CN114696559B - 一种直线旋转永磁电机 - Google Patents

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Abstract

本发明属于永磁电机技术领域，尤其是一种直线旋转永磁电机，包括用于安装转轴以及磁铁的电机转子组件，所述磁铁沿所述转轴的径向同极等间距间隔分布，所述磁铁沿所述转轴的轴向相邻异极等间距间隔分布，还包括由叠压固定在电机壳体内壁的直线运动绕组以及旋转运动绕组的电机定子组件，所述直线运动绕组位于所述旋转运动绕组的外部呈等间距间隔分布。该直线旋转永磁电机，在跳出传统机械拼凑或者集成的方式，通过交错分布的磁路形式，让电机产生直线和旋转方向上的动力。本发明结构紧凑、体积小；轻量化的转子让电机具有更小的惯量，从而具备更大的运动速度；结构简单，制造成本低。

Description

一种直线旋转永磁电机
技术领域
本发明涉及永磁电机技术领域，尤其涉及一种直线旋转永磁电机。
背景技术
在工业自动化领域，在Z向吸取物料后，往往需要做一个旋转纠偏的动作，所以能同时执行直线和旋转复合运动的电机被广泛应用。
目前市面上的直线旋转电机，有分体式和集成式两种：
分体式：由1个直线电机+1个旋转电机拼凑而成，它的缺点是体积大，连接件多，导致结构复杂、价格昂贵。
集成式：直线筒状电机和旋转电机同轴设计，并串联在一起，但本质上还是两个电机。它的缺点是两台电机串联后长度很长，不利于小型化设计。
发明内容
基于现有的上述技术问题，本发明提出了一种直线旋转永磁电机。
本发明提出的一种直线旋转永磁电机，包括用于安装转轴以及磁铁的电机转子组件。
所述磁铁沿所述转轴的径向同极等间距间隔分布。
所述磁铁沿所述转轴的轴向相邻异极等间距间隔分布。
还包括由叠压固定在电机壳体内壁的直线运动绕组以及旋转运动绕组的电机定子组件，所述直线运动绕组位于所述旋转运动绕组的外部呈等间距间隔分布。
优选地，所述转轴设置为中空，为真空预留气通道。
优选地，所述电机壳体固定在底座上，所述电机转子组件与所述电机定子组件同轴设置，并置于所述电机壳体的腔体内部。
当直线运动绕组以及旋转运动绕组通入电流后，表面附有交错分布磁铁的转轴分别产生直线运动和旋转运动。
通过上述技术方案，直线运动绕组和旋转运动绕组叠压在电机壳体内，电机转子组件与电机定子组件之间有适当气隙。
优选地，所述磁铁沿所述转轴轴线分布的长度比所述直线运动绕组以及所述旋转运动绕组组成运动绕组的长度长。
通过上述技术方案，交错分布的永磁体在轴向上比两套绕组要长，它们的直线长度之差就是电机在直线运动方向上的行程，可按需求设计。
优选地，还包括旋转编码器组件、轴承座组件、直线编码器组件以及直线导轨组件。
通过上述技术方案，直线导轨组件和轴承座组件分别提供直线和旋转方向的支撑。
优选地，所述旋转编码器组件由旋转编码器码盘、旋转编码器读头、旋转编码器读头座组成，所述旋转编码器码盘固定套接在所述转轴的台阶处随所述转轴一起转动。
通过上述技术方案，旋转编码器组件提供旋转方向的位置反馈。
优选地，所述旋转编码器读头固定在所述旋转编码器读头座表面后对所述旋转编码器码盘上的信息进行读取，用于反馈磁铁旋转方向的位置。
通过上述技术方案，精准的控制直线旋转永磁电机在旋转方向的运动步距。
优选地，所述轴承座组件由轴承座、轴承以及轴承固定板组成。
所述转轴穿过固定在所述轴承座内的轴承内圈后被所述轴承固定板安装在所述轴承座上。
优选地，所述直线编码器组件由直线编码器栅尺、直线编码器读头以及直线编码器读头座组成，所述直线编码器栅尺固定在所述轴承座的侧表面上。
通过上述技术方案，直线编码器组件提供直线方向的位置反馈。
优选地，所述直线编码器读头被固定在所述直线编码器读头座上后对所述直线编码器栅尺上的信息进行读取动作，用于反馈磁铁直线方向的位置。
通过上述技术方案，精准的控制直线旋转永磁电机在直线方向的运动步距。
优选地，所述直线导轨组件由直线导轨以及直线滑块组成。
所述直线导轨固定在所述底座上，所述轴承座固定在所述直线滑块上后随所述直线滑块一起在所述直线导轨的表面上下滑动。
本发明中的有益效果为：
本发明拟在跳出传统机械拼凑或者集成的方式，通过交错分布的磁路形式，让电机产生直线和旋转方向上的动力。本发明结构紧凑、体积小；轻量化的转子让电机具有更小的惯量，从而具备更大的运动速度；结构简单，制造成本低。
附图说明
图1为本发明提出的一种直线旋转永磁电机的示意图；
图2为本发明提出的一种直线旋转永磁电机的立体图；
图3为本发明提出的一种直线旋转永磁电机的爆炸图；
图4为本发明提出的一种直线旋转永磁电机的电机转子组件结构立体图；
图5为本发明提出的一种直线旋转永磁电机的电机转子组件与电机定子组件的安装图；
图6为本发明提出的一种直线旋转永磁电机的电机转子组件与电机定子组件的正视图；
图7为本发明提出的一种直线旋转永磁电机的图6中的A-A处正视图；
图8为本发明提出的一种直线旋转永磁电机的电机转子组件演变原理图；
图9为本发明提出的一种直线旋转永磁电机的直线推力产生的原理图；
图10为本发明提出的一种直线旋转永磁电机的旋转转矩产生的原理图。
图中：1、电机转子组件；11、转轴；12、磁铁；2、电机定子组件；21、电机壳体；22、直线运动绕组；23、旋转运动绕组；3、旋转编码器组件；31、旋转编码器码盘；32、旋转编码器读头；33、旋转编码器读头座；4、轴承座组件；41、轴承座；42、轴承；43、轴承固定板；5、直线编码器组件；51、直线编码器栅尺；52、直线编码器读头；53、直线编码器读头座；6、直线导轨组件；61、直线导轨；62、直线滑块；7、底座。
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进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参照图1-10，一种直线旋转永磁电机，如图1-7所示，包括用于安装转轴11以及磁铁12的电机转子组件1。进一步地，转轴11设置为中空，为真空预留气通道。
磁铁12沿转轴11的径向同极等间距间隔分布。磁铁12沿转轴11的轴向相邻异极等间距间隔分布。
还包括由叠压固定在电机壳体21内壁的直线运动绕组22以及旋转运动绕组23的电机定子组件2，直线运动绕组22位于旋转运动绕组23的外部呈等间距间隔分布。
进一步地，电机壳体21固定在底座7上，电机转子组件1与电机定子组件2同轴设置，并置于电机壳体21的腔体内部。当直线运动绕组22以及旋转运动绕组23通入电流后，表面附有交错分布磁铁12的转轴11分别产生直线运动和旋转运动。直线运动绕组22和旋转运动绕组23叠压在电机壳体21内，电机转子组件1与电机定子组件2之间有适当气隙。
进一步地，磁铁12沿转轴11轴线分布的长度比直线运动绕组22以及旋转运动绕组23组成运动绕组的长度长。交错分布的永磁体在轴向上比两套绕组要长，它们的直线长度之差就是电机在直线运动方向上的行程，可按需求设计。
另外，结构局部件顺序或位置的等效替换，如两套线圈交换位置，也可实现上述方案。
进一步地，还包括旋转编码器组件3、轴承座组件4、直线编码器组件5以及直线导轨组件6。直线导轨组件6和轴承座组件4分别提供直线和旋转方向的支撑。
进一步地，旋转编码器组件3由旋转编码器码盘31、旋转编码器读头32、旋转编码器读头座33组成，旋转编码器码盘31固定套接在转轴11的台阶处随转轴11一起转动。旋转编码器组件3提供旋转方向的位置反馈。
进一步地，旋转编码器读头32固定在旋转编码器读头座33表面后对旋转编码器码盘31上的信息进行读取，用于反馈磁铁12旋转方向的位置。精准的控制直线旋转永磁电机在旋转方向的运动步距。
进一步地，轴承座组件4由轴承座41、轴承42以及轴承固定板43组成。转轴11穿过固定在轴承座41内的轴承42内圈后被轴承固定板43安装在轴承座41上，结构部件的等效替换，如轴承用轴套替换；直线导轨用直线轴承、导向套替换；轴承和直线导轨两个部件用一个滚珠花键轴也能达到相同的效果。
进一步地，直线编码器组件5由直线编码器栅尺51、直线编码器读头52以及直线编码器读头座53组成，直线编码器栅尺51固定在轴承座41的侧表面上。直线编码器组件5提供直线方向的位置反馈。
进一步地，直线编码器读头52被固定在直线编码器读头座53上后对直线编码器栅尺51上的信息进行读取动作，用于反馈磁铁12直线方向的位置。精准的控制直线旋转永磁电机在直线方向的运动步距。
进一步地，直线导轨组件6由直线导轨61以及直线滑块62组成。
直线导轨61固定在底座7上，轴承座41固定在直线滑块62上后随直线滑块62一起在直线导轨61的表面上下滑动。
如图8所示，对于筒状直线永磁电机或旋转永磁电机，其动子或转子在直线方向或旋转方向呈N-S-N-S周期变化磁场是必须的。
本发明旨在通过交错分布的磁场，同时实现直线磁场和旋转磁场的功能，图8标明了其演化的过程，图8中上图左下角是交错分布磁场的展开图。而图9中为直线推力产生的原理，图10中所展示的为旋转转矩产生的原理。
本发明拟在跳出传统机械拼凑或者集成的方式，通过交错分布的磁路形式，让电机产生直线和旋转方向上的动力。本发明结构紧凑、体积小；轻量化的转子让电机具有更小的惯量，从而具备更大的运动速度；结构简单，制造成本低。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种直线旋转永磁电机，其特征在于：包括用于安装转轴(11)以及磁铁(12)的电机转子组件(1)；
所述磁铁(12)沿所述转轴(11)的径向同极等间距间隔分布；
所述磁铁(12)沿所述转轴(11)的轴向相邻异极等间距间隔分布；
所述磁铁(12)沿所述转轴(11)轴线分布的长度比直线运动绕组(22)以及旋转运动绕组(23)组成运动绕组的长度长；
还包括由叠压固定在电机壳体(21)内壁的直线运动绕组(22)以及旋转运动绕组(23)的电机定子组件(2)，所述直线运动绕组(22)位于所述旋转运动绕组(23)的外部呈等间距间隔分布；
当直线运动绕组(22)以及旋转运动绕组(23)通入电流后，表面附有交错分布磁铁(12)的转轴(11)分别产生直线运动和旋转运动；
还包括旋转编码器组件(3)、轴承座组件(4)、直线编码器组件(5)以及直线导轨组件(6)；
所述旋转编码器组件(3)由旋转编码器码盘(31)、旋转编码器读头(32)、旋转编码器读头座(33)组成，所述旋转编码器码盘(31)固定套接在所述转轴(11)的台阶处随所述转轴(11)一起转动；
所述旋转编码器读头(32)固定在所述旋转编码器读头座(33)表面后对所述旋转编码器码盘(31)上的信息进行读取，用于反馈磁铁(12)旋转方向的位置；
所述直线编码器组件(5)由直线编码器栅尺(51)、直线编码器读头(52)以及直线编码器读头座(53)组成，所述直线编码器栅尺(51)固定在所述轴承座(41)的侧表面上；
所述直线编码器读头(52)被固定在所述直线编码器读头座(53)上后对所述直线编码器栅尺(51)上的信息进行读取动作，用于反馈磁铁(12)直线方向的位置。
2.根据权利要求1所述的一种直线旋转永磁电机，其特征在于：所述电机壳体(21)固定在底座(7)上，所述电机转子组件(1)与所述电机定子组件(2)同轴设置，并置于所述电机壳体(21)的腔体内部。
3.根据权利要求1所述的一种直线旋转永磁电机，其特征在于：所述轴承座组件(4)由轴承座(41)、轴承(42)以及轴承固定板(43)组成；
所述转轴(11)穿过固定在所述轴承座(41)内的轴承(42)内圈后被所述轴承固定板(43)安装在所述轴承座(41)上。
4.根据权利要求3所述的一种直线旋转永磁电机，其特征在于：所述直线导轨组件(6)由直线导轨(61)以及直线滑块(62)组成；
所述直线导轨(61)固定在底座(7)上，所述轴承座(41)固定在所述直线滑块(62)上后随所述直线滑块(62)一起在所述直线导轨(61)的表面上下滑动。
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