CN117713440A - 直线驱动机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种直线驱动机构，包括机壳、前盖和后盖、定子以及转子；直线驱动机构还包括套装于转子内的滚动丝杆、第一轴承和第二轴承；滚动丝杆包括中心丝杆和沿转子的轴向延伸的丝杆螺母，丝杆螺母固定于第二轴承内，丝杆螺母套设于中心丝杆并与中心丝杆形成转动连接；转子包括呈中空的转子本体和由转子本体靠近前盖的一端沿转子本体的外周凸出延伸的呈环状的凸台，转子本体远离前盖的一端固定于第一轴承，凸台固定于丝杆螺母的一端，转子转动驱动丝杆螺母旋转，从而使得丝杆螺母旋转驱动中心丝杆实现直线伸缩运动。与现有技术相比，本发明的直线驱动机构的直线驱动效果好，便于缩短丝杆螺母的长度，节约成本，节省安装空间。

Description

直线驱动机构

技术领域

本发明涉及直线驱动技术领域，尤其涉及一种直线驱动机构。

背景技术

目前人工智能和机器人行业的快速发展，由于空间、节能性等的要求对直线执行器提出更严格的要求，直线执行器向着高集成化、体积更小、承载能力更高、响应更快的方向发展。直线驱动机构是直线执行器的一种，采用丝杆为主动件，螺母做直线输出，也即螺母不转动但沿轴线方向做伸缩运行，丝杆转动的方式运行。

相关技术中，标准型直线丝杆执行器大多采用同轴，电机通过齿轮或联轴器连接伸出轴，旋转轴，推动螺母做轴向前移或的后退动作；或并列式的传动机构，其动力源比如电动机或内燃机轴输出转矩，通过齿轮或皮带，传递到平行的丝杆轴上，但在标准型行星滚柱丝杆部分无一例外都是丝杆轴在作为主动。如果是电动机作为动力源，电动机转子轴和行星滚柱丝杆的轴集成到一起，电机外径较大，而行星滚柱丝杆螺母也有一定的尺寸，两者在空间上沿轴向呈现串联结构，同时为了系统的安全必须设置机壳将电机定子外径及螺母的外部均约束到一个整体壳中，这加大了行星滚柱丝杆直线执行器的整体尺寸。

因此，有必要提供一种新的直线驱动机构来解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种直线驱动效果好，便于缩短丝杆螺母的长度，节约成本，节省安装空间的直线驱动机构。

为了达到上述目的，本发明提供了一种直线驱动机构，包括机壳、分别固定于所述机壳相对两端的前盖和后盖、设置于所述机壳内的定子以及设置于所述定子内且与所述定子形成转动连接的呈空心的转子；所述直线驱动机构还包括套装于所述转子内的滚动丝杆、套设于所述转子且固定于所述后盖的一端的第一轴承和套设于所述滚动丝杆且固定于所述机壳内的第二轴承；

所述滚动丝杆包括设置于所述转子的内周侧且贯穿所述前盖的中心丝杆和沿所述转子的轴向延伸的丝杆螺母，所述丝杆螺母固定于所述第二轴承内，所述丝杆螺母套设于所述中心丝杆并与所述中心丝杆形成转动连接；

所述转子包括呈中空的转子本体和由所述转子本体靠近所述前盖的一端沿所述转子本体的外周凸出延伸的呈环状的凸台，所述转子本体远离所述前盖的一端固定于所述第一轴承，所述凸台插设固定于所述丝杆螺母靠近所述后盖的一端，所述转子转动驱动所述丝杆螺母旋转，从而使得所述丝杆螺母旋转驱动所述中心丝杆实现直线伸缩运动。

优选的，所述滚动丝杆为行星滚柱丝杆，所述丝杆螺母包括具有螺纹结构的第一螺母本体、形成于所述第一螺母本体的周侧的第一轴承挡、由所述第一螺母本体的内壁的两端分别凹陷形成的呈环状的第一安装槽和第二安装槽、固定设置于所述第一安装槽内的第一齿轮圈、固定设置于所述第二安装槽的第二齿轮圈以及环绕所述中心丝杆设置的若干个环形丝杆柱，每一所述环形丝杆柱的两端分别设置于所述第一齿轮圈和所述第二齿轮圈且形成转动连接；所述第一螺母本体固定于所述第二轴承内，所述第一轴承挡抵接所述第二轴承靠近所述后盖的一侧；所述凸台固定设置于所述第一安装槽内且抵接所述第一齿轮圈；

所述中心丝杆包括设置于所述转子内且设有螺纹结构的第一中心丝杆本体和由所述第一中心丝杆本体靠近所述前盖的一端延伸形成的第一伸出端；所述第一中心丝杆本体分别与每个所述环形丝杆柱相互啮合，每个所述环形丝杆柱皆与所述第一螺母本体相互啮合，所述第一伸出端贯穿所述前盖。

优选的，所述滚动丝杆为滚珠丝杆，所述丝杆螺母包括第二螺母本体、凹陷形成于所述第二螺母本体的内周侧的呈螺纹状的第一滚珠槽、形成于所述第二螺母本体的外周侧的第二轴承挡、由所述第二螺母本体的远离所述前盖的一端向其内凹陷形成的第三安装槽、以及设置于所述第一滚珠槽内的若干个滚珠；所述第二螺母本体设置于所述第二轴承内，所述第二轴承挡抵接所述第二轴承靠近所述后盖的一侧；

所述中心丝杆包括设置于所述转子内的第二中心丝杆本体和由所述第二中心丝杆本体靠近所述前盖的一端延伸形成的第二伸出端；所述第二中心丝杆本体的外周凹陷形成的呈螺纹状的第二滚珠槽，所述第一滚珠槽与所述第二滚珠槽对应设置，所述滚珠皆夹设于所述第一滚珠槽与所述第二滚珠槽之间以使得所述第二中心丝杆本体与所述第二螺母本体形成滚动连接。

优选的，所述直线驱动机构还包括套设固定于所述丝杆螺母的挡块，所述挡块抵接所述第二轴承靠近所述前盖的一侧。

优选的，所述转子的直径小于所述丝杆螺母的直径。

优选的，所述转子还包括套设固定于所述转子本体的铁芯和固定于所述铁芯的若干个永磁体，每个所述永磁体皆与所述定子间隔设置。

优选的，所述直线驱动机构还包括位置传感器，所述位置传感器包括固定于所述后盖的采集部分和固定于所述转子的旋转部分，所述采集部分与所述旋转部分相对间隔设置。

优选的，所述定子和所述转子共同形成的电机采用8极9槽、10极12槽结构或14极12槽结构或16极12槽结构。

优选的，所述位置传感器为霍尔位置传感器、磁编码位置传感器或光编码位置传感器。

优选的，所述直线驱动机构还包括套设固定于所述转子靠近所述后盖一侧的底座，所述旋转部分固定于所述底座。

优选的，所述直线驱动机构还包括轴承室，所述轴承室套设固定于所述第一轴承，所述轴承室的外周侧与所述机壳的内壁固定连接。

与现有技术相比，本发明的直线驱动机构中，通过定子驱动转子在机壳内转动，将中心丝杆设置于转子内，将丝杆螺母沿转子呈轴向延伸设置，将丝杆螺母固定于第二轴承内，丝杆螺母转动套设于中心丝杆；转子包括呈中空的转子本体和由转子本体靠近前盖的一端呈径向环形延伸的凸台，转子本体远离前盖的一端固定于第一轴承，使得凸台与丝杆螺母集成为一体结构，所述转子转动驱动所述丝杆螺母旋转，从而使得丝杆螺母旋转驱动中心丝杆实现直线伸缩运动；通过第一轴承和第二轴承的安装设置，使得转子在转动时，丝杆螺母不会发生轴向运动，转子通过丝杆螺母旋转过程中将扭矩传递到中心丝杆上，转化为推力，因为丝杆螺母被限制了无法轴向运动，根据力的相互作用，中心丝杆将被推动轴向运动，实现直线驱动运动功能。同时，将滚动丝杆套装到转子的内壁中，将有效缩短丝杆螺母的长度，丝杆螺母可以独立加工，简化了工艺。进一步节约成本，节省安装空间。

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它的附图，其中：

图1为本发明实施例一提供的直线驱动机构的立体结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的直线驱动机构的立体结构分解图；

图3为图1的A-A线剖视图；

图4为本发明实施例二提供的直线驱动机构的立体结构示意图；

图5为图4的B-B线剖视图。

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它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

结合图1至图3所示，本发明实施例提供了一种直线驱动机构100，包括机壳1、分别固定于所述机壳1相对两端的前盖3和后盖2、设置于所述机壳1内的定子4以及设置于所述定子4内且与所述定子4形成转动连接的呈空心的转子5；所述直线驱动机构100还包括套装于所述转子5的滚动丝杆6、套设于所述转子5且固定于所述后盖2的第一轴承7和套设于所述滚动丝杆6且固定于所述机壳1内的第二轴承8。

本实施方式，第一轴承7为深沟球轴承，第二轴承8为四点接触轴承或角接触轴承，所述滚动丝杆6可以是行星滚柱丝杆。通过第一轴承7和第二轴承8对滚动丝杆6起到径向约束和轴向约束作用，便于滚动丝杆6在转子5的驱动下实现直线伸缩运动。

所述直线驱动机构100还包括轴承室12，所述轴承室12套设固定于所述第一轴承7，所述轴承室12的外周侧与所述机壳1的内壁固定连接。方便安装固定第一轴承7。

本实施方式中，优选的，前盖3和后盖2分别可拆卸固定于机壳1的两端。可选的，前盖3与机壳1卡接或扣接固定，后盖2与机壳1卡接或扣接固定，方便组装。

当然也可是机壳1分别与前盖3和后盖2通过焊接工艺固定连接，固定效果更佳。

所述滚动丝杆6包括设置于所述转子5的内周侧且贯穿所述前盖3的中心丝杆61和沿所述转子5的轴向延伸的丝杆螺母62，所述丝杆螺母62固定于所述第二轴承8内，所述丝杆螺母62转动套设于所述中心丝杆61并与所述中心丝杆61形成转动连接。

所述转子5包括呈中空的转子本体51和由所述转子本体51靠近前盖3的一端沿所述转子本体51的外周凸出延伸的呈环状的凸台52，所述转子本体51远离所述前盖3的一端固定于所述第一轴承7，所述凸台52插设固定于所述丝杆螺母62靠近所述后盖2的一端，所述转子5转动驱动所述丝杆螺母62旋转，从而使得所述丝杆螺母62旋转驱动所述中心丝杆61实现直线伸缩运动。可选的，凸台52与丝杆螺母62可以是螺纹连接形成一体结构，也可以是销连接形成一体结构，连接后转子5与丝杆螺母62可做同轴旋转，丝杆螺母62与转子5同步旋转为主动件，中心丝杆61做轴线方向伸缩运行。

具体地，通过定子4驱动转子5在机壳1内转动，将中心丝杆61设置于转子5内，将丝杆螺母62沿转子5呈轴向排列，丝杆螺母62固定于第二轴承8内，丝杆螺母62转动套设于中心丝杆61；转子5包括呈中空的转子本体51和由转子本体51靠近前盖3的一端呈径向环形延伸的凸台52，转子本体51远离前盖3的一端固定于第一轴承7，凸台52与丝杆螺母62为一体成型结构，所述转子5转动驱动所述丝杆螺母62旋转，从而使得，丝杆螺母62旋转驱动中心丝杆61实现直线伸缩运动。通过第一轴承7和第二轴承8的安装设置，使得转子5在转动时，丝杆螺母62不会发生轴向运动，转子5通过丝杆螺母62旋转过程中将扭矩传递到中心丝杆61上，转化为推力，因为丝杆螺母62被限制了无法轴向运动，根据力的相互作用，中心丝杆61将被推动轴向运动，实现直线驱动运动功能。同时，将滚动丝杆6套装到转子5的内壁中，将有效缩短丝杆螺母62的长度，丝杆螺母62可以独立加工，简化了工艺，加工难度小。进一步节约成本，整体中心丝杆61承载力大，节省安装空间。

本实施方式，所述丝杆螺母62包括具有螺纹结构的第一螺母本体621、形成于所述第一螺母本体621的周侧的第一轴承挡622、由所述第一螺母本体621的内壁两端分别凹陷形成的第一安装槽623和第二安装槽624、固定设置于所述第一安装槽623内的第一齿轮圈625、固定设置于所述第二安装槽624的第二齿轮圈626以及环绕所述中心丝杆61设置的若干个环形丝杆柱627，每一所述环形丝杆柱627的两端分别设置于所述第一齿轮圈625和所述第二齿轮圈626且形成转动连接；所述第一螺母本体621固定于所述第二轴承8内，所述第一轴承挡622抵接所述第二轴承8靠近所述后盖2的一侧；所述凸台52固定于设置于所述第一安装槽623内且抵接所述第一齿轮圈625。

所述中心丝杆61包括设置于所述转子5内且设有螺纹结构的第一中心丝杆本体611和由所述第一中心丝杆本体611靠近所述前盖3的一端延伸形成的第一伸出端612；所述第一中心丝杆本体61分别1与每个所述环形丝杆柱627相互啮合，每个所述环形丝杆柱627皆与所述第一螺母本体621相互啮合，所述第一伸出端612贯穿所述前盖3设置。通过第一齿轮圈625和第二齿轮圈626安装若干个环形丝杆柱627，使得所述第一中心丝杆本体611与若干个所述环形丝杆柱627相互啮合，若干个所述环形丝杆柱627与所述第一螺母本体621相互啮合，通过定子4驱动转子5带动第一螺母本体621旋转，第一螺母本体621带动若干个环形丝杆柱627旋转，从而驱动中心丝杆61进行直线伸缩运动。

本实施方式，所述直线驱动机构100还包括套设固定于所述丝杆螺母62的挡块9，所述挡块9抵接所述第二轴承8靠近所述前盖3的一侧。通过在第二轴承8的一侧被挡块9顶靠，另一端被锁紧螺栓顶靠，以确保限制丝杆螺母62轴向方向位置的作用。

本实施方式，所述转子5的直径小于所述丝杆螺母62的直径。方便将转子5靠近前盖3的一端安装固定于丝杆螺母62的一端内，集成组装方便。

本实施方式，所述转子5还包括套设固定于所述转子本体51的铁芯53和固定于所述铁芯53的若干个永磁体54，每个所述永磁体54皆与所述定子4间隔设置。通过将永磁体54组装在铁芯53上；可选的，永磁体54表贴固定于铁芯53的外周侧，或将永磁体54内嵌设置于铁芯53内，永磁体54固定效果良好。

本实施方式，所述直线驱动机构100还包括位置传感器10，所述位置传感器10包括固定于所述后盖2的采集部分101和固定于所述转子5的旋转部分102，所述采集部分101与所述旋转部分102相对间隔设置。通过旋转部分102随转子5的旋转运动，通过采集部分101采集旋转部分102旋转的角度、圈数等，从而获得相应的中心丝杆61伸缩距离。

本实施方式，定子4和转子5共同形成的电机采用8极9槽结构、10极12槽结构或14极12槽结构、16极12槽结构。例如，8极9槽结构表示为8个永磁体极和9个定子槽。

本实施方式，所述位置传感器10为霍尔位置传感器、磁编码位置传感器或光编码位置传感器。

本实施方式，所述直线驱动机构100还包括套设固定于所述转子5靠近所述后盖2一侧的底座11，所述旋转部分102固定于所述底座11。通过底座11将转子5靠近后盖2的一端封闭，并将旋转部分102安装于底座11内，节省安装空间。

本实施方式，所述第一中心丝杆本体611和所述第二中心丝杆本体613的长度均大于或等于所述转子5的长度。

本实施方式中，通过将直线驱动机构100应用于机器人的四肢关节用于电驱动直线执行器，该集成度高，工艺简化。

实施例二

结合图1至图5所示，实施例二与实施例一基本结构相同，产生的技术效果相同，其区别点为：在本实施方式，所述滚动丝杆6可以是滚珠丝杆，所述丝杆螺母62包括第二螺母本体628、凹陷形成于所述第二螺母本体628的内周侧的呈螺纹状的第一滚珠槽629、形成于所述第二螺母本体628的外周侧的第二轴承挡6210、由所述第二螺母本体628的远离所述前盖3的一端向其内凹陷形成的第三安装槽6211、以及设置于所述第一滚珠槽629内的若干个滚珠6212；所述第二螺母本体628设置于所述第二轴承8内，所述第二轴承挡6210抵接所述第二轴承8靠近所述后盖2的一侧；所述中心丝杆61包括设置于所述转子5内的第二中心丝杆本体613和由所述第二中心丝杆本体613靠近所述前盖3的一端延伸形成的第二伸出端615；所述第二中心丝杆本体613的外周凹陷形成呈螺纹状的第二滚珠槽614，所述第一滚珠槽629与所述第二滚珠槽614对应设置，所述滚珠6212皆夹设于所述第一滚珠槽629与所述第二滚珠槽614之间以使得所述第二中心丝杆本体613与所述第二螺母本体628形成滚动连接。通过形成滚珠槽的第二中心丝杆61和丝杆螺母62通过滚珠6212传递的方式连接，在转子5转动过程中，带动丝杆螺母62旋转以带动第二中心丝杆61旋转实现直线伸缩功能。

本实施方式中，通过将直线驱动机构100应用于机器人的四肢关节用于电驱动直线执行器，该集成度高，工艺简化。

与现有技术相比，本发明的直线驱动机构中，通过定子驱动转子在机壳内转动，将中心丝杆设置于转子内，将丝杆螺母沿转子呈轴向延伸设置，将丝杆螺母固定于第二轴承内，丝杆螺母转动套设于中心丝杆；转子包括呈中空的转子本体和由转子本体靠近前盖的一端呈径向环形延伸的凸台，转子本体远离前盖的一端固定于第一轴承，使得凸台与丝杆螺母集成为一体结构，所述转子转动驱动所述丝杆螺母旋转，从而使得丝杆螺母旋转驱动中心丝杆实现直线伸缩运动；通过第一轴承和第二轴承的安装设置，使得转子在转动时，丝杆螺母不会发生轴向运动，转子通过丝杆螺母旋转过程中将扭矩传递到中心丝杆上，转化为推力，因为丝杆螺母被限制了无法轴向运动，根据力的相互作用，中心丝杆将被推动轴向运动，实现直线驱动运动功能。同时，将滚动丝杆套装到转子的内壁中，将有效缩短丝杆螺母的长度，丝杆螺母可以独立加工，简化了工艺。进一步节约成本，节省安装空间。

以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种直线驱动机构，包括机壳、分别固定于所述机壳相对两端的前盖和后盖、设置于所述机壳内的定子以及设置于所述定子内且与所述定子形成转动连接的呈空心的转子；其特征在于，所述直线驱动机构还包括套装于所述转子内的滚动丝杆、套设于所述转子且固定于所述后盖的一端的第一轴承和套设于所述滚动丝杆且固定于所述机壳内的第二轴承；

所述滚动丝杆包括设置于所述转子的内周侧且贯穿所述前盖的中心丝杆和沿所述转子的轴向延伸的丝杆螺母，所述丝杆螺母固定于所述第二轴承内，所述丝杆螺母套设于所述中心丝杆并与所述中心丝杆形成转动连接；

所述转子包括呈中空的转子本体和由所述转子本体靠近所述前盖的一端沿所述转子本体的外周凸出延伸的呈环状的凸台，所述转子本体远离所述前盖的一端固定于所述第一轴承，所述凸台插设固定于所述丝杆螺母靠近所述后盖的一端，所述转子转动驱动所述丝杆螺母旋转，从而使得所述丝杆螺母旋转驱动所述中心丝杆实现直线伸缩运动。

2.根据权利要求1所述的直线驱动机构，其特征在于，所述滚动丝杆为行星滚柱丝杆，所述丝杆螺母包括具有螺纹结构的第一螺母本体、形成于所述第一螺母本体的周侧的第一轴承挡、由所述第一螺母本体的内壁的两端分别凹陷形成的呈环状的第一安装槽和第二安装槽、固定设置于所述第一安装槽内的第一齿轮圈、固定设置于所述第二安装槽的第二齿轮圈以及环绕所述中心丝杆设置的若干个环形丝杆柱，每一所述环形丝杆柱的两端分别设置于所述第一齿轮圈和所述第二齿轮圈且形成转动连接；所述第一螺母本体固定于所述第二轴承内，所述第一轴承挡抵接所述第二轴承靠近所述后盖的一侧；所述凸台固定设置于所述第一安装槽内且抵接所述第一齿轮圈；

所述中心丝杆包括设置于所述转子内且设有螺纹结构的第一中心丝杆本体和由所述第一中心丝杆本体靠近所述前盖的一端延伸形成的第一伸出端；所述第一中心丝杆本体分别与每个所述环形丝杆柱相互啮合，每个所述环形丝杆柱皆与所述第一螺母本体相互啮合，所述第一伸出端贯穿所述前盖。

3.根据权利要求1所述的直线驱动机构，其特征在于，所述滚动丝杆为滚珠丝杆，所述丝杆螺母包括第二螺母本体、凹陷形成于所述第二螺母本体的内周侧的呈螺纹状的第一滚珠槽、形成于所述第二螺母本体的外周侧的第二轴承挡、由所述第二螺母本体的远离所述前盖的一端向其内凹陷形成的第三安装槽、以及设置于所述第一滚珠槽内的若干个滚珠；所述第二螺母本体设置于所述第二轴承内，所述第二轴承挡抵接所述第二轴承靠近所述后盖的一侧；

所述中心丝杆包括设置于所述转子内的第二中心丝杆本体和由所述第二中心丝杆本体靠近所述前盖的一端延伸形成的第二伸出端；所述第二中心丝杆本体的外周凹陷形成的呈螺纹状的第二滚珠槽，所述第一滚珠槽与所述第二滚珠槽对应设置，所述滚珠皆夹设于所述第一滚珠槽与所述第二滚珠槽之间以使得所述第二中心丝杆本体与所述第二螺母本体形成滚动连接。

4.根据权利要求1所述的直线驱动机构，其特征在于，所述直线驱动机构还包括套设固定于所述丝杆螺母的挡块，所述挡块抵接所述第二轴承靠近所述前盖的一侧。

5.根据权利要求1所述的直线驱动机构，其特征在于，所述转子的直径小于所述丝杆螺母的直径。

6.根据权利要求1所述的直线驱动机构，其特征在于，所述转子还包括套设固定于所述转子本体的铁芯和固定于所述铁芯的若干个永磁体，每个所述永磁体皆与所述定子间隔设置。

7.根据权利要求1所述的直线驱动机构，其特征在于，所述直线驱动机构还包括位置传感器，所述位置传感器包括固定于所述后盖的采集部分和固定于所述转子的旋转部分，所述采集部分与所述旋转部分相对间隔设置。

8.根据权利要求1所述的直线驱动机构，其特征在于，所述定子和所述转子共同形成的电机采用8极9槽、10极12槽结构或14极12槽结构或16极12槽结构。

9.根据权利要求7所述的直线驱动机构，其特征在于，所述位置传感器为霍尔位置传感器、磁编码位置传感器或光编码位置传感器。

10.根据权利要求7所述的直线驱动机构，其特征在于，所述直线驱动机构还包括套设固定于所述转子靠近所述后盖一侧的底座，所述旋转部分固定于所述底座。

11.根据权利要求1所述的直线驱动机构，其特征在于，所述直线驱动机构还包括轴承室，所述轴承室套设固定于所述第一轴承，所述轴承室的外周侧与所述机壳的内壁固定连接。