一种串联式多级电动机组合装置及其安装方法与流程

1.本发明属于电动传动技术领域，特别涉及一种串联式多级电动机组合装置及其安装方法。


背景技术：

2.电动机系统是以电动机为控制对象，以控制器为核心，以电力电子功率变换装置为执行机构的电气传动控制系统，随着电动机技术、控制理论、数字脉宽调制技术、新材料技术、微电子技术及现代控制技术的进步，伺服系统经历了从步进伺服到直流伺服，进而到永磁无刷电动机伺服系统的发展历程，目前已成为电动机控制技术的主流方向，随着需求量的增加，对于电动机的结构和使用安装要求也越来越高。
3.但是针对串联式多级电动机的安装和走线方式，目前的方案仍有不足，其安装方式主要依赖多级支撑，结构复杂、体积和质量大、安装工艺繁琐、可靠性差、电动机间距无法快速调整等缺点。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种串联式多级电动机组合装置及其安装方法，解决了目前多级电动机结构复杂、体积和质量大、安装工艺繁琐、可靠性差、电动机间距无法快速调整的不足。
5.本发明是通过以下技术方案来实现：
6.一种串联式多级电动机，包括多个串联连接的电动机，每个电动机包括中空轴和套设在中空轴外部的壳体，壳体与中空轴形成空腔，在空腔内设有定子和永磁体，定子套设在中空轴外壁上，永磁体套设在定子外；
7.壳体包括上壳体、中壳体和下壳体，上壳体和下壳体对称设置于中壳体两侧，上壳体和下壳体分别与中壳体卡接；永磁体安装在下壳体的安装槽内且与中壳体内表面相接触；
8.在中空轴的上端且位于中空轴的外壁上预制有外螺纹，在中空轴的下端且位于中空轴的内壁上预制有内螺纹，相邻两个电动机螺纹连接；
9.在中空轴与定子连接处开有走线孔，在定子上开有与走线孔贯通的通孔；在定子上缠绕有线圈，线圈与导线连接，导线穿过通孔和走线孔后，沿中空轴内部引出；
10.在中空轴的上端开有第一键槽孔，在中空轴的下端开有第二键槽孔；相邻两个电动机螺纹连接后，在第一键槽孔和第二键槽孔中穿入有固定件。
11.进一步，中壳体为筒体，在筒体的上端和下端预制有台阶面；
12.在上壳体和下壳体与中壳体连接的表面上预制有凸起圆环，凸起圆环与台阶面卡接。
13.进一步，下壳体通过第一轴承安装在中空轴外部，上壳体通过第二轴承安装在中空轴外部。
14.进一步，第一键槽孔和第二键槽孔的轴向长度不同；
15.第一键槽孔设有4个，第二键槽孔设有2个。
16.进一步，走线孔的数量为多个，且多个走线孔的圆心在同一截面上。
17.进一步，中空轴包括一体连接的上端、中部和下端，上端、中部和下端的外径依次变大，上端外径与下端内径相同。
18.进一步，最顶端的电动机的中空轴的上端安装有螺母和螺纹防松装置。
19.进一步，所述串联式多级电动机安装在底座上，底座包括支撑座和与支撑座连接的基座，基座为空心轴，在基座的外壁预制有外螺纹，与位于底部的电动机上的内螺纹匹配连接。
20.本发明还公开了所述的串联式多级电动机的安装方法，包括以下步骤：
21.s1、先将壳体用液氮浸泡，将下壳体和中壳体安装在中空轴上，之后将永磁体安装在下壳体上；将线圈缠绕在定子上，将定子固定安装在中空轴上，同时使中空轴上的走线孔和定子上的通孔对齐，安装上壳体，完成每个电动机的安装；
22.s2、将位于下侧的电动机的外螺纹和位于上侧的电动机的内螺纹旋合，相邻两个电动机螺纹连接后，在第一键槽孔和第二键槽孔中穿入固定件；
23.s3、将插销穿过位于最顶端的电动机上的第一键槽孔，将旋紧工具对准插销，旋动旋紧工具，完成电动机的轴向旋紧。
24.进一步，第一键槽孔和第二键槽孔的轴向长度不同，下壳体通过第一轴承安装在中空轴外部，上壳体通过第二轴承安装在中空轴外部；
25.在相邻两个电动机各自独立安装完成后，在第二轴承内圈外侧添加不同厚度的轴向垫圈来调整螺纹旋合深度，改变相邻两个电动机之间的距离。
26.与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
27.本发明公开了一种串联式多级电动机，电动机包括中空轴和套设在中空轴外部的壳体，壳体与中空轴形成空腔，在空腔内设有定子和永磁体，定子套设在中空轴外壁上；在中空轴的上下端都预制有螺纹，相邻两电动机螺纹连接即可串联，连接方式简单，可以实现多级电动机动力的串联输出；由于芯轴采用的是中空轴，且在中空轴上开有走线孔，驱动电动机的电源线及信号线等其他导线通过走线孔后，沿中空轴内部引出，无外漏线路，并且转子安装好后为一体性结构，力学特性好，总体质量轻；壳体采用三部分组合的方式，方便后期安装拆卸。
28.进一步，第一键槽孔的轴向长度不同于第二键槽孔的轴向长度，故可以通过在第二轴承内圈外侧添加不同厚度的轴向垫圈来调整螺纹旋合深度，进而改变两个电动机之间的距离，达到调整电动机轴向间距的目的。电动机安装间距可快速调整，结构紧凑，受力特性好、易于安装调试等优点，值得推广。
29.本发明还公开了所述串联式多级电动机的安装方法，通过在中空轴端部设计有内螺纹和外螺纹，可以通过螺纹旋合来对多个电动机进行安装，操作方便，之后用固定件穿过中空轴上的键槽孔，对螺纹进行防松处理，安装方式不再依赖多级支撑，可大大减小整体装置的重量，而且安装工艺简单；中空轴上的走线孔设计可以使各种导线在连接完成后很方便地接出，无外漏线路，安全性好，另外，上下壳体和中壳体通过浸泡液氮技术，利用热胀冷缩的原理，达到紧固连接的目的，一体成型，不用螺栓连接，受力特性好。
30.进一步，考虑到加工安装误差和为实现调整电动机安装间距的目的，外螺纹上的第一键槽孔数目和轴向长度不同于内螺纹第二键槽孔数目和轴向长度，同时，可以采用不同厚度的橡胶垫圈来调整两键槽孔的轴向相对位置，该结构减少了底座带来的负重。
附图说明
31.图1为本发明的一种串联式多级电动机的正视剖面图；
32.图2为本发明的顶端两个电动机连接图；
33.图3为本发明的两个相邻电动机连接的结构示意图；
34.图4为本发明的两个相邻电动机连接的三维图；
35.图5为本发明安装时所用到的旋紧工具的结构示意图；
36.图6为本发明电动机旋紧原理图；
37.图7为本发明电动机安装底座图。
38.图中：1为中空轴、2为第一轴承、3为下壳体、4为定子、5为永磁体、6为中壳体、7为线圈、8为上壳体、9为外螺纹、10为第一键槽孔、11为橡胶垫圈、12为第一轴肩、13为第二轴承、14为走线孔、15为第二轴肩、16为第二键槽孔、17为内螺纹、18为固定件、19为弹簧垫圈、20为螺母、21为轴向垫圈、22为插销、23为旋紧工具、24为手柄、25为槽口、26为底座。
具体实施方式
39.下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
40.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素，此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
41.如图1-3所示，本发明公开了一种串联式多级电动机，包括多个串联连接的电动机，每个电动机包括中空轴1和套设在中空轴1外部的壳体，壳体与中空轴1形成空腔，在空腔内设有定子4和永磁体5，定子4套设在中空轴1外壁上；在中空轴1的上端且位于中空轴1的外壁上预制有外螺纹9，在中空轴1的下端且位于中空轴1的内壁上预制有内螺纹17，相邻两个电动机螺纹连接；在中空轴1与定子4连接处开有走线孔14，在定子4上开有与走线孔14贯通的通孔；在定子4上缠绕有线圈7，线圈7与导线连接，导线穿过通孔和走线孔14后，沿中空轴1内部引出；在中空轴1的上端开有第一键槽孔10，在中空轴1的下端开有第二键槽孔16；相邻两个电动机螺纹连接后，在第一键槽孔10和第二键槽孔16中穿入有固定件18。
42.所述中空轴1上与定子4连接的部分开有走线孔14，驱动电动机的电源线及信号线等其他导线通过走线孔14后，沿中空轴1内部引出，无外漏线路，并且转子安装好后为一体性结构，力学特性好，总体质量轻。
43.所述中空轴1下端设计有内螺纹17，所述中空轴1上端设计有外螺纹9，所述内螺纹17和外螺纹9可以旋合。利用螺纹配合可以同时完成多级电动机的安装固定，并且实验测试阶段电动机间距可快速调整，操作方便，安全性好。
44.优选的，所述走线孔14的数量为三个，且圆心在同一截面上，绕中空轴1均匀分布。
45.如图1所示，壳体包括上壳体8、中壳体6和下壳体3，上壳体8和下壳体3对称设置于中壳体6两侧，上壳体8和下壳体3分别与中壳体6卡接；下壳体3通过第一轴承2安装在中空轴1外部，上壳体8通过第二轴承13安装在中空轴1外部。
46.具体地，中壳体6为筒体，在筒体的上端和下端预制有台阶面；在上壳体8和下壳体3与中壳体6连接的表面上预制有凸起圆环，凸起圆环与台阶面卡接。
47.更优地，中空轴1包括一体连接的上端、中部和下端，上端、中部和下端的外径依次变大，则上端与中部连接处形成第一轴肩12，中部与下端连接处形成第二轴肩15，第二轴承13安装在第一轴肩12处，第一轴承2安装在第二轴肩15处；上端外径与下端内径相同，保证相邻两电动机螺纹连接。
48.定子4的根部靠近外端部分绕有线圈7，所述永磁体5安装于下壳体3的安装槽内与中壳体6内表面相接触。
49.第一轴承2和第二轴承13均采用深沟球轴承，第一轴承2的内圈与中空轴1相接触，第二轴承13的内圈外侧部分沿轴向安装有橡胶垫圈11。由于安装或加工误差导致，第一键槽孔10和第二键槽孔16可能对不上，添加较薄橡胶垫圈11可以小范围调整误差。
50.如图7所示，电动机安装在底座26上，底座26包括支撑座和与支撑座连接的基座，基座为空心轴，在基座的外壁预制有外螺纹9，与位于底部的电动机上的内螺纹17匹配连接。
51.所述的串联式多级电动机的安装方法，包括以下过程：
52.先将第一轴承2安装在中空轴1上，再将下壳体3、中壳体6及上壳体8用液氮浸泡，将下壳体3和中壳体6安装在中空轴1上，之后将永磁体5安装在下壳体3的安装槽上并用胶固定，之后将线圈7缠绕在定子4槽中，安装定子4，同时要保证中空轴1上走线孔14和定子4的通孔对齐，再然后进行上壳体8的安装，之后安装第二轴承13，之后加装橡胶垫圈11，完成每个电动机的安装。
53.在进行多个电动机的安装时，将位于下侧的电动机的外螺纹9和位于上侧的电动机的内螺纹17旋合，并将固定件18穿过键槽孔，进行螺纹防脱处理，最顶端的电动机的第二轴承13用防松螺母20和弹簧垫圈19固定，防止滑脱，如图2所示，电动机的轴向旋紧采用如图5所示的专用旋紧工具23，将插销22穿过第一键槽孔10，将专用旋紧工具23的槽口25对准插销22，插入到一定位置后旋动专用旋紧工具23的手柄24即可完成电动机的轴向旋紧，如图6所示，最后将安装好的电动机安装在底座26上，该底座26与设备主体固联，底座26如图7所示。
54.间距调整原理：两个电动机各自独立安装完成后，由于外螺纹9上的第一键槽孔10的轴向长度不同于第二键槽孔16的轴向长度，故可以通过在第二轴承13内圈外侧添加不同厚度的轴向垫圈21来调整螺纹旋合深度，进而改变两个电动机之间的距离，达到调整电动机轴向间距的目的，如图4所示。
55.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以
理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。