CN107222078B - 一种外转子永磁直驱伺服电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种外转子永磁直驱伺服电机，包括：转子组件及定子组件，所述转子组件包括：上端盖，固定连接于上端盖下端面的外转子及转轴，所述外转子内侧固定有磁体，所述定子组件包括：由外到内依次设置于磁体与转轴之间的绕组、轴承座及轴承，所述轴承座下端固定连接有电机底座，所述电机底座上端面设置有一码盘读头，所述转轴下端面适配所述码盘读头设置有一轴向反射式光电码盘。本发明所提供的电机，使得外转子永磁直驱伺服电机可采用内置于电机的轴承，减小了电机的整体高度；而且通过轴向反射式光电码盘与码盘读头的配合，使轴向反射式光电码盘可制作成片状，给进一步降低电机的高度及体积留出了余地。

Description

一种外转子永磁直驱伺服电机

技术领域

本发明涉及永磁同步电机技术领域，尤其涉及的是一种外转子永磁直驱伺服电机。

背景技术

现有技术中，外转子永磁直驱伺服电机总的来说有以下两种结构：一种是转子在外，定子在内；另一种是定子在外，转子外内。而具有外转子结构的外转子永磁直驱伺服电机采用交叉滚子轴承做支撑，交叉滚子轴承安装于电机的上端，加厚了电机的高度，使得电机的安装条件受到了限制。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种外转子永磁直驱伺服电机，旨在解决现有技术中电机高度大，使得电机的安装条件受到限制的问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种外转子永磁直驱伺服电机，包括转子组件及定子组件，所述转子组件包括：上端盖，固定连接于上端盖下端面的外转子及转轴，所述外转子内侧固定有磁体，其中，所述定子组件包括：由外到内依次设置于磁体与转轴之间的绕组、轴承座及轴承，所述轴承座下端固定连接有电机底座，所述电机底座上端面设置有一码盘读头，所述转轴下端面适配所述码盘读头设置有一轴向反射式光电码盘，所述码盘读头用于读取轴向反光式光电码盘上的刻度。

优选方案中，所述的外转子永磁直驱伺服电机，其中，所述绕组选择为分数槽集中绕组。

优选方案中，所述的外转子永磁直驱伺服电机，其中，所述轴承设置有两个，分别为上轴承及下轴承，所述轴承座内侧延伸设置有一限位凸起；所述上轴承下端支撑于所述限位凸起，上端贴合于上端盖；所述下轴承上端面限位于所述限位凸起，下端面支撑于所述转轴。

优选方案中，所述的外转子永磁直驱伺服电机，其中，所述转轴外缘延伸设置有一支撑环，所述下轴承下端面支撑于所述支撑环，所述轴向反射式光电码盘贴合固定于所述支撑环下端面，所述码盘读头位于所述轴向反射式光电码盘正下方。

优选方案中，所述的外转子永磁直驱伺服电机，其中，所述定子组件由且仅由所述绕组、轴承座、上轴承、下轴承、电机底座及码盘读头组成。

优选方案中，所述的外转子永磁直驱伺服电机，其中，所述转轴与电机底座之间设置有一密封圈，所述转轴设置有一密封槽，所述密封圈内侧收容于所述密封槽，外侧贴合于所述电机底座。

优选方案中，所述的外转子永磁直驱伺服电机，其中，所述转子组件由且仅由所述上端盖、外转子、磁体、转轴、密封圈及轴向反射式光电码盘组成。

优选方案中，所述的外转子永磁直驱伺服电机，其中，所述外转子下端延伸设置有一旋转凸起，所述电机底座上端适配所述旋转凸起设置有一旋转导向槽，所述旋转凸起及旋转导向槽皆呈环型。

优选方案中，所述的外转子永磁直驱伺服电机，其中，所述外转子永磁直驱伺服电机还包括：连接组件，由第一螺栓、第二螺栓及第三螺栓组成；

所述上端盖与外转子经由所述第一螺栓连接，所述上端盖适配所述第一螺栓设置有第一收容槽，所述外转子适配所述第一螺栓设置有第一螺纹孔；

所述上端盖与转轴经由所述第二螺栓连接，所述上端盖适配第二螺栓设置有第二收容槽，所述转轴适配所述第二螺栓设置有第二螺纹孔；

所述电机底座与轴承座经由所述第三螺栓连接，所述电机底座适配所述第三螺栓设置有第三收容槽，所述轴承座适配所述第三螺栓设置有第三螺纹孔。

优选方案中，所述的外转子永磁直驱伺服电机，其中，所述上端盖内侧设置有第一轴承孔，所述转轴设置有第二轴承孔，所述第一轴承孔的直径与第二轴承孔的直径相同。

本发明所提供的外转子永磁直驱伺服电机，由于采用了固定于上端盖下端面的外转子及转轴，依次设置于外转子与转轴之间的绕组、轴承座及轴承，以及设置于轴承下端的电机底座，设置于电机底座上端面的码盘读头，与码盘读头适配的轴向反射式光电码盘；使得外转子永磁直驱伺服电机可采用内置于电机的轴承，不必外接交叉滚子轴承，减小了电机的整体高度；而且通过轴向反射式光电码盘与带细分或正余弦输出的高精度码盘读头的配合，使轴向反射式光电码盘可制作成片状，给进一步降低电机的高度及体积留出了余地。

附图说明

图1是本发明外转子永磁直驱伺服电机较佳实施例的结构示意图。

附图标号说明：1、上端盖，2、外转子，3、转轴，4、轴承座，6、电机底座，7、电机定子铁芯及绕组，8、磁体，9、轴向反射式码盘，10、码盘读头，11、上轴承，12、下轴承13、密封圈，14、容胶槽。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1是本发明外转子永磁直驱伺服电机较佳实施例的结构示意图。

如图1所示，本实施例所述外转子永磁直驱伺服电机（可简称为电机）包括：转子组件、定子组件及连接组件，在进一步地优选实施例中，电机由且仅由三者组成，也就是说，除三个组件外，不包含其他任何零部件。当然，连接组件可以不设置，而由其他连接方式替代，如卡扣连接等。

所述转子组件包括：上端盖1、贴合于所述上端盖1下端面外边缘的外转子2、贴合于所述上端盖1下端面内边缘的转轴3、设置于转轴3下端的轴向反射式光电码盘9、粘接于所述外转子2内侧的磁体8及卡合于转轴3下端的密封圈13。在进一步地较佳实施例中，所述上端盖与外转子间也可以压铸成型加工成一体，所述转子组件由且仅由上述结构组成，即上述结构不增不减，不做任何改动是本发明在结构上的较佳实施例。其中，密封圈13可不包含在内，但会影响密封效果，为了适配所述密封圈13，所述转轴3设置有一密封槽，所述密封圈13内侧收容于所述密封槽，外侧贴合于所述电机底座6；密封槽的设置是为了固定密封圈13位置，使其稳定卡合于密封槽。磁体8可采用其他方式连接于外转子2。

所述上端盖1的下端外缘设置有旋转凸台外转子2上端内孔套装在外部，再经由第一螺栓连接，所述上端盖1的下端内缘设置有旋转凹台转轴3上端套装在内部，再经由第二螺栓连接，所述上端盖1适配所述第一螺栓及第二螺栓分别设置有第一收容槽及第二收容槽，所述外转子2适配所述第一螺栓设置有第一螺纹孔，所述转轴3适配所述第二螺栓设置有第二螺纹孔。所述第一螺栓及第二螺栓为连接组件的重要组成部分，分别设置有多个间隔设置于上端盖1。根据第一收容槽、第一螺纹孔、第二收容槽及第二螺纹孔的设置位置可知，在装配时，第一螺栓经过上端盖1后拧紧于外转子2，同理，第二螺栓经过上端盖1后拧紧于转轴3。通过控制转轴3与轴承座4长度方向的安装间隙及第二螺栓的紧固力矩给上下轴承间加一个轴向予紧力使转子组件旋转时没有转动间隙。

在本发明较佳实施例中，轴向反射式光栅码盘（呈圆环片状）9，在转轴3上的安装精度是提高此外转子外转子永磁直驱伺服电机控制精度的关键，在电机旋转时轴向反射式光栅码盘圆环片的轴向跳动和光栅中心的径向摆动要尽可能的小，此具体实施例中在转轴3上设置了容胶槽14，轴向反射式光栅码盘圆环片的非反射面紧靠在转轴3的下部平面，在容胶槽14处和转轴3粘结，减小了胶层厚度变化对安装精度的影响。

所述上端盖1的外径与外转子2的外径相同，其内径则与转轴3的内径相同，也就是说，所述上端盖1内侧设置有通孔即第一轴承孔，所述转轴3设置有第二轴承孔，所述第一轴承孔的直径与第二轴承孔的直径相同。

所述外转子2下端向下延伸设置有一旋转凸起，所述电机底座6上端适配所述旋转凸起设置有一旋转导向槽，所述旋转凸起及旋转导向槽皆呈环型。所述外转子2上端向上延伸设置有一卡合凸起，而所述上端盖1适配所述卡合凸起设置有一卡合槽，所述卡合凸起由外转子2外缘向内延伸，约占外转子2上端盖尺寸的1/4至1/3，卡合凸起再向内即为第一螺栓的设置位置。

所述轴向反射式光电码盘9优选设置成环状，其上刻画有反射光的刻度条，用于作为检测电机旋转角速的依据。

所述定子组件包括：由外向内依次设置的绕组7、轴承座4及轴承，以及固定连接于轴承座4下端的电机底座6，设置于所述电机底座6、且与轴向反射式光电码盘9适配的码盘读头10。所述轴承设置有上下两个，在进一步的较佳实施例中，所述定子组件由且仅由所述绕组7、轴承座4、上轴承11、下轴承12、电机底座6及码盘读头10组成。

所述绕组7由定子铁芯及绕线两部分组成，绕线采用分数槽集中绕组。所述绕组7与磁体8之间设置有旋转间隙，用于防止磁体8与绕组7相互磨擦。

所述轴承座4内侧延伸设置有一限位凸起；所述上轴承11下端支撑于所述限位凸起，上端贴合于上端盖1；所述下轴承12上端面限位于所述限位凸起，下端面支撑于所述转轴3。也就是说，所述轴承座4呈顺时针旋转90°的“凸”字型。

转轴3外缘延伸设置有一支撑环，所述下轴承12下端面支撑于所述支撑环，所述轴向反射式光电码盘9贴合固定于所述支撑环下端面，所述码盘读头10位于所述轴向反射式光电码盘9正下方。

所述电机底座6的上端设置有旋转凸台轴承座4套装在上面，再经由第三螺栓连接，所述电机底座6适配所述第三螺栓设置有第三收容槽，所述轴承座4适配所述第三螺栓设置有第三螺纹孔。

在本发明较佳实施例中，所述连接组件即由所述第一螺栓、第二螺栓及第三螺栓组成。

在本发明较佳实施例中，所述上端盖与外转子间可以压铸成型加工成一体，省去了相应的连接组件第一螺栓。

在本发明较佳实施例中，所述的轴承优先选用角接触轴承，检测电机旋转角度，也可以采用磁栅、多级旋转变压器等等。

本发明所提供的外转子永磁直驱伺服电机与现有技术相比，主要有以下两个重点改进，第一、本发明采用内置于电机（此处内置是指设置于上端盖、外转子及电机底座形成的内腔）的轴承，而现有技术采用交叉滚子轴承，将其设置于电机外部，必然增加其高度，那么安装空间有限的设备就无法采用该种电机；第二、本发明通过轴向反射式光电码盘，并将其设置为片状，而后通过位于其正下方的码盘读头检测电机旋转角度，可以将电机的整体尺寸做到更小。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种外转子永磁直驱伺服电机，包括转子组件及定子组件，所述转子组件包括：上端盖，固定连接于上端盖下端面的外转子及转轴，所述外转子内侧固定有磁体，其特征在于，所述定子组件包括：由外到内依次设置于磁体与转轴之间的绕组、轴承座及轴承，所述轴承座下端固定连接有电机底座，所述电机底座上端面设置有一码盘读头，所述转轴下端面适配所述码盘读头设置有一轴向反射式光电码盘，所述码盘读头用于读取轴向反光式光电码盘上的刻度，所述轴向反射式光电码盘呈圆环片状；

在所述转轴上设置了容胶槽，所述轴向反射式光电码盘在所述容胶槽处与所述转轴粘接；

所述绕组与所述磁体之间设置有旋转间隙，所述旋转间隙用于防止所述磁体与所述绕组相互摩擦；

所述外转子永磁直驱伺服电机还包括：连接组件，由第一螺栓、第二螺栓及第三螺栓组成；

所述上端盖与外转子经由所述第一螺栓连接，所述上端盖适配所述第一螺栓设置有第一收容槽，所述外转子适配所述第一螺栓设置有第一螺纹孔；

所述上端盖与转轴经由所述第二螺栓连接，所述上端盖适配第二螺栓设置有第二收容槽，所述转轴适配所述第二螺栓设置有第二螺纹孔；

所述电机底座与轴承座经由所述第三螺栓连接，所述电机底座适配所述第三螺栓设置有第三收容槽，所述轴承座适配所述第三螺栓设置有第三螺纹孔；

其中，所述轴承设置有两个，分别为上轴承及下轴承，所述第二螺栓经过上端盖后拧紧于转轴，通过控制转轴与轴承座长度方向的安装间隙及第二螺栓的紧固力矩给上下轴承间加一个轴向预紧力，以使转子组件旋转时没有转动间隙。

2.根据权利要求1所述的外转子永磁直驱伺服电机，其特征在于，所述绕组选择为分数槽集中绕组。

3.根据权利要求2所述的外转子永磁直驱伺服电机，其特征在于，所述轴承座内侧延伸设置有一限位凸起；所述上轴承下端支撑于所述限位凸起，上端贴合于上端盖；所述下轴承上端面限位于所述限位凸起，下端面支撑于所述转轴。

4.根据权利要求3所述的外转子永磁直驱伺服电机，其特征在于，所述转轴外缘延伸设置有一支撑环，所述下轴承下端面支撑于所述支撑环，所述轴向反射式光电码盘贴合固定于所述支撑环下端面，所述码盘读头位于所述轴向反射式光电码盘正下方。

5.根据权利要求2至4中任意一项所述的外转子永磁直驱伺服电机，其特征在于，所述定子组件由且仅由所述绕组、轴承座、上轴承、下轴承、电机底座及码盘读头组成。

6.根据权利要求1所述的外转子永磁直驱伺服电机，其特征在于，所述转轴与电机底座之间设置有一密封圈，所述转轴设置有一密封槽，所述密封圈内侧收容于所述密封槽，外侧贴合于所述电机底座。

7.根据权利要求6所述的外转子永磁直驱伺服电机，其特征在于，所述转子组件由且仅由所述上端盖、外转子、磁体、转轴、密封圈及轴向反射式光电码盘组成。

8.根据权利要求1所述的外转子永磁直驱伺服电机，其特征在于，所述外转子下端延伸设置有一旋转凸起，所述电机底座上端适配所述旋转凸起设置有一旋转导向槽，所述旋转凸起及旋转导向槽皆呈环型。

9.根据权利要求1所述的外转子永磁直驱伺服电机，其特征在于，所述上端盖内侧设置有第一轴承孔，所述转轴设置有第二轴承孔，所述第一轴承孔的直径与第二轴承孔的直径相同。