CN217849141U - 一种大推力的直接丝杆输出伺服电缸 - Google Patents

Abstract

本实用新型的一种大推力的直接丝杆输出伺服电缸，通过在电机外壳内转动设置有转子结构，将丝杆与转子结构螺纹连接，丝杆在限位件的作用下不能周向转动(所述限位件可为丝杆所连接的工作台或工具等)，当伺服电缸工作时，转子结构在电机内周向转动，使丝杆杆身的螺纹沿转子结构内的螺纹滑动，从而驱动丝杆沿其轴向方向往复运动；采用转子结构与丝杆直接连接的设计，使伺服电缸省去电机输出轴、联轴器、同步轮以及同步带等传动零件，减小的伺服电缸的安装空间，减小了伺服电缸的结构体积，增大了输出效率，减少了传动误差，具有结构简单的优点。

Description

一种大推力的直接丝杆输出伺服电缸

技术领域

本实用新型涉及电机技术领域，特别涉及一种大推力的直接丝杆输出伺服电缸。

背景技术

现有技术中的电缸一般包括驱动电机和具有丝杆结构的千斤顶(以下简称电缸体)，电缸体包括丝杆以及丝杆螺母套，输出轴，止转结构，驱动电机的输出端与丝杆结构之间通过联轴器或者同步带相连接，当驱动电机工作时，电机输出轴带动电缸体内的丝杆转动，丝杆转动时带动丝杆连接在螺母套上的输出轴做直线移动，这样输出轴就可以带动滑块做伸缩运动。

上述伺服电缸，由于将电缸体和伺服电机通过联轴器或者同步带相连接，这样，同步轮、同步带、联轴器、以及固定这些结构所需要的结构件均需要占用电缸内较大的安装空间，同时各零部件之间传动的间隙误差较大，以及能耗较高。

目前市场上的伺服电缸内的转子结构通常由多片硅钢片重叠，中间穿入心轴紧配而成，生产难度大，生产成本较高，难以增大转子结构的体积尺寸。

目前市面上还有一款小功率的步进电机是丝杆直接从电机中心穿过的丝杠步进电机，此电机为异步电机，功率小，只能用在小推力的小设备上。

本实用新型即是针对现有技术的不足而研究提出。

实用新型内容

针对上述提到的现有技术中的伺服电缸的结构复杂的技术问题。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是：

一种大推力的直接丝杆输出伺服电缸，包括电机本体和丝杆，其特征在于：所述电机本体包括电机外壳、定子结构以及转子结构，所述转子结构转动连接在电机外壳内，所述定子结构固设于电机外壳内，所述定子结构呈中空状，所述定子结构套设在转子结构的外侧；

所述电机外壳的一端设有第一开口，所述丝杆的一端通过第一开口延伸至电机外壳内，且与转子结构螺纹连接，所述丝杆的另一端延伸出电机外壳外，且连接有限制其转动的限位件，当转子结构周向转动时，能够驱动丝杆沿轴向方向往复运动。

为了确保转子结构能够稳定驱动丝杆沿轴向方向往复运动，所述转子结构包括转子芯体、磁体件以及丝杆螺母套，所述转子芯体为整体结构，所述磁体件固设在转子铁芯外侧壁，所述转子芯体呈中空状，所述丝杆螺母套嵌设在转子芯体朝向第一开口的一端上，所述丝杆通过丝杆螺母套延伸至转子芯体内，并与丝杆螺母套螺纹连接。

为了提高磁铁装配到转子芯体上的稳定性，所述磁铁件为多个板状磁铁组，所述转子芯体的外侧壁上周设有多个安装槽，每一所述安装槽的一端上设有第二开口，所述第二开口用于供板状磁铁组装配到对应的安装槽内，所述转子芯体上设有磁铁挡圈，所述磁铁挡圈用于将板状磁铁组锁定在安装槽内；

每一所述安装槽的两侧分别设有滑槽，每一所述的板状磁铁组上分别设有与滑槽匹配的凸条。

为了提高转子芯体在电机定子内周向转动的可靠性，所述电机外壳包括依次连接的定子外壳以及轴承固定座，所述定子结构固定在定子外壳内，所述第一开口位于轴承固定座上；所述转子芯体具有丝杆螺母套的一端延伸至轴承固定座内，所述轴承固定座与转子芯体之间设有轴承组件。

为了确保轴承组件能够辅助转子芯体在电机外壳内周向转动，所述轴承组件包括设于轴承固定座内的多个轴承，每一所述的轴承均套设在转子芯体的外侧，所述轴承固定座与定子外壳连接的一端上设有第一限位凸起，所述轴承固定座的另一端上设有固定座盖，多个所述的轴承位于固定座盖与第一限位凸起之间，位于最上方的轴承与第一限位凸起的底侧相抵，位于最下方的轴承与固定座盖的顶侧相抵。

为了确保轴承能够稳固地装配在轴承固定座和转子芯体之间，所述转子芯体上设有第二限位凸起，所述第二限位凸起与第一限位凸起等高设置，且二者之间具有间隙，所述第二限位凸起的底侧与位于最上方的轴承相抵；

所述转子芯体靠近固定座盖的一端上设有轴承压板，所述轴承压板与固定座盖等高设置，且二者之间具有间隙，所述轴承压板的顶侧与位于最下方的轴承相抵。

为了提高伺服电缸的传动精度控制，所述电机外壳与转子芯体之间设有编码器组件。

为了确保编码器组件能够正常运行，所述编码器组件包括编码器壳体、编码器本体以及编码器安装轴，所述编码器壳体固设在电机外壳远离第一开口的一端上，所述编码器本体固设在编码器壳体内，所述编码器安装轴的一端穿过编码器壳体与编码器本体固定连接，所述编码器安装轴的另一端与转子芯体固定连接。

为了确保转子芯体的整体强度，所述转子芯体采用45号钢材料制成。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型的一种大推力的直接丝杆输出伺服电缸，通过在电机外壳内转动设置有转子结构，将丝杆与转子结构螺纹连接，丝杆在限位件的作用下不能周向转动(所述限位件可为丝杆所连接的工作台或工具等)，当伺服电缸工作时，转子结构在电机内周向转动，使丝杆杆身的螺纹沿转子结构内的螺纹滑动，从而驱动丝杆沿其轴向方向往复运动；采用转子结构与丝杆直接连接的设计，使伺服电缸省去电机输出轴、联轴器、同步轮以及同步带等传动零件，减小的伺服电缸的安装空间，减小了伺服电缸的结构体积，增大了输出效率，减少了传动误差，具有结构简单的优点。

下面将结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。

附图说明

图1为本实用新型的大扭矩输出的伺服电缸的结构示意图之一；

图2为图1沿A-A线的剖视示意图；

图3为本实用新型的大扭矩输出的伺服电缸的结构示意图之二；

图4为本实用新型的大扭矩输出的伺服电缸的分解示意图之一；

图5为图4中标记的B部分的放大示意图；

图6为本实用新型的大扭矩输出的伺服电缸的分解示意图之二；

图7为本实用新型的大扭矩输出的伺服电缸的结构示意图之三；

图8为图7沿C-C线的剖视示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施方式作详细说明。

如图1至图3所示，本实施例中的一种大推力的直接丝杆输出伺服电缸，包括电机本体1000和丝杆8，其特征在于：所述电机本体1000包括电机外壳1、定子结构2以及转子结构3，所述转子结构3转动连接在电机外壳1内，所述定子结构2固设于电机外壳1内，所述定子结构2呈中空状，所述定子结构2套设在转子结构3的外侧；

所述电机外壳1的一端设有第一开口，所述丝杆8的一端通过第一开口延伸至电机外壳1内，且与转子结构3螺纹连接，所述丝杆8的另一端延伸出电机外壳1外，且连接有限制其转动的限位件，当转子结构3周向转动时，能够驱动丝杆8沿轴向方向往复运动；本实用新型的一种大推力的直接丝杆输出伺服电缸，通过在电机外壳内转动设置有转子结构，将丝杆与转子结构螺纹连接，丝杆在限位件的作用下不能周向转动(所述限位件可为丝杆所连接的工作台或工具等)，当伺服电缸工作时，转子结构在电机内周向转动，使丝杆杆身的螺纹沿转子结构内的螺纹滑动，从而驱动丝杆沿其轴向方向往复运动；采用转子结构与丝杆直接连接的设计，使伺服电缸省去电机输出轴、联轴器、同步轮以及同步带等传动零件，减小的伺服电缸的安装空间，减小了伺服电缸的结构体积，增大了输出效率，减少了传动误差，具有结构简单的优点。

如图2、图4至图8所示，本实施例中的转子结构3包括转子芯体31、磁体件32以及丝杆螺母套33，所述转子芯体31为整体结构，所述磁体件32固设在转子芯体31外侧壁，所述转子芯体31呈中空状，所述丝杆螺母套33嵌设在转子芯体31朝向第一开口的一端上，所述丝杆8通过丝杆螺母套33延伸至转子芯体31内，并与丝杆螺母套33螺纹连接；

具体的，所述定子结构包括定子铁芯以及缠绕在定子铁芯上的线圈(图中未示出)，如图6和图8所示，所述转子芯体为中空的圆筒状，且转子芯体为整体结构，所述丝杆螺母套的一端上设有安装部，安装部上设有多个第一螺纹孔，所述转子芯体上设有与第一螺纹孔相对应的第二螺纹孔，所述丝杆螺母套嵌设在转子芯体朝向第一开口的一端上，所述安装部上的第一螺纹孔与转子芯体上的第二螺纹孔对齐，然后通过螺丝依次穿过第一螺纹孔和第二螺纹孔，螺丝分别与第一螺纹孔和第二螺纹孔螺纹连接，从而将丝杆螺母套固定在转子芯体上，现有的通过多片硅钢片重叠而成的转子结构强度不足，无法在转子芯体上设置螺纹孔，从而无法像本申请的转子芯体一样，直接与丝杆螺母套安装连接；

当伺服电缸开始工作时，所述磁体件与线圈对应配合，实现转子在电机外壳内的精密转动；当转子芯体转动时，同时带动丝杆螺母套转动，所述丝杆通过其杆身上的螺纹沿丝杆螺母套内的螺纹滑动，从而驱动丝杆沿其轴向方向往复运动，且转子芯体为中空结构，所述丝杆能够延伸至转子芯体内，减小丝杆装配在电机本体后的体积，便于伺服电缸装配到指定位置；采用转子芯体驱动丝杆螺母套转动，然后带动丝杆运动的方式，转子芯体不直接与丝杆连接，减少转子芯体与丝杆之间的摩擦，延长转子芯体的使用寿命。

如图5所示，本实施例中的磁体件32为多个板状磁铁组321，所述转子芯体31的外侧壁上周设有多个安装槽311，使得板状磁铁组能够铺满转子芯体的外侧壁，提高磁体件与定子结构之间的配合精度；

且在每一所述安装槽311的一端上开设第二开口312，在每一所述安装槽311的两侧上分别设有滑槽314，在每一所述的板状磁铁组321上分别设有与滑槽314滑动连接的凸条322，使得板状磁铁组能够通过滑槽与凸条的配合，经由第二开口滑入安装槽内，便于板状磁铁组装配在安装槽内，然后通过转子芯体31上的磁铁挡圈313封闭第二开口312，从而将板状磁铁组321锁定在安装槽311内；具体的，所述板状磁铁组与设于其两侧的凸条形成的结构呈类T型状。

优选的，本实施例中的一组板状磁铁组由三个磁铁片沿竖直方向排列组成，可根据转子芯体的体积，从而确定一组板状磁铁组上的磁铁片的排列数量。

如图1和图3所示，本实施例中的电机外壳1包括依次连接的定子外壳12以及轴承固定座13，所述定子结构2固设在定子外壳12内，所述第一开口位于轴承固定座13上；

所述转子芯体31具有丝杆螺母套33的一端延伸至轴承固定座13内，所述轴承固定座13与转子芯体31之间设有轴承组件；当转子芯体转动时，所述轴承组件能够减少转子芯体与轴承固定座之间的摩擦，降低二者之间的磨损；且能够对转子芯体进行限位，防止转子芯体周向转动时左右晃动，使转子芯体能够平稳的转动，从而提高转子芯体31在电机外壳1内周向转动的可靠性。

如图2和图4所示，本实施例中的轴承组件包括设于轴承固定座13内的多个轴承14，每一所述的轴承14均套设在转子芯体31的外侧，所述轴承固定座13与定子外壳12连接的一端上设有第一限位凸起131，所述轴承固定座13的另一端上设有固定座盖15，多个所述的轴承14位于固定座盖15与第一限位凸起131之间，位于最上方的轴承14与第一限位凸起131的底侧相抵，位于最下方的轴承14与固定座盖15的顶侧相抵；采用这样的设计，使得多个轴承能够填满轴承固定座与转子芯体之间的空间，提高轴承对转子芯体的支撑作用，降低转子芯体周向转动时的摩擦，保证传动精度。

如图2和图4所示，本实施例中的转子芯体31上设有第二限位凸起315，所述第二限位凸起315与第一限位凸起131等高设置，优选的，本实施例中的第二限位凸起的底侧与第一限位凸起底侧等高设置，使得所述第一限位凸起131的底侧以及第二限位凸起315的底侧分别与位于最上方的轴承14的顶侧相抵，共同限制最上方的轴承；

所述转子芯体31靠近固定座盖15的一端上设有轴承压板316，所述轴承压板316与固定座盖15等高设置，优选的，本实施例中的轴承压板316的顶侧与固定座盖15的顶侧等高设置，使得所述轴承压板316的顶侧以及固定座盖15的顶侧分别与位于最下方的轴承14的底侧相抵，共同限制最下方的轴承；

且第二限位凸起与第一限位凸起之间具有间隙，轴承压板与固定座盖之间具有间隙，从而避免转子芯体周向转动时与轴承固定座之间发生摩擦碰撞等情况发生；

具体的，所述轴承压板上设有与第一螺纹孔相对应的第三螺纹孔，在安装时，将轴承压板套设在丝杆螺母套的外侧，丝杆螺母套的一端嵌设在转子芯体朝向第一开口的一端上，轴承压板位于丝杆螺母套和转子芯体之间，且轴承压板的一侧与丝杆螺母套的安装部相抵，所述轴承压板的另一侧与转子芯体端部相抵，将对应的第一螺纹孔、第二螺纹孔和第三螺纹孔对齐，然后通过螺丝依次穿过第一螺纹孔、第三螺纹孔和第二螺纹孔，螺丝分别与第一螺纹孔、第三螺纹孔和第二螺纹孔螺纹连接，从而将丝杆螺母套和轴承压板固定在转子芯体上。

如图1和图2所示，本实施例中的电机外壳1与转子芯体31之间设有编码器组件4；编码器组件能够反馈转子芯体的位置和速度等信号给驱动器，实现闭环控制，从而消除伺服电缸失步的风险，增强电缸控制系统的稳定性，增强伺服电缸的传动精度。

如图2和图4所示，本实施例中的编码器组件4包括编码器壳体41、编码器本体42以及编码器安装轴43，所述编码器壳体41固设在电机外壳1远离第一开口的一端上，所述编码器壳体41包括编码器上壳和编码器下壳，便于将编码器本体42装配在编码器壳体41内，编码器壳体能防止灰尘等杂质进入编码器壳体内影响编码器本体4；

所述编码器安装轴43的一端穿过编码器壳体41与编码器本体42固定连接，所述编码器安装轴43的另一端与转子芯体31固定连接；编码器本体能够通过编码器安装轴感应转子芯体的转动参数，并通过电缸的控制系统控制转子芯体的转动参数，从而实现闭环控制。

优选的，如果需要提高伺服电缸的最大有效行程，所述编码器可以采用中空编码器。

具体的，本实施例中的转子芯体31采用45号钢材料制成；45号钢具有高强度以及良好的抗变形能力，拥有较好的机械性能，加工性能和热处理性能，且价格比较便宜，便于转子芯体的加工以及降低其制造成本，采用这种材料制成的转子芯体具有较好的强度，以及便于加工成体积较大的转子芯体，产生更多的磁通量，从而产生更大的旋转力，扭矩更大，提高伺服电缸的输出扭矩。

本实用新型的伺服电缸的工作原理：当伺服电缸开始工作时，所述转子芯体上的磁体件与定子铁芯上的线圈对应配合，以驱动转子芯体在定子铁芯内转动，同时带动转子芯体上的丝杆螺母套转动，所述丝杆通过其杆身上的螺纹沿丝杆螺母套内的螺纹滑动(即丝杆杆身的螺纹沿转子连接的螺母套内滑动)，从而驱动丝杆沿其轴向方向往复运动。

具体的，本实施例中的一种大推力的直接丝杆输出伺服电缸，包括电机本体和丝杆。所述电机本体包括电机结构件、定子绕组、转子、编码器以及轴承。所述丝杆是指前面所述的电缸体，电缸体设置在电机内部，直接与转子合为一体。

此实用新型的的关键技术就在于对普通的伺服电机的转子做了改进，由原来的硅钢片叠加起来通过中心轴串联起来的转子改成了一个整体的钢结构旋转体。

上述仅以实施例来进一步说明本实用新型的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本实用新型的实施方式仅限于此，任何依本实用新型所做的技术延伸或再创造，均受本实用新型的保护。本实用新型的保护范围以权利要求书为准。

Claims (9)

1.一种大推力的直接丝杆输出伺服电缸，包括电机本体(1000)和丝杆(8)，其特征在于：所述电机本体(1000)包括电机外壳(1)、定子结构(2)以及转子结构(3)，所述转子结构(3)转动连接在电机外壳(1)内，所述定子结构(2)固设于电机外壳(1)内，所述定子结构(2)呈中空状，所述定子结构(2)套设在转子结构(3)的外侧；

所述电机外壳(1)的一端设有第一开口，所述丝杆(8)的一端通过第一开口延伸至电机外壳(1)内，且与转子结构(3)螺纹连接，所述丝杆(8)的另一端延伸出电机外壳(1)外，且连接有限制其转动的限位件，当转子结构(3)周向转动时，能够驱动丝杆(8)沿轴向方向往复运动。

2.根据权利要求1所述的一种大推力的直接丝杆输出伺服电缸，其特征在于：所述转子结构(3)包括转子芯体(31)、磁体件(32)以及丝杆螺母套(33)，所述转子芯体(31)为整体结构，所述磁体件(32)固设在转子芯体(31)外侧壁，所述转子芯体(31)呈中空状，所述丝杆螺母套(33)嵌设在转子芯体(31)朝向第一开口的一端上，所述丝杆(8)通过丝杆螺母套(33)延伸至转子芯体(31)内，并与丝杆螺母套(33)螺纹连接。

3.根据权利要求2所述的一种大推力的直接丝杆输出伺服电缸，其特征在于：所述磁体件(32)为多个板状磁铁组(321)，所述转子芯体(31)的外侧壁上周设有多个安装槽(311)，每一所述安装槽(311)的一端上设有第二开口(312)，所述第二开口(312) 用于供板状磁铁组(321)装配到对应的安装槽(311)内，所述转子芯体(31)上设有磁铁挡圈(313)，所述磁铁挡圈(313)用于将板状磁铁组(321)锁定在安装槽(311)内；

每一所述安装槽(311)的两侧分别设有滑槽(314)，每一所述的板状磁铁组(321)上分别设有与滑槽(314)滑动连接的凸条(322)。

4.根据权利要求2所述的一种大推力的直接丝杆输出伺服电缸，其特征在于：所述电机外壳(1)包括依次连接的定子外壳(12)以及轴承固定座(13)，所述定子结构(2)固设在定子外壳(12)内，所述第一开口位于轴承固定座(13)上；所述转子芯体(31)具有丝杆螺母套(33)的一端延伸至轴承固定座(13)内，所述轴承固定座(13)与转子芯体(31)之间设有轴承组件，所述轴承组件用于提高转子芯体(31)在电机外壳(1)内周向转动的可靠性。

5.根据权利要求4所述的一种大推力的直接丝杆输出伺服电缸，其特征在于：所述轴承组件包括设于轴承固定座(13)内的多个轴承(14)，每一所述的轴承(14)均套设在转子芯体(31)的外侧，所述轴承固定座(13)与定子外壳(12)连接的一端上设有第一限位凸起(131)，所述轴承固定座(13)的另一端上设有固定座盖(15)，多个所述的轴承(14)位于固定座盖(15)与第一限位凸起(131)之间，位于最上方的轴承(14)与第一限位凸起(131)的底侧相抵，位于最下方的轴承(14)与固定座盖(15)的顶侧相抵。

6.根据权利要求5所述的一种大推力的直接丝杆输出伺服电缸，其特征在于：所述转子芯体(31)上设有第二限位凸起(315)，所述第二限位凸起(315)与第一限位凸起(131)等高设置，且二者之间具有间隙，所述第二限位凸起(315)的底侧与位于最上方的轴承(14)相抵；

所述转子芯体(31)靠近固定座盖(15)的一端上设有轴承压板(316)，所述轴承压板(316)与固定座盖(15)等高设置，且二者之间具有间隙，所述轴承压板(316)的顶侧与位于最下方的轴承(14)相抵。

7.根据权利要求2所述的一种大推力的直接丝杆输出伺服电缸，其特征在于：所述电机外壳(1)与转子芯体(31)之间设有编码器组件(4)。

8.根据权利要求7所述的一种大推力的直接丝杆输出伺服电缸，其特征在于：所述编码器组件(4)包括编码器壳体(41)、编码器本体(42)以及编码器安装轴(43)，所述编码器壳体(41)固设在电机外壳(1)远离第一开口的一端上，所述编码器本体(42)固设在编码器壳体(41)内，所述编码器安装轴(43)的一端穿过编码器壳体(41)与编码器本体(42)固定连接，所述编码器安装轴(43)的另一端与转子芯体(31)固定连接。

9.根据权利要求2所述的一种大推力的直接丝杆输出伺服电缸，其特征在于：所述转子芯体(31)采用45号钢材料制成。

Images