CN107124088B - 一种三自由度平面感应电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种三自由度平面感应电机，具有：呈“Y”型排布的直线驱动单元和呈“△”排布的旋转驱动单元、圆盘状动子、圆筒状底座。可实现直线、旋转、平面内螺旋多自由度运动。其中，直线驱动单元用于实现平面内任意方向的直线运动，旋转驱动单元用于实现旋转运动。当两组驱动单元同时工作时，可实现平面内螺旋运动。本发明具有：结构简单，动态性能好；零部件少，维护方便；动子质量较小，效率高等特点。

Description

一种三自由度平面感应电机
技术领域
本发明涉及一种电机设备技术领域，尤其涉及一种多自由度平面感应电机。
背景技术
柔性制造系统、数控机床、机器人等装置的驱动电机通常需要完成多自由度的运动，传动的实现方式是通过中间传动机构将多个单自由度电机进行机械连接，进而完成多自由度运动。但此类方法带来了不可避免的一些问题，诸如
体积和质量大、维护量大、价格昂贵、动态响应性能差。
中国专利CN1996726A公开的“一种超薄3自由度平面电机”通过控制多组驱动线圈实现了多自由度运动，简化了电机的传动机构，但其零部件依旧较多，维护量较大。
中国专利CN1O5634238A公开的“万向平面电机”，特征在于呈正方形排布的四个铁芯绕组。通过控制其工作方式实现三自由度运动，但其动子结构质量大，动态性能差。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，并提供了一种三自由度平面感应电机。该电机能够实现直线、旋转、螺旋运动。具有：结构简单，动态性能好；零部件少，维护方便；动子质量较小，效率高等特点。
为了完成上述目标，一种新型的三自由度平面感应电机，主要包括：圆筒状底座；圆盘状动子；六个定子；其中三个定子在底座上呈“Y”型排布，构成直线驱动单元，另外三个定子在底座上呈“△”排布，构成旋转驱动单元，所述圆盘状动子位于直线驱动单元和旋转驱动单元上方。
所述定子底面为矩形，其底面的宽边中点连线定义为定子轴线。
所述直线驱动单元的三个定子在空间上绕所述底座的中心均匀分布。三个定子的定子轴线均过所述底座的中心，任意两定子轴线在空间上的夹角度数为120度。
所述旋转驱动单元的三个定子在空间上绕所述底座的中心均匀分布，三条定子轴线构成正三角形。所述底座的中心与所成正三角形的外心重合。
所述直线驱动单元的三个定子与所述旋转驱动单元的三个定子在所述圆筒状底座上交错排布。
所述直线驱动单元的三个定子单独供电。
本发明的有益效果为：1、通过分别对“Y”型排布的直线驱动单元和“△”排布的旋转驱动单元的进行供电，可以实现动子的直线、旋转、螺旋运动，整体实现三自由度运动；2、结构简单，动态性能好；零部件少，维护方便；动子质量较小，效率高。
附图说明
图1为本发明所述平面感应电机的整体结构示意图；
图2为本发明所述平面感应电机的局部剖视图(剖动子)；
图3为本发明所述平面感应电机的全剖视图；
图4为本发明所述平面感应电机的定子分布结构示意图；
图5为本发明所述平面感应电机的定子轴线示意图；
图6为本发明所述平面感应电机的定子分布俯视图；
图中：1、底座；2、定子；3、直线驱动单元；4、旋转驱动单元；5、动子；6、轴承；7、花键；8、铜层；9、定子轴线。
具体实施方式
以下，结合附图对本发明的实施方式进行说明。
如图1至图4所示，一种新型三自由度平面感应电机，包括由三个定子2呈“Y”型排布的直线驱动单元3，由三个定子2呈“△”型排布的旋转驱动单元4，圆筒状底座1，轴承6以及圆盘状动子5。
所述感应电机的驱动单元如图3、图4和图6所示，直线驱动单元3和旋转驱动单元4均设置于底座1上。
如图5所示，定子2底面为矩形，其底面的宽边中点连线定义为定子轴线9。
直线驱动单元3由三个定子2组成，三个定子2在空间上绕底座1的中心均匀分布。三个定子2的定子轴线9均过底座1的中心，任意两定子轴线9在空间上的夹角度数为120度。
旋转驱动单元4由三个定子2组成，三个定子2在空间上绕底座1的中心均匀分布，三条定子轴线9构成正三角形。所述底座的中心与所成正三角形的外心重合。直线驱动单元3的三个定子2与旋转驱动单元4的三个定子2在空间上交错排布。
所述感应电机的轴承6如图3和图4所示，轴承6设置于底座1的内周及中心，支撑动子5，动子5与定子2之间设置有气隙。轴承6的数量、排布方式及气隙大小可根据负载的实际情况进行设置。
所述感应电机的动子5如图1、图2和图4所示，动子5上表面设置有花键7，由花键7与外部器件连接，动子5底面附有铜层8。
本发明的三自由度平面感应电机，当直线驱动单元3的绕组通入三相电流工作时，定子2将产生三个不同向的行波磁场(通入电流为0时，产生的行波磁场强度为0)，这三个行波磁场通过气隙同时作用在动子5上，并在铜层8中感应产生电动势及感应电流，根据电磁感应定律，将在动子5上产生三个不同方向上的电磁力矩，根据力的合成原理，动子5将在合成力距的作用下沿合力方向做直线运动。
本发明的三自由度平面感应电机，当旋转驱动单元4的三个定子2沿顺时针(逆时针)方向通入三相电流工作时，定子2将产生三个行波磁场，这三个行波磁场同时作用在动子5上，并在铜层8中感应产生电动势及感应电流，根据电磁感应定律，将在动子5上产生顺时针(逆时针)的三个切向电磁力矩，动子5在这三个电磁力矩的驱动下做顺时针(逆时针)的旋转运动。
本发明的三自由度平面感应电机，当直线驱动单元3和旋转驱动单元4同时通入三相电流时，两套驱动单元同时驱动动子5在平面内做螺旋运动。

Claims (1)

1.一种三自由度平面感应电机，其特征在于：包括圆筒状底座、圆盘状动子和六个定子；其中三个定子在底座上呈“Y”型排布，构成直线驱动单元，另外三个定子在底座上呈“△”排布，构成旋转驱动单元，所述圆盘状动子位于直线驱动单元和旋转驱动单元上方，所述定子底面为矩形，其底面的宽边中点连线定义为定子轴线，所述直线驱动单元的三个定子在空间上绕所述底座的中心均匀分布；三个定子的定子轴线均过所述底座的中心，任意两个定子的定子轴线在空间上的夹角度数为120度，所述旋转驱动单元的三个定子在空间上绕所述底座的中心均匀分布，三个定子的定子轴线构成正三角形；所述底座的中心与所成正三角形的外心重合，所述直线驱动单元的三个定子与所述旋转驱动单元的三个定子在所述圆筒状底座上交错排布，所述直线驱动单元的三个定子单独供电。
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