CN117997073A - 一种用于贴片机z轴的直线旋转双自由度电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于贴片机Z轴的直线旋转双自由度电机，包括外壳体、定子、转子、前端盖和后端盖，定子固定安装在外壳体内，转子转动设置在定子内，前端盖与后端盖分别安装在外壳体两端，其特征在于：转子上滑动设置有保持架，保持架的两端分别与前端盖和后端盖转动连接；定子包括至少两个电枢组，每个电枢组均包括第一电枢、第二电枢第三电枢和第四电枢。通过对电机内部的定子电枢和转子进行改进，加装保持架，能够在不影响电机旋转的情况下确保电机在实现输出时转子与定子的同心度，进而减小了电机的体积；将不同电枢上的绕组串联形成不同的线圈回路，通过给不同线圈回路通电源能够使转子转动或者直线移动，提高了贴片机的工作效率。

Description

一种用于贴片机Z轴的直线旋转双自由度电机

技术领域

本发明属于电机技术领域，尤其是涉及一种用于贴片机Z轴的直线旋转双自由度电机。

背景技术

随着科技的发展，芯片等电子元件趋于小型化、贴片化。贴片元件体积小密度大，在具体电子产品生产过程中很难人工完成，贴片机作为电子产品的生产工具，价格普遍较高，大面积普及受到限制。贴片机上的Z轴电机时贴片机的主要部件之一，需要能够进行上下移动，以便将电器元件从物料架上抓起，同时还要旋转，对元件在线路板上的安装方向进行调整，现有的贴片机Z轴电机通常采用的是在直线电机上加装一个旋转电机，通过电路控制使其能够完成直线移动和转动，但是这种电机在工作时只能够同时进行一项操作，即在进行直线移动时则不能够转动，同样的在转动时便不能够进行直线移动，影响了贴片机整体的运行效率，同时由于是两个电机组装而成的，所以电机的体积较大，并且成本也较高。

因此需要我们设计出一种用于贴片机Z轴的直线旋转双自由度电机，来解决这些问题。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种用于贴片机Z轴的直线旋转双自由度电机，能够单独进行旋转输出、直线输出以及同时进行旋转直线输出，并且减小了电机的体积。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种用于贴片机Z轴的直线旋转双自由度电机，包括外壳体、定子、转子、前端盖和后端盖，所述定子固定安装在所述外壳体内，所述转子转动设置在所述定子内，所述前端盖与所述后端盖分别安装在所述外壳体两端，其特征在于：所述转子上滑动设置有保持架，所述保持架的两端分别与所述前端盖和所述后端盖转动连接；

所述定子包括至少两个电枢组，每个电枢组均包括第一电枢、第二电枢第三电枢和第四电枢，所有电枢均包括相互插合在一起的第一装配架、第二装配架和第三装配架，且所述第一装配架、所述第二装配架和所述第三装配架均包括绕线体和均匀固定在绕线体上的磁梳，每个所述装配架的绕线体上均设置有绕组，同一所述电枢组上的若干绕组通电后产生的磁场方向相同，相对的所述电枢组上的所述绕组通电后产生的磁场方向相反，所述第一装配架、所述第二装配架和所述第三装配架相互插合时所述第二装配架上的磁梳位于所述第一装配架上的磁梳和所述第三装配架上的磁梳之间，相邻的所述磁梳之间设置有与所述磁梳厚度相同的隔磁板，同一电枢上所述磁梳上相邻梳齿的间距与梳齿的宽度相同；

所述转子包括永磁体、高导磁钢套和磁齿，所述永磁体的磁极沿径向分布，所述高导磁钢套固定套装在所述永磁体外侧，所述磁齿均匀排布在所述高导磁钢套的外壁上，且所述磁齿的厚度与所述磁梳厚度相同，相邻所述磁齿沿转子轴向的排布间距为所述磁梳厚度的一半，相邻所述磁齿沿所述转子周向排布的间距与所述磁梳的两个相邻梳齿之间的间距相同；

当转子上的所述磁齿与其中一个电枢上磁梳的梳齿完全对齐时，相邻电枢上磁梳的梳齿与所述磁齿半对齐。

优选的，所述保持架包括限位环、转动环和滑轨，所述滑轨的数量为三个，且三个所述滑轨沿所述转子的轴线均匀分布，所述转动环为两个，且两个所述转动环分别固定在三个所述滑轨的两端，所述限位环为两个，且分别固定在所述前端盖和所述后端盖上。

如此设置，能够在不影响转子转动的情况下保证转子在同时进行直线输出时与定子的同心度，同时减小了电机的体积。

优选的，所述滑轨的截面为三叉星形，而三叉星形的滑轨能够在减少材料用量、减轻重量的前提下保证滑轨的强度与稳定，避免转子在进行旋转直线输出时出现抖动会偏心的情况，保证了电机的稳定性，而且非铁磁材料的滑轨能够避免在工作时与转子和定子的磁场相互干扰。

优选的，所述转动环的外径不超过所述限位环的内径，且在所述限位环与所述转动环之间还设置有轴承。

如此设置，可以确保保持架的转动流畅性，提高电机的性能。

优选的，所述转子上固定设置有非铁磁材料的输出轴，而在所述输出轴与所述前端盖连接处设置的密封件能够实现对输出轴与前端盖连接处的密封，防止灰尘进入电机内部，保证电机内部的洁净度，可以防止因为灰尘而出现的电机效率降低、发热以及噪音大等问题。

本发明具有的优点和积极效果是：

本发明通过对定子上的电枢进行改进，使每个电枢由三个安装有磁梳的装配架拼装而成，并在每个装配架上都安装绕组，并将不同电枢上的绕组串联形成不同的线圈回路，通过给不同线圈回路逐一接通电源能够使装配架上的磁梳产生磁场，并与转子上侧磁齿相互作用来带动转子转动输出或者直线输出以及旋转和直线同时输出，能够提高贴片机的工作效率。

本发明通过对电机内部的定子电枢和转子进行改进，通过在转子上加装可以旋转的保持架，能够在不影响电机旋转的情况下确保电机在实现输出时转子与定子的同心度，进而减小了电机的体积。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的电机内部结构剖面示意图；

图2是本发明的转子结构示意图；

图3是本发明的第一装配架，第二装配架和第三装配架结构示意图；

图4是本发明的转子转动过程中磁齿与第一电枢上磁梳的梳齿对齐的位置状态示意图；

图5是本发明的转子转动过程中磁齿与第二电枢上磁梳的梳齿对齐的位置状态示意图；

图6是本发明的转子转动过程中磁齿与第三电枢上磁梳的梳齿对齐的位置状态示意图；

图7是本发明的转子转动过程中磁齿与第四电枢上磁梳的梳齿对齐的位置状态示意图；

图8是本发明的转子在直线输出时磁齿与第一装配架上磁梳的梳齿对齐的位置状态示意图；

图9是本发明的转子在直线输出时磁齿与第二装配架上磁梳的梳齿对齐的位置状态示意图；

图10是本发的转子在直线输出时磁齿与第三装配架上磁梳的梳齿对齐的位置状态示意图；

图11是本发明的转子在直线输出时磁齿完成一个移动周期后再次与第一装配架上磁梳的梳齿对齐的位置状态示意图。

附图标记说明如下：

1、外壳体；2、定子；201、第一电枢；202、第二电枢；203、第三电枢；204、第四电枢；211、第一装配架；212、第二装配架；213、第三装配架；221、绕线体；2211、第一绕组；2212、第二绕组；2213、第三绕组；222、磁梳；205、隔磁板；3、转子；301、永磁体；302、高导磁钢套；303、磁齿；4、后端盖；5、前端盖；6、输出轴；7、保持架；701、限位环；702、转动环；703、滑轨；704、轴承。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

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”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接；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，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明做进一步说明：

实施例1：如图1-图11所示，一种用于贴片机Z轴的直线旋转双自由度电机，包括管状的外壳体1，外壳体1内设置有定子2，定子2内侧转动设置有转子3，在外壳体1的一端安装有前端盖5，前端盖5上预留有通孔，定子2上的输出轴6从通孔伸出，另一端安装有后端盖4，并且在前后端盖4上分别固定设置有限位环701，在两个限位环701内分别设置有转动环702，两个转动环702之间通过滑轨703串联，且滑轨703完全贯穿转子3；

定子2固定安装在外壳体1的内壁上，其中定子2包括至少两个电枢组，

每个电枢组包含依次设置的第一电枢201、第二电枢202、第三电枢203和第四电枢204；

每个电枢包括第一装配架211、第二装配架212和第三装配架213；

每个装配架又包括绕线体221和均匀固定在绕线体221上的若干磁梳222；

第一装配架211、第二装配架212和第三装配架213上的磁梳222相互插合在一起，并且第二装配架212上的磁梳222位于第一装配架211上的磁梳222和第三装配架213上的磁梳222之间；

在同一电枢上为了避免三个装配架上的磁梳222在断电后不能立刻消磁而造成相互干扰，相邻的每个磁梳222之间设置有隔磁板205进行分隔，且隔磁板205的厚度与磁梳222的厚度相同，在三个装配架插合后磁梳222上对应的梳齿沿轴线方向位于同一直线上，磁梳222上相邻梳齿之间的间距与梳齿的宽度相同；

在第一装配架211的绕线体221上缠绕有第一绕组2211，第二装配架212的绕线体221上缠绕有第二绕组2212，第三装配架213的绕线体221上缠绕有第三绕组2213；

在同一电枢组中的第一绕组2211、第二绕组2212和第三绕组2213的绕线方向都相同，相对的电枢组中第一绕组2211、第二绕组2212和第三绕组2213的绕线方向相反，能够在通电后使一个电枢组和另一个电枢组产生相反方向的磁场；

然后将两个电枢组中第一电枢201上的第一绕组2211串联形成第一线圈，第一电枢201上的第二绕组2212串联形成第二线圈，第一电枢201上的第三绕组2213串联形成第三线圈；

同样地，将两个电枢组中第二电枢202上的第一绕组2211串联形成第四线圈，第二电枢202上的第二绕组2212串联形成第五线圈，第二电枢202上的第三绕组2213串联形成第六线圈；

将两个电枢组中第三电枢203上的第一绕组2211串联形成第七线圈，第三电枢203上的第二绕组2212串联形成第八线圈，第三电枢203上的第三绕组2213串联形成第九线圈；

将两个电枢组中第四电枢204上的第一绕组2211串联形成第十线圈，第四电枢204上的第二绕组2212串联形成第十一线圈，第四电枢204上的第三绕组2213串联形成第十二线圈；

转子3包括永磁体301、高导磁钢套302和磁齿303，永磁体301为圆柱体，且两个磁极沿径向分布，高导磁钢套302固定套装在永磁体301外侧，磁齿303均匀分布在高导磁钢套302的外壁上，

且磁齿303沿转子3的厚度与磁梳222厚度相同，相邻磁齿303沿转轴轴向排布的间距为磁梳222梳齿厚度的一半，相邻磁齿303沿转子3周向排列的间距与磁齿303宽度相同，且磁齿303的宽度与磁梳222上梳齿的宽度相同。

当电机在使用前接通其中一组线圈的电源后转子3与定子2的相对位置会固定，

当第一线圈通电而其他线圈不通电时，转子3与定子2的相对位置会如图1所示，此时沿电机的周向，两个电枢组中的第一电枢201上磁梳222的梳齿都会产生与转子3上相对位置处极性相反的磁极，从而对磁齿303产生吸力，使磁齿303与第一电枢201上磁梳222的梳齿完全对齐，而其他线圈不通电，所以第二电枢202和第四电枢204上磁梳222的梳齿与磁齿303半对齐状态，第三电枢203上磁梳222的梳齿与磁齿303完全不对齐；

沿电机的轴向，由于两个电枢组中第一电枢201的第一装配架211上磁梳222产生了与相对的转子3上相反的磁极，所以第一电枢201上磁梳222的梳齿会吸引磁齿303使其与磁梳222上的磁齿303完全对齐，而其他线圈由于不同，所以不会产生磁场，因此第二装配架212和第三装配架213上磁梳222的梳齿与其中一个磁齿303半对齐，与另一个磁齿303完全不对齐；

一、在此状态下若需要电机转动输出时：

则断开第一线圈，接通第四线圈，第二电枢202上磁梳222会产生磁场，对磁齿303产生吸力，而第一电枢201上磁梳222的磁场会消失，因此转子3会转动至如图2所示的状态，即第二电枢202上磁梳222的梳齿与磁齿303完全对齐，第一电枢201和第三电枢203上磁梳222的梳齿与磁齿303半对齐，而第四电枢204上磁梳222的梳齿与磁齿303完全不对齐；

当第四线圈断开，第七线圈接通时，第三电枢203上磁梳222会产生磁场，对磁齿303产生吸力，而第二电枢202上磁梳222的磁场会消失，因此转子3会再次转动至如图3所示的状态，即第三电枢203上磁梳222的梳齿与磁齿303完全对齐，而第二电枢202和第四电枢204上磁梳222的梳齿与磁齿303半对齐，而第一电枢201上磁梳222的梳齿与磁齿303完全不对齐；

当第七线圈断开，第十线圈接通时，第四电枢204上磁梳222会产生磁场，对磁齿303产生吸力，而第三电枢203上磁梳222的磁场会消失，因此转子3会再次转动至如图4所示的状态，即第四电枢204上磁梳222的梳齿与磁齿303完全对齐，而第一电枢201和第三电枢203上磁梳222的梳齿与磁齿303半对齐，而第二电枢202上磁梳222的梳齿与磁齿303完全不对齐；

当第十线圈断开，再次接通第一线圈时转子3会转动到如图1所示的状态，所以需要电机持续转动时，通过逐一循环接通间隔两个线圈即可实现，即逐一接通第一线圈、第四线圈、第七线圈和第十线圈，且不断循环即可实现电机的顺时针转动；若要电机进行逆时针转动时逐一接通第一线圈、第十线圈、第七线圈和第四线圈，且不断循环即可实现电机的逆时针转动。

二、在此状态下若需要电机轴线方向进行直线输出时：

则切断第一线圈的电源，接通第二线圈的电源，在沿电机轴线的方向，第一电枢201上第二装配架212的磁梳222会产生与相对转子3上相反的磁极，此时由于半对齐磁齿303在第二装配架212上磁梳222磁场中的部分要大于完全不对齐的磁齿303，因此第二装配架212上磁梳222的梳齿对半对齐的磁齿303吸力会大于完全不对齐的磁齿303，从而吸引磁齿303向下移动，而在转子3移动后会变为第一装配架211和第三装配架213上磁梳222的梳齿与其中一个磁齿303半对齐，与另一个磁齿303完全不对齐，即从图5所示的状态变为图6所示的状态；

接着断开第二线圈电源，接通第三线圈电源，在沿电机轴线的方向，第一电枢201上第三装配架213的磁梳222会产生与相对转子3上相反的磁极，此时由于半对齐磁齿303在第三装配架213上磁梳222磁场中的部分要大于完全不对齐的磁齿303，因此第三装配架213上磁梳222的梳齿对半对齐的磁齿303吸力会大于完全不对齐的磁齿303，从而吸引磁齿303向下移动，而在转子3移动后会变为第一装配架211和第二装配架212上磁梳222的梳齿与其中一个磁齿303半对齐，与另一个磁齿303完全不对齐，即从图6所示的状态变为图7所示的状态；

因为第一装配架211、第二装配架212和第三装配架213上的磁梳222的排列方式是循环的，所以当再次接通第一线圈电源时，转子3会下移，从图7所示状态变为图8所示状态，此状态时，磁齿303与磁梳222的相对位置与图5相同，但是转子3已经沿着电机轴向移动了一个半磁梳222的厚度了；

若需要电机持续向下移动则逐一循环接通相连的三个线圈即可实现，逐一接通第一线圈、第二线圈和第三线圈，且不断循环即可实现电机沿轴向持续向下移动；若需要电机沿轴线向上移动时，则只需要逐一接通第一线圈、第三线圈和第二线圈，且不断循环即可实现电机沿轴线向上的持续移动。

三、在此状态下若需要电机进行旋转和直线同时输出时：

则断开第一线圈电源，接通第五线圈电源，此时第二电枢202上第二装配架212的磁梳222会产生磁场，转子3会在从图1变为图2的同时，从图5变为图6，即同时实现电机的转动和轴向移动；

若要持续实现转动和直线输出，则间隔三个线圈逐一接通，当完成三次后再接通最后一次的线圈序号加一的线圈，如此循环即可实现电机的持续转动直线输出，即在完成第一线圈和第五线圈的切换之后切断第五线圈，接通第九线圈，然后断开第九线圈，逐一接通第十线圈、第二线圈和第六线圈。

需要注意的是线圈按照从一到十二进行循环，即电机在进行旋转直线输出时若第三次接通的是第十二线圈，则下一次接通第一线圈。

而且在本实施例中，为了减小电机的体积，通过在电机内设置能够转动的保持架7，通过保持架7能够使转子3与保持架7滑动连接，这样既能够确保电机在转动直线输出的同时保证了转子3始终与电机的外壳体1同轴，而且为了兼顾动平衡和保持架7的整体强度，保持架7包括限位环701、转动环702和滑轨703，滑轨703的数量设置为三个，三个滑轨703绕外壳体1的轴线均匀分布，且滑轨703的截面为三叉星形，而三叉星形的滑轨703能够在减少材料用量、减轻重量的前提下保证滑轨703的强度与稳定，避免转子3在进行旋转直线输出时出现抖动会偏心的情况，保证了电机的稳定性，同时为了避免滑轨703与转子3的磁场发生干扰，滑轨703的材质为非铁磁材料，优选为铝合金，这样既能够在保证轻便的同时拥有足够的强度，也能够避免滑轨703与转子3的磁场相互干扰，同时为了保证转动架的稳定性，在三个滑轨703的两端分别通过转动环702进行相连，而且在前端盖5和后端盖4上还设置有限位环701，两个转动环702分别通过轴承704安装在限位环701内，这样可以确保保持架7的转动流畅性，提高电机的性能。

在本实施例中，转子3上的输出轴6也是非铁磁材料的，在输出轴6与前端盖5连接处设置的密封件够实现对输出轴与前端盖连接处的密封，防止灰尘进入电机内部，同时在输出轴转动或者伸缩甚至转动和伸缩同步进行时还能够同时保证密封性，确保了电机内部的洁净度，可以防止因为灰尘而出现的电机效率降低、发热以及噪音大等问题，而密封件优选为橡胶材质的O型圈，可以在输出轴转动或滑动时确保的密封效果。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (5)

1.一种用于贴片机Z轴的直线旋转双自由度电机，包括外壳体(1)、定子(2)、转子(3)、前端盖(5)和后端盖(4)，所述定子(2)固定安装在所述外壳体(1)内，所述转子(3)转动设置在所述定子(2)内，所述前端盖(5)与所述后端盖(4)分别安装在所述外壳体(1)两端，其特征在于：所述转子(3)上滑动设置有保持架(7)，所述保持架(7)的两端分别与所述前端盖(5)和所述后端盖(4)转动连接；

所述定子(2)包括至少两个电枢组，每个电枢组均包括第一电枢(201)、第二电枢(202)第三电枢(203)和第四电枢(204)，所有电枢均包括相互插合在一起的第一装配架(211)、第二装配架(212)和第三装配架(213)，且所述第一装配架(211)、所述第二装配架(212)和所述第三装配架(213)均包括绕线体(221)和均匀固定在绕线体(221)上的磁梳(222)，每个所述装配架的绕线体(221)上均设置有绕组，同一所述电枢组上的若干绕组通电后产生的磁场方向相同，相对的所述电枢组上的所述绕组通电后产生的磁场方向相反，所述第一装配架(211)、所述第二装配架(212)和所述第三装配架(213)相互插合时所述第二装配架(212)上的磁梳(222)位于所述第一装配架(211)上的磁梳(222)和所述第三装配架(213)上的磁梳(222)之间，相邻的所述磁梳(222)之间设置有与所述磁梳(222)厚度相同的隔磁板(205)，同一电枢上所述磁梳(222)上相邻梳齿的间距与梳齿的宽度相同；

所述转子(3)包括永磁体(301)、高导磁钢套(302)和磁齿(303)，所述永磁体(301)的磁极沿径向分布，所述高导磁钢套(302)固定套装在所述永磁体(301)外侧，所述磁齿(303)均匀排布在所述高导磁钢套(302)的外壁上，且所述磁齿(303)的厚度与所述磁梳(222)厚度相同，相邻所述磁齿(303)沿转子(3)轴向的排布间距为所述磁梳(222)厚度的一半，相邻所述磁齿(303)沿所述转子(3)周向排布的间距与所述磁梳(222)的两个相邻梳齿之间的间距相同；

当转子(3)上的所述磁齿(303)与其中一个电枢上磁梳(222)的梳齿完全对齐时，相邻电枢上磁梳(222)的梳齿与所述磁齿(303)半对齐。

2.根据权利要求1所述的一种用于贴片机Z轴的直线旋转双自由度电机，其特征在于：所述保持架(7)包括限位环(701)、转动环(702)和滑轨(703)，所述滑轨(703)的数量为三个，且三个所述滑轨(703)沿所述转子(3)的轴线均匀分布，所述转动环(702)为两个，且两个所述转动环(702)分别固定在三个所述滑轨(703)的两端，所述限位环(701)为两个，且分别固定在所述前端盖(5)和所述后端盖(4)上。

3.根据权利要求2所述的一种用于贴片机Z轴的直线旋转双自由度电机，其特征在于：所述滑轨(703)的截面为三叉星形，且所述滑轨(703)的材质为非铁磁材料。

4.根据权利要求2所述的一种用于贴片机Z轴的直线旋转双自由度电机，其特征在于：所述转动环(702)的外径不超过所述限位环(701)的内径，且在所述限位环(701)与所述转动环(702)之间还设置有轴承(704)。

5.根据权利要求2所述的一种用于贴片机Z轴的直线旋转双自由度电机，其特征在于：所述转子(3)上固定设置有输出轴(6)，所述输出轴(6)与所述前端盖(5)的连接处设有密封件，且所述输出轴(6)为非铁磁材料。