CN118041022A - 一种大推力高精度直线旋转电机及由此执行的输出方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大推力高精度直线旋转电机及由此执行的输出方法，其包括：直线驱动组件，执行第一方向的直线运动并输出大推力；旋转驱动组件，执行以所述第一方向为旋转轴的旋转运动；直线驱动器，连接所述直线驱动组件和所述旋转驱动组件并执行所述第一方向的直线运动；控制器，控制所述直线驱动器执行与所述直线驱动组件输出推力相同方向的直线运动，以弥补所述直线驱动组件输出的推力不能达到设计精度所带来的推力缺失；框架，支撑所述直线驱动组件、所述旋转驱动组件和所述控制器。该电机输出推力大且精度高，而且结构紧凑，体积小。

Description

一种大推力高精度直线旋转电机及由此执行的输出方法

技术领域

本发明属于机电设备技术领域，尤其是涉及一种大推力高精度直线旋转电机及由此执行的输出方法。

背景技术

直线旋转电机指能够实现直线运动和旋转运动的电机，广泛应用于各个领域，例如贴片等。

现有技术中的直线旋转电机的结构包括音圈电机和旋转电机。音圈电机驱动输出轴直线运动，旋转电机驱动输出轴做旋转运动，从而实现输出轴同时做直线运动和旋转运动。当需要输出大的推力时，音圈电机则无法实现，而且普遍的大推力的旋转电机由于输出精度不高。因此，在需要输出大推力高精度的需求时，难以同时兼顾大推力和高精度，所以需要设计一款大推力高精度的电机，迫切需要提供一种能够提供高精度的大推力的直线旋转电机。

发明内容

本发明致力于解决上面背景技术中提出的问题，提供一种大推力高精度的直线旋转电机，且结构紧凑，体积小。

本发明的一个方面提供一种大推力高精度直线旋转电机，其包括：

直线驱动组件，执行第一方向的直线运动并输出大推力；

旋转驱动组件，执行以所述第一方向为旋转轴的旋转运动；

直线驱动器，连接所述直线驱动组件和所述旋转驱动组件并执行所述第一方向的直线运动；

控制器，控制所述直线驱动器执行所述第一方向的直线运动并输出推力，以补偿所述直线驱动组件输出的推力不足，使所述直线驱动器和所述直线驱动组件共同输出的推力达到精度要求；

框架，支撑所述直线驱动组件、所述旋转驱动组件和所述控制器。

优选的，所述直线驱动器为直线电机，所述直线电机包括与所述直线驱动组件固连的电机定子和与所述旋转驱动组件固连的电机动子，所述电机动子相对于所述电机定子沿所述第一方向相对滑动。

优选的，所述直线驱动组件包括：

第一驱动电机；

丝杠，与所述第一驱动电机的输出轴相连；

螺母，套设在所述丝杠上并与所述电机定子固连；

所述第一方向为所述第一驱动电机的输出轴方向。

优选的，所述直线驱动组件还包括螺母座，所述螺母座分别与所述螺母和所述电机定子固定连接。

优选的，所述旋转驱动组件包括：

第二驱动电机，与所述电机动子机械固连；

转轴，一端与所述第二驱动电机的输出轴相连；

吸嘴，设置在所述转轴的另一端。

优选的，在所述吸嘴的上部还同轴设置有加热头。

优选的，还包括在所述直线电机断电时防止所述旋转驱动组件掉落的平衡弹簧，所述平衡弹簧的一端连接所述电机定子或所述螺母座，另一端连接所述旋转驱动组件。

优选的，还包括导轨组件，所述导轨组件包括与旋转驱动组件相连的导轨连接板、与所述导轨连接板固连的滑块、以及与所述滑块配合滑轨，所述滑轨固定在所述框架上。

优选的，所述旋转驱动组件还包括：设置在所述第二驱动电机外侧并与其固连的电机支架；

所述导轨连接板与所述转轴或所述电机支架相连。

本发明的另一方面提供一种高精度大推力输出方法，其利用上述的大推力高精度直线旋转电机输出高精度大推力，其包括以下方法步骤：

步骤1、按照公式（1）选用大扭矩的第一驱动电机以及小导程的丝杠，以取得第一驱动电机的大推力;

（1）

其中为电机扭矩，/>为传动效率，/>为丝杠导程；

步骤2、选用直线驱动器来弥补所述第二驱动电机实际输出推力与设计输出推力/>之间的差值。

优选的，所述步骤2中弥补所述第二驱动电机实际输出推力与设计输出推力之间的差值的方法包括：

步骤21，测量第二驱动电机的实际输出推力；

步骤22，计算设计输出推力与实际输出推力/>之差/>；

步骤23，控制器控制所述直线驱动器输出推力。

优选的，所述步骤22中的所述实际输出推力通过压力传感器来测量。

采用上述技术方案，本发明相比现有技术具有如下有益效果：

本发明的大推力高精度直线旋转电机通过直线驱动组件选用导程小的丝杠和扭矩大的第一驱动电机相互配合来输出大推力，同时采用直线驱动器或直线电机来弥补第一驱动电机输出大推力时精度不能达到输出要求的问题。

参考以下描述，本申请的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。并入于本说明书中且构成本说明书的一部分的附图说明本申请的实施例，且连同所述描述一起用于解释本申请的原理。

附图说明

本说明书中针对所属领域的技术人员来阐述本申请的完整和启发性公开内容，包括其最佳实施方式，本说明书参考了附图，在附图中：

图1为本发明实施例提供的一种大推力高精度直线旋转电机的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种大推力高精度直线旋转电机的直线驱动组件的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种大推力高精度直线旋转电机的旋转驱动组件的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种大推力高精度直线旋转电机的直线电机的结构示意图；

附图标记：

1-直线驱动组件；11-第一驱动电机；12-第一联轴器；13-螺母；14-丝杠；15-螺母座；

2-直线电机；21-电机动子；22-电机定子；

3-平衡弹簧；4-旋转驱动组件；41-第二驱动电机；42-第二联轴器；43-转轴；44-吸嘴；45-加热头；5-框架。

具体实施方式

现将详细参考本申请的实施例，在图中说明本申请的实施例的一个或多个实例。每个实例是为了解释本申请而提供，而非限制本申请。实际上，所属领域的技术人员将清楚，在不脱离本申请的范围或精神的情况下可在本申请中进行各种修改和变化。举例来说，说明或描述为一个实施例的一部分的特征可与另一实施例一起使用以产生再一实施例。因此，希望本申请涵盖此类修改和变化，所述修改和变化处于所附权利要求书及其等效物的范围内。如本说明书中所使用，术语“第一”、“第二”等可互换使用以区分一部件与另一部件而并非意图表示各个部件的位置或重要性。如说明书中所使用，除非上下文另外明确指出，否则术语“一”，“一个”、“该”和“所述”旨在表示存在一个或多个元件。术语“包括”，“包括”和“具有”旨在是包括性的，并且意味着除列出的要素外可能还有其他要素。

现在参考附图，其中在所有附图中相同的数字表示相同的元件，下面结合具体的实施方式对本发明做进一步的解释说明。

本发明提供的一种大推力高精度直线旋转电机输出的推力既大又精准，且结构紧凑，体积小。

目前，如图1至4所示，为一种大推力高精度直线旋转电机的结构图，该大推力高精度直线旋转电机包括执行第一方向的直线运动并输出大推力的直线驱动组件1、执行以第一方向为旋转轴的旋转运动的旋转驱动组件4、连接直线驱动组件1和旋转驱动组件4并执行第一方向的直线运动的直线电机2、控制直线电机2执行与直线驱动组件1输出相同方向推力的直线运动以弥补直线驱动组件1输出的推力不足的控制器（未示出），以及支撑直线驱动组件1、旋转驱动组件4和控制器的框架5。

直线驱动组件1

如图2所示，直线驱动组件1包括第一驱动电机11、丝杠螺母机构、以及连接以上两者的第一联轴器12。

丝杠螺母机构包括丝杠14和与之配合的螺母13，其中丝杠14为滚珠丝杠，从而实现高效率高精度的运动传递。第一驱动电机11启动时驱动螺母13做沿第一方向为竖直方向（即为第一驱动电机11的输出轴方向）的直线移动，从而将第一驱动电机11的旋转运动通过丝杠螺母机构转变为竖直方向的直线运动。

为了使直线驱动组件1实现大推力F输出，通过合理选用丝杠螺母机构的导程和第一驱动电机11的输出扭矩来确定F。

因为丝杠推力与导程/>之间的关系为：

（1）

其中为电机扭矩，/>为传动效率。

因此，丝杠推力与导程成反比，与电机扭矩/>成正比，选用大的电机扭矩/>，以及小的丝杠导程/>即可输出大推力/>。

另外，丝杠导程与丝杠头数/>之间的关系为：

（2）

其中为丝杠螺距，/>为丝杠头数。

根据上述的公式（1）和公式（2）得丝杠推力与丝杠头数/>之间的关系为：

（3）

所以丝杠推力F与丝杠头数成反比，如果在螺距一定的情况下，选单头丝杠和大电机扭矩输出的推力F最大；在螺距和头数都不确定的情况下，选用小的丝杠导程和大电机扭矩/>，输出的丝杠推力F最大。

旋转驱动组件4

如图3所示为旋转驱动组件4的结构图，其包括依次相连的第二驱动电机41、第二联轴器42、转轴43、以及设置在转轴43上的吸嘴44。在第二驱动电机41驱动时，通过第二联轴器42带着吸嘴44旋转。

直线电机2

由于第一驱动电机11为大功率电机，输出推力精度差，不能达到要求，为了弥补直线驱动组件1输出大推力时精度不足的问题，本发明采用直线电机2来补充直线驱动组件1输出不足的推力。

如图3所示，直线电机2包括与直线驱动组件1固连的电机定子22和与旋转驱动组件4固连的电机动子21，其中电机动子21相对于电机定子沿第一方向相对滑动。本实施例中，第一方向为竖直方向，所以电机动子21相对于电机定子沿竖直方向相对滑动。

为了方便电机定子与直线驱动组件1的螺母13相连，直线驱动组件1还包括套设在螺母13外并与之固连的螺母座15，螺母座15与电机定子22通过机械方式固连。其中螺母座15与螺母13固连的方式为粘结、过盈配合或其他机械可拆性连接。

如图3所示的实施例中，电机动子21与套设在第二驱动电机41外并与之固连的电机支架46通过机械方式固连。

在直线电机2断电时，电机动子21和电机定子22之间无相互作用力，从而在旋转驱动组件4的重力作用下电机动子21沿着电机定子22下滑，为了防止直线电机2断电时旋转驱动组件4掉落，在电机定子22的底部还设置有连接电机定子22和旋转驱动组件4的平衡弹簧3。

有些实施例中，平衡弹簧3可能不连接电机定子22，而是连接螺母座15和旋转驱动组件4，或连接与螺母座15、电机定子22固定在一起的连接板。

导轨组件

旋转驱动组件4为最后的执行组件，为了让其稳定的下移执行吸取物料的任务，需要配置有导轨组件。

导轨组件包括设置在第二联轴器42上的导轨连接板62、与导轨连接板62固连的双滑块（未示出）、与每个滑块配合的滑轨61，其中滑轨61固定在框架5上。

其中导轨连接板62的连接位置也可根据实际需要进行调整，导轨连接板62与转轴43或电机支架46相连均可。

因此，在以上第一驱动电机11驱动丝杠螺母机构通过直线电机2带着旋转驱动组件4向下运动时，吸嘴44吸取物料（比如芯片）后，再次通过第一驱动电机11驱动向上移动一段距离，通过第二驱动电机41驱动将物料旋转一定角度便于装箱或移动到另一工位。

有些物料在工作的过程中需要保持一定温度，所以在使用前需要对其进行加热，本发明在在吸嘴44的上部还套设有加热头45，在吸取物料之前需要先对其进行加热。

此外，本发明除了直线电机2可以弥补直线驱动组件1的实际输出推力不足外，还可以采用音圈电机、直线电缸和气缸中的任意一种。本发明把直线电机、音圈电机、直线电缸和气缸统称为直线驱动器。

上述的大推力高精度直线旋转电机在实际使用时，第一驱动电机11的输出轴可能不是竖直方向设置，或与竖直方向呈一定角度，此时的第一方向就是第一驱动电机11的输出轴方向。

本发明还提供一种精度高大推力的输出方法：

采用直线驱动组件1和直线驱动器（比如直线电机2）相互配合，直线驱动组件1包括相连的第一驱动电机11和丝杠螺母机构，选用导程小的丝杠和输出扭矩大的第一驱动电机11来输出大推力，同时采用与丝杠螺母机构输出同方向的直线驱动器来弥补直线驱动组件1实际输出大推力不能达到设计输出推力的问题。具体包括如下步骤。

步骤1、按照公式（1）选用大扭矩的第一驱动电机11以及小导程的丝杠14，以取得最大推力;

（1）

步骤2、选用直线驱动器来弥补所述第二驱动电机实际输出推力与设计输出推力/>之间的差值。

其中，所述步骤2中弥补所述第二驱动电机实际输出推力与设计输出推力/>之间的差值的方法包括：

步骤21，测量第二驱动电机的实际输出推力；

步骤22，计算设计输出推力与实际输出推力/>之差/>；

该步骤需要检测第二驱动电机的实际输出推力大小，一般通过压力传感器来测量实际输出推力/>大小。

步骤23，控制器控制所述直线驱动器输出推力。

本发明相比现有技术具有以下有益效果：

本发明的大推力高精度直线旋转电机通过直线驱动组件1选用导程小的丝杠和扭矩大的第一驱动电机来输出大推力，同时采用直线驱动器或直线电机来弥补输出大推力时精度不能达到设计要求的问题。

本说明书使用实施例来公开本申请，包括最佳实施例，并且还使所属领域的技术人员能够实践本申请，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何所并入的方法。本申请的实施例及由实施例稍加改变获得的技术方案都在本专利的保护范围内。

Claims (12)

1.一种大推力高精度直线旋转电机，其特征在于，其包括：

直线驱动组件（1），执行第一方向的直线运动并输出大推力；

旋转驱动组件（4），执行以所述第一方向为旋转轴的旋转运动；

直线驱动器，连接所述直线驱动组件（1）和所述旋转驱动组件（4）并执行所述第一方向的直线运动；

控制器，控制所述直线驱动器执行所述第一方向的直线运动并输出推力，以补偿所述直线驱动组件（1）输出的推力不足，使所述直线驱动器和所述直线驱动组件（1）共同输出的推力达到精度要求；

框架（5），支撑所述直线驱动组件（1）、所述旋转驱动组件（4）和所述控制器。

2.根据权利要求1所述的大推力高精度直线旋转电机，其特征在于，所述直线驱动器为直线电机（2），所述直线电机（2）包括与所述直线驱动组件（1）固连的电机定子（22）和与所述旋转驱动组件（4）固连的电机动子（21），所述电机动子（21）相对于所述电机定子（22）沿所述第一方向相对滑动。

3.根据权利要求2所述的大推力高精度直线旋转电机，其特征在于，所述直线驱动组件（1）包括：

第一驱动电机（11）；

丝杠（14），与所述第一驱动电机（11）的输出轴相连；

螺母（13），套设在所述丝杠（14）上并与所述电机定子（22）固连；

所述第一方向为所述第一驱动电机（11）的输出轴方向。

4.根据权利要求3所述的大推力高精度直线旋转电机，其特征在于，所述直线驱动组件（1）还包括螺母座（15），所述螺母座（15）分别与所述螺母（13）和所述电机定子（22）固定连接。

5.根据权利要求3所述的大推力高精度直线旋转电机，其特征在于，所述旋转驱动组件（4）包括：

第二驱动电机（41），与所述电机动子（21）机械固连；

转轴（43），一端与所述第二驱动电机（41）的输出轴相连；

吸嘴（44），设置在所述转轴（43）的另一端。

6.根据权利要求5所述的大推力高精度直线旋转电机，其特征在于，在所述吸嘴（44）的上部还同轴设置有加热头（45）。

7.根据权利要求4至6任一所述的大推力高精度直线旋转电机，其特征在于，还包括在所述直线电机（2）断电时防止所述旋转驱动组件（4）掉落的平衡弹簧（3），所述平衡弹簧（3）的一端连接所述电机定子（22）或所述螺母座（15），另一端连接所述旋转驱动组件（4）。

8.根据权利要求5所述的大推力高精度直线旋转电机，其特征在于，还包括导轨组件，所述导轨组件包括与旋转驱动组件（4）相连的导轨连接板（62）、与所述导轨连接板（62）固连的滑块、以及与所述滑块配合滑轨（61），所述滑轨（61）固定在所述框架（5）上。

9.根据权利要求8所述的大推力高精度直线旋转电机，其特征在于，所述旋转驱动组件（4）还包括：设置在所述第二驱动电机（41）外侧并与其固连的电机支架（46）；

所述导轨连接板（62）与所述转轴（43）或所述电机支架（46）相连。

10.一种高精度大推力输出方法，其特征在于，其利用权利要求1-7任一所述的大推力高精度直线旋转电机输出高精度大推力，其包括以下方法步骤：

步骤1、按照公式（1）选用大扭矩的第一驱动电机（11）以及小导程的丝杠（14），以取得最大推力;

（1）

其中为电机扭矩，/>为传动效率，/>为丝杠导程；

步骤2、选用直线驱动器来弥补所述第二驱动电机实际输出推力与设计输出推力之间的差值。

11.根据权利要求10所述的高精度大推力输出方法，其特征在于，所述步骤2中弥补所述第二驱动电机实际输出推力与设计输出推力/>之间的差值的方法包括：

步骤21，测量第二驱动电机实际输出推力；

步骤22，计算设计输出推力与实际输出推力/>之差/>；

步骤23，控制器控制所述直线驱动器输出推力。

12.根据权利要求11所述的高精度大推力输出方法，其特征在于，所述步骤22中的所述实际输出推力可通过压力传感器来测量。