CN104682642A - 一种两自由度电机 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电气技术领域，特别涉及一种能驱动负载做旋转、直线或螺旋运动的两自由度电机，包括圆管状的机壳（1）及转轴（5），所述机壳（1）的内壁上对称设置有旋转运动弧形定子（2）和直线运动弧形定子（3），所述旋转运动弧形定子（2）和直线运动弧形定子（3）所包围的空间内设置有感应-永磁电机动子（4）；所述旋转运动弧形定子（2）包括旋转运动弧形定子铁心（6）和旋转运动弧形定子绕组（7），所述直线运动弧形定子（3）包括直线运动弧形定子铁心（8）和直线运动弧形定子绕组（9）。本发明提供了一种能够驱动负载做旋转、直线或螺旋运动并具有较高出力、性能较好、易于控制、便于加工装配等优点的两自由度电机。

Description

一种两自由度电机
技术领域
本发明属于电气技术领域，特别涉及一种能驱动负载做旋转、直线或螺旋运动的两自由度电机。
背景技术
在实际生产加工过程中，使用的螺旋钻床、螺旋压缩机、塑料挤出机及螺旋泵等装置的驱动电机，都需要驱动轴做两自由度运动。传统技术通过多个电机以及机械传动装置来实现驱动轴进行两自由度运动，传统技术中的解决方案不仅控制方式复杂，而且还需要很多价值昂贵、体积庞大的机械传动装置。此外，由于传动组件及轴承均承受较大的轴向力，导致这些组件的机械磨损相当大，设备损耗严重。公开号为CN101789646的发明专利《一种多自由度直线弧形电机》公开了一种多自由度直线弧形电机，由旋转运动直线弧形电机、直线运动直线弧形电机、运动轴等构成。旋转运动直线弧形电机和直线运动直线弧形电机的桥弓形定子合二为一，并共用一个圆柱形动子，可直接驱动负载做直线、旋转、螺旋运动。考虑到动子为实心动子结构，该结构效率较低，单位电流转矩不高。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中的缺陷提供一种能够驱动负载做旋转、直线或螺旋运动并具有较高出力、性能较好、易于控制、便于加工装配等优点的两自由度电机。
本发明的技术方案是这样实现的：一种两自由度电机，包括圆管状的机壳及转轴，所述机壳的内壁上对称设置有旋转运动弧形定子和直线运动弧形定子，所述旋转运动弧形定子和直线运动弧形定子所包围的空间内设置有感应-永磁电机动子；所述旋转运动弧形定子包括旋转运动弧形定子铁心和旋转运动弧形定子绕组，所述直线运动弧形定子包括直线运动弧形定子铁心和直线运动弧形定子绕组。
所述感应永磁电机动子包括套装在转轴外侧的多个感应铁心及多个永磁铁心，所述感应铁心与所述永磁铁心交替排列在所述转轴外侧，两者通过导体条相连接。
所述的永磁铁心由沿轴向开槽的圆形硅钢片沿轴向叠压而成，并沿其轴向方向开设有周向分布的V型槽，所述永磁体嵌入所述V型槽内。
所述的感应铁心由沿轴向开槽的矩形硅钢片沿圆周方向叠压而成，所述感应铁心的半径小于所述永磁铁心的半径，所述感应铁心置于两个永磁铁心中间并与永磁铁心同轴，所述感应铁心与两个相邻永磁铁心相配合形成垂直于转轴周向开槽，所述铝环嵌入所述周向开设的槽内。
本发明的技术方案产生的积极效果如下：本发明采用感应-永磁电机动子结构做旋转运动、直线运动以及螺旋运动，具有输出转矩高、起动性能好、效率高、运行可靠等优点。
本发明的感应-永磁电机动子由多个感应铁心和多个永磁铁心交替排列构成，形成了旋转运动单元和直线运动单元的交替排列，其中，旋转运动单元由 “V”形永磁体和永磁铁心构成，与旋转运动弧形定子相配合产生旋转运动磁场；其中直线运动单元由感应铁心和铝环构成，与直线运动弧形定子相配合产生直线运动磁场；直线运动磁场与旋转运动磁场单独作用或共同作用，可直接驱动感应-永磁电机动子做旋转、直线或螺旋运动。
附图说明
图1为本发明两自由度电机的立体结构示意图。
图2为本发明两自由度电机的定子结构示意图。
图3为本发明两自由度电机的感应-永磁电机动子结构示意图。
图4为图3的四分之三剖视结构示意图。
图5为图3的A-A’向剖视图。
图6为本发明两自由度电机中铝环的分布示意图。
图7为本发明两自由度电机动子铝环与感应铁心配合示意图。
图8为本发明两自由度电机动子嵌有永磁体的永磁铁心示意图。
具体实施方式
一种两自由度电机，包括圆管状的机壳1及转轴5，所述机壳1的内壁上设置有上下对称的旋转运动弧形定子2和直线运动弧形定子3，所述旋转运动弧形定子2和直线运动弧形定子3所包围的空间内设置有感应-永磁电机动子4；所述旋转运动弧形定子2包括旋转运动弧形定子铁心6和旋转运动弧形定子绕组7，所述直线运动弧形定子3包括直线运动弧形定子铁心8和直线运动弧形定子绕组9。
所述感应永磁电机动子4包括套装在转轴5外侧的多个感应铁心10及多个永磁铁心13，所述感应铁心10与所述永磁铁心13交替排列在所述转轴外侧，两者通过导体条12相连接。所述的永磁铁心13由沿轴向开槽的圆形硅钢片沿轴向叠压而成，并沿其轴向方向开设有四个周向分布的V型槽，所述永磁体14嵌入所述V型槽内。所述的感应铁心10由沿轴向开槽的矩形硅钢片沿圆周方向叠压而成，所述感应铁心的半径小于所述永磁铁心13的半径，所述感应铁心10置于两个永磁铁心13中间并与永磁铁心13同轴，所述感应铁心10与两个相邻永磁铁心13相配合形成垂直于转轴5周向开槽，所述铝环11嵌入所述周向开设的槽内。
内置永磁体14的永磁铁心13作为旋转运动单元，表面置有铝环11的感应铁心10作为直线运动单元，旋转运动单元和直线运动单元共同作为两自由度运动基本单元，所述感应永磁电机动子4由若干个两自由度运动基本单元轴向联接而成。
本发明通电后，旋转运动弧形定子铁心6和旋转运动弧形定子绕组7会形成旋转磁场，同时在永磁体14中产生另一个旋转磁场，两组旋转磁场相互作用，产生电磁转矩，推动转子做旋转运动；由直线运动弧形定子铁心8和直线运动弧形定子绕组9产生做直线运动的行波磁场，在铝环11产生感应电动势并形成电流，该电流与直线运动弧形定子产生的行波磁场相互作用，使铝环11受到轴向方向的电磁力，进而产生电磁转矩，推动动子做轴向运动。本发明采用两组定子绕组，当只有旋转运动弧形定子绕组7通电时，可以驱动负载做旋转运动；当只有直线运动弧形定子绕组9通电时，可以驱动负载做轴向直线运动；当两者同时通电时，产生于旋转运动单元的旋转力与产生于直线运动单元的轴向力共同作用，实现电机动子的螺旋运动。
由于本发明采用永磁与感应复合动子结构做旋转运动、直线运动以及螺旋运动，具有输出转矩高、起动性能好、效率高、运行可靠等优点。

Claims (4)

1.一种两自由度电机，包括圆管状的机壳（1）及转轴（5），其特征在于：所述机壳（1）的内壁上对称设置有旋转运动弧形定子（2）和直线运动弧形定子（3），所述旋转运动弧形定子（2）和直线运动弧形定子（3）所包围的空间内设置有感应-永磁电机动子（4）；所述旋转运动弧形定子（2）包括旋转运动弧形定子铁心（6）和旋转运动弧形定子绕组（7），所述直线运动弧形定子（3）包括直线运动弧形定子铁心（8）和直线运动弧形定子绕组（9）。
2.根据权利要求1所述的一种两自由度电机，其特征在于：所述感应永磁电机动子（4）包括套装在转轴（5）外侧的多个感应铁心（10）及多个永磁铁心（13），所述感应铁心（10）与所述永磁铁心（13）交替排列在所述转轴外侧，两者通过导体条（12）相连接。
3.根据权利要求2所述的一种两自由度电机，其特征在于：所述的永磁铁心（13）由沿轴向开槽的圆形硅钢片沿轴向叠压而成，并沿其轴向方向开设有周向分布的V型槽，所述永磁体（14）嵌入所述V型槽内。
4.根据权利要求2所述的一种两自由度电机，其特征在于：所述的感应铁心（10）由沿轴向开槽的矩形硅钢片沿圆周方向叠压而成，所述感应铁心的半径小于所述永磁铁心（13）的半径，所述感应铁心（10）置于两个永磁铁心（13）中间并与永磁铁心（13）同轴，所述感应铁心（10）与两个相邻永磁铁心（13）相配合形成垂直于转轴（5）周向开槽，所述铝环（11）嵌入所述周向开设的槽内。
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