专利名称：纳米级直线电动机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种直线电动机。
微米级直线电动机又称为线性马达(Line Motor)。椐报道(鲁仁洲。线性马达产品系列在台湾开发成功。机电一体化，1997，3(2)29)，台湾某研究机构已开发成功商品化的线性马达，它利用两块磁铁同极相斥的“磁浮”原理，使运动副的两接触面减小甚至消除磨擦。线性马达只有转子和定子两个部件，不用轴承。已有的电动机仅在微米级细分，在纳米级细分上不能带动10g的负载，即其驱动力矩远小于100N·m，且细分技术采用Z80单板机或8031单板机控制的PWM细分电路，并采用常规的弹性联轴器和曲柄滑块机构实现直线移动。
本实用新型的目的旨在提供一种直线位移，在纳米级细分，驱动力矩≥100N·m，最小步距0.01nm，最大步距10nm，步距精度±0.001nm，步距范围0.01nm～10mm的纳米级直线电动机。
本实用新型包括主机和控制电路。主机由马达与固定架、膜片联轴器、谐波齿轮传动机构、螺旋传动机构、弹性机构和机架组成，马达固定在固定架上，马达的轴与膜片联轴器的左半联轴器通过螺钉连接；谐波齿轮传动机构由波发生器、刚轮、柔轮组成，波发生器与右半联轴器由螺钉连接，刚轮固定在机架上，波发生器带动柔轮转动，柔轮和刚轮组成内啮合齿轮传动；螺旋传动机构由螺杆和滑移螺母组成，柔轮的轴和螺杆由螺钉连接，螺杆的右杆与滑移螺母的内螺纹螺接；弹性机构由滑移螺母、螺帽和滚珠组成，螺帽固定在滑移螺母上，滚珠位于滑移螺母与螺帽间的中心位置。
控制电路由电源、A/D转换电路、选择开关组成，A/D转换电路的模拟信号输入端、ALE端、启动端接电源，CLK端外接脉冲信号源，数据输出端接选择开关，选择开关再与马达的输入端连接。
工作时，马达带动膜片联轴器转动，膜片联轴器带动波发生器和柔轮运动，刚轮固定在机架上不运动，此谐波齿轮传动比为iHR＝1000，滑移螺母只能移动不能转动，滑移螺母推动滚珠移动，螺旋传动机构单线螺纹螺距为0.5mm，马达转动1个步距，螺母推动滚珠移动量(即直线移动距离)为0.5/102.4×1000×(3/12)＝0.005nm。螺帽消除了滑移螺母和螺杆的回差，保正马达正反转时，没有回程误差。与已有的电动机相比，已有的电动机大多是转动输出，没有直线位移，仅在微米级细分，在纳米级细分上不能带动10g的负载，即其驱动力矩远小于100N·m，应用的细分技术是用单板机控制的PWM细分电路，在实现直线移动方案上采用常规的弹性联轴器和曲柄滑块机构或差动螺旋机构。而本实用新型有直线位移，不是转动输出，在纳米级细分，驱动力矩≥100N·m，采用外脉冲和A/D转换电路实现纳米级细分，结构紧凑、工作可靠，且采用高新技术膜片联轴器和单线螺旋机构实现纳米直线位移，正反转时无回差，没有振动。
图1为本实用新型主机的结构图。
图2为图1的俯视图。
图3为本实用新型的控制电路原理图。
如图1，2所示，主机由马达1(H3B14V/B7×12B)与固定架2、膜片联轴器、谐波齿轮传动机构、螺旋传动机构、弹性机构和机架13等组成。马达1固定在固定架2上，马达1的轴和膜片联轴器的左半联轴器3通过螺钉18连接，左半联轴器3和膜片4、右半联轴器5由螺钉17连接。谐波齿轮传动机构由波发生器6、刚轮7、柔轮8组成，波发生器6的细轴端61与右半联轴器5由螺钉16连接，刚轮7中心设通孔71并固定在机架13上，波发生器6的粗轴端62穿插于刚轮7的通孔71中，柔轮8的喇叭口端81的外齿与刚轮7的内齿啮接，柔轮8的喇叭口端81位于刚轮7的内齿与波发生器6的辐板条端部63之间，波发生器6带动柔轮8转动，柔轮8与刚轮7组成内啮合齿轮传动机构。螺旋传动机构由螺杆9和滑移螺母10组成，柔轮8的右端轴82套插于螺杆9的左轴孔中，并由螺钉14紧固连接，螺杆9的右杆91与滑移螺母10的内螺纹螺接，螺杆9转动，滑移螺母10移动(不能转动，只能移动，故称为滑移螺母)。弹性机构由滑移螺母10、螺帽11和滚珠12组成，滑移螺母10推动滚珠12移动，螺帽11固定在滑移螺母10上，旋紧螺帽11，可消除滑移螺母10和螺杆9的回差。
如图3所示，控制电路的电源E为5～14V，A/D转换电路采用ADC0809集成电路芯片U，芯片U的模拟信号输入端INO、VCC端、ALE端、START端与电源E连接，芯片U的CLK端与外脉冲源(f＝200HZ～500KHZ)连接，芯片U的数据输出端D0～D7与8个选择开关K0～K7连接，每次只能一个开关闭合，经选择开关K0～K7的数据输出信号与马达M的输入端连接。K0～K7分别闭合，输入电动机电压分别为(E/2)/20，(E/2)/21，……，(E/2)/27，共有8种细分电压，即E/2，E/4，……，E/256V。若E＝12V，则细分电压为6V，3V，……，3/64V。若外脉冲f＝500KHZ，则电动机细分数为1024。
权利要求1.纳米级直线电动机，其特征在于包括主机和控制电路，1)主机由马达固定架、膜片联轴器、谐波齿轮传动机构、螺旋传动机构、弹性机构和机架组成，马达固定在固定架上，马达的轴与膜片联轴器的左半联轴器通过螺钉连接；谐波齿轮传动机构由波发生器、刚轮、柔轮组成，波发生器与右半联轴器由螺钉连接，刚轮固定在机架上，波发生器带动柔轮转动，柔轮和刚轮组成内啮合齿轮传动；螺旋传动机构由螺杆和滑移螺母组成，柔轮的轴和螺杆由螺钉连接，螺杆的右杆与滑移螺母的内螺纹螺接；弹性机构由滑移螺母、螺帽和滚珠组成，螺帽固定在滑移螺母上，滚珠位于滑移螺母与螺帽间的中心位置；2)控制电路由电源、A/D转换电路、选择开关组成，A/D转换电路的模拟信号输入端、ALE端、启动端接电源，CLK端外接脉冲信号源，数据输出端接选择开关，选择开关再与马达的输入端连接。
2.如权利要求1所述的纳米级直线电动机，其特征在于所说的波发生器的细轴端与右半联轴器由螺钉连接，刚轮中心设通孔，波发生器的粗轴端穿插于刚轮的通孔中，柔轮的喇叭口端的外齿与刚轮的内齿啮接，柔轮的喇叭口端位于刚轮的内齿与波发生器的辐板条端部之间。
3.如权利要求1所述的纳米级直线电动机，其特征在于电源为5～14V，A/D转换电路采用ADC0809集成电路芯片，芯片的模拟信号输入端IND、VCC端、ALE端、START端与电源E连接，芯片的数据输出端D0～D7与8个选择开关连接。
专利摘要涉及一种直线电动机,由主机和控制电路组成。主机由马达、膜片联轴器、谐波齿轮传动机构、螺旋传动机构、弹性机构等组成,马达与左联轴器连接;波发生器与右半联轴器连接并带动柔轮转动,柔轮与刚轮啮接,柔轮与螺杆连接,螺杆与滑移螺母的内螺纹螺接,滚珠位于滑移螺母与螺帽间的中心位置。控制电路由电源、A/D转换电路、选择开关组成。本实用新型有直线位移,在纳米级细分,驱动力矩≥100N·m,正反转时无回差,无振动。
文档编号H02K7/06GK2340120SQ9821675
公开日1999年9月22日 申请日期1998年7月14日 优先权日1998年7月14日
发明者郑炜 申请人:厦门大学