CN111585400B - 伺服电机及其装配方法 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例提供了一种伺服电机及其装配方法。该伺服电机包括：壳体；主轴，沿轴向布置在所述壳体中；驱动组件，包括定子和转子，被布置在所述壳体中并适于驱动所述主轴沿自身轴线旋转；检测组件，被布置在所述壳体的沿所述轴向的第一端，并耦合至所述主轴以获得所述主轴旋转的角度信息；以及制动器，用于降低所述主轴的旋转速度，并且被布置在所述壳体的沿所述轴向的与所述第一端相对的第二端，以使得所述驱动组件布置在所述检测组件和所述制动器之间。以此方式，制动器安装位置由后置改为前置，增大与检测组件之间的距离，从而有效地降低了制动器与检测组件之间的信号干扰，从而提高伺服电机速度、转矩和位置控制的精准度。

Description

伺服电机及其装配方法

技术领域

本公开的实施例涉及电机，并且更具体地，涉及一种伺服电机。

背景技术

伺服电机是对用于使用伺服机构的电动机总称。作为位置或速度的反馈元件的诸如光电编码器或解角器的检测组件通常应用于伺服电机以进行精密的位置检测。正是因为伺服电机是以反馈信号控制，这与借助于输入脉冲讯号控制的步进电机有所区别。

伺服电机的动作特性是进行位置定位控制和动作速度控制，其主要特点是转速可以精确控制，速度控制范围广，可以安定平顺等速运转之外，还可以根据需求随时调整速度。伺服电机在极低速度也可以稳定转动。伺服电机在由静态改为动态运行或由动态改为静态运行所需费时极短，而且即便有外力附加仍可以保持位置。并在额定容量范围内瞬间产生大转矩，输出功率大且效率也高。

伺服电机分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。因此伺服电机常作为一些伺服***中控制机械元件运转的发动机。在某些情况下，为了降低伺服电机的转速，例如在切断伺服电机的电源后使伺服电机快速停止转动，在有的伺服电机中配备有制动器。

发明内容

目前伺服电机普遍为制动器后置结构，即，制动器与诸如编码器等的检测组件相邻。制动器与检测组件存在信号干扰，从而降低了检测组件采集信号的准确性，进而影响伺服电机速度、转矩和位置控制的精准度。

本公开提供了一种伺服电机以解决或者至少部分地解决传统的伺服电机中的上述问题或者其他潜在问题。

在本公开的第一方面，提供了一种伺服电机。该包括：壳体；主轴，沿轴向布置在壳体中；驱动组件，包括定子和转子，被布置在壳体中并适于驱动主轴沿自身轴线旋转；检测组件，被布置在壳体的沿轴向的第一端，并耦合至主轴以获得主轴旋转的角度信息；以及制动器，用于降低主轴的旋转速度，并且被布置在壳体的沿轴向的与第一端相对的第二端，以使得驱动组件布置在检测组件和制动器之间。

以此方式，制动器安装位置由后置改为前置，增大与检测组件之间的距离，从而有效地降低了制动器与检测组件之间的信号干扰，从而提高伺服电机速度、转矩和位置控制的精准度。

在一些实施例中，壳体包括：周向壁，被构造成围绕用于容纳驱动组件的容纳腔；以及穿线孔，沿轴向形成在周向壁中，以供用于连接制动器的电缆穿过，来使得电缆从制动器延伸到第一端。通过设置穿线孔，可以顺利的将制动器电缆绕过灌封后的绕组，引到电机后端盖的出线孔处，提高伺服电机内部走线和部件的合理性。

在一些实施例中，穿线孔被形成在周向壁的沿径向方向的突出部中。将穿线孔设置在径向的突出部中能够在不影响壳体的结构强度的情况下使用于制动器的电缆合理走线，提高伺服电机的可靠性。

在一些实施例中，壳体呈长方体形，并且穿线孔被形成在长方体形的拐角部附近。通过在壳体一角增加穿线孔，在不增加电机外形尺寸的基准上，可以顺利的将制动器电缆绕过灌封后的绕组，引到电机后端盖的出线孔处，降低电机制造与生产成本。

在一些实施例中，壳体还包括入线口，邻近第二端被形成周向壁中，以将穿线孔和容纳腔连通；以及出线口，邻近第一端被形成周向壁中，以将穿线孔和容纳腔连通。这种布置方式使电缆能够更容易地走线，降低了装配难度以及装配成本。

在一些实施例中，穿线孔是通孔，并且伺服电机还包括：封堵件，被布置在穿线孔的两端以封堵穿线孔。这使得壳体能够被更容易地被制造。

在一些实施例中，定子采用灌封工艺而形成。这种方式能提高生产效率并提高伺服电机的性能。

在一些实施例中，伺服电机还包括第一端盖，布置在壳体的第一端，并且适于容纳检测组件；以及第二端盖，布置在壳体的第二端，并且适于固定地耦合至制动器的固定部分。这种布置方式利于伺服电机的装配。

在一些实施例中，伺服电机还包括轴承，布置在第二端盖和主轴之间，并且轴承的内径小于或等于制动器的内径。这种布置使得主轴的结构更加合理，并更加利于部件的装配。

在一些实施例中，制动器包括电磁制动器或者弹簧制动器。

在一些实施例中，伺服电机还包括总出线口，形成在第一端盖中，用于供连接检测组件和制动器的电缆从壳体中引出。

在一些实施例中，检测组件包括编码器或解角器。

根据本公开的第二方面还提供了一种伺服电机的装配方法。该装配方法包括提供壳体；将主轴和驱动组件布置在壳体中；将检测组件布置在壳体的沿轴向的第一端，并耦合至主轴以获得主轴旋转的角度信息；以及将制动器布置在壳体的沿轴向的与第一端相对的第二端，以使得驱动组件布置在检测组件和制动器之间。

应当理解的是，发明内容并不旨在确定本公开的实施例的关键或基本特征，也并非旨在用于限制本公开的范围。通过下面的描述，本公开的其他特征将变得容易理解。

附图说明

通过结合附图更详细地描绘本公开的示例性实施例，本公开的上述目的和其它目的、特征和优点将变得更加明显，其中在本公开的示例性实施例中，相同的附图标记通常表示相同的部件。

图1示出了根据本公开实施例的伺服电机的剖视图；

图2示出了根据本公开实施例的伺服电机的分解视图；

图3示出了根据本公开的实施例的伺服电机的壳体的一部分的立体示意图；

图4示出了根据本公开的实施例的伺服电机从端盖观察时的视图；以及

图5示出了根据本公开的实施例的伺服电机的端盖和壳体装配在一起时的局部视图。

贯穿附图，使用相同或相似的附图标记来表示相同或相似的元件。

具体实施方式

现在将参考几个示例实施例来描述本公开。应当理解，这些实施例仅为了使本领域技术人员能够更好地理解并由此实现本公开，而不是对本公开技术方案的范围提出任何限制的目的来描述。

如本文所使用的，术语“包括”及其变体将被解读为意指“包括但不限于”的开放式术语。术语“基于”将被解读为“至少基于部分”。术语“一个实施例”和“实施例”应被理解为“至少一个实施例”。术语“另一实施例”应理解为“至少一个其他实施例”。术语“第一”、“第二”等可以指代不同或相同的对象。在下面可能包含其他明确的和隐含的定义。除非上下文另外明确指出，否则术语的定义在整个说明书中是一致的。

伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在诸如自动控制***中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。

诸如编码器等的检测组件是伺服电机的必配，对于伺服电机性能极为关键。检测组件采集信号的准确性直接影响伺服电机速度、转矩和位置控制的精准度。

有些伺服电机包括内置的制动器，用来快速降低伺服电机的转速。对于某些伺服电机，特别是定子采用灌封工艺的伺服电机，考虑到电缆布线等原因，普遍采用制动器后置结构，即，制动器与诸如编码器等的检测组件相邻。例如，中国专利CN207753556U公开了一种待制动器的伺服电机，并且该伺服电机采用制动器与编码器相邻的布置方式。然后，这种布置方式虽然利于电缆的走线，但是制动器与检测组件存在信号干扰，从而降低了检测组件采集信号的准确性，进而影响伺服电机速度、转矩和位置控制的精准度。

为了解决或者至少部分地解决现有技术中的上述或者其他潜在问题，本公开的实施例提供了一种伺服电机。根据本公开实施例的伺服电机100的制动器104安装位置由后置改为前置，增大与检测组件103之间的距离，从而有效地降低了制动器104与检测组件103之间的信号干扰，从而提高伺服电机100速度、转矩和位置控制的精准度。

图1示出了根据本公开实施例的伺服电机的剖视图并且图2示出了根据本公开实施例的伺服电机的分解视图。如图1和图2所示，根据本公开实施例的伺服电机100包括壳体101、主轴108、驱动组件、检测组件103和制动器104。主轴108沿轴向布置在壳体101中并与壳体101同轴地布置。驱动组件包括定子1021和转子1022。定子1021一般采用绕组的方式，而转子1022采用永磁体并且固定地安装在主轴108上。驱动组件通过定子1021和转子1022之间的电磁感应从而将电能转换为主轴108绕其轴线旋转的机械能。

被布置在壳体101的沿轴向的一端的检测组件103被耦合至主轴108的一端并用来获得主轴108旋转的角度信息。在一些实施例中，检测组件103可以是编码器。编码器是安装在伺服电机上用来测量磁极位置和伺服电机转角及转速的一种传感器。应用于本公开实施例的编码器可以包括光电编码器、磁电编码器或旋转变压器。在一些替代的实施例中，检测组件103还可以是解角器或者任意其他适当的部件。下文中将主要以检测组件是编码器为例来描述本公开的实施例，应当理解的是，采用其他适当的部件的检测组件也是类似的，在下文中将不再赘述。

本领域中，一般将主轴108提供输出功率的一端(即，图1中的左侧)称为前端(下文中也将被称为第二端)，而与前端相对的一端称为后端(下文中也将被称为第一端)。此外，本文中提到的“前置”是指被布置在前端及其附近，而“后置”是指被布置在后端及其附近。从图1可以看出，检测组件103是布置在第一端。

不同于传统的伺服电机，被用来降低主轴108旋转速度的制动器104是前置的，即，被布置在壳体101的沿轴向的第二端。也就是说，检测组件103和制动器104是分别布置在驱动组件的两端，即，是被驱动组件间隔开的。这种布置方式有效地降低了制动器104对检测组件103的干扰，从而能够显著提高伺服电机100的速度、转矩和位置控制的精准度。

在一些实施例中，壳体101包括周向壁101。周向壁101被构造成围绕用于容纳驱动组件的容纳腔。为了便于用于连接制动器104的电缆的走线，在一些实施例中，壳体101还可包括沿轴向形成在周向壁1011中的穿线孔1012，如图1和图3所示。穿线孔1012能够用于供连接制动器104的电缆穿过，以使得电缆能够从制动器104延伸到第一端。以此方式，用于伺服电机100的诸如检测组件103、驱动组件以及制动器104的电缆都能从伺服电机的一端(即，第一端)引出，从而提高了接线以及布线的便利性。当然，应当理解的是，在一些替代的实施例中，这些电缆也可以从伺服电机的不同端部分别引出。

为了不使穿线孔1012影响壳体101的强度，在一些实施例中，穿线孔1012被形成在周向壁1011的沿径向方向的突出部中。通过这种设置方式，可以使得周向壁1011不会由于设置了穿线孔1012而出现薄弱部，从而提高壳体101的强度并经而提高伺服电机100的可靠性。

在一些实施例中，突出部可以不用专门地被形成或者制造。例如，壳体101可以采用大致长方体形的结构，而穿线孔1012可以被形成在长方体形的拐角部附近，如图2所示。通过这种布置方式，可以在不增加电机外形尺寸的基础上，顺利地将制动器电缆绕过定子，引到伺服电机的第二端，从而降低电机制造与生产成本。

当然，应当理解的是，壳体101采用长方体形的结构并且穿线孔1012设置在拐角部的实施例只是示意性的，并不旨在限制本公开的保护范围。其他任意适当的结构或者布置也是可能的。例如，在一些替代的实施例中，壳体101也可以具有五边形体、六边形体等任意适当的结构，并且穿线孔1012也可以布置在这种结构的角部。

为了便于电缆的穿设，在一些实施例中，壳体101还可以包括入线口1013和出线口1014，如图1和图3所示。入线口1013邻近第二端而被形成在周向壁1011中，而出线口1014邻近第一端而被形成在周向壁1011中。入线口1013和出线口1014用于将穿线孔1012和容纳腔连通使得用于制动器104的电缆能够进入穿线孔1012和从穿线孔1012引出至第一端。通过这种方式，能够更加容易地穿设用于制动器104的电缆。

可以看出，在这种情况下，用于伺服电机100的总出线口被布置在第一端附近，这在下文中将做进一步阐述。当然，应当理解的是，在一些替代的实施例中，入线口1013和出线口1014的位置也可以互换，使得检测组件的电缆能够通过入线口1013进入穿线孔1012并从出线口1014引出至第二端。在这种情况下，伺服电机100的总出线口可以被布置在第二端附近。下文中将主要以总出线口布置在第一端，即，检测组件所在的一端为例来描述本公开的实施例，布置在其他位置的情况与之类似，在下文中将不再赘述。

在一些实施例中，穿线孔1012还可以被形成为通孔，如图1和图3所示。形成为通孔结构的穿线孔1012更利于壳体101的形成和制造。在这种情况下，伺服电机100还可以包括封堵件105，如图1所示。封堵件105能够被布置在穿线孔1012的两端以用来封堵穿线孔1012。

在一些实施例中，封堵件105可以具有外螺纹，而穿线孔1012的两端分别设置有内螺纹。此外，封堵件105可以具有诸如内螺纹的接合措施来供适当的工具接合。以此方式，封堵件105可以通过螺纹连接的方式布置在穿线孔1012的两端。封堵件105和穿线孔1012之间可以设置有适当的密封装置，以提高密封性能。当然，应当理解的是，上述封堵件105采用螺纹连接的方式安装于穿线孔1012的两端的实施例只是示意性的，并不旨在限制本公开的保护范围。其他任意适当的结构或者布置也是可能的，例如，在一些替代的实施例中，封堵件105也可以采用过盈配合、粘接或者卡扣连接等方式而被装配到穿线孔1012的两端。在装配到穿线孔1012的两端后，封堵件105的外表面可以与壳体101的端部齐平或者凹入到壳体101的端部中，如图1所示。

在一些实施例中，定子1021可以采用灌封工艺而形成。也就是说，根据本公开实施例的伺服电机的这种布置可以应用于具有采用灌封工艺的定子的伺服电机中。以此方式，可以提高定子的强度、防护性能、绝缘性能以及热传导性能，从而使得伺服电机的性能能够得到有效提高。当然，应当理解的是，根据本公开实施例的伺服电机100的定子1021也可以采用其他任意适当的工艺，例如浸漆工艺制成。

为了便于伺服电机100的装配，在一些实施例中，伺服电机100还可以包括布置在壳体101的两端的端盖。为了便于描述，布置在第一端的端盖将被称为第一端盖106，如图4和图5所示，而布置在第二端的端盖将被称为第二端盖107。第二端盖107可以通过螺栓等方式而与制动器104的固定部分固定地耦合。制动器104的转动部分与主轴108转动地耦合在一起。此外，为了便于检测组件103等的装配，第一端盖106的后端可以具有开口，并且该开口由尾盖110密封，如图1所示。

根据本公开实施例的制动器104可以包括电磁制动器和弹簧制动器。以电磁制动器为例，响应于制动的指令，制动器104的固定部分能够通过电磁力而将转动部分吸引，从而引起制动器104上制动盘的摩擦并进而降低转动部分以及主轴108的转速。

在一些实施例中，在第二端盖107和主轴108之间还布置有轴承109，如图1所示。轴承109的内径可以被设置为小于或者等于制动器104的内径。以此方式，可以使得主轴108的布局能够更加合理，并且更加利于主轴108上各部件的装配。此外，主轴108的后端与第一端盖106之间也具有轴承。以此方式，主轴108和转子1022可以由两端的轴承可旋转地支撑。

如上文中所提到的，在一些实施例中，伺服电机100的总出线口1061可以形成在第一端盖106中，如图5所示。总出线口1061可以供检测组件103和制动器104的电缆从壳体101中引出。在一些实施例中，总出线口1061还可以被形成在第二端盖107中。

根据本公开实施例的另一方面，还提供了一种伺服电机的装配方法。该方法包括提供壳体。然后将主轴和驱动组件布置在壳体中并将检测组件布置在壳体的沿轴向的第一端，并耦合至主轴以获得主轴旋转的角度信息。该装配方法还包括将制动器布置在壳体的沿轴向的与第一端相对的第二端，以使得驱动组件布置在检测组件和制动器之间。

以此方式，制动器安装位置由后置改为前置，增大与检测组件之间的距离，从而有效地降低了制动器与检测组件之间的信号干扰，从而提高伺服电机速度、转矩和位置控制的精准度。

应该理解的是，本公开的以上详细实施例仅仅是为了举例说明或解释本公开的原理，而不是限制本公开。因此，凡在本公开的精神和原则之内所作的任何修改、等同替代以及改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。同时，本公开所附的权利要求旨在覆盖落入权利要求的范围和边界的等同替代的范围和边界的所有变化和修改。

Claims (11)

1.一种伺服电机，包括：

壳体(101)；

主轴(108)，沿轴向布置在所述壳体(101)中；

驱动组件，包括定子(1021)和转子(1022)，被布置在所述壳体(101)中并适于驱动所述主轴(108)沿自身轴线旋转；

检测组件(103)，被布置在所述壳体(101)的沿所述轴向的第一端，并耦合至所述主轴(108)以获得所述主轴(108)旋转的角度信息；以及

制动器(104)，用于降低所述主轴(108)的旋转速度，并且被布置在所述壳体(101)的沿所述轴向的与所述第一端相对的第二端，以使得所述驱动组件布置在所述检测组件(103)和所述制动器(104)之间，其中所述壳体(101)包括：

周向壁(1011)，被构造成围绕用于容纳所述驱动组件的容纳腔；以及

穿线孔(1012)，沿所述轴向形成在所述周向壁(1011)中，以供用于连接所述制动器(104)的电缆穿过，来使得所述电缆从所述制动器(104)延伸到所述第一端，其中所述穿线孔(1012)被形成在所述周向壁(1011)的沿径向方向的突出部中。

2.根据权利要求1所述的伺服电机，其中所述壳体(101)呈长方体形，并且所述穿线孔(1012)被形成在所述长方体形的拐角部附近。

3.根据权利要求1所述的伺服电机，其中所述壳体(101)还包括：

入线口(1013)，邻近所述第二端被形成所述周向壁(1011)中，以将所述穿线孔(1012)和所述容纳腔连通；以及

出线口(1014)，邻近所述第一端被形成所述周向壁(1011)中，以将所述穿线孔(1012)和所述容纳腔连通。

4.根据权利要求1所述的伺服电机，其中所述穿线孔(1012)是通孔，并且所述伺服电机(100)还包括：

封堵件(105)，被布置在所述穿线孔(1012)的两端以封堵所述穿线孔(1012)。

5.根据权利要求1所述的伺服电机，其中所述定子(1021)采用灌封工艺而形成。

6.根据权利要求1所述的伺服电机，还包括：

第一端盖(106)，布置在所述壳体(101)的所述第一端，并且适于容纳所述检测组件(103)；以及

第二端盖(107)，布置在所述壳体(101)的所述第二端，并且适于固定地耦合至所述制动器(104)的固定部分。

7.根据权利要求6所述的伺服电机，还包括：

轴承(109)，布置在所述第二端盖(107)和所述主轴(108)之间，并且所述轴承(109)的内径小于或等于所述制动器(104)的内径。

8.根据权利要求6所述的伺服电机，其中所述制动器(104)包括电磁制动器或者弹簧制动器。

9.根据权利要求6所述的伺服电机，还包括总出线口(1061)，形成在所述第一端盖(106)中，用于供连接所述检测组件(103)和所述制动器(104)的电缆从所述壳体(101)中引出。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的伺服电机，其中所述检测组件(103)包括编码器或解角器。

11.一种伺服电机的装配方法，包括：

提供壳体(101)；

将主轴(108)和驱动组件布置在所述壳体(101)中；

将检测组件(103)布置在所述壳体(101)的沿轴向的第一端，并耦合至所述主轴(108)以获得所述主轴(108)旋转的角度信息；以及

将制动器(104)布置在所述壳体(101)的沿所述轴向的与所述第一端相对的第二端，以使得所述驱动组件布置在所述检测组件(103)和所述制动器(104)之间，其中所述壳体(101)包括：

周向壁(1011)，被构造成围绕用于容纳所述驱动组件的容纳腔；以及

穿线孔(1012)，沿所述轴向形成在所述周向壁(1011)中，以供用于连接所述制动器(104)的电缆穿过，来使得所述电缆从所述制动器(104)延伸到所述第一端，其中所述穿线孔(1012)被形成在所述周向壁(1011)的沿径向方向的突出部中。

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