CN109905004A - 直线旋转电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直线旋转电机，其从内到外依次包括：内定子、电机动子、外定子、电机外壳。电机动子为中空圆柱体，其一端连接电机输出轴，内定子位于电机动子内部空间中，外定子位于电机动子外部空间中，内定子轴与电机动子同轴心。内定子与外定子分别用于驱动电机动子用于做直线和旋转运动。本发明的直线旋转电机的负载较小，电机动子质量和转动惯量大幅降低，可实现较快的响应速度，适合短行程，低负载，高精度运动的工作场所。

Description

直线旋转电机

技术领域

本发明涉及一种直线旋转电机，涉及多自由度运动的单个电机技术领域。

背景技术

现有的直线旋转电机采用分离式布局，即将直线电机与旋转电机通过机械结构组合，实质上是由两种电机简单的组合而成，以传动的方式同时完成直线与旋转运动。因此，现有的直线旋转电机的布局内部结构复杂，由于采用了机械传动方式而导致定位精度不高。

发明内容

本发明旨在提出一种直线旋转电机，该直线旋转电机尤其适合于对电机的定位精度要求较高的精密加工场合。

本发明提供了一种直线旋转电机，其特征在于，所述直线旋转电机从内到外依次包括：内定子、电机动子、外定子、电机外壳；所述电机动子为空心圆柱体，所述电机动子的一端连接电机输出轴，所述电机动子与所述电机输出轴同轴心；所述内定子位于所述空心圆柱体内；所述内定子包括内定子轴，所述内定子轴与所述电机动子同轴心；所述内定子包括内定子线圈绕组，所述外定子包括外定子线圈绕组；所述内定子线圈绕组用于驱动所述电机动子在第一自由度上运动，所述外定子线圈绕组用于驱动所述电机动子在第二自由度上运动；所述第一自由度与所述第二自由度不同。

可选的，所述内定子线圈绕组用于驱动所述电机动子作旋转运动，所述外定子线圈绕组用于驱动所述电机动子作直线运动。

可选的，所述内定子线圈绕组用于驱动所述电机动子作直线运动，所述外定子线圈绕组用于驱动所述电机动子作旋转运动。

可选的，所述电机动子的表面固定有磁体部件，或者所述电机动子包含有磁体材料。

可选的，所述磁体部件是永磁体，或者所述磁体材料为永磁体材料。

可选的，所述内定子线圈绕组固定在所述内定子导磁轭上并与所述内定子轴同轴心；所述外定子线圈绕组固定在所述电机外壳上。

本发明还提供了一种直线旋转电机，其特征在于，所述直线旋转电机从内到外依次包括：内定子、电机动子、外定子、电机外壳；所述电机动子的一端连接电机输出轴；所述外定子包括外定子线圈绕组和外定子导磁轭；所述内定子包括内定子线圈绕组和内定子导磁轭；所述内定子导磁轭包括内定子轴，所述内定子轴与所述电机输出轴同轴心，所述内定子线圈绕组固定于所述内定子导磁轭上；所述电机动子与所述电机输出轴固定连接并与所述电机输出轴同轴心；所述内定子线圈绕组用于驱动所述电机动子作直线运动；所述外定子线圈绕组用于驱动所述电机动子作旋转运动。

可选的，所述内定子线圈绕组具备多组线圈，所述多组线圈的每组线圈都与所述内定子轴的轴心线平行；所述外定子线圈绕组以所述内定子轴的轴线为中心线进行缠绕。

可选的，所述内定子线圈绕组安装在内定子导磁轭骨架上；所述外定子线圈绕组套装在外定子导磁轭通槽内。

可选的，所述内定子线圈绕组通电所形成的磁场的方向与所述内定子导磁轭的骨架的轴方向平行；所述外定子线圈绕组通电所形成的磁场的方向与所述电机输出轴垂直。

可选的，所述内定子线圈绕组用于，当所述内定子线圈绕组穿入匀强磁场时，所述内定子线圈绕组的线圈通电切割所述匀强磁场产生安培力驱动所述电机动子作旋转运动；所述外定子线圈绕组用于，当所述外定子线圈绕组穿入匀强磁场时，所述外定子线圈绕组的线圈通电切割所述匀强磁场产生安培力驱动所述电机动子作直线运动。

可选的，所述电机动子的表面固定有磁体部件，或者所述电机动子包含有磁体材料。

可选的，所述磁体部件是永磁体，或者所述磁体材料为永磁体材料。

本发明还提供了一种直线旋转电机，其特征在于，所述直线旋转电机从内到外依次包括：内定子、电机动子、外定子、电机外壳；所述电机动子的一端连接电机输出轴；所述外定子包括外定子线圈绕组和外定子导磁轭；所述内定子包括内定子线圈绕组和内定子导磁轭；所述内定子导磁轭包括内定子轴，所述内定子轴与所述电机输出轴同轴心，所述内定子线圈绕组固定于所述内定子导磁轭上；所述电机动子与所述电机输出轴同轴心；所述内定子线圈绕组用于驱动所述电机动子作直线运动；所述外定子线圈绕组用于驱动所述电机动子作旋转运动。

可选的，所述内定子线圈绕组以所述内定子轴的轴线为中心线进行缠绕；所述外定子线圈绕组具备多组线圈，所述多组线圈的每组线圈都与所述内定子轴的轴心线平行。

可选的，所述内定子线圈绕组安装在内定子导磁轭骨架上；所述外定子线圈绕组套装在外定子导磁轭通槽内。

可选的，所述电机动子的表面固定有磁体部件，或者所述电机动子包含有磁体材料。

可选的，所述磁体部件是永磁体，或者所述磁体材料为永磁体材料。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是本发明实施例一的直线旋转电机的结构侧视图。

图2是本发明实施例一的直线旋转电机的结构剖面图。

图3是本发明实施例一的直线旋转电机的外定子形成的磁场示意图。

图4为本发明实施例一的直线旋转电机的结构俯视图。

图5是本发明实施例一的直线旋转电机的内定子形成的磁场的俯视示意图。

图6是本发明实施例二的直线旋转电机的结构侧视图。

图7是本发明实施例二的直线旋转电机的结构剖面图。

图8为本发明实施例二的直线旋转电机的结构俯视图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明作进一步描述。

实施例一

本发明实施例一的直线旋转电机的结构示意图可以参见图1、图2和图3。

图1是本发明实施例一的直线旋转电机的结构侧视图。该直线旋转电机从内到外依次包括：内定子、电机动子4、外定子、电机外壳1。电机动子4的一端连接电机输出轴3。电机动子4与电机输出轴3连接的方式可以为，如图1所示，电机动子4是空心圆柱体，电机输出轴3位于电机动子4的中心轴线延长线上，电机动子4的右端通过一个圆锥体连接结构与电机输出轴3相连接。

优选的，设置轴承7，轴承7与电机外壳1右侧进行固定连接，轴承7固定在电机输出轴3上并与电机输出轴3同轴心。

电机动子4的表面固定有磁体部件，或者电机动子4包含有磁体材料。优选的，在电机动子4的表面固定有永磁体9。永磁体9可以是覆盖整个电机动子4的外表面，也可以包括多条永磁体，每条永磁体都与电机动子的轴平行的贴在电机动子4的外表面。

如图2的直线旋转电机的结构剖面图所示，外定子包括外定子导磁轭2与外定子线圈绕组8。外定子线圈绕组8与电机输出轴同轴心。永磁体9贴放在电机动子4外表面，通过外定子导磁轭2形成完整的磁场回路，外定子形成的磁场示意图可以参见图3。外定子线圈绕组8通电所形成的磁场的方向与电机输出轴3垂直，并通过所述外定子导磁轭2形成完整的磁场回路。当所述外定子线圈绕组8穿入匀强磁场时，所述外定子线圈绕组8的线圈通电切割所述匀强磁场产生安培力驱动所述电机动子4作直线运动。当外定子线圈绕组2中有正向电流时，受安培力作用永磁体9带动电机动子4向左运动，当外定子线圈绕组2中有反向电流时，受安培力作用永磁体9带动电机动子4向右运动。固定于电机动子4表面的永磁体9的磁极与外定子线圈绕组2发生电磁作用，在控制模块驱动下作直线运动，外定子线圈绕组2的电磁作用范围即为直线旋转电机的直线运动行程。

优选的，如图3所示，外定子线圈绕组8套装在外定子导磁轭通槽内。

优选的，外定子与电机外壳1内表面进行固定连接，这样，外定子线圈绕组8与电机外壳1的内表面相对固定，而且，也有助于外定子线圈绕组8与电机动子4之间存在合适的气隙。

如图1以及图4所示，内定子包括内定子导磁轭5、内定子线圈绕组10。其中，内定子导磁轭5包括内定子轴6。内定子轴6与电机外壳1的左侧进行固定连接，内定子轴6的中心线与输出轴3的中心线在一条直线上。内定子线圈绕组10固定在内定子骨架上并与内定子轴6同轴心。优选的，内定子线圈绕组10具备多组线圈，每组线圈都与内定子轴6的轴心线平行。内定子位于电机动子4内部的空间中，从内到外的顺序依次为内定子轴6、内定子线圈绕组10及其所在的内定子导磁轭5。

内定子线圈绕组10安装在内定子导磁轭5的骨架上。内定子导磁轭5的骨架如图4所示。在以骨架轴心为圆心的圆周上均匀分布有多个骨架延伸部51，内定子线圈绕组10安装在骨架延伸部51上。永磁体9贴放在电机动子4外表面，通过内定子导磁轭5形成完整的磁场回路。内定子所形成的磁场如图5所示，内定子线圈绕组10通电所形成的磁场的方向与所述内定子导磁轭5的骨架的轴方向平行，并通过内定子导磁轭5形成完整的磁场回路，当所述内定子线圈绕组穿入匀强磁场时，所述内定子线圈绕组的线圈通电切割所述匀强磁场产生安培力驱动所述电机动子作旋转运动。当内定子线圈绕组10中以顺时针方向换相时，受安培力作用永磁体9带动电机动子4作顺时针旋转运动，当内定子线圈绕组10中以逆时针方向换相时，安培力作用永磁体9带动电机动子4作逆时针旋转运动。固定于电机动子4表面的永磁体9的磁极与内定子线圈绕组发生电磁作用在控制模块驱动下作旋转运动。

通过内定子线圈绕组10与外定子线圈绕组8对电机动子4双自由度驱动，电机动子4与电机输出轴3进行固定连接，当电机动子4作直线旋转运动时，电机输出轴3搭载负载随电机动子4同步作直线旋转运动，从而电机输出轴3同时具有了直线与旋转双两个方向的自由度。

可以看出，与现有的直线旋转电机分离式布局不同，本发明以外定子线圈绕组磁场驱动电机动子作直线运动，内定子线圈绕组磁场驱动电机动子作旋转运动，电机动子与电机输出轴直接进行固定连接，带动负载作直线旋转运动，简化了机械结构，省去了传动环节，提高了运动定位精度，是为可实现双自由度运动的单个电机。本发明的外定子线圈绕组与内定子线圈绕组与内定子轴，电机外壳相对固定，并不随电机动子同步作直线旋转运动，虽然电机动子使用永磁体作为材料，但负载较小，电机动子质量和转动惯量大幅降低，可实现较快的响应速度。本发明适合短行程，低负载，高精度运动的工作场所。

实施例二

本发明实施例二在实施例一的基础上，对内定子和外定子做了一定的修改，内定子线圈绕组用于驱动电机动子作直线运动，外定子线圈绕组用于驱动所述电机动子作旋转运动。

具体的，该直线旋转电机从内到外依次包括：内定子、电机动子、外定子、电机外壳。电机动子的一端连接电机输出轴。

与实施例一的不同之处在于内外定子线圈绕组。实施例二的内定子线圈绕组的缠绕方式与实施例一的外定子线圈绕组的缠绕方式相同，但实施例二的内定子线圈绕组的放置位置与实施例一的内定子线圈绕组的放置位置相同，都是位于电机动子内部的空间中。实施例二的外定子线圈绕组的缠绕方式与实施例一的内定子线圈绕组的缠绕方式相同，但实施例二的外定子线圈绕组的放置位置与实施例一的外定子线圈绕组的放置位置相同，都是位于电机动子外部、电机外壳内部的空间中。

图6是本发明实施例二的直线旋转电机的结构侧视图。该直线旋转电机从内到外依次包括：内定子、电机动子24、外定子、电机外壳21。电机动子24的一端连接电机输出轴23。电机动子24与电机输出轴23连接的方式可以为，如图6所示，电机动子24是空心圆柱体，电机输出轴23位于电机动子24的中心轴线延长线上，电机动子24的右端通过一个圆锥体连接结构与电机输出轴23相连接。

优选的，设置轴承27，轴承27与电机外壳21右侧进行固定连接，轴承27固定在电机输出轴23上并与电机输出轴23同轴心。

电机动子24的表面固定有磁体部件，或者电机动子24包含有磁体材料。优选的，在电机动子24的表面固定有永磁体29。永磁体29可以是覆盖整个电机动子24的外表面，也可以包括多条永磁体，每条永磁体都与电机动子的轴平行的贴在电机动子24的外表面。

如图7的直线旋转电机的结构剖面图所示，外定子包括外定子导磁轭22与外定子线圈绕组28。永磁体29贴放在电机动子24外表面，通过外定子导磁轭22形成完整的磁场回路。外定子线圈绕组28固定在外定子骨架上并与内定子轴26同轴心。优选的，外定子线圈绕组28具备多组线圈，每组线圈都与内定子轴26的轴心线平行。优选的，外定子与电机外壳21内表面进行固定连接，这样，外定子线圈绕组28与电机外壳21的内表面相对固定，而且，也有助于外定子线圈绕组28与电机动子24之间存在合适的气隙。在电机外壳21内部均匀分布有多个骨架延伸部，外定子线圈绕组210安装在骨架延伸部上。

如图6以及图8所示，内定子包括内定子导磁轭25、内定子线圈绕组210。其中，内定子导磁轭25包括内定子轴26。内定子轴26与电机外壳21的左侧进行固定连接，内定子轴26的中心线与输出轴23的中心线在一条直线上。内定子位于电机动子24内部的空间中，从内到外的顺序依次为内定子轴26、内定子线圈绕组210、电机动子24。内定子线圈绕组210与电机输出轴同轴心。内定子线圈绕组210通电所形成的磁场的方向与电机输出轴23垂直，并通过所述内定子导磁轭25形成完整的磁场回路。

内定子线圈绕组210安装在内定子导磁轭25的骨架上。内定子导磁轭25的骨架如图8所示。永磁体29贴放在电机动子24外表面，通过内定子导磁轭25形成完整的磁场回路。

当所述内定子线圈绕组210穿入匀强磁场时，所述内定子线圈绕组210的线圈通电切割所述匀强磁场产生安培力驱动所述电机动子24作直线运动。当内定子线圈绕组210中有正向电流时，受安培力作用永磁体29带动电机动子24向左运动，当内定子线圈绕组210中有反向电流时，受安培力作用永磁体29带动电机动子24向右运动。固定于电机动子24表面的永磁体29的磁极与内定子线圈绕组210发生电磁作用，在控制模块驱动下作直线运动，内定子线圈绕组210的电磁作用范围即为直线旋转电机的直线运动行程。

外定子线圈绕组28通电所形成的磁场的方向与骨架延伸部的轴方向平行，并通过外定子导磁轭22形成完整的磁场回路，当所述外定子线圈绕组穿入匀强磁场时，所述外定子线圈绕组的线圈通电切割所述匀强磁场产生安培力驱动所述电机动子24作旋转运动。当外定子线圈绕组28中以顺时针方向换相时，受安培力作用永磁体29带动电机动子24作顺时针旋转运动，当外定子线圈绕组28中以逆时针方向换相时，安培力作用永磁体29带动电机动子24作逆时针旋转运动。固定于电机动子24表面的永磁体29的磁极与外定子线圈绕组发生电磁作用在控制模块驱动下作旋转运动。

通过内定子线圈绕组210与外定子线圈绕组28对电机动子24双自由度驱动，电机动子24与电机输出轴23进行固定连接，当电机动子24作直线旋转运动时，电机输出轴23搭载负载随电机动子24同步作直线旋转运动，从而电机输出轴23同时具有了直线与旋转双两个方向的自由度。

本发明公开了一种直线旋转电机，其将电机动子做成中空圆柱体，并在该中空圆柱体内部放置内定子，在该中空圆柱体外部放置外定子，并使得内定子和外定子分别负责驱动电机动子进行直线运动和旋转运动，这种全新的直线旋转电机的布局使得电机动子与电机输出轴可以直接进行固定连接，带动负载作直线旋转运动，简化了机械结构，省去了传动环节，提高了运动定位精度，并且负载较小，从而响应速度可以更快。而且，还可以实现较为紧凑的布置，从而可以获得体积较小的直线旋转电机。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (18)

1.一种直线旋转电机，其特征在于，所述直线旋转电机从内到外依次包括：内定子、电机动子、外定子、电机外壳；

所述电机动子为空心圆柱体，所述电机动子的一端连接电机输出轴，所述电机动子与所述电机输出轴同轴心；

所述内定子位于所述空心圆柱体内；

所述内定子包括内定子轴，所述内定子轴与所述电机动子同轴心；

所述内定子包括内定子线圈绕组，所述外定子包括外定子线圈绕组；

所述内定子线圈绕组用于驱动所述电机动子在第一自由度上运动，所述外定子线圈绕组用于驱动所述电机动子在第二自由度上运动；

所述第一自由度与所述第二自由度不同。

2.如权利要求1所述的一种直线旋转电机，其特征在于：

所述内定子线圈绕组用于驱动所述电机动子作旋转运动，所述外定子线圈绕组用于驱动所述电机动子作直线运动。

3.如权利要求1所述的一种直线旋转电机，其特征在于：

所述内定子线圈绕组用于驱动所述电机动子作直线运动，所述外定子线圈绕组用于驱动所述电机动子作旋转运动。

4.如权利要求1-3任一项所述的一种直线旋转电机，其特征在于：

所述电机动子的表面固定有磁体部件，或者所述电机动子包含有磁体材料。

5.如权利要求4所述的一种直线旋转电机，其特征在于：所述磁体部件是永磁体，或者所述磁体材料为永磁体材料。

6.如权利要求1-3任一项所述的一种直线旋转电机，其特征在于：

所述内定子线圈绕组固定在所述内定子导磁轭上并与所述内定子轴同轴心；

所述外定子线圈绕组固定在所述电机外壳上。

7.一种直线旋转电机，其特征在于，所述直线旋转电机从内到外依次包括：内定子、电机动子、外定子、电机外壳；

所述电机动子的一端连接电机输出轴；

所述外定子包括外定子线圈绕组和外定子导磁轭；

所述内定子包括内定子线圈绕组和内定子导磁轭；

所述内定子导磁轭包括内定子轴，所述内定子轴与所述电机输出轴同轴心，所述内定子线圈绕组固定于所述内定子导磁轭上；

所述电机动子与所述电机输出轴固定连接并与所述电机输出轴同轴心；

所述内定子线圈绕组用于驱动所述电机动子作直线运动；

所述外定子线圈绕组用于驱动所述电机动子作旋转运动。

8.如权利要求7所述的一种直线旋转电机，其特征在于：

所述内定子线圈绕组具备多组线圈，所述多组线圈的每组线圈都与所述内定子轴的轴心线平行；

所述外定子线圈绕组以所述内定子轴的轴线为中心线进行缠绕。

9.如权利要求8所述的一种直线旋转电机，其特征在于：

所述内定子线圈绕组安装在内定子导磁轭骨架上；所述外定子线圈绕组套装在外定子导磁轭通槽内。

10.如权利要求7所述的一种直线旋转电机，其特征在于：

所述内定子线圈绕组通电所形成的磁场的方向与所述内定子导磁轭的骨架的轴方向平行；

所述外定子线圈绕组通电所形成的磁场的方向与所述电机输出轴垂直。

11.如权利要求7或10所述的一种直线旋转电机，其特征在于：

所述内定子线圈绕组用于，当所述内定子线圈绕组穿入匀强磁场时，所述内定子线圈绕组的线圈通电切割所述匀强磁场产生安培力驱动所述电机动子作旋转运动；

所述外定子线圈绕组用于，当所述外定子线圈绕组穿入匀强磁场时，所述外定子线圈绕组的线圈通电切割所述匀强磁场产生安培力驱动所述电机动子作直线运动。

12.如权利要求7所述的一种直线旋转电机，其特征在于：

所述电机动子的表面固定有磁体部件，或者所述电机动子包含有磁体材料。

13.如权利要求12所述的一种直线旋转电机，其特征在于：所述磁体部件是永磁体，或者所述磁体材料为永磁体材料。

14.一种直线旋转电机，其特征在于，所述直线旋转电机从内到外依次包括：内定子、电机动子、外定子、电机外壳；

所述电机动子的一端连接电机输出轴；

所述外定子包括外定子线圈绕组和外定子导磁轭；

所述内定子包括内定子线圈绕组和内定子导磁轭；

所述内定子导磁轭包括内定子轴，所述内定子轴与所述电机输出轴同轴心，所述内定子线圈绕组固定于所述内定子导磁轭上；

所述电机动子与所述电机输出轴同轴心；

所述内定子线圈绕组用于驱动所述电机动子作直线运动；

所述外定子线圈绕组用于驱动所述电机动子作旋转运动。

15.如权利要求14所述的一种直线旋转电机，其特征在于：

所述内定子线圈绕组以所述内定子轴的轴线为中心线进行缠绕；

所述外定子线圈绕组具备多组线圈，所述多组线圈的每组线圈都与所述内定子轴的轴心线平行。

16.如权利要求15所述的一种直线旋转电机，其特征在于：

所述内定子线圈绕组安装在内定子导磁轭骨架上；所述外定子线圈绕组套装在外定子导磁轭通槽内。

17.如权利要求14所述的一种直线旋转电机，其特征在于：

所述电机动子的表面固定有磁体部件，或者所述电机动子包含有磁体材料。

18.如权利要求17所述的一种直线旋转电机，其特征在于：所述磁体部件是永磁体，或者所述磁体材料为永磁体材料。