专利名称：转轴呈通孔状的全数控直线电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种结构新颖的动力机械，确切地说，涉及一种转轴呈通孔状的全数控直线电机。
在传动装置中，经常需要把电机的高速旋转运动变为执行机构的低速大力矩直线运动。现在，实现直线位移的机械传动装置以油缸、作用筒最为普遍。这种装置本身结构比较简单，但是为其配套的系统装置也相当庞杂繁锁，需要有油泵、油箱，各种控制阀和管路，还有功率增益、行程控制和状态反馈等装置;而且，还只是模拟状态的控制方式，不能直接实现计算机数字控制。再者，输出力矩较小，占用空间(整个液压系统配置)很大，平时的维护管理工作也较繁重。
本发明的目的是提供一种结构新颖、性能优良的全数控制直线电机。
本发明是由圆筒形稀土永磁材料作转子的数控全速同步电机，与该电机同轴安装并连接成一个整体的谐波减速器以及电机的数控驱动装置构成的;其中该电机的转轴呈通孔状，并与谐波减速器的波发生器紧固成一体，在该谐波减速器的输出轴内腔嵌固装有中空的内螺纹芯套，该内螺纹芯套与驱动对象的丝杠组成螺旋式直线运动付，在稀土同步电机的定子线圈端口外接有可变频逆变电源，有对可变频逆变电源进行控制的，并可以与其他设备共有的可编程控制器。
本发明是一种集功率电机、减速器和伺服系统于一体的高性能直线电机，也是申请人在其原有的专利“数控全速稀土同步电机”(专利号CN91203427.0)和专利申请“全数控电力拖动系统”(专利申请号CN92100001.4)基础上的再创造。
本发明是以圆筒形的数控全速稀土同步电机作为动力机，以与电机做成一个整体的，也为圆筒形的谐波减速器作为减速装置，再辅以能对电机输出转速、转向、扭矩和行程进行全矢量实时控制的数控程序装置构成的。本发明的三个组成部分结构紧凑、性能可靠、技术先进，是一项甚有发展前景的机电一体化实时控制新型设备。由于谐波减速器减速比大，扭矩大，体积小，可以实现全封闭传动，尤其是其结构特征允许将中心输出轴作成中空的，可以与也把转轴做成中空的圆筒形电机结构匹配，这样在减速器的输出轴内孔可以嵌套安装一个用锡青铜或其他耐磨材料制成的内螺纹芯套，由此内螺纹芯套的旋转使得与其啮合的驱动对象的丝杠转动，而使驱动对象作直线位移。由于本发明为圆筒形结构，可以嵌套安装在驱动对象的丝杠上，使得机械传动的整体结构大为简化，其所占据的执行机械的使用空间和重量减小。特别是本发明用数字信号指令控制电机运动的各要素，从而可以精确控制其输出的直线位移量，尤其适用航空机载装置中取代各种电液伺服系统的作用筒或油缸。本发明也可用于地面装备中的各种线位移机构，如各种阀门、水库水闸的启闭机械，螺旋式起重装置等。
图1是本发明的结构简图。
图中电机外壳1、定子线圈2、用稀土材料永磁体制成的转子3和中空的转子轴4，电机端盖5构成本发明的电力与机械动力转换部分。由于转轴4的外缘固装有稀土永磁转子3。当在定子线圈2中通入交变电流时，该交变电流就产生一个旋转磁场，此旋转磁场与转子的永磁场相互作用，带动转子3和转轴4旋转产生输出扭矩。由于转轴的旋转速度与交变电流产生的旋转速度相同，故该电机是以同步方式工作的。电机左侧与其同轴紧贴安装的是由谐波发生器6、谐波滚柱轴承7、柔轮8，相当于刚轮及输出构件的中空内螺纹芯套9及其外壳10，轴承端盖11构成的谐波减速器。其中谐波发生器6与电机的通孔转轴4紧固成一体，转轴4的输出扭矩籍此带动谐波发生器6一起同步旋转。而谐波发生器的连续转动，强迫柔轮8产生对称和谐的波动变形，使其与作为刚轮输出轴的内螺纹芯套9发生相对位移而起到减速增力的旋转传动目的。内螺纹芯套9与驱动对象的丝杠12构成螺旋式直线运动付。芯套9的转动通过丝杠12的传递就可以实现驱动对象的直线位移。本发明是一种标准化的数控动力机械，而它所驱动的工作机械的丝杠却是各不相同的。为了使它们两者适配，可以把内螺纹芯套9制成若干种不同规格的选配件，以满足不同用户的需求。内螺纹芯套与丝杠之间可以采用普通螺母、丝杠结构，也可以采用滚珠丝杠-螺母结构或静压丝杠-螺母结构。本发明可以象普通电机一样，采用法兰盘13固定，也可以采用普通机架14固装，视工作机械情况而定。
本发明采用可变频逆变电源15给定子线圈2馈电，可变频逆变电源15在可编程控制器16的数字指令控制下把普通工频交流电或直流电转换成频率和相位都可变的交流电输出，它可以通过被控改变输出电流的频率和相位关系，以控制改变转轴4的输出转速和转向，通过改变输出电流的大小来调节转轴4的输出扭矩，从而控制其工况，并通过对其输出电流频率积分来实现对本发明直线位移的行程长短的控制。这种全数控电力拖动装置可以取消常规的反馈和增益装置，直接采用数字信号指令，精度高，工作可靠，操作方便，能对驱动的工作机械实现速度、加速度、方向、行程等全矢量的实时控制，且装置的机械能量转换效率高，可以满足各种直线位移的工作机械运动需求。
权利要求
1.一种转轴呈通孔状的全数控直线电机，包括有电机、减速器和驱动控制装置，其特征在于该装置是由圆筒形稀土永磁材料作转子的数控全速同步电机、与该电机同轴安装并连接成一个整体的谐波减速器以及电机的数控驱动装置构成的；其中该电机的转轴呈通孔状并与谐波减速器的波发生器紧固成一体，在该谐波减速器的输出轴内腔嵌固装有中空的内螺纹芯套，该内螺纹芯体与驱动对象的丝杠组成螺旋式直线运动付；在稀土同步电机的定子线圈端口外接有可变频逆变电源，有对可变频逆变电源进行控制的，并可以和其他设备共有的可编程控制器。
2.根据权利要求1所述的全数控直线电机，其特征在于谐波减速器输出轴内腔嵌固的内螺纹芯套可以制成不同规格的选配件，以适应驱动对象的不同丝杠。
全文摘要
一种转轴呈通孔状的全数控直线电机，是由圆筒形稀土永磁全速同步电机，与该电机同轴安装并连接成一个整体的谐波减速器以及电机的数控驱动装置构成的。呈通孔状的电机转轴与谐波发生器紧固成一体，而在减速器输出轴内腔嵌固有中空的内螺纹芯套，该内螺纹芯套与驱动对象的丝杠构成螺旋式直线运动副。稀土同步电机的定子线圈则由受可编程控制器控制的可变频逆变电源对其馈电，以实现对本发明的运动参数实时控制。
文档编号H02K7/00GK1094196SQ9310429
公开日1994年10月26日 申请日期1993年4月22日 优先权日1993年4月22日
发明者石行 申请人:北京市西城区新开通用试验厂