CN212012429U - 一种直线旋转双自由度电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电机技术领域，具体涉及一种直线旋转双自由度电机，其包括安装座、滑动机构、直线电机、旋转电机以及输出轴，滑动机构包括滑轨组件和滑台，滑轨组件包括与安装座固定连接的第一滑轨和与滑台固定连接的第二滑轨，第二滑轨与第一滑轨滑动连接；直线电机包括固定在安装座上的定子和与滑台一端固定连接的动子；旋转电机安装在滑台另一端，输出轴与旋转电机固定连接，滑台随动子作直线运动时，带动旋转电机和输出轴一起作直线运动，旋转电机作旋转运动时，带动输出轴一起作旋转运动。该直线旋转双自由度电机能够在较大的直线位移的行程下减小整个电机的体积，简化内部布局，省去复杂的传动环节，同时提高了电机的运动定位精度。

Description

一种直线旋转双自由度电机

技术领域

本实用新型涉及电机技术领域，具体涉及一种直线旋转双自由度电机。

背景技术

现有的直线旋转电机分离式布局，分离式直线旋转电机将直线电机与旋转电机通过机械结构组合，以传动的方式同时完成直线与旋转运动，内部结构复杂，体积较大，机械传动导致定位精度不高，而且，直线运动位移测量单元以及旋转角度测量单元的引入会使得直线旋转电机的布局更为复杂，也更难以控制电机的体积，因此，如何提高直线旋转电机的直线运动的位移测量和控制的准确度也成为了本领域的技术难题。

鉴于此，克服以上现有技术中的缺陷，提供一种新的直线旋转双自由度电机成为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的上述缺陷，提供一种直线旋转双自由度电机，能够实现双自由度的直线旋转运动，在较大的直线位移的行程下减小整个电机的体积，简化内部布局，省去复杂的传动环节，同时提高了直线旋转双自由度电机的运动定位精度。

本实用新型的目的可通过以下的技术措施来实现：

本实用新型的实施例提供了一种直线旋转双自由度电机，该直线旋转双自由度电机包括：

安装座；

安装在所述安装座上的滑动机构，所述滑动机构包括固定安装在所述安装座上的滑轨组件和与所述滑轨组件连接的滑台，所述滑轨组件包括与所述安装座固定连接的第一滑轨和与所述滑台固定连接的第二滑轨，所述第二滑轨与所述第一滑轨滑动连接；

设于所述滑动机构上方的直线电机，所述直线电机包括固定在所述安装座上的定子和与所述定子滑动连接且与所述滑台一端固定连接的动子，所述动子相对于所述定子运动时，带动所述滑台和所述第二滑轨在所述第一滑轨上作直线运动；

安装在所述滑台另一端的旋转电机和输出轴，所述输出轴与所述旋转电机固定连接，所述滑台作直线运动时，带动所述旋转电机和所述输出轴一起作直线运动，所述旋转电机作旋转运动时，带动所述输出轴一起作旋转运动。

根据本实用新型的一个实施例，所述直线旋转双自由度电机包括：用于测量所述输出轴的直线运动位移量的直线位移测量单元，所述直线位移测量单元包括安装在所述安装座上的直线磁栅尺以及安装在所述滑台上的直线磁栅读数头，所述直线磁栅读数头与所述直线磁栅尺相对设置以接收所述直线磁栅尺反馈的位移量。

根据本实用新型的一个实施例，所述滑台包括用于安装所述直线磁栅读数头的第一安装部、位于所述第一安装部一侧的第二安装部以及位于所述第一安装部另一侧的第三安装部，所述第二安装部用于固定安装所述动子和所述第二滑轨，所述第三安装部用于安装所述旋转电机。

根据本实用新型的一个实施例，所述旋转电机包括固定安装在所述第三安装部上的轴承座和与所述轴承座一端固定连接的云台电机，所述输出轴与所述云台电机固定连接，所述云台电机作旋转运动时，带动所述输出轴一起作旋转运动。

根据本实用新型的一个实施例，所述输出轴通过电机法兰与所述云台电机固定连接，所述输出轴上设有用于连接所述电机法兰的槽口，所述输出轴通过所述电机法兰与所述槽口配合以将所述输出轴固定在所述云台电机内。

根据本实用新型的一个实施例，所述轴承座内侧两端分别设有用于支撑所述输出轴的角接触球轴承。

根据本实用新型的一个实施例，所述直线旋转双自由度电机包括：用于测量所述输出轴的旋转运动的角度量的旋转角度测量单元，所述旋转角度测量单元与所述轴承座的另一端固定连接，所述旋转角度测量单元包括码盘磁栅读数头和码盘磁栅尺，所述码盘磁栅读数头与所述码盘磁栅尺相对设置以接收所述码盘磁栅尺反馈的旋转角度量。

根据本实用新型的一个实施例，所述直线旋转双自由度电机包括运动控制模块，所述运动控制模块分别与所述直线位移测量单元、所述旋转角度测量单元连接，用于接收所述直线位移测量单元和所述旋转角度测量单元的测量结果并计算所述输出轴的位置信息。

根据本实用新型的一个实施例，所述直线旋转双自由度电机的直线运动行程为100mm。

本实用新型的直线旋转双自由度电机通过滑动机构连接直线电机和云台电机，不仅能够实现双自由度的直线旋转运动，同时能够在较大的直线位移的行程下减小整个电机的体积，简化内部布局，省去复杂的传动环节，同时提高了直线旋转双自由度电机的运动定位精度。

附图说明

图1是本实用新型的直线旋转双自由度电机的结构示意图。

图2是本实用新型的直线旋转双自由度电机的局部结构示意图。

图3是本实用新型的直线旋转双自由度电机的整机结构示意图。

图4是本实用新型的安装座以及滑动机构的爆炸结构示意图。

图5是本实用新型的直线旋转双自由度电机的局部爆炸结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在下文中，将参考附图来更好地理解本实用新型的许多方面。附图中的部件未必按照比例绘制。替代地，重点在于清楚地说明本实用新型的部件。此外，在附图中的若干视图中，相同的附图标记指示相对应零件。

如本文所用的词语“示例性”或“说明性”表示用作示例、例子或说明。在本文中描述为“示例性”或“说明性”的任何实施方式未必理解为相对于其它实施方式是优选的或有利的。下文所描述的所有实施方式是示例性实施方式，提供这些示例性实施方式是为了使得本领域技术人员做出和使用本公开的实施例并且预期并不限制本公开的范围，本公开的范围由权利要求限定。在其它实施方式中，详细地描述了熟知的特征和方法以便不混淆本实用新型。出于本文描述的目的，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”和其衍生词将与如图1定向的实用新型有关。而且，并无意图受到前文的技术领域、背景技术、发明内容或下文的详细描述中给出的任何明示或暗示的理论限制。还应了解在附图中示出和在下文的说明书中描述的具体装置和过程是在所附权利要求中限定的实用新型构思的简单示例性实施例。因此，与本文所公开的实施例相关的具体尺寸和其他物理特征不应被理解为限制性的，除非权利要求书另作明确地陈述。

请参阅图1和图2，该直线旋转双自由度电机包括：安装座10、滑动机构20、直线电机30、旋转电机40、输出轴50、直线位移测量单元60以及旋转角度测量单元70。

其中，请参见图1、图2和图3，安装座10包括底板11、盖板12以及连接底板11和盖板12的侧板13，滑动机构20安装在底板11上，滑动机构20包括固定安装在底板11上的滑轨组件21和与滑轨组件21连接的滑台22。进一步地，请参见图4，滑轨组件21包括与底板11固定连接的第一滑轨211和与滑台22固定连接的第二滑轨212，第二滑轨212与第一滑轨211滑动连接，当第二滑轨212相对于第一滑轨211作直线运动时，第二滑轨212带动滑台22一起作直线运动。优选地，第一滑轨211和第二滑轨212选用交叉滚子导轨。

请参见图1和图4，滑台22包括第一安装部221、位于第一安装部221一侧的第二安装部222以及位于第一安装部221另一侧的第三安装部223。第一安装部221用于安装直线位移测量单元60，第二安装部222与第二滑轨212固定连接，第三安装部223用于安装旋转电机40。

进一步地，请参见图1和图4，直线电机30包括固定在侧板13上的定子31和与定子31滑动连接且安装在第二安装部222的动子32，动子32相对于定子31运动时，带动滑台22和第二滑轨212在第一滑轨211上一起作直线运动。输出轴50与旋转电机40固定连接，滑台22作直线运动时，带动旋转电机40和输出轴50一起作直线运动，旋转电机40作旋转运动时，带动输出轴50一起作旋转运动。

该设置方式通过滑台22将旋转电机40布置在直线电机30的侧面，不仅缩小了整体电机尺寸，还限制了输出轴50过长，避免过长的输出轴50在旋转运动时容易产生偏摆的问题，却又能保证电机在直线运动与旋转运动过程中的定位精准，为直线旋转双自由度电机在工业高精度产品加工设备领域的大行程电机容易产生偏摆的应用提供了可能性。

进一步地，请参见图4和图5，旋转电机40包括固定安装在第三安装部223上的轴承座41和与轴承座41一端固定连接的云台电机42，输出轴50穿过轴承座41与云台电机42固定连接，轴承座41内侧两端分别设有用于支撑输出轴50的角接触球轴承411，角接触球轴承411能够为输出轴50提供更多的支点。进一步地，输出轴50通过电机法兰43与云台电机42固定连接，输出轴50上设有用于连接电机法兰43的槽口51，输出轴50通过电机法兰43与槽口51配合以将输出轴50固定在云台电机42内。云台电机42作旋转运动时，带动输出轴50一起作旋转运动。本实施例所使用的云台电机42相对于大部分双自由度电机所使用的永磁同步电机的成本较低，并且云台电机42的整体长度尺寸是永磁同步电机的二分之一，本实施例采用云台电机42驱动输出轴50作旋转运动不仅降低了成本而且减小了电机的整体尺寸。

进一步地，请参见图1、图2和图4，直线位移测量单元60用于测量输出轴50的直线运动位移量，直线位移测量单元60包括安装在侧板13上的直线磁栅尺61以及安装在第一安装部221上的直线磁栅读数头62，直线磁栅读数头62与直线磁栅尺61相对设置以接收直线磁栅尺61反馈的位移量。

进一步地，请参见图1、图2和图5，旋转角度测量单元70用于测量输出轴50的旋转运动的角度量，旋转角度测量单元70与轴承座41的另一端固定连接，旋转角度测量单元70包括码盘磁栅读数头和码盘磁栅尺，码盘磁栅读数头与码盘磁栅尺相对设置以接收码盘磁栅尺反馈的旋转角度量。

直线旋转双自由度电机还包括运动控制模块(图中未示出)，运动控制模块分别与直线位移测量单元60、旋转角度测量单元70连接，用于接收直线位移测量单元60和旋转角度测量单元70的测量结果并计算输出轴50的位置信息。本实用新型的直线旋转双自由度电机能够实现实时位移和角度双闭环控制，具有较高的定位精度。

本实用新型的直线旋转双自由度电机的工作过程如下：直线电机30工作，动子带动滑台22以及第二滑轨212在第一滑轨211上一起作与输出轴50平行的直线运动，从而带动安装在滑台22的云台电机42、输出轴50、直线磁栅尺61和旋转角度测量单元70跟随滑台22一同作直线运动，同时云台电机42驱动输出轴50作旋转运动，在输出轴50作直线旋转运动过程中，直线位移测量单元60测量输出轴50的直线运动的位移，旋转角度测量单元70测量输出轴50的旋转运动的角度，运动控制模块采集直线位移测量单元60和旋转角度测量单元70的测量结果并计算输出轴50的位置信息。

在本实施例中，通过上述结构设计能够实现电机的直线运动行程达到100mm，旋转电机40安装在直线电机30的侧面而不是顶部，同时此直线旋转双自由度电机非全封闭式，可以大大地减小输出轴50的长度，减小电机的体积，简化机械结构，省去复杂的传动环节，从而提高运动定位精度。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种直线旋转双自由度电机，其特征在于，该直线旋转双自由度电机包括：

安装座；

安装在所述安装座上的滑动机构，所述滑动机构包括固定安装在所述安装座上的滑轨组件和与所述滑轨组件连接的滑台，所述滑轨组件包括与所述安装座固定连接的第一滑轨和与所述滑台固定连接的第二滑轨，所述第二滑轨与所述第一滑轨滑动连接；

设于所述滑动机构上方的直线电机，所述直线电机包括固定在所述安装座上的定子和与所述定子滑动连接且与所述滑台一端固定连接的动子，所述动子相对于所述定子运动时，带动所述滑台和所述第二滑轨在所述第一滑轨上作直线运动；

安装在所述滑台另一端的旋转电机和输出轴，所述输出轴与所述旋转电机固定连接，所述滑台作直线运动时，带动所述旋转电机和所述输出轴一起作直线运动，所述旋转电机作旋转运动时，带动所述输出轴一起作旋转运动。

2.根据权利要求1所述的直线旋转双自由度电机，其特征在于，所述直线旋转双自由度电机包括：用于测量所述输出轴的直线运动位移量的直线位移测量单元，所述直线位移测量单元包括安装在所述安装座上的直线磁栅尺以及安装在所述滑台上的直线磁栅读数头，所述直线磁栅读数头与所述直线磁栅尺相对设置以接收所述直线磁栅尺反馈的位移量。

3.根据权利要求2所述的直线旋转双自由度电机，其特征在于，所述滑台包括用于安装所述直线磁栅读数头的第一安装部、位于所述第一安装部一侧的第二安装部以及位于所述第一安装部另一侧的第三安装部，所述第二安装部用于固定安装所述动子和所述第二滑轨，所述第三安装部用于安装所述旋转电机。

4.根据权利要求3所述的直线旋转双自由度电机，其特征在于，所述旋转电机包括固定安装在所述第三安装部上的轴承座和与所述轴承座一端固定连接的云台电机，所述输出轴与所述云台电机固定连接，所述云台电机作旋转运动时，带动所述输出轴一起作旋转运动。

5.根据权利要求4所述的直线旋转双自由度电机，其特征在于，所述输出轴通过电机法兰与所述云台电机固定连接，所述输出轴上设有用于连接所述电机法兰的槽口，所述输出轴通过所述电机法兰与所述槽口配合以将所述输出轴固定在所述云台电机内。

6.根据权利要求4所述的直线旋转双自由度电机，其特征在于，所述轴承座内侧两端分别设有用于支撑所述输出轴的角接触球轴承。

7.根据权利要求4所述的直线旋转双自由度电机，其特征在于，所述直线旋转双自由度电机包括：用于测量所述输出轴的旋转运动的角度量的旋转角度测量单元，所述旋转角度测量单元与所述轴承座的另一端固定连接，所述旋转角度测量单元包括码盘磁栅读数头和码盘磁栅尺，所述码盘磁栅读数头与所述码盘磁栅尺相对设置以接收所述码盘磁栅尺反馈的旋转角度量。

8.根据权利要求7所述的直线旋转双自由度电机，其特征在于，所述直线旋转双自由度电机包括运动控制模块，所述运动控制模块分别与所述直线位移测量单元、所述旋转角度测量单元连接，用于接收所述直线位移测量单元和所述旋转角度测量单元的测量结果并计算所述输出轴的位置信息。

9.根据权利要求1所述的直线旋转双自由度电机，其特征在于，所述直线旋转双自由度电机的直线运动行程为100mm。

Images