CN110571972B - 一种无轴承死区的复合微型力矩电机 - Google Patents

一种无轴承死区的复合微型力矩电机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无轴承死区的复合微型力矩电机，包括电机壳(8)、力矩电机定子(14)、力矩电机转子(15)、电机轴(1)、电刷组件(13)，还包括：片状电机定子(4)、片状电机转子(5)、双层轴承(9)、压片(11)、轴套(16)、T形端盖(17)。片状电机定子(4)和力矩电机定子(14)均同轴安装在电机壳(8)上，片状电机转子(5)安装在双层轴承(9)的中圈上，力矩电机转子(15)安装在电机轴(1)上，通过片状电机带动双层轴承(9)中圈连续运转，使得双层轴承(9)内圈和外圈之间一直处于稳定的动摩擦状态，从而解决因力矩电机轴承死区影响伺服系统精度和带宽的问题。

Description

一种无轴承死区的复合微型力矩电机
技术领域
本发明涉及微型力矩电机技术领域，特别是一种无轴承死区的复合微型力矩电机。
背景技术
力矩电机具有可堵转运行，空载转速低，过载能力强等特点，在机械制造、自动控制等领域得到广泛应用。高精度转台中大量使用力矩电机作为驱动元件。力矩电机直接驱动负载，可取消齿轮传动、涡轮蜗杆传动、皮带传动等中间环节，提高了传动精度和控制带宽。
通常力矩电机由电机壳、电机定子、电机转子、轴承、电机轴、电刷等组成，电机定子和电刷组件一起同轴固定在电机壳之中，电机轴通过轴承与电机壳同轴固定，电机转子同轴固定在电机轴上，在电磁力作用下带动电机轴一同旋转并输出力矩。为了获得电机轴系较高的刚度，力矩电机中的轴承在装配过程中会进行轴向预紧，导致轴承静摩擦系数与动摩擦系数不同，存在非线性。伺服转台工作在位置调整状态时，需根据外界干扰情况不停正传或反转以达到预期的控制目的，力矩电机在正向旋转和反向旋转过程中所受到的轴承摩擦力矩并不连续，这种现象被称为轴承死区。轴承死区会降低高精度伺服系统的随动精度和响应带宽，特别是当伺服系统处于振动环境工作时更是如此。
片状微电机是80年代初期发展起来的一种新型电机，其发展得益于电子芯片表面安装 (SMT)技术的进步，片状无刷直流电机轴向尺寸极短，广泛应用于音响、录像设备中，电机转子采用永磁材料做成的圆盘，电枢线圈在电机定子一侧，电机中没有换向器和电刷，虽然驱动力矩小，但在轴向空间狭小的场合极有应用价值。
为降低力矩电机中轴承死区对伺服系统的影响，可以使用静压液浮轴承、动压液浮轴承或磁悬浮轴承等特殊装置。但它们都存在结构复杂，附加设备庞大，使用环境苛刻等局限。需要有一种结构简单可靠，能够克服轴承死区的力矩电机。
发明内容
本发明目的在于提供一种无轴承死区的复合微型力矩电机，解决因力矩电机轴承死区影响伺服系统精度和带宽的问题。
对此，本发明提出的一种无轴承死区的复合微型力矩电机，其特征在于，其包括：电机壳、电机轴、力矩电机定子、力矩电机转子、电机轴、电刷组件，以及片状电机定子、片状电机转子、双层轴承、压片、轴套、T形端盖；所述无轴承死区的复合微型力矩电机为圆柱型；电机壳有贯通的中空阶梯状圆孔，沿着电机壳圆孔轴线方向排列，阶梯状圆孔依次分为前孔、中孔、后孔，前孔和中孔交界处有凸出的挡肩；两只双层轴承同轴串联镶嵌固定在电机壳内的中孔内，一只双层轴承外圈与挡肩紧密贴合限制其轴向移动；压片同轴固定在电机壳后孔中，压片同时压在另一只双层轴承外圈一侧；电机轴为T形阶梯轴，一端有用于安装负载的法兰盘，另一端有同轴中心孔；电机轴的轴颈插在双层轴承内圈之中并与双层轴承内圈径向紧密配合，电机轴上的轴肩与所述一只双层轴承内圈紧密贴合限制其轴向移动；片状电机定子同轴内嵌固定在电机壳前孔中；片状电机转子同轴固定在一只双层轴承中圈的凸缘上；片状电机定子与片状电机转子轴向同轴排列不接触，可相对转动；力矩电机定子同轴内嵌固定在电机壳后孔中，其端面与压片紧密贴合；力矩电机转子通过轴套同轴固定在电机轴上，轴套的端面压紧在另一只双层轴承内圈端部；力矩电机定子与力矩电机转子径向同轴排列不接触，可相对转动；电刷组件同轴固定在力矩电机外端部；T形端盖同轴安装在电机轴尾部的中心孔内。
其中，复合微型力矩电机工作前，还需将负载固定到电机轴上，负载和/或电机轴与外部位置传感器联通，外部位置传感器反馈负载与电机壳的位置关系。
其中，复合微型力矩电机工作时，首先力矩电机和片状电机同时加电，力矩电机工作在位置伺服状态；片状电机依靠自身内部的速度传感器检测片状电机定子与片状电机转子之间的速度，在控制器作用下达到额定转速后保持匀速，工作在稳速伺服状态；片状电机转子带动双层轴承的中圈一起旋转，双层轴承的内圈与中圈之间为滚动摩擦，双层轴承的外圈与中圈之间也为滚动摩擦；力矩电机的定子与力矩电机的转子之间一直处于滚动摩擦状态，从而避免了以往力矩电机在使用过程中，正向旋转和反向旋转变换时，动摩擦静摩擦转换导致的摩擦力矩不连续问题。调整片状电机的转动速度可以得到最佳的力矩电机控制特性。
本发明的复合力矩电机体积小、零件少，装配简单，配套电路少，可应用于各种工况下高精度伺服转台。
附图说明
图1是本发明的无轴承死区的复合微型力矩电机结构示意图。
1.电机轴 2.轴颈 3.轴肩 4.片状电机定子 5.片状电机转子 6.挡肩 7.前孔 8.电机壳 9.双层轴承 10.中孔 11.压片 12.后孔 13.电刷组件 14.力矩电机定子 15.力矩电机转子 16.轴套 17.T形端盖
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式做出详细说明。
本发明提出一种无轴承死区的复合微型力矩电机，如图1所示，其包括：电机壳8、力矩电机定子14、力矩电机转子15、电机轴1、电刷组件13，还包括：片状电机定子4、片状电机转子5、双层轴承9、压片11、轴套16、T形端盖17。
所述无轴承死区的复合微型力矩电机为圆柱型；电机壳8有贯通的中空阶梯状圆孔，沿着电机壳8圆孔轴线方向排列，阶梯状圆孔依次分为前孔7、中孔10、后孔12，前孔7和中孔10交界处有凸出的挡肩6；两只双层轴承9同轴串联镶嵌固定在电机壳8内的中孔10内，一只双层轴承9外圈与挡肩6紧密贴合限制其轴向移动；压片11同轴固定在电机壳8后孔 12中，压片11同时压在另一只双层轴承9外圈一侧；电机轴1为T形阶梯轴，一端有用于安装负载的法兰盘，另一端有同轴中心孔；电机轴1的轴颈2插在双层轴承9内圈之中并与双层轴承9内圈径向紧密配合，电机轴1上的轴肩3与所述一只双层轴承9内圈紧密贴合限制其轴向移动；片状电机定子4同轴内嵌固定在电机壳8前孔7中；片状电机转子5同轴固定在一只双层轴承9中圈的凸缘上；片状电机定子4与片状电机转子5轴向同轴排列不接触，可相对转动；力矩电机定子14同轴内嵌固定在电机壳8后孔12中，其端面与压片11紧密贴合；力矩电机转子15通过轴套16同轴固定在电机轴1上，轴套16的端面压紧在另一只双层轴承9内圈端部；力矩电机定子14与力矩电机转子15径向同轴排列不接触，可相对转动；电刷组件13同轴固定在力矩电机外端部；T形端盖17同轴安装在电机轴1尾部的中心孔内。
复合微型力矩电机工作前，还需将负载固定到电机轴1上，同时外部位置传感器也与负载或电机轴1联通，或者外部位置传感器与负载和电机轴1同时联通，外部位置传感器反馈负载与电机壳8的位置关系。
复合微型力矩电机工作时，首先力矩电机和片状电机同时加电，力矩电机工作在位置伺服状态；片状电机依靠自身内部的速度传感器检测片状电机定子4与片状电机转子5之间的速度，在控制器作用下达到额定转速后保持匀速，工作在稳速伺服状态；片状电机转子5带动双层轴承9的中圈一起旋转，双层轴承9的内圈与中圈之间为滚动摩擦，双层轴承9的外圈与中圈之间也为滚动摩擦。
力矩电机的定子与力矩电机的转子之间一直处于滚动摩擦状态，从而避免了以往力矩电机在使用过程中，正向旋转和反向旋转变换时，动摩擦静摩擦转换导致的摩擦力矩不连续问题。调整片状电机的转动速度可以得到最佳的力矩电机控制特性。
本发明的复合力矩电机体积小、零件少，装配简单，配套电路少，可应用于各种工况下高精度伺服转台。

Claims (3)

1.一种无轴承死区的复合微型力矩电机，其特征在于，其包括：电机壳(8)、电机轴(1)、力矩电机定子(14)、力矩电机转子(15)、电刷组件(13)，以及片状电机定子(4)、片状电机转子(5)、双层轴承(9)、压片(11)、轴套(16)、T形端盖(17)；
所述无轴承死区的复合微型力矩电机为圆柱型；电机壳(8)有贯通的中空阶梯状圆孔，沿着电机壳(8)圆孔轴线方向排列，阶梯状圆孔依次分为前孔(7)、中孔(10)、后孔(12)，前孔(7)和中孔(10)交界处有凸出的挡肩(6)；两只双层轴承(9)同轴串联镶嵌固定在电机壳(8)内的中孔(10)内，一只双层轴承(9)外圈与挡肩(6)紧密贴合限制其轴向移动；压片(11)同轴固定在电机壳(8)后孔(12)中，压片(11)同时压在另一只双层轴承(9)外圈一侧；电机轴(1)为T形阶梯轴，一端有用于安装负载的法兰盘，另一端有同轴中心孔；电机轴(1)的轴颈(2)插在双层轴承(9)内圈之中并与双层轴承(9)内圈径向紧密配合，电机轴(1)上的轴肩(3)与所述一只双层轴承(9)内圈紧密贴合限制其轴向移动；片状电机定子(4)同轴内嵌固定在电机壳(8)前孔(7)中；片状电机转子(5)同轴固定在一只双层轴承(9)中圈的凸缘上；片状电机定子(4)与片状电机转子(5)轴向同轴排列不接触，可相对转动；力矩电机定子(14)同轴内嵌固定在电机壳(8)后孔(12)中，其端面与压片(11)紧密贴合；力矩电机转子(15)通过轴套(16)同轴固定在电机轴(1)上，轴套(16)的端面压紧在另一只双层轴承(9)内圈端部；力矩电机定子(14)与力矩电机转子(15)径向同轴排列不接触，可相对转动；电刷组件(13)同轴固定在力矩电机外端部；T形端盖(17)同轴安装在电机轴(1)尾部的中心孔内。
2.根据权利要求1所述的无轴承死区的复合微型力矩电机，其特征在于，所述复合微型力矩电机工作前，将负载固定到电机轴(1)上，所述负载和/或电机轴(1)与外部位置传感器联通，外部位置传感器反馈负载与电机壳(8)的位置关系。
3.根据权利要求1所述的无轴承死区的复合微型力矩电机，其特征在于，复合微型力矩电机工作时，首先力矩电机和片状电机同时加电，力矩电机工作在位置伺服状态；片状电机达到额定转速后保持匀速，所述片状电机工作在稳速伺服状态；片状电机转子(5)带动双层轴承(9)的中圈一起旋转，双层轴承(9)的内圈与中圈之间为滚动摩擦，双层轴承(9)的外圈与中圈之间为滚动摩擦。
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