CN114552938A - 一种具有快拆检修功能的数字式两相步进驱动器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有快拆检修功能的数字式两相步进驱动器，驱动器包括壳体、调位定子、调位转子、调角组件、主定子、主转子，调位定子固定安装在壳体内壁上，调位转子包括设置在自身中央位置的调位轴，调位轴通过轴承安装在壳体内，调位转子与调位定子轴向重合，主定子通过轴承安装在壳体内壁上，主转子通过轴承安装在主定子或壳体上，主转子包括设置在自身中央位置的输出轴，主定子与调位轴通过调角组件连接在一起，主定子与调位轴同轴设置，调位轴转动并无级调整主定子转角，主定子带有锁止结构。通过双定转子的设计，隔离掉输出轴上承接的负载旋转阻力，主定子可以在隔离状态时以精确的受控旋转阻力进行角度调整。

Description

一种具有快拆检修功能的数字式两相步进驱动器

技术领域

本发明涉及步进驱动器技术领域，具体为一种具有快拆检修功能的数字式两相步进驱动器。

背景技术

步进电机是一种工业常用的动作控制部件，主要用来实现分次的角度跳转，在自动化领域内常常用来进行物料的分筛、顺序调整、单次取料送料等等。

步进电机内也是传统的定转子结构，但定子的线圈布置及控制调整与一般直流、三相电流有所区别，是通过一系列的脉冲电流进行控制的。

步进电机需要输出特定的角度，步进电机一般用来每次需要旋转固定角度的场合，所以，传统的步进电机就能够满足使用，但是，随着自动化领域设计的复杂化，有时每次步进需要不同的角度进给，传统步进电机不再满足使用，现有技术中，对于这类问题，一般是在步进电机和负载位置之间增设角度调整结构，而这样的角度调整结构每次调整都需要适应负载上的旋转阻力，以便获得准确的目标角度位置，负载的较大阻力区间变化，都会引起每次步进的角度调整不准确，制约整个系统的执行效率与稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有快拆检修功能的数字式两相步进驱动器，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种具有快拆检修功能的数字式两相步进驱动器，驱动器包括壳体、调位定子、调位转子、调角组件、主定子、主转子，调位定子固定安装在壳体内壁上，调位转子包括设置在自身中央位置的调位轴，调位轴通过轴承安装在壳体内，调位转子与调位定子轴向重合，主定子通过轴承安装在壳体内壁上，主转子通过轴承安装在主定子或壳体上，主转子包括设置在自身中央位置的输出轴，主定子与调位轴通过调角组件连接在一起，主定子与调位轴同轴设置，调位轴转动并无级调整主定子转角，主定子带有锁止结构。

驱动器内设有两组定转子，其中的主定子和主转子为主要的作业转子，其内的电磁结构输出确定的转角，为传统的步进电机定转子结构，但本申请中，将主定子转动设置到壳体内壁上，当主定转子的转角位置不能满足下一次的步进角度时，通过调位定子、调位转子、调角组件来调整主定子角度位置，使其在新的角度上来驱动主转子转动，从而输出轴最终能够停留到需求的角度上，调位定子、调位转子也是常用的步进电机定转子结构，其输出的也是确定的角度量，所以，需要调角组件来将调位轴的固定的角度量无级转换为另一个角度，如果直接让一组定转子连接着调角组件就进行输出，那么，输出轴上承接的用户端负载会影响转角无级转换的过程，所以，本申请设置了两组定转子，在调角组件调整主定子新位置时，其带有的锁止结构松开，主定子可以确定可控的转动阻力进行转动，从而可以准确调整主定子新位置，达到角度控制准确的目的，调位定子和主定子单独引线进行步进控制。

进一步的，调角组件包括第一锥齿轮、调角架、媒介锥齿轮、第二锥齿轮、第一刹车环、第二刹车环，主定子包括定子铁芯、旋转架，

定子铁芯通过轴承安装在壳体内壁上，定子铁芯朝向调角组件的一侧轴向设置旋转架，旋转架端面中央朝向调角组件伸出一段轴并在轴上径向设置第二锥齿轮和第二刹车环，调位轴端部径向设置第一锥齿轮，调角架转动安装在壳体内壁或调位轴上，调角架位于第一锥齿轮和第二锥齿轮之间的一端端部垂直于调角轴，调角架上转动设置媒介锥齿轮，媒介锥齿轮分别与第一锥齿轮、第二锥齿轮啮合，调角架上径向设置第一刹车环；

驱动器还包括设置在壳体内比上的第一刹车组件和第二刹车组件，第一刹车组件径向抵住第一刹车环并控制第一刹车环的旋转阻力，第二刹车组件径向抵住第二刹车环并控制第二刹车环的旋转阻力。

主定子端部连接第二锥齿轮，而调位轴端部连接第一锥齿轮，中间使用既公转又自转的媒介锥齿轮进行运动传递，媒介锥齿轮随调角架进行公转，媒介锥齿轮绕调角架端部进行自转，

当调角架的转动阻力无限大，而第二锥齿轮没有旋转阻力时，调位轴带动的第一锥齿轮的旋转全部传递到第二锥齿轮上，当调角架没有转动阻力并且第二锥齿轮的旋转阻力很大时，则第一锥齿轮的旋转全部转化为媒介锥齿轮的自转与公转，第二锥齿轮不进行转动，所以，第一锥齿轮的转动传递到第二锥齿轮上的比例由调角架、旋转架的转动阻力比值确定，而此两者的转动阻力分别由两组刹车组件对刹车环抵触力进行调整，并且转换比例只受到刹车阻力的影响，不受输出轴上负载阻力影响。

第一刹车组件包括弹簧支架、刹车杆、复位弹簧、施力线圈，弹簧支架安装在壳体内壁上，刹车杆滑动安装在弹簧支架中央并端部指向第一刹车环外表面，刹车杆杆身为永磁体制成，刹车杆中间位置设置环形凸起，复位弹簧一端抵住弹簧支架、复位弹簧另一端抵住刹车杆环形凸起，复位弹簧将刹车杆朝远离第一刹车环的方向推挤，施力线圈安装到壳体内壁上并受控施加刹车杆电磁力使刹车杆朝第一刹车环运动。

施力线圈内通电时刹车杆朝第一刹车环运动并抵触在第一刹车环上，施力线圈中通入的电流越大，则刹车杆对于第一刹车环的运动阻力越大，通过外部施加的控制电流来进行调角组件的角度转换比例调整。

进一步的，第二刹车组件具有与第一刹车组件相同的部件，第二刹车组件内弹簧将刹车杆朝第二刹车环方向推挤，第二刹车组件内施力线圈将刹车杆吸引而远离第二刹车环。

第一刹车组件和第二刹车组件的断电状态相反，在断电时，第一刹车组件不施加到第一刹车环阻力，而第二刹车组件内则处于施加到第二刹车环上最大阻力的状态，两者执行动作相反，第二刹车环旋转阻力很大时，对应主定子位置固定的情况，即，主定子在新位置确定后，需要位置固定以便为主转子施加旋转电磁力进行角度输出。

进一步的，第一刹车环和第二刹车环外表面上设有弧形凹陷，刹车杆端部为球形。球形嵌入弧形凹陷后增大接触面积从而获得较大旋转阻力。

进一步的，主定子还包括转接线，驱动器还包括驱动线，转接线将定子铁芯内的线缆引线引到旋转架上，转接线引线端带有旋转释放结构，驱动线与转接线电连接。

主定子需要从外部引入电源线，但在驱动器运行过程中，主定子需要进行角度调整，其引线位置需要圆周转动，所以，需要在引线位置设置相应的旋转调整结构以便在主定子转动过程中能够保证主定子可以从外部获得驱动电源。

进一步的，主定子还包括两个电刷环，电刷环设置在旋转架上并以第二锥齿轮轴线为轴线，转接线端部连接到电刷环上，驱动线包括电刷头和引线，电刷头滑动抵触在电刷环上，电刷头与引线电连接。

电刷环将连接到定子铁芯的转接线以圆环形进行对外连接，从而主定子的旋转不影响定子铁芯接受外部电源。

进一步的，定子铁芯内圈上设置奇数数量的线圈柱。线圈柱上裹绕线圈，获得外部电源进行步进控制，使主转子上的永磁体旋转一定角度并停留在新的平衡位置上，调位定转子处设置传统的偶数数量的磁极，从而，不需要调角组件进行角度转换，直接将调位转子上的转角叠加在主定子上也能获得较多的角度调整选择。

进一步的，壳体在调角组件位置处轴向分体并通过紧固件锁紧连接。拆卸时，直接从调角组件位置处拆开壳体，可以直接对调位定转子、调角组件、主定转子内的部件进行检修与调整。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明通过双定转子的设计，隔离掉输出轴上承接的负载旋转阻力，主定子可以在隔离状态时以精确的受控旋转阻力进行角度调整，通过调角组件来讲调位定转子上的特定角度旋转转化为需要的角度输出到主定子上，主定子在新的位置上锁紧，然后主定子内通入驱动电源来驱动主转子进行旋转获得需要的目标角度位置，调角组件通过调整两个刹车环的旋转阻力来更改调位轴往主定子的角度传递，调整通过外部施加的电流无级控制。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明调角组件及与其相连接部件的结构示意图；

图3是图1中的视图A；

图4是本发明主定子及与其相连接部件的结构示意图；

图5是图4中的视图B；

图6是本发明主定子、主转子的轴向图；

图中：1-壳体、21-调位定子、22-调位转子、221-调位轴、3-调角组件、31-第一锥齿轮、32-调角架、33-媒介锥齿轮、34-第二锥齿轮、35-第一刹车环、36-第二刹车环、41-第一刹车组件、411-弹簧支架、412-刹车杆、413-复位弹簧、414-施力线圈、42-第二刹车组件、51-主定子、511-定子铁芯、5111-线圈柱、512-旋转架、513-电刷环、514-转接线、52-主转子、521-输出轴、6-驱动线、61-电刷头、62-引线、9-轴承。

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。

请参阅图1-图6，本发明提供技术方案：

一种具有快拆检修功能的数字式两相步进驱动器，驱动器包括壳体1、调位定子21、调位转子22、调角组件3、主定子51、主转子52，

调位定子21固定安装在壳体1内壁上，调位转子22包括设置在自身中央位置的调位轴221，调位轴221通过轴承9安装在壳体1内，调位转子22与调位定子21轴向重合，

主定子51通过轴承9安装在壳体1内壁上，主转子52通过轴承9安装在主定子51或壳体1上，主转子52包括设置在自身中央位置的输出轴521，

主定子51与调位轴221通过调角组件3连接在一起，主定子51与调位轴221同轴设置，调位轴221转动并无级调整主定子51转角，主定子51带有锁止结构。

如图1所示，驱动器内设有两组定转子，其中的主定子51和主转子52为主要的作业转子，其内的电磁结构输出确定的转角，为传统的步进电机定转子结构，但本申请中，将主定子51转动设置到壳体1内壁上，当主定转子的转角位置不能满足下一次的步进角度时，通过调位定子21、调位转子22、调角组件3来调整主定子51角度位置，使其在新的角度上来驱动主转子52转动，从而输出轴521最终能够停留到需求的角度上，调位定子21、调位转子22也是常用的步进电机定转子结构，其输出的也是确定的角度量，所以，需要调角组件3来将调位轴221的固定的角度量无级转换为另一个角度，如果直接让一组定转子连接着调角组件3就进行输出，那么，输出轴上承接的用户端负载会影响转角无级转换的过程，所以，本申请设置了两组定转子，在调角组件3调整主定子51新位置时，其带有的锁止结构松开，主定子51可以确定可控的转动阻力进行转动，从而可以准确调整主定子51新位置，达到角度控制准确的目的，调位定子21和主定子22单独引线进行步进控制。

调角组件3包括第一锥齿轮31、调角架32、媒介锥齿轮33、第二锥齿轮34、第一刹车环35、第二刹车环36，主定子51包括定子铁芯511、旋转架512，

定子铁芯511通过轴承9安装在壳体1内壁上，定子铁芯511朝向调角组件3的一侧轴向设置旋转架512，旋转架521端面中央朝向调角组件3伸出一段轴并在轴上径向设置第二锥齿轮34和第二刹车环36，调位轴221端部径向设置第一锥齿轮31，调角架32转动安装在壳体1内壁或调位轴221上，调角架32位于第一锥齿轮31和第二锥齿轮34之间的一端端部垂直于调角轴221，调角架32上转动设置媒介锥齿轮33，媒介锥齿轮33分别与第一锥齿轮31、第二锥齿轮34啮合，调角架32上径向设置第一刹车环35；

驱动器还包括设置在壳体1内比上的第一刹车组件41和第二刹车组件42，第一刹车组件41径向抵住第一刹车环35并控制第一刹车环35的旋转阻力，第二刹车组件42径向抵住第二刹车环36并控制第二刹车环36的旋转阻力。

如图1、2所示，主定子51端部连接第二锥齿轮34，而调位轴221端部连接第一锥齿轮31，中间使用既公转又自转的媒介锥齿轮33进行运动传递，媒介锥齿轮33随调角架32进行公转，媒介锥齿轮33绕调角架32端部进行自转，

当调角架32的转动阻力无限大，而第二锥齿轮34没有旋转阻力时，调位轴221带动的第一锥齿轮31的旋转全部传递到第二锥齿轮34上，当调角架32没有转动阻力并且第二锥齿轮34的旋转阻力很大时，则第一锥齿轮31的旋转全部转化为媒介锥齿轮33的自转与公转，第二锥齿轮34不进行转动，所以，第一锥齿轮31的转动传递到第二锥齿轮34上的比例由调角架32、旋转架512的转动阻力比值确定，而此两者的转动阻力分别由两组刹车组件对刹车环抵触力进行调整，并且转换比例只受到刹车阻力的影响，不受输出轴521上负载阻力影响。

第一刹车组件41包括弹簧支架411、刹车杆412、复位弹簧413、施力线圈414，弹簧支架411安装在壳体1内壁上，刹车杆412滑动安装在弹簧支架411中央并端部指向第一刹车环35外表面，刹车杆412杆身为永磁体制成，刹车杆412中间位置设置环形凸起，复位弹簧413一端抵住弹簧支架411、复位弹簧413另一端抵住刹车杆412环形凸起，复位弹簧413将刹车杆412朝远离第一刹车环35的方向推挤，施力线圈414安装到壳体1内壁上并受控施加刹车杆412电磁力使刹车杆412朝第一刹车环35运动。

如图3所示，施力线圈414内通电时刹车杆412朝第一刹车环35运动并抵触在第一刹车环35上，施力线圈414中通入的电流越大，则刹车杆412对于第一刹车环35的运动阻力越大，通过外部施加的控制电流来进行调角组件3的角度转换比例调整，外部在施力线圈414上加载的电流无级调配，准确控制，具体的阻力、电流对应关系可以在出厂前进行标定并记载到本步进驱动器的控制说明书中。

第二刹车组件42具有与第一刹车组件41相同的部件，第二刹车组件42内弹簧将刹车杆朝第二刹车环36方向推挤，第二刹车组件42内施力线圈将刹车杆吸引而远离第二刹车环36。

如图3所示，第一刹车组件41和第二刹车组件42的断电状态相反，在断电时，第一刹车组件41不施加到第一刹车环35阻力，而第二刹车组件42内则处于施加到第二刹车环36上最大阻力的状态，两者执行动作相反，第二刹车环36旋转阻力很大时，对应主定子51位置固定的情况，即，主定子51在新位置确定后，需要位置固定以便为主转子52施加旋转电磁力进行角度输出。

第一刹车环35和第二刹车环36外表面上设有弧形凹陷，刹车杆412端部为球形。球形嵌入弧形凹陷后增大接触面积从而获得较大旋转阻力。

主定子51还包括转接线514，驱动器还包括驱动线6，转接线514将定子铁芯511内的线缆引线引到旋转架512上，转接线514引线端带有旋转释放结构，驱动线6与转接线514电连接。

如图4所示，主定子51需要从外部引入电源线，但在驱动器运行过程中，主定子51需要进行角度调整，其引线位置需要圆周转动，所以，需要在引线位置设置相应的旋转调整结构以便在主定子51转动过程中能够保证主定子51可以从外部获得驱动电源。

主定子51还包括两个电刷环513，电刷环513设置在旋转架512上并以第二锥齿轮34轴线为轴线，转接线514端部连接到电刷环513上，驱动线6包括电刷头61和引线62，电刷头61滑动抵触在电刷环513上，电刷头61与引线62电连接。

如图4、5所示，电刷环513将连接到定子铁芯511的转接线514以圆环形进行对外连接，从而主定子51的旋转不影响定子铁芯511接受外部电源。

定子铁芯511内圈上设置奇数数量的线圈柱5111。如图6所示，线圈柱5111上裹绕线圈，获得外部电源进行步进控制，使主转子52上的永磁体旋转一定角度并停留在新的平衡位置上，调位定转子处设置传统的偶数数量的磁极，从而，不需要调角组件3进行角度转换，直接将调位转子22上的转角叠加在主定子51上也能获得较多的角度调整选择。

壳体1在调角组件3位置处轴向分体并通过紧固件锁紧连接。拆卸时，直接从调角组件3位置处拆开壳体1，可以直接对调位定转子、调角组件3、主定转子内的部件进行检修与调整。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种具有快拆检修功能的数字式两相步进驱动器，其特征在于：所述驱动器包括壳体(1)、调位定子(21)、调位转子(22)、调角组件(3)、主定子(51)、主转子(52)，

所述调位定子(21)固定安装在壳体(1)内壁上，所述调位转子(22)包括设置在自身中央位置的调位轴(221)，所述调位轴(221)通过轴承(9)安装在壳体(1)内，调位转子(22)与调位定子(21)轴向重合，

所述主定子(51)通过轴承(9)安装在壳体(1)内壁上，所述主转子(52)通过轴承(9)安装在主定子(51)或壳体(1)上，所述主转子(52)包括设置在自身中央位置的输出轴(521)，

所述主定子(51)与调位轴(221)通过调角组件(3)连接在一起，主定子(51)与调位轴(221)同轴设置，调位轴(221)转动并无级调整主定子(51)转角，主定子(51)带有锁止结构。

2.根据权利要求1所述的一种具有快拆检修功能的数字式两相步进驱动器，其特征在于：所述调角组件(3)包括第一锥齿轮(31)、调角架(32)、媒介锥齿轮(33)、第二锥齿轮(34)、第一刹车环(35)、第二刹车环(36)，所述主定子(51)包括定子铁芯(511)、旋转架(512)，

所述定子铁芯(511)通过轴承(9)安装在壳体(1)内壁上，定子铁芯(511)朝向调角组件(3)的一侧轴向设置旋转架(512)，所述旋转架(521)端面中央朝向调角组件(3)伸出一段轴并在轴上径向设置第二锥齿轮(34)和第二刹车环(36)，所述调位轴(221)端部径向设置第一锥齿轮(31)，所述调角架(32)转动安装在壳体(1)内壁或调位轴(221)上，调角架(32)位于第一锥齿轮(31)和第二锥齿轮(34)之间的一端端部垂直于调角轴(221)，调角架(32)上转动设置媒介锥齿轮(33)，所述媒介锥齿轮(33)分别与第一锥齿轮(31)、第二锥齿轮(34)啮合，所述调角架(32)上径向设置第一刹车环(35)；

所述驱动器还包括设置在壳体(1)内比上的第一刹车组件(41)和第二刹车组件(42)，所述第一刹车组件(41)径向抵住第一刹车环(35)并控制第一刹车环(35)的旋转阻力，所述第二刹车组件(42)径向抵住第二刹车环(36)并控制第二刹车环(36)的旋转阻力。

3.根据权利要求2所述的一种具有快拆检修功能的数字式两相步进驱动器，其特征在于：所述第一刹车组件(41)包括弹簧支架(411)、刹车杆(412)、复位弹簧(413)、施力线圈(414)，所述弹簧支架(411)安装在壳体(1)内壁上，所述刹车杆(412)滑动安装在弹簧支架(411)中央并端部指向第一刹车环(35)外表面，刹车杆(412)杆身为永磁体制成，刹车杆(412)中间位置设置环形凸起，所述复位弹簧(413)一端抵住弹簧支架(411)、复位弹簧(413)另一端抵住刹车杆(412)环形凸起，复位弹簧(413)将刹车杆(412)朝远离第一刹车环(35)的方向推挤，所述施力线圈(414)安装到壳体(1)内壁上并受控施加刹车杆(412)电磁力使刹车杆(412)朝第一刹车环(35)运动。

4.根据权利要求3所述的一种具有快拆检修功能的数字式两相步进驱动器，其特征在于：所述第二刹车组件(42)具有与第一刹车组件(41)相同的部件，第二刹车组件(42)内弹簧将刹车杆朝第二刹车环(36)方向推挤，第二刹车组件(42)内施力线圈将刹车杆吸引而远离第二刹车环(36)。

5.根据权利要求3所述的一种具有快拆检修功能的数字式两相步进驱动器，其特征在于：所述第一刹车环(35)和第二刹车环(36)外表面上设有弧形凹陷，所述刹车杆(412)端部为球形。

6.根据权利要求2所述的一种具有快拆检修功能的数字式两相步进驱动器，其特征在于：所述主定子(51)还包括转接线(514)，所述驱动器还包括驱动线(6)，所述转接线(514)将定子铁芯(511)内的线缆引线引到旋转架(512)上，所述转接线(514)引线端带有旋转释放结构，所述驱动线(6)与转接线(514)电连接。

7.根据权利要求6所述的一种具有快拆检修功能的数字式两相步进驱动器，其特征在于：所述主定子(51)还包括两个电刷环(513)，所述电刷环(513)设置在旋转架(512)上并以第二锥齿轮(34)轴线为轴线，所述转接线(514)端部连接到电刷环(513)上，所述驱动线(6)包括电刷头(61)和引线(62)，所述电刷头(61)滑动抵触在电刷环(513)上，电刷头(61)与引线(62)电连接。

8.根据权利要求7所述的一种具有快拆检修功能的数字式两相步进驱动器，其特征在于：所述定子铁芯(511)内圈上设置奇数数量的线圈柱(5111)。

9.根据权利要求1所述的一种具有快拆检修功能的数字式两相步进驱动器，其特征在于：所述壳体(1)在调角组件(3)位置处轴向分体并通过紧固件锁紧连接。

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