CN110224568A - 直角坐标机器人的内嵌式转子电机 - Google Patents

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陈达超
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顾勇
俞龙�
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Abstract

本发明提供了一种直角坐标机器人的内嵌式转子电机。它解决了现有的技术问题。本直角坐标机器人的内嵌式转子电机，包括具有轴腔的机壳，所述的轴腔内分别设有定子和穿设有转轴的转子，所述的转子由若干转子单片通过轴向定位结构轴向对接而成，所述的转子单片上开设有若干磁钢槽，所述的磁钢槽在转子单片上呈环形排列，且磁钢槽在长轴方向的延伸线均与转子单片的圆心相交，在相邻的两个磁钢槽之间还还设有绕线槽，且所述的绕线槽呈多边形。本发明具有磁钢与定子之间的间隙的误差小，磁钢使用效率高等优点。

Description

直角坐标机器人的内嵌式转子电机
技术领域
本发明属于电机技术领域，尤其涉及一种直角坐标机器人的内嵌式转子电机。
背景技术
坐标机器人是能够实现自动控制的、可重复编程的、多自由度的、运动自由度建成空间直角关系的、多用途的操作机。其工作的行为方式主要是通过完成沿着X、Y、Z轴上的线性运动。针对不同的应用场合，对坐标机器人有不同的设计要求，比如根据对精度、速度的要求选择不同的传动方式，根据特定的工艺要求为末端工作头选择不同的夹持设备夹具、爪手、安装架等，以及对于示教编程，坐标定位、视觉识别等工作模式的设计选择等，从而使之能满足于不同领域、不同工况的应用要求。现有的用于直角坐标机器人的电机内的磁钢大多贴合在转子段的周向外侧，采用外贴的方式使得磁钢与定子之前存在间隙误差，且一片磁钢只对应一个线圈，使用效率低。
针对这一问题，人们在长期的生产生活实践中也进行了探索研究，例如，中国发明专利公开了一种内转子电机磁钢的固定机构[申请号：CN201420188020.1]，包括转子本体，所述的转子本体上制有磁钢固定槽，磁钢固定槽中设置磁钢，其特征在于所述转子本体和磁钢的两端设置固定用的内夹板，内夹板外有外夹板，内夹板的边缘有翻边，翻边挡在磁钢的外壁。磁钢固定槽可以是直形槽，加工容易、省力，直形槽上设置磁钢，所述磁钢可以是方块式磁钢，便宜、成本低，在转子本体和磁钢的两端上各设置内夹板和外夹板，将磁钢按照极性要求平放在转子本体的磁钢固定槽中，由内夹板和外夹板对磁钢与转子本体进行固定。
上述的方案在一定程度上改进了现有技术的部分问题，但是，该方案还至少存在以下缺陷：磁钢与定子之间的间隙的误差大，磁钢使用效率低。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种误差小，磁钢使用效率高的直角坐标机器人的内嵌式转子电机。
为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：本直角坐标机器人的内嵌式转子电机，包括具有轴腔的机壳，所述的轴腔内分别设有定子和穿设有转轴的转子，其特征在于，所述的转子由若干转子单片通过轴向定位结构轴向对接而成，所述的转子单片上开设有若干磁钢槽，所述的磁钢槽在转子单片上呈环形排列，且磁钢槽在长轴方向的延伸线均与转子单片的圆心相交，在相邻的两个磁钢槽之间还还设有绕线槽，且所述的绕线槽呈多边形。绕线槽的两侧均设置磁钢槽，使得线圈绕设在绕线槽内磁钢能够对应至少两条线圈，从而提高磁钢的使用率，并且绕线槽呈多边形能够让线组绕设后截面能够更加平整，避免转子转动使得线圈跑偏；而磁钢设置在转子单片上的磁钢槽内，使得磁钢与定子之间的间隙更加稳定，有效降低误差。
在上述的直角坐标机器人的内嵌式转子电机中，所述的轴向定位结构包括开设在转子单片上的若干对接销孔，所述的对接销孔在转子单片上环形间隔排列，且相抵靠对接两个转子单片之间的对接销孔和磁钢槽相连通，所述的对接销孔内设有对插式紧固组件。通过对接销孔实现转子单片之间的安装和定位，转子单片的组合方便。
在上述的直角坐标机器人的内嵌式转子电机中，所述的对插式紧固组件包括第一定位插销、第二定位插销，所述的第一定位插销和第二定位插销相插接设置，且所述的第一定位插销的中部开有供第二定位插销穿入的插孔，所述的第一定位插销和对接销孔之间还设有锁紧结构。转子单片对接时，通过在两侧分别插入第一定位插销和第二定位插销即可实现转子单片组合体周向和轴向的固定。
在上述的直角坐标机器人的内嵌式转子电机中，所述的锁紧结构包括设置第一定位插销周向外侧的若干定位体，所述的定位体在第一定位插销的轴向方向间隔排列，所述的定位体通过弹性组件连接于第一定位插销侧部的伸缩槽内，且所述的转子内设有若干与第一定位插销相对应设置的定位卡槽。通过第一定位插销上的定位体和转子内的定位卡槽能够实现第一定位插销在对接销孔内轴向定位，提高第一定位体在对接销孔内的轴向和周向的稳定性。
在上述的直角坐标机器人的内嵌式转子电机中，所述的弹性组件包括若干设置在伸缩槽内的弹簧体，所述的弹簧体的两端分别连接于伸缩槽的槽底和设置在定位体底侧的弹簧座，所述的弹簧座上开有弹簧孔，所述的弹簧体至少部位位于弹簧孔内，且所述的弹簧体在弹簧座上呈环状排列。定位体通过弹簧体连接在伸缩槽内，使得定位体能够具有弹性，不仅让第一定位插销在插入对接销孔时能够更加流畅，并且能够让定位体和定位卡槽之间锁紧效果更佳。
在上述的直角坐标机器人的内嵌式转子电机中，所述的第一定位插销和第二定位插销之间还设有单向卡合结构，所述的单向卡合结构包括设置在第二定位插销周向外侧的若干锥形卡体，所述的插孔内设有与锥形卡体相对应设置的锥形卡口，且所述的锥形卡口倾斜设置，所述的锥形卡体由弹性塑料制成。通过锥形卡体和锥形卡口实现第二定位插销在插孔内的定位，能够提高第二定位插销与第一定位插销相插接时的稳定性，并且锥形卡口倾斜设置使得第二定位插销在插入后无法轴向拔出，结构更加可靠。
在上述的直角坐标机器人的内嵌式转子电机中，所述的第一定位插销远离第二定位插销的一端和第二定位插销远离第一定位插销的一端分别各设有限位台阶，所述的转子的两侧设有槽深大小与限位台阶的厚度大小相同的容置槽。第一定位插销和第二定位插销相插接后，端部的限位台阶将会嵌设在容置槽内，因此转子两端的端面能够能加平整。
在上述的直角坐标机器人的内嵌式转子电机中，所述的转轴呈中空状，所述的机壳的后端设有散热罩，所述的散热罩内设有散热风扇，所述的散热风扇通过中空状的连接轴与转轴后端相插接且该连接轴与转轴中部相连通，所述的散热罩后端设有防尘网，所述的连接轴通过插接结构与转轴可拆卸连接。转轴呈中空状，当散热风扇通过转轴转动时，能够让转轴和散热罩之间产生空气对流，从而降低轴腔内的温度。
在上述的直角坐标机器人的内嵌式转子电机中，所述的插接结构包括设置连接轴周向外侧的若干条形凸筋，所述的转轴内设有与条形凸筋相对应设置的条形槽，所述的条形凸筋的外侧还设有若干定位凸部，所述的条形槽内设有若干与定位凸部相对应设置的定位凹部，且所述的定位凸部和定位凹部均轴向间隔排列。定位凸部和定位凹部能够实现连接轴和转轴之间的轴向定位，条形凸筋和条形槽能够实现连接轴和转轴之间的周向定位，使得连接轴插入转轴即可实现散热风扇和转轴的安装，安装方便且结构可靠。
在上述的直角坐标机器人的内嵌式转子电机中，所述的机壳内还设有位于定子周向外侧的散热筒体，所述的散热筒体内设有由石墨材料制成的散热层，所述的散热筒体的周向外侧设有若干条形散热槽。通过石墨材料制成的散热层和散热筒体周向外侧的条形散热槽能够有效导出轴腔内的热量，延长电机使用寿命。
与现有的技术相比，本直角坐标机器人的内嵌式转子电机的优点在于：设计合理，绕线槽的两侧均设置磁钢槽，使得线圈绕设在绕线槽内磁钢能够对应至少两条线圈，磁钢的使用效率高，且磁钢采用内嵌式，间隙误差小，此外，散热风扇和中空的转轴还能提高电机的散热效果。
附图说明
图1是本发明提供的结剖视图；
图2是本发明提供的转子单片的结构示意图；
图3是本发明提供的转子的结构剖视图；
图4是本发明提供的第一定位插销和第二定位插销对接后的的结构示意图；
图5是本发明提供的弹簧座底面的结构示意图；
图6是本发明提供的连接轴与转轴连接后的剖视图；
图7是本发明提供的连接轴与转轴连接后的另一视角的示意图；
图中，轴腔1、机壳2、定子3、转轴4、转子5、转子单片6、磁钢槽7、绕线槽8、对接销孔9、第一定位插销10、第二定位插销12、插孔13、定位体14、伸缩槽15、定位卡槽16、弹簧体17、弹簧座18、弹簧孔19、锥形卡体20、锥形卡口21、限位台阶22、容置槽23、散热罩24、散热风扇25、连接轴26、防尘网27、条形凸筋28、条形槽29、定位凸部30、定位凹部31、散热筒体32、散热层33、条形散热槽34。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
如图1-7所示，本直角坐标机器人的内嵌式转子电机，包括具有轴腔1的机壳2，轴腔1内分别设有定子3和穿设有转轴4的转子5，转子5由若干转子单片6通过轴向定位结构轴向对接而成，转子单片6上开设有若干磁钢槽7，磁钢槽7在转子单片6上呈环形排列，且磁钢槽7在长轴方向的延伸线均与转子单片6的圆心相交，在相邻的两个磁钢槽7之间还还设有绕线槽8，且绕线槽8呈多边形。
绕线槽8的两侧均设置磁钢槽7，使得线圈绕设在绕线槽8内磁钢能够对应至少两条线圈，从而提高磁钢的使用率，并且绕线槽8呈多边形能够让线组绕设后截面能够更加平整，避免转子5转动使得线圈跑偏；而磁钢设置在转子单片6上的磁钢槽7内，使得磁钢与定子3之间的间隙更加稳定，有效降低误差。
轴向定位结构包括开设在转子单片6上的若干对接销孔9，对接销孔9在转子单片6上环形间隔排列，且相抵靠对接两个转子单片6之间的对接销孔9和磁钢槽7相连通，对接销孔9内设有对插式紧固组件，通过对接销孔9实现转子单片6之间的安装和定位，转子单片6的组合方便。
优选地，对插式紧固组件包括第一定位插销10、第二定位插销12，第一定位插销10和第二定位插销12相插接设置，且第一定位插销10的中部开有供第二定位插销12穿入的插孔13，第一定位插销10和对接销孔9之间还设有锁紧结构，转子单片6对接时，通过在两侧分别插入第一定位插销10和第二定位插销12即可实现转子单片6组合体周向和轴向的固定。
锁紧结构包括设置第一定位插销10周向外侧的若干定位体14，定位体14在第一定位插销10的轴向方向间隔排列，定位体14通过弹性组件连接于第一定位插销10侧部的伸缩槽15内，且转子5内设有若干与第一定位插销10相对应设置的定位卡槽16，通过第一定位插销10上的定位体和转子内的定位卡槽16能够实现第一定位插销10在对接销孔9内轴向定位，提高第一定位体14在对接销孔9内的轴向和周向的稳定性。弹性组件包括若干设置在伸缩槽15内的弹簧体17，弹簧体17的两端分别连接于伸缩槽15的槽底和设置在定位体14底侧的弹簧座18，弹簧座18上开有弹簧孔19，弹簧体17至少部位位于弹簧孔19内，且弹簧体17在弹簧座18上呈环状排列，定位体14通过弹簧体17连接在伸缩槽15内，使得定位体14能够具有弹性，不仅让第一定位插销10在插入对接销孔9时能够更加流畅，并且能够让定位体14和定位卡槽16之间锁紧效果更佳。
进一步地，第一定位插销10和第二定位插销12之间还设有单向卡合结构，单向卡合结构包括设置在第二定位插销12周向外侧的若干锥形卡体20，插孔13内设有与锥形卡体20相对应设置的锥形卡口21，且锥形卡口21倾斜设置，锥形卡体20由弹性塑料制成。
通过锥形卡体20和锥形卡口21实现第二定位插销12在插孔13内的定位，能够提高第二定位插销12与第一定位插销10相插接时的稳定性，并且锥形卡口21倾斜设置使得第二定位插销12在插入后无法轴向拔出，结构更加可靠。
第一定位插销远离第二定位插销12的一端和第二定位插销12远离第一定位插销10的一端分别各设有限位台阶22，转子5的两侧设有槽深大小与限位台阶22的厚度大小相同的容置槽23，第一定位插销10和第二定位插销12相插接后，端部的限位台阶22将会嵌设在容置槽23内，因此转子5两端的端面能够能加平整。
更进一步地，转轴4呈中空状，机壳2的后端设有散热罩24，散热罩24内设有散热风扇25，散热风扇25通过中空状的连接轴26与转轴4后端相插接且该连接轴26与转轴4中部相连通，散热罩24后端设有防尘网27，连接轴26通过插接结构与转轴4可拆卸连接，转轴4呈中空状，当散热风扇25通过转轴4转动时，能够让转轴4和散热罩24之间产生空气对流，从而降低轴腔1内的温度。
插接结构包括设置连接轴26周向外侧的若干条形凸筋28，转轴4内设有与条形凸筋28相对应设置的条形槽29，条形凸筋28的外侧还设有若干定位凸部30，条形槽29内设有若干与定位凸部30相对应设置的定位凹部31，且定位凸部30和定位凹部31均轴向间隔排列，定位凸部30和定位凹部31能够实现连接轴26和转轴4之间的轴向定位，条形凸筋28和条形槽29能够实现连接轴26和转轴4之间的周向定位，使得连接轴26插入转轴4即可实现散热风扇25和转轴4的安装，安装方便且结构可靠。
此外，机壳2内还设有位于定子3周向外侧的散热筒体32，散热筒体32内设有由石墨材料制成的散热层33，散热筒体32的周向外侧设有若干条形散热槽34，通过石墨材料制成的散热层33和散热筒体32周向外侧的条形散热槽34能够有效导出轴腔1内的热量，延长电机使用寿命。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了轴腔1、机壳2、定子3、转轴4、转子5、转子单片6、磁钢槽7、绕线槽8、对接销孔9、第一定位插销10、第二定位插销12、插孔13、定位体14、伸缩槽15、定位卡槽16、弹簧体17、弹簧座18、弹簧孔19、锥形卡体20、锥形卡口21、限位台阶22、容置槽23、散热罩24、散热风扇25、连接轴26、防尘网27、条形凸筋28、条形槽29、定位凸部30、定位凹部31、散热筒体32、散热层33、条形散热槽34等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (10)

1.一种直角坐标机器人的内嵌式转子电机，包括具有轴腔(1)的机壳(2)，所述的轴腔(1)内分别设有定子(3)和穿设有转轴(4)的转子(5)，其特征在于，所述的转子(5)由若干转子单片(6)通过轴向定位结构轴向对接而成，所述的转子单片(6)上开设有若干磁钢槽(7)，所述的磁钢槽(7)在转子单片(6)上呈环形排列，且磁钢槽(7)在长轴方向的延伸线均与转子单片(6)的圆心相交，在相邻的两个磁钢槽(7)之间还还设有绕线槽(8)，且所述的绕线槽(8)呈多边形。
2.根据权利要求1所述的直角坐标机器人的内嵌式转子电机，其特征在于，所述的轴向定位结构包括开设在转子单片(6)上的若干对接销孔(9)，所述的对接销孔(9)在转子单片(6)上环形间隔排列，且相抵靠对接两个转子单片(6)之间的对接销孔(9)和磁钢槽(7)相连通，所述的对接销孔(9)内设有对插式紧固组件。
3.根据权利要求2所述的直角坐标机器人的内嵌式转子电机，其特征在于，所述的对插式紧固组件包括第一定位插销(10)、第二定位插销(12)，所述的第一定位插销(10)和第二定位插销(12)相插接设置，且所述的第一定位插销(10)的中部开有供第二定位插销(12)穿入的插孔(13)，所述的第一定位插销(10)和对接销孔(9)之间还设有锁紧结构。
4.根据权利要求3所述的直角坐标机器人的内嵌式转子电机，其特征在于，所述的锁紧结构包括设置第一定位插销(10)周向外侧的若干定位体(14)，所述的定位体(14)在第一定位插销(10)的轴向方向间隔排列，所述的定位体(14)通过弹性组件连接于第一定位插销(10)侧部的伸缩槽(15)内，且所述的转子(5)内设有若干与第一定位插销(10)相对应设置的定位卡槽(16)。
5.根据权利要求4所述的直角坐标机器人的内嵌式转子电机，其特征在于，所述的弹性组件包括若干设置在伸缩槽(15)内的弹簧体(17)，所述的弹簧体(17)的两端分别连接于伸缩槽(15)的槽底和设置在定位体(14)底侧的弹簧座(18)，所述的弹簧座(18)上开有弹簧孔(19)，所述的弹簧体(17)至少部位位于弹簧孔(19)内，且所述的弹簧体(17)在弹簧座(18)上呈环状排列。
6.根据权利要求4所述的直角坐标机器人的内嵌式转子电机，其特征在于，所述的第一定位插销(10)和第二定位插销(12)之间还设有单向卡合结构，所述的单向卡合结构包括设置在第二定位插销(12)周向外侧的若干锥形卡体(20)，所述的插孔(13)内设有与锥形卡体(20)相对应设置的锥形卡口(21)，且所述的锥形卡口(21)倾斜设置，所述的锥形卡体(20)由弹性塑料制成。
7.根据权利要求4所述的直角坐标机器人的内嵌式转子电机，其特征在于，所述的第一定位插销远离第二定位插销(12)的一端和第二定位插销(12)远离第一定位插销(10)的一端分别各设有限位台阶(22)，所述的转子(5)的两侧设有槽深大小与限位台阶(22)的厚度大小相同的容置槽(23)。
8.根据权利要求1所述的直角坐标机器人的内嵌式转子电机，其特征在于，所述的转轴(4)呈中空状，所述的机壳(2)的后端设有散热罩(24)，所述的散热罩(24)内设有散热风扇(25)，所述的散热风扇(25)通过中空状的连接轴(26)与转轴(4)后端相插接且该连接轴(26)与转轴(4)中部相连通，所述的散热罩(24)后端设有防尘网(27)，所述的连接轴(26)通过插接结构与转轴(4)可拆卸连接。
9.根据权利要求8所述的直角坐标机器人的内嵌式转子电机，其特征在于，所述的插接结构包括设置连接轴(26)周向外侧的若干条形凸筋(28)，所述的转轴(4)内设有与条形凸筋(28)相对应设置的条形槽(29)，所述的条形凸筋(28)的外侧还设有若干定位凸部(30)，所述的条形槽(29)内设有若干与定位凸部(30)相对应设置的定位凹部(31)，且所述的定位凸部(30)和定位凹部(31)均轴向间隔排列。
10.根据权利要求1所述的直角坐标机器人的内嵌式转子电机，其特征在于，所述的机壳(2)内还设有位于定子(3)周向外侧的散热筒体(32)，所述的散热筒体(32)内设有由石墨材料制成的散热层(33)，所述的散热筒体(32)的周向外侧设有若干条形散热槽(34)。
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