴与丝杠螺杆通过联轴器相连接，电机工作时，电机输出轴带动丝杠螺杆转动，丝杠螺杆转动时带动丝杠螺母做直线伸缩运动。该发明中电机转子为普通结构，惯量相对较大，动态响应性能较差。

索尤若驱动有限及两合公司发明的丝杠电机，是将电机的转子与丝杠相连，丝杠螺母与一活塞杆相连接，最终电机的旋转运动转化为活塞杆的直线运动。该发明电机轴向长度较长。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种丝杠电机转子结构的制作方法，实现电机转子与丝杠的一体化设计，可将电机的旋转运动转换成丝杠的直线运动。由于取消了转子磁轭，因此电机具有很低的惯量，使电机拥有了很好的动态响应能力。

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

一种丝杠电机转子结构的制作方法，包括如下步骤：

步骤(一)、在丝杠螺母的轴向外壁沿周向均匀开设n个凹槽，n为正整数；然后将丝杠螺母沿轴向固定套装在丝杠的外壁；

步骤(二)、在步骤(一)中丝杠螺母的n个凹槽中对应装入n个凸型键；

步骤(三)、将m块磁钢按Halbach阵列图的方式固定包裹安装在丝杠螺母的轴向外壁，m为大于等于n的正整数；磁钢的内壁对应设置有n个轴向凹槽，轴向凹槽的长度沿轴向贯穿整个磁钢；且轴向凹槽的宽度为丝杠螺母凹槽的轴向凹槽的深度与丝杠螺母凹槽的深度相同；n个凸型键的小端对应与磁钢的n个轴向凹槽嵌入配合；安装时，在磁钢与丝杠螺母的接触面涂抹厌氧结构胶进行胶粘；

步骤(四)、将轴肩进行加热处理；加热处理后迅速将轴肩沿轴向套进丝杠螺母的外壁，直至顶住磁钢的轴向端面；

步骤(五)、将不锈钢套进行加热处理；加热处理后迅速将不锈钢套套在磁钢的外壁；

步骤(六)、在丝杠螺母的两端分别安装轴承，其中一个轴承的轴向端面顶住轴肩；另一个轴承固定安装在丝杠螺母的轴向台阶处；

步骤(七)、将安装好的丝杠、丝杠螺母、凸型键、磁钢、不锈钢套、轴肩和轴承沿轴向固定安装在定子的中空腔体内；将壳体固定安装在轴承的外壁。

在上述的一种丝杠电机转子结构的制作方法，所述的步骤(一)中，n大于等于4。

在上述的一种丝杠电机转子结构的制作方法，所述的步骤(二)中，凸型键的大端放入凹槽内，小端伸出凹槽，且凸型键安装凹槽后，保持凸型键大端的上表面与丝杠螺母的外表面重合。

在上述的一种丝杠电机转子结构的制作方法，所述的步骤(三)中，磁钢包括沿径向充磁磁钢和切向充磁磁钢；其中，径向充磁磁钢包括径向向外充磁磁钢和径向向内充磁磁钢；切向充磁磁钢包括切向顺时针充磁磁钢和切向逆时针充磁磁钢。

在上述的一种丝杠电机转子结构的制作方法，所述的步骤(三)中，磁钢按Halbach阵列图的方式安装在丝杠螺母外壁的方法为：先将径向充磁磁钢保持间距的胶粘在丝杠螺母的外壁；待胶干后，将切向充磁磁钢塞入相邻两块径向充磁磁钢之间。

在上述的一种丝杠电机转子结构的制作方法，所述的步骤(三)中，磁钢安装后，保证径向向外充磁磁钢和径向向内充磁磁钢彼此交替，且切向顺时针充磁磁钢和切向逆时针充磁磁钢彼此交替。

在上述的一种丝杠电机转子结构的制作方法，所述的步骤(三)中，所述m为不小于16的正整数。

在上述的一种丝杠电机转子结构的制作方法，所述步骤(四)中，轴肩加热处理时，加热温度为280-300℃，加热时间为2.8-3.2h。

在上述的一种丝杠电机转子结构的制作方法，所述步骤(五)中，不锈钢套加热处理时，加热温度为120-150℃，加热时间为1.8-2.2h；不锈钢套套在磁钢的外壁时，实现不锈钢套的外壁与轴肩的外壁平行。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明采用了本发明采用了电机转子与丝杠副一体化设计结构，提高了电机的动态响应性能，实现了空间体积的高效利用；

(2)本发明中转子采用了Halbach结构，可有效改善电机的气隙磁场波形，削弱电机的谐波含量；

(3)本发明转子采用了无磁轭结构，减少了电机的转动惯量，提高了电机的动态响应性能；

(4)本发明实现了对电机与丝杠的一体化设计，将电机的旋转运动转化为直线运动。与现有国内外现有方案相比，取消了转子磁轭，磁钢采用了Halbach阵列，动态性能好。

附图说明

图1为本发明丝杠电机结构制作流程图；

图2为本发明丝杠电机结构整体示意图；

图3为本发明丝杠电机轴向剖面示意图；

图4为本发明丝杠电机转子磁钢Halbach阵列图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

如图1所示为丝杠电机结构制作流程图，由图可知，一种丝杠电机转子结构的制作方法，包括如下步骤：

步骤(一)、在丝杠螺母2的轴向外壁沿周向均匀开设n个凹槽，n为正整数，且n大于等于4；然后将丝杠螺母2沿轴向固定套装在丝杠1的外壁；

步骤(二)、在步骤(一)中丝杠螺母2的n个凹槽中对应装入n个凸型键3；凸型键3的大端放入凹槽内，小端伸出凹槽，且凸型键3安装凹槽后，保持凸型键3大端的上表面与丝杠螺母2的外表面重合；

步骤(三)、将m块磁钢4按Halbach阵列图的方式固定包裹安装在丝杠螺母2的轴向外壁，m为大于等于n的正整数，且m不小于16；磁钢4的内壁对应设置有n个轴向凹槽，轴向凹槽的长度沿轴向贯穿整个磁钢4；且轴向凹槽的宽度为丝杠螺母2凹槽的轴向凹槽的深度与丝杠螺母2凹槽的深度相同；n个凸型键3的小端对应与磁钢4的n个轴向凹槽嵌入配合；安装时，在磁钢4与丝杠螺母2的接触面涂抹厌氧结构胶进行胶粘；

其中，磁钢4包括沿径向充磁磁钢和切向充磁磁钢；其中，径向充磁磁钢包括径向向外充磁磁钢和径向向内充磁磁钢；切向充磁磁钢包括切向顺时针充磁磁钢和切向逆时针充磁磁钢。

步骤(四)、将轴肩7进行加热处理；轴肩7加热处理时，加热温度为280-300℃，加热时间为2.8-3.2h；加热处理后迅速将轴肩7沿轴向套进丝杠螺母2的外壁，直至顶住磁钢4的轴向端面；

步骤(五)、将不锈钢套5进行加热处理；加热处理后迅速将不锈钢套5套在磁钢4的外壁；不锈钢套5加热处理时，加热温度为120-150℃，加热时间为1.8-2.2h；不锈钢套5套在磁钢4的外壁时，实现不锈钢套5的外壁与轴肩7的外壁平行。

步骤(六)、在丝杠螺母2的两端分别安装轴承8，其中一个轴承8的轴向端面顶住轴肩7；另一个轴承8固定安装在丝杠螺母2的轴向台阶处；

步骤(七)、将安装好的丝杠1、丝杠螺母2、凸型键3、磁钢4、不锈钢套5、轴肩7和轴承8沿轴向固定安装在定子6的中空腔体内；将壳体9固定安装在轴承8的外壁。

如图2所示为丝杠电机结构整体示意图，如图3所示为丝杠电机轴向剖面示意图，由图可知，丝杠电机主要由定子6和转子构成，其中转子包括丝杠1、丝杠螺母2、凸型键3、磁钢4、不锈钢套5；定子6由铁心和绕组组成。丝杠螺母2外圆上均布开若干键槽，安装凸型键3，磁钢4内圆中心处沿电机轴向开键槽，通过凸型键3固定在丝杠螺母2外圆上，并通过胶粘接牢固。

如图4所示为丝杠电机转子磁钢Halbach阵列图，由图可知，图中箭头方向为充磁方向。装配时，按照图中箭头所示方向进行装配，磁钢4按Halbach阵列图的方式安装在丝杠螺母2外壁的方法为：先将径向充磁磁钢保持间距的胶粘在丝杠螺母2的外壁；待胶干后，在紧箍工装的帮助下，将切向充磁磁钢塞入相邻两块径向充磁磁钢之间。磁钢4安装后，保证径向向外充磁磁钢和径向向内充磁磁钢彼此交替，且切向顺时针充磁磁钢和切向逆时针充磁磁钢彼此交替。此时，将不锈钢套5通过热装的方式套在磁钢4的外径上，起固定磁钢、防止磁钢在高速旋转时被甩出的作用。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (9)

1.一种丝杠电机转子结构的制作方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤(一)、在丝杠螺母(2)的轴向外壁沿周向均匀开设n个凹槽，n为正整数；然后将丝杠螺母(2)沿轴向固定套装在丝杠(1)的外壁；

步骤(二)、在步骤(一)中丝杠螺母(2)的n个凹槽中对应装入n个凸型键(3)；

步骤(三)、将m块磁钢(4)按Halbach阵列图的方式固定包裹安装在丝杠螺母(2)的轴向外壁，m为大于等于n的正整数；磁钢(4)的内壁对应设置有n个轴向凹槽，轴向凹槽的长度沿轴向贯穿整个磁钢(4)；且轴向凹槽的宽度为丝杠螺母(2)凹槽的轴向凹槽的深度与丝杠螺母(2)凹槽的深度相同；n个凸型键(3)的小端对应与磁钢(4)的n个轴向凹槽嵌入配合；安装时，在磁钢(4)与丝杠螺母(2)的接触面涂抹厌氧结构胶进行胶粘；

步骤(四)、将轴肩(7)进行加热处理；加热处理后迅速将轴肩(7)沿轴向套进丝杠螺母(2)的外壁，直至顶住磁钢(4)的轴向端面；

步骤(五)、将不锈钢套(5)进行加热处理；加热处理后迅速将不锈钢套(5)套在磁钢(4)的外壁；

步骤(六)、在丝杠螺母(2)的两端分别安装轴承(8)，其中一个轴承(8)的轴向端面顶住轴肩(7)；另一个轴承(8)固定安装在丝杠螺母(2)的轴向台阶处；

步骤(七)、将安装好的丝杠(1)、丝杠螺母(2)、凸型键(3)、磁钢(4)、不锈钢套(5)、轴肩(7)和轴承(8)形成的整体结构沿轴向固定安装在定子(6)的中空腔体内；将壳体(9)固定安装在轴承(8)的外壁。

2.根据权利要求1所述的一种丝杠电机转子结构的制作方法，其特征在于：所述的步骤(一)中，n大于等于4。

3.根据权利要求1所述的一种丝杠电机转子结构的制作方法，其特征在于：所述的步骤(二)中，凸型键(3)的大端放入凹槽内，小端伸出凹槽，且凸型键(3)安装凹槽后，保持凸型键(3)大端的上表面与丝杠螺母(2)的外表面重合。

4.根据权利要求1所述的一种丝杠电机转子结构的制作方法，其特征在于：所述的步骤(三)中，磁钢(4)包括沿径向充磁磁钢和切向充磁磁钢；其中，径向充磁磁钢包括径向向外充磁磁钢和径向向内充磁磁钢；切向充磁磁钢包括切向顺时针充磁磁钢和切向逆时针充磁磁钢。

5.根据权利要求4所述的一种丝杠电机转子结构的制作方法，其特征在于：所述的步骤(三)中，磁钢(4)按Halbach阵列图的方式安装在丝杠螺母(2)外壁的方法为：先将径向充磁磁钢保持间距的胶粘在丝杠螺母(2)的外壁；待胶干后，将切向充磁磁钢塞入相邻两块径向充磁磁钢之间。

6.根据权利要求5所述的一种丝杠电机转子结构的制作方法，其特征在于：所述的步骤(三)中，磁钢(4)安装后，保证径向向外充磁磁钢和径向向内充磁磁钢彼此交替，且切向顺时针充磁磁钢和切向逆时针充磁磁钢彼此交替。

7.根据权利要求6所述的一种丝杠电机转子结构的制作方法，其特征在于：所述的步骤(三)中，所述m为不小于16的正整数。

8.根据权利要求1所述的一种丝杠电机转子结构的制作方法，其特征在于：所述步骤(四)中，轴肩(7)加热处理时，加热温度为280-300℃，加热时间为2.8-3.2h。

9.根据权利要求8所述的一种丝杠电机转子结构的制作方法，其特征在于：所述步骤(五)中，不锈钢套(5)加热处理时，加热温度为120-150℃，加热时间为1.8-2.2h；不锈钢套(5)套在磁钢(4)的外壁时，实现不锈钢套(5)的外壁与轴肩(7)的外壁平行。