CN117367340A - 一种滚柱丝杆电机直线位移检测方法及滚柱丝杆电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种滚柱丝杆电机直线位移检测方法及滚柱丝杆电机，其中方法包括以下步骤：同时读取滚柱丝杆电机的角度值和滚柱丝杆电机连接的齿轮减速机构的输出齿轮的角度值，再将滚柱丝杆电机的角度值和滚柱丝杆电机连接的齿轮减速机构的输出齿轮的角度值进行融合处理得到融合后的角度值，最后将融合后的角度值换算得到滚柱丝杆的位移长度。本发明可以消除传动误差，避免因滚柱丝杆电机和输出齿轮的转速不一致导致对滚柱丝杆电机直线位移检测的影响，提高滚柱丝杆电机直线位移检测的精度。

Description

一种滚柱丝杆电机直线位移检测方法及滚柱丝杆电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种滚柱丝杆电机直线位移检测方法及滚柱丝杆电机。

背景技术

目前市场上一般的直线位移检测方法主要包括以下几种：

1、使用线性位移传感器(如电位器、光电编码器、磁性线性位移传感器等)直接测量直线位移。这种方法具有较高的测量精度和稳定性，但成本较高，且需要专门的传感器设备。

2、使用旋转编码器与齿轮机构进行配合，将旋转运动转化为直线位移测量。该方法通过齿轮传动实现位移变换，适用于滚柱丝杆电机等具有转动输出的直线运动系统。然而，齿轮传动可能引入一定的机械间隙和误差，影响测量精度。

3、使用加速度计和陀螺仪等惯性传感器测量直线位移。这种方法不依赖外部传感器装置，具有较小的体积和成本，适用于一些便携式或嵌入式应用。但是，惯性传感器容易受到振动、加速度变化等干扰，可能导致测量误差累积。

这些常见的直线位移检测方法存在一些问题：

1、部分方法的测量精度受到传感器本身的分辨率、非线性特性和环境干扰等因素的影响，可能无法满足高精度测量的要求。

2、部分方法需要使用专用的传感器设备，增加了系统的成本和复杂度。同时，安装和调试这些传感器也需要专业知识和技能。

3、一些传感器对温度、湿度和振动等环境因素敏感，可能需要额外的保护措施或校准过程。

4、部分传感器的响应速度较慢，无法满足高速运动或快速变化的直线位移测量需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种滚柱丝杆电机直线位移检测方法及滚柱丝杆电机，以解决现有技术中提升直线位移检测测量精度导致对设备要求高的技术问题。

本发明提供一种滚柱丝杆电机直线位移检测方法，包括以下步骤：

同时读取第一磁编码器的角度值E1和第二磁编码器的角度值E2，所述角度值E1是滚柱丝杆电机的角度值，所述角度值E2是与所述滚柱丝杆电机连接的齿轮减速机构的输出齿轮的角度值；

获取齿轮减速机构的减速比Z；

获取滚柱丝杆的零点的角度值E1_Zero，所述滚柱丝杆的零点是所述滚柱丝杆能伸出的最大位置；

获取所述第一磁编码器旋转一圈对应的角度值Ea；

通过公式：Q＝(E2*Z-E1_Zero-(E1–Ea/2))/Ea，计算第一磁编码器相对于所述滚柱丝杆的零点的转动圈数，得到转动圈数Q；

对所述转动圈数Q进行取整，得到取整后的转动圈数[Q]；

通过公式：E＝[Q]*Ea+E1，计算得到所述角度值E1和所述角度值E2融合后的角度值，得到角度值E；

获取所述滚柱丝杆的最大位移长度La；

获取所述角度值E与所述滚柱丝杆的伸缩位移的比例值B；

通过公式：L＝La–E*B，计算所述滚柱丝杆的位移长度，得到位移长度L。

如上所述的滚柱丝杆电机直线位移检测方法，在步骤获取滚柱丝杆的零点的角度值E1_Zero中，包括步骤：将所述滚柱丝杆电机以恒定的速度转动，使得丝杆往外伸出；当丝杆运行到最大机械位置时，所述滚柱丝杆电机会发生堵转而电流快速上升；当检测到电流值大于预设的电流阈值时关闭所述滚柱丝杆电机的输出，将所述第二磁编码器当前的值设置为0，并记录所述第一磁编码器当前的值作为丝杆的零点。

如上所述的滚柱丝杆电机直线位移检测方法，在步骤对所述转动圈数Q进行取整，得到取整后的转动圈数[Q]中，包括步骤：将所述转动圈数Q去除小数点及小数点后的数值，得到取整后的转动圈数[Q]。

本发明还提供一种滚柱丝杆电机，所述滚柱丝杆电机上连接有用于减速的齿轮减速机构，所述齿轮减速机构具有输出齿轮，所述滚柱丝杆电机上设有用于检测所述滚柱丝杆电机的旋转运动并输出对应的位移信号的第一磁编码器，所述输出齿轮上设有用于检测所述输出齿轮的旋转运动并输出对应的位移信号的第二磁编码器。

如上所述的滚柱丝杆电机，所述滚柱丝杆电机包括电机壳体、定子绕组、转子套筒、行星滚柱丝杆传动机构、导向模块、电路驱动模块、第一滚珠轴承和第二滚珠轴承，所述电机壳体的中部设有能够供所述定子绕组插入的通孔，所述通孔的内侧壁与所述定子绕组过盈配合，所述转子套筒的前后端分别通过所述第一滚珠轴承和所述第二滚珠轴承与所述电机壳体的内侧壁形成转动连接，所述电路驱动模块固定于所述电机壳体的末端，所述导向模块固定于所述电机壳体的前端面，所述导向模块上设有导向孔，所述行星滚柱丝杆传动机构穿过所述导向孔并伸入所述转子套筒的内部，所述行星滚柱丝杆传动机构与所述转子套筒通过螺纹连接，所述行星滚柱丝杆传动机构通过螺纹传动且所述行星滚柱丝杆传动机构能够在所述转子套筒的内部轴向移动。

如上所述的滚柱丝杆电机，所述定子绕组包括定子铁芯和定子线圈，所述定子铁芯上设有圆周分布的绕线槽，所述转子套筒包括螺母套筒、若干片磁钢和螺母后盖，所述螺母套筒的内侧设有贯通的多头内螺纹齿牙，所述螺母套筒的内侧设有用于安装所述螺母后盖的定位沉孔，所述螺母套筒的外侧设有若干圆周分布并用于安装所述磁钢的磁钢槽。

如上所述的滚柱丝杆电机，所述电机壳体包括前段电机壳、中段电机壳和后段电机壳，所述定子绕组固定在所述中段电机壳的内壁上，所述转子套筒设置于所述定子绕组的内孔中，所述后段电机壳套设在所述第一滚珠轴承的外侧，所述前段电机壳套设在第二滚珠轴承的外侧，所述后段电机壳的端面和所述前段电机壳的端面均与所述中段电机壳的端面接触并通过紧固件连接，所述磁钢与所述定子铁芯对齐且两者之间存在着间隙。

如上所述的滚柱丝杆电机，所述电路驱动模块包括电路板和磁铁，所述电机壳体还包括电机后盖，所述电路板固定在所述电机后盖的内侧上，所述电机后盖固定连接在所述后段电机壳上，所述第一磁编码器焊接在所述电路板的中心处并朝向所述螺母后盖，所述螺母后盖的尾部设有凸台，所述凸台上设有沉孔，所述磁铁则粘接所述沉孔中，所述第一磁编码器的中心轴线与所述磁铁的中心轴线重合。

如上所述的滚柱丝杆电机，所述行星滚柱丝杆传动机构包括丝杆、滚柱、滚柱保持架和钢丝挡圈，所述滚柱保持架以及所述钢丝挡圈均设置在所述丝杆上，所述钢丝挡圈抵接在所述滚柱保持架的端部以阻止所述滚柱保持架轴向移动，所述丝杆上设有丝杆输出端，所述丝杆输出端为扁轴。

如上所述的滚柱丝杆电机，所述导向模块包括导向铜套，所述导向铜套设有导向扁孔，所述扁轴穿过所述导向扁孔。

实施本发明实施例，将具有如下有益效果：

在本发明中，采用第一磁编码器检测滚柱丝杆电机的角度值以及采用第二磁编码器检测与滚柱丝杆电机连接的齿轮减速机构的输出齿轮的角度值，同时读取第一磁编码器的角度值E1和第二磁编码器的角度值E2，再通过数据融合的公式将通过将第一磁编码器和第二磁编码器检测到的角度值数据进行融合处理，可以消除传动误差，避免因滚柱丝杆电机和齿轮减速机构的转速不一致导致对滚柱丝杆电机直线位移检测的影响，提高滚柱丝杆电机直线位移检测的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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。

其中：

图1为本发明实施例示出的滚柱丝杆电机的结构示意图；

图2为本发明实施例示出的滚柱丝杆电机的剖视图；

图3为本发明实施例示出的滚柱、丝杆和滚柱保持架所组成的传动模块的结构示意图；

图4为本发明实施例示出的滚柱的结构示意图；

图5为本发明实施例示出的丝杆的结构示意图；

图6为本发明实施例示出的螺母套筒的结构示意图。

其中：1-电机壳体；101-前段电机壳；102-中段电机壳；103-后段电机壳；104-电机后盖；2-定子绕组；201-定子铁芯；202-定子线圈；3-转子套筒；301-螺母套筒；3011-磁钢槽；302-磁钢；303-螺母后盖；4-行星滚柱丝杆传动机构；401-丝杆；4011-丝杆输出端；4012-丝杆螺纹部；4013-丝杆齿轮部；402-滚柱；4021-滚柱螺纹部；4022-滚柱齿轮部；403-滚柱保持架；404-钢丝挡圈；5-导向模块；501-导向铜套；6-电路驱动模块；601-电路板；602-第一磁编码器；603-磁铁；7-第一滚珠轴承；8-第二滚珠轴承；9-齿轮减速机构；901-输出齿轮；902-第二磁编码器。

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作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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“垂直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“连通”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的实施例公开了一种滚柱丝杆电机直线位移检测方法，该检测方法包括以下步骤：

同时读取第一磁编码器的角度值E1和第二磁编码器的角度值E2，所述角度值E1是滚柱丝杆电机的角度值，所述角度值E2是与所述滚柱丝杆电机连接的齿轮减速机构的输出齿轮的角度值；第一磁编码器和第二磁编码器通常由磁性材料和感应器组成，第一磁编码器的磁性材料固定在滚柱丝杆电机的转子上，并随着转子的旋转产生磁场变化，第一磁编码器的感应器感知磁场变化，并将其转换为电信号输出，第二磁编码器的磁性材料固定在输出齿轮上，并随着输出齿轮的旋转产生磁场变化，第二磁编码器的感应器感知磁场变化，并将其转换为电信号输出。

获取齿轮减速机构的减速比Z；将齿轮减速机构的减速比预设在存储器中，通过读取存储器中来获得齿轮减速机构的减速比Z。

获取滚柱丝杆的零点的角度值E1_Zero，所述滚柱丝杆的零点是所述滚柱丝杆能伸出的最大位置；具体地，先寻找丝杆的零点，定义丝杆能伸出的最大位置为丝杆的零点，寻找丝杆零点的过程如下：让滚柱丝杆电机以恒定的速度V1转动，这时丝杆也开始往外伸出，当丝杆运行到最大机械位置时滚柱丝杆电机会发生堵转电流快速上升，当检测到电流值大于预设的电流阈值时关闭滚柱丝杆电机的输出，将当前第二磁编码器的值设置为0，并记录当前第一磁编码器的值E1_Zero。

获取第一磁编码器旋转一圈对应的角度值Ea；将第一磁编码器旋转一圈对应的角度值预设在存储器中，通过读取存储器中来获得角度值Ea。

通过公式：Q＝(E2*Z-E1_Zero-(E1–Ea/2))/Ea，计算第一磁编码器相对于所述滚柱丝杆的零点的转动圈数，得到转动圈数Q；

对所述转动圈数Q进行取整，得到取整后的转动圈数[Q]；

通过公式：E＝[Q]*Ea+E1，计算得到所述角度值E1和所述角度值E2融合后的角度值，得到角度值E；

获取滚柱丝杆的最大位移长度La；将滚柱丝杆的最大位移长度预设在存储器中，通过读取存储器中来获得滚柱丝杆的最大位移长度La。

获取所述角度值E与所述滚柱丝杆的伸缩位移的比例值B；通过上述公式计算得到滚柱丝杆电机的角度值E1与滚柱丝杆电机连接的齿轮减速机构的输出齿轮的角度值E2融合的角度值E，并测量此时的滚柱丝杆的伸缩位移量，B即为角度值E与滚柱丝杆的伸缩位移量的比例值。

通过公式：L＝La–E*B，计算所述滚柱丝杆的位移长度，得到位移长度L。

当滚柱丝杆电机驱动齿轮减速机构旋转时，滚柱丝杆电机输出轴的线性位移与齿轮减速机构的旋转角度成比例，第一磁编码器和第二磁编码能够将旋转角度转换为相应的位移信号，通过测量第一磁编码器和第二磁编码输出的位移信号，可以计算出滚柱丝杆电机的直线位移大小采用融合后的角度值E换算出来的滚柱丝杆电机的直线位移数值更加精确。

通过以上步骤和数学公式，可以对第一磁编码器和第二磁编码器的数据进行融合处理，得到更准确的直线位移估计值，降低测量误差的影响。需要注意的是，具体的实现细节和参数设置会因应用场景和系统特性而有所不同，可能需要进行进一步的调试和优化。

通过将第一磁编码器和第二磁编码器检测到的角度值数据进行融合处理，可以消除传动误差，避免因滚柱丝杆电机和齿轮减速机构的输出齿轮的转速不一致导致对滚柱丝杆电机直线位移检测的影响，提高滚柱丝杆电机直线位移检测的精度，融合后的数据可以更准确地反映实际的直线位移情况，减少测量误差。融合算法的使用可以减少系统中的测量噪声和不确定性对位移测量的影响。通过上述融合算法的融合处理，可以对测量数据进行平滑和修正，提高系统的稳定性和可靠性。通过提高直线位移的测量精度和系统稳定性，可以在自动化设备、机械加工、工业控制等领域中发挥更大的作用，拓展了滚柱丝杆电机的应用领域。

另一方面，使用齿轮减速机构和两个磁编码器作为直线位移的检测手段，相比其他传感器，具有成本较低且易于实现的优势。本发明的检测方法不需要额外的传感器设备，减少了系统的复杂度和成本。

本发明的检测方法利用了齿轮减速机构将滚柱丝杆电机的直线运动转换为旋转角度，同时第一磁编码器获取的角度值和第二磁编码获取的角度值进行融合后准确的角度数据，使得换算出来的直线位移大小更加精准，实现准确检测。通过齿轮减速机构和两个磁编码器的协同作用，可以实现对滚柱丝杆电机直线位移的精确测量，该检测方法的检测精度高、可靠性好且涉及的结构简单，适用于滚柱丝杆电机直线位移的实时监测和控制领域。

如图1和图2，本发明的实施例公开了一种滚柱丝杆电机，滚柱丝杆电机上连接有用于减速的齿轮减速机构9，齿轮减速机构9上具有输出齿轮901，滚柱丝杆电机上设有用于检测滚柱丝杆电机的旋转运动并输出对应的位移信号的第一磁编码器602，输出齿轮901上设有用于检测输出齿轮901的旋转运动并输出对应的位移信号的第二磁编码器902。齿轮减速机构9通常采用多级齿轮减速机构，由滚柱丝杆电机的转子直接驱动，齿轮减速机构9将滚柱丝杆电机的转子旋转运动进行减速，使得在滚柱丝杆电机的直线行程范围内，齿轮减速机构9的输出齿轮901的旋转行程至多为一圈。

具体地，第一磁编码器602利用磁场感应原理测量滚柱丝杆电机的旋转运动，并将滚柱丝杆电机的旋转角度转换为对应的位移信号；第二磁编码器902利用磁场感应原理测量输出齿轮的旋转运动，并将输出齿轮的旋转角度转换为对应的位移信号。

具体地，通过第一磁编码器602获取的角度值和第二磁编码器902获取的角度值进行数据融合，把两个角度值融合成一个角度值，融合后的数值综合了两个原始数据的特性，可以提高分辨率，达到更高的检测精度。

具体地，滚柱丝杆电机包括电机壳体1、定子绕组2、转子套筒3、行星滚柱丝杆传动机构4、导向模块5、电路驱动模块6、第一滚珠轴承7和第二滚珠轴承8。电机壳体1是中空的，其内侧壁与定子绕组2为过盈配合，并且通过电机壳体1的内侧凸台进行轴向定位；转子套筒3的前后端通过第一滚珠轴承7和第二滚珠轴承8与电机壳体1的内侧壁形成转动连接，通过电机壳体1的内侧凸台轴向定位；电路驱动模块6固定于电机壳体1内侧的末端；行星滚柱丝杆传动机构4与转子套筒3通过内外螺纹配合在一起，并穿过导向模块5的导向孔使其圆周定位，导向模块5固定于电机壳体1的前端面，行星滚柱丝杆传动机构4通过螺纹传动以及导向模块5能够在转子套筒3的内部轴向移动。

进一步地，定子绕组2包括定子铁芯201和定子线圈202，定子铁芯201上设有圆周分布的绕线槽，通过专用绕线机将定子线圈202缠绕在定子铁芯201预留的绕线槽中，组成定子绕组2。如图6，转子套筒3包括螺母套筒301、若干片磁钢302和螺母后盖303，螺母套筒301内侧设有贯通的多头内螺纹齿牙，螺母套筒301内侧两端设有定位沉孔，由于加工原因定位沉孔直径需大于内螺纹的底径，将螺母后盖303由螺母套筒301左侧的定位沉孔装入，通过螺钉固定；螺母套筒301外侧的中间段设有若干圆周分布的磁钢槽3011，将若干片磁钢302依次通过粘接的方式固定于磁钢槽3011中，组成转子套筒3。

进一步地，电机壳体1包括前段电机壳101、中段电机壳102和后段电机壳103，将定子绕组2由中段电机壳102的左侧装入，定子绕组2与中段电机壳102的内壁通过过盈配合固定在一起，并且通过中段电机壳102的内侧凸台轴向定位；将转子套筒3插入至上述部件的中空处，即定子绕组2的内孔中，使得磁钢302与定子绕组2预对齐，将第一滚珠轴承7由螺母套筒301的左侧装入直至轴肩限位处，将后段电机壳103套设在第一滚珠轴承7的外侧，直至后段电机壳103的端面与中段电机壳102端面接触，随后将第二滚珠轴承8由螺母套筒301的右侧装入直至轴肩限位处，将前段电机壳101套设在第二滚珠轴承8的外侧，通过前段电机壳101的内侧凸台定位，并使得前段电机壳101的端面与中段电机壳102端面接触，通过螺钉分别将前段电机壳101和后段电机壳103与中段电机壳102连接在一起；此时，转子套筒3与电机壳体1通过第一滚珠轴承7和第二滚珠轴承8形成转动副，而定子绕组2则固定在电机壳体1的内部，同时转子套筒3的磁钢302与定子绕组2的定子铁芯201对齐，两者之间存在着间隙，即为气隙。

进一步地，电路驱动模块6包括电路板601、第一磁编码器602和磁铁603，电机壳体1还包括电机后盖104，电路板601通过螺钉固定在电机后盖104的内侧，电机后盖104则通过螺钉与后段电机壳103固连；第一磁编码器602与磁铁603是成对使用的，第一磁编码器602作为元器件焊接在电路板601的中心处，并且朝向转子套筒3的螺母后盖303，螺母后盖303的尾部设有凸台，凸台上设有沉孔，磁铁603则粘接在此沉孔中，此时第一磁编码器602与磁铁603同轴，并存在微小间距，即气隙，通过转子套筒3带动磁铁603转动，造成磁场的变化，第一磁编码器602则可以从中得到转子套筒3的角度变化，使其成为一个闭环的控制系统。

图1-5所示，本发明的实施例中，行星滚柱丝杆传动机构4，包括丝杆401、滚柱402、滚柱保持架403和钢丝挡圈404。丝杆401的长轴端为丝杆输出端4011，丝杆输出端4011为扁轴，丝杆401中部设有多头的丝杆螺纹部4012，在丝杆螺纹部4012两侧隔开一段退刀槽的位置设有丝杆齿轮部4013；滚柱402中部设有单头的滚柱螺纹部4021，在滚柱螺纹部4021两侧隔开一段退刀槽的位置设有滚柱齿轮部4022，同时滚柱齿轮部4022上还设有螺纹，两侧滚柱齿轮部4022上的螺纹与中部的滚柱螺纹部4021是一起加工出来的。将若干滚柱402圆周均布在丝杆401的外侧，并且使得丝杆螺纹部4012和滚柱螺纹部4021对齐且啮合，以及丝杆齿轮部4013和滚柱齿轮部4022对齐且啮合；滚柱保持架403上设有若干圆周均布的装配孔，用以配合滚柱402，将2个滚柱保持架403从丝杆401的两端装入直至丝杆401的轴肩限位处，并且滚柱402两端分别插入到滚柱保持架403的装配孔中，轴孔均为间隙配合，随后将2个钢丝挡圈404装配在丝杆401上，丝杆齿轮部4013的外侧设有挡圈装配槽用以装配钢丝挡圈404，从而使得滚柱保持架403轴向定位，从而组成了行星滚柱丝杆传动机构4；最后通过滚柱402和螺母套筒301的内外螺纹传动配合，将行星滚柱丝杆传动机构4由螺母套筒301的右侧旋入。

进一步地，滚柱402和丝杆401的齿轮部齿数比，等于螺纹部的头数比，等于齿轮部分度圆/螺纹部中径的直径比，并且滚柱402和丝杆401的螺纹部旋向相反，丝杆401和螺母套筒301的螺纹部旋向相同；由于上述关系，圆周均布在丝杆401外侧的若干滚柱402，在螺纹啮合传动和齿轮啮合传动的作用下，滚柱402在绕丝杆401公转的同时，滚柱402还在自转，并且滚柱402和丝杆401的轴向位置相对保持静止；当转子套筒3转动时，螺母套筒301和滚柱402由于内外螺纹的传动配合，带动滚柱402公转，并且产生轴向位置的相对变化，同时由于滚柱402与丝杆401之间的齿轮传动啮合和螺纹传动啮合，滚柱402同时自转，并在导向模块5的作用下，带动整个行星滚柱丝杆传动机构4作直线往复运动。

进一步地，导向模块5包括导向铜套501，导向铜套501设有导向扁孔，导向铜套501装入前段电机壳101的装配孔并通过螺钉固定在前段电机壳101的前端面上，同时丝杆输出端4011穿过导向铜套501的导向扁孔，使得丝杆401圆周定位。

滚柱丝杆电机的驱动原理如下：滚柱丝杆电机通电后，定子绕组2通入了三相电流，产生一个旋转磁场，这个旋转磁场与转子套筒3上由磁钢302产生的恒定磁场相互作用，从而使得转子套筒3转动，通过套铜螺母与若干滚柱402之间内外螺纹的传动配合，以及若干滚柱402与丝杆401之间通过齿轮和螺纹的传动配合，最终使得丝杆401作轴向往复移动，同时通过第一磁编码器602可以实时得知螺母套筒301转动的角度，可以通过数学关系推算出丝杆401的直线位移，使之成为一个闭环的控制系统。

进一步地，本实施例中滚柱丝杆电机采用的是反向式的行星滚柱丝杆传动机构4，也可以采用正向式的行星滚柱丝杆传动机构4，即滚柱402绕螺母套筒301同时公转和自转，且滚柱402和螺母套筒301之间轴向相对保持静止，丝杆401由于螺纹传动作直线往复运动，此时丝杆401、滚柱402和螺母套筒301的螺纹旋向相同。

优选地，磁钢302材料选用钕铁硼永磁体，并且预先进行充磁处理。根据滚柱丝杆电机的性能要求和设计需求来确定磁钢302以及磁钢槽3011的数量。

进一步地，螺母套筒301由低碳钢材料制成，从而使螺母套筒301具有良好的导磁性，可以对贴在其上的磁钢302进行导磁，优选地，螺母套筒301选用10号钢，也可以选择类似的低碳钢。

进一步地，螺母套筒301和丝杆401选用相同的齿形和头数，并且旋向相同，滚柱402则为单头螺纹，选用弧形齿形；优选地，螺母套筒301、丝杆401和滚柱经过热处理工艺，能够增强其耐磨性、硬度、强度等机械性能。

进一步地，滚柱保持架403上装配孔的数量与滚柱的数量相匹配，滚柱保持架403材料选用黄铜等耐磨材料。

进一步地，后段电机壳103上设有工艺槽孔，用作电机出线、走线以及散热作用。

进一步地，导向铜套501的导向孔为与丝杆输出端4011相匹配的扁孔，导向孔也可以为方孔或者D型孔，丝杆输出端4011与导向孔相匹配。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种滚柱丝杆电机直线位移检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

同时读取第一磁编码器的角度值E1和第二磁编码器的角度值E2，所述角度值E1是滚柱丝杆电机的角度值，所述角度值E2是与所述滚柱丝杆电机连接的齿轮减速机构的输出齿轮的角度值；

获取齿轮减速机构的减速比Z；

获取滚柱丝杆的零点的角度值E1_Zero，所述滚柱丝杆的零点是所述滚柱丝杆能伸出的最大位置；

获取所述第一磁编码器旋转一圈对应的角度值Ea；

通过公式：Q＝(E2*Z-E1_Zero-(E1–Ea/2))/Ea，计算第一磁编码器相对于所述滚柱丝杆的零点的转动圈数，得到转动圈数Q；

对所述转动圈数Q进行取整，得到取整后的转动圈数[Q]；

通过公式：E＝[Q]*Ea+E1，计算得到所述角度值E1和所述角度值E2融合后的角度值，得到角度值E；

获取所述滚柱丝杆的最大位移长度La；

获取所述角度值E与所述滚柱丝杆的伸缩位移的比例值B；

通过公式：L＝La–E*B，计算所述滚柱丝杆的位移长度，得到位移长度L。

2.根据权利要求1所述的滚柱丝杆电机直线位移检测方法，其特征在于，在步骤获取滚柱丝杆的零点的角度值E1_Zero中，包括步骤：将所述滚柱丝杆电机以恒定的速度转动，使得丝杆往外伸出；当丝杆运行到最大机械位置时，所述滚柱丝杆电机会发生堵转而电流快速上升；当检测到电流值大于预设的电流阈值时关闭所述滚柱丝杆电机的输出，将所述第二磁编码器当前的值设置为0，并记录所述第一磁编码器当前的值作为丝杆的零点E1_Zero。

3.根据权利要求1所述的滚柱丝杆电机直线位移检测方法，其特征在于，在步骤对所述转动圈数Q进行取整，得到取整后的转动圈数[Q]中，包括步骤：将所述转动圈数Q去除小数点及小数点后的数值，得到取整后的转动圈数[Q]。

4.一种滚柱丝杆电机，其特征在于，所述滚柱丝杆电机上连接有用于减速的齿轮减速机构(9)，所述齿轮减速机构(9)具有输出齿轮(901)，所述滚柱丝杆电机上设有用于检测所述滚柱丝杆电机的旋转运动并输出对应的位移信号的第一磁编码器(602)，所述输出齿轮(901)上设有用于检测所述输出齿轮(901)的旋转运动并输出对应的位移信号的第二磁编码器(902)。

5.根据权利要求4所述的滚柱丝杆电机，其特征在于，所述滚柱丝杆电机包括电机壳体(1)、定子绕组(2)、转子套筒(3)、行星滚柱丝杆传动机构(4)、导向模块(5)、电路驱动模块(6)、第一滚珠轴承(7)和第二滚珠轴承(8)，所述电机壳体(1)的中部设有能够供所述定子绕组(2)插入的通孔，所述通孔的内侧壁与所述定子绕组(2)过盈配合，所述转子套筒(3)的前后端分别通过所述第一滚珠轴承(7)和所述第二滚珠轴承(8)与所述电机壳体(1)的内侧壁形成转动连接，所述电路驱动模块(6)固定于所述电机壳体(1)的末端，所述导向模块(5)固定于所述电机壳体(1)的前端面，所述导向模块(5)上设有导向孔，所述行星滚柱丝杆传动机构(4)穿过所述导向孔并伸入所述转子套筒(3)的内部，所述行星滚柱丝杆传动机构(4)与所述转子套筒(3)通过螺纹连接，所述行星滚柱丝杆传动机构(4)通过螺纹传动且所述行星滚柱丝杆传动机构(4)能够在所述转子套筒(3)的内部轴向移动。

6.根据权利要求5所述的滚柱丝杆电机，其特征在于，所述定子绕组(2)包括定子铁芯(201)和定子线圈(202)，所述定子铁芯(201)上设有圆周分布的绕线槽，所述转子套筒(3)包括螺母套筒(301)、若干片磁钢(302)和螺母后盖(303)，所述螺母套筒(301)的内侧设有贯通的多头内螺纹齿牙，所述螺母套筒(301)的内侧设有用于安装所述螺母后盖(303)的定位沉孔，所述螺母套筒(301)的外侧设有若干圆周分布并用于安装所述磁钢(302)的磁钢槽(3011)。

7.根据权利要求6所述的滚柱丝杆电机，其特征在于，所述电机壳体(1)包括前段电机壳(101)、中段电机壳(102)和后段电机壳(103)，所述定子绕组(2)固定在所述中段电机壳(102)的内壁上，所述转子套筒(3)设置于所述定子绕组(2)的内孔中，所述后段电机壳(103)套设在所述第一滚珠轴承(7)的外侧，所述前段电机壳(101)套设在第二滚珠轴承(8)的外侧，所述后段电机壳(103)的端面和所述前段电机壳(101)的端面均与所述中段电机壳(102)的端面接触并通过紧固件连接，所述磁钢(302)与所述定子铁芯(201)对齐且两者之间存在着间隙。

8.根据权利要求7所述的滚柱丝杆电机，其特征在于，所述电路驱动模块(6)包括电路板(601)和磁铁(603)，所述电机壳体(1)还包括电机后盖(104)，所述电路板(601)固定在所述电机后盖(104)的内侧上，所述电机后盖(104)固定连接在所述后段电机壳(103)上，所述第一磁编码器(602)焊接在所述电路板(601)的中心处并朝向所述螺母后盖(303)，所述螺母后盖(303)的尾部设有凸台，所述凸台上设有沉孔，所述磁铁(603)则粘接所述沉孔中，所述第一磁编码器(602)的中心轴线与所述磁铁(603)的中心轴线重合。

9.根据权利要求5所述的滚柱丝杆电机，其特征在于，所述行星滚柱丝杆传动机构(4)包括丝杆(401)、滚柱(402)、滚柱保持架(403)和钢丝挡圈(404)，所述滚柱保持架(403)以及所述钢丝挡圈(404)均设置在所述丝杆(401)上，所述钢丝挡圈(404)抵接在所述滚柱保持架(403)的端部以阻止所述滚柱保持架(403)轴向移动，所述丝杆(401)上设有丝杆输出端(4011)，所述丝杆输出端(4011)为扁轴。

10.根据权利要求9所述的滚柱丝杆电机，其特征在于，所述导向模块(5)包括导向铜套(501)，所述导向铜套(501)设有导向扁孔，所述扁轴穿过所述导向扁孔。