CN107040085A - 一种双传感器减速电机结构 - Google Patents

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程向丽
郑继贵
董辉立
赵国平
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Abstract

一种双传感器减速电机结构，涉及伺服传动领域；包括减速器、直流无刷电机、霍尔传感器和位置传感器；其中，减速器的轴线方向设置有减速器转轴；直流无刷电机与减速器固定连接，且减速器转轴沿轴心伸入直流无刷电机的内部；位置传感器固定安装在直流无刷电机远离减速器的轴向端面的内侧；位置传感器固定安装在直流无刷电机远离减速器的轴向端面的外侧，且位置传感器包覆在减速器转轴的轴向外壁；本发明提供一种双传感器减速电机结构，实现在满足有限安装空间内，同时具备检测电机转子位置和减速器输出轴位置的功能，便于在高精度电控、传动系统中得到应用。

Description

一种双传感器减速电机结构
技术领域
本发明涉及一种伺服传动领域，特别是一种双传感器减速电机结构。
背景技术
电机常和减速器一起，组成减速电机，用于传动领域，可以简化设计、节省空间。直流无刷电机具有机械特性和调节特性的线性度好，调速范围广，寿命长，维护方便噪声小，不存在因电刷而引起的一系列问题，所以这种电机在高精度电控、传动系统中有很大的应用。
目前，大多数用于伺服传动领域的减速电机一般只有一个传感器，即用于传递电机转子角度信息的位置传感器，该传感器将转角转换为电信号输出给电机控制驱动器，由控制驱动器来调节电机及整个系统的工作状态，减速电机本身并不对减速器输出轴的位置进行检测或判断。这样，对于伺服传动领域而言，会导致减速器终端输出轴位置不受控。
淮海机电科技股份有限公司发明的高效机电一体化减速电机控制装置，减速器转轴延长端安装有传感器系统，目的是远离发热源电机，结构上较为复杂。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种双传感器减速电机结构，实现在满足有限安装空间内，同时具备检测电机转子位置和减速器输出轴位置的功能，便于在高精度电控、传动系统中得到应用。
本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：
一种双传感器减速电机结构，包括减速器、直流无刷电机、霍尔传感器和位置传感器；其中，减速器的轴线方向设置有减速器转轴；直流无刷电机与减速器固定连接，且减速器转轴沿轴心伸入直流无刷电机的内部；位置传感器固定安装在直流无刷电机远离减速器的轴向端面的内侧；位置传感器固定安装在直流无刷电机远离减速器的轴向端面的外侧，且位置传感器包覆在减速器转轴的轴向外壁。
在上述的一种双传感器减速电机结构，所述直流无刷电机包括电机壳体、转子组件、电机前端盖、霍尔板组件、霍尔板压片和法兰孔；其中，电机壳体为中空圆柱形结构，轴向一端设置有开口；电机前端盖固定安装在电机壳体的开口端；转子组件固定安装在电机壳体轴向密封端面内侧的中心位置；且转子组件伸出电机前端盖；霍尔传感器固定安装在霍尔板组件上；霍尔板组件固定安装在电机壳体的轴向密封端；且霍尔板组件的外表面固定安装有霍尔板压片；电机壳体靠近电机前端盖的外边缘设置有法兰孔。
在上述的一种双传感器减速电机结构，所述直流无刷电机还包括定子铁心和定子绕组；其中，定子绕组固定套装在转子组件的轴向外壁；定子铁心固定套装在定子绕组的轴向外壁，且定子铁心的外壁与电机壳体的轴向内壁解除。
在上述的一种双传感器减速电机结构，所述转子组件包括电机转轴、转子轭、前轴承、后轴承、挡肩、主磁钢、主不锈钢护套、霍尔检测磁钢和副不锈钢护套；其中，电机转轴固定安装在电机壳体轴向密封端面内侧的中心位置；电机转轴靠近电机壳体轴向密封端面的一端的周向设置有后轴承；电机转轴远离电机壳体轴向密封端面的一端固定安装有前轴承；电机转轴的轴壁外层固定安装有转子轭；转子轭的轴向外侧固定安装有主磁钢；转子轭和主磁钢的轴向长度相同；转子轭和主磁钢的轴向两端分别固定安装有挡肩；主磁钢和挡肩的径向外壁处固定安装有主不锈钢护套；所述挡肩沿轴向设置在前轴承与后轴承之间；挡肩与后轴承的电机转轴外侧壁上固定安装有霍尔检测磁钢；霍尔检测磁钢的外侧壁上固定安装有副不锈钢护套。
在上述的一种双传感器减速电机结构，所述霍尔板压片为圆环结构；霍尔板压片固定安装有n个霍尔传感器；n个霍尔传感器沿周向均匀固定安装在霍尔板压片上；n为不小于3的正整数。
在上述的一种双传感器减速电机结构，所述电机转轴为空心轴；减速器转轴沿轴向穿过电机转轴；位置传感器固定安装在减速器转轴伸出电机转轴部分的轴向外壁。
在上述的一种双传感器减速电机结构，所述电机壳体轴向密封端面的外侧设置有环形定位槽；霍尔板组件固定安装在电机壳体的环形定位槽中。
在上述的一种双传感器减速电机结构，所述环形定位槽上设置有n个扇形孔，每个扇形孔对应一个霍尔传感器；实现霍尔传感器沿周向在扇形孔中旋转。
在上述的一种双传感器减速电机结构，所述霍尔检测磁钢与主磁钢的极性和数量相同；霍尔检测磁钢的外壁与霍尔传感器的内壁间距为1.7-2.3mm。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明采用了双传感器电机结构，可完成电机转子位置和减速器转轴位置的双重检测，实现了空间体积的高效利用，增强了直流无刷电机在伺服传动领域的应用性；
(2)本发明中直流无刷电机采用霍尔位置可调的结构，方便对电机的零位进行调节，可有效改善电机的性能以及提高产品的合格率，同时，又给减速器转轴角度位置传感器留出了位置安装空间；
(3)本发明可通过传感器准确获得减速器转轴输出的旋转角度，为伺服控制提供位置信息；
(4)本发明电机转子轴为空心轴设计，减速器转轴从空心轴穿过，减速器转轴位置传感器与霍尔安装在电机同一侧大大节省了安装空间。
附图说明
图1为本发明减速电机结构整体示意图；
图2为本发明减速器结构示意图；
图3为本发明直流无刷电机结构示意图；
图4为本发明电机转子结构示意图；
图5为本发明霍尔板组件示意图；
图6为电机后端面结构示意图。
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：
本发明涉及一种双传感器减速电机结构，具体说涉及一种带位置可调霍尔传感器，以及旋转变压器或编码器等减速器转轴角度位置传感器的减速电机结构。这种结构的包括直流无刷电机、减速器以及两个传感器，可用于对位置精度要求高、对空间尺寸要求苛刻的伺服传动领域。
图1为本发明减速电机结构整体示意图，由图可知，一种双传感器减速电机结构，其特征在于：包括减速器1、直流无刷电机2、霍尔传感器3和位置传感器4；其中，如图2所示为减速器结构示意图，由图可知，减速器1的轴线方向设置有减速器转轴1-1；直流无刷电机2与减速器1固定连接，且减速器转轴1-1沿轴心伸入直流无刷电机2的内部；位置传感器4固定安装在直流无刷电机2远离减速器1的轴向端面的内侧；位置传感器4固定安装在直流无刷电机2远离减速器1的轴向端面的外侧，且位置传感器4包覆在减速器转轴1-1的轴向外壁。
如图3所示为直流无刷电机结构示意图，由图可知，直流无刷电机2包括电机壳体2-1、转子组件2-2、电机前端盖2-3、霍尔板组件2-4、霍尔板压片2-5和法兰孔2-6；其中，电机壳体2-1为中空圆柱形结构，轴向一端设置有开口；电机前端盖2-3固定安装在电机壳体2-1的开口端；转子组件2-2固定安装在电机壳体2-1轴向密封端面内侧的中心位置；且转子组件2-2伸出电机前端盖2-3；霍尔传感器3固定安装在霍尔板组件2-4上；霍尔板组件2-4固定安装在电机壳体2-1的轴向密封端；且霍尔板组件2-4的外表面固定安装有霍尔板压片2-5；电机壳体2-1靠近电机前端盖2-3的外边缘设置有法兰孔2-6。
如图4所示为电机转子结构示意图，由图可知，直流无刷电机2还包括定子铁心2-7和定子绕组2-8；其中，定子绕组2-8固定套装在转子组件2-2的轴向外壁；定子铁心2-7固定套装在定子绕组2-8的轴向外壁，且定子铁心2-7的外壁与电机壳体2-1的轴向内壁解除。
转子组件2-2包括电机转轴2-2-1、转子轭2-2-2、前轴承2-2-3、后轴承2-2-4、挡肩2-2-5、主磁钢2-2-6、主不锈钢护套2-2-7、霍尔检测磁钢2-2-8和副不锈钢护套2-2-9；其中，电机转轴2-2-1固定安装在电机壳体2-1轴向密封端面内侧的中心位置；电机转轴2-2-1靠近电机壳体2-1轴向密封端面的一端的周向设置有后轴承2-2-4；电机转轴2-2-1远离电机壳体2-1轴向密封端面的一端固定安装有前轴承2-2-3；电机转轴2-2-1的轴壁外层固定安装有转子轭2-2-2；转子轭2-2-2的轴向外侧固定安装有主磁钢2-2-6；转子轭2-2-2和主磁钢2-2-6的轴向长度相同；转子轭2-2-2和主磁钢2-2-6的轴向两端分别固定安装有挡肩2-2-5；主磁钢2-2-6和挡肩2-2-5的径向外壁处固定安装有主不锈钢护套2-2-7；所述挡肩2-2-5沿轴向设置在前轴承2-2-3与后轴承2-2-4之间；挡肩2-2-5与后轴承2-2-4的电机转轴2-2-1外侧壁上固定安装有霍尔检测磁钢2-2-8；霍尔检测磁钢2-2-8的外侧壁上固定安装有副不锈钢护套2-2-9。
如图5所示为霍尔板组件示意图，由图可知，霍尔板压片2-5为圆环结构；霍尔板压片2-5固定安装有n个霍尔传感器3；n个霍尔传感器3沿周向均匀固定安装在霍尔板压片2-5上；n为不小于3的正整数。
其中，电机转轴2-2-1为空心轴；减速器转轴1-1沿轴向穿过电机转轴2-2-1；位置传感器4固定安装在减速器转轴1-1伸出电机转轴2-2-1部分的轴向外壁。
如图6所示为电机后端面结构示意图，由图可知，电机壳体2-1轴向密封端面的外侧设置有环形定位槽2-1-1；霍尔板组件2-4固定安装在电机壳体2-1的环形定位槽2-1-1中。
其中，环形定位槽2-1-1上设置有n个扇形孔2-1-2，每个扇形孔2-1-2对应一个霍尔传感器3；实现霍尔传感器3沿周向在扇形孔2-1-2中旋转。霍尔检测磁钢2-2-8与主磁钢2-2-6的极性和数量相同；霍尔检测磁钢2-2-8的外壁与霍尔传感器3的内壁间距为1.7-2.3mm。
减速器1和直流无刷电机2作为两个独立的组件，通过端面处的紧固螺栓进行连接、固定；霍尔传感器3安装在霍尔板组件2-4上，霍尔板组件2-4安装在电机壳体后端面环形定位槽2-1-1内；位置传感器4的转子部分固定在减速器1转轴尾部，位置传感器4的定子部分固定在电机壳体2-1后端面上。
装配顺序为：将定子铁心2-7上嵌入定子绕组2-8，然后将定子铁心2-7组件与壳体进行热装，完成定子的装配；将挡肩2-2-5、转子轭2-2-2依次以热装的形式装配在转子轴上，然后将主磁钢2-2-6粘贴在转子轭2-2-2上，接着用主不锈钢护套2-2-7热装在整个转子组件2-2外壁，最后将前轴承2-2-3和后轴承2-2-4轻轻敲入转子轴上，完成转子的装配；将转子通过卡具沿定子轴向从前端面推相后端面，直至转子后轴承到达电机壳体2-1后端面轴承室位置，然后安装电机前端盖2-3，至此，完成了整个直流无刷电机本体部分的装配。最后，需要安装霍尔板组件2-4，霍尔板组件2-4由环形霍尔电路板和三个霍尔元件组成，霍尔板组件在电机本体装配好之后，需安装在直流无刷电机2后端面上，其中三个霍尔元件要穿过直流无刷电机2后端面上开设的三个霍尔传感器扇形孔2-1-2，霍尔电路板在固定在直流无刷电机后端面环形定位槽2-1-1内。接着，需要在电机被拖动旋转的同时采集霍尔板电路信号以及电机的反电势信号，借助示波器等外围设备观测，并通过旋转霍尔电路板完成电机零位信号校对。校对完成后，用霍尔板压片2-5和霍尔板紧固螺钉将霍尔板组件2-4进行紧固，防止霍尔电路板发生转动。至此，带霍尔传感器3的直流无刷电机2装配完成。
减速器1结构与普通减速器类似，不展开。需说明的是，由于传感器转子部分需要固定在减速器1转轴，以便与减速器1转轴一同旋转，采集减速器1转轴位置信息，然后将位置信息提供给控制驱动器，用于伺服定位。因此减速器1转轴需要穿过整个电机转子空心轴，轴向长度较长。
直流无刷电机2与减速器1分别完成独立装配后，进行总装。将减速器1转轴沿轴向缓慢穿过直流无刷电机2空心轴，靠减速器1与直流无刷电机2端面进行定位，装配到位后在端面法兰孔2-6处通过螺栓进行紧固。位置传感器4转子部分通过螺母固定在减速器1转轴尾部，定子部分通过螺钉固定在直流无刷电机2的壳体后端面上。
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)

1.一种双传感器减速电机结构，其特征在于：包括减速器(1)、直流无刷电机(2)、霍尔传感器(3)和位置传感器(4)；其中，减速器(1)的轴线方向设置有减速器转轴(1-1)；直流无刷电机(2)与减速器(1)固定连接，且减速器转轴(1-1)沿轴心伸入直流无刷电机(2)的内部；位置传感器(4)固定安装在直流无刷电机(2)远离减速器(1)的轴向端面的内侧；位置传感器(4)固定安装在直流无刷电机(2)远离减速器(1)的轴向端面的外侧，且位置传感器(4)包覆在减速器转轴(1-1)的轴向外壁。
2.根据权利要求1所述的一种双传感器减速电机结构，其特征在于：所述直流无刷电机(2)包括电机壳体(2-1)、转子组件(2-2)、电机前端盖(2-3)、霍尔板组件(2-4)、霍尔板压片(2-5)和法兰孔(2-6)；其中，电机壳体(2-1)为中空圆柱形结构，轴向一端设置有开口；电机前端盖(2-3)固定安装在电机壳体(2-1)的开口端；转子组件(2-2)固定安装在电机壳体(2-1)轴向密封端面内侧的中心位置；且转子组件(2-2)伸出电机前端盖(2-3)；霍尔传感器(3)固定安装在霍尔板组件(2-4)上；霍尔板组件(2-4)固定安装在电机壳体(2-1)的轴向密封端；且霍尔板组件(2-4)的外表面固定安装有霍尔板压片(2-5)；电机壳体(2-1)靠近电机前端盖(2-3)的外边缘设置有法兰孔(2-6)。
3.根据权利要求2所述的一种双传感器减速电机结构，其特征在于：所述直流无刷电机(2)还包括定子铁心(2-7)和定子绕组(2-8)；其中，定子绕组(2-8)固定套装在转子组件(2-2)的轴向外壁；定子铁心(2-7)固定套装在定子绕组(2-8)的轴向外壁，且定子铁心(2-7)的外壁与电机壳体(2-1)的轴向内壁解除。
4.根据权利要求3所述的一种双传感器减速电机结构，其特征在于：所述转子组件(2-2)包括电机转轴(2-2-1)、转子轭(2-2-2)、前轴承(2-2-3)、后轴承(2-2-4)、挡肩(2-2-5)、主磁钢(2-2-6)、主不锈钢护套(2-2-7)、霍尔检测磁钢(2-2-8)和副不锈钢护套(2-2-9)；其中，电机转轴(2-2-1)固定安装在电机壳体(2-1)轴向密封端面内侧的中心位置；电机转轴(2-2-1)靠近电机壳体(2-1)轴向密封端面的一端的周向设置有后轴承(2-2-4)；电机转轴(2-2-1)远离电机壳体(2-1)轴向密封端面的一端固定安装有前轴承(2-2-3)；电机转轴(2-2-1)的轴壁外层固定安装有转子轭(2-2-2)；转子轭(2-2-2)的轴向外侧固定安装有主磁钢(2-2-6)；转子轭(2-2-2)和主磁钢(2-2-6)的轴向长度相同；转子轭(2-2-2)和主磁钢(2-2-6)的轴向两端分别固定安装有挡肩(2-2-5)；主磁钢(2-2-6)和挡肩(2-2-5)的径向外壁处固定安装有主不锈钢护套(2-2-7)；所述挡肩(2-2-5)沿轴向设置在前轴承(2-2-3)与后轴承(2-2-4)之间；挡肩(2-2-5)与后轴承(2-2-4)的电机转轴(2-2-1)外侧壁上固定安装有霍尔检测磁钢(2-2-8)；霍尔检测磁钢(2-2-8)的外侧壁上固定安装有副不锈钢护套(2-2-9)。
5.根据权利要求4所述的一种双传感器减速电机结构，其特征在于：所述霍尔板压片(2-5)为圆环结构；霍尔板压片(2-5)固定安装有n个霍尔传感器(3)；n个霍尔传感器(3)沿周向均匀固定安装在霍尔板压片(2-5)上；n为不小于3的正整数。
6.根据权利要求5所述的一种双传感器减速电机结构，其特征在于：所述电机转轴(2-2-1)为空心轴；减速器转轴(1-1)沿轴向穿过电机转轴(2-2-1)；位置传感器(4)固定安装在减速器转轴(1-1)伸出电机转轴(2-2-1)部分的轴向外壁。
7.根据权利要求6所述的一种双传感器减速电机结构，其特征在于：所述电机壳体(2-1)轴向密封端面的外侧设置有环形定位槽(2-1-1)；霍尔板组件(2-4)固定安装在电机壳体(2-1)的环形定位槽(2-1-1)中。
8.根据权利要求7所述的一种双传感器减速电机结构，其特征在于：所述环形定位槽(2-1-1)上设置有n个扇形孔(2-1-2)，每个扇形孔(2-1-2)对应一个霍尔传感器(3)；实现霍尔传感器(3)沿周向在扇形孔(2-1-2)中旋转。
9.根据权利要求8所述的一种双传感器减速电机结构，其特征在于：所述霍尔检测磁钢(2-2-8)与主磁钢(2-2-6)的极性和数量相同；霍尔检测磁钢(2-2-8)的外壁与霍尔传感器(3)的内壁间距为1.7-2.3mm。
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