CN110573772A - 用于可移动的挺杆的驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于借助于电磁旋转机产生可移动的挺杆(8)的平移运动的驱动装置(V)，所述驱动装置包括：至少一个转子(4)；相对于所述转子(4)同轴地设置的定子(5)，所述定子具有至少一个在其中同轴地集成的运动螺纹对，所述运动螺纹包括无相对转动地与所述转子(4)耦联的螺杆(6)和在定子套筒(2)中抗扭转地线性引导的螺母(7)，所述螺母与挺杆(8)刚性地耦联，其中，所述转子(4)绕所述定子(5)可旋转运动引导其中，从所述转子(4)到所述螺杆(8)的转矩的传递借助于薄壁的凸缘(10)进行，其中，所述螺母(7)在所述定子套筒(2)的空隙中的抗扭转部(11)通过所述螺母和所述定子套筒的形锁合接合来设置。

Description

用于可移动的挺杆的驱动装置
技术领域
本发明涉及一种用于将电磁旋转机的转子的旋转运动转换成可移动的挺杆的平移运动的驱动装置。
背景技术
由DE 10 2013 005 732 A1和US 9 548 637 B2已知步进BLDC和DC电机，其具有转子与主轴经由圆锥形压配合的摩擦锁合连接，其中，对应的连接元件以其内锥和外锥沿轴向方向要求很多空间并且因此用于给定的移动行程的布置结构的总长度增大。
此外，在DE10 2013 005 732 A1和US 9 548 637 B2中提出的布置结构设置有间距块(5)(英文spacer(5))，所述间距块同样增大布置结构的总长度，而不在此对移动行程或驱动力有贡献。
由DE 10 2015 219 502 A1已知一种线性伺服驱动装置，其直线运动借助于螺纹对实现，该螺纹对包括延伸通过转子的长螺母(螺杆布置结构(6))和较短的螺杆件(螺纹区段(35))。
然而，用于螺纹对的这种情况的制造耗费比用于具有短螺母和长螺杆的常规实施方案高得多，因此必须在结构上争取达到：将设有内螺纹的部件的长度保持得尽可能短。
无相对转动的线性引导按照DE 10 2015 219 502 A1借助于横截面为多边形的引导杆(引导区段(34；54；74))进行，所述引导杆相对于环境的密封要求复杂措施。
由DE10003129A1已知一种与DE 10 2015 219 502 A1类似的电机和螺纹对布置结构，该螺纹对包括长螺母(8)和螺杆(6)，并且因此上述DE 10 2015 219 502 A1问题以相同程度涉及在这里公开的布置结构。
此外，DE 10 2015 219 502 A1中的布置结构设置有中间壁(31)，该中间壁显著影响定子与转子之间的磁性耦联并且因此降低驱动装置的力密度。
由DE 10 2016 105 098 A1已知一种实施方式，其中，电机(在这里接通的磁阻电机)将其旋转运动借助于螺纹对(螺杆(70)和螺纹孔(78))转换成直线运动。在这里，当然机械传递在电机外部进行并且因此要求附加的安装空间。
发明内容
在这个背景下，本发明的任务在于克服所示缺点。
所述任务现在利用按照权利要求1所述的装置得以解决。其他有利实施方式由从属权利要求得出。
提出一种用于借助于电磁旋转机产生可移动的挺杆(8)的平移运动的驱动装置(1')，所述驱动装置至少包括：
-转子(4)，
-相对于所述转子(4)同轴地设置的定子(5)，所述定子具有至少一个在其中同轴地集成的运动螺纹对，所述运动螺纹对包括无相对转动地与所述转子(4)耦联的螺杆(6)和在定子套筒(2)中抗扭转地线性引导的螺母(7)，所述螺母与所述挺杆(8)刚性地耦联，其中，
-所述转子(4)绕所述定子(5)可旋转运动地引导，其中，
-从所述转子(4)到所述螺杆(8)的转矩的传递借助于薄壁的凸缘(10)进行，其中，
-所述螺母(7)在所述定子套筒(2)的空隙中的抗扭转部(11)通过所述螺母和所述定子套筒的形锁合接合来设置。
在此，抗扭转部至少包括以下构件：
优选地，转子(4)可以绕定子(5)在外部可旋转运动地引导，以此，转子(4)一方面提供面对定子(5)的大相互作用面并且因此施加相关的大驱动力，另一方面提供用于内部的传动机械装置(6、7)的空隙(14)。
优选地，螺杆(6)延伸通过驱动装置(1')的整个长度，从凸缘(10)的内面(IF)开始，以便对于挺杆(8)的可用移动行程(VW)完全充分利用驱动装置(1')的长度，虽然也可以考虑螺杆(6)的较短的或较长的实施方案。螺杆(6)例如可以从凸缘(10)的内面(IF)延伸直到壳体凸缘(1)的外面(AG)。
本发明的一种实施方式规定：所述驱动装置(1')构造为内转子或构造为外转子并且可以属于以下电机类型：
-包括横向磁通电机和磁阻电机的步进电机和同步电机，
-异步电机，
-电子整流的直流电机或
-电刷整流的直流电机。
薄壁的凸缘(10)要求沿轴向方向、即沿轴线X的方向的最小安装长度并且最大化挺杆(8)的可用移动行程(VW)。
概念“薄壁”在按照本发明的驱动装置(1')中理解为，直径(D)与壁厚(T)的比例大于10、即D/T>10。
在本发明的另一种实施方式中规定：在壳体凸缘(1)中设置有用于能量供应和/或信号传递的电的接头(9)，以用于磁性和/或光学地无接触或无触碰地检测所述挺杆(8)的直线运动和/或所述转子(4)的旋转运动。
在此，电的接头(9)可以构造为插塞连接器、构造为缆线实施方案或类似物。
此外规定：在所述驱动装置(1')中设置传感系统(13)，以用于检测所述转子(4)的旋转运动。
此外，挺杆(8)的线性的运动可以经由传感系统(13)或类似系统检测。
在本发明的另一种实施方式中规定：对所述驱动装置(1')的电磁旋转机的操控无传感器地进行。
无传感器的操控例如可以通过分析处理电磁旋转机的功率信号进行。
驱动装置(1')的工作原理一般按照电磁旋转机的原理构造，所述旋转机器与运动螺纹对耦联。其中一个所述螺纹配对件与转子无相对转动地耦联并且另一个配对件线性地引导并且因此将平移运动传送给挺杆。
驱动装置(1')的特别优点例如是：
紧凑性：
彼此同轴的机械的和电的部件的可伸缩的布置结构允许挺杆(8)与其传动机械装置的嵌套(螺纹对6、7)以及其利用驱动装置(1')内部的抗扭转部(11)的线性引导，而不必在此损失对电磁旋转机的功率和力的减小。这因此引起挺杆(8)的移动行程(VW)与驱动装置(V)的总长度的非常有利的比例。
低的制造成本：
驱动装置(1')的电磁旋转机例如可以构造为具有PM激励的BLDC电机。由此，在操控相对简单并且因此控制和电力电子装置价格便宜的情况下实现高功率密度。
在低制造成本时的相对高的调节力：
外转子电机布置结构允许用于转子(4)与定子(5)之间的相互作用的较大面。这引起高转矩并且在挺杆(8)上的力不变时引起螺纹对的较大螺距。在移动时间相同时，较大螺距允许较小转速。较小转速导致较小的需要的供给的能并且因此允许不仅在峰值中而且在平均值中的较小电流。电力电子装置因此可以较有利地设计。
外转子电机布置简化对绕组(12)的装配，所述绕组例如可以作为套装线圈从外部安装在定子板组(Statorblechpaket)(5)上。此外，转子(4)中的磁体不需要针对离心力的附加固定。由此，制造成本显著降低。
此外，存在以分数槽集中绕组(FSCW)形式的特别的电机拓扑结构，其具有定子极和转子极的非常规的比例并且特征在于特别高的转矩。这在挺杆(8)上的力不变时引起螺纹对的较大螺距。在移动时间相同时，较大螺距允许较小转速。较小转速导致较小的需要的供给的能并且因此允许不仅在峰值中而且在平均值中的较小电流。电力电子装置因此可以较有利地设计。
外转子电机布置允许转子(4)到主轴(6)经由薄的凸缘(10)的形锁合连接并且因此使轴向总长度较好地对于有用移动行程充分利用。
外转子电机布置允许线性引导装置连同抗扭转部(11)在定子管(2)内部的相对于内转子较简单的安装。构成用于抗扭转部(11)的一种花键连接的多边形例外情况例如可以通过挤压法相对有利地制造。
例如光滑的挺杆(8)允许对驱动装置(1')的良好密封，这对于高使用寿命具有本质意义。在定子管(5)或者说定子套筒(5)中集成的抗扭转部(11)将对密封的要求降低到仅相对运动的平移分量。
挺杆(8)的横截面可以构造成圆的，由此确保：驱动装置(1')相对于外部影响的最佳密封。
所提出的利用抗扭转部(11)和螺纹配对(6、7)的线性引导装置可以作为滑动体实施。这允许较紧凑的且例如相对于球循环螺杆较合算的结构方式。无润滑剂的应用例如能通过使用大功率塑料例如“IGLIDUR”实现，由此确保较长的使用寿命或者说免维护。
按照本发明的驱动装置(1')规定：易磨损的部件可以以小耗费取代。同样地，传动比可以与客户要求相适配，其方式是，另外通过较小螺距实现螺纹对(6、7)的自锁特性，而不必在此改变电磁旋转机。
通过基于本发明的机械的力传递链能够实现螺纹配对(6、7)的非常有利的情况。
能够实现短螺母(7)与长螺杆(6)的组合。用于类似的内螺纹的制造耗费比用于外螺纹的制造耗费高得多。
按照本发明的驱动装置(V)例如可以作为气动的短行程缸的直接替代品起作用并且因此针对对于气动缸典型的使用特性如：
-紧凑尺寸，(有利的比例-移动行程与总长度)；
-高动力；
-高的调节力；
-长使用寿命；
-低购置价格。
作为用于驱动装置(V)的应用领域考虑具有高自动化程度的不同生产线，如：
-包装和分拣机，
-木材加工，
-工具机。
此外，按照本发明的驱动装置(V)可以用于以下应用：
-汽车技术，
-自动化生产线，
-物流等。
附图说明
下面借助附图阐述本发明，其中，本发明不限制于此：
附图中：
图1示意性示出用于借助于电磁旋转机产生可移动的挺杆(8)的平移运动的驱动装置(V)；
图2示意性示出在图1中的驱动装置(1')内部的空隙(14)，并且
图3示意性示出在螺母(7)的区域中图1中的驱动装置(1')的剖视图A-A中的局部图。
具体实施方式
在图1中示意性示出一种用于借助于电磁旋转机产生可移动的挺杆(8)的平移运动的驱动装置(1')。
驱动装置(1')例如可以包括以下组成部分：具有定子管或者说定子套筒(2)的壳体凸缘(1)、保护罩(3)、转子(4)、设置有绕组(12)的定子(5)或者说定子板组(5)、螺杆(6)连同螺母(7)和挺杆(8)以及用于控制和电力电子装置的接头(9)，所述绕组与传感系统(13)处于连接中。
定子(5)相对于转子(4)同轴地设置并且包括至少一个在其中同轴地集成的运动螺纹对(6、7)，所述运动螺纹对包括无相对转动地与转子(4)耦联的螺杆(6)和在定子套筒(2)中抗扭转地线性引导的螺母(7)，所述螺母优选与管形的挺杆(8)刚性地耦联，其中，转子(4)绕定子(5)例如在定子(5)外部可旋转运动地引导并且因此一方面提供面对定子(5)的大相互作用面并且可产生与此相关的大驱动力。
另一方面通过这个布置结构能实现用于内部的传动机械装置(6、7、8)的空隙(14)，其中，转矩从转子(4)到螺杆(6)的传递借助于薄壁的凸缘(10)进行，所述凸缘仅要求沿轴向方向的最小安装长度。
由此，螺母(7)的可用移动行程(VW)利用挺杆(8)这样最大化，即，所述挺杆延伸通过驱动装置(1')的至少整个长度，凸缘(10)例外，虽然也可以考虑较短的实施方案并且它们对于挺杆(8)的可用移动行程能完全充分利用。
此外，螺母(7)在定子管(2)或者说定子套筒(2)的引导槽(2')中的抗扭转部(11)通过定子管(2)与螺母(7)的形锁合接合来设置。由此，挺杆(8)的横截面可以构造成圆的，以此确保：存在驱动装置(1')相对于外部影响的最佳密封。
在驱动装置(1')的这种实施方式中，转子和定子这样接合成电动机器，使得所述电动机器构造为外转子，其中，驱动装置(1')可以设置在以下电机类型之一中：
-包括横向磁通电机和磁阻电机的步进电机和同步电机，
-异步电机，
-电子整流的直流电机或
-电刷整流的直流电机。
在壳体凸缘(1)中是用于测量系统和/或能量供应和/或信号传递的电的接头(9)，以用于磁性和/或光学地无接触或无触碰地检测挺杆(8)的直线运动和/或转子(4)的旋转运动。
利用按照本发明的驱动装置(1')，对电磁旋转机的操控可以无传感器地进行。
在图2中示意性地示出在图1中的驱动装置(1')内部的空隙(14)。
由图3示意性地得出在螺母(7)的区域中图1中的驱动装置(V)的剖视图A-A的局部图。可看到的是螺杆(6)与螺母(7)，所述螺母具有引导凸起部(7')，所述引导凸起部嵌接到定子管(2)的引导槽(2')中。
附图标记列表
(1')驱动装置
(1)壳体凸缘
(2)定子管、(2')定子管(2)的引导槽
(3)保护罩
(4)转子
(5)定子
(6)螺杆
(7)螺母；(7')螺母(7)的引导凸起部
(8)挺杆
(9)用于电子装置的接头
(10)凸缘
(11)抗扭转部
(12)绕组
(13)传感系统
(14)空隙
(VW)移动行程
(X)X轴线
IF凸缘(10)的内面
(AG)壳体凸缘(1)的外面

Claims (6)

1.用于借助于电磁旋转机产生可移动的挺杆(8)的平移运动的驱动装置(1')，所述驱动装置至少包括：
-转子(4)，
-相对于所述转子(4)同轴地设置的定子(5)，所述定子具有至少一个在其中同轴地集成的运动螺纹对，所述运动螺纹对包括无相对转动地与所述转子(4)耦联的螺杆(6)和在定子套筒(2)中抗扭转地线性引导的螺母(7)，所述螺母与所述挺杆(8)刚性地耦联，其中，
-所述转子(4)绕所述定子(5)可旋转运动地引导，其中，
-从所述转子(4)到所述螺杆(8)的转矩的传递借助于薄壁的凸缘(10)进行，其中，
-所述螺母(7)在所述定子套筒(2)的空隙中的抗扭转部(11)通过所述螺母和所述定子套筒的形锁合接合来设置。
2.按照权利要求1所述的驱动装置(1')，其特征在于，所述驱动装置(1')构造为内转子或构造为外转子并且能够属于以下电机类型：
-包括横向磁通电机和磁阻电机的步进电机和同步电机，
-异步电机，
-电子整流的直流电机或
-电刷整流的直流电机。
3.按照权利要求1或2所述的驱动装置(1')，其特征在于，在壳体凸缘(1)中设置有用于能量供应和/或信号传递的电的接头(9)，以用于磁性地和/或光学地无接触或无触碰地检测所述挺杆(8)的直线运动和/或所述转子(4)的旋转运动。
4.按照权利要求3所述的驱动装置(1')，其特征在于，设置有传感系统(13)，以用于检测所述转子(4)的旋转运动。
5.按照上述权利要求中任一项所述的驱动装置(1')，其特征在于，对所述驱动装置(1')的电磁旋转机的操控无传感器地进行。
6.用于在使用按照上述权利要求1至5中任一项所述的驱动装置(1')的情况下借助于电磁旋转机产生可移动的挺杆(8)的平移运动的方法。
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