CN115864691A - 一种小口径半整装式微型直流伺服电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种小口径半整装式微型直流伺服电机，特点为：壳体为在其背面中心设有外凸台的环形壳体，壳体中心孔由轴承锁紧安装孔段、中间过渡孔段及定转子安装孔段构成；两轴承安装在轴承锁紧安装孔段内，两轴承之间安装有轴承外环垫片和轴承内环垫片，轴承锁母锁紧设置于轴承锁紧安装孔段内位于两轴承的外侧，壳体、两轴承、轴承外环垫片、轴承内环垫片构成独立的壳体组件；定子和转子安装于定转子安装孔段内，定子与壳体经螺钉紧固连接实现背后安装；在内侧轴承与转子之间设有转子垫圈；电刷架组件通过螺钉与定子紧固连接。本发明采用“背后安装”的半整装式结构，增大系统的轴向空间利用率，大幅节约了电机占用的空间尺寸。
Description
技术领域
本发明属于直流伺服电机领域，特别涉及一种小口径半整装式微型直流伺服电机。
背景技术
微型直流伺服电机相较于其他电机，采用电刷机械换向，具有机械特性好、可操作性高等特点，现被广泛应用于军民工业领域。在空间狭小且需要精密伺服控制领域，对电机的外形尺寸要求极为严格，同时需要电机具有较强的环境适应性和性能稳定性。因此，如何在有限体积空间中，通过合理设计，突破小尺寸轴系可靠设计、静摩擦力矩区间范围控制有效控制、低力矩波动及高灵敏度等关键技术，对解决实际工程应用中的问题就显得至关重要。
发明内容
本发明的目的是在于克服现有技术的不足之处，提供一种小口径半整装式微型直流伺服电机。
本发明的上述目的通过如下技术方案来实现：
一种小口径半整装式微型直流伺服电机，其特征在于：包含壳体、定子、转子垫圈、两轴承、轴承外环垫片、轴承内环垫片、轴承锁母、转子、电刷架组件；所述壳体为在其背面中心设置有外凸台的环形壳体，壳体的中心孔由轴承锁紧安装孔段、中间过渡孔段及定转子安装孔段构成；所述两轴承安装在轴承锁紧安装孔段内，在两轴承之间安装有轴承外环垫片和轴承内环垫片，用于调节轴承的轴系，所述轴承锁母锁紧设置于轴承锁紧安装孔段内位于两轴承的外侧，所述壳体、两轴承、轴承外环垫片、轴承内环垫片作为轴系支撑结构构成独立的壳体组件；
所述定子和转子安装于壳体的定转子安装孔段内，定子与壳体通过螺钉紧固连接实现背后安装；在位于内侧的轴承与转子之间设置有用于实现壳体组件与转子轴向定位的转子垫圈
电刷架组件通过螺钉与定子紧固连接。
进一步的：所述电刷架组件包括电刷架、两电刷簧、四个电刷块及引线；两电刷簧相对设置于电刷架内，两电刷簧的中部嵌装于电刷架内预设的电刷簧安装槽内，并在电刷簧与电刷架之间设置电刷垫片，电刷簧的中部、电刷垫片及电刷架通过胶粘接连接；两个电刷簧的两边内侧各焊接一电刷块；所述电刷簧使用经过时效处理后的铍青铜材质带材冲压制成的簧片结构。
进一步的：所述定子包括导磁环、磁钢、磁钢罩，并通过胶粘接形成一体结构；所述磁钢采用3对极形式。
进一步的：所述转子包括铁芯、电枢绕组、换向片，电枢绕组均匀缠绕在转子铁芯四周，其引线焊接至换向片上后，并通过灌胶加工成型。
本发明具有的优点和积极效果：
1、本发明采用“背后安装”的半整装式结构，增大系统的轴向空间利用率，严格控制系统径向尺寸，大幅节约了电机占用的空间尺寸，为系统使用时的结构优化提供了可能。
2、本发明突破了极限空间下精密伺服控制电机的总体设计的关键技术，借助单锁母面对面轴承预载荷设计及支撑、小口径分装式等技术手段，实现了宽调速范围、小参数波动、高灵敏度等设计目标，具有装配简单、安全可靠等优点。
3、本发明使用簧片式电刷架组件设计，有效降低了轴向空间，实现电刷精准定位，采用3对极激磁设计，进一步降低冗余，从而实现小尺寸下力矩波动较小化输出以及整机力矩性能的有效提升。
附图说明
图1是本发明一种小口径半整装式微型直流伺服电机剖视图；
图2是本发明一种小口径半整装式微型直流伺服电机右视图；
图3是本发明一种小口径半整装式微型直流伺服电机左视图；
图4是本发明电刷架组件结构示意图；
图5是本发明电刷簧结构示意图；
图6是本发明的定子结构示意图；
图7是采用本发明直流伺服电机的系统使用参考图。
具体实施方式
以下结合附图并通过实施例对本发明的结构作进一步说明。需要说明的是本实施例是叙述性的，而不是限定性的。
一种小口径半整装式微型直流伺服电机，请参见图1-6，其发明点为：包括壳体组件、转子垫圈3、定子2、转子8、电刷架组件9、螺钉等。
所述的壳体组件包括壳体1、两轴承4、轴承外环垫片5、轴承内环垫片6、轴承锁母7。
所述壳体为在壳体背面中心设置有外凸台的环形壳体，壳体上设置有中心孔，壳体的中心孔由轴承锁紧安装孔段、中间过渡孔段及定转子安装孔段构成。轴承锁紧安装孔段用于安装两轴承和轴承锁母，定转子安装孔段用于安装定子和转子，中间过渡孔段用于安装转子垫圈。在轴承锁紧安装段外端部位设置有内螺纹孔，所述两轴承平行安装于轴承锁紧安装孔段内，在两轴承之间安装有轴承内环垫片和轴承外环垫片，在轴承锁紧安装孔段位于两轴承的外侧安装有轴承锁母，通过调节轴承内、外环垫片的厚度实现轴承游隙的可控调节。并借助专用锁紧工装完成单锁母面对面轴承预载荷施加及支撑，最终形成用于轴系支撑的壳体组件。
所述的转子垫圈为使用金属加工的环状零件，其一端顶住位于内侧的轴承内环，另一端顶住转子铁芯一侧，进而实现二者轴向定位，其内孔可根据外接“芯轴”尺寸进行调节。
所述的转子包括铁芯、电枢绕组、换向片等零部件，电枢绕组按照设计要求嵌入转子铁芯中，并均匀缠绕在转子铁芯四周，其引线焊接至换向片上后，灌胶加工成型形成转子；
所述的定子包括导磁环2.1、磁钢2.2、磁钢罩2.3等零件，该结构通过胶粘接形成磁性组件，即定子。如图6所述，在电机激磁设计设计中选用3对极(即6个磁钢，相对的磁钢极性相反)形式，在单波绕组设计过程中，可实现最优化的绕组设计，进一步提升了电机的力学性能，有效降低了电机的力矩波动。
所述的电刷架组件包括电刷簧9.4、电刷块9.5、电刷架9.3、引线等零件，通过焊接、粘接等工艺手段形成电刷架组件。两电刷簧相对设置于电刷架内，两电刷簧的中部嵌装于电刷架内预设的电刷簧安装槽内，并在电刷簧与电刷架之间设置电刷垫片，电刷簧的中部、电刷垫片及电刷架通过胶9.2粘接连接；两个电刷簧的两边内侧各焊接一电刷块。
在电刷架组件设计加工过程中，使用经过时效处理后的铍青铜材质带材冲压制成的簧片结构(如图5所示)作为该电机的电刷簧，用于实现电流传导及簧片压力的可控调节。此外，电刷架组件中使用电刷垫片9.1(如图4)用于对电刷位置进行精准调节，最终实现电刷的精准定位。
壳体组件背面预留有与系统连接的螺纹孔，可通过螺钉11与定子实现紧固连接，电刷架组件通过螺钉10与定子实现紧固连接。
如图所示，本发明的设计方案可视为左侧的轴系支撑结构与电机主体结构结合构成，实现半整装式设计。
本发明的具体工作原理如下：
将电机通过壳体组件背面的螺纹孔与系统预留接口紧固连接，将系统外接“芯轴”穿过电机轴承孔、转子垫圈孔、转子孔并使用“锁紧螺母”进行紧固连接，实现电机与系统的轴向定位安装。通过电刷架组件引线给电机供电，当电机通电时，转子依靠“芯轴”与“锁紧螺母”的锁紧固定，在电机内部驱动力矩的带动下，通过轴系结构进而带动电机实现旋转运动。电机在上位系统的输入指令下，按要求完成规定的伺服运动，驱动系统部分零部件实现精密伺服控制。
如图7所述，系统使用时将图示中的“芯轴13”结构左侧穿入本伺服电机12中，进而实现电机的径向可靠定位，右侧配有“锁紧螺母14”配合力矩扳手实现整个轴系的定量预紧调节。不同使用环境下可通过更改“芯轴”的左侧结构实现与不同系统接口的连接，有效提升了本电机的通用性和使用范围，有效降低了不同系统下微型伺服电机的重复设计成本。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神范围内，各种替换、变化和修改都是可以的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。
Claims (4)
1.一种小口径半整装式微型直流伺服电机，其特征在于：包含壳体、定子、转子垫圈、两轴承、轴承外环垫片、轴承内环垫片、轴承锁母、转子、电刷架组件；所述壳体为在其背面中心设置有外凸台的环形壳体，壳体的中心孔由轴承锁紧安装孔段、中间过渡孔段及定转子安装孔段构成；所述两轴承安装在轴承锁紧安装孔段内，在两轴承之间安装有轴承外环垫片和轴承内环垫片，用于调节轴承的轴系，所述轴承锁母锁紧设置于轴承锁紧安装孔段内位于两轴承的外侧，所述壳体、两轴承、轴承外环垫片、轴承内环垫片作为轴系支撑结构构成独立的壳体组件；
所述定子和转子安装于壳体的定转子安装孔段内，定子与壳体通过螺钉紧固连接实现背后安装；在位于内侧的轴承与转子之间设置有用于实现壳体组件与转子轴向定位的转子垫圈电刷架组件通过螺钉与定子紧固连接。
2.根据权利要求1所述的小口径半整装式微型直流伺服电机，其特征在于：所述电刷架组件包括电刷架、两电刷簧、四个电刷块及引线；两电刷簧相对设置于电刷架内，两电刷簧的中部嵌装于电刷架内预设的电刷簧安装槽内，并在电刷簧与电刷架之间设置电刷垫片，电刷簧的中部、电刷垫片及电刷架通过胶粘接连接；两个电刷簧的两边内侧各焊接一电刷块；所述电刷簧使用经过时效处理后的铍青铜材质带材冲压制成的簧片结构。
3.根据权利要求1所述的小口径半整装式微型直流伺服电机，其特征在于：所述定子包括导磁环、磁钢、磁钢罩，并通过胶粘接形成一体结构。
4.根据权利要求1所述的小口径半整装式微型直流伺服电机，其特征在于：所述转子包括铁芯、电枢绕组、换向片，电枢绕组均匀缠绕在转子铁芯四周，其引线焊接至换向片上后，并通过灌胶加工成型。
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