[发明专利]一种直线旋转永磁电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种直线旋转永磁电机，适用于直线、旋转及螺旋驱动场合，属于电机技术领域。

背景技术

就目前电机的运动控制而言，大部分属于单自由度电机，只能执行直线运动或者旋转运动。随着工业驱动系统复杂性的增加和驱动精度要求的提高，一维运动的单自由度电机无法满足驱动要求，需要大量多维运动的电机及其驱动机构。与单自由度电机相比，多自由度电机不仅具有多维运动的特性，还具有较高的机械集成度，较高的材料利用率以及灵活的控制特性。直线旋转运动电机是多自由度电机的一种，可为直线、旋转及螺旋驱动领域提供动力。经过十几年的发展，直线旋转两自由度电机取得了长足的进步，但也暴露出一些问题，主要包括：

1）螺旋式结构只能在轴向方向上作螺进运动，螺距固定，用途有限；

2）串联双绕组结构为轴向串联，电机呈现细长结构；

3）旋转磁场和行波磁场的交叉耦合，不利于电机的优化设计；

4）集成式结构往往采用集中绕组，绕组相数较多，控制难度较大，控制策略复杂；

5）定子和动子结构特殊，电机制造工艺复杂，加工困难；

6）直线旋转两自由度电机的控制理论与技术有待完善。

本发明提出一种简单的直线旋转两自由度双定子永磁电机结构，可以同时实现直线运动、旋转运动和螺旋运动等多种运动方式，在航空、航天、国防、勘探、测绘、数控、医疗、卫生及工业生产等领域具有相当广阔的应用前景。

发明内容

发明目的：本发明提出了一种直线旋转永磁电机，目的在于简化直线旋转两自由度电机的结构，减小电机的体积和重量，消除直线和旋转运动单元的磁耦合，降低直线和旋转运动的控制难度。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供了一种直线旋转永磁电机，该电机包括内定子、外定子和位于内定子与外定子之间的动子；

该电机包括左端盖、机壳、外定子绕组、开有凹槽的外定子铁心、内定子绕组、内定子永磁体、开有凹槽的内定子铁心、动子、右端盖、内定子支架、转轴、外定子永磁体、轴承；

其中，左端盖、机壳和右端盖构成一空腔，内定子支架设置在该空腔内，内定子支架的一端与右端盖相连，另一端通过轴承与转轴相连；

外定子铁心固定在机壳的内表面，内定子铁心固定在内定子支架的与机壳相对的上表面，外定子铁心与内定子铁心之间设有动子，动子的一端与转轴相连，另一端悬空；

外定子铁心槽内放置有外定子绕组，外定子铁心之间放置外定子永磁体，内定子铁心槽内放置有内定子绕组，内定子铁心之间放置定子永磁体；

外定子铁心、外定子绕组、外定子永磁体及动子构成旋转驱动单元，内定子铁心、外定子绕组、外定子永磁体及动子构成直线驱动单元；

或者外定子铁心、外定子绕组、外定子永磁体及动子构成直线驱动单元，内定子铁心、外定子绕组、外定子永磁体及动子构成旋转驱动单元；

直线驱动单元和旋转驱动单元均采用定子永磁型磁通切换电机结构。

优选的，内定子铁心与外定子铁心的轴向长度相等，两者同侧端面在同一个径向平面内。

优选的，内定子铁心与外定子铁心的轴向长度相等，两者同侧端面不在同一个径向平面内。

优选的，内定子铁心的轴向长度大于或小于外定子铁心的轴向长度相等，两者同侧端面在同一个径向平面内。

优选的，内定子铁心的轴向长度大于或小于外定子铁心的轴向长度相等，两者同侧端面在同一个径向平面内，两者同侧端面不在同一个径向平面内。

优选的，外定子永磁体和内定子永磁体可选择铁氧体或者钕铁硼永磁材料，动子由导磁材料制成。

优选的，所述的外定子绕组和内定子绕组均为多相对称绕组。

有益效果：

1）采用双定子、单动子结构，可充分利用电机内部空间，减小整台电机体积；

2）直线与旋转驱动单元在机械和磁路结构上基本独立，可以分开进行电磁设计；

3）内外定子上的两套电枢绕组相互独立，易于实现直线和旋转运动的解耦控制；

4）电机的定子及动子与传统电机的定子及转(动)子结构相似，结构简单，易于加工、制造；

5）永磁体放置在定子侧，散热条件好，避免了永磁体去磁的危险；

6）转子上既无永磁体、又无绕组，结构简单，可靠性高，适合高速运行。

附图说明

图1为实施方式一中的电机轴向截面示意图，其中外定子与动子构成旋转驱动单元，内定子与动子构成直线驱动单元。