CN212278098U - 一种高精密组合传动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高精密组合传动装置，包括机构本体(9)、与所述机构本体(9)固定连接的直机电机定子(4)、安装于所述直机电机定子(4)的直孔内的直线电机动子(1)、与所述直线电机动子(1)的连接端固定连接的花键轴(12)、套装于所述花键轴(12)上且能够在所述花键轴(12)上滑动的滚珠花键(6)、套装于所述滚珠花键(6)上且相对固定的直驱旋转电机转子(7)、设置于所述直驱旋转电机转子(7)外周且固定于所述机构本体(9)内的直驱旋转电机定子(8)。该高精密组合传动装置将直线直驱电机和旋转直驱电机机构集成，结构紧凑、效率更高、节约成本、性能优越。

Description

一种高精密组合传动装置

技术领域

本实用新型涉及传动设备技术领域，特别是涉及一种高精密组合传动装置。

背景技术

现有技术中，实现旋转和上下直线运行通过2套伺服电机加减速机，然后通过2组皮带轮分别单独驱动滚珠丝杆和螺母丝杆实现旋转和上下传动。请参考图1，图1为现有技术中一种典型的传动装置的示意图。上下运行伺服电机7通过皮带5带动螺母4、滚珠丝杆3，再带动花键轴1实现上下运行。旋转运行伺服电机8、减速器6通过皮带轮2带动花键轴1实现旋转运行。

但是，现有传动装置中的滚珠丝杆和伺服电机成本昂贵，制造要求高、成本高；结构件较多，运动机构相对复杂，整体成本相对增加；由于多种机构动件组合后累积的精度较差，在传动过中种种精度不足，刚性不好；装配精度累积皮带传动、客户使用场景受限、装配空间较大；包括皮带等属于损耗件的摩擦，磨损较大，无防护设计，需要经常检修护理，寿命方面存在一些局限性。

综上所述，如何有效地解决传统传动装置在传动过中种种精度不足，刚性不好，以及摩擦损耗、寿命问题，以及成本高等问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种高精密组合传动装置，该高精密组合传动装置将直线直驱电机和旋转直驱电机机构集成，结构紧凑、效率更高、节约成本、性能优越。

为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：

一种高精密组合传动装置，包括机构本体、与所述机构本体固定连接的直机电机定子、安装于所述直机电机定子的直孔内的直线电机动子、与所述直线电机动子的连接端固定连接的花键轴、套装于所述花键轴上且能够在所述花键轴上滑动的滚珠花键、套装于所述滚珠花键上且相对固定的直驱旋转电机转子、设置于所述直驱旋转电机转子外周且固定于所述机构本体内的直驱旋转电机定子。

优选地，还包括位置传感器和编码器，

所述位置传感器内嵌于所述直机电机定子上，用于检测和反馈所述直线电机动子的位置；

所述编码器的活动部分固定在所述直驱旋转电机转子上，固定部分固定在所述机构本体上，用于控制所述直驱旋转电机转子的运动参数。

优选地，所述位置传感器为正弦/余弦信号传感器，所述直线电机动子包括多个交替的动子磁极。

优选地，所述花键轴和滚珠花键之间通过旋转轴承连接，所述机构本体的末端设置有轴承壳体，所述旋转轴承通过轴承壳体固定。

优选地，所述轴承壳体的末端设置有密封护罩，所述编码器在密封护罩内。

优选地，所述密封护罩与所述花键轴之间设置有旋转骨架油封；

所述直机电机定子的直孔末端与所述直线电机动子之间设置有骨架式密封油封。

优选地，所述直机电机定子的直孔和所述直线电机动子之间设置有滑动轴承；所述直机电机定子的直孔和花键轴之间设置有减振环。

优选地，所述直线电机动子的连接端和花键轴通过螺纹连接。

优选地，所述花键轴上有用于限制行程的凹槽，所述滚珠花键的滚珠设置于所述凹槽内。

优选地，所述直线电机动子为中空直线动子，所述花键轴为中空花键轴。

本实用新型所提供的高精密组合传动装置，将直线直驱电机和旋转直驱电机集成，直机电机定子、直线电机动子构成直线直驱电机，花键轴、滚珠花键、直驱旋转电机转子以及直驱旋转电机定子构成旋转直驱电机。高精密组合传动装置通过安装架可实现水平或多角度安装，竖立方向安装时，可搭配磁力弹簧等来完成。

直机电机定子与机构本体固定连接，直机电机定子的轴线处具有直孔，直线电机动子安装于直孔内。直机电机定子为线圈，直线电机动子为磁体，直线电机动子能够在直孔内线性移动。花键轴与直线电机动子的连接端固定连接，实现花键轴线性移动。

直驱旋转电机定子固定于机构本体内，直驱旋转电机定子设置于直驱旋转电机转子的外周，直驱旋转电机转子实现旋转运动。直驱旋转电机转子套装于滚珠花键上，直驱旋转电机转子与滚珠花键相对固定，滚珠花键套装于花键轴上，以此直驱旋转电机转子旋转带动滚珠花键和花键轴旋转。

滚珠花键能够在花键轴上滑动，滚珠花键在直驱旋转电机转子电磁力作用下实现正反精密旋转，同时花键轴在直线电机动子驱动下实现上下直驱运行，可同时实现精密旋转定位和高加速动态响应的直线运动，达到高速、高效率抓取移动物品实现位移及定位。

本实用新型提供的传动装置，集成直线直驱电机和旋转直驱电机，也就是上下运动线性马达和伺服直驱力矩马达，旋转运动和直线运动可以同时进行，并且完全相互独立。这两个部分可相互协作运动，旋转直驱电机直接受电磁力，采用直驱，无需结合机械齿轮箱的磨损和皮带轮，线性上下也是直接运行，部件减少，可获得较长的使用寿命，累积误差减少，响应快，节约成本，可实现高速、高效、高精度；结构紧凑，满足客户更多的使用场合，同时也节省客户安装空间；这两个电机是完全相互独立的单位，可以完全独立控制对方；由于轻质化的负载质量，可以减少振动，减少机械载荷，依次执行旋转和直线运动，使负载对电源更均匀，从而获得更大的能源效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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。

图1为现有技术中一种典型的传动装置的示意图；

图2为本实用新型中一种具体实施方式所提供的高精密组合传动装置的结构示意图；

图3为高精密组合传动装置中直线电机动子和花键轴为实心的剖视图；

图4为高精密组合传动装置中直线电机动子和花键轴为中空的剖视图；

图5为图4的应用图；

图6为磁敏传感器检测动子上磁极的磁场信号的双路正交余弦电压信号图；

图7为高精密组合传动装置水平安装的示意图；

图8为高精密组合传动装置竖直安装的示意图。

附图中标记如下：

直线电机动子1，滑动轴承2，位置传感器3，直机电机定子4，减振环5，滚珠花键6，直驱旋转电机转子7，直驱旋转电机定子8，机构本体9，旋转轴承10，轴承壳体11，花键轴12，编码器13，密封护罩14，骨架式密封油封15，旋转骨架油封16，气体17，磁体18，旋转直驱电机19，直线直驱电机20，安装架21。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供一种高精密组合传动装置，该高精密组合传动装置将直线直驱电机和旋转直驱电机机构集成，结构紧凑、效率更高、节约成本、性能优越。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参考图2至图8，图2为本实用新型中一种具体实施方式所提供的高精密组合传动装置的结构示意图；图3为高精密组合传动装置中直线电机动子和花键轴为实心的剖视图；图4为高精密组合传动装置中直线电机动子和花键轴为中空的剖视图；图5为图4的应用图；图6为磁敏传感器检测动子上磁极的磁场信号的双路正交余弦电压信号图；图7为高精密组合传动装置水平安装的示意图；图8为高精密组合传动装置竖直安装的示意图。

在一种具体实施方式中，本实用新型所提供的高精密组合传动装置，包括机构本体9、与机构本体9固定连接的直机电机定子4、安装于直机电机定子4的直孔内的直线电机动子1、与直线电机动子1的连接端固定连接的花键轴12、套装于花键轴12上且能够在花键轴12上滑动的滚珠花键6、套装于滚珠花键6上且相对固定的直驱旋转电机转子7、设置于直驱旋转电机转子7外周且固定于机构本体9内的直驱旋转电机定子8。

上述结构中，高精密组合传动装置将直线直驱电机20和旋转直驱电机19集成，直机电机定子4、直线电机动子1构成直线直驱电机20，花键轴12、滚珠花键6、直驱旋转电机转子7以及直驱旋转电机定子8构成旋转直驱电机19。高精密组合传动装置通过安装架21可实现水平或多角度安装，竖立方向安装时，可搭配磁力弹簧等来完成。

具体地说，机构本体9的一端具有连接孔，直机电机定子4的一端插入连接孔内，直机电机定子4与机构本体9固定连接。

直机电机定子4的轴线处具有直孔，直线电机动子1安装于直孔内。直机电机定子4为线圈，直线电机动子1为磁体18，直线电机动子1能够在直孔内线性移动。花键轴12与直线电机动子1的连接端固定连接，实现花键轴12线性移动。

直驱旋转电机定子8固定于机构本体9内，直驱旋转电机定子8设置于直驱旋转电机转子7的外周，直驱旋转电机转子7实现旋转运动。直驱旋转电机转子7套装于滚珠花键6上，直驱旋转电机转子7与滚珠花键6相对固定，滚珠花键6套装于花键轴12上，以此直驱旋转电机转子7旋转带动滚珠花键6和花键轴12旋转。

滚珠花键6能够在花键轴12上滑动，滚珠花键6在直驱旋转电机转子7电磁力作用下实现正反精密旋转，同时花键轴12在直线电机动子1驱动下实现上下直驱运行，可同时实现精密旋转定位和高加速动态响应的直线运动，达到高速、高效率抓取移动物品实现位移及定位。

本实用新型提供的传动装置，集成直线直驱电机20和旋转直驱电机19，也就是上下运动线性马达和伺服直驱力矩马达，旋转运动和直线运动可以同时进行，并且完全相互独立。这两个部分可相互协作运动，旋转直驱电机19直接受电磁力，采用直驱，无需结合机械齿轮箱的磨损和皮带轮，线性上下也是直接运行，部件减少，可获得较长的使用寿命，累积误差减少，响应快，节约成本，可实现高速、高效、高精度；结构紧凑，满足客户更多的使用场合，同时也节省客户安装空间；这两个电机是完全相互独立的单位，可以完全独立控制对方；由于轻质化的负载质量，可以减少振动，减少机械载荷，依次执行旋转和直线运动，使负载对电源更均匀，从而获得更大的能源效率。

在上述具体实施方式的基础上，还包括位置传感器3和编码器13，优选地，位置传感器3为精密位置传感器，编码器13为高精编码器，检测精度较高。

编码器13的活动部分固定在直驱旋转电机转子7上，固定部分固定在机构本体9上，也就是旋转直驱电机19内嵌机构本体9内，且旋转直驱电机19安装高分辨率绝对值编码器13，控制直驱旋转电机转子7的位置、速度、精度等运动参数，实现旋转方向高精度、高响应伺服直驱，减小组装引起精度损失。

位置传感器3内嵌于直机电机定子4上，直线直驱电机20的直线电机动子1与旋转直驱电机19的花键轴12连接，搭配高精度位置传感器3，检测和反馈直线电机动子1的位置，上下高响应定位直线运行，整个装置在集成后功能实现旋转同时直线运行，达到可靠、结构紧凑、高精密组合传动装置的技术。

进一步优化上述技术方案，位置传感器3为正弦/余弦信号传感器，直线电机动子1包括多个交替的动子磁极，通过非接触磁性在电机中检测到磁场传感器，为伺服驱动器提供了一个正弦/余弦信号传感器，使当前的位置总是可用的驱动器没有滞后。在相对于增量位置测量，位置精确得到反馈步骤不能丢失，实现轴方向的精度反馈。

如图6所示，正弦/余弦信号传感器，比如磁敏传感器检测动子上磁极的磁场信号而输出的双路正交余弦电压信号，通过反正切运算法针对这两相电压信号进行分析和计算，求解相对相位角度，以达到信号处理的目的，结合驱动器实现精确控制。

另一种较为可靠的实施例中，花键轴12和滚珠花键6之间通过旋转轴承10连接，减少摩擦，保证花键轴12和滚珠花键6旋转顺畅。

机构本体9的末端设置有轴承壳体11，旋转轴承10通过轴承壳体11固定，旋转轴承10安装、定位方便。

在上述任意一个实施例的基础之上，轴承壳体11的末端设置有密封护罩14，编码器13在密封护罩14内，对机构本体9的末端进行封装，具有防尘、防水、防油作用，保护机构本体9内各部件。

在上述具体实施方式的基础上，密封护罩14与花键轴12之间设置有旋转骨架油封16，可以防尘、防水、防油，实现轴向和旋转密封，具有较好地防护作用。

直机电机定子4的直孔末端与直线电机动子1之间设置有骨架式密封油封15，有效的防止灰尘、水气、防油进入；同时也防止轴承上油雾散发，轴向密封性较好，达到高精密结构。

本实用新型所提供的高精密组合传动装置，在其它部件不改变的情况下，直机电机定子4的直孔和直线电机动子1之间设置有滑动轴承2，滑动轴承2的数量可以为两个，分别设置于直线电机动子1的两端，直线电机动子1沿滑动轴承2做直线运动，减少直线电机动子1的移动摩擦，直线电机动子1运动更加顺畅，提高使用寿命。

直机电机定子4的直孔和花键轴12之间设置有减振环5，减振环5为橡胶环，在花键轴12运动过程中，具有减振、缓冲作用，减少冲击，提高稳定性。

本实用新型所提供的高精密组合传动装置不应被限制于此种情形，在其它部件不改变的情况下，直线电机动子1的连接端和花键轴12通过螺纹连接，具体的说，直线电机动子1的连接端开设有螺纹孔，花键轴12的端部具有外螺纹，花键轴12连接于螺纹孔内，连接方便，达到同时旋转和直线运行，更加灵活、节约客户空间；直线电机动子1和花键轴12刚性连接，可实现高精度。

对于上述各个实施例中的高精密组合传动装置，花键轴12上有用于限制行程的凹槽，滚珠花键6的滚珠设置于凹槽内，花键轴12的直线运行范围为滚珠花键6的滚珠在凹槽内的滑动范围，限制花键轴12直线运行的极限位置，限行程花键轴12和直线电机动子1联接，花键轴12和直线电机动子1的直线运动行程更加精准。

本实用新型所提供的高精密组合传动装置，在其它部件不改变的情况下，直线电机动子1分为两种，实心直线动子或者中空直线动子，同理，花键轴12也分为两种，实心花键轴或者中空花键轴。

实心直线动子和实心花键轴联接组成，可以实现高刚性、高强度传动机械。

中空直线动子和中空花键轴联接组成，中空的优势可直接通由中间通气管或者气体17输入，减小客户使用的空间，减轻重量，运动速度可以更快；可以水平、垂直、多角度、多轴运行等使用，更加紧凑，节约成本。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本实用新型所提供的高精密组合传动装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种高精密组合传动装置，其特征在于，包括机构本体(9)、与所述机构本体(9)固定连接的直机电机定子(4)、安装于所述直机电机定子(4)的直孔内的直线电机动子(1)、与所述直线电机动子(1)的连接端固定连接的花键轴(12)、套装于所述花键轴(12)上且能够在所述花键轴(12)上滑动的滚珠花键(6)、套装于所述滚珠花键(6)上且相对固定的直驱旋转电机转子(7)、设置于所述直驱旋转电机转子(7)外周且固定于所述机构本体(9)内的直驱旋转电机定子(8)。

2.根据权利要求1所述的高精密组合传动装置，其特征在于，还包括位置传感器(3)和编码器(13)，

所述位置传感器(3)内嵌于所述直机电机定子(4)上，用于检测和反馈所述直线电机动子(1)的位置；

所述编码器(13)的活动部分固定在所述直驱旋转电机转子(7)上，固定部分固定在所述机构本体(9)上，用于控制所述直驱旋转电机转子(7)的运动参数。

3.根据权利要求2所述的高精密组合传动装置，其特征在于，所述位置传感器(3)为正弦/余弦信号传感器，所述直线电机动子(1)包括多个交替的动子磁极。

4.根据权利要求2所述的高精密组合传动装置，其特征在于，所述花键轴(12)和滚珠花键(6)之间通过旋转轴承(10)连接，所述机构本体(9)的末端设置有轴承壳体(11)，所述旋转轴承(10)通过轴承壳体(11)固定。

5.根据权利要求4所述的高精密组合传动装置，其特征在于，所述轴承壳体(11)的末端设置有密封护罩(14)，所述编码器(13)在密封护罩(14)内。

6.根据权利要求5所述的高精密组合传动装置，其特征在于，所述密封护罩(14)与所述花键轴(12)之间设置有旋转骨架油封(16)；

所述直机电机定子(4)的直孔末端与所述直线电机动子(1)之间设置有骨架式密封油封(15)。

7.根据权利要求1所述的高精密组合传动装置，其特征在于，所述直机电机定子(4)的直孔和所述直线电机动子(1)之间设置有滑动轴承(2)；所述直机电机定子(4)的直孔和花键轴(12)之间设置有减振环(5)。

8.根据权利要求1所述的高精密组合传动装置，其特征在于，所述直线电机动子(1)的连接端和花键轴(12)通过螺纹连接。

9.根据权利要求1所述的高精密组合传动装置，其特征在于，所述花键轴(12)上有用于限制行程的凹槽，所述滚珠花键(6)的滚珠设置于所述凹槽内。

10.根据权利要求1-9任一项所述的高精密组合传动装置，其特征在于，所述直线电机动子(1)为中空直线动子，所述花键轴(12)为中空花键轴。

Images