CN101123377A - 一种直驱回转装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种直驱回转装置，其中，包括：一机壳；一直驱电机，包括直驱电机转子和与机壳连接的直驱电机定子，所述直驱电机转子与外部的输出部件相连，用于提供驱动输出；一轴承，包括轴承内圈和轴承外圈，安装于直驱电机和机壳上；一非接触式精密圆光栅，包括光读数头和精密圆光栅，光读数头安装于机壳上，精密圆光栅安装在直驱电机转子上或与直驱电机转子连接的轴承上，用于完成对直驱回转装置的速度和位置的测量控制。

Description

一种直驱回转装置

技术领域

本发明涉及机电一体化标准装置的技术领域，特别是有关于一种机电一体化的直驱回转装置。

背景技术

传统的驱动系统设计相当烦杂，必须要考虑采用什么电机、传动件、轴承、测量装置等，而这些零部件均有各自的规格标准，因此要达到相互的优化组合是件烦杂的工作，甚至由于结构和尺寸相互不匹配而达不到满意的结果。

直驱电机是一种新型伺服电机，它在伺服系统控制下能够按照设备要求的运动参数(位置精度、刚度、旋转速度、加速度、扭矩等)输出动力，因此当设备配备该电机后就省去了从电机到最后输出轴的所有传动部件，因而最大程度简化结构，提高性能。是代表当代驱动技术发展的方向。

高精度、高刚度、大直径三排圆柱组合转盘轴承的研制成功为直驱电机能作为机械设备最终执行端奠定基础。目前国内外已有多家厂商能提供此类产品。

回转精度的测量技术有圆光栅、旋转编码器等。其中精密圆光栅配相应的非接触式读数头，分辨率可达0.01角秒，读数精度达±0.5角秒，可以满足各类回转装置的测量控制。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种直驱回转装置，以优化驱动系统，使其结构简单，性能优越。

为实现上述目的，本发明提出了一种直驱回转装置，其中，包括：

一机壳；

一直驱电机，包括直驱电机转子和与所述机壳连接的直驱电机定子，所述直驱电机转子与外部的输出部件连接，用于提供驱动输出；

一轴承，包括轴承内圈和轴承外圈，分别安装于所述直驱电机转子和机壳上；

一非接触式光栅，包括光读数头和光栅，所述光读数头安装于所述机壳上，所述光栅安装在所述直驱电机转子上或与所述直驱电机转子连接的轴承上，用于完成对所述直驱回转装置的速度和位置的测量控制。

上述的直驱回转装置，其中，所述轴承为三排圆柱组合轴承。

上述的直驱回转装置，其中，所述非接触式光栅为一种非接触式精密圆光栅。

上述的直驱回转装置，其中，所述精密圆光栅为低惯量精密圆光栅，所述低惯量精密圆光栅的厚度为0.5毫米。

上述的通用精密直驱回转装置，其中，所述光读数头为非接触式读数头，分辨率为0.01角秒，读数精度为±0.5角秒。

上述的直驱回转装置，其中，所述直驱电机结构为内转子结构或者外转子结构。

上述的直驱回转装置，其中，当所述直驱电机为内转子结构时，所述轴承内圈固定连接在所述直驱电机转子上，所述轴承外圈与所述机壳连接，所述直驱电机定子设置于所述机壳内，所述精密圆光栅安装在所述轴承内圈上，所述光读数头安装在所述机壳上。

上述的直驱回转装置，其中，当所述直驱电机为外转子结构时，所述轴承外圈与所述直驱电机转子固定连接，所述轴承内圈固定连接在所述机壳上，所述直驱电机定子压合在所述机壳外，所述精密圆光栅安装在所述直驱电机转子在外圆柱面底部，所述光读数头安装在机壳的底座边缘。

上述的直驱回转装置，其中，所述直驱回转装置进一步包括：

三个夹紧油缸活塞，设置于所述机壳的圆周上，用于在外转子结构下，利用液压油作用向外扩张实现对外转子的夹紧；或者在内转子结构下，利用液压油作用向内扩展实现对内转子的夹紧。

上述的直驱回转装置，其中，所述机壳的的外圆及两端分别设置有安装止口，使直驱回转装置采用水平、垂直或嵌入方式安装在相应的外部设备上。

上述的直驱回转装置，其中，所述直驱回转装置进一步包括：

一制冷机，与一个安装止口上的接口连接，用于对从所述直驱回转装置中的冷却液进行冷却；和

一油箱，分别与另一个安装止口上的接口和所述制冷机连接，用于存储经过所述制冷机冷却的冷却液。

本发明提供的直驱回转装置是基于直驱电机、转台轴承、高精度非接触测量技术的直驱回转装置。其结构尺寸，参数和性能经优化后，紧密集成为一个一体化的装置。用户只要正确选择性能和接口参数，而不必考虑装置内部结构。选用该装置将大幅度降低设备设计制造周期和生产成本。必将在数控机床、机器人、雷达、武器系统、电子、印刷、纺织等各种自动化设备中得到广泛应用。

本发明的直驱回转装置综合多项先进技术组合优化设计，具有结构简单，性能优越，作为标准化系列化装置有不同规格型号供选用，可以满足各种不同的驱动要求。采用该装置可以大幅度降低设备设计制造周期和生产成本，在数控机床、机器人、雷达、武器系统、电子、印刷、纺织等各种自动化设备中可以得到广泛应用。

附图说明

图1是本发明直驱回转装置的结构示意图；

图2是内转子结构的直驱回转装置的结构示意图；

图3是外转子结构的直驱回转装置的结构示意图；

图4是直驱回转装置液压夹紧装置的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施例进行说明。

如图1所示，本发明直驱回转装置的结构示意图。本发明提供的一种直驱回转装置，包括：机壳、直驱电机、轴承和非接触式光栅。

其中直驱电机(直驱电机转子110和直驱电机定子150)与机壳140连接能使直驱回转装置，以最简化的结构获得最佳驱动性能；轴承采用高精度、高刚度的三排圆柱组合轴承(包括：轴承内圈120和轴承外圈130)，与机壳140和直驱电机连接，保证了直驱回转装置输出端的精度、刚度和灵敏度；非接触式光栅采用非接触式精密圆光栅(包括：非接触式光读数头160和精密圆光栅170)，用于实现对直驱回转装置的速度和位置的精密测量和控制。

图1中直驱电机转子110是用一圈长螺栓与轴承内圈120固定在一起；轴承外圈130用一圈短螺栓固定在机壳140上；直驱电机定子150压合在机壳140内；精密圆光栅170根据其不同型号采用粘结或压套等方法紧箍于轴承内圈120的外圆上；非接触式光读数头160用螺钉固定在机壳140的端面上，它与精密圆光栅170表面保持0.5mm间隙。在机壳140的两端均设置安装止口180和止口端面181，使直驱回转装置采用水平、垂直或者嵌入式方式安装在相应的外部设备上。在机壳140的圆周上设置有夹紧油缸活塞190，在液压油作用下向内扩张实现对直驱电机转子110的夹紧。

直驱回转装置中的驱动是采用直驱电机技术，直驱电机转子110是直接被安装在轴承内圈120上，由于该轴承的高精度和高刚度大直径单轴承的特点，使转子采用单个轴承支撑成为可能，从而大幅度减小其轴向尺寸。

直驱电机定子150及轴承外圈130同轴安装于机壳140上，两安装面的同轴加工保证了定子与转子的同轴度和间隙均匀性。

精密圆光栅170采用低惯量光栅，它的厚度仅为0.5mm，可以直接安装于轴承内圈120的外圆上，不但减小了驱动件本身的惯量并减小了测量部分的占有空间，使整体结构更紧凑。

非接触式光读数头160安装在机壳140上表面，与精密圆光栅170表面保持0.5mm间隙。

驱动输出的外部部件例如转台，可用螺钉，直接连接轴承内圈实现所需回转运动的输出。

该直驱回转装置转子的结构可以设计成内转子或者外转子两种结构形式。根据不同的规格和需求，可以通过安装止口180上的接口与水冷、风冷制冷装置，以及夹紧装置连接，进行冷却液的循环。

如图2所示，为内转子结构的直驱回转装置的结构示意图。该装置通过位于壳体140的安装止口180上的接口分别与制冷机210和油箱220连接，油箱220与制冷机210之间连接。其他结构与图1所示，并无区别，不再赘述。

图3为外转子结构的直驱回转装置的结构示意图。如图所示，直驱电机转子110是用一圈短螺栓与轴承外圈130固定在一起；轴承内圈120用一圈长螺栓固定在机壳140上；直驱电机定子150压合在机壳140外；精密圆光栅170安装在直驱电机转子110在外圆柱面底部；非接触式光读数头160安装在机壳140的底座边缘；壳体140上设置有安装止口180及止口端面181，可使直驱回转装置采用水平、垂直或者嵌入式方式安装在相应的外部设备上，通过安装止口180上的接口并可与直驱回转装置的附加设备(包括：水冷、风冷制冷装置)相连。例如：在该图中，附加设备包括：制冷机210和油箱220，其中，制冷机210与一个安装止口180上的接口连接，用于对从直驱回转装置中的冷却液，进行冷却，然后输出至油箱220保存，油箱再与另一个安装止口180上的接口连接，以形成冷却液的循环。

图4是外转子结构的精密直驱回转装置液压夹紧装置剖视图。为图3所示的A-A剖面，在机壳140的圆周上设置有三个夹紧油缸活塞190，在液压油作用下向外扩张实现对直驱电机转子110的夹紧。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的普通技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (11)

1.一种直驱回转装置，其特征在于，包括：

一机壳；

一直驱电机，包括直驱电机转子和与所述机壳连接的直驱电机定子，所述直驱电机转子与外部输出部件相连，用于提供驱动输出；

一轴承，包括轴承内圈和轴承外圈，安装于所述直驱电机转子和机壳上；

一非接触式光栅，包括光读数头和光栅，所述光读数头安装于所述机壳上，所述光栅安装在所述直驱电机转子上或与所述直驱电机转子连接的轴承上，用于完成对所述直驱回转装置的速度和位置的测量控制。

2.根据权利要求1所述的直驱回转装置，其特征在于，所述轴承为三排圆柱组合轴承。

3.根据权利要求1所述的直驱回转装置，其特征在于，所述非接触式光栅为一种非接触式精密圆光栅。

4.根据权利要求3所述的直驱回转装置，其特征在于，所述精密圆光栅为低惯量精密圆光栅，所述低惯量精密圆光栅的厚度为0.5毫米。

5.根据权利要求1所述的通用精密直驱回转装置，其特征在于，所述光读数头为非接触式读数头，分辨率为0.01角秒，读数精度为±0.5角秒。

6.根据权利要求1、3、4或5所述的直驱回转装置，其特征在于，所述直驱电机结构为内转子结构或者外转子结构。

7.根据权利要求6所述的直驱回转装置，其特征在于，当所述直驱电机为内转子结构时，所述轴承内圈固定连接在所述直驱电机转子上，所述轴承外圈与所述机壳连接，所述直驱电机定子设置于所述机壳内，所述精密圆光栅安装在所述轴承内圈上，所述光读数头安装在所述机壳上。

8.根据权利要求6所述的直驱回转装置，其特征在于，当所述直驱电机为外转子结构时，所述轴承外圈与所述直驱电机转子固定连接，所述轴承内圈固定连接在所述机壳上，所述直驱电机定子压合在所述机壳外，所述精密圆光栅安装在所述直驱电机转子在外圆柱面底部，所述光读数头安装在机壳的底座边缘。

9.根据权利要求7或8所述的直驱回转装置，其特征在于，所述直驱回转装置进一步包括：

三个夹紧油缸活塞，设置于所述机壳的圆周上，用于在外转子结构下，利用液压油作用向外扩张实现对外转子的夹紧；或者在内转子结构下，利用液压油作用向内扩展实现对内转子的夹紧。

10.根据权利要求7或8所述的直驱回转装置，其特征在于，所述机壳的外圆及两端分别设置有安装止口，用于使所述直驱回转装置采用水平、垂直或嵌入方式安装在相应的外部设备上。

11.根据权利要求10所述的直驱回转装置，其特征在于，所述直驱回转装置进一步包括：

一制冷机，与一个安装止口上的接口连接，用于对从所述直驱回转装置中的冷却液进行冷却；和

一油箱，分别与另一个安装止口上的接口和所述制冷机连接，用于存储经过所述制冷机冷却的冷却液。

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