專利名稱：線性致動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及線性致動(dòng)器裝置，并且更特別地涉及其電驅(qū)動(dòng)裝置。
背景技術(shù)：
線性致動(dòng)器用于使物體沿直線在兩端點(diǎn)之間移動(dòng)，或移動(dòng)到規(guī)定的位置。致動(dòng)器 可以使用壓力而空氣或液壓驅(qū)動(dòng)，或致動(dòng)器可以通過(guò)電力驅(qū)動(dòng)。空氣或液壓驅(qū)動(dòng)的致動(dòng)器 便宜并且設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。它們還易于控制，但是它們需要空氣或液壓供應(yīng)，這相對(duì)昂貴，特別是 對(duì)于小系統(tǒng)而言。電驅(qū)動(dòng)的線性致動(dòng)器通常結(jié)合有旋轉(zhuǎn)電機(jī)和某類傳動(dòng)裝置，以將電機(jī)的相對(duì)高速 旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成低速線性運(yùn)動(dòng)。該傳動(dòng)裝置可結(jié)合有齒輪箱和/或螺桿軸。一種普通類型的線 性致動(dòng)器結(jié)合有螺母在其上運(yùn)行的螺桿軸。螺桿軸在致動(dòng)器的全部長(zhǎng)度上延伸并設(shè)定致動(dòng) 器的工作長(zhǎng)度。因?yàn)槁菽副３衷诓豢尚D(zhuǎn)狀態(tài)，因此當(dāng)螺桿軸通過(guò)電機(jī)而旋轉(zhuǎn)時(shí)螺母將位 移。螺母在螺桿軸和螺母之間可結(jié)合有諸如球或輥?zhàn)拥臐L動(dòng)元件。這將允許具有高負(fù)載傳 遞和長(zhǎng)壽命的高效率致動(dòng)器。螺母還可直接與螺桿軸配合，即滑動(dòng)螺桿設(shè)計(jì)。在此情況下， 螺母優(yōu)選地用塑料材料制成。
從US5491372中知道另一類型的線性致動(dòng)器。在此，描述該線性致動(dòng)器，其中圓周 電機(jī)驅(qū)動(dòng)具有內(nèi)螺紋孔的伸長(zhǎng)圓筒。設(shè)置有輸出軸和多個(gè)傳動(dòng)輥?zhàn)拥闹聞?dòng)器組件通過(guò)伸長(zhǎng) 圓筒的旋轉(zhuǎn)而縮回或延伸。電機(jī)的磁體附著到伸長(zhǎng)圓筒，并且電機(jī)的定子附著到外殼，環(huán)繞 該磁體。即使該類型的線性致動(dòng)器可用于一些規(guī)范，但是相對(duì)昂貴且復(fù)雜。因此存在改善 的空間。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種改善的線性致動(dòng)器，該線性致動(dòng)器具有高能量密 度，簡(jiǎn)單且具有生產(chǎn)成本效益。對(duì)于線性致動(dòng)器裝置，包括外殼、安裝到活塞的外螺紋螺桿、內(nèi)螺紋延伸的螺母和 電機(jī)，所述電機(jī)包括固定地附著到外殼的電機(jī)元件和固定地附著到延伸的螺母的轉(zhuǎn)子元 件，其中所述電機(jī)元件包括繞延伸的螺母定位的定子，并且還包括多個(gè)線圈，并且其中所述 轉(zhuǎn)子元件包括多個(gè)第一磁體，本發(fā)明的目的得以實(shí)現(xiàn)之處在于，轉(zhuǎn)子元件的第一磁體相對(duì) 于定子定位，使得定子位于延伸的螺母和轉(zhuǎn)子元件的第一磁體之間。通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的線性致動(dòng)器裝置的該第一實(shí)施例，提供了具有高能量密度的線 性致動(dòng)器，該線性致動(dòng)器相對(duì)簡(jiǎn)單且具有生產(chǎn)成本效益。這部分歸因于能夠使用滑動(dòng)螺桿 的事實(shí)。其有利之處在于能夠獲得緊湊的線性致動(dòng)器。在本發(fā)明的有利發(fā)展中，電機(jī)的轉(zhuǎn)子元件還包括多個(gè)定位在延伸的螺母和定子之 間的第二磁體。這允許具有更加高的能量密度的改善的線性致動(dòng)器。在本發(fā)明的有利發(fā)展中，螺桿包括球或輥?zhàn)?。其?yōu)點(diǎn)在于摩擦力以及因此的磨損降低。這還將降低功率損失。因此線性致動(dòng)器得到進(jìn)一步改善。在本發(fā)明的另一有利發(fā)展中，延伸的螺母包括內(nèi)螺紋管。該內(nèi)螺紋管用塑料材料制成，這具有生產(chǎn)成本效益并且還將允許使用滑動(dòng)螺桿，而使用滑動(dòng)螺桿將進(jìn)一步降低成 本。延伸的螺母的重量也將減小，因?yàn)檠由斓穆菽傅闹饕糠旨磧?nèi)螺紋管將用塑料材料制 成，該塑料材料由例如金屬的薄支撐套筒圍繞。在本發(fā)明的再一有利發(fā)展中，內(nèi)螺紋管包括多個(gè)伸長(zhǎng)段部。其有利之處在于任何 長(zhǎng)度的內(nèi)螺紋管可通過(guò)組裝所需數(shù)量的伸長(zhǎng)段部而生產(chǎn)。以此方式，能夠以成本有效的方 式獲得不同長(zhǎng)度的線性致動(dòng)器。在本發(fā)明的再一有利發(fā)展中，線性致動(dòng)器裝置包括用于測(cè)量延伸的螺母的旋轉(zhuǎn)的 旋轉(zhuǎn)傳感器。其有利之處在于通過(guò)電子控制單元能夠以改善的方式控制線性致動(dòng)器。


下面將參考在附圖中示出的實(shí)施例而更加詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中圖1示出根據(jù)本發(fā)明的線性致動(dòng)器的第一實(shí)施例的剖面圖。圖2示出根據(jù)本發(fā)明的線性致動(dòng)器的第二實(shí)施例的剖面圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的在下面描述的具有進(jìn)一步發(fā)展的實(shí)施例將僅作為例子看待，并且決不限 制由專利權(quán)利要求提供的保護(hù)范圍。圖1示出根據(jù)本發(fā)明的線性致動(dòng)器裝置的第一實(shí)施例。線性致動(dòng)器1包括具有前 端部3和后端部4的外殼2。在外殼內(nèi)部，具有外螺紋6的螺桿5在具有內(nèi)螺紋8的延伸的 螺母7中行進(jìn)。線性致動(dòng)器1的外殼2關(guān)于中心軸線18對(duì)稱?；钊麠U9在其內(nèi)端固定地 附著到螺桿。活塞桿9在其外端設(shè)置有前附著裝置20，例如孔、螺紋、叉耳或單個(gè)耳狀物。 延伸的螺母7包括內(nèi)螺紋管12、外支撐套筒13、第一端帽14和第二端帽15。延伸的螺母通 過(guò)前支承裝置10和后支承裝置11以可旋轉(zhuǎn)的方式安裝到外殼。在該實(shí)施例中，滾柱軸承 用作支承裝置以獲得長(zhǎng)的使用壽命和可靠的功能。例如取決于所需的耐用性和精度可能使 用其它的支承裝置。前支承裝置10安裝到延伸的螺母的第一端帽14，并且后支承裝置11 安裝到延伸的螺母的第二端帽15。以此方式，延伸的螺母能夠在外殼內(nèi)自由地旋轉(zhuǎn)。當(dāng)要使用線性致動(dòng)器時(shí)，線性致動(dòng)器將使用諸如叉耳或單個(gè)耳狀物的后附著裝置 17而安裝到諸如機(jī)器的底盤的剛性件。將致動(dòng)的部分以不可旋轉(zhuǎn)的方式安裝到活塞桿上的 前附著裝置20。這意味著活塞桿將不能夠繞線性致動(dòng)器的中心軸線旋轉(zhuǎn)。因?yàn)榛钊麠U不旋 轉(zhuǎn)，因此當(dāng)延伸的螺母旋轉(zhuǎn)時(shí)，螺桿將沿延伸的螺母被驅(qū)動(dòng)。以此方式，取決于延伸的螺母 的旋轉(zhuǎn)方向，活塞桿將延伸出或縮回到外殼。在該例子中，螺桿5是具有外螺紋的摩擦螺桿。螺桿的長(zhǎng)度例如取決于線性致動(dòng) 器設(shè)計(jì)用于的負(fù)載。更長(zhǎng)的螺桿能夠?qū)⒏蟮呢?fù)載傳遞到內(nèi)螺紋管，但還將具有更大的摩 擦。在另一實(shí)施例中，螺桿還可以是外部球或滾柱螺桿類型。使用這些螺桿類型中的一個(gè) 可減小摩擦?；钊麠U的操作速度以及由此的線性致動(dòng)器的操作速度將取決于電機(jī)的速度和 螺紋的螺距。線性致動(dòng)器還設(shè)置有電機(jī)16。如圖1所示，電機(jī)安裝在延伸的螺母的外部并圍繞延伸的螺母。為了對(duì)于電機(jī)獲得盡可能高的能量密度，并且因此獲得電機(jī)的盡可能高的輸 出功率以驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器，使用外部轉(zhuǎn)子電機(jī)類型。該電機(jī)包括固定地安裝在延伸的螺母7的 徑向外表面上的轉(zhuǎn)子元件30，并且包括固定地附著到外殼2的徑向內(nèi)表面的電機(jī)元件32。 電機(jī)元件32包括定子33。在該電機(jī)中，電機(jī)的第一磁體31定位在轉(zhuǎn)子元件30處。電機(jī)的定子33安裝在電 機(jī)元件32上。定子33包括電機(jī)的線圈。通過(guò)固定在線性致動(dòng)器外殼2內(nèi)的定子，電力傳 遞到定子線圈得以簡(jiǎn)化。該線圈優(yōu)選地在具有或不具有鋼芯的塑料中模制而成。在該電機(jī)中，第一磁體31相對(duì)于定子33定位，使得定子位于延伸的螺母7和轉(zhuǎn)子 元件30的第一磁體之間，即第一磁體徑向地定位在定子的外部。這將允許電機(jī)中更多的磁 體，因此產(chǎn)生更大的磁場(chǎng)，這相應(yīng)地將增加功率密度。通過(guò)使用稀土磁體，可獲得具有高能 量密度的有效率的電機(jī)。磁體的數(shù)量，即電機(jī)磁極的數(shù)量可取決于具體需求而改變。對(duì)于 定子線圈的數(shù)量也同樣如此。電機(jī)由外部控制單元驅(qū)動(dòng)?？刂茊卧梢允侨魏晤愋偷倪m當(dāng)?shù)目刂茊卧?，例如?擬或數(shù)字控制單元。線性致動(dòng)器可具有使用離散信號(hào)線的標(biāo)準(zhǔn)PLC兼容的I/O接口，或可 具有集成的標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)總線接口。更普通地，標(biāo)準(zhǔn)PLC兼容的I/O接口將用于電機(jī)和控制單 元之間的通信。對(duì)于指令“致動(dòng)器出”和“致動(dòng)器入”可使用兩路信號(hào)線。這些信號(hào)在提供 單獨(dú)的電連接時(shí)可以是低電平的，或在信號(hào)用于直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)可以是高電平的。輸入信 號(hào)還可包括關(guān)于電機(jī)速度的信息，即電機(jī)應(yīng)該旋轉(zhuǎn)多快。取決于電機(jī)類型，設(shè)置速度的電壓 或調(diào)制信號(hào)可用作輸入信號(hào)。線性致動(dòng)器還可包括兩個(gè)末端位置開(kāi)關(guān)(未示出)，其將設(shè)定活塞桿的末端位置。 更普通地，末端位置固定在線性致動(dòng)器內(nèi)，并且活塞沖程由線性致動(dòng)器的長(zhǎng)度設(shè)置。替換 地，末端位置開(kāi)關(guān)還可是可調(diào)節(jié)的，使得活塞沖程可由用戶設(shè)置。末端位置開(kāi)關(guān)可經(jīng)由兩路 信號(hào)控制線而連接到控制單元，從而表明線性致動(dòng)器到控制單元的狀態(tài)。該狀態(tài)為縮回或 延伸。傳感線性致動(dòng)器的狀態(tài)的另一方式是使用電流傳感裝置，該電流傳感裝置測(cè)量通 過(guò)電機(jī)的電流。當(dāng)電機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)，即不能旋轉(zhuǎn)，電機(jī)的電流消耗將增加。該信號(hào)可用于檢測(cè)線 性致動(dòng)器的狀態(tài)，即如果電機(jī)堵轉(zhuǎn)，那么活塞處于最外或最內(nèi)的位置。當(dāng)對(duì)于電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電 流和堵轉(zhuǎn)電流差別足夠時(shí)，例如2倍或更大時(shí)，該檢測(cè)方法是合適的。在線性致動(dòng)器的一個(gè)實(shí)施例中，線性致動(dòng)器設(shè)置有旋轉(zhuǎn)傳感器19，檢測(cè)電機(jī)的旋 轉(zhuǎn)。傳感器檢測(cè)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)并輸出表示旋轉(zhuǎn)值的信號(hào)。該傳感器可輸出模擬值，例如與電 機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度成比例的電壓，或數(shù)字值，其中脈沖的數(shù)量與電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度成比例的脈沖 信號(hào)或表示電機(jī)的旋轉(zhuǎn)的絕對(duì)值的信號(hào)。絕對(duì)值可表示電機(jī)轉(zhuǎn)一圈動(dòng)的角位置的值，或可 以是經(jīng)過(guò)整個(gè)沖程長(zhǎng)度活塞的位置的絕對(duì)值。當(dāng)傳感器用于輸出轉(zhuǎn)動(dòng)一圈的角位置時(shí)，控 制單元可對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，以計(jì)算活塞的位置。當(dāng)使用該類型的傳感器時(shí)，優(yōu)選地還在 線性致動(dòng)器中結(jié)合校正可能性，以能夠?qū)τ趥鞲衅餍Ｕ鹗贾?。這例如可以是末端位置開(kāi) 關(guān)。在校正期間，活塞被驅(qū)動(dòng)直到到達(dá)末端位置開(kāi)關(guān)，并且控制單元開(kāi)始從那里計(jì)數(shù)。當(dāng)使用絕對(duì)輸出值時(shí)，可包括給出電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈的角位置的絕對(duì)值的一個(gè)部分和 表示電機(jī)旋轉(zhuǎn)的總?cè)?shù)的一個(gè)部分。在此情況下，校正可能性不是必需的，但仍是優(yōu)選的， 以為了能夠校正傳感器的起始值。
該傳感器優(yōu)選的是非接觸旋轉(zhuǎn)傳感器，例如光學(xué)或磁傳感器，但是例如取決于所 需的分辨率、期望的使用壽命或成本，也可能使用其它類型的傳感器。如圖2所示，在另一實(shí)施例中，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分還包括第二組磁體34。這些第二磁 體在電機(jī)的定子33處定位在延伸的螺母7上。因此，電機(jī)在定子的兩側(cè)都設(shè)置有磁體。以 此方式，可獲得更強(qiáng)的磁場(chǎng)，這相應(yīng)地可增加電機(jī)的能量密度。在一個(gè)實(shí)施例中，在線性致動(dòng)器中使用的延伸的螺母7包括內(nèi)螺紋管12、外支撐 套筒13、第一端帽14和第二端帽15。內(nèi)螺紋管12包括多個(gè)組裝在一起以形成內(nèi)螺紋管的 管段部。管段部的數(shù)量可從兩個(gè)段部一直到所需要的任意期望數(shù)量改變，以獲得所需求的 內(nèi)螺紋管。每個(gè)管段部是縱向的，并且沿內(nèi)螺紋管的中心軸線分離。因此，每個(gè)段部將形成 例如180°、120°或90°等的致動(dòng)器扇形。優(yōu)選地，以段部相同且因此能夠用相同工具生產(chǎn)的方式設(shè)計(jì)段部。這些段部?jī)?yōu)選 地用塑料材料制成。選擇塑料材料以滿足線性致動(dòng)器的需求。需求可包括磨損、摩擦、成本 等。這些段部?jī)?yōu)選地在注射模制工藝中制成。在組裝的時(shí)候，內(nèi)螺紋管插入到支撐套筒13中。支撐套筒的目的是沿徑向方向支 撐內(nèi)螺紋管，使得內(nèi)螺紋管不會(huì)被推開(kāi)。因此，支撐套筒應(yīng)該足夠堅(jiān)固，以對(duì)于至少線性制 動(dòng)器的額定負(fù)載將內(nèi)螺紋管保持在一起。因而，支撐套筒優(yōu)選地由金屬材料或由加固復(fù)合 材料制成。內(nèi)螺紋管可包括沿內(nèi)螺紋管的整個(gè)長(zhǎng)度的縱向凹槽，以防止當(dāng)螺桿在內(nèi)螺紋管內(nèi) 行進(jìn)時(shí)在螺紋中壓力積聚。特別是當(dāng)延伸的螺母設(shè)置有密封裝置以密封延伸的螺母時(shí)，有 可能出現(xiàn)可能的壓力積聚。通過(guò)密封延伸的螺母，在內(nèi)螺紋管中可能采用諸如油或油脂的 潤(rùn)滑劑。這將允許永久潤(rùn)滑的線性致動(dòng)器。對(duì)于密封的延伸螺母，當(dāng)活塞以及由此的螺桿 延伸或縮回時(shí)，凹槽將允許潤(rùn)滑劑從內(nèi)螺紋管的一端移動(dòng)到另一端還可能的是，在內(nèi)螺紋管的外表面中設(shè)置外部凹槽，當(dāng)該內(nèi)螺紋管插入到支撐套 筒中時(shí)，內(nèi)螺紋管將在延伸的螺母中形成可替代內(nèi)部凹槽的通道。當(dāng)需要沒(méi)有凹槽的內(nèi)螺 紋時(shí)，例如當(dāng)使用球或滾柱螺桿時(shí)，這是有利的。當(dāng)使用這樣的螺紋時(shí)，需要螺紋和外部凹 槽之間的連接通道。在第二實(shí)施例中，延伸的螺母7是由塑料材料或金屬制成的內(nèi)螺紋管，該內(nèi)螺紋 管使用螺紋切割裝置以傳統(tǒng)的方式形成螺紋。本發(fā)明不應(yīng)認(rèn)為限于上述的實(shí)施例，在所附專利權(quán)利要求的范圍內(nèi)，大量的其它 變型和修改都是可能的。附圖標(biāo)記1 線性致動(dòng)器裝置2 外殼3:前端部4 后端部5 螺桿6 外部螺桿螺紋7:延伸的螺母8:內(nèi)螺紋
9 活塞桿10 前支承11 后支承12 螺紋管13:支撐套筒14 第一端帽15 第二端帽16 電機(jī)17 后附著裝置18:中心軸線19 旋轉(zhuǎn)傳感器20 前附著裝置30 轉(zhuǎn)子元件31 第一磁體32:電機(jī)元件33 定子.
34 第二磁體
權(quán)利要求
一種線性致動(dòng)器裝置，包括外殼(2)、安裝到活塞(9)的外螺紋螺桿(5)、內(nèi)螺紋延伸的螺母(7)和電機(jī)(6)，所述電機(jī)包括固定地附著到所述外殼(2)的電機(jī)元件(32)和固定地附著到所述延伸的螺母(7)的轉(zhuǎn)子元件(30)，其中所述電機(jī)元件(32)包括繞所述延伸的螺母(7)定位的定子(33)并且還包括多個(gè)線圈，其中所述轉(zhuǎn)子元件包括多個(gè)第一磁體(31)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子元件(30)的所述第一磁體(31)相對(duì)于所述定子(33)定位，使得所述定子(33)位于所述延伸的螺母(7)和所述轉(zhuǎn)子元件(30)的所述第一磁體(31)之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線性致動(dòng)器裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子元件(30)還包括多 個(gè)附著到所述延伸的螺母(7)的第二磁體(34)，使得該第二磁體(34)定位在所述延伸的螺 母(7)和所述定子(33)之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的線性致動(dòng)器裝置，其特征在于，所述螺桿(5)包括球或滾子。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的線性致動(dòng)器裝置，其特征在于，所述延伸的螺母 (7)包括內(nèi)螺紋管(12)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的線性致動(dòng)器裝置，其特征在于，所述內(nèi)螺紋管包括多個(gè)伸長(zhǎng) 的段部。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的線性致動(dòng)器裝置，其特征在于，所述線性致動(dòng)器 裝置包括用于測(cè)量所述延伸的螺母(7)的旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)傳感器(19)。
全文摘要
一種線性致動(dòng)器裝置，包括外殼(2)、安裝到活塞(9)的外螺紋螺桿(5)、內(nèi)螺紋延伸的螺母(7)以及具有定子(33)和繞延伸的螺母(7)定位的轉(zhuǎn)子元件(30)的電機(jī)(16)，其中轉(zhuǎn)子元件(30)的多個(gè)第一磁體(31)相對(duì)于定子(33)定位，使得定子(33)位于延伸的螺母(7)和轉(zhuǎn)子元件(30)的第一磁體(31)之間。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于具有高能量密度的線性致動(dòng)器能夠以簡(jiǎn)單且成本有效的方式制造。
文檔編號(hào)F16H25/22GK101815885SQ200780100122
公開(kāi)日2010年8月25日 申請(qǐng)日期2007年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月1日
發(fā)明者帕特里克·埃伯利, 約翰尼斯·A·M·杜伊茨 申請(qǐng)人:Skf公司