機(jī)電集成步進(jìn)電機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】 [0001] 本發(fā)明涉及一種機(jī)械傳動(dòng)設(shè)備，尤其涉及一種機(jī)電集成步進(jìn)電機(jī)。
【背景技術(shù)】 [0002] 減速器是機(jī)械工業(yè)中重要的精密機(jī)械，其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)性能直接影響了機(jī) 械的生產(chǎn)效率、工作性能和產(chǎn)品質(zhì)量。減速器需要電機(jī)或其他動(dòng)力源提供動(dòng)力，輸出機(jī)器 需要的轉(zhuǎn)速和扭矩，動(dòng)力源配備減速器為機(jī)器提供轉(zhuǎn)速和扭矩的模式不僅增加了機(jī)器的生 產(chǎn)成本，還增加機(jī)器體積，影響機(jī)器的實(shí)用性能。磁力機(jī)械能夠?qū)崿F(xiàn)主從動(dòng)機(jī)構(gòu)完全分離， 振動(dòng)小、噪音低，但其傳遞扭矩與傳統(tǒng)傳動(dòng)機(jī)械相比處于劣勢，磁力機(jī)械的應(yīng)用受到一定限 制。中國專利號(hào)為200510078247. 6,名稱為章動(dòng)活齒傳動(dòng)裝置提出了一種新型活齒減速器， 其設(shè)計(jì)有兩排鋼球，鋼球與槽的嚙合，通過輸入軸帶動(dòng)章動(dòng)盤運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)減速；該傳動(dòng)裝置鋼 球與槽嚙合時(shí)磨損嚴(yán)重，且存在輸入軸不易加工等問題。中國專利號(hào)為201210074872. 3,名 稱為機(jī)電集成章動(dòng)活齒傳動(dòng)裝置提出一種新型電機(jī)，利用磁力傳動(dòng)無接觸、振動(dòng)小的優(yōu)勢， 具有噪音低、效率高等優(yōu)點(diǎn)，但該傳動(dòng)裝置輸出力矩小，轉(zhuǎn)速不易控制，同時(shí)需要減速器與 其配套使用才能輸出機(jī)器需要的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種機(jī)電集成步進(jìn)電機(jī)，該電機(jī)活動(dòng)部件少，結(jié) 構(gòu)簡單、緊湊，承載能力強(qiáng)，速度容易控制。
[0004] 本發(fā)明主要是將電機(jī)與減速器設(shè)計(jì)為一體，通過電磁組件產(chǎn)生動(dòng)力，經(jīng)過鋼球與 梯形槽嚙合輸出轉(zhuǎn)速，通過控制器能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)速大小及方向變化，具體方案如下：
[0005] 本發(fā)明主要包括有機(jī)體，前、后端蓋，中心盤，章動(dòng)盤，球殼，鋼球，輸出軸，軸承，軸 承壓蓋以及電磁組件，所述機(jī)體的軸向兩端設(shè)有前端蓋和后端蓋，機(jī)體內(nèi)部靠近后端蓋的 環(huán)形槽內(nèi)設(shè)中心盤，該中心盤通過后端蓋固定在環(huán)形槽內(nèi)；所述中心盤的中心通孔內(nèi)設(shè)章 動(dòng)盤，該章動(dòng)盤通過其內(nèi)的連接塊與上述前端蓋連接在一起；所述中心盤與章動(dòng)盤之間設(shè) 有球殼，該球殼能夠通過章動(dòng)盤實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，所述球殼與穿過后端蓋中心通孔的輸出軸連為 一體，該輸出軸與上述后端蓋中心通孔內(nèi)的軸承相接，軸承通過后端蓋上的軸承壓蓋固定； 所述章動(dòng)盤通過電磁組件實(shí)現(xiàn)章動(dòng)。
[0006] 所述球殼轉(zhuǎn)動(dòng)是這樣實(shí)現(xiàn)的：所述中心盤的內(nèi)圓周面上設(shè)波浪形的外槽，章動(dòng)盤 上設(shè)與外槽對(duì)應(yīng)的環(huán)形內(nèi)槽，內(nèi)槽與外槽具有徑向的重合部；所述球殼上設(shè)有與上述內(nèi)、夕卜 槽徑向重合部的等距部分對(duì)應(yīng)的條形通孔，條形通孔內(nèi)設(shè)鋼球，所述每個(gè)外槽和內(nèi)槽的等 距重合部實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼球的夾持；章動(dòng)盤作用下，鋼球能夠沿外槽和內(nèi)槽滾動(dòng)，滾動(dòng)同時(shí)帶動(dòng)球 殼轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0007] 所述電磁組件包括永磁鐵，鐵芯以及線圈，所述前端蓋的軸向后端面上設(shè)N(N彡1 且N為偶數(shù)）個(gè)鐵芯，這些鐵芯呈環(huán)形排列并且均布在上述支耳的周圍，每個(gè)鐵芯上均纏繞 有線圈，并且這些線圈的纏繞方向及圈數(shù)均相同；所述章動(dòng)盤的軸向前端面上設(shè)與上述鐵 芯 對(duì)應(yīng)的永磁鐵，每個(gè)永磁鐵的N極朝向與其對(duì)應(yīng)的鐵芯，S極朝向章動(dòng)盤。
[0008] 本發(fā)明的電磁組件通電后，通過單片機(jī)控制器來控制的線圈內(nèi)電流大小及方向， 相鄰N/2個(gè)線圈通正向電流，吸引（排斥）永磁體，剩余N/2個(gè)線圈通反向電流，排斥（吸 弓丨）永磁體，下一時(shí)刻控制器將電流方向不同的不相鄰兩個(gè)線圈中電流改變方向，實(shí)現(xiàn)章 動(dòng)盤的章動(dòng)，在運(yùn)行過程當(dāng)中，章動(dòng)盤受到連接塊的限制，角速度始終為零。章動(dòng)盤的章動(dòng) 推動(dòng)鋼球運(yùn)動(dòng)，鋼球受到中心盤的外槽限制，使鋼球在外槽和內(nèi)槽內(nèi)滾動(dòng)，鋼球運(yùn)動(dòng)軌跡為 類正弦曲線，鋼球通過球殼上的條形通孔將周向運(yùn)動(dòng)傳遞給輸出軸，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的輸出。
[0009] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0010] 與活齒傳動(dòng)相比，不需要電機(jī)等動(dòng)力輸入機(jī)構(gòu)，在控制器的調(diào)節(jié)下能夠?qū)崿F(xiàn)章動(dòng) 盤沿預(yù)定軌跡運(yùn)動(dòng)，間接控制輸出軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩；與步進(jìn)電機(jī)相比，能夠獲得更低的轉(zhuǎn) 速，更大的輸出轉(zhuǎn)矩；活動(dòng)部件少，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，承載能力強(qiáng)；輸出軸能夠停在任 意位置，有自鎖功能。
【附圖說明】 [0011] 圖1為本發(fā)明的主視剖面示意圖。
[0012] 圖2為本發(fā)明的中心盤立體示意簡圖。
[0013] 圖3為本發(fā)明的輸出軸與球殼的立體示意簡圖。
[0014] 圖4為本發(fā)明的永磁體安裝布局圖。
[0015]圖5為外槽與內(nèi)槽的徑向重合示意圖。
[0016]圖6為外槽與內(nèi)槽的徑向重合展開示意圖。
【具體實(shí)施方式】 [0017] 接下來就結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明
[0018] 如圖1一4所示的一種機(jī)電集成步進(jìn)電機(jī)，截面呈環(huán)形的水平機(jī)體5軸向兩端開 口分別通過螺栓連接前端蓋2及后端蓋10 ;所述機(jī)體的內(nèi)圓周面靠近后端面位置設(shè)環(huán)形 槽15,環(huán)形槽內(nèi)設(shè)截面呈環(huán)形的水平中心盤7,該中心盤通過后端蓋固定在上述環(huán)形槽內(nèi)， 即后端蓋的軸向前端面設(shè)與其連為一體并且向前突出的環(huán)16,該環(huán)前端頂在中心盤的軸向 端面上，將中心盤頂固在環(huán)形槽內(nèi)；沿上述中心盤的內(nèi)圓周面設(shè)一圈呈波浪形延伸的槽孔， 即外槽17,該外槽的徑向截面呈梯形；所述中心盤的中心通孔內(nèi)設(shè)截面呈環(huán)形的章動(dòng)盤9， 沿該章動(dòng)盤的外圓周面設(shè)一圈與上述上述外槽對(duì)應(yīng)的環(huán)形槽孔，即內(nèi)槽18,該內(nèi)槽的徑向 截面仍呈梯形，且其深度及開口尺寸均與外槽相同；章動(dòng)盤安裝后，內(nèi)槽與外槽可形成若干 個(gè)徑向重合部，并且具有15個(gè)等距的徑向重合部；所述章動(dòng)盤的中心通孔內(nèi)設(shè)連接塊14， 前端蓋通過該連接塊與章動(dòng)盤連接在一起，即所述連接塊上設(shè)與其連為一體并且外凸的環(huán) 19,該環(huán)通過螺栓與章動(dòng)盤固定在一起，所述前端面的軸向后端面上焊接沿其軸線延伸的 支耳20,該支耳的端部通過銷釘21與連接塊固定在一起；所述中心盤和章動(dòng)盤之間設(shè)有一 截面呈環(huán)形的水平球殼22,該球殼軸向后端的圓板23上設(shè)與其連為一體并且端部穿過上 述后端蓋中心通孔的輸出軸11，該與球殼同軸的輸出軸與設(shè)置在后端蓋中心通孔內(nèi)部的軸 承12相接，所述軸承通過與后端蓋螺栓連接的軸承壓蓋13固定；上述章動(dòng)盤的軸線與輸 出軸軸線夾角為a=arcsin(3/25);沿所述球殼的外圓周面設(shè)15個(gè)等距排列的條形通孔 24,這些通孔均沿球殼的軸向延伸并且分別外槽和內(nèi)槽的15個(gè)等距重合部一一對(duì)應(yīng)；所述 每個(gè)通孔內(nèi)均設(shè)有直徑小于上述外槽開口寬度的鋼球8，所述每個(gè)外槽和內(nèi)槽的等距重合 部實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼球的夾持，在每個(gè)徑向重合部中，鋼球的上部頂在外槽中，下部頂在內(nèi)槽中；所 述章動(dòng)盤的章動(dòng)由電磁組件驅(qū)動(dòng)，所述電磁組件包括永磁鐵，鐵芯以及線圈，所述前端蓋的 軸向后端部設(shè)10個(gè)鐵芯3,鐵芯均鑲嵌在前端蓋上的槽孔內(nèi)，這10個(gè)鐵芯呈環(huán)形排列并且 均布在上述支耳的周圍，每個(gè)鐵芯上均纏繞有線圈1，并且這些線圈的纏繞方向及圈數(shù)均相 同；所述章動(dòng)盤的軸向前端部上設(shè)10個(gè)與上述鐵芯一一對(duì)應(yīng)的永磁鐵6,永磁鐵均鑲嵌在 章動(dòng)盤上的槽孔內(nèi)，每個(gè)永磁鐵的N極朝向與其對(duì)應(yīng)的鐵芯，S極朝向章動(dòng)盤。
[0019] 如圖5及圖6所示，內(nèi)槽18與外槽17可形成若干個(gè)徑向重合部，并且具有15個(gè) 等距的徑向重合部30。
[0020] 上述輸出軸是這樣實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)的：從前端蓋2右側(cè)向左側(cè)沿順時(shí)針方向?qū)⒕€圈1依 次編號(hào)為1?10 ;線圈通電后，由單片機(jī)控制器控制1 一 10號(hào)線圈的電流方向，章動(dòng)盤上理 論廓線距離線圈軸向距離最遠(yuǎn)處的點(diǎn)稱為遠(yuǎn)止點(diǎn)，軸向距離最近的點(diǎn)稱為近止點(diǎn)。
[0021] 輸出軸10順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)：1?5號(hào)線圈1通正向電流，鐵芯3排斥與其對(duì)應(yīng)永磁體 6,6?10號(hào)線圈1通反向電流，鐵芯3吸引與其對(duì)應(yīng)永磁體6 ;下一時(shí)刻6號(hào)線圈1通正向 電流，1號(hào)線圈1通反向電流，2?6號(hào)線圈1通正向電流，鐵芯3排斥與其對(duì)應(yīng)永磁體6， 7?1號(hào)線圈1通反向電流，鐵芯3吸引與其對(duì)應(yīng)永磁體6,實(shí)現(xiàn)章動(dòng)盤9章動(dòng)；章動(dòng)盤9內(nèi) 槽推動(dòng)鋼球8運(yùn)動(dòng)，鋼球8受到中心盤7上外槽的限制，沿著內(nèi)、外槽滾動(dòng)，鋼球8通過球殼 22的條形通孔24帶動(dòng)輸出軸11轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出軸11順時(shí)針轉(zhuǎn)過Jr/70 ;線圈1在控制器4控 制下按順序通電斷電，實(shí)現(xiàn)輸出軸11連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)條件：遠(yuǎn)止點(diǎn)始終出現(xiàn)在通正向 電流線圈1控制范圍內(nèi)；如下表所示：
[0022] 順時(shí)針通電順序
[0023]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種機(jī)電集成步進(jìn)電機(jī)，包括機(jī)體，前、后端蓋，中屯、盤，章動(dòng)盤，球殼，鋼球，輸出軸， 軸承，軸承壓蓋W及電磁組件，其特征是；所述機(jī)體的軸向兩端設(shè)有前端蓋和后端蓋，機(jī)體 內(nèi)部靠近后端蓋的環(huán)形槽內(nèi)設(shè)中屯、盤，該中屯、盤通過后端蓋固定在環(huán)形槽內(nèi)；所述中屯、盤 的中屯、通孔內(nèi)設(shè)章動(dòng)盤，該章動(dòng)盤通過其內(nèi)的連接塊與上述前端蓋連接在一起；所述中屯、 盤與章動(dòng)盤之間設(shè)有球殼，該球殼能夠通過章動(dòng)盤實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，所述球殼與穿過后端蓋中屯、 通孔的輸出軸連為一體，該輸出軸與上述后端蓋中屯、通孔內(nèi)的軸承相接，軸承通過后端蓋 上的軸承壓蓋固定；所述章動(dòng)盤通過電磁組件實(shí)現(xiàn)章動(dòng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)電集成步進(jìn)電機(jī)，其特征是；所述電磁組件包括永磁鐵，鐵 巧W及線圈，所述前端蓋的軸向后端面上設(shè)N (N > 1且N為偶數(shù)）個(gè)鐵巧，該些鐵巧呈環(huán)形 排列并且均布在上述支耳的周圍，每個(gè)鐵巧上均纏繞有線圈，并且該些線圈的纏繞方向及 圈數(shù)均相同；所述章動(dòng)盤的軸向前端面上設(shè)與上述鐵巧一一對(duì)應(yīng)的永磁鐵，每個(gè)永磁鐵的 N極朝向與其對(duì)應(yīng)的鐵巧，S極朝向章動(dòng)盤。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)電集成步進(jìn)電機(jī)，其特征是；所述球殼轉(zhuǎn)動(dòng)是該樣實(shí)現(xiàn)的： 所述中屯、盤的內(nèi)圓周面上設(shè)波浪形的外槽，章動(dòng)盤上設(shè)與外槽對(duì)應(yīng)的環(huán)形內(nèi)槽，內(nèi)槽與外 槽具有徑向的重合部；所述球殼上設(shè)有與上述內(nèi)、外槽徑向重合部的等距部分對(duì)應(yīng)的條形 通孔，條形通孔內(nèi)設(shè)鋼球，所述每個(gè)外槽和內(nèi)槽的等距重合部實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼球的夾持；章動(dòng)盤作 用下，鋼球能夠沿外槽和內(nèi)槽滾動(dòng)，滾動(dòng)同時(shí)帶動(dòng)球殼轉(zhuǎn)動(dòng)。
【專利摘要】一種機(jī)電集成步進(jìn)電機(jī)，機(jī)體的軸向兩端設(shè)有前端蓋和后端蓋，機(jī)體內(nèi)部靠近后端蓋的環(huán)形槽內(nèi)設(shè)中心盤，中心盤通過后端蓋固定在環(huán)形槽內(nèi)；中心盤的中心通孔內(nèi)設(shè)章動(dòng)盤，章動(dòng)盤通過其內(nèi)的連接塊與上述前端蓋連接在一起；中心盤與章動(dòng)盤之間設(shè)有球殼，球殼能夠通過章動(dòng)盤實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，球殼與穿過后端蓋中心通孔的輸出軸連為一體，輸出軸與上述后端蓋中心通孔內(nèi)的軸承相接，軸承通過后端蓋上的軸承壓蓋固定；章動(dòng)盤通過電磁組件實(shí)現(xiàn)章動(dòng)；前端蓋上的控制器能夠控制電磁組件的工作。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，承載能力強(qiáng)，速度容易控制等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】H02K37-24, H02K37-14
【公開號(hào)】CN104617739
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410808963
【發(fā)明人】安子軍, 楊榮剛
【申請(qǐng)人】燕山大學(xué)
【公開日】2015年5月13日
【申請(qǐng)日】2014年12月23日