CN213906529U - 一种双自由度电机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及自动化设备技术领域，提供了一种双自由度电机，包括旋转驱动部、与旋转驱动部连接的升降驱动部、穿过所述旋转驱动部和升降驱动部的花键轴，所述花键轴内包括若干个交叉连接的升降磁轭和升降磁钢，在旋转驱动部段的花键轴外圆周壁上依次套接有花键导套、动子、旋转磁钢、定子，所述定子上设置有用于通电驱动花键轴做旋转运动的旋转线圈，在升降驱动部段的花键轴外圆周壁上依次套接有用于通电驱动花键轴做升降运动的升降线圈、磁轭。本实用新型提供的一种双自由度电机，能够同时做旋转与上下移动动作，解决现有设计中旋转与上下移动结构复杂、体积大的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及自动化设备技术领域，具体涉及一种双自由度电机。
背景技术
电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制电机，是现代数字程序控制系统中的主要执行元件，应用极为广泛。现有的电机根据其电机轴的运动方式分为直线电机和转动电机，直线电机的电机轴可相对转子直线运动，可以顶动或者拉回与电机轴固定的元件；转动电机的电机轴和转子同步转动，可以驱动与电机轴固定的元件转动。
现有电机的电机轴一般只能单独进行直线运动或者单独进行旋转运动，或实现旋转与上下移动动作主要由两个电机提供动力，结构较复杂，空间利用率底。
实用新型内容
本实用新型提供了一种双自由度电机，能够同时做旋转与上下移动动作，解决现有设计中旋转与上下移动结构复杂、体积大的问题。
本实用新型采用如下技术方案：
一种双自由度电机，包括旋转驱动部、与旋转驱动部固定连接的升降驱动部、穿过所述旋转驱动部和升降驱动部的花键轴，所述花键轴内包括若干个交叉连接的升降磁轭和升降磁钢，在旋转驱动部段的花键轴外圆周壁上依次套接有花键导套、动子、旋转磁钢、定子，所述定子上设置有用于通电驱动花键轴做旋转运动的旋转线圈，在升降驱动部段的花键轴外圆周壁上依次套接有用于通电驱动花键轴做升降运动的升降线圈、磁轭。
进一步地，所述花键轴的一端设置有升降磁钢安装板，另一端设置有电机连接轴。
进一步地，所述花键导套两端外圆周壁上均套接有轴承，所述定子的两端同轴连接有用于套装所述轴承的轴承座盖。
进一步地，所述花键导套的一端同轴连接有用于保证花键轴旋转角度的旋转编码器磁钢，所述旋转编码器磁钢外圆周壁套接有第一编码器，所述第一编码器外圆周壁套接有第二编码器。
进一步地，所述第二编码器外圆周壁套接有电机端盖，所述电机端盖与所述轴承座盖同轴连接。
进一步地，所述升降线圈设置在远离所述电机端盖的轴承的一端，所述升降线圈远离所述轴承的一端连接有第三编码器。
进一步地，所述磁轭的外圆周壁套接有外壳，所述外壳与所述轴承座盖同轴连接。
进一步地，所述旋转驱动部的一侧面设置有第一线盖，所述升降驱动部上与所述旋转驱动部的同侧设置有第二线盖。
本实用新型的有益效果为：电机由两个部分组成分别是旋转驱动部和升降驱动部，在旋转驱动部段的花键轴外圆周壁上套接有花键导套、动子、旋转磁钢、定子，定子上设置有旋转线圈，给旋转线圈通电，产生磁场驱动旋转磁钢和动子转动，进而带动花键导套转动，花键导套带动花键轴转动；在升降驱动部的花键轴外圆周壁上设置有升降线圈、磁轭，花键轴内部设置有升降磁轭和升降磁钢，通过给升降线圈通电，产生磁场通过磁轭传输驱动升降磁钢做上下运动，进而带动花键轴升降，解决了传统升降和旋转机构结构复杂体积大的问题。
附图说明
图1为本实用新型一种双自由度电机的结构示意图。
图2为本实用新型一种双自由度电机的俯视图。
图3为图2中F-F的截面图。
图4为本实用新型中旋转驱动部的左视图。
图5为本实用新型一种双自由度电机的爆炸图。
附图中，旋转编码器磁钢1、电机端盖2、第一编码器3、轴承座盖4、定子5、第二编码器6、动子7、轴承8、旋转磁钢9、外壳10、第三编码器11、花键导套12、花键轴13、第一线盖14、第二线盖15、升降磁轭16、磁轭17、升降线圈18、升降磁钢安装板19、旋转线圈20、电机连接轴21、升降磁钢22。
具体实施方式
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。
如图1、2、4所示，本实用新型提供了一种双自由度电机，包括旋转驱动部、与旋转驱动部固定连接的升降驱动部、穿过旋转驱动部和升降驱动部的花键轴13，花键轴13内包括若干个交叉连接的升降磁轭16和升降磁钢22，花键轴13的一端设置有升降磁钢安装板19，另一端设置有电机连接轴21，旋转驱动部的一侧面设置有第一线盖14，升降驱动部上与旋转驱动部的同侧设置有第二线盖15。
花键轴是机械传动一种，和平键、半圆键、斜键作用一样，都是传递机械扭矩，在轴的外表有纵向的键槽，套在轴上的旋转件也有对应的键槽，可保持跟轴同步旋转，在旋转的同时，有的还可以在轴上作纵向滑动。
如图3所示，图3示出了旋转驱动部的结构示意图，花键轴13在旋转驱动部段的外圆周壁上依次套接有花键导套12、动子7、旋转磁钢9、定子5，具体为，花键导套12外圆周壁上套接有动子7，动子7外圆周壁上套接有旋转磁钢9，旋转磁钢9的数量为若干个，本实施例中旋转磁钢9的数量为22个，均设置在所述花键导套12的外圆周壁上，若干旋转磁钢9外圆周壁上套接有定子5，定子5上设置有用于通电驱动花键轴13做旋转运动的旋转线圈20，花键导套12两端外圆周壁上均套接有轴承8，定子5的两端同轴连接有用于套装轴承8的轴承座盖4。花键导套12的一端同轴连接有用于保证花键轴13旋转角度的旋转编码器磁钢1(由30个磁钢组成)，旋转编码器磁钢1外圆周壁套接有第一编码器3，第一编码器3外圆周壁套接有第二编码器6，第二编码器6外圆周壁套接有电机端盖2，电机端盖2与轴承座盖4同轴连接。
如图4所示，在升降驱动部段的花键轴13外圆周壁上依次套接有用于通电驱动花键轴13做升降运动的升降线圈18、磁轭17，升降线圈18设置在远离电机端盖2的轴承8的一端，升降线圈18远离轴承8的一端连接有第三编码器11，磁轭17的外圆周壁套接有外壳10，外壳10与轴承座盖4同轴连接。
本实用新型的工作原理：旋转线圈20安装在定子5上，通过给旋转线圈20通电，使得旋转线圈20产生磁场力驱动旋转磁钢9和动子做旋转运动，旋转磁钢9通过花键导套12带动花键轴13旋转，因编码器的核心部件是感应器，其实质上是一个磁场感应器，能够与相对应的磁极长度相吻合，每一个磁极距(一块磁铁的磁场长度，磁钢就是磁铁)就会生成一个完整的正弦波，解析这个正弦波形就能得知当前所走过的角度。例如：一块磁铁的厚度是5mm，那么这个磁铁在运动时经过这个感应器，这个感应器感应到有磁场，那么5mm的磁场就等于一个完整的正弦波(一个完整正弦波＝360°)，然后解析这个正弦波就能计算出位置或者角度。
旋转编码器磁钢1由30个磁钢组成，每个磁钢的厚度为5mm(根据不同的场合，设置不同的厚度)，每走5mm，即一个波形，旋转编码器磁钢1的主要作用就是提供一个固定的磁场供感应器检测所走过的角度。
假设控制器发出指令让旋转轴转90°，然后旋转轴转动，通过上面所述的检测方式来确定是否旋转了90°，如果转多了，则退回一部分，如果不够，在多转一点，直至等于90°为止，所以通过第二编码器6感应旋转编码器磁钢1可以保证电机的旋转角度。
升降磁钢22安装在花键轴13内，升降线圈18套接在花键轴13外圆周壁，通过给升降线圈18通电，使得升降线圈18产生磁场驱动升降磁钢22做上下运动，进而带动花键轴13升降。通过第三编码器11感应升降磁钢22保证电机升降距离，其原理与旋转驱动部中检测角度的原理相同，每个升降磁钢22的厚度为5mm(根据不同的场合，设置不同的厚度)，每走5mm，即一个波形，升降磁钢22的主要作用就是提供一个固定的磁场供感应器检测所走过的距离。
电机由两个部分组成分别是旋转驱动部和升降驱动部，在一个电机上集合了上下移动以及主轴旋转的功能，解决了传统升降和旋转机构结构复杂体积大的问题。同时，旋转驱动部内设置旋转编码器磁钢保证了电机的旋转角度，电机主轴设置为花键轴，花键轴内部包括了交叉设置的升降磁轭和升降磁钢，保证了电机的升降距离。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、装置、物品或者方法不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、装置、物品或者方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、装置、物品或者方法中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种双自由度电机，其特征在于，包括旋转驱动部、与旋转驱动部固定连接的升降驱动部、穿过所述旋转驱动部和升降驱动部的花键轴，所述花键轴内包括若干个交叉连接的升降磁轭和升降磁钢，在旋转驱动部段的花键轴外圆周壁上依次套接有花键导套、动子、旋转磁钢、定子，所述定子上设置有用于通电驱动花键轴做旋转运动的旋转线圈，在升降驱动部段的花键轴外圆周壁上依次套接有用于通电驱动花键轴做升降运动的升降线圈、磁轭。
2.根据权利要求1所述的双自由度电机，其特征在于，所述花键轴的一端设置有升降磁钢安装板，另一端设置有电机连接轴。
3.根据权利要求1所述的双自由度电机，其特征在于，所述花键导套两端外圆周壁上均套接有轴承，所述定子的两端同轴连接有用于套装所述轴承的轴承座盖。
4.根据权利要求3所述的双自由度电机，其特征在于，所述花键导套的一端同轴连接有用于保证花键轴旋转角度的旋转编码器磁钢，所述旋转编码器磁钢外圆周壁套接有第一编码器，所述第一编码器外圆周壁套接有第二编码器。
5.根据权利要求4所述的双自由度电机，其特征在于，所述第二编码器外圆周壁套接有电机端盖，所述电机端盖与所述轴承座盖同轴连接。
6.根据权利要求5所述的双自由度电机，其特征在于，所述升降线圈设置在远离所述电机端盖的轴承的一端，所述升降线圈远离所述轴承的一端连接有第三编码器。
7.根据权利要求3所述的双自由度电机，其特征在于，所述磁轭的外圆周壁套接有外壳，所述外壳与所述轴承座盖同轴连接。
8.根据权利要求1所述的双自由度电机，其特征在于，所述旋转驱动部的一侧面设置有第一线盖，所述升降驱动部上与所述旋转驱动部的同侧设置有第二线盖。
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2020
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