專利名稱：納米級直線電動機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種直線電動機。
微米級直線電動機又稱為線性馬達(Line Motor)。椐報道(魯仁洲。線性馬達產品系列在臺灣開發成功。機電一體化，1997，3(2)29)，臺灣某研究機構已開發成功商品化的線性馬達，它利用兩塊磁鐵同極相斥的“磁浮”原理，使運動副的兩接觸面減小甚至消除磨擦。線性馬達只有轉子和定子兩個部件，不用軸承。已有的電動機僅在微米級細分，在納米級細分上不能帶動10g的負載，即其驅動力矩遠小于100N·m，且細分技術采用Z80單板機或8031單板機控制的PWM細分電路，并采用常規的彈性聯軸器和曲柄滑塊機構實現直線移動。
本實用新型的目的旨在提供一種直線位移，在納米級細分，驅動力矩≥100N·m，最小步距0.01nm，最大步距10nm，步距精度±0.001nm，步距范圍0.01nm～10mm的納米級直線電動機。
本實用新型包括主機和控制電路。主機由馬達與固定架、膜片聯軸器、諧波齒輪傳動機構、螺旋傳動機構、彈性機構和機架組成，馬達固定在固定架上，馬達的軸與膜片聯軸器的左半聯軸器通過螺釘連接；諧波齒輪傳動機構由波發生器、剛輪、柔輪組成，波發生器與右半聯軸器由螺釘連接，剛輪固定在機架上，波發生器帶動柔輪轉動，柔輪和剛輪組成內嚙合齒輪傳動；螺旋傳動機構由螺桿和滑移螺母組成，柔輪的軸和螺桿由螺釘連接，螺桿的右桿與滑移螺母的內螺紋螺接；彈性機構由滑移螺母、螺帽和滾珠組成，螺帽固定在滑移螺母上，滾珠位于滑移螺母與螺帽間的中心位置。
控制電路由電源、A/D轉換電路、選擇開關組成，A/D轉換電路的模擬信號輸入端、ALE端、啟動端接電源，CLK端外接脈沖信號源，數據輸出端接選擇開關，選擇開關再與馬達的輸入端連接。
工作時，馬達帶動膜片聯軸器轉動，膜片聯軸器帶動波發生器和柔輪運動，剛輪固定在機架上不運動，此諧波齒輪傳動比為iHR＝1000，滑移螺母只能移動不能轉動，滑移螺母推動滾珠移動，螺旋傳動機構單線螺紋螺距為0.5mm，馬達轉動1個步距，螺母推動滾珠移動量(即直線移動距離)為0.5/102.4×1000×(3/12)＝0.005nm。螺帽消除了滑移螺母和螺桿的回差，保正馬達正反轉時，沒有回程誤差。與已有的電動機相比，已有的電動機大多是轉動輸出，沒有直線位移，僅在微米級細分，在納米級細分上不能帶動10g的負載，即其驅動力矩遠小于100N·m，應用的細分技術是用單板機控制的PWM細分電路，在實現直線移動方案上采用常規的彈性聯軸器和曲柄滑塊機構或差動螺旋機構。而本實用新型有直線位移，不是轉動輸出，在納米級細分，驅動力矩≥100N·m，采用外脈沖和A/D轉換電路實現納米級細分，結構緊湊、工作可靠，且采用高新技術膜片聯軸器和單線螺旋機構實現納米直線位移，正反轉時無回差，沒有振動。
圖1為本實用新型主機的結構圖。
圖2為圖1的俯視圖。
圖3為本實用新型的控制電路原理圖。
如圖1，2所示，主機由馬達1(H3B14V/B7×12B)與固定架2、膜片聯軸器、諧波齒輪傳動機構、螺旋傳動機構、彈性機構和機架13等組成。馬達1固定在固定架2上，馬達1的軸和膜片聯軸器的左半聯軸器3通過螺釘18連接，左半聯軸器3和膜片4、右半聯軸器5由螺釘17連接。諧波齒輪傳動機構由波發生器6、剛輪7、柔輪8組成，波發生器6的細軸端61與右半聯軸器5由螺釘16連接，剛輪7中心設通孔71并固定在機架13上，波發生器6的粗軸端62穿插于剛輪7的通孔71中，柔輪8的喇叭口端81的外齒與剛輪7的內齒嚙接，柔輪8的喇叭口端81位于剛輪7的內齒與波發生器6的輻板條端部63之間，波發生器6帶動柔輪8轉動，柔輪8與剛輪7組成內嚙合齒輪傳動機構。螺旋傳動機構由螺桿9和滑移螺母10組成，柔輪8的右端軸82套插于螺桿9的左軸孔中，并由螺釘14緊固連接，螺桿9的右桿91與滑移螺母10的內螺紋螺接，螺桿9轉動，滑移螺母10移動(不能轉動，只能移動，故稱為滑移螺母)。彈性機構由滑移螺母10、螺帽11和滾珠12組成，滑移螺母10推動滾珠12移動，螺帽11固定在滑移螺母10上，旋緊螺帽11，可消除滑移螺母10和螺桿9的回差。
如圖3所示，控制電路的電源E為5～14V，A/D轉換電路采用ADC0809集成電路芯片U，芯片U的模擬信號輸入端INO、VCC端、ALE端、START端與電源E連接，芯片U的CLK端與外脈沖源(f＝200HZ～500KHZ)連接，芯片U的數據輸出端D0～D7與8個選擇開關K0～K7連接，每次只能一個開關閉合，經選擇開關K0～K7的數據輸出信號與馬達M的輸入端連接。K0～K7分別閉合，輸入電動機電壓分別為(E/2)/20，(E/2)/21，……，(E/2)/27，共有8種細分電壓，即E/2，E/4，……，E/256V。若E＝12V，則細分電壓為6V，3V，……，3/64V。若外脈沖f＝500KHZ，則電動機細分數為1024。
權利要求1.納米級直線電動機，其特征在于包括主機和控制電路，1)主機由馬達固定架、膜片聯軸器、諧波齒輪傳動機構、螺旋傳動機構、彈性機構和機架組成，馬達固定在固定架上，馬達的軸與膜片聯軸器的左半聯軸器通過螺釘連接；諧波齒輪傳動機構由波發生器、剛輪、柔輪組成，波發生器與右半聯軸器由螺釘連接，剛輪固定在機架上，波發生器帶動柔輪轉動，柔輪和剛輪組成內嚙合齒輪傳動；螺旋傳動機構由螺桿和滑移螺母組成，柔輪的軸和螺桿由螺釘連接，螺桿的右桿與滑移螺母的內螺紋螺接；彈性機構由滑移螺母、螺帽和滾珠組成，螺帽固定在滑移螺母上，滾珠位于滑移螺母與螺帽間的中心位置；2)控制電路由電源、A/D轉換電路、選擇開關組成，A/D轉換電路的模擬信號輸入端、ALE端、啟動端接電源，CLK端外接脈沖信號源，數據輸出端接選擇開關，選擇開關再與馬達的輸入端連接。
2.如權利要求1所述的納米級直線電動機，其特征在于所說的波發生器的細軸端與右半聯軸器由螺釘連接，剛輪中心設通孔，波發生器的粗軸端穿插于剛輪的通孔中，柔輪的喇叭口端的外齒與剛輪的內齒嚙接，柔輪的喇叭口端位于剛輪的內齒與波發生器的輻板條端部之間。
3.如權利要求1所述的納米級直線電動機，其特征在于電源為5～14V，A/D轉換電路采用ADC0809集成電路芯片，芯片的模擬信號輸入端IND、VCC端、ALE端、START端與電源E連接，芯片的數據輸出端D0～D7與8個選擇開關連接。
專利摘要涉及一種直線電動機,由主機和控制電路組成。主機由馬達、膜片聯軸器、諧波齒輪傳動機構、螺旋傳動機構、彈性機構等組成,馬達與左聯軸器連接;波發生器與右半聯軸器連接并帶動柔輪轉動,柔輪與剛輪嚙接,柔輪與螺桿連接,螺桿與滑移螺母的內螺紋螺接,滾珠位于滑移螺母與螺帽間的中心位置。控制電路由電源、A/D轉換電路、選擇開關組成。本實用新型有直線位移,在納米級細分,驅動力矩≥100N·m,正反轉時無回差,無振動。
文檔編號H02K7/06GK2340120SQ9821675
公開日1999年9月22日 申請日期1998年7月14日 優先權日1998年7月14日
發明者鄭煒 申請人:廈門大學