專利名稱：雙軸電磁致動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及致動(dòng)器，具體地涉及一種使用在測(cè)試裝置中的電磁致動(dòng)器結(jié)構(gòu)，該測(cè) 試裝置要求施加作用力于涉及兩個(gè)不同的軸的測(cè)試樣品上。
背景技術(shù)：
電磁致動(dòng)器，例如線性電動(dòng)機(jī)，有許多用途，但是當(dāng)前的關(guān)注集中在將線性電動(dòng)機(jī) 用作活塞和汽缸這種類型的裝置以代替液壓油缸。一種這樣的用途使用于測(cè)試裝置領(lǐng)域 內(nèi)，在該領(lǐng)域內(nèi)，提出了在某個(gè)方向安裝電磁柱塞形式的線性電動(dòng)機(jī)，以便該線性電動(dòng)機(jī)的 電樞將作用力施加在測(cè)試樣品上。該柱塞的方向通常是豎直的。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種電磁致動(dòng)器的結(jié)構(gòu)，該電磁致動(dòng)器能以方便且節(jié)省 成本的方式將作用力運(yùn)用到涉及兩個(gè)不同軸的測(cè)試樣品上。所述兩個(gè)軸是線性軸和旋轉(zhuǎn) 軸，它們最好是重合的。相應(yīng)地，本發(fā)明提供一種用于提供大的軸向力的電力驅(qū)動(dòng)的雙軸致動(dòng)器，該雙軸 致動(dòng)器包括第一和第二電動(dòng)機(jī)，每個(gè)所述第一和第二電動(dòng)機(jī)具有單獨(dú)的電樞，所述第一電 動(dòng)機(jī)是線性電動(dòng)機(jī)，其被設(shè)置為提供輸出軸的軸向運(yùn)動(dòng)，所述第二電動(dòng)機(jī)被設(shè)置為提供所 述輸出軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。所述致動(dòng)器優(yōu)選的用途是用于材料測(cè)試裝置，其中所述致動(dòng)器將被安裝在豎直方 向，即所述共同的軸的軸線是豎直的。所述雙軸致動(dòng)器能避免必須在受測(cè)試的樣品的不同 的端部提供兩個(gè)單獨(dú)的電動(dòng)機(jī)以及與之相關(guān)的缺點(diǎn)，從而帶來(lái)更簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)。一個(gè)特別的 優(yōu)點(diǎn)是所述致動(dòng)器不需要使用止推軸承。
為了使本發(fā)明更易于理解，下面將參照附圖描述作為示例的本發(fā)明的實(shí)施例，其 中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的電磁致動(dòng)器的剖面透視示意圖；以及圖2示出了包含有圖1所示的致動(dòng)器的材料測(cè)試裝置。
具體實(shí)施例方式在材料測(cè)試裝置中這樣應(yīng)用電動(dòng)機(jī)是可行的，S卩，使用一個(gè)電動(dòng)機(jī)將線性力作用 于測(cè)試樣品的一端，同時(shí)使用另一個(gè)單獨(dú)的電動(dòng)機(jī)在測(cè)試樣品的另一端施加旋轉(zhuǎn)力。然而， 這是一種復(fù)雜的裝置，它需要在單獨(dú)的電動(dòng)機(jī)上使用止推軸承，或者為測(cè)試樣品安裝專用 的支撐裝置。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例是既能夠?qū)⒕€性力又能夠?qū)⑿D(zhuǎn)力傳遞到軸上的電磁致動(dòng) 器。當(dāng)應(yīng)用于材料測(cè)試裝置中時(shí)，所述致動(dòng)器通常被安裝為其軸位于豎直方向上，并且軸的一端與測(cè)試樣品相連接。由此，線性力、旋轉(zhuǎn)力或二者的結(jié)合均可施加于測(cè)試樣品上。在這 種測(cè)試裝置中，典型地需要有大的軸向力。轉(zhuǎn)看附圖，圖中示意性地顯示了致動(dòng)器的優(yōu)選形式，致動(dòng)器10大體由參考標(biāo)號(hào)10 所標(biāo)記，其包括線性驅(qū)動(dòng)部分11、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部分12以及共同的軸13，其中，該共同的軸13 貫穿線性驅(qū)動(dòng)部分和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部分，并具有輸出端14。軸13的另一端15也伸出致動(dòng)器之 夕卜，在需要的情況下可以在另一端15裝配一個(gè)制動(dòng)器。在本申請(qǐng)人的共同待決的申請(qǐng)?zhí)枮?GB 0618209. 1的專利申請(qǐng)中描述了優(yōu)選的制動(dòng)器形式?？梢宰⒁獾剑D(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部分12安裝 于線性驅(qū)動(dòng)部分11的一端，從而旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部分12遠(yuǎn)離軸的輸出端14。以下更詳細(xì)地描述線性驅(qū)動(dòng)部分的結(jié)構(gòu)。該部分包括線性電動(dòng)機(jī)，該線性電動(dòng)機(jī) 由圓筒形殼體20圍繞多個(gè)定子線圈形成，定子線圈大體由參考標(biāo)號(hào)21所標(biāo)記。定子線圈 作用于電樞22，在本實(shí)施例中，電樞22是由磁性材料制成的中空?qǐng)A柱形構(gòu)件，并且電樞22 被設(shè)置成在驅(qū)動(dòng)部分11的內(nèi)部依照常規(guī)的線性電動(dòng)機(jī)的原理線性地移動(dòng)。電樞22可用任 何方便的方式固定于軸13上，例如圖中參考標(biāo)號(hào)24所示的方式。軸在線性驅(qū)動(dòng)部分11內(nèi) 的定位是通過(guò)線性軸承25a和25b實(shí)現(xiàn)的，線性軸承25a和25b裝配在端部法蘭26a和26b 上。所述軸承優(yōu)選是滾 珠花鍵軸承。該線性直接驅(qū)動(dòng)部分比結(jié)合了旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的可替換的 系統(tǒng)更具有優(yōu)勢(shì)，在該可替換的系統(tǒng)中，旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)依靠絲杠和止推軸承(或另外的止推 軸承裝置)結(jié)合到該可替換的系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)軸向運(yùn)動(dòng)。此處描述的優(yōu)選實(shí)施例能夠提供直 接驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。線性驅(qū)動(dòng)部分中的線性電動(dòng)機(jī)是直接驅(qū)動(dòng)裝置，它被稱為無(wú)刷電動(dòng)機(jī)，在該電動(dòng) 機(jī)中，電流用于產(chǎn)生磁力，該磁力直接施加載荷，而不必通過(guò)齒輪傳動(dòng)裝置。旋轉(zhuǎn)的去耦線 性編碼器16附著于法蘭26a上，且提供軸的位置測(cè)量而不受電動(dòng)機(jī)機(jī)體或軸13的熱膨脹 的影響。線性編碼器16的輸出可被用于控制設(shè)備以控制供給定子線圈的電流，由此控制軸 13的運(yùn)動(dòng)。以下更詳細(xì)地描述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部分12。它包括直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，該直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī) 具有容納定子線圈31和轉(zhuǎn)子32的圓筒形殼體30，所述定子線圈31構(gòu)成旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部分的電 樞，所述轉(zhuǎn)子32為中空?qǐng)A柱形構(gòu)件。該部分12附著于法蘭26b上，從而軸13沿旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng) 部分12的旋轉(zhuǎn)軸線延伸。驅(qū)動(dòng)部分12附近的軸13開(kāi)設(shè)有鍵槽并連接至線性軸承25b，該 線性軸承25b優(yōu)選是滾珠花鍵軸承的形式，其連接至轉(zhuǎn)子32。該滾珠花鍵軸承與軸13相 配合，以在轉(zhuǎn)子32轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)允許軸13的轉(zhuǎn)動(dòng)，但在軸承25b不運(yùn)動(dòng)且轉(zhuǎn)子32也因此不運(yùn)動(dòng) 的情況下，允許軸13在該軸承內(nèi)作獨(dú)立的軸向運(yùn)動(dòng)。此外，線性軸承25b也通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸承 35b安裝于法蘭26b末端。這種結(jié)構(gòu)形式下，單個(gè)軸承裝置可用于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部分12區(qū)域內(nèi) 的軸上，并為轉(zhuǎn)子32提供主軸承。如果需要，也可以加入另外一個(gè)軸承并將其連接至端部 蓋板36上。在圖1所示的結(jié)構(gòu)中，轉(zhuǎn)子32與端部蓋板36之間具有間隙。當(dāng)應(yīng)用于材料測(cè) 試裝置中時(shí)，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部分中的旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)連接至線性電動(dòng)機(jī)的后端，從而線性電動(dòng)機(jī)比 旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)更靠近測(cè)試樣品。推力傳過(guò)線性電動(dòng)機(jī)的支座，從而不需要止推軸承?？捎删€ 性電動(dòng)機(jī)的軸13施加大的線性力，同時(shí)通過(guò)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部分12內(nèi)的軸承裝置實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子32連接至軸承25b，且轉(zhuǎn)子32產(chǎn)生可通過(guò)軸上的鍵槽施加在軸13上的旋轉(zhuǎn) 力。因此，軸13同時(shí)承受沿著該軸的軸線作用的線性力和旋轉(zhuǎn)力。每個(gè)驅(qū)動(dòng)部分的單獨(dú)的 電樞可分別由控制電路控制，且上述電樞中的每一個(gè)都作用于所述共同的軸上。從而形成了用于驅(qū)動(dòng)所述軸的緊湊且對(duì)稱的裝置。如果需要，且如果線性軸承25a采用滾珠花鍵軸承，則線性軸承25a可通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸承35a裝配于法蘭26a上。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部分12具有旋轉(zhuǎn)編碼器37，該旋轉(zhuǎn)編碼器37最好是皮帶傳動(dòng)的，以使轉(zhuǎn) 子32的旋轉(zhuǎn)能夠被探測(cè)。旋轉(zhuǎn)編碼器37的輸出使用于控制單元(圖中未顯示)，該控制單 元用以驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部分12。如果需要，同軸線性可變位移傳感器可通過(guò)中空的軸連接于軸13的端部15。上述描述的結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是，致動(dòng)器是緊湊的，且連接于測(cè)試樣品的軸可被精確地 控制。轉(zhuǎn)看圖2，圖中顯示了材料測(cè)試裝置，該裝置包括工作臺(tái)40，在工作臺(tái)40上固定著 待測(cè)樣品?！皹悠贰焙w將要進(jìn)行測(cè)試的材料、結(jié)構(gòu)或零部件。由支柱41和橫梁42組成的 框架結(jié)構(gòu)支撐著上文描述的電磁致動(dòng)器10。橫梁42上具有供軸13懸掛穿過(guò)的孔。軸的輸 出端14配備有被固定到測(cè)試樣品的夾具。最好使編碼器16位于軸13上并與待測(cè)樣品位 于橫梁42的同一側(cè)，這樣能得到更精確的測(cè)量結(jié)果。使用上述結(jié)構(gòu)，樣品可以在不需要提 供線性止推軸承的情況下承受線性力和旋轉(zhuǎn)力兩種力。尤其是，這樣的裝置適合于需要提 供大的力的材料測(cè)試裝置。具有線性致動(dòng)器的電磁致動(dòng)器10可被控制為提供瞬時(shí)壓力的 應(yīng)用和解除，這在材料測(cè)試裝置中是很有用的。更進(jìn)一步的，使用具有直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的電 磁致動(dòng)器10允許實(shí)施成千上萬(wàn)次的軸向疲勞測(cè)試而使部件的磨損最小化，并與此同時(shí)能 提供旋轉(zhuǎn)力。
權(quán)利要求
一種電力驅(qū)動(dòng)雙軸致動(dòng)器，包括第一和第二電動(dòng)機(jī)，每一個(gè)所述電動(dòng)機(jī)具有單獨(dú)的電樞，所述第一電動(dòng)機(jī)為線性電動(dòng)機(jī)，該線性電動(dòng)機(jī)被設(shè)置為提供輸出軸的軸向運(yùn)動(dòng)，所述第二電動(dòng)機(jī)被設(shè)置為提供所述輸出軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的致動(dòng)器，其中所述第一電動(dòng)機(jī)是直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的致動(dòng)器，其中所述第二電動(dòng)機(jī)是直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的致動(dòng)器，其中所述第二電動(dòng)機(jī)被設(shè)置在所述第一電動(dòng) 機(jī)的遠(yuǎn)離所述輸出軸的輸出端的一端。
5.根據(jù)前面任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的致動(dòng)器，進(jìn)一步包括第一和第二線性軸承，所述第 一和第二線性軸承位于所述第一電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)之外。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的致動(dòng)器，其中所述第一和第二線性軸承中的一個(gè)線性軸承位 于所述第二電動(dòng)機(jī)的電樞附近。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的致動(dòng)器，其中所述一個(gè)線性軸承位于所述第二電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子 和所述致動(dòng)器的輸出軸之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的致動(dòng)器，其中所述一個(gè)線性軸承通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸承被連接至所述 第一電動(dòng)機(jī)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5-8中任一項(xiàng)所述的致動(dòng)器，其中所述一個(gè)線性軸承是滾珠花鍵軸承。
10.根據(jù)權(quán)利要求6-9中任一項(xiàng)所述的致動(dòng)器，其中所述線性軸承中的另一個(gè)線性軸 承通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸承被連接至所述第一電動(dòng)機(jī)。
11.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的致動(dòng)器，進(jìn)一步包括機(jī)械制動(dòng)器，該機(jī)械制動(dòng)器用 于在沒(méi)有電源時(shí)阻止所述軸的運(yùn)動(dòng)。
12.根據(jù)前面任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的致動(dòng)器，其中所述第二電動(dòng)機(jī)具有中空?qǐng)A柱狀的 轉(zhuǎn)子。
13.根據(jù)前面任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的致動(dòng)器，其中所述軸至少在所述第二電動(dòng)機(jī)的區(qū) 域內(nèi)開(kāi)設(shè)有鍵槽，所述電樞被設(shè)置用來(lái)通過(guò)所述鍵槽對(duì)所述軸施加旋轉(zhuǎn)力。
14.一種包含根據(jù)前面任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的致動(dòng)器的材料測(cè)試裝置。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，包括機(jī)架，該機(jī)架包括支柱和用于在豎直方向上安 裝所述致動(dòng)器的橫向構(gòu)件，所述致動(dòng)器的一部分穿過(guò)所述橫向構(gòu)件上的孔，所述致動(dòng)器的 一部分具有輸出端，該輸出端被連接至待測(cè)試的樣品。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其中旋轉(zhuǎn)的去耦線性編碼部件被耦合至所述軸的位 于所述橫梁和所述軸的輸出端之間的區(qū)域內(nèi)。
全文摘要
一種用于材料測(cè)試裝置的雙軸電磁致動(dòng)器，包括用于將線性力傳遞給輸出軸的第一電磁致動(dòng)器和用于將旋轉(zhuǎn)力傳遞給所述軸的第二直接驅(qū)動(dòng)電磁致動(dòng)器。所述軸被安裝在允許該軸作軸向和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)組合軸承內(nèi)。其中一個(gè)軸承位于中空的圓柱形構(gòu)件內(nèi)部，該中空的圓柱形構(gòu)件構(gòu)成所述直接驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器的電樞以便能提供一種緊湊、對(duì)稱的結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)H02K21/14GK101971464SQ200980107890
公開(kāi)日2011年2月9日 申請(qǐng)日期2009年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月6日
發(fā)明者保羅·海福德, 克里斯托弗·薛荷, 托馬斯·巴赫曼, 托馬斯·邁爾, 本杰明·杰普森, 格雷厄姆·米德 申請(qǐng)人:Itw有限公司