CN112803689A - 直线旋转电机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种所述直线旋转电机，包括：支撑架，所述支撑架包括底板和第一安装部，所述底板所在的平面与所述第一安装部所在的平面相互垂直，所述第一安装部沿所述底板长度方向设有第一通孔和第二通孔；运动机构，所述运动机构贯穿所述第一通孔，通过连接组件活动安装在所述底板上；一体式电机，所述一体式电机由内至外依次包括输出轴、内定子、外动子、外定子，所述外动子驱动所述运动机构进行与所述输出轴平行的直线运动，带动所述输出轴进行直线运动，同时所述输出轴作为旋转运动动子受到所述内定子的作用进行旋转运动，本发明通过将直线和旋转运动部件集成到一体，使直线旋转电机的结构更加紧凑，空间利用率最大化。

Description

直线旋转电机
技术领域
本发明涉及电机领域，特别是涉及直线旋转电机。
背景技术
直线旋转电机由于能实现直线运动和旋转运动，被广泛应用于工业生产中，但是现有的直线旋转电机多为分离式布局，分离式直线旋转电机将直线电机与旋转电机通过机械结构组合，以传动的方式同时完成直线与旋转运动，内部结构复杂，体积较大，机械传动导致定位精度不高，动态响应慢，本质上由两个电机组成，这种布局的电机负载较大，更加难控制定位精度。现有的一体式复合直线旋转电机也多为动子直接同时进行直线旋转运动，导致定位精度不高或者布局不够合理导致体积较大。
鉴于此，本领域亟需一种新的直线旋转电机来解决上述问题，简化直线旋转电机的结构布局，提高直线旋转电机的控制精度。
发明内容
基于此，本发明提供一种直线旋转电机，以实现更加简洁的电机结构，提高直线旋转电机的控制精度。
为达到上述目的，本发明提供了一种直线旋转电机，所述直线旋转电机包括：
支撑架，所述支撑架包括底板和第一安装部，所述底板所在的平面与所述第一安装部所在的平面相互垂直，所述第一安装部沿所述底板长度方向设有第一通孔和第二通孔；
运动机构，所述运动机构贯穿所述第一通孔，通过连接组件活动安装在所述底板上；
一体式电机，所述一体式电机由内至外依次包括输出轴、内定子、外动子、外定子，所述输出轴、内定子、外动子、外定子同轴心，所述外定子靠近所述第二通孔的一端与所述第一安装部固定连接，所述外动子与所述运动机构固定连接，所述内定子靠近所述第二通孔的一端与所述第一安装部固定连接，所述输出轴贯穿所述第二通孔，当所述一体式电机工作时，所述外动子驱动所述运动机构进行与所述输出轴平行的直线运动，带动所述输出轴进行直线运动，同时所述输出轴作为旋转运动动子受到所述内定子的作用进行旋转运动。
优选地，所述底板包括第二安装部，所述连接组件包括固定在所述第二安装部上的导轨和与所述运动机构固定连接的滑块，所述滑块套设在所述导轨上，所述滑块可沿所述导轨与所述输出轴平行的直线滑动。
优选地，所述外定子的内表面贴设有第一磁钢，所述外动子上设有第一线圈绕组，所述第一线圈绕组与所述第一磁钢间有气隙；所述内定子的内表面设有第二线圈绕组，所述输出轴上贴设有第二磁钢，所述第二线圈绕组和所述第二磁钢间有气隙。
优选地，所述第一磁钢为环形磁钢，所述第二磁钢为瓦形磁钢。
优选地，所述运动机构两端设有侧板，所述侧板上对应所述输出轴分别设有第三通孔和第四通孔，所述输出轴的端部和尾部分别贯穿所述第三通孔和所述第四通孔。
优选地，所述直线旋转电机还包括第一轴承、第二轴承和第三轴承，所述第一轴承、第二轴承、第三轴承同轴心，所述第一轴承、第二轴承并列设于所述第三通孔内，所述第三轴承设于所述第四通孔内，所述第一轴承、第二轴承和第三轴承套设于所述输出轴上。
优选地，所述直线旋转电机还包括轴承盖，所述轴承盖固定安装在所述第三通孔上，所述轴承盖的内壁与所述第一轴承、第二轴承固定连接，所述轴承盖对应所述输出轴设有第五通孔，所述输出轴的端部穿过所述第五通孔。
优选地，所述直线旋转电机还包括直线位移测量单元，所述直线位移测量单元包括：直线光栅尺条、直线光栅尺读数头和直线光栅尺读数头底座，所述直线光栅尺读数头底座固定安装在所述运动机构的侧部，所述直线光栅尺读数头固定安装在所述直线光栅尺读数头底座上，所述直线光栅尺固定安装在所述底板上，所述直线光栅尺读数头与所述直线光栅尺条相对设置以接收所述直线光栅尺条反馈的直线位移。
优选地，所述直线旋转电机还包括旋转角度测量单元，所述旋转角度测量单元包括：码盘光栅尺、盘码光栅尺底座、码盘光栅尺读数头和盘码光栅尺读数头底座，所述盘码光栅尺底座固定安装在所述输出轴的尾部，所述盘码光栅尺固定安装在所述盘码光栅尺底座上，所述盘码光栅尺读数头通过所述盘码光栅尺读数头底座固定安装在所述运动机构上，所述码盘光栅尺读数头与所述码盘光栅尺条相对设置以接收所述码盘光栅尺条反馈的旋转角度。
优选地，所述直线旋转电机包括运动控制模块，所述运动控制模块分别与所述直线位移测量单元、所述旋转角度测量单元电连接，用于接收所述直线位移测量单元和所述旋转角度测量单元的测量结果并计算所述输出轴的位置信息。
本发明的有益效果在于：提供了一种直线旋转电机，该直线旋转电机通过旋转电机和直线电机复合结构方案，将直线和旋转运动部件集成到一体旋转电机设于直线电机内部，输出轴直接作为旋转电机的动子进行旋转运动，并且进一步改进直线旋转电机的内部结构，使得电机结构更加紧凑且简洁，减小了电机的重量和体积，相对传统直线旋转电机直线负载更小，动态响应更快，精度也有提升。
附图说明
图1为本发明实施例的直线旋转电机的爆炸结构示意图；
图2为本发明实施例的直线旋转电机的正视图；
图3为图2沿A-A向的剖视图；
图4为本发明实施例的直线旋转电机的支撑架结构示意图；
图5为本发明实施例的直线旋转电机的运动机构结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
在本文中描述的任何实施方式未必理解为相对于其它实施方式是优选的或有利的。下文所描述的所有实施方式是示例性实施方式，提供这些示例性实施方式是为了使得本领域技术人员做出和使用本发明的实施例并且预期并不限制本发明的范围，本发明的范围由权利要求限定。在其它实施方式中，详细地描述了熟知的特征和方法以便不混淆本发明。出于本文描述的目的，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”和其衍生词并无意图受到前文的技术领域、背景技术、发明内容或下文的详细描述中给出的任何明示或暗示的理论限制。本发明的术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。还应了解在附图中示出和在下文的说明书中描述的具体装置和过程是在所附权利要求中限定的发明构思的简单示例性实施例。因此，与本文所公开的实施例相关的具体尺寸和其他物理特征不应被理解为限制性的，除非权利要求书另作明确地陈述。
请一并参照图1至图5，本发明实施例的直线旋转电机，包括：支撑架10、运动机构20、一体式电机30、连接组件40、直线位移测量单元60、旋转角度测量单元70。
请参照图4，本发明实施例的直线旋转电机的支撑架10用于支撑直线旋转电机各个部件。支撑架10包括底板11和第一安装部12，底板11水平设置，底板11所在的平面与第一安装部12所在的平面相互垂直，支撑架10结构呈T字形。第一安装部12沿底板11的长度方向自下而上设有第一通孔121和第二通孔122。可选地，第一通孔121为方形通孔，第二通孔122为圆形通孔。请再参照图1和图3，运动机构20贯穿第一通孔121设置，通过连接组件40活动安装在底板11上。连接组件40包括导轨41和滑块42，导轨41通过对应的定位螺丝固定在底板11的第二安装部111上，滑块42通过四颗定位螺丝固定安装在运动机构20上，滑块42套设在导轨41上，使滑块42可沿导轨41进行与输出轴34长度方向平行的直线滑动。导轨41和滑块42的设置能进一步防止电机偏离正常运动轨迹，提高直线旋转电机的精度。
一体式电机30为圆柱形，由内至外依次包括输出轴34、内定子33、外动子32、外定子31；输出轴34、内定子33、外动子32、外定子31同轴心，内定子33、外动子32、外定子31为圆柱形。外定子31和外动子32用于实现本发明实施例的直线旋转电机的直线运动功能，采用动圈式运动模式。外定子31为铁环，外定子31内表面用胶水贴设有第一磁钢35，其中第一磁钢35为环形磁钢；外动子32上设有第一线圈绕组，第一磁钢35和第一线圈绕组之间有气隙，通电时外动子32上的第一线圈绕组受到磁力作用进行与输出轴34长度方向平行的左右往复运动。内定子33和输出轴34用于实现本发明实施例的旋转运动功能，采用定圈式运动模式。内定子33内表面设有提供安装线圈绕组的结构，第二线圈绕组设在内定子33内表面，输出轴34外表面用胶水贴设有第二磁钢36，其中第二磁钢36为瓦形磁钢，八块瓦形磁钢围绕输出轴34形成一圈单层环形的磁钢阵，共有三组相同的磁钢阵沿输出轴34的长度方向并列设置，第二磁钢36与第二线圈绕组间有气隙，通电时输出轴34上的第二磁钢36受到电磁力的作用进行以输出轴34为轴心的旋转运动。本发明实施例的直线旋转电机将直线电机和旋转电机结合到一起，形成一体式的复合电机，且输出轴34直接作为旋转运动的动子进行旋转运动，同时做到双动子和双定子的结构，简化了直线旋转电机的结构，同时提高了其精度。
进一步地，外定子31靠近第二通孔122的一端与第一安装部12通过螺丝固定连接，外动子32与运动机构20通过六个定位螺丝固定连接，内定子33靠近第二通孔122的一端与第一安装部12通过螺丝固定连接，输出轴34贯穿第二通孔122，当一体式电机30工作时，外动子32驱动运动机构20进行与输出轴34平行的直线运动，带动输出轴34进行直线运动，同时输出轴34作为旋转运动动子受到内定子33的作用进行旋转运动。
进一步地，运动机构20的两端分别设有侧板，侧板上对应输出轴34分别设有第三通孔21和第四通孔22，输出轴34的端部和尾部分别贯穿第三通孔21和第四通孔22。本发明实施例的直线旋转电机还包括第一轴承51、第二轴承52、第三轴承53，第一轴承51、第二轴承52、第三轴承53同轴心，第一轴承51、第二轴承52并列设于第三通孔21内，第三轴承53设于第四通孔22内，第一轴承51、第二轴承52、第三轴承53套设于输出轴34上。轴承盖54通过六颗定位螺丝固定安装在第三通孔21上，轴承盖54的内壁与第一轴承51、第二轴承52固定连接，轴承盖54对应输出轴34设有第五通孔，输出轴34的端部穿过所述第五通孔。通过轴承盖54内壁与第一轴承51、第二轴承52紧配固定输出轴34的端部，第三轴承53固定输出轴34的尾部，进一步限制输出轴34进行旋转运动，提高了直线旋转电机的精度。
具体地，本发明实施例的直线旋转电机还包括直线位移测量单元60，用于测量直线旋转电机的直线运动位移量。直线位移测量单60元包括：直线光栅尺条61、直线光栅尺读数头62和直线光栅尺读数头底座63，其中，直线光栅尺读数头底座63固定安装在运动机构20的侧部，直线光栅尺读数头62固定安装在直线光栅尺读数头底座63上，直线光栅尺61固定安装在底板11上，直线光栅尺读数头62与直线光栅尺条61相对设置以接收所述直线光栅尺条61反馈的直线位移。
具体地，本发明实施例的直线旋转电机还包括旋转角度测量单元70，用于测量直线旋转电机的旋转角度。旋转角度测量单元70包括：码盘光栅尺71、盘码光栅尺底座72、码盘光栅尺读数头73和盘码光栅尺读数头底座74，盘码光栅尺底座72固定安装在输出轴34的尾部，盘码光栅尺71固定安装在盘码光栅尺底座72上，盘码光栅尺读数头73通过盘码光栅尺读数头底座74固定安装在运动机构20上，码盘光栅尺读数头73与码盘光栅尺条71相对设置以接收码盘光栅尺条71反馈的旋转角度。
具体地，本发明实施例的直线旋转电机包括运动控制模块(图中未示出)，运动控制模块分别与直线位移测量单元60、旋转角度测量单元70电连接，用于接收直线位移测量单元60和旋转角度测量单元70的测量结果并计算所述输出轴34的位置信息。通过直线位移测量单元60、旋转角度测量单元70的设置，实时监控直线旋转电机的运动轨迹，提高直线旋转电机的精度。
本发明实施例的直线旋转电机工作原理如下：通电时，外动子32驱动运动机构20沿导轨进行与输出轴34长度方向平行的直线运动，带动输出轴34以及固定在运动机构20的直线光栅尺读数头62、直线光栅尺读数头底座63、码盘光栅尺读数头73和盘码光栅尺读数头底座74进行往复直线运动；同时输出轴34作为旋转运动动子受到内定子33的作用进行旋转运动，带动码盘光栅尺71、盘码光栅尺底座72进行旋转运动。直线位移测量单元60测量输出轴34的直线运动的位移，旋转角度测量单元70测量输出轴34的旋转运动的角度，运动控制模块采集直线位移测量单元60和旋转角度测量单元70的测量结果并计算输出轴34的位置信息。
本发明的直线旋转电机，该直线旋转电机通过旋转电机和直线电机复合结构方案，将直线和旋转运动部件集成到一体旋转电机设于直线电机内部，输出轴直接作为旋转电机的动子进行旋转运动，并且进一步改进直线旋转电机的内部结构，使得电机结构更加紧凑且简洁，减小了电机的重量和体积，相对传统直线旋转电机直线负载更小，动态响应更快，精度也有提升。
以上实施例仅表达了本发明的优选的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种直线旋转电机，其特征在于，所述直线旋转电机包括：
支撑架，所述支撑架包括底板和第一安装部，所述底板所在的平面与所述第一安装部所在的平面相互垂直，所述第一安装部沿所述底板长度方向设有第一通孔和第二通孔；
运动机构，所述运动机构贯穿所述第一通孔，通过连接组件活动安装在所述底板上；
一体式电机，所述一体式电机由内至外依次包括输出轴、内定子、外动子、外定子，所述输出轴、内定子、外动子、外定子同轴心，所述外定子靠近所述第二通孔的一端与所述第一安装部固定连接，所述外动子与所述运动机构固定连接，所述内定子靠近所述第二通孔的一端与所述第一安装部固定连接，所述输出轴贯穿所述第二通孔，当所述一体式电机工作时，所述外动子驱动所述运动机构进行与所述输出轴平行的直线运动，带动所述输出轴进行直线运动，同时所述输出轴作为旋转运动动子受到所述内定子的作用进行旋转运动。
2.根据权利要求1所述的直线旋转电机，其特征在于，所述底板包括第二安装部，所述连接组件包括固定在所述第二安装部上的导轨和与所述运动机构固定连接的滑块，所述滑块套设在所述导轨上，所述滑块可沿所述导轨与所述输出轴平行的直线滑动。
3.根据权利要求1所述的直线旋转电机，其特征在于，所述外定子的内表面贴设有第一磁钢，所述外动子上设有第一线圈绕组，所述第一线圈绕组与所述第一磁钢间有气隙；所述内定子的内表面设有第二线圈绕组，所述输出轴上贴设有第二磁钢，所述第二线圈绕组和所述第二磁钢间有气隙。
4.根据权利要求3所述的直线旋转电机，其特征在于，所述第一磁钢为环形磁钢，所述第二磁钢为瓦形磁钢。
5.根据权利要求1所述的直线旋转电机，其特征在于，所述运动机构两端设有侧板，所述侧板上对应所述输出轴分别设有第三通孔和第四通孔，所述输出轴的端部和尾部分别贯穿所述第三通孔和所述第四通孔。
6.根据权利要求5所述的直线旋转电机，其特征在于，所述直线旋转电机还包括第一轴承、第二轴承和第三轴承，所述第一轴承、第二轴承、第三轴承同轴心，所述第一轴承、第二轴承并列设于所述第三通孔内，所述第三轴承设于所述第四通孔内，所述第一轴承、第二轴承和第三轴承套设于所述输出轴上。
7.根据权利要求6所述的直线旋转电机，其特征在于，所述直线旋转电机还包括轴承盖，所述轴承盖固定安装在所述第三通孔上，所述轴承盖的内壁与所述第一轴承、第二轴承固定连接，所述轴承盖对应所述输出轴设有第五通孔，所述输出轴的端部穿过所述第五通孔。
8.根据权利要求1所述的直线旋转电机，其特征在于，所述直线旋转电机还包括直线位移测量单元，所述直线位移测量单元包括：直线光栅尺条、直线光栅尺读数头和直线光栅尺读数头底座，所述直线光栅尺读数头底座固定安装在所述运动机构的侧部，所述直线光栅尺读数头固定安装在所述直线光栅尺读数头底座上，所述直线光栅尺固定安装在所述底板上，所述直线光栅尺读数头与所述直线光栅尺条相对设置以接收所述直线光栅尺条反馈的直线位移。
9.根据权利要求1所述的直线旋转电机，其特征在于，所述直线旋转电机还包括旋转角度测量单元，所述旋转角度测量单元包括：码盘光栅尺、盘码光栅尺底座、码盘光栅尺读数头和盘码光栅尺读数头底座，所述盘码光栅尺底座固定安装在所述输出轴的尾部，所述盘码光栅尺固定安装在所述盘码光栅尺底座上，所述盘码光栅尺读数头通过所述盘码光栅尺读数头底座固定安装在所述运动机构上，所述码盘光栅尺读数头与所述码盘光栅尺条相对设置以接收所述码盘光栅尺条反馈的旋转角度。
10.根据权利要求1所述的直线旋转电机，其特征在于，所述直线旋转电机包括运动控制模块，所述运动控制模块分别与所述直线位移测量单元、所述旋转角度测量单元电连接，用于接收所述直线位移测量单元和所述旋转角度测量单元的测量结果并计算所述输出轴的位置信息。
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