[发明专利]一种基于外转子永磁同步电机的贯穿式直线驱动装置

说明书

本发明专利公开了一种基于外转子永磁同步电机的贯穿式直线驱动装置，属于机器人关节直线驱动设备技术领域。部分永磁同步电机与滚珠丝杠配合产生的直线驱动装置由于其位置检测传感器采用磁编码器，而磁编码器必须安装在电机轴线上，导致其滚珠丝杠运动行程大大受制于电机轴向尺寸，且由于磁编码器检测安装要求，导致其零件数目众多，结构复杂，制作成本高，无法在机器人驱动领域广泛使用。为解除电机轴向尺寸对滚珠丝杠运动行程的限制，使滚珠丝杠能够完全贯穿整个外转子永磁同步电机，本发明专利采用霍尔传感器作为永磁同步电机位置检测传感器，极大地精简了电机丝杠直线驱动装置的结构，且在原理上对丝杠运动行程没有限制，可实现盘式电机的大行程直线驱动，可在机器人技术领域广泛使用。

技术领域

本发明专利涉及一种基于外转子永磁同步电机的贯穿式直线驱动装置，属于机器人关节直线驱动设备技术领域。

背景技术

随着机器人技术的不断发展，机器人参与的工程领域范围越来越大，为完成日益提高的技术要求，各种各样的驱动装置得到了广泛的应用与发展，而机器人需要完成的任务复杂度越来越高，更好的机器人驱动装置亟待产生。更大的输出功率、更小的质量和体积，即更大功率密度的驱动装置受到了机器人领域的青睐，与此同时，直流无刷永磁同步电机，由于其具有功率密度大、转速高、响应迅速的特点，开始逐步运用于机器人驱动技术领域。除此之外，不同于传统旋转驱动单元，直线驱动单元具有大驱动力、效率高、作用方式直接简单的特点，也逐步广泛运用于机器人技术领域，而滚珠丝杠作为常用机械回转直线运动转换传动单元，在驱动执行机构中也占有一席之地。

现虽有部分专利（如CN206313598U）采用空心轴外转子电机，将滚珠丝杠穿过电机空心轴，提高了集成度，也提高了功率密度。但是由于其受限于磁编码器传感器安装缺陷，导致其滚珠丝杠运动行程大大受制于电机轴向尺寸，且由于磁编码器检测安装要求，导致其零件数目众多，结构复杂，制作成本高，使其在日渐发展的机器人驱动领域难以得到广泛使用。

发明专利内容

针对现有技术的缺陷，本发明专利的目的在于提供一种基于外转子永磁同步电机的贯穿式直线驱动装置，其结构简单，零件数目少，而滚珠丝杠具有大工作行程，可广泛运用于机器人驱动技术领域。

为实现上述目的，本发明专利的技术方案为：

一种基于外转子永磁同步电机的贯穿式直线驱动装置，包括提供动力的动力源、和动力源转动部分固定连接的动力转换模块以及位置检测装置霍尔传感器，所述动力源为外转子永磁同步电机，其包括定子基座以及铁芯绕组组成的的定子模块、由磁钢、弧形磁铁和转子基座组成的转子模块，所述动力转换部分包括与转子模块固定连接的滚珠丝杠螺母、与滚珠丝杠螺母螺旋配合的滚珠丝杠，滚珠丝杠上有与其通过螺纹配合的丝杠轴向运动限位件与丝杠头，所述转动部分为贯穿式空心轴结构并与滚珠丝杠螺母配合。本发明专利采用霍尔传感器作为位置反馈，与常见磁编码器位置传感器相比，具有安装结构简单、集成度高的特点，可使滚珠丝杠的工作行程不受限于电机轴向尺寸，大大扩大了应用范围。

进一步地，所述动力源的定子模块包括定子铁芯及绕组以及贯穿定子铁芯及绕组的定子基座以及与定子基座连接的滚珠丝杠套筒，套筒在提供转动铰链安装空间的同时，对滚珠丝杠运动行程产生限位作用，防止滚珠丝杠从滚珠丝杠螺母中脱出，大大提高了使用过程中的安全性，在实际运用中可根据工作行程进行相应结构尺寸的调整。

进一步地，所述转子模块包括内壁分布有磁铁的磁钢、与磁钢固定连接的转子基座、用于同滚珠丝杠螺母同轴线固定连接的转子空心轴，所述转子基座与转子空心轴同轴线固定连接。所述转子空心轴通过轴承一与轴承二与定子基座共轴线安装在一起构成旋转副。在保证回转精度的同时，转子空心轴中间穿过滚珠丝杠，滚珠丝杠的运动范围可贯穿整个外转子永磁同步电机。

进一步地，所述转子空心轴与轴承轴向限位螺母通过螺纹副共轴线安装。轴承轴向限位螺母与轴承二相接触，对其轴承内圈施加轴向预警力，且由于使用螺纹副，该预警力可调节，大大提高转子模块以及动力转换模块做回转运动的运动平稳性。