CN113178983A - 一种高功重比集成化大承载的全电旋转作动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种高功重比集成化大承载的全电旋转作动装置，包括：外腔体、螺纹滚子、内腔体、行星轮、行星架、定子套筒、太阳轮等。驱动器散热片与定子散热片分别安装在太阳轮及定子套筒上；电机定子、永磁体分别固定在定子套筒外侧及太阳轮内侧，电机定子与永磁体构成集成式永磁同步电机；行星轮与安装在太阳轮外侧的外齿圈、内腔体内侧加工的内齿圈组成行星齿轮减速器；外腔体、内腔体的多段环形滚道与螺纹滚子零导程螺纹啮合，构成高承载集成式轴承；外腔体安装在固定壳体的端面上，内腔体与输出法兰固定连接；多种传感器集成在装置内部。此发明解决了现有旋转作动装置体积、重量大的问题，提高了全电作动装置的集成度、功重比及载荷能力。

Description

一种高功重比集成化大承载的全电旋转作动装置
技术领域
本发明为一种全电旋转作动装置，特别是针对一种高功重比集成化大承载的全电旋转作动装置，属于机电伺服技术、航空航天航海机械、电子及控制技术领域。
背景技术
近年来，伺服作动系统得到了飞速发展，现有作动系统主要有两种动力源，一种是利用液压能源作为动力的液压作动系统，通过高低压油液的转换推动负载进行运动，这种液压伺服作动器适用于高承载条件，但其体积和重量较大，且存在漏油、不便于维护、油路及配套设备复杂等问题；另一种是利用电能作为动力的全电作动系统，将电能转化为机械能，通过电机带动机械传动机构推动负载进行运动，这种全电作动系统属于绿色能源，具有安全性高、效率高且便于维护等优点，被应用于航空航天航海、机械工程、机器人机械臂等领域。
随着科技的发展和高性能装备的研制，对全电作动装置性能提出了更高的要求，现有旋转作动装置的结构形式存在集成度不高、功率密度低、承载能力低、体积大等缺点。因此，设计一款高功重比、集成化、大承载的全电旋转作动装置具有重要意义。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供了一种功重比高、承载能力强及安装空间小的集成化全电旋转作动装置，用于舵面伺服控制及机器人机械臂旋转关节等。
一种高功重比集成化大承载的全电旋转作动装置，包括：外腔体、螺纹滚子、内腔体、行星轮、行星架、散热片、定子套筒、电机定子、永磁体、传感器、散热风扇、太阳轮、集成式驱动器、固定壳体等。行星架、定子套筒及集成式驱动器固定安装在固定壳体的端面上；驱动器散热片安装在太阳轮的外侧，用于为集成式驱动器散热，定子散热片安装在定子套筒的内侧，用于为电机定子散热；散热风扇安装在定子套筒的内侧，用于为电机定子散热；非接触式温度传感器安装在行星架上用于检测作动装置内部温度；电机定子固定安装在定子套筒外侧，永磁体固定安装在太阳轮内侧，电机定子与永磁体构成集成式永磁同步电机，电机两侧由超薄支撑轴承作为支撑，超薄支撑轴承安装在太阳轮及定子套筒之间；行星轮安装在行星架上，行星轮与安装在太阳轮外侧的外齿圈、内腔体内侧加工的内齿圈组成行星齿轮减速器；角度传感器外圈与角度传感器内圈分别安装在内腔体及定子套筒上，用于检测旋转作动装置的输出角度；扭矩传感器外圈与扭矩传感器内圈分别安装在定子套筒及输出法兰上，用于检测旋转作动装置的输出扭矩；外腔体内侧与内腔体分别加工有多段环形滚道，导程均为零，螺纹滚子外侧加工有多段双面弧形零导程螺纹，螺纹滚子的螺纹分别与外腔体、内腔体的滚道啮合，构成高承载集成式轴承；外腔体安装在固定壳体的端面上，内腔体与输出法兰固定连接。
所述的一种高功重比集成化大承载的全电旋转作动装置，行星架、定子套筒及集成式驱动器固定安装在固定壳体的端面上；
所述的驱动器散热片安装在太阳轮的外侧，用于为集成式驱动器散热，定子散热片安装在定子套筒的内侧，用于为电机定子散热，散热风扇安装在定子套筒的内侧，用于为电机定子散热，非接触式温度传感器安装在行星架上用于检测作动装置内部温度；
所述的电机定子固定安装在定子套筒外侧，永磁体固定安装在太阳轮内侧，电机定子与永磁体构成集成式永磁同步电机，电机两侧由超薄支撑轴承作为支撑，超薄支撑轴承安装在太阳轮及定子套筒之间；
所述的行星轮安装在行星架上，行星轮与安装在太阳轮外侧的外齿圈、内腔体内侧加工的内齿圈组成行星齿轮减速器；
所述的角度传感器外圈与角度传感器内圈分别安装在内腔体及定子套筒上，用于检测旋转作动装置的输出角度，扭矩传感器外圈与扭矩传感器内圈分别安装在定子套筒及输出法兰上，用于检测旋转作动装置的输出扭矩；
所述的外腔体内侧与内腔体分别加工有多段环形滚道，导程均为零，螺纹滚子外侧加工有多段双面弧形零导程螺纹，螺纹滚子的螺纹分别与外腔体、内腔体的滚道啮合，构成高承载集成式轴承；
所述的外腔体安装在固定壳体的端面上，内腔体与输出法兰固定连接。
本发明与现有结构相比有以下优点：
(1)本发明将电机定子固定安装在定子套筒外侧，永磁体固定安装在太阳轮内侧，电机定子与永磁体构成集成式永磁同步电机，节省了电机的轴向安装空间，减小系统体积；
(2)本发明的行星轮与安装在太阳轮外侧的外齿圈、内腔体内侧加工的内齿圈组成行星齿轮减速器，由电机带动减速器驱动输出法兰运动，进一步减小系统体积、提高功重比；
(3)本发明的外腔体、内腔体的多段环形滚道与螺纹滚子零导程螺纹啮合，构成高承载集成式轴承，这种高承载集成式轴承的承载能力是同体积条件下传统轴承的十几倍，且能承受轴向、径向联合负载，这种结构不仅提高了作动装置的承载能力，还减小了系统轴向空间的占用；
(4)本发明将扭矩传感器、温度传感器、角度传感器集成在作动装置内部，可以实时对系统性能参数进行检测，有利于系统的健康管理及线上故障诊断；
(5)本发明将散热片安装在太阳轮的外侧及定子套筒的内侧，用于为集成式驱动器及电机定子散热，散热风扇安装在定子套筒的内侧，可进一步对电机定子进行散热。
附图说明
图1为一种高功重比集成化大承载的全电旋转作动装置的轴侧剖切图；
图2为一种高功重比集成化大承载的全电旋转作动装置的剖切图；
图3为一种高功重比集成化大承载的全电旋转作动装置的剖视图；
图4为一种高功重比集成化大承载的全电旋转作动装置的太阳轮与行星轮啮合图；
图5为一种高功重比集成化大承载的全电旋转作动装置的内腔体内侧齿轮与行星轮啮合图；
图6为一种高功重比集成化大承载的全电旋转作动装置的高承载集成式轴承轴侧图；
图中：1为外腔体；2为螺纹滚子；3为内腔体；4为行星轮；5为行星架；6为非接触式温度传感器； 7为定子散热片；8为定子套筒；9为电机定子；10为永磁体；11为输出法兰；12为角度传感器外圈；13 为角度传感器内圈；14为扭矩传感器外圈；15为扭矩传感器内圈；16为散热风扇；17为超薄支撑轴承； 18为太阳轮；19为驱动器散热片；20为集成式驱动器；21为固定壳体。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进一步详细的描述：
本发明的目的在于克服现有结构上的不足，提供了一种功重比高、承载能力强及安装空间小的集成化全电旋转作动装置，用于舵面伺服控制及机器人机械臂旋转关节等。
参阅图1～图6，一种高功重比集成化大承载的全电旋转作动装置，包括：外腔体(1)；螺纹滚子(2)；内腔体(3)；行星轮(4)；行星架(5)；非接触式温度传感器(6)；定子散热片(7)；定子套筒(8)；电机定子(9)；永磁体(10)；输出法兰(11)；角度传感器外圈(12)；角度传感器内圈(13)；扭矩传感器外圈(14)；扭矩传感器内圈(15)；散热风扇(16)；超薄支撑轴承(17)；太阳轮(18)；驱动器散热片 (19)；集成式驱动器(20)；固定壳体(21)。
行星架(5)、定子套筒(8)及集成式驱动器(20)固定安装在固定壳体(21)的端面上；驱动器散热片(19)安装在太阳轮(18)的外侧，用于为集成式驱动器(20)散热，定子散热片(7)安装在定子套筒(8)的内侧，用于为电机定子(9)散热。散热风扇(16)安装在定子套筒(8)的内侧，用于为电机定子(9)散热；非接触式温度传感器(6)安装在行星架(5)上用于检测作动装置内部温度；电机定子(9)固定安装在定子套筒(8)外侧，永磁体(10)固定安装在太阳轮(18)内侧，电机定子(9)与永磁体(10)构成集成式永磁同步电机，电机两侧由超薄支撑轴承(17)作为支撑，超薄支撑轴承(17) 安装在太阳轮(18)及定子套筒(8)之间；行星轮(4)安装在行星架(5)上，行星轮(4)与安装在太阳轮(18)外侧的外齿圈、加工在内腔体(3)内侧的内齿圈组成行星齿轮减速器；角度传感器外圈(12) 与角度传感器内圈(13)分别安装在内腔体(3)及定子套筒(8)上，用于检测旋转作动装置的输出角度；扭矩传感器外圈(14)与扭矩传感器内圈(15)分别安装在定子套筒(8)及输出法兰(11)上，用于检测旋转作动装置的输出扭矩；外腔体(1)内侧与内腔体(3)分别加工有多段环形滚道，导程均为零，螺纹滚子(2)外侧加工有多段双面弧形零导程螺纹，螺纹滚子(2)的螺纹分别与外腔体(1)、内腔体(3) 的滚道啮合，构成高承载集成式轴承。外腔体(1)安装在固定壳体(21)的端面上，内腔体(3)与输出法兰(11)固定连接。
所述的一种高功重比集成化大承载的全电旋转作动装置，行星架(5)、定子套筒(8)及集成式驱动器(20)固定安装在固定壳体(21)的端面上；
所述的一种高功重比集成化大承载的全电旋转作动装置，驱动器散热片(19)安装在太阳轮(18)的外侧，用于为集成式驱动器(20)散热，定子散热片(7)安装在定子套筒(8)的内侧，用于为电机定子 (9)散热，散热风扇(16)安装在定子套筒(8)的内侧，用于为电机定子(9)散热，非接触式温度传感器(6)安装在行星架(5)上用于检测作动装置内部温度；
所述的一种高功重比集成化大承载的全电旋转作动装置，电机定子(9)固定安装在定子套筒(8)外侧，永磁体(10)固定安装在太阳轮(18)内侧，电机定子(9)与永磁体(10)构成集成式永磁同步电机，电机两侧由超薄支撑轴承(17)作为支撑，超薄支撑轴承(17)安装在太阳轮(18)及定子套筒(8) 之间；
所述的一种高功重比集成化大承载的全电旋转作动装置，行星轮(4)安装在行星架(5)上，行星轮 (4)与安装在太阳轮(18)外侧的外齿圈、加工在内腔体(3)内侧的内齿圈组成行星齿轮减速器；
所述的一种高功重比集成化大承载的全电旋转作动装置，角度传感器外圈(12)与角度传感器内圈(13) 分别安装在内腔体(3)及定子套筒(8)上，用于检测旋转作动装置的输出角度；扭矩传感器外圈(14) 与扭矩传感器内圈(15)分别安装在定子套筒(8)及输出法兰(11)上，用于检测旋转作动装置的输出扭矩；
所述的一种高功重比集成化大承载的全电旋转作动装置，外腔体(1)内侧与内腔体(3)分别加工有多段环形滚道，导程均为零，螺纹滚子(2)外侧加工有多段双面弧形零导程螺纹，螺纹滚子(2)的螺纹分别与外腔体(1)、内腔体(3)的滚道啮合，构成高承载集成式轴承；
所述的一种高功重比集成化大承载的全电旋转作动装置，外腔体(1)安装在固定壳体(21)的端面上，内腔体(3)与输出法兰(11)固定连接；
所述的一种高功重比集成化大承载的全电旋转作动装置，工作过程中，电机定子(9)与永磁体(10) 构成的集成式永磁同步电机，带动太阳轮(18)转动，进而通过行星轮(4)驱动内腔体(3)和输出法兰 (11)转动，负载力作用在输出法兰(11)上，经由内腔体(3)和螺纹滚子(2)传递到外腔体(1)上，进而卸荷到固定壳体(21)上。
综上所述，以上仅为本发明较佳的实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作出的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种高功重比集成化大承载的全电旋转作动装置，由外腔体(1)；螺纹滚子(2)；内腔体(3)；行星轮(4)；行星架(5)；非接触式温度传感器(6)；定子散热片(7)；定子套筒(8)；电机定子(9)；永磁体(10)；输出法兰(11)；角度传感器外圈(12)；角度传感器内圈(13)；扭矩传感器外圈(14)；扭矩传感器内圈(15)；散热风扇(16)；超薄支撑轴承(17)；太阳轮(18)；驱动器散热片(19)；集成式驱动器(20)；固定壳体(21)组成；
其特征在于：行星架(5)、定子套筒(8)及集成式驱动器(20)固定安装在固定壳体(21)的端面上；驱动器散热片(19)安装在太阳轮(18)的外侧，用于为集成式驱动器(20)散热，定子散热片(7)安装在定子套筒(8)的内侧，用于为电机定子(9)散热，散热风扇(16)安装在定子套筒(8)的内侧，用于为电机定子(9)散热，非接触式温度传感器(6)安装在行星架(5)上用于检测作动装置内部温度；
电机定子(9)固定安装在定子套筒(8)外侧，永磁体(10)固定安装在太阳轮(18)内侧，电机定子(9)与永磁体(10)构成集成式永磁同步电机，电机两侧由超薄支撑轴承(17)作为支撑，超薄支撑轴承(17)安装在太阳轮(18)及定子套筒(8)之间；
行星轮(4)安装在行星架(5)上，行星轮(4)与安装在太阳轮(18)外侧的外齿圈、加工在内腔体(3)内侧的内齿圈组成行星齿轮减速器；
角度传感器外圈(12)与角度传感器内圈(13)分别安装在内腔体(3)及定子套筒(8)上，用于检测旋转作动装置的输出角度；扭矩传感器外圈(14)与扭矩传感器内圈(15)分别安装在定子套筒(8)及输出法兰(11)上，用于检测旋转作动装置的输出扭矩；
外腔体(1)内侧与内腔体(3)分别加工有多段环形滚道，导程均为零，螺纹滚子(2)外侧加工有多段双面弧形零导程螺纹，螺纹滚子(2)的螺纹分别与外腔体(1)、内腔体(3)的滚道啮合，构成高承载集成式轴承；
外腔体(1)安装在固定壳体(21)的端面上，内腔体(3)与输出法兰(11)固定连接。
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