CN109217574A - 一种机电伺服系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机电伺服系统，包括电机定子、电机转子及伺服控制器；还包括伺服系统壳体，定子与伺服系统壳体的内壁固定连接，转子包括磁组件及螺母丝杠组件，磁组件与螺母丝杠组件的螺母外周固定连接，螺母丝杠组件的丝杠轴向连接电机输出轴；伺服控制器设置于伺服系统壳体内。将电机的作动部件即伺服控制组件整体集成于伺服系统壳体内，将电机输出轴与丝杠轴同轴连接，直接通过定子与转子间的电磁联系驱动，通过螺母丝杠的转换输出直线位移，实现了电机作动部件与传动的高度集成，省去了一般设计中其他传动机构，将伺服控制器集成于壳体内，充分利用内空间，减少了连接电缆，以此提升系统的集成度以及比功率，提升机电伺服系统适应性。

Description

一种机电伺服系统

技术领域

本发明涉及机电技术领域，更具体地说，涉及一种机电伺服系统。

背景技术

传统的机电伺服系统主要由独立的伺服驱动控制器、机电作动器及连接电缆组成。机电伺服驱动控制器接收上位机的指令，通过伺服控制解算，最终放大和变换为以电压、电流表征的电功率输出，直接控制驱动伺服电机的正反旋转方向、旋转速度和力矩大小，经精密传动机构减速变换成直线或旋转输出。同时，通过传感器实时采集目标位置信息，反馈给驱动控制器，形成闭环控制，实现控制舵面、喷管等目标体的俯仰、偏航及翻滚姿态控制。

传统的机电伺服系统主要由三大模块即机电作动器、驱动控制器及电缆组成，各模块独立，不利于系统轻量化及小型化，存在结构适应性差、比功率低等问题，难以适应新一代高性能，强机动导弹等武器装备以及高端智能装备对高比功率机电伺服系统的应用需求。比功率为系统输出功率与重量的比或系统输出功率与体积比，比值越大系统相对重量更轻或体积更小。

综上所述，如何有效地解决目前机电伺服系统的设计存在的结构适应性差、比功率低等技术问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种机电伺服系统，该机电伺服系统的结构设计可以有效地解决目前机电伺服系统的设计存在的结构适应性差、比功率低等技术问题。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种机电伺服系统，包括电机定子、电机转子及伺服控制器；所述机电伺服系统还包括伺服系统壳体，电机定子与所述伺服系统壳体的内壁固定连接，所述电机转子包括磁组件及螺母丝杠组件，所述磁组件与螺母丝杠组件的螺母外周固定连接，所述螺母丝杠组件的丝杠轴向连接电机输出轴；所述伺服控制器设置于所述伺服系统壳体内。

优选的，上述机电伺服系统中，所述螺母丝杠组件包括均匀分布于所述丝杠与螺母之间的多根行星滚柱，所述行星滚柱的外周同时与所述螺母及丝杠之间螺纹配合，传导螺母的旋转运动。

优选的，上述机电伺服系统中，所述伺服系统壳体内设置有沿长度方向将其分隔的连接盖板，所述连接盖板的一侧设置有所述电机定子及电机转子，连接盖板另一侧设置有伺服控制器。

优选的，上述机电伺服系统中，所述伺服控制器包括编码器及电路板构件，所述电机转子还包括安装固定于所述螺母尾部的螺纹连杆，所述螺纹连杆一端伸出所述连接盖板，所述编码器与螺纹连杆安装固定，用于与所述螺母同步旋转。

优选的，上述机电伺服系统中，所述电路板构件包括驱动电路板及控制电路板，所述驱动电路板呈环状贴合所述连接盖板安装固定，所述控制电路板安装固定于伺服系统壳体内与所述连接盖板相对的底面。

优选的，上述机电伺服系统中，所述编码器具体为多圈绝对式编码器。

优选的，上述机电伺服系统中，所述电机输出轴内设置有直线位移传感器。

优选的，上述机电伺服系统中，所述伺服系统壳体伸出电机输出轴的一端设置有电机端盖，所述电机端盖的中心区域设置有限位轴套，所述电机输出轴呈棱柱状，所述限位轴套设置有与电机输出轴外周面凹凸配合的限位方孔。

优选的，上述机电伺服系统中，所述伺服系统壳体的外侧面分别设置有第一电连接器及第二电连接器，用于与内部的伺服控制器连接，所述第一电连接器及第二电连接器分别位于所述连接盖板的两侧。

优选的，上述机电伺服系统中，所述螺纹连杆与所述连接盖板之间设置有轴承组件，所述螺母与所述伺服系统壳体的内侧壁之间也设置有轴承组件。

本发明提供的机电伺服系统，包括电机定子、电机转子及伺服控制器；所述机电伺服系统还包括伺服系统壳体，电机定子与所述伺服系统壳体的内壁固定连接，所述电机转子包括磁组件及螺母丝杠组件，所述磁组件与螺母丝杠组件的螺母外周固定连接，所述螺母丝杠组件的丝杠轴向连接电机输出轴；所述伺服控制器设置于所述伺服系统壳体内。本发明提供的这种机电伺服系统采用集成式的设计，将电机的作动部件即伺服控制组件整体集成于伺服系统壳体内，将电机定子直接与系统壳体内壁固定，电机转子直接与用于位移输出的螺母丝杠组件的螺母固接，并将电机输出轴直接与丝杠轴同轴连接，直接通过定子与转子间的电磁联系驱动，通过螺母丝杠的转换输出直线位移，实现了电机作动部件与传动的高度集成，省去了一般设计中伺服电机和缸体之间的其他传动机构，并适应作动部件以及壳体本身设计将伺服控制器也集成设置于系统壳体内，充分利用了壳体内空间，减少了连接电缆，以此提升系统的集成度以及比功率，令系统对不同的使用场景具有更强的适应性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的机电伺服系统的侧剖面结构示意图；

图2为本发明实施例提供的机电伺服系统的螺母丝杠组件的剖面结构示意图；

图3为本发明实施例提供的机电伺服系统的外部整体结构示意图。

附图中标记如下：

电机壳体1、后盖2、连接盖板3、电机端盖4、电连接座体5、限位轴套6、杆端轴承7、伺服系统壳体8、电机定子10、螺母丝杠组件11、丝杠支撑轴承12、编码器13、第二电连接器14、第一电连接器15、轴承锁紧螺母16、锁紧螺母17、深沟球轴承18、关节轴承19、直线位移传感器20、控制电路板21、驱动电路板22、螺纹挡圈23、环形挡盘24、保持架25、行星滚柱26、轴套27、电机输出轴28、螺母29、螺纹连杆30。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种机电伺服系统，以解决目前机电伺服系统的设计存在的结构适应性差比功率低等的技术问题。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图3，图1为本发明实施例提供的机电伺服系统的侧剖面结构示意图；图2为本发明实施例提供的机电伺服系统的螺母丝杠组件的剖面结构示意图；图3为本发明实施例提供的机电伺服系统的外部整体结构示意图。

本发明提供的机电伺服系统，包括电机定子10、电机转子及伺服控制器；机电伺服系统还包括伺服系统壳体8，电机定子10与伺服系统壳体8的内壁固定连接，电机转子包括磁组件及螺母丝杠组件11，磁组件与螺母丝杠组件11的螺母29外周固定连接，螺母丝杠组件11的丝杠轴向连接电机输出轴28；伺服控制器设置于伺服系统壳体8内。

本发明提供的这种机电伺服系统采用集成式的设计，将电机的作动部件即伺服控制组件整体集成于伺服系统壳体8内，将电机定子10直接与系统壳体内壁固定，电机转子直接与用于位移输出的螺母丝杠组件11的螺母29固接，并将电机输出轴28直接与丝杠轴同轴连接，直接通过定子与转子间的电磁联系驱动，通过螺母丝杠的转换输出直线位移，充分利用螺母丝杠组件11设计中长螺母的结构直接将螺母29与转子中的磁组件一体固定，即电机磁钢通过粘胶与电机磁轭固联，磁钢外热装不锈钢套，电机磁轭与螺母29过盈配合并粘胶，不锈钢套、磁钢、磁轭、螺母29形成了电机的转子组件。在此基础上优选的定子设计是将电机定子10与伺服系统壳体8采用过盈配合并用销钉固定。

通过以上设计实现了电机作动部件与传动的高度集成，省去了一般设计中伺服电机和缸体之间的其他传动机构，并适应作动部件以及壳体本身设计将伺服控制器也集成设置于系统壳体内，充分利用了壳体内空间，减少了连接电缆，以此提升系统的集成度以及比功率，令系统对不同的使用场景具有更强的适应性。

为提升上述实施例中螺母丝杠组件11的力传导及运动传导特性，令组件能够更加稳定传导，并能够提供更大的载荷支撑能力：螺母丝杠组件11包括均匀分布于丝杠与螺母之间的多根行星滚柱26，行星滚柱26的外周同时与螺母及丝杠之间螺纹配合，传导螺母的旋转运动。

本实施例提供的技术方案中，采用的是反向式行星滚柱丝杠设计，通过保持架25将多个(通常4组或6组)行星滚柱26轴向平行的螺纹连接于丝杠轴与螺母之间，与转子一体的螺母的旋转由各滚柱的旋转传递至丝杠轴，实现由旋转到直线运动的传导。

其中配合该设计该螺母丝杠组件11中还设置有一系列相关连接或支撑构件，包括位于丝杆轴端与螺纹连杆30端部之间的螺纹挡圈23，限位丝杠轴向内伸缩回的极限位置，螺纹挡圈23被与螺母之间设置的环形挡盘24固定位置，行星螺柱前端与电机输出轴28之间设置有轴套27的结构。

为优化上述机电伺服系统中作动部件与伺服组件之间的组合配合方式提供以下设计：伺服系统壳体8内设置有沿长度方向将其分隔的连接盖板3，连接盖板3的一侧设置有电机定子10及电机转子，连接盖板3另一侧设置有伺服控制器。

其中连接盖板3将伺服系统壳体8内沿运动轴向分隔成两部分，前段用于容纳转子定子等电机作动部件，后段主要容纳伺服控制相关设计，充分利用壳体内的集成空间。

伺服控制器包括编码器13及电路板构件，电机转子还包括安装固定于螺母尾部的螺纹连杆30，螺纹连杆30一端伸出连接盖板3，编码器13与螺纹连杆30安装固定，用于与螺母同步旋转，其中编码器优选为多圈绝对式编码器。

采用多圈绝对式编码器，与电机转轴固联，具体为设置与螺母固定一体旋转的螺纹连杆30，螺纹连杆30的另一端与编码器13固定，编码器13内置于系统的后段壳体内。利用行星滚柱丝杠高精度传动的优势，舍弃外置于机电整体外部的位移传感器，形成高精度闭环控制，提高系统的集成度。

电路板构件包括驱动电路板22及控制电路板21，驱动电路板22呈环状贴合连接盖板3安装固定，控制电路板21安装固定于伺服系统壳体8内与连接盖板3相对的底面；电机输出轴28内设置有直线位移传感器20。

本实施例提供的技术方案进一步优化了伺服结构的集成设计，其中在伺服系统壳体8由连接盖板3划分出的后半段壳体空间内，将驱动电路板22集成在伺服系统的尾部，设计成两层环板，环绕绝对式编码器，充分利用空间，减少连接电缆，提高系统的比功率及可靠性。

并进一步的将用于获得电机直线位移量的直线位移传感器20设置于电机输出轴28内，避免采用其他更加复杂的外部连接结构，提升了系统的集成度，其中该传感器位于电机输出轴28而避免由于丝杠轴的旋转对设计可能造成影响。

为保持在电机输出直线运动过程中不受到丝杠旋转影响，伺服系统壳体8伸出电机输出轴的一端设置有电机端盖4，电机端盖4的中心区域设置有限位轴套6，电机输出轴呈棱柱状，限位轴套6设置有与电机输出轴外周面凹凸配合的限位方孔。

丝杠设计优选为棱柱状如四方体结构，限位轴套6中心设置内孔为与电机输出轴相配合的多边形结构，限位轴套6外圈优选通过紧定螺钉与电机端盖4连接，从而限制电机输出轴的转动，限位轴套6材料优选为锡青铜，有自润滑的作用。当伺服电机驱动行星螺母旋转运动时，与丝杠轴向连接的电机输出轴旋转自由度受到限制，因此，输出轴只能沿轴向做往复直线运动。

伺服系统壳体8的外侧面分别设置有第一电连接器15及第二电连接器14，用于与内部的伺服控制器连接，第一电连接器15及第二电连接器14分别位于连接盖板3的两侧。螺纹连杆30与连接盖板3之间设置有轴承组件，螺母与伺服系统壳体8的内侧壁之间也设置有轴承组件。

其中螺纹连杆30与连接盖板3之间的轴承组件优选为深沟球轴承18，用于提供径向支撑；螺母与伺服系统壳体8采用丝杠支撑轴承12，采用普通角接触轴承亦可，侧面设置轴承锁紧螺母16将其与螺母之间形成限位。此外伺服系统壳体8优选的设计为通过两部分对接组合构成，包括前端的电机壳体1以及后端的后盖2，二者以连接盖板3分隔。为适应电机壳体1结构，第一电连接器15位置优选设置电连接座体5的结构，以提供电连接器安装位置。进一步电机输出轴前端还连接有杆端轴承7，及用于将其与输出轴连接的锁紧螺母17，杆端轴承7的前端和伺服系统壳体8的尾端钣金位置均设置有用于连接的关节轴承19。

机电伺服系统通过连接器与上位机通信，经过机电伺服系统的控制器解算，驱动器输出SVPWM给交流永磁同步电机产生旋转磁场，与电机转子形成磁场力矩，带动电机转子旋转，进而带动与转子固联的螺母旋转，螺母的旋转带动丝杠轴直线运动，从而实现整个系统的直线运动输出。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种机电伺服系统，包括电机定子、电机转子及伺服控制器；其特征在于，所述机电伺服系统还包括伺服系统壳体，电机定子与所述伺服系统壳体的内壁固定连接，所述电机转子包括磁组件及螺母丝杠组件，所述磁组件与螺母丝杠组件的螺母外周固定连接，所述螺母丝杠组件的丝杠轴向连接电机输出轴；所述伺服控制器设置于所述伺服系统壳体内。

2.根据权利要求1所述的机电伺服系统，其特征在于，所述螺母丝杠组件包括均匀分布于所述丝杠与螺母之间的多根行星滚柱，所述行星滚柱的外周同时与所述螺母及丝杠之间螺纹配合，传导螺母的旋转运动。

3.根据权利要求1所述的机电伺服系统，其特征在于，所述伺服系统壳体内设置有沿长度方向将其分隔的连接盖板，所述连接盖板的一侧设置有所述电机定子及电机转子，连接盖板另一侧设置有伺服控制器。

4.根据权利要求3所述的机电伺服系统，其特征在于，所述伺服控制器包括编码器及电路板构件，所述电机转子还包括安装固定于所述螺母尾部的螺纹连杆，所述螺纹连杆一端伸出所述连接盖板，所述编码器与螺纹连杆安装固定，用于与所述螺母同步旋转。

5.根据权利要求4所述的机电伺服系统，其特征在于，所述电路板构件包括驱动电路板及控制电路板，所述驱动电路板呈环状贴合所述连接盖板安装固定，所述控制电路板安装固定于伺服系统壳体内与所述连接盖板相对的底面。

6.根据权利要求4所述的机电伺服系统，其特征在于，所述编码器具体为多圈绝对式编码器。

7.根据权利要求4至6任一项所述的机电伺服系统，其特征在于，所述电机输出轴内设置有直线位移传感器。

8.根据权利要求7所述的机电伺服系统，其特征在于，所述伺服系统壳体伸出电机输出轴的一端设置有电机端盖，所述电机端盖的中心区域设置有限位轴套，所述电机输出轴呈棱柱状，所述限位轴套设置有与电机输出轴外周面凹凸配合的限位方孔。

9.根据权利要求7所述的机电伺服系统，其特征在于，所述伺服系统壳体的外侧面分别设置有第一电连接器及第二电连接器，用于与内部的伺服控制器连接，所述第一电连接器及第二电连接器分别位于所述连接盖板的两侧。

10.根据权利要求7所述的机电伺服系统，其特征在于，所述螺纹连杆与所述连接盖板之间设置有轴承组件，所述螺母与所述伺服系统壳体的内侧壁之间也设置有轴承组件。