CN109525070A - 一种具有快速散热能力的伺服电机及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有快速散热能力的伺服电机及其控制方法，包括电机本体以及主轴，电机本体外部设置有安装框架，安装框架上设置有散热装置、刹车装置、稳定装置和转速检测装置，散热装置包括导热圈和降温管，导热圈套接在主轴上，导热圈外表面设置有散热扇叶，降温管延伸出散热罩且连接有高速进气管，降温管的出口端正对着散热扇叶，且降温管的出风方向与散热扇叶的转动方向一致，采用风冷的方式来对主轴进行降温，通过非接触式的降温方式，避免对主轴造成损伤，实现无损降温，保证了伺服电机使用性能和使用寿命，散热装置内部各组件相互协调，结合转速检测装置，消除对主轴转动的影响，增强伺服电机的运行可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及伺服电机技术领域，具体为一种具有快速散热能力的伺服电机及其控制方法。
背景技术
伺服电机是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。伺服电机，比如舵机(英文为Servo)，由直流电机、减速齿轮组、传感器和控制电路组成的一套自动控制系统。
伺服电机的主轴散热越来越得到重视，因为其主轴散热的效率直接影响电机的运行性能。例如，某些主轴散热产品主要利用冷管贴设在主轴上，然后冷管的作用对主轴进行降温，这样非常容易主轴及冷管磨损，一方面主轴磨损妨碍伺服电机的性能，另一方面冷管磨损后很难保证散热效率。也有的技术采用风冷降温，但风冷装置会对主轴的运转造成冲击，增强主轴转动的空气阻力，影响伺服电机的使用性能。
发明内容
为了克服现有技术方案的不足,本发明提供一种具有快速散热能力的伺服电机及其控制方法，采用风冷的方式来对主轴进行降温，通过非接触式的降温方式，避免对主轴造成损伤，实现无损降温，保证了伺服电机使用性能和使用寿命，散热装置内部各组件相互协调，结合转速检测装置，消除对主轴转动的影响，增强伺服电机的运行可靠性，能有效的解决背景技术提出的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种具有快速散热能力的伺服电机，包括电机本体以及主轴，所述主轴由电机本体内延伸出，所述电机本体外部设置有安装框架，所述安装框架上设置有散热罩、刹车室、稳定安装壳和转速检测装置，所述散热罩内设置有散热装置，所述刹车室内设置有刹车装置，所述稳定安装壳内设置有稳定装置，所述散热装置、刹车装置和稳定装置均与转速检测装置相连；
所述散热装置包括导热圈和降温管，所述导热圈套接在主轴上，所述导热圈外表面向外延伸出多个散热扇叶，多个所述的散热扇叶沿主轴的径向均匀设置，所述降温管有多个且数量与散热扇叶的数量相同，所述降温管延伸出散热罩且连接有高速进气管，所述降温管的出口端正对着散热扇叶，且所述降温管的出风方向与散热扇叶的转动方向一致。
进一步地，所述散热罩呈圆筒状结构，所述散热罩的外部与安装框架固定连接，所述散热罩的两端设置有用于穿设主轴穿过的轴孔，所述主轴与散热罩之间无接触。
进一步地，所述散热罩内设置有驱动降温管移动的自调节装置，所述自调节装置包括设置在散热罩内部两端的自调节支架，两端所述的自调节支架之间设置有两个平行的夹板，两个所述的夹板之间为滑动槽，所述滑动槽内可以移动设置有滑动座，所述降温管通过支架固定在滑动座上，所述夹板的内侧设置有防脱卡槽，所述滑动座的两侧设置有与防脱卡槽相对应的防脱卡板。
进一步地，所述自调节装置还包括可转动穿设在两个自调节支架之间的自调节丝杠，所述自调节丝杠为往复丝杠，所述自调节丝杠上设置有螺母座，所述螺母座与滑动座的底部相连，所述自调节丝杠的一端延伸出自调节支架，且其上设置有自驱动齿轮，所述主轴上设置有与自驱动齿轮啮合的主轴齿轮。
进一步地，所述刹车室内部为真空环境，所述刹车室的两端设置有用于主轴通过的轴孔，所述主轴与刹车室之间通过气密轴承相连，所述刹车室的外壁上设置有磁性屏蔽层。
进一步地，所述刹车装置包括设置在刹车室内的主轴上的多个刹车板，所述刹车板沿主轴的径向均匀设置，所述刹车室的内壁上设置有电磁安装板，所述电磁安装板的数量与刹车板的数量相同，所述电磁安装板设置在刹车板的正向，且所述电磁安装板与刹车板的转动轨迹无接触，所述刹车板的正面设置有磁性刹车片，所述电磁安装板上设置有与磁性刹车片磁性相同的电磁片。
进一步地，所述稳定安装壳的两端设置有用于主轴通过的轴孔，所述稳定安装壳的外壁上设置有磁性屏蔽层，所述稳定装置包括电磁环和固定环，位于稳定安装壳的主轴上环形设置有电磁安装槽，所述电磁环固定在电磁安装槽内，所述固定环套设在主轴及电磁环的外部，所述固定环与电磁环及主轴均无接触，所述固定环的内壁上设置有电磁环，两个所述电磁环的磁性相同。
进一步地，所述转速检测装置包括检测圆盘和激光器，所述检测圆盘套设在主轴上，所述检测圆盘表面上设置有多个检测槽，多个所述的检测槽沿检测圆盘的径向均匀间隔设置，所述安装框架上设置有检测架，所述激光器固定在检测架上，所述激光器的输出端正对着检测圆盘。
本发明还提供了一种具有快速散热能力伺服电机的控制方法，包括如下步骤：
步骤100、启动电机，使电机的主轴转动；
步骤200、启动散热装置，并检测电机主轴的转动速度；
步骤300、根据主轴的转动速度调节散热装置的出风速度。
进一步地，步骤300的具体过程为：
步骤301、主轴转动时散热扇叶转动，空气会阻碍散热扇叶的转动，产生第一种阻力；
步骤302、主轴转动会带动自调节装置运作，即自调节装置对主轴的转动形成第二种阻力；
步骤303、散热装置向散热扇叶吹风，出风速度大于散热扇叶的移动速度，从而对主轴的转动提供推动力；
步骤304、根据主轴转动速度调节出风速度，使得推动力与两种阻力抵消，保证主轴的正常转动。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明中的散热装置通过设置散热扇叶增大主轴的散热面积，再通过向散热扇叶吹风来实现散热扇叶的快速降温，气流流过的速度越快则散热装置的降温效果越好，可以通过直接注入冷风，来进一步增强散热装置的降温效果。并且，散热装置与主轴之间无直接接触，避免了常见的直接接触式降温装置对主轴的转动造成影响，不会使主轴磨损；
(2)本发明通过设置自调节装置，可以调节散热装置中降温气流与散热扇叶的直接接触点，使散热扇叶降温均匀，从而增强散热装置的散热能力，同时自调节装置的运行动力来自于主轴的转动，一方面通过该种单一动力源驱动多种装置运作的设计，可以达到精简伺服电机结构，降低整个伺服电机空间占用的目的，另一方面，通过该种设置可以使自调节装置的运作与主轴9的转动同时进行，在主轴上热量刚产生时就对主轴进行降温，有效保护伺服电机；
(3)本发明中的主轴转动时会受到外力影响，外力包括了散热扇叶转动时空气对其施加的阻力、主轴驱动自调节装置运作时自调节装置对主轴施加的阻力，这两种阻力均与主轴的转动速度相关，为了平衡这两种阻力，本发明散热装置中的降温气流的流向设计为与散热扇叶转动方向一致，且速度比散热扇叶末端的线速度快，从而降温气流对散热扇叶施加推动力。同时通过该种设置，本发明中的散热装置、自调节装置以及转速检测装置有机结合在一起，根据转速检测装置检测到的主轴转速，控制降温气流的流速，在不影响散热装置降温性能的情况下对各种阻力进行平衡，增强伺服电机的运行可靠性。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明散热装置的结构示意图；
图3为本发明自调节装置的结构示意图；
图4为本发明自调节装置的侧视结构示意图；
图5为本发明刹车装置的结构示意图；
图6为本发明辅助刹车组件的结构示意图；
图7为本发明散热罩内部分结构示意图；
图8为本发明稳定装置的结构示意图；
图9为本发明转速检测装置的结构示意图；
图10为本发明检测圆盘的侧视结构示意图。
图中标号：
1-散热装置；2-刹车装置；3-稳定装置；4-转速检测装置；5-自调节装置；6-辅助刹车组件；7-副稳定装置；8-电机本体；9-主轴；10-安装框架；11-散热罩；12-刹车室；13-稳定安装壳；
101-导热圈；102-降温管；103-散热扇叶；104-高速进气管；
201-刹车板；202-电磁安装板；203-磁性刹车片；204-电磁片；
301-电磁环；302-固定环；303-电磁安装槽；
401-检测圆盘；402-激光器；403-检测槽；404-检测架；
501-自调节支架；502-夹板；503-滑动槽；504-滑动座；505-防脱卡槽；506-防脱卡板；507-自调节丝杠；508-螺母座；509-自驱动齿轮；510-主轴齿轮；
601-刹车架；602-刹车管；603-三通阀。
具体实施方式
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。
如图1至图10所示，本发明提供了一种伺服电机，包括电机本体8以及主轴9，主轴9由电机本体8内延伸出，电机本体8外部设置有安装框架10，安装框架10上设置有散热罩11、刹车室12、稳定安装壳13和转速检测装置4，散热罩11内设置有散热装置1，刹车室12内设置有刹车装置2，稳定安装壳13内设置有稳定装置3，散热装置1、刹车装置2和稳定装置3均与转速检测装置4相连。
如图1、图2、图6和图7所示，在本发明中，散热罩11呈圆筒状结构，散热罩11的外部与安装框架10固定连接，散热罩11的两端设置有用于穿设主轴9穿过的轴孔，主轴9与散热罩11之间无接触，所以散热罩11的设置不会影响到主轴9的转动，同时不会使主轴9由于摩擦发热。散热装置1包括导热圈101，导热圈101套接在主轴9上，导热圈101与主轴9一体成型，二者之间不会存在相对移动，导热圈101外表面向外延伸出多个散热扇叶103，多个的散热扇叶103沿主轴9的径向均匀设置，散热扇叶103由导热性能较好的材料制成，主轴101上的热量出传递至导热圈101，再由导热圈101传递至散热扇叶103上，通过上述设置，散热扇叶103比主轴9的表面积大许多，所以可以加强主轴9的散热能力。
值得说明的是，散热装置1还包括降温管102，降温管102有多个且数量与散热扇叶103的数量相同，降温管102的出口端正对着散热扇叶103，同时降温管102不与散热扇叶103接触，一方面避免主轴9及散热扇叶103的转动受到妨碍，另一方面防止散热装置1结构受到破坏。降温管102延伸出散热罩11且连接有高速进气管104，降温管102的出口端正对着散热扇叶103，且降温管102的出风方向与散热扇叶103的转动方向一致。
当散热装置1工作时，向高速进气管104内注入高速移动的气体，该气体沿着高速进气管104移动至降温管102内，再由降温管102的出口端喷出，气体在喷出后会向着散热扇叶103移动，气体与散热扇叶103接触时，热量由散热扇叶103转移至气体中，随意随着散热装置1的运行，散热扇叶103上的温度不断下降，根据热力学第二定律，热量总是自发地从温度高的物体传递到较冷的物体，而在上述过程中，散热扇叶103由于散热装置1的作用温度变低，所以主轴9上的热量会传递至散热扇叶103，再由散热扇叶103散发至经过的气流中，如需不断降低主轴9的温度。
需要指出的是，在不改变散热装置1结构的基础上还可以进一步加强其对主轴9的降温效果：通过向高速进气管104内注入低温气体，加快热量从散热扇叶103传递至气流的效率，从而加强散热装置1的降温能力。同时由于散热装置1的外部设置了散热罩11，可以使冷气停留在内，使冷气德大哦充分利用，避免浪费，由于散热罩11上设置了轴孔，冷气可以从轴孔出去，也解决了冷气的排出问题。
还需要说明的是，本发明的散热装置1中，主轴9转动时会带动散热扇叶103转动，由于散热扇叶103所转移区域内存在空气，所以散热扇叶103的转动会受到空气的阻碍，所以吸纳相对于未设置散热扇叶103的情形，本发明中的主轴9在转动时会受到一定的阻力，进而会影响电机的输出性能。为了避免上述情况的发生，如图1所示，本发明中降温管102的出风方向与散热扇叶103的转动方向一致，且降温管102的出风速度与散热扇叶103尾部的线速度快，降温管102吹出的气流会对散热扇叶103的转动提供一定的推动力，消除空气阻力对电机性能的影响。
如图2、图3和图4所示，在本发明中，散热罩11内设置有驱动降温管102移动的自调节装置5，自调节装置5包括设置在散热罩11内部两端的自调节支架501，两端的自调节支架501之间设置有两个平行的夹板502，两个的夹板502之间为滑动槽503，滑动槽503内可以移动设置有滑动座504，降温管102通过支架固定在滑动座504上，夹板502的内侧设置有防脱卡槽505，滑动座503的两侧设置有与防脱卡槽505相对应的防脱卡板506，通过设置防脱卡板506和防脱卡槽505，在不影响滑动座503在滑动槽503内移动的情况下，避免滑动座503从滑动槽502内脱落，保证了自调节装置5的完整性。
在发明的散热装置1中，降温管102的出风口对着散热扇叶103，气流与散热扇叶103的接触点的温度必然降低的更快，使得整个散热扇叶103的降温效果不均匀，影响了整个主轴9的降温效果，为了改进上述情况，本发明在散热罩11内设置了自调节装置5。在自调节装置5中，滑动座503可以在滑动槽503内滑动，相邻所述降温管102通过圆弧支架511相连，而所述圆弧支架511固定在滑动座504上，当滑动座503可以在滑动槽503内移动时，降温管102也就随之移动，同时气流与散热扇叶103的接触点的位置也就不断变化，通过这种变化可以使散热扇叶103的降温效果变得均匀，从而增强散热装置1的散热能力。
如图4所示，在本发明中，自调节装置5还包括可转动穿设在两个自调节支架501之间的自调节丝杠507，自调节丝杠507为往复丝杠，自调节丝杠507上设置有螺母座508，螺母座508与滑动座504的底部相连，自调节丝杠507的一端延伸出自调节支架501，且其上设置有自驱动齿轮509，主轴9上设置有与自驱动齿轮509啮合的主轴齿轮510。
在上述的自调节装置5中，自驱动齿轮509与主轴齿轮510啮合，所以当主轴9转动时会挥动自驱动齿轮509转动，使自调节丝杠507转动，进而使螺母座508移动。在自调节装置5中，自调节丝杠507与滑动槽502平行，且自调节丝杠507位于滑动槽502的正下方，螺母座508也位于滑动座504正下方，当螺母座508移动时，会带动滑动座504移动，进而使降温管102移动。
值得说明的是，自调节装置5运行的动力来自于主轴9的转动，一方面通过该种单一动力源驱动多种装置运作的设计，可以达到精简伺服电机结构，降低整个伺服电机空间占用的目的，另一方面，通过该种设置可以使自调节装置5的运作与主轴9的转动同时进行，在主轴9上热量刚产生时就对主轴9进行降温，有效保护伺服电机。从另一方面来说，自调节装置9的动力来自于主轴9的转动，那么也就意味着自调节装置5的存在会使主轴9的转动手受阻，也即是自调节装置5会对主轴9施加阻力。
通过上述说明可知，本发明中的主轴9转动时，会受到三种外力影响，这三种外力分别为空气对散热扇叶103施加的阻力、自调节装置5对主轴9施加的阻力以及散热装置1吹出的气流对散热扇叶103施加的推动力，其中空气对散热扇叶103施加的阻力和自调节装置5对主轴9施加的阻力均与主轴9的转动速度有关，速度越快则阻力越大，但这种阻力的变化是具有规律的(如空气阻力随俗的变化规律为：为F＝1/2(ρv2KA)，其中，F是阻力，ρ为空气密度，正常的干燥空气可取1.293g/l，特殊条件下可以实地监测，v是物体对流体的相对速度，K是空气阻力系数，该值通常是实验值，和物体的特征面积，物体光滑程度和整体形状有关，A是面积，由此可见，速度直接影响阻力)。
由此，上述三种外力中两种阻力均与主轴9的转速有关，根据速度可推算出上述两种阻力的大小，同时这两种阻力在主轴9转速不变时不会变化，而其中的推动力则与散热装置1出风的速度有关，通过向散热装置1内注入不同流速的气流即可控制推动力，进而控制推动力与两种阻力相抵消，使得主轴9的转动不受外力的影响。
本发明中散热装置1与转速检测装置4相连，转速检测装置4会时刻检测转轴9的转速，根据主轴9的转速可以推算出主轴9受到的阻力，在根据阻力反推出中和阻力所需的推动力的大小，再散热装置1吹出特定风速的气流，使主轴9的转动不受外力影响。
需要强调的是，本发明中的散热装置1与主轴9之间无直接接触，避免了常见的直接接触式降温装置对主轴9的转动造成影响，同时不会使主轴9磨损。另外在风冷装置中，气流流过物体表面的速度越快，则物体的降温速度也越快，所以在对本发明中的散热装置1进行设计时，常见方法是将降温气流与散热扇叶103对流，也即是气流的流动方向与散热扇叶103末端的线速度方向相反，从而在不改变气流流动速度的情况下使二者的相对移速达到最大值，增强散热装置1的散热能力。但该种设置会使散热扇叶103的转动受到较大的阻碍，结合前面所述的两种阻力会使主轴9的转动进一步受阻，影响伺服电机的使用性能。
为了避免上述情况，同时也是为了将本发明中的散热装置1、自调节装置5以及转速检测装置4有机结合在一起，本发明散热装置1中降温气流的流动方向与散热扇叶103末端的线速度方向一致，且降温气流的流动速度大于散热扇叶103末端的线速度，使散热扇叶103受到气流大的推动力，在不影响散热装置1降温性能的情况下对各种阻力进行平衡，增强伺服电机的可靠性。
如图5所示，在本发明中，刹车装置2包括设置在刹车室12内的主轴9上的多个刹车板201，刹车板201沿主轴9的径向均匀设置，刹车室12的内壁上设置有电磁安装板202，电磁安装板202的数量与刹车板201的数量相同，电磁安装板202设置在刹车板201的正向，且电磁安装板202与刹车板201的转动轨迹无接触，刹车板201的正面设置有磁性刹车片203，电磁安装板202上设置有与磁性刹车片201磁性相同的电磁片204。
在现有技术中，常常采用物理接触的手段，利用产生接触时产生的摩擦力来进行减速。当采用上述手段来对转轴进行刹车时，会使转轴受到较大的损伤，损伤的来源有两种，一种是直接接触对转轴造成的损伤，第二种则是摩擦式产生的热量，使转轴温度升高，改变或破坏了转轴的性能。为了减轻损伤，人们通常在转轴的表面设置耐磨垫板，避免物体与转轴直接接触，但这种方式不能避免摩擦时转轴的温度升高。
为了解决避免上述的弊端，在本发明中的刹车装置2中的各部件均不与主轴9接触。同时本刹车装置2中，在刹车装置2存在磁性相同的电磁片204和磁性刹车片203，磁性刹车片203的位置固定，电磁片204安装在刹车板201上，当主轴9转动带动刹车板201转动，且刹车板201转动至正对电磁安装板202时，电磁片204和磁性刹车片203相对，利用二者相同磁极相互排斥的原理来达到降低主轴9转速，从而使主轴9快速刹车的目的，由于刹车装置2中设置有多个电磁片204，同时也设置了多个磁性刹车片203，加强上述的斥力，从而增强刹车装置2的刹车效果。
如图5所示，在本发明中，刹车室12内部为真空环境。由于本发明的刹车装置2中沿主轴9的径向设置了多个刹车板201，在正常条极下，刹车板201的存在会使主轴9的主动受到空气的阻碍，为了避免该种情况的发生，本发明的刹车室12设计为真空环境，真空环境的两端设置有用于主轴9通过的轴孔，主轴9与刹车室12之间通过气密轴承相连，由于气密轴承具备很强的气密性，可以保证刹车室12处于真空环境，同时刹车室12的外壁上设置有磁性屏蔽层，可以避免内部磁场对伺服电机的影响。
值得说明的是，本发明中刹车室12也可不必为真空环境，由于刹车装置2中磁性刹车片203为电磁铁，其磁性大小和磁极的方向可变，当刹车室12位非真空环境时，刹车板201的转动受到空气阻碍，此时改变磁性刹车片203的磁性，使得磁性刹车片203的磁性与电磁片204的磁性相反，二者就会相互吸引，从而为刹车板201的提供推动力，而由于磁性刹车片203的磁性大小也可控制，所以通过调节其磁性大小可以使推动力与空气阻力抵消，进而避免主轴9的转动受到影响。
需要进一步说明的是，由于磁性刹车片203的磁性可控，结合转速检测转轴4对主轴9转速的检测，当主轴9停止转动时，刹车装置2也会运作，防止斥力持续作用使主轴9反向转动。同时基于磁性刹车片203的磁性可控，所以刹车装置2使主轴9完全停止所需的时间也就可控，可以通过增强磁性刹车片203的磁性来使刹车时间变短，达到加强刹车装置2性能的目的。
如图6和图7所示，在本发明中，刹车装置2还包括设置在散热罩11内的辅助刹车组件6，辅助刹车组件6包括固定在散热罩11内的刹车架601，刹车架601上设置有刹车管602，刹车管602的出口端正对着散热扇叶103，且刹车管602的出风方向与散热扇叶103的转动方向相反，刹车管602与高速进气管104相连，高速进气管104上设置有三通阀603，刹车管602和降温管102均通过三通阀603与高速进气管104相连。
在本发明中，辅助刹车组件6与散热装置1结合在一起，将原来流向降温管102的气流通过三通阀使之流向刹车管602，气流从刹车管602喷出时其移动方向与散热扇叶103末端的线速度方向相对，所以气流会阻碍散热扇叶103的转动，进而阻碍主轴9的转动，从而达到对主轴9进行刹车的目的。
在上述说明中，辅助刹车组件6运作时会是降温气流的流动方向改变，气流对主轴9的推动力变为阻力，但气流和散热扇叶103之间仍然存在相对速度，所以依然具备降温效果，同时由于二者的相对速度由原先的速度之差变为速度之和，相对速度变大，增强了散热装置1的降温效果。上述降温效果的提升是在增大9转动阻力的前提下实现的，虽然在伺服电机正常工作的前提下不能使用(会影响电机的性能)，但在电机主轴9停止转动时可以使用。
需要说明的是，上述辅助刹车组件6利用气流反向吹动的，形成空气阻力，使主轴9的转速变慢，达到刹车的目的，也避了与主轴9直接接触，避免主轴9受损。但是，辅助刹车组件6设置在散热罩11内是基于刹车室12为真空环境的前提下的，因为向刹车室12内注入气流就会破坏刹车室12内部的真空环境。
而当刹车室12为非真空环境时，可以将辅助刹车组件6直接设置在刹车室12内。在此条件下，6包括固定在刹车室12内部的刹车架601，刹车架601上设置有刹车管602，刹车管602的出口端正对着刹车板2，且刹车管602的出风方向与刹车板2的转动方向相反。此时，刹车板2辅助刹车组件6与散热装置1互不影响，当辅助刹车组件6运作时，散热装置1内的气流正常流动。同时，直接通过管道与刹车管602相连，向管道内注入气流，气流进入刹车管602，再喷向刹车板2，通过阻碍刹车板2的转动来阻碍主轴9的转动，达到刹车的目的。
如图8所示，在本发明中，稳定装置3包括电磁环301和固定环302，位于稳定安装壳13的主轴9上环形设置有电磁安装槽303，电磁环301固定在电磁安装槽303内，固定环302套设在主轴9及电磁环301的外部，固定环302与电磁环301及主轴9均无接触，固定环302的内壁上设置有电磁环301，两个电磁环301的磁性相同。
在现有技术中，为了解决电机转轴径向跳动的问题，通过设置与转轴直接接触的限位件，来防止转轴移动，由于在该种设置下，转轴的转动受到阻碍，影响伺服电机性能，同时转轴与限位件接触时会摩擦受损，使电机转轴被破坏，降低了伺服电机的使用寿命，同时电机转轴由于持续摩擦，其温度会不断上升，影响其使用性能。
为了在主轴9稳定性的前提下避免上述的问题，本发明中的稳定装置3通过非接触式的方法来稳定主轴9。在稳定装置3中，两个电磁环301是实现主轴9稳定的主要部件，其中一个电磁环301设置在主轴9上，另一个则设置在固定环302的内壁上，而固定环302套设在主轴9，且其位置与电磁安装槽303的位置重合，所以两个电磁环301的位置相对。两个电磁环301的直径不同且磁性相同，所以二者相互排斥而无接触，由于两个电磁环301为圆环状结构，所以主轴9的四周均对其排斥，进而使主轴9在固定环302的圆心处，由于固定环302通过支架固定在稳定安装壳13内，其位置保持不变，所以转轴9的位置也就保持不变，进而使主轴9保持稳定。
值得说明的是，本发明稳定装置3中的两个电磁环301位电磁铁，其磁性大小可以调节控制。而主轴9转动的速度越快，主轴9径向移动的幅度就越大，所需要其保持稳定的斥力就越大。所以将稳定装置3与转速检测装置4相结合，根据主轴9的转速，调节控制电磁环301的磁性，使斥力始终与驱动主轴9径向移动的力相适配，从而使主轴保持稳定。
如图1所示，在本发明中，主轴9由电机本体8的另一端延伸出，同时电机本体8的该端设置有副稳定壳体16，副稳定壳体16内设置有副稳定装置7，副稳定装置7的结构与稳定装置3相同，二者镜像设置。通过该种设置，稳定装置3和副稳定装置7堆成设置电机本体2的两端，并在两端对主轴9进行稳定，加强对主轴9的稳定能力。同时本发明中稳定安装壳13的两端设置有用于主轴9通过的轴孔，稳定安装壳13的外壁上设置有磁性屏蔽层，可以避免内部磁场对伺服电机的影响。
如图1、图9和图10所示，在本发明中，转速检测装置4包括检测圆盘401和激光器402，检测圆盘401套设在主轴9上，检测圆盘401表面上设置有多个检测槽403，多个的检测槽403沿检测圆盘401的径向均匀间隔设置，安装框架10上设置有检测架404，激光器402固定在检测架404上，激光器402的输出端正对着检测圆盘401。
在转速检测装置4中，激光器402可以发射和接受激光，利用发射和接受激光的时间差来计算激光器402与圆盘401之间的距离。由于在检测圆401上间隔设置有检测槽403，当激光射进检测槽403时，激光的路线变长，导致发射和接受激光的时间变长，当激光照射至两个检测槽403之间的区域时，激光的路线变段，导致发射和接受激光的时间变段，所以通过观测发射和接受激光的时间有无变化即可得出检测圆盘401(也即是主轴9)是否转动，通过发射和接受激光的时间变化间隔杰即可推算出检测圆盘401(也即是主轴9)的转动速度。
值得说明的是，本发明中，散热装置、刹车装置2以及稳定装置3均与转速检测装置4相连，且转速检测装置4是上述三种装置实现的重要组成部分。
本发明还提供了一种伺服电机的控制方法，包括如下步骤：
步骤100、启动电机，使电机的主轴9转动；
步骤200、检测主轴9的转动速度；
步骤300、启动散热装置1，降温主轴9温度；
步骤400、根据主轴9转动速度调节出风速度，使得推动力与阻力抵消，保证主轴9的正常转动；
在此步骤中，主轴9转动会使散热扇叶103转动，空气会阻碍散热扇叶103的转动，产生第一种阻力；主轴9转动会带动自调节装置5运作，即自调节装置5对主轴9的转动形成第二种阻力；散热装置1向散热扇叶103吹风，出风速度大于散热扇叶103的移动速度，从而对主轴9的转动提供推动力；根据主轴9转动速度调节出风速度，使得推动力与两种阻力抵消，保证主轴9的正常转动；
步骤500、启动稳定装置3，根据主轴9的转速，控制稳定装置3的工作强度，使斥力始终与驱动主轴9径向移动的力相适配，从而使主轴9保持稳定；
在此步骤中，两个电磁环301的磁性相同从而产生斥力，固定环302位置固定，使主轴9稳定在固定环内；主轴9的转速越快，主轴9径向移动的幅度越大，所需要其保持稳定的斥力就越大，根据主轴9的转速，控制稳定装置3的强度，使斥力始终与驱动主轴9径向移动的力相适配，从而使主轴9保持稳定；
步骤600、关闭电机，使电机的主轴9停止转动；
步骤700、启动刹车装置2，电磁片204和电磁刹车板203相向设置，二者磁性相同，从而产生斥力，使主轴9转速降低，再启动辅助刹车组件6，向散热扇叶103吹风，且吹风方向与散热扇叶103移动方向相反，使主轴9转速降低；
步骤800、根据主轴9的转动速度调节刹车装置2的工作强度，在主轴9转速为零，也即是电机主轴9停止转动后刹车装置2停止运作，防止主轴9反转。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (10)
1.一种具有快速散热能力的伺服电机，其特征在于：包括电机本体(8)以及主轴(9)，所述主轴(9)由电机本体(8)内延伸出，所述电机本体(8)外部设置有安装框架(10)，所述安装框架(10)上设置有散热罩(11)、刹车室(12)、稳定安装壳(13)和转速检测装置(4)，所述散热罩(11)内设置有散热装置(1)，所述刹车室(12)内设置有刹车装置(2)，所述稳定安装壳(13)内设置有稳定装置(3)，所述散热装置(1)、刹车装置(2)和稳定装置(3)均与转速检测装置(4)相连；
所述散热装置(1)包括导热圈(101)和降温管(102)，所述导热圈(101)套接在主轴(9)上，所述导热圈(101)外表面向外延伸出多个散热扇叶(103)，多个所述的散热扇叶(103)沿主轴(9)的径向均匀设置，所述降温管(102)有多个且数量与散热扇叶(103)的数量相同，所述降温管(102)延伸出散热罩(11)且连接有高速进气管(104)，所述降温管(102)的出口端正对着散热扇叶(103)，且所述降温管(102)的出风方向与散热扇叶(103)的转动方向一致。
2.根据权利要求1所述的一种具有快速散热能力的伺服电机，其特征在于：所述散热罩(11)呈圆筒状结构，所述散热罩(11)的外部与安装框架(10)固定连接，所述散热罩(11)的两端设置有用于穿设主轴(9)穿过的轴孔，所述主轴(9)与散热罩(11)之间无接触。
3.根据权利要求1所述的一种具有快速散热能力的伺服电机，其特征在于：所述散热罩(11)内设置有驱动降温管(102)移动的自调节装置(5)，所述自调节装置(5)包括设置在散热罩(11)内部两端的自调节支架(501)，两端所述的自调节支架(501)之间设置有两个平行的夹板(502)，两个所述的夹板(502)之间为滑动槽(503)，所述滑动槽(503)内可以移动设置有滑动座(504)，相邻所述降温管(102)通过圆弧支架(511)相连，而所述圆弧支架(511)固定在滑动座(504)上，所述夹板(502)的内侧设置有防脱卡槽(505)，所述滑动座(503)的两侧设置有与防脱卡槽(505)相对应的防脱卡板(506)。
4.根据权利要求3所述的一种具有快速散热能力的伺服电机，其特征在于：所述自调节装置(5)还包括可转动穿设在两个自调节支架(501)之间的自调节丝杠(507)，所述自调节丝杠(507)为往复丝杠，所述自调节丝杠(507)上设置有螺母座(508)，所述螺母座(508)与滑动座(504)的底部相连，所述自调节丝杠(507)的一端延伸出自调节支架(501)，且其上设置有自驱动齿轮(509)，所述主轴(9)上设置有与自驱动齿轮(508)啮合的主轴齿轮(509)。
5.根据权利要求1所述的一种具有快速散热能力的伺服电机，其特征在于：所述刹车室(12)内部为真空环境，所述刹车室(12)的两端设置有用于主轴(9)通过的轴孔，所述主轴(9)与刹车室(12)之间通过气密轴承相连，所述刹车室(12)的外壁上设置有磁性屏蔽层。
6.根据权利要求1所述的一种具有快速散热能力的伺服电机，其特征在于：所述刹车装置(2)包括设置在刹车室(12)内的主轴(9)上的多个刹车板(201)，所述刹车板(201)沿主轴(9)的径向均匀设置，所述刹车室(12)的内壁上设置有电磁安装板(202)，所述电磁安装板(202)的数量与刹车板(201)的数量相同，所述电磁安装板(202)设置在刹车板(201)的正向，且所述电磁安装板(202)与刹车板(201)的转动轨迹无接触，所述刹车板(201)的正面设置有磁性刹车片(203)，所述电磁安装板(202)上设置有与磁性刹车片(201)磁性相同的电磁片(204)。
7.根据权利要求1所述的一种具有快速散热能力的伺服电机，其特征在于：所述稳定安装壳(13)的两端设置有用于主轴(9)通过的轴孔，所述稳定安装壳(13)的外壁上设置有磁性屏蔽层，所述稳定装置(3)包括电磁环(301)和固定环(302)，位于稳定安装壳(13)的主轴(9)上环形设置有电磁安装槽(303)，所述电磁环(301)固定在电磁安装槽(303)内，所述固定环(302)套设在主轴(9)及电磁环(301)的外部，所述固定环(302)与电磁环(301)及主轴(9)均无接触，所述固定环(302)的内壁上设置有电磁环(301)，两个所述电磁环(301)的磁性相同。
8.根据权利要求1所述的一种具有快速散热能力的伺服电机，其特征在于：所述转速检测装置(4)包括检测圆盘(401)和激光器(402)，所述检测圆盘(401)套设在主轴(9)上，所述检测圆盘(401)表面上设置有多个检测槽(403)，多个所述的检测槽(403)沿检测圆盘(401)的径向均匀间隔设置，所述安装框架(10)上设置有检测架(404)，所述激光器(402)固定在检测架(404)上，所述激光器(402)的输出端正对着检测圆盘(401)。
9.一种具有快速散热能力伺服电机的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤100、启动电机，使电机的主轴(9)转动；
步骤200、启动散热装置(1)，并检测电机主轴(9)的转动速度；
步骤300、根据主轴的转动(9)速度调节散热装置(1)的出风速度。
10.根据权利要求9所述的一种具有快速散热能力伺服电机的控制方法，其特征在于：步骤300中的具体过程为：
步骤301、主轴(9)转动时散热扇叶(103)转动，空气会阻碍散热扇叶(103)的转动，产生第一种阻力；
步骤302、主轴(9)转动会带动自调节装置(5)运作，即自调节装置(5)对主轴(9)的转动形成第二种阻力；
步骤303、散热装置(1)向散热扇叶(103)吹风，出风速度大于散热扇叶(103)的移动速度，从而对主轴(9)的转动提供推动力；
步骤304、根据主轴(9)转动速度调节出风速度，使得推动力与两种阻力抵消，保证主轴(9)的正常转动。
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Inventor after: Yang Kai Inventor after: Gong Wendao Inventor before: Gong Wendao |
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Inventor after: Yang Kai Inventor after: Gong Wendao Inventor before: Yang Kai Inventor before: Gong Wendao |
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Effective date of registration: 20200706 Address after: 201600 Building 5, No.701, Taogan Road, Sheshan Town, Songjiang District, Shanghai Applicant after: Shanghai yingbeide Intelligent Technology Co., Ltd Address before: 101104, Beijing, Tongzhou District, Zhang Town, Beijing Village (New Real Estate Development Co., Ltd.) 2 building 157 room Applicant before: BEIJING JINGYI TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| GR01 | Patent grant | ||
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Effective date of registration: 20200814 Address after: Room 337, 42 Guangzhou Road, Nantong Development Zone, Jiangsu Province Patentee after: Yingbeide (Nantong) Intelligent Technology Co., Ltd Address before: 201600 Building 5, No.701, Taogan Road, Sheshan Town, Songjiang District, Shanghai Patentee before: Shanghai yingbeide Intelligent Technology Co., Ltd |
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| TR01 | Transfer of patent right |