一种使用气体静压轴承支撑的直线旋转电机

技术领域

本发明属于超精密装备制造技术领域，具体涉及一种使用气体静压轴承支撑的直线旋转电机。

背景技术

直线旋转电机可以实现一个壳体内产生两种不同类型的运动，包括沿轴向的直线运动以及沿周向的旋转运动，减少了机械传递环节，提高了刚度，可以实现运动和放置过程中的高精度，避免产生位移或偏差。加工制造业中的封口环节，加盖的直线运动和拧紧的旋转运动两种类型的运动可以通过一个电机完成，能够减少生产时间提高生产效率；在超精密加工制造领域，通过对直线旋转电机加装位置传感器可以通过控制手段进行微观精度水平的加工与装配，现代电子产品的电子处理芯片的组装布线，手机摄像头等尺寸较小的部件的放置组装等，都对位置精度要求较高以确保正常工作，对直线旋转电机编程实现多方向位移，实现高精度的模块抓取与放置，实现生产的高效与自动化。

但是现有的直线旋转电机通常采用轴向导轨和电机叠加轴的方式，实现直线运动和旋转运动，采用此种方式，不仅导轨数量多也容易出现偏心的问题。

此外，静压滑动轴承是通入加压气体后经过节流器进入孔隙，在孔隙内产生压力气膜使主轴具有径向支撑力。在超精密装备制造技术领域中，通常采用静压滑动轴承作为主轴支撑，相比于动压滑动轴承，静压滑动轴承的工作更加稳定，主轴转子在低速或高速运行环境中，气膜都能保证完整，且气膜摩擦小可以实现低速无爬行，能够提高主轴回转精度。

但是，现有静压滑动轴承仍存在轴向误差的问题，使电机难以满足零件超精密加工的需求。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种刚度高、稳定性好、回转精度高、实现两种运动状态的一种使用气体静压轴承支撑的直线旋转电机。

本发明所采取的技术方案是：

一种使用气体静压轴承支撑的直线旋转电机，包括主轴转子、轴承、轴套、直线音圈电机及旋转音圈电机；所述轴承间隙套设在主轴转子上，轴套套设在轴承上，所述直线音圈电机、旋转音圈电机套设在主轴转子端部，直线音圈电机驱动主轴转子轴向运动，旋转音圈电机驱动主轴转子旋转。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1.本发明能够实现一个电机产生两种不同类型的运动，包括沿轴向的直线运动和沿周向的旋转运动，减少了机械传递环节，提高了加工刚度；实现主轴的旋转轴直线与直线运动轴线完全重合，无偏心距离，对直线旋转电机加装位移测量传感器与旋转测量传感器，通过控制的手段替代了叠加轴的方式，实现主轴空间位置精确可控。

2.本发明的主轴采用气体静压轴承支撑，保证电机主轴的加工回转精度，且利用了气体静压轴承低速无爬行，以及在低速和高速环境都能保证气膜完整的特点，能够实现直线旋转电机在微观精度水平上运行，提高加工可靠性与稳定性。且气体静压轴承采用全支撑结构，提高承载能力，取消了阶梯轴设计与推力轴承，避免了主轴端面与轴承室端面加工误差导致主轴旋转过程中引起的轴向误差运动，且可以通过位置测量传感器及时测量反馈来精确控制主轴轴向运动位置。

附图说明

图1是本发明内部结构剖视图；

图2是本发明整体外部轴侧示意图；

其中：1、主轴转子；2、轴承；21、节流小孔；22、轴向槽；3、轴套；31、出气流道A；32、进气流道A；4、气管接头；5、直线音圈电机；50、直线音圈电机座；51、线圈支撑A；52、管状线圈；53、永磁体A；54、铁磁座A；6、位置测量传感器；60、读数头安装座A；61、读数头A；62、圆光栅A；63、光栅安装轴；7、旋转测量传感器；70、读数头安装座B；71、读数头B；72、圆光栅B；73、光栅安装座；8、端盖；9、旋转音圈电机；90、旋转音圈电机座；91、线圈支撑B；92、线圈绕组；93、永磁体B；94、铁磁座B；10、回转工作台。

具体实施方式

为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明的做进一步详细的描述。

如图1、图2所示，本发明的一种使用气体静压轴承支撑的直线旋转电机，包括主轴转子1、轴承2、轴套3、直线音圈电机5及旋转音圈电机9；所述轴承2间隙套设在主轴转子1上，轴套3套设在轴承2上，所述直线音圈电机5、旋转音圈电机9套设在主轴转子1端部，直线音圈电机5驱动主轴转子1轴向运动，旋转音圈电机9驱动主轴转子1旋转。

所述轴承2为气体静压轴承以小孔节流为例，轴承2沿轴向等间距布置多圈节流小孔21，每圈节流小孔21均布有8个节流小孔21，轴承2的外侧壁设有轴向槽22与节流小孔21连通。压缩气体通过轴承2上的轴向槽22流入节流小孔21中的小孔式节流器形成压力降，然后流至主轴转子1轴颈表面和轴承2内表面之间的环形间隙中形成压力气膜，使主轴转子1获得径向支撑。

所述轴套3外壁上设置有出气流道A31和进气流道A32，轴套3底部设置有进气流道A32，所述出气流道A31一端与轴向槽22的中部连通，出气流道A31另一端延伸至轴套3外表面，所述进气流道A32一端出气流道A31连通，进气流道A32另一端延伸至轴套3外表面，且在进气流道A32另一端上安装有气管接头4。

出气流道A31可沿轴套3径向设置，出气流道A31另一端设置在轴套3外表面中部，

进气流道A32可沿轴套3轴向设置，进气流道A32另一端设置在轴套3下表面。

压缩气体通过气管接头4流入进气流道A32，部分压缩气体流入轴向槽22通过小孔节流形成压力气膜，多余的压缩气体流入出气流道A31释放到外界环境。

所述直线音圈电机5包括直线音圈电机座50、线圈支撑A51、管状线圈52、永磁体A53及铁磁座A54；所述铁磁座A54冷装套设在主轴转子1上，所述永磁体A53冷装固定在铁磁座A54上，且永磁体A53与主轴转子1之间设有间隙，所述管状线圈52设置在永磁体A53与主轴转子1的间隙内，管状线圈52固定在线圈支撑A51上，所述线圈支撑A51冷装套设在直线音圈电机座50内侧壁上，所述直线音圈电机5位于轴套3和轴承2的下方并通过螺栓固定在轴套3的下表面。

永磁体A53与铁磁座A54形成磁回路，当管状线圈52通电时，在磁场作用下会在管状线圈52和永磁体A53之间产生沿轴线方向的力，实现主轴转子1的轴向直线运动，通过改变管状线圈52两端电压的极性来控制主轴转子1的运动方向。

所述使用气体静压轴承支撑的直线旋转电机还包括位置测量传感器6，所述位置测量传感器6包括读数头安装座A60、读数头A61、圆光栅A62及光栅安装轴63，所述光栅安装轴63冷装套设在主轴转子1上，所述圆光栅A62冷装套设在光栅安装轴63上，所述读数头A61对应设置在圆光栅A62外侧处，且读数头A61安装在读数头安装座A60上，所述读数头安装座A60位于直线音圈电机5的下方并通过螺栓固定在直线音圈电机座50上。

圆光栅A62随主轴转子1发生轴向位移，读数头A61将莫尔条纹的变化转化为电信号反馈给控制系统，来改变管状线圈52内通电电流的大小，控制主轴转子1的轴向直线运动。

所述旋转音圈电机9包括旋转音圈电机座90、线圈支撑B91、线圈绕组92、永磁体B93及铁磁座B94，所述铁磁座B94冷装套设在主轴转子1端部，所述永磁体B93冷装套设在铁磁座B94上，所述线圈绕组92间隙套装在永磁体B93外侧，且线圈绕组92安装在线圈支撑B91上，所述线圈支撑B91冷装套设在旋转音圈电机座90内侧壁，所述旋转音圈电机座90位于位置测量传感器6下方并通过螺栓连接固定在读数头安装座A60下表面。

当线圈绕组92通电时，在磁场作用下会在线圈绕组92和永磁体B93之间产生沿圆周方向的力，实现主轴转子1的周向圆周运动。

所述使用气体静压轴承支撑的直线旋转电机还包括旋转测量传感器7；所述旋转测量传感器7包括读数头安装座B70、读数头B71、圆光栅B72及光栅安装座73，所述光栅安装座73位于旋转音圈电机9和主轴转子1的下方，通过螺栓连接固定在铁磁座B94的下方，所述圆光栅B72冷装套设在光栅安装座73上，所述读数头B71对应设置在圆光栅B72外侧处，读数头B71安装在读数头安装座B70上，所述读数头安装座B70位于旋转音圈电机9的下方并通过螺栓连接固定。

圆光栅B72随主轴转子1发生周向旋转，读数头B71将莫尔条纹的变化转化为电信号反馈给控制系统，来改变线圈绕组92内通电电流的大小来控制主轴转子1的周向旋转运动。

所述使用气体静压轴承支撑的直线旋转电机还包括端盖8，所述端盖8位于主轴转子1和旋转测量传感器7的下方并通过螺栓固定在读数头安装座B70上。

所述使用气体静压轴承支撑的直线旋转电机还包括回转工作台10，所述回转工作台10位于主轴转子1和轴承2的上方并通过螺栓固定在主轴转子1上。

可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。