CN113659785B - 调磁式直线旋转电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种调磁式直线旋转电机，包括：具有容纳腔的电机外壳；设于所述容纳腔内的调磁电机，所述调磁电机包括固定于所述电机外壳上的电机内定子和套设于所述电机内定子外侧的电机外转子，所述电机内定子包括定子铁轭、缠绕在所述定子铁轭上的第一线圈绕组、多个设于所述定子铁轭末端的定子调磁块以及设于所述定子调磁块之间的多个定子永磁体，所述定子铁轭中心设有第一通孔，所述电机外转子包括转子铁轭和多个间隔分布于所述转子铁轭内侧的转子永磁体，所述定子永磁体和所述转子永磁体均径向充磁；设于所述第一通孔内的直线音圈电机，所述直线音圈电机包括贴设于所述第一通孔内侧的环形磁铁、环形线架、输出轴以及第二线圈绕组。

Description

调磁式直线旋转电机
技术领域
本发明涉及电机技术领域，具体是涉及一种调磁式直线旋转电机。
背景技术
直线旋转电机由于能实现直线运动和旋转运动，被广泛应用于工业生产中，但是现有的直线旋转电机多为分离式布局，以传动的方式同时完成直线与旋转运动，内部结构复杂，体积较大，机械传动导致定位精度不高，动态响应慢，且不具备大力矩输出的功能。当需要同时满足大力矩输出，又能直线输出力时，需要两个不同的电机。集成度差，占用空间大，对于空间要求严格的场合难以试用，且成本高。
鉴于此，本领域亟需一种新的直线旋转电机，以解决背景技术中的技术问题。
发明内容
本发明提供一种调磁式直线旋转电机，结构简单，且能同时满足大力矩旋转输出和直线输出。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：
一种调磁式直线旋转电机，包括：
具有容纳腔的电机外壳；
设于所述容纳腔内的调磁电机，所述调磁电机包括固定于所述电机外壳上的电机内定子和套设于所述电机内定子外侧的电机外转子，所述外转子用于连接第一负载，所述电机内定子包括定子铁轭、缠绕在所述定子铁轭上的第一线圈绕组、多个设于所述定子铁轭末端的定子调磁块以及设于所述定子调磁块之间的多个定子永磁体，所述定子铁轭中心设有第一通孔，所述电机外转子包括转子铁轭和多个间隔分布于所述转子铁轭内侧的转子永磁体，所述定子永磁体和所述转子永磁体均径向充磁；
设于所述第一通孔内的直线音圈电机，所述直线音圈电机包括贴设于所述第一通孔内侧的环形磁铁、设于所述环形磁铁内的环形线架、与所述环形线架固定连接的输出轴以及缠绕在所述环形线架上的第二线圈绕组，所述输出轴用于连接第二负载；
通电时，所述电机内定子与所述电机外转子相互作用，所述电机外转子带动所述第一负载作旋转运动，所述第二线圈绕组与所述环形磁铁相互作用，所述第二线圈绕组带动所述环形线架、所述输出轴以及所第二负载作直线运动。
作为本发明的一个实施例，所述定子铁轭末端分裂形成多个间隔分布的所述定子调磁块，相邻两个所述定子调磁块之间形成第一凹槽，所述定子永磁体嵌设于所述第一凹槽内。
作为本发明的一个实施例，所述转子铁轭内侧设有多个间隔分布的第二凹槽，所述转子永磁体嵌设于所述第二凹槽内。
作为本发明的一个实施例，所多个所述转子永磁体的充磁方向均相同，多个所述定子永磁体的充磁方向均相同，所述转子永磁体与所述定子永磁体的充磁方向沿径向一致。
作为本发明的一个实施例，所述定子铁轭和所述转子铁轭由导磁材料制成。
作为本发明的一个实施例，所述定子铁轭和所述转子铁轭由硅钢片叠压制成。
作为本发明的一个实施例，所述输出轴上套设有与所述电机内定子固定连接的轴承，所述轴承与所述输出轴滑动连接。
作为本发明的一个实施例，所述电机内定子与所述电机外转子之间存在第一气隙，所述第二线圈绕组与所述环形磁铁之间存在第二气隙。
作为本发明的一个实施例，所述电机外壳由不导磁材料制成。
作为本发明的一个实施例，所述电机外壳包括电机上盖和与所述电机上盖配合的电机下盖，所述电机上盖和所述电机下盖开分别设有与所述第一通孔同轴设置的第二通孔。
本发明的有益效果是：本发明的调磁式直线旋转电机，通过一个电机装置结构，同时实现大力矩的旋转运动和直线运动，具有直线和旋转双自由度的运动，结构简单，提高了电机的一体性；且定子铁轭的结构合理，进一步提高了调磁电机部分的增效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的调磁式直线旋转电机的立体结构示意图；
图2是本发明实施例的调磁式直线旋转电机的爆炸结构示意图；
图3是本发明实施例的调磁式直线旋转电机的侧视图；
图4是图3沿A-A面的剖视图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案作清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明中的术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
请一并参见图1至图3，本发明实施例的调磁式直线旋转电机包括具有容纳腔的电机外壳10、设于容纳腔内的调磁电机20以及直线音圈电机30。
具体地，请参见图4，图4为图3沿A-A的剖视图。调磁电机20包括电机内定子21和电机外转子22。电机内定子21固定安装在电机外壳10上，电机外转子22套设于电机内定子21外侧，电机外转子22和电机内定子21之间具有第一气隙。电机内定子21包括定子铁轭211、缠绕在所述定子铁轭211上的第一线圈绕组212、多个设于定子铁轭211末端的定子调磁块213以及设于定子调磁块213之间的多个定子永磁体214，电机外转子22包括转子铁轭221和多个间隔分布于转子铁轭221内侧的转子永磁体222，定子永磁体214和转子永磁体222均径向充磁。当第一线圈绕组212通电时，经过定子调磁块213增加磁力，在第一气隙中产生旋转磁场，驱动转子永磁体222带动整个电机外转子22作旋转运动。电机外转子22连接第一负载，带动第一负载作旋转运动。
进一步地，定子铁轭211由导磁材料制成，具体由硅钢片叠压制成。定子铁轭211的截面形状为一个圆环上设有多个间隔分布的突起结构2111的形状，突起结构2111的末端向两边延伸，突起结构2111呈“T”字型，相邻两个突起结构2111距离相同，在圆环的圆周均匀分布。第一线圈绕组212缠绕在突起结构2111与圆环切向垂直的部分，定子调磁块213形成于突起结构2111的末端。第一线圈绕组212采用双层集中绕组。第一线圈绕组212为铜制线圈。进一步地，突起结构2111向两边延伸的部分朝外一侧分裂形成多个间隔分布的齿，该齿即为定子调磁块213，同一个突起结构2111上相邻两个定子调磁块213之间的距离相等。进一步地，同一个突起结构2111上相邻两个定子调磁块213之间形成第一凹槽215，定子永磁体214嵌设于第一凹槽215内。进一步地，定子永磁体214为条状，多个定子永磁体214的充磁方向均相同。通过上述设置，能进一步提高增磁效果。
进一步地，转子铁轭221由导磁材料制成，具体由硅钢片叠压制成。转子铁轭221的截面形状为一个圆环。转子铁轭221的内侧设有多个间隔分布的第二凹槽223，相邻两个第二凹槽223的距离相同，在转子铁轭221上均匀分布。转子永磁体222嵌设于第二凹槽223内。进一步地，转子永磁体222为条状，多个转子永磁体222的充磁方向均相同，且转子永磁体222与定子永磁体214的充磁方向沿径向一致。即，转子永磁体222远离转子铁轭221的一面与定子永磁体214远离定子铁轭211的一面的充磁方向相反。
在本实施例中，突起结构2111的数量共有18个，每个突起结构2111上具有4个定子调磁块213和3个定子永磁体214，则本实施的直线旋转调磁电机共有72个定子调磁块213和54个定子永磁体214。转子铁轭221内侧的第二凹槽223共有62个，则本实施的直线旋转调磁电机共用62个转子永磁体222。
进一步地，请参见图2和图4，定子铁轭211中心设有第一通孔23，直线音圈电机30设于第一通孔23内。具体地，直线音圈电机30包括环形磁铁31、环形线架32以及第二线圈绕组33。其中，环形磁铁31贴设于第一通孔23内侧且与定子铁轭211固定连接，环形线架32设于环形磁铁31内，第二线圈绕组33缠绕在环形线架32上。第二线圈绕组33与环形磁铁31之间存在第二气隙。进一步地，环形磁铁31为永磁体，第二线圈绕组33为铜制线圈。当第二线圈绕组33通电时，在第二气隙中产生磁场，在第二线圈绕组33受磁场作用，带动环形线架32作直线运动。
进一步地，直线音圈电机30还包括与环形线架32固定连接的输出轴34。当第二线圈绕组33通电时，在第二气隙中产生磁场，在第二线圈绕组33受磁场作用，带动环形线架32和输出轴34作直线运动。输出轴34用于连接第二负载，带动第二负载作直线运动。输出轴34上设有轴承35，轴承35与输出轴34滑动连接，轴承35可通过固定件与调磁电机20的电机内定子21固定，起到固定的作用，避免输出轴34偏离正常运动轨道。输出轴34的一端固定于环形线架32的中心，输出轴34的另一端穿过轴承35。
进一步地，电机外壳10包括电机上盖11和与电机上盖11相互配合的电机下盖12，电机上盖11和电机下盖12与调磁电机20的电机内定子21固定连接。具体地，电机上盖11和电机下盖12分别开设有与第一通孔23同轴设置的第二通孔13，使直线音圈电机30的直线运动部分能顺利作直线运动。进一步地，电机外壳10由不导磁材料制成，以免发生漏磁等情况。
本发明实施例的调磁式直线旋转电机的工作流程包括旋转运动部分和直线运动部分，具体如下：
旋转运动部分：向第一线圈绕组212通入三相交流电，经过定子调磁块213增加磁力，在电机内定子21和电机外转子22之间的第一气隙中产生与电机外转子22的极对数一致的磁场谐波，该磁场谐波与电机外转子22相互作用，带动电机外转子22作旋转运动，对外作大力矩输出，带动第一负载作旋转运动。
直线运动部分：向第二线圈绕组33通入正向的直流电，第二线圈绕组33和环形磁铁31之间的第二气隙中形成正向磁场，在电磁力的作用下第二线圈绕组33作向左的直线运动，带动环形线架32和输出轴34运动；向第二线圈绕组33通入反向的直流电，第二线圈绕组33和环形磁铁31之间的第二气隙中形成反向磁场，在电磁力的作用下第二线圈绕组33作向右的直线运动，带动环形线架32和输出轴34运动；通过改变直流电的方向使输出轴34实现左右往复直线运动，带动第二负载作左右往复直线运动。
通过旋转运动部分和直线运动部分的相互配合，实现大力矩的直线和旋转的双轴输出。需要说明的是，上述的第一负载和第二负载相同或不同。
本发明的调磁式直线旋转电机，通过一个电机装置结构，同时实现大力矩的旋转运动和直线运动，具有直线和旋转双自由度的运动，结构简单，提高了电机的一体性；且定子铁轭211的结构合理，进一步提高了调磁电机20部分的增效果。
以上所述仅为本发明的部分实施例，并非因此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效装置或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种调磁式直线旋转电机，其特征在于，包括：
具有容纳腔的电机外壳；
设于所述容纳腔内的调磁电机，所述调磁电机包括固定于所述电机外壳上的电机内定子和套设于所述电机内定子外侧的电机外转子，所述外转子用于连接第一负载，所述电机内定子包括定子铁轭、缠绕在所述定子铁轭上的第一线圈绕组、多个设于所述定子铁轭末端的定子调磁块以及设于所述定子调磁块之间的多个定子永磁体，所述定子铁轭中心设有第一通孔，所述电机外转子包括转子铁轭和多个间隔分布于所述转子铁轭内侧的转子永磁体，所述定子永磁体和所述转子永磁体均径向充磁；所述定子铁轭末端分裂形成多个间隔分布的所述定子调磁块，相邻两个所述定子调磁块之间形成第一凹槽，所述定子永磁体嵌设于所述第一凹槽内；
设于所述第一通孔内的直线音圈电机，所述直线音圈电机包括贴设于所述第一通孔内侧的环形磁铁、设于所述环形磁铁内的环形线架、与所述环形线架固定连接的输出轴以及缠绕在所述环形线架上的第二线圈绕组，所述输出轴用于连接第二负载；
通电时，所述电机内定子与所述电机外转子相互作用，所述电机外转子带动所述第一负载作旋转运动，所述第二线圈绕组与所述环形磁铁相互作用，所述第二线圈绕组带动所述环形线架、所述输出轴以及所述第二负载作直线运动。
2.根据权利要求1所述的调磁式直线旋转电机，其特征在于，所述转子铁轭内侧设有多个间隔分布的第二凹槽，所述转子永磁体嵌设于所述第二凹槽内。
3.根据权利要求1所述的调磁式直线旋转电机，其特征在于，多个所述转子永磁体的充磁方向均相同，多个所述定子永磁体的充磁方向均相同，所述转子永磁体与所述定子永磁体的充磁方向沿径向一致。
4.根据权利要求1所述的调磁式直线旋转电机，其特征在于，所述定子铁轭和所述转子铁轭由导磁材料制成。
5.根据权利要求4所述的调磁式直线旋转电机，其特征在于，所述定子铁轭和所述转子铁轭由硅钢片叠压制成。
6.根据权利要求1所述的调磁式直线旋转电机，其特征在于，所述输出轴上套设有与所述电机内定子固定连接的轴承，所述轴承与所述输出轴滑动连接。
7.根据权利要求1所述的调磁式直线旋转电机，其特征在于，所述电机内定子与所述电机外转子之间存在第一气隙，所述第二线圈绕组与所述环形磁铁之间存在第二气隙。
8.根据权利要求1所述的调磁式直线旋转电机，其特征在于，所述电机外壳由不导磁材料制成。
9.根据权利要求1所述的调磁式直线旋转电机，其特征在于，所述电机外壳包括电机上盖和与所述电机上盖配合的电机下盖，所述电机上盖和所述电机下盖开分别设有与所述第一通孔同轴设置的第二通孔。
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