[发明专利]一种直线旋转两自由度永磁电机

说明书

本发明公开了一种直线旋转两自由度永磁电机，包括定子和动子，具有以下特征，所述定子由定子单元沿轴向排列构成，定子单元两两之间设置有定子隔磁环，定子单元由若干个定子齿模块沿圆周方向排列而成；所述定子齿单元上设置由绕组，绕组分为直线绕组和旋转绕组；所述动子由动子轭和永磁体块构成，永磁体块设置在所述动子轭表面。本发明的一种直线旋转两自由度永磁电机，采用独特的定子齿结构和两套电枢绕组，实现了电机的直线、旋转和螺旋运动，具有定子涡流损耗小，输出转矩和推力高的特性，且加工制造容易。

技术领域

本发明涉及一种直线旋转两自由度永磁电机，适用于需要直线、旋转及螺旋运动驱动的应用场合，属于特种电机技术领域。

背景技术

随着工业驱动系统复杂性的增加和驱动精度要求的提高，两自由度驱动的应用越来越广泛，如人类关节、机器手臂、高档机床、舰船推进、火炮转台、多坐标加工、卫星跟踪天线、电动陀螺仪等，尤其是一些精密装置对两自由度驱动的要求越来越迫切，一维运动的单自由度电机无法满足驱动要求，需要大量两维运动的电机及其驱动机构。

直线旋转两自由度运动电机是一种能够实现直线、旋转和螺旋运动的两自由度电机，是两维运动电机的典型代表。经过了十几年的发展，直线旋转两自由度电机的研究取得了一定的成果。许多结构类型的直线旋转两自由度电机不断的被提出，如螺旋式结构、组合式结构和集成式结构等，并应用于各种场合。但是，现有的直线旋转两自由度电机结构和性能仍有诸多地方有待优化。

发明内容

本发明的目的是提供一种直线旋转两自由度永磁电机，实现单气隙中旋转和行波磁场的耦合，进而输出转矩和推力，并克服了已有直线旋转两自由度永磁电机功率密度小、工艺复杂可靠性低的缺点，降低铁芯损耗及涡流损耗，提高功率密度，提高电机的工作性能，并简化加工工艺，提高电机可靠性。

本发明的技术方案是：一种直线旋转两自由度永磁电机，包括定子和动子，可以实现直线、旋转和螺旋运动，所述定子由m个定子单元沿轴向排列构成，所述定子单元两两之间设置有定子隔磁环3-2，所述定子单元由n个定子齿模块沿圆周方向排列而成，定子齿1为双鱼叉重叠相连结构。

进一步，双鱼叉重叠相连部分为弧度平滑的微拱桥形背脊；背脊的轴向截面为矩形，圆周向截面为小段圆环。

进一步，所述定子齿1单元上设置有绕组，所述绕组分为直线绕组2-2和旋转绕组2-1。

进一步，所述直线绕组2-2绕制在定子齿1单元背脊上，沿圆周方向的n个直线绕组2-2采用串联连接，所述直线绕组2-2为集中式绕制。

进一步，所述旋转绕组2-1绕制在轴向方向上定子齿拼接在底部形成的槽中，所述旋转绕组2-1为集中式绕制。

进一步，所述动子由动子轭5、永磁体块4和动子隔磁块3-1构成，所述永磁体块4设置在所述动子轭5表面分别沿圆周方向及沿轴向方依次排放，两两永磁体块4沿圆周方向之间设置有动子隔磁块3-1；沿圆周方向的永磁体块4个数为若干个；沿轴向方面永磁体块4个数为若干个。

进一步，所述永磁体块4沿圆周方向分布的角度圆心角度为tc＝(0.6～1)*360/2P1，P1为圆周方向永磁体极对数；永磁体块4沿轴向方向分布的长度为tl＝(0.5～1)τ，(τ为轴向方向动子极距)，所述永磁体块4沿圆周方向为N极和S极交替排列，沿轴向也为N极和S极交替排列。

本发明的一种直线旋转两自由度永磁电机，具有以下有益效果：

1)采用两套绕组实现直线和旋转电枢磁场，且直线绕组和旋转绕组磁通路径相互垂直，能够实现较好的直线和旋转运动的解耦驱动控制。

2)采用独特的定子齿结构，减小了定子涡流损耗，使得电机输出转矩和推力提高，具有较高的效率。

3)采用动子表面嵌入永磁体结构，加工方便，使得电机功率密度提高。