一种电机的制作方法

专利名称：一种电机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种新型电机，尤其涉及一种一根输出轴可选择性地提供 旋转或直线运动的新型电机。
背景技术：
在某些应用领域，很需要一根输出轴可以选择性地分别提供旋转运动或者 直线往复运动。例如机械手臂，拿或放这一应用，就要求直线移动某种部件， 放入特定位置，并旋转使之固定在指定位置。传统的电机组合通常比较复杂笨 重，不利于机械手臂操作。另一种应用场合则需要电机能有选择性地实现直线 运动和旋转运动，比如腹腔镜和其他需要类似运动的精密医疗仪器。
无论以上哪种应用，都经常需要在进行旋转运动的时候，实现直线运动的 相关部件是固定不动的。对于一个直线/旋转电机，旋转运动和直线运动分别控 制，使得上述要求成为可能。
另外提供直线运动的电机，输出轴在带动较重的侧边负载时，通常没有足 够的支撑力。
发明内容
本实用新型提供一种电机，其发明目的在于一根轴实现直线运动和旋转运 动。并且旋转运动和直线运动可以分开控制，同时在旋转运动时，直线运动机
构锁住。另外，电机结构简单，经济性效好；结构紧凑，轻便；结构完整，输 出轴能承受足够的负载。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是
一种电机，其特征在于包括
(a) —个主机身；
(b) —个从上述机身内延伸出的输出轴；
(C) 一个旋转电机，完全位于上述机身内，上述输出轴由旋转电机的转 子提供旋转运动；
(d) —个直线电机，完全位于上述机身内；
(e) —个线性轴，可通过上述直线电机向输出轴提供直线运动；
(f) 连轴器装置，把线性轴与输出轴连接起来。 上述电机
(a) 线性轴与直线电机一起做直线运动；
(b) 连轴器装置包括内外两个轴承，两个轴承之间做对应旋转运动，上述 线性轴内轴承相连，输出轴与外轴承相连。
上述电机
(a)上述线性轴是一个螺杆，与上述旋转电机的转子相连接； (b)连轴器装置包括内外两个轴承，两个轴承之间做对应旋转运动，上述 输出轴固定在内轴承上，上述线性轴滑动固定至上述外轴承上，是通 过螺纹式从螺母与螺杆啮合而固定在外轴承上。 上述电机还包含一个支撑输出轴的轴承，轴承位于上述机身的远端部，对 输出轴起支撑作用，从而消除较重侧边负载。
上述电机还包含
(a) —个副机身，与主机身相连，通过主机身，副机身的输出轴穿过； (b)上述第一个轴承安装在副机身内。 上述电机还包含第二个轴承，支撑输出轴，其位置较第一个轴承距主机 身较远。
并第二个轴承安装在副机身里面。 一种电机的结构还可以是包含 (a) —个主机身；
(b) —个从主机身里伸出的输出轴；
(c) 一个旋转电机，完全位于主机身内，旋转电机提供旋转运动给输出轴;
(d) —个直线电机，完全位于主机身内；
(e) —个线性轴，包含一个固定在上述直线电机转子上的螺杆，并把直线 电机的直线运动传送到上述输出轴；
(f) 连轴器装置，把线性轴与输出轴相连；
(g) 连轴器装置包括内外两个轴承，对应的旋转运动通过两者之间， 上述输出轴与内轴承相连，上述线性轴通过螺纹式从螺母与螺杆啮 合而固定在外轴承上；
(h) 上述螺杆的一部分跟随输出轴做前后伸缩运动。 上述技术方案的有益之处在于通过连轴器实现旋转运动和直线运动可以
分开控制。同时在旋转运动时，直线运动机构锁住。另外，电机结构简单，经 济性效好；结构紧凑，轻便；结构完整，末端轴承支撑结构使输出轴能承受足 够的负载。以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。 图l是本实用新型实施例l结构示意图
图2是电机再机械手臂操作中的应用示意图 图3是本实用新型实施例2结构示意图 图4是本实用新型一种电机尾端结构示意图 图5是本实用新型另一种尾端结构示意图
具体实施方式
图l为本实用新型实施例l。
电机10包括一个通常为空心的机身12，两端有前端盖16，后端盖14，分 别固定在两端。 一个输出轴20从前端盖16延伸出来，沿轴向直线移动，见图 标A，或者输出轴按图标B的方向做单向或双向旋转运动。
在机身12内，有一个直线电机30，与后端盖14固定在一起。还有一个旋 转电机32，与前端盖16固定在一起，直线电机30的花键轴34在机身12内可 做轴向直线运动，见图标C，花键轴34与罗纹轴36为一体结构，罗纹轴36穿 过罗纹腔37。罗纹腔37轴向位于直线电机30的转子38内。这样，转子的旋转 运动造成轴36在直线电机内轴向运动，从而使花键轴34在机身内做轴向运动。
花键轴34末端与连轴器42的内轴承40固定在一起。内轴承40被嵌入外 轴承44中。内外轴承采用适当的轴承材料制成，设计结构考虑到两者之间的相 对旋转运动。内轴承40与外轴承44通过一个咬环46固定。
输出轴20同时也是旋转电机32的轴，随着旋转电机的转子50 —起旋转，
方向参见图B。输出轴20的尾端与外轴承44相连。输出轴20为花键外表面， 穿过限位在转子50内的中心导套52。导套52结构与输出轴20的花键结构对应。 这种结构保证了转子50旋转时，带动输出轴20旋转运动。但是输出轴20在转 子50内也能自由轴向直线移动。
在实际操作中，输出轴20通过直线电机30轴向驱动轴34而产生轴向直线 运动，这是通过连轴器42，将直线运动传输到输出轴20上的，直线运动的轴 20不受旋转电机32的旋转运动影响。通过连轴器42，旋转电机32的旋转运动 与轴34和直线电机30分离，旋转运动与直线电机分离对于螺纹轴式直线电机 是至关重要的。
直线电机30与旋转电机32可以是任意常规的直线或旋转电机，旋转电机 可以是步进电机。
可以看出，整个电机10结构紧凑，相应来说较为轻便，结构简单、经济。 直线/旋转电机10还有一重要功能，直线电机30可以被锁住，以防止旋转 电机32旋转时，输出轴20产生直线位移。这种锁定可以由以下两种方式实现: 一，如果轴34的螺距较小，比如说0.024"或者更小，直线电机30定子线圈断 电，就可以自锁轴34 (和输出轴20)，施加在轴34上的轴向的力，不会使电机 轴发生返向位移。如果螺距相对来说比较大，比如说0.048"或者更大，施加在 轴34上的轴向的力会使电机产生反向位移，这时使电机30的两组定子线圈都 通电将产生电磁场，使电机转子和轴34 (和输出轴20)锁住，防止输出轴20 的直线位移。
同样，旋转电机32被励磁，也可锁定输出轴20做旋转运动。
图2是直线/旋转电机10在实际生产运用中，以及怎样实现直线锁定。各
部件和图l一样，有各自的序号。电机10垂直安装于机械手臂或固定结构100 上。 一个水平臂102与电机输出轴20末端相连，电磁铁104固定在水平臂102 的末端，电磁铁104在第一个高度位置(见实线)从一个导入的输送带112上 拿起部件110。可以假设，输出轴20被轴向位移到第一个高度位置，输出轴20 轴向锁定，输出轴轴20旋转至抓取位置(见实线)，当电磁铁104抓取部件110 后，直线电机30 (见

图1)通电并抬起水平臂102至第二个高度位置，这时轴 20锁定直线运动，被转子32驱动做顺对针旋转，把部件110放在工作台120上， 部件IIO在120工作台上加工后，通过同样的原理，升到第三个高度位置，并 顺时针旋转到第二个工作台122上。
在第二工作台122上加工结束后，水平臂102小幅度顺时针旋转，降到第 四个高度位置，并顺时针旋转，将部件110放置在导出的输送带130上。
图3是本实用新型实施例2，尽管电机200比图1电机10结构复杂，但在 给定相同的直线运动量条件下，只要求较小的轴向空间，
电机200包括一个圆柱形中空罩210，位于法兰212和214之间，通过一定 的紧固手段(图中未示)，法兰和机座216结合在一起。在电机200两端，分别 是直线电机230和旋转电机232，功能和图1中电机10中的直线电机30,旋转 电机32相同。这种结构，电机230的螺杆轴240末端与一个铝质的转子罩242 固定在一起，这样螺杆轴240就不会在转子罩242中做轴向移动。
旋转式输出轴250是一六角形结构，从电机200的尾端伸出并穿过与六角 形输出轴相配合的直线孔252,位于旋转电机232的转子罩254中部。
连轴器260将螺杆轴240末端和输出轴250连接，连轴器260的内罗纹部 分262与输出轴250的罗纹啮合，连轴器外沿264与从螺母266通过防旋转销
268连接。从螺母266和螺杆轴240啮合，这样螺杆轴240旋转时，带动连轴器 260和输出轴250末端前后运动。防旋转结构的销子头在电机内壁210的轴向滑 道270里前后移动，防止连轴器260做旋转运动。这样连轴器260把电机200 的直线运动和旋转运动分离，这个作用和电机10的连轴器46作用类似(图1)。
这种设计的直线/旋转电机结构简单紧凑，主要是因为，当输出轴250轴向 前后运动时，螺杆轴240的末端在一个轴向孔内微步直线运动，该轴向孔位于 输出轴250末端的中间位置。
电机结构简单紧凑另一原因当归功于固定式的螺杆，使得电机230不再需 要外部的支撑螺杆240。这与图1中电机30处需要外部支撑花键轴34形成对 比。
直线/旋转电机200与直线/旋转电机10的应用场合类似，参见图2。 图4是一种轴支撑形式。这种结构经常应用在水平臂102 (见图2 )给轴 施加较重侧边负载的场合。
以下电机10及花键轴(即输出轴)20均见图2。
结构300包括以下组成部分 一个机身302，有两端，各自标识为304， 306， 并且结构300有多组槽310。花键轴20从中间通过，同时前端304与电机10的 后端盖16紧固(紧固件图中未示)。
结构300中，靠近后端306处，是两个分开的，滚珠轴承320和322。这两 轴承中间嵌有嵌入件324，嵌入件324由具备较好润滑功能的金属材料或者聚甲 醛树酯材料制成。滚珠轴承320和322与嵌入件324由埋头孔内的咬环326固 定。
当按上述描述，将结构300安装到电机10中时，花键轴20会通过嵌入件
324的中心孔340伸出，中心孔结构与花键轴匹配。这样轴20的任何旋转运动 会通过嵌入件324传输到滚珠轴承320和322上。而轴20的所有直线运动会 使他在中心孔340中做直线滑动。由于滚珠轴承320和322与嵌入件324距结 构300 (300安装在图1的前端盖16上)的前端304较远，所以对轴20的较重 侧边负载起到了很好的支撑作用，同时也减少了轴的磨损。
图5介绍了另一种支撑结构，对有较重侧边负载的轴也起到支撑作用。
结构400由以下几部分组成机身402，两端分别是404和406。安装法兰 410与电机前端404相连，法兰410上有多个孔，用以与外部装置(电机10的 前端盖16)固定(固定件未做图示)。
在电机两端404和406之间是一个直线/旋转电机的滚珠轴承420，在此结 构的另一端是另一个滚珠轴承422，两个滚珠轴承在电机机壳内平行安装，滚珠 轴承420通过咬环(未示)固定在埋头孔420中，另一滚珠轴承422同样通过 咬环(未示)固定在埋头孔426中。
圆柱形副输出轴430由滚珠轴承420、 422支撑并从中通过，并从端盖406 中伸出。
副输出轴430末端是螺纹部分440,用以与其他装置连接。副输出轴430末 端与一个选装的连轴器450相连，从而与图1中电机10的轴20相连，或与其 它电机轴相连。或者，如果不需要径向运动的时候，输出轴430的作用就只是 输出轴20的延伸。正如图4中的结构300，轴承420和422分别安装在结构 400的前端较远处，结构400安装在图1的前端盖16上。所以对轴20的较重侧 边负载起到了很好的支撑作用，同时也减少了轴20的磨损。
权利要求1.一种电机，其特征在于包括(a)一个主机身；(b)一个从上述机身内延伸出的输出轴；(c)一个旋转电机，完全位于上述机身内，上述输出轴由旋转电机的转子提供旋转运动；(d)一个直线电机，完全位于上述机身内；(e)一个线性轴，可通过上述直线电机向输出轴提供直线运动；(f)连轴器装置，把线性轴与输出轴连接起来。
2. 如权利要求l所述的一种电机，其特征在于(a) 线性轴与直线电机一起做直线运动；(b) 连轴器装置包括内外两个轴承，两个轴承之间做对应旋转运动，上述线性轴内轴承相连，输出轴与外轴承相连。
3. 如权利要求l所述的一种电机，其特征在于(a) 上述线性轴是一个螺杆，与上述旋转电机的转子相连接；(b) 连轴器装置包括内外两个轴承，两个轴承之间做对应旋转运动，上述输出轴固定在内轴承上，上述线性轴滑动固定至上述外轴承上， 是通过螺纹式从螺母与螺杆啮合而固定在外轴承上。
4. 如权利要求1所述的一种电机，其特征在于还包含一个支撑输出轴的轴承，轴承位于上述机身的远端部，对输出轴起支撑作用，从而消除较重侧边负载。
5. 如权利要求4所述的一种电机，其特征在于还包含 (a) —个副机身，与主机身相连，通过主机身，副机身的输出轴穿过；(b) 上述第一个轴承安装在副机身内。
6. 如权利要求4所述的一种电机，其特征在于还包含第二个轴承，支撑输 出轴，其位置较第一个轴承距主机身较远。
7. 如权利要求6所述的一种电机，其特征在于第二个轴承安装在副机身里面。
8. —种电机，其特征在于包含(a) —个主机身；(b) —个从主机身里伸出的输出轴；(C) 一个旋转电机，完全位于主机身内，旋转电机提供旋转运动给输出 轴；(d) —个直线电机，完全位于主机身内；(e) —个线性轴，包含一个固定在上述直线电机转子上的螺杆，并把直 线电机的直线运动传送到上述输出轴；(f) 连轴器装置，把线性轴与输出轴相连；(g) 连轴器装置包括内外两个轴承，对应的旋转运动通过两者之间，上述输出轴与内轴承相连，上述线性轴通过螺纹式从螺母与螺杆啮合而固定在外轴承上；(h) 上述螺杆的一部分跟随输出轴做前后伸縮运动。
专利摘要本实用新型提供一种电机，包括一个主机身；一个从上述机身内延伸出的输出轴；一个旋转电机，完全位于上述机身内，上述输出轴由旋转电机的转子提供旋转运动；一个直线电机，完全位于上述机身内；一个线性轴，可通过上述直线电机向输出轴提供直线运动；连轴器装置，把线性轴与输出轴连接起来。本实用新型通过连轴器实现旋转运动和直线运动可以分开控制。同时在旋转运动时，直线运动机构锁住。另外，电机结构简单，经济性效好；结构紧凑，轻便；结构完整，末端轴承支撑结构使输出轴能承受足够的负载。
文档编号H02K7/10GK201004586SQ200620148078
公开日2008年1月9日 申请日期2006年10月24日 优先权日2006年10月24日
发明者凯西·考互斯基 申请人:海顿直线电机(常州)有限公司