CN114285225A - 一种扁平式直线旋转电机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种扁平式直线旋转电机，该扁平式直线旋转电机包括：电机外壳；设于电机外壳中的直线音圈电机、旋转伺服电机以及运动平台，直线音圈电机与旋转伺服电机通过运动平台连接；固定于旋转伺服电机上的输出轴，输出轴与旋转伺服电机的驱动轴同轴设置，输出轴的内部中空，输出轴的后端连接气管通道，输出轴的前端设有用于吸附负载的吸附组件；固定于电机外壳上的导轨；与导轨滑动连接且与运动平台固定连接的滑块；直线音圈电机驱动运动平台带动滑块、旋转伺服电机以及输出轴在导轨上做直线运动，旋转伺服电机驱动输出轴做旋转运动。通过上述方式，本发明能够减小电机的体积，简化机械结构，省去复杂的传动环节，提高运动定位精度。

Description

一种扁平式直线旋转电机
技术领域
本发明涉及电机技术领域，具体是涉及一种扁平式直线旋转电机。
背景技术
现有的直线旋转电机分离式布局，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，而且，直线运动位移测量单元以及旋转角度测量单元的引入会使得直线旋转电机的布局更为复杂，也更难以控制电机的体积，因此，如何提高直线旋转电机的直线运动的位移测量和控制的准确度也成为了本领域的技术难题。
鉴于此，克服以上现有技术中的缺陷，提供一种新的直线旋转电机成为本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明提供一种扁平式直线旋转电机，能够实现双自由度的直线旋转运动，同时能够减小电机的体积，简化机械结构，省去复杂的传动环节，提高运动定位精度。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种扁平式直线旋转电机，包括：
电机外壳；
设于所述电机外壳中的直线音圈电机、旋转伺服电机以及运动平台，所述直线音圈电机与所述旋转伺服电机通过所述运动平台连接；
固定于所述旋转伺服电机上的输出轴，所述输出轴与所述旋转伺服电机的驱动轴同轴设置，所述输出轴的内部中空，所述输出轴的后端连接气管通道，所述输出轴的前端设有用于吸附负载的吸附组件，所述气管通道通气使所述输出轴的内部产生负压并通过所述吸附组件吸附负载；
固定于所述电机外壳上的导轨；
与所述导轨滑动连接且与所述运动平台固定连接的滑块；
所述直线音圈电机驱动所述运动平台带动所述滑块、所述旋转伺服电机以及所述输出轴在所述导轨上做直线运动，所述旋转伺服电机驱动所述输出轴做旋转运动。
根据本发明的一个实施例，所述直线音圈电机包括固定于所述运动平台上的动子和固定于所述电机外壳上的定子。
根据本发明的一个实施例，所述电机外壳内还设有用于测量所述输出轴的直线运动位移的直线位移测量单元。
根据本发明的一个实施例，所述直线位移测量单元包括安装在所述运动平台上的直线光栅尺条和通过安装底座固定于所述电机外壳上的直线光栅尺读数头，所述直线光栅尺读数头与所述直线光栅尺条的位置相对设置以使所述直线光栅尺读数头接收所述直线光栅尺条反馈的直线运动位移。
根据本发明的一个实施例，所述旋转伺服电机内部设有用于测量所述输出轴的旋转运动角度的旋转角度测量单元。
根据本发明的一个实施例，所述旋转角度测量单元包括固定于所述旋转伺服电机内表面的码盘光栅尺读数头和与所述码盘光栅尺读数头的位置相对设置的码盘光栅尺条，所述码盘光栅尺读数头接收所述码盘光栅尺条反馈的旋转运动角度。
根据本发明的一个实施例，所述电机外壳内还设有运动控制模块，所述运动控制模块分别与所述直线位移测量单元和所述旋转角度测量单元连接，所述运动控制模块根据所述直线位移测量单元反馈的直线运动位移以及所述旋转角度测量单元反馈的旋转运动角度控制所述输出轴的运动。
根据本发明的一个实施例，所述电机外壳上设有用于限制所述运动平台的运动行程的弹性件。
根据本发明的一个实施例，所述电机外壳的一侧壁上开设有第一通口，所述第一通口上安装有支撑座，所述输出轴穿过所述支撑座并从所述第一通口伸出所述电机外壳的外部。
根据本发明的一个实施例，所述电机外壳上与所述侧壁相对的另一侧壁上开设有第二通口，所述气管通道通过所述第二通口与外部气管连接。
本发明的有益效果是：通过运动平台连接直线音圈电机和旋转伺服电机，并将运动平台固定在直线滑块上，直线音圈电机驱动运动平台带动滑块和旋转伺服电机在导轨上做直线运动，同时旋转伺服电机采用直驱的方式直接连接输出轴，带动输出轴做旋转运动，减小了电机的体积，简化了机械结构，省去了复杂的传动环节，提高了运动定位精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的扁平式直线旋转电机的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明中的术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
图1是本发明实施例的扁平式直线旋转电机结构示意图，请参见图1，该扁平式直线旋转电机1包括电机外壳10、直线音圈电机20、旋转伺服电机30、运动平台40、输出轴50、导轨60、滑块70、直线位移测量单元80、旋转角度测量单元(图中未示出)以及运动控制模块(图中未示出)。直线音圈电机20与旋转伺服电机30通过运动平台40连接，导轨60固定于电机外壳10上，滑块70与导轨60滑动连接且与运动平台40固定连接，输出轴50采用直驱的方式与旋转伺服电机30直接连接，直线音圈电机20驱动运动平台40带动滑块70、旋转伺服电机30以及输出轴50在导轨60上做直线运动，旋转伺服电机30驱动输出轴50做旋转运动，直线位移测量单元80用于测量输出轴50的直线运动位移，旋转角度测量单元用于测量输出轴50的旋转运动角度，运动控制模块分别与直线位移测量单元80和旋转角度测量单元连接，运动控制模块根据直线位移测量单元80反馈的直线运动位移以及旋转角度测量单元反馈的旋转运动角度控制输出轴50的运动。
该扁平式直线旋转电机1为双自由度电机，可实现体积小，重量轻，和定位精准的目标。扁平式直线旋转电机1将直线音圈电机20与旋转伺服电机30通过运动平台40实现机械结构组合，同时使输出轴50完成直线与旋转运动，并利用直线位移测量单元80与旋转角度测量单元同时对输出轴50的直线运动位移及旋转运动角度进行测量，并将采集反馈信号并传输至运动控制模块，实现实时位移与角度双闭环控制。该设置方式不仅可大大的减小电机的体积，简化了机械结构，省去了复杂的传动环节，而且大大提高电机直线运动与旋转运动的定位精度，为直线旋转电机在工业高精度产品加工设备领域的多个电机并列同时工作的应用提供了可能性。
进一步地，输出轴50与旋转伺服电机30的驱动轴同轴设置，输出轴50的内部中空，输出轴50的后端连接气管通道90，输出轴50的前端设有用于吸附负载的吸附组件(图中未示出)，气管通道90通气使输出轴50的内部产生负压并通过吸附组件吸附负载。相对于传统的输出轴50与旋转伺服电机30的传动连接方式，该设置方式一方面能够省去输出轴50与旋转伺服电机30之间复杂的传动环节，通过直接驱动提高输出轴50的定位精度，另一方面通过直线位移测量单元80、旋转角度测量单元以及运动控制模块能够实现输出轴50的实时位移和角度的双闭环控制，进而实现负载的精确定位。
进一步地，电机外壳10的一侧壁上开设有第一通口，第一通口上安装有支撑座110，支撑座110上开设有供输出轴50穿设的通孔，输出轴50穿过支撑座110并从第一通口伸出电机外壳10的外部，该设置方式便于电机外壳10与电机主体之间的拆卸和安装，其中，电机主体为直线音圈电机20、运动平台40以及旋转伺服电机30之间连接所形成的整体。电机外壳10上与该侧壁相对的另一侧壁上开设有第二通口，气管通道90通过第二通口与外部气管连接，该设置方式能够减小电机的体积。
进一步地，旋转伺服电机30可在三维空间根据设计需要选择任意方向位置固定在运动平台40上，直线音圈电机20包括固定于运动平台40上的动子21和固定于电机外壳10上的定子22，动子21可在三维空间根据设计需要选择任意方向位置固定在运动平台40上。
进一步地，直线位移测量单元80包括安装在运动平台40上的直线光栅尺条81和通过安装底座83固定于电机外壳10上的直线光栅尺读数头82，直线光栅尺读数头82与直线光栅尺条81的位置相对设置以使直线光栅尺读数头82接收直线光栅尺条81反馈的直线运动位移。
旋转角度测量单元包括固定于旋转伺服电机30内表面的码盘光栅尺读数头和与码盘光栅尺读数头的位置相对设置的码盘光栅尺条，码盘光栅尺读数头接收码盘光栅尺条反馈的旋转运动角度。
电机外壳10上设有用于限制运动平台40的运动行程的弹性件100。优选地，弹性件100为弹簧。当直线音圈电机20驱动运动平台40带动滑块70在导轨60上复位时，弹性件100与运动平台40抵接，起到缓冲作用同时防止运动平台40脱落，导致损伤其他部件。
以上所述仅为本发明的部分实施例，并非因此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效装置或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种扁平式直线旋转电机，其特征在于，包括：
电机外壳；
设于所述电机外壳中的直线音圈电机、旋转伺服电机以及运动平台，所述直线音圈电机与所述旋转伺服电机通过所述运动平台连接；
固定于所述旋转伺服电机上的输出轴，所述输出轴与所述旋转伺服电机的驱动轴同轴设置，所述输出轴的内部中空，所述输出轴的后端连接气管通道，所述输出轴的前端设有用于吸附负载的吸附组件，所述气管通道通气使所述输出轴的内部产生负压并通过所述吸附组件吸附负载；
固定于所述电机外壳上的导轨；
与所述导轨滑动连接且与所述运动平台固定连接的滑块；
所述直线音圈电机驱动所述运动平台带动所述滑块、所述旋转伺服电机以及所述输出轴在所述导轨上做直线运动，所述旋转伺服电机驱动所述输出轴做旋转运动。
2.根据权利要求1所述的扁平式直线旋转电机，其特征在于，所述直线音圈电机包括固定于所述运动平台上的动子和固定于所述电机外壳上的定子。
3.根据权利要求1所述的扁平式直线旋转电机，其特征在于，所述电机外壳内还设有用于测量所述输出轴的直线运动位移的直线位移测量单元。
4.根据权利要求3所述的扁平式直线旋转电机，其特征在于，所述直线位移测量单元包括安装在所述运动平台上的直线光栅尺条和通过安装底座固定于所述电机外壳上的直线光栅尺读数头，所述直线光栅尺读数头与所述直线光栅尺条的位置相对设置以使所述直线光栅尺读数头接收所述直线光栅尺条反馈的直线运动位移。
5.根据权利要求4所述的扁平式直线旋转电机，其特征在于，所述旋转伺服电机内部设有用于测量所述输出轴的旋转运动角度的旋转角度测量单元。
6.根据权利要求5所述的扁平式直线旋转电机，其特征在于，所述旋转角度测量单元包括固定于所述旋转伺服电机内表面的码盘光栅尺读数头和与所述码盘光栅尺读数头的位置相对设置的码盘光栅尺条，所述码盘光栅尺读数头接收所述码盘光栅尺条反馈的旋转运动角度。
7.根据权利要求6所述的扁平式直线旋转电机，其特征在于，所述电机外壳内还设有运动控制模块，所述运动控制模块分别与所述直线位移测量单元和所述旋转角度测量单元连接，所述运动控制模块根据所述直线位移测量单元反馈的直线运动位移以及所述旋转角度测量单元反馈的旋转运动角度控制所述输出轴的运动。
8.根据权利要求1所述的扁平式直线旋转电机，其特征在于，所述电机外壳上设有用于限制所述运动平台的运动行程的弹性件。
9.根据权利要求1所述的扁平式直线旋转电机，其特征在于，所述电机外壳的一侧壁上开设有第一通口，所述第一通口上安装有支撑座，所述输出轴穿过所述支撑座并从所述第一通口伸出所述电机外壳的外部。
10.根据权利要求9所述的扁平式直线旋转电机，其特征在于，所述电机外壳上与所述侧壁相对的另一侧壁上开设有第二通口，所述气管通道通过所述第二通口与外部气管连接。
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