高度集成的機(jī)電作動(dòng)器及其應(yīng)用方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種高度集成的機(jī)電作動(dòng)器及其應(yīng)用方法，包括：電機(jī)、絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；其中，所述電機(jī)包括電機(jī)轉(zhuǎn)子，所述電機(jī)轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)軸；所述絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括絲桿軸和絲杠導(dǎo)向支撐裝置；其中，所述轉(zhuǎn)軸設(shè)置有內(nèi)螺紋；所述絲桿軸設(shè)置有外螺紋，與所述轉(zhuǎn)軸的內(nèi)螺紋相嚙合；所述絲桿軸的輸出端安裝有用于支撐所述絲桿軸且用于限制絲桿軸旋轉(zhuǎn)的絲杠導(dǎo)向支撐裝置。本發(fā)明提供的高度集成的機(jī)電作動(dòng)器，具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、承載能力強(qiáng)、運(yùn)動(dòng)精度和傳動(dòng)效率局的優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】高度集成的機(jī)電作動(dòng)器及其應(yīng)用方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種機(jī)電作動(dòng)器，具體涉及一種高度集成的機(jī)電作動(dòng)器及其應(yīng)用方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] 機(jī)電作動(dòng)器作為一種常用的功率電傳作動(dòng)器，是一種以電機(jī)提供動(dòng)力，通過(guò)傳動(dòng) 件驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，最終將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的設(shè)備，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、列車(chē)和航 空等領(lǐng)域中。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中，機(jī)電作動(dòng)器通常采用搭積木的設(shè)計(jì)方式，簡(jiǎn)單地將驅(qū)動(dòng)電機(jī)、傳動(dòng)機(jī) 構(gòu)和位移傳感器等器件拼湊在一起，具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜和體積重量大的缺陷，另外，由于傳動(dòng)環(huán) 節(jié)較多，還導(dǎo)致系統(tǒng)剛度和傳動(dòng)效率的下降。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供一種高度集成的機(jī)電作動(dòng)器及其應(yīng)用方 法，具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、承載能力強(qiáng)、運(yùn)動(dòng)精度和傳動(dòng)效率高的優(yōu)點(diǎn)。
[0005] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0006] 本發(fā)明提供一種高度集成的機(jī)電作動(dòng)器，包括：電機(jī)、絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；其中，所述 電機(jī)包括電機(jī)轉(zhuǎn)子，所述電機(jī)轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)軸；所述絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括絲桿軸和絲杠導(dǎo)向支 撐裝置；
[0007] 其中，所述轉(zhuǎn)軸設(shè)置有內(nèi)螺紋；所述絲桿軸設(shè)置有外螺紋，與所述轉(zhuǎn)軸的內(nèi)螺紋相 嚙合；所述絲桿軸的輸出端安裝有用于支撐所述絲桿軸且用于限制絲桿軸旋轉(zhuǎn)的絲杠導(dǎo)向 支撐裝置。
[0008] 優(yōu)選的，還包括LVDT位移傳感器；所述LVDT位移傳感器內(nèi)置于所述絲桿軸內(nèi)部。
[0009] 優(yōu)選的，所述LVDT位移傳感器包括LVDT外殼、LVDT鐵芯和LVDT延長(zhǎng)桿；所述LVDT 外殼置于所述轉(zhuǎn)軸內(nèi)部；所述LVDT外殼的軸心開(kāi)設(shè)有孔，所述LVDT鐵芯內(nèi)置于所述LVDT 外殼開(kāi)設(shè)的孔內(nèi)，所述LVDT延長(zhǎng)桿一端與所述LVDT鐵芯通過(guò)螺紋相連接，所述LVDT延長(zhǎng) 桿另一端通過(guò)螺栓與所述絲杠軸相連接。
[0010] 優(yōu)選的，所述LVDT延長(zhǎng)桿的一端的外圓與所述絲杠軸內(nèi)孔配合，用于兩者的徑向 定位。
[0011] 優(yōu)選的，所述LVDT外殼通過(guò)LVDT固定套固定在所述電機(jī)的端蓋上。
[0012] 優(yōu)選的，還包括：旋轉(zhuǎn)變壓器。
[0013] 優(yōu)選的，所述旋轉(zhuǎn)變壓器包括變壓器定子和變壓器轉(zhuǎn)子；所述變壓器定子采用過(guò) 盈配合固定在電機(jī)的機(jī)殼內(nèi)部；所述變壓器轉(zhuǎn)子采用過(guò)盈配合固定在電機(jī)轉(zhuǎn)子上。
[0014] 本發(fā)明還提供一種高度集成的機(jī)電作動(dòng)器的應(yīng)用方法，包括以下步驟：
[0015] 電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸設(shè)置有內(nèi)螺紋，絲桿軸設(shè)置有外螺紋，使絲桿軸的外螺紋與轉(zhuǎn)軸 的內(nèi)螺紋相嚙合；
[0016] 當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸被驅(qū)動(dòng)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸同時(shí)作為絲桿軸的螺 母；在絲杠導(dǎo)向支撐裝置的限制作用下，該螺母的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)絲桿軸進(jìn)行直線伸縮運(yùn)動(dòng)。 [0017] 優(yōu)選的，還包括：
[0018] LVDT位移傳感器的LVDT鐵芯通過(guò)LVDT延長(zhǎng)桿與絲杠軸連接，當(dāng)所述絲桿軸進(jìn) 行直線伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)，同時(shí)帶動(dòng)LVDT鐵芯進(jìn)行直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而測(cè)量絲杠軸直線運(yùn)動(dòng)的位 移。
[0019] 優(yōu)選的，旋轉(zhuǎn)變壓器包括變壓器定子和變壓器轉(zhuǎn)子；變壓器定子采用過(guò)盈配合固 定在電機(jī)的機(jī)殼內(nèi)部；變壓器轉(zhuǎn)子采用過(guò)盈配合固定在電機(jī)轉(zhuǎn)子上；當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)， 帶動(dòng)所述變壓器轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而檢測(cè)電機(jī)角位移和角速度。
[0020] 本發(fā)明的有益效果如下：
[0021] 本發(fā)明提供的高度集成的機(jī)電作動(dòng)器，采用一體化設(shè)計(jì)，將電機(jī)、絲桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、 LVDT位移傳感器和旋轉(zhuǎn)變壓器有機(jī)地融為一體，具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便、 承載能力大、運(yùn)動(dòng)精度好、傳動(dòng)效率高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于航空航天、船 舶、機(jī)器人、高精密數(shù)控機(jī)床等領(lǐng)域。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022] 圖1為本發(fā)明提供的高度集成的機(jī)電作動(dòng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023] 以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明：
[0024] 如圖1所示，本發(fā)明提供一種高度集成的機(jī)電作動(dòng)器，包括：電機(jī)、絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)； 電機(jī)包括電機(jī)轉(zhuǎn)子5,電機(jī)轉(zhuǎn)子5由面對(duì)面方式布置的一對(duì)角接觸球軸承2支撐。電機(jī)的定 子4通過(guò)過(guò)盈配合與機(jī)殼3固定。其中，電機(jī)轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)軸；絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括絲桿軸11 和絲杠導(dǎo)向支撐裝置9 ;其中，轉(zhuǎn)軸設(shè)置有內(nèi)螺紋；絲桿軸設(shè)置有外螺紋，與轉(zhuǎn)軸的內(nèi)螺紋 相嚙合；絲桿軸的輸出端安裝有用于支撐絲桿軸且用于限制絲桿軸旋轉(zhuǎn)的絲杠導(dǎo)向支撐裝 置。作為一種具體結(jié)構(gòu)，絲杠導(dǎo)向支撐裝置可以為與絲桿軸貼合的兩個(gè)相互平行的平面及 圓柱面，通過(guò)螺栓固定在右端蓋10上，從而具有限制絲杠軸轉(zhuǎn)動(dòng)以及支撐絲桿軸的作用。
[0025] 由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸的內(nèi)螺紋和絲桿軸的外螺紋相嚙合，因此，當(dāng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸按照期望 的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于絲杠導(dǎo)向支撐裝置的作用，轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)絲桿軸進(jìn)行直線伸縮運(yùn)動(dòng)。 也就是說(shuō)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸相當(dāng)于絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的螺母，因此，絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)不再單獨(dú)配置螺母， 將轉(zhuǎn)軸與絲桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有機(jī)地融為一體，一方面，提高了機(jī)電作動(dòng)器的結(jié)構(gòu)緊湊性；另一方 面，提高了機(jī)電作動(dòng)器的耦合剛度和傳動(dòng)精度。
[0026] 本發(fā)明還對(duì)LVDT位移傳感器的安裝方式進(jìn)行了改進(jìn)，其中，LVDT(Linear Variable Differential Transformer)是線性可變差動(dòng)變壓器縮寫(xiě)，屬于直線位移傳感 器。具體為將LVDT位移傳感器內(nèi)置于絲桿軸內(nèi)部，而不單獨(dú)占用絲桿軸外部空間。更具體 的，LVDT位移傳感器包括LVDT外殼13、LVDT鐵芯14和LVDT延長(zhǎng)桿12 ;LVDT外殼置于轉(zhuǎn) 軸內(nèi)部，LVDT外殼通過(guò)LVDT固定套15固定在電機(jī)的端蓋上，圖1中，LVDT固定套15固定 在電機(jī)的左端蓋1上；LVDT外殼的軸心開(kāi)設(shè)有孔，LVDT鐵芯內(nèi)置于LVDT外殼開(kāi)設(shè)的孔內(nèi)， LVDT延長(zhǎng)桿一端與LVDT鐵芯通過(guò)螺紋相連接，LVDT延長(zhǎng)桿的一端的外圓與絲杠軸內(nèi)孔配 合，用于兩者的徑向定位；LVDT延長(zhǎng)桿另一端通過(guò)螺栓8與絲杠軸相連接。因此，LVDT鐵芯 通過(guò)LVDT延長(zhǎng)桿與絲杠軸連接，當(dāng)絲桿軸進(jìn)行直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，同時(shí)帶動(dòng)LVDT鐵芯進(jìn)行直 線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。另外，LVDT延長(zhǎng)桿的凸肩與絲杠軸內(nèi)壁配合，具有支撐絲桿軸的作用，并且還 保證了 LVDT鐵芯與絲杠軸的同軸度。通過(guò)LVDT位移傳感器，精確檢測(cè)絲杠軸直線運(yùn)動(dòng)的 位移，可實(shí)現(xiàn)精確的位置和速度閉環(huán)控制。將LVDT位移傳感器內(nèi)置于絲杠軸內(nèi)部空間中， 一方面使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)極為緊湊，另一方面對(duì)LVDT位移傳感器也具有良好的保護(hù)作用。
[0027] 本發(fā)明還對(duì)旋轉(zhuǎn)變壓器的布局進(jìn)行了改進(jìn)，從而進(jìn)一步減小了機(jī)電作動(dòng)器的體積 和重量，具體為：旋轉(zhuǎn)變壓器包括變壓器定子6和變壓器轉(zhuǎn)子7 ;變壓器定子采用過(guò)盈配合 固定在電機(jī)的機(jī)殼內(nèi)部；變壓器轉(zhuǎn)子采用過(guò)盈配合固定在電機(jī)轉(zhuǎn)子上。通過(guò)旋轉(zhuǎn)變壓器，精 確檢測(cè)電機(jī)角位移和角速度，供交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制使用。
[0028] 綜上所述，本發(fā)明從多個(gè)方面對(duì)機(jī)電作動(dòng)器的結(jié)構(gòu)和布局方式進(jìn)行了改進(jìn)，采用 一體化設(shè)計(jì)，將電機(jī)、絲桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、LVDT位移傳感器和旋轉(zhuǎn)變壓器有機(jī)地融為一體，具有 體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便、承載能力大、運(yùn)動(dòng)精度好、傳動(dòng)效率高、抗干擾能力強(qiáng) 等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于航空航天、船舶、機(jī)器人、高精密數(shù)控機(jī)床等領(lǐng)域。
[0029] 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人 員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng) 視本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種高度集成的機(jī)電作動(dòng)器，其特征在于，包括：電機(jī)、絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；其中，所述電 機(jī)包括電機(jī)轉(zhuǎn)子，所述電機(jī)轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)軸；所述絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括絲桿軸和絲杠導(dǎo)向支撐 裝置； 其中，所述轉(zhuǎn)軸設(shè)置有內(nèi)螺紋；所述絲桿軸設(shè)置有外螺紋，與所述轉(zhuǎn)軸的內(nèi)螺紋相嚙 合；所述絲桿軸的輸出端安裝有用于支撐所述絲桿軸且用于限制絲桿軸旋轉(zhuǎn)的絲杠導(dǎo)向支 撐裝置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高度集成的機(jī)電作動(dòng)器，其特征在于，還包括LVDT位移傳感 器；所述LVDT位移傳感器內(nèi)置于所述絲桿軸內(nèi)部。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的高度集成的機(jī)電作動(dòng)器，其特征在于，所述LVDT位移傳感器 包括LVDT外殼、LVDT鐵芯和LVDT延長(zhǎng)桿；所述LVDT外殼置于所述轉(zhuǎn)軸內(nèi)部；所述LVDT外 殼的軸心開(kāi)設(shè)有孔，所述LVDT鐵芯內(nèi)置于所述LVDT外殼開(kāi)設(shè)的孔內(nèi)，所述LVDT延長(zhǎng)桿一 端與所述LVDT鐵芯通過(guò)螺紋相連接，所述LVDT延長(zhǎng)桿另一端通過(guò)螺栓與所述絲杠軸相連 接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的高度集成的機(jī)電作動(dòng)器，其特征在于，所述LVDT延長(zhǎng)桿的一 端的外圓與所述絲杠軸內(nèi)孔配合，用于兩者的徑向定位。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的高度集成的機(jī)電作動(dòng)器，其特征在于，所述LVDT外殼通過(guò) LVDT固定套固定在所述電機(jī)的端蓋上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高度集成的機(jī)電作動(dòng)器，其特征在于，還包括：旋轉(zhuǎn)變壓器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的高度集成的機(jī)電作動(dòng)器，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)變壓器包括 變壓器定子和變壓器轉(zhuǎn)子；所述變壓器定子采用過(guò)盈配合固定在電機(jī)的機(jī)殼內(nèi)部；所述變 壓器轉(zhuǎn)子采用過(guò)盈配合固定在電機(jī)轉(zhuǎn)子上。
8. -種權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述高度集成的機(jī)電作動(dòng)器的應(yīng)用方法，其特征在于，包 括以下步驟： 電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸設(shè)置有內(nèi)螺紋，絲桿軸設(shè)置有外螺紋，使絲桿軸的外螺紋與轉(zhuǎn)軸的內(nèi) 螺紋相嚙合； 當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸被驅(qū)動(dòng)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸同時(shí)作為絲桿軸的螺母； 在絲杠導(dǎo)向支撐裝置的限制作用下，該螺母的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)絲桿軸進(jìn)行直線伸縮運(yùn)動(dòng)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，還包括： LVDT位移傳感器的LVDT鐵芯通過(guò)LVDT延長(zhǎng)桿與絲杠軸連接，當(dāng)所述絲桿軸進(jìn)行直線 伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)，同時(shí)帶動(dòng)LVDT鐵芯進(jìn)行直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而測(cè)量絲杠軸直線運(yùn)動(dòng)的位移。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，還包括： 旋轉(zhuǎn)變壓器包括變壓器定子和變壓器轉(zhuǎn)子；變壓器定子采用過(guò)盈配合固定在電機(jī)的機(jī) 殼內(nèi)部；變壓器轉(zhuǎn)子采用過(guò)盈配合固定在電機(jī)轉(zhuǎn)子上；當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)所述變壓 器轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而檢測(cè)電機(jī)角位移和角速度。
【文檔編號(hào)】H02K11/00GK104218728SQ201310418946
【公開(kāi)日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2013年9月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月13日
【發(fā)明者】陳智祥, 黃飛, 王少磊, 張鴻強(qiáng), 吳群雄, 劉德波, 張濤 申請(qǐng)人:黃河科技學(xué)院, 北京華中星科技有限公司, 河南華中星科技電子有限公司