一種旋轉(zhuǎn)直線永磁電的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種旋轉(zhuǎn)直線永磁電機,包括定子、轉(zhuǎn)子和機械解耦裝置；定子和轉(zhuǎn)子均置于支撐座內(nèi)，定子包括定子鐵心、旋轉(zhuǎn)電樞繞組和直線電樞繞組；轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子永磁體；機械解耦裝置包括旋轉(zhuǎn)軸承、滑動支架和滑動導(dǎo)軌；滑動支架與轉(zhuǎn)子內(nèi)軸通過旋轉(zhuǎn)軸承連接，滑動支架設(shè)置在滑動導(dǎo)軌上，滑動支架能夠相對滑動導(dǎo)軌在轉(zhuǎn)子內(nèi)軸的軸向方向上移動；在定子鐵心軸向長度范圍內(nèi)，旋轉(zhuǎn)直線永磁電機的徑向方向上由內(nèi)向外依次為轉(zhuǎn)子內(nèi)軸、空氣軸承、支撐座的環(huán)狀凸起部、轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子永磁體、直線電樞繞組、旋轉(zhuǎn)電樞繞組和定子鐵心。本實用新型的旋轉(zhuǎn)直線永磁電機,實現(xiàn)了單個電機的多自由度運動，提高了電機運作的精度和效率。
【專利說明】—種旋轉(zhuǎn)直線永磁電機

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及電機領(lǐng)域，尤其涉及一種旋轉(zhuǎn)直線永磁電機。

【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的電機一般只能提供單自由度運動(旋轉(zhuǎn)運動或者直線運動)，而無法實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)和直線運動的復(fù)合運動。但是，在機器人關(guān)節(jié)、工業(yè)生產(chǎn)、加工和裝配等系統(tǒng)當(dāng)中，往往需要實現(xiàn)多自由運動。通常情況下，這種多自由度運動是由可以執(zhí)行直線或者旋轉(zhuǎn)運動的基本元件通過機械拼接組合實現(xiàn)的，但這種方式存在以下一些問題:第一，因為其功能部件中混有機械元件，它的摩擦、磨損和變形都比較嚴(yán)重；第二，旋轉(zhuǎn)運動和直線運動是耦合的，不能獨立控制；第三，這種執(zhí)行機構(gòu)的精度受機械加工的限制；第四，使用多臺電機控制不僅會增加設(shè)備的體積和重量，還給控制帶來不便。而且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機電系統(tǒng)日益復(fù)雜，尤其是一些精密裝置，比如固晶機，邦定機，PCB鉆孔等，它們對驅(qū)動性能的要求越來越高，通過機械性地組合旋轉(zhuǎn)運動和直線運動單元來實現(xiàn)的裝置控制精度和響應(yīng)時間等性能已經(jīng)無法滿足它們的需求。
[0003]中國專利201020582357.2公開了一種高頻直線旋轉(zhuǎn)電機，該電機的直線運動部分和旋轉(zhuǎn)運動部分分別是一個音圈電機和旋轉(zhuǎn)伺服電機。本質(zhì)上該電機是將兩個自由度電機安裝在一起，并非真正意義上的一體式直線旋轉(zhuǎn)二自由度電機，體積較大。PCT專利TO2008/096519 A1公開了一種旋轉(zhuǎn)直線電機，該種電機定子擁有兩套繞組，分別是旋轉(zhuǎn)電樞繞組和直線電樞繞組，動子永磁體展開成平面為斜方格圖案，永磁體極性在旋轉(zhuǎn)和軸向直線方向為相同的極性，與斜角方向極性相反，但此結(jié)構(gòu)永磁體安裝復(fù)雜。
實用新型內(nèi)容
[0004]鑒于現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)狀，本實用新型的目的在于提供一種旋轉(zhuǎn)直線永磁電機，結(jié)構(gòu)簡單，實現(xiàn)了單個電機的多自由度運動，提高了電機運作的精度和效率。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術(shù)方案如下:
[0005]一種旋轉(zhuǎn)直線永磁電機，包括支撐座、定子、轉(zhuǎn)子、機械解耦裝置、轉(zhuǎn)子內(nèi)軸和空氣軸承；
[0006]所述定子和所述轉(zhuǎn)子均置于所述支撐座內(nèi)，所述轉(zhuǎn)子內(nèi)軸通過所述空氣軸承裝配在所述支撐座上，所述轉(zhuǎn)子內(nèi)軸連接所述轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子內(nèi)軸與所述轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)；
[0007]所述定子包括定子鐵心、旋轉(zhuǎn)電樞繞組和直線電樞繞組；所述轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子永磁體；所述機械解耦裝置包括旋轉(zhuǎn)軸承、滑動支架和滑動導(dǎo)軌；
[0008]所述滑動支架與所述轉(zhuǎn)子內(nèi)軸通過所述旋轉(zhuǎn)軸承連接，所述滑動支架設(shè)置在所述滑動導(dǎo)軌上，所述滑動支架能夠相對所述滑動導(dǎo)軌在所述轉(zhuǎn)子內(nèi)軸的軸向方向上移動；
[0009]在所述定子鐵心軸向長度范圍內(nèi)，所述旋轉(zhuǎn)直線永磁電機的徑向方向上由內(nèi)向外依次為所述轉(zhuǎn)子內(nèi)軸、所述空氣軸承、所述支撐座的環(huán)狀凸起部、所述轉(zhuǎn)子鐵心、所述轉(zhuǎn)子永磁體、所述直線電樞繞組、所述旋轉(zhuǎn)電樞繞組和所述定子鐵心。
[0010]較優(yōu)地，所述轉(zhuǎn)子永磁體的數(shù)量為多個，多個所述轉(zhuǎn)子永磁體環(huán)繞在所述轉(zhuǎn)子鐵心的周側(cè)。
[0011]較優(yōu)地，所述轉(zhuǎn)子永磁體為單極性永磁體，以氣隙面為參考，多個所述轉(zhuǎn)子永磁體表面的極性同為N極或同為S極。
[0012]較優(yōu)地，所述直線電樞繞組為單相繞組，所述旋轉(zhuǎn)電樞繞組為三相或多相繞組。
[0013]較優(yōu)地，所述直線電樞繞組為圓環(huán)形線圈；
[0014]所述旋轉(zhuǎn)電樞繞組為集中繞組，且嵌入在所述定子鐵心的槽中。
[0015]較優(yōu)地，所述定子鐵心由導(dǎo)磁材料制成；
[0016]所述轉(zhuǎn)子永磁體為釹鐵硼永磁體。
[0017]較優(yōu)地，所述轉(zhuǎn)子永磁體的極弧系數(shù)為0.4-0.8。
[0018]本實用新型的有益效果是:
[0019]本實用新型的旋轉(zhuǎn)直線永磁電機，設(shè)置機械解耦裝置，通過設(shè)置旋轉(zhuǎn)電樞繞組和直線電樞繞組的結(jié)合，在單極性永磁體勵磁磁場的作用下，能夠產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的力矩，也能夠產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)子直線運動的直線推力，還能夠同時產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的力矩和驅(qū)動轉(zhuǎn)子直線運動的直線推力而驅(qū)動轉(zhuǎn)子螺旋運動，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)子的多自由度運動，并且直線推力和旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩相互影響較小，可以很方便實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)、直線運動去耦合控制。該種結(jié)構(gòu)不僅解決了現(xiàn)有技術(shù)依靠機械部件轉(zhuǎn)換和多個電機實現(xiàn)的多自由度運動方式帶來的效率低、易磨損、潤滑困難等諸多問題，還可以大大提高整個生產(chǎn)運作的精度和效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本實用新型的旋轉(zhuǎn)直線永磁電機剖面示意圖；
[0021]圖2為本實用新型的旋轉(zhuǎn)直線永磁電機爆炸圖；
[0022]圖3為本實用新型的旋轉(zhuǎn)直線永磁電機轉(zhuǎn)子一實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖4為本實用新型的旋轉(zhuǎn)直線永磁電機轉(zhuǎn)子另一實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖5為本實用新型的旋轉(zhuǎn)直線永磁電機的定子結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0025]為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例對本實用新型的旋轉(zhuǎn)直線永磁電機進行進一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用于解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0026]參照圖1至圖5，本實用新型一實施例的旋轉(zhuǎn)直線永磁電機，包括轉(zhuǎn)子1、空氣軸承2、支撐座3、定子4、機械解耦裝置9和轉(zhuǎn)子內(nèi)軸11。支撐座3的主體為圓形槽，圓形槽內(nèi)設(shè)置有環(huán)形凸起部，環(huán)形凸起部與環(huán)形槽的側(cè)壁之間形成環(huán)形的容置空間，定子4和轉(zhuǎn)子1均置于支撐座3的所述容置空間內(nèi)。轉(zhuǎn)子內(nèi)軸11通過空氣軸承2裝配在支撐座3上，空氣軸承2置于轉(zhuǎn)子內(nèi)軸11和支撐座3的環(huán)形凸起部之間。轉(zhuǎn)子內(nèi)軸11貫穿支撐座3的所述環(huán)形凸起部，轉(zhuǎn)子內(nèi)軸11與所述環(huán)形凸起部同軸。轉(zhuǎn)子內(nèi)軸11還連接轉(zhuǎn)子1，使得轉(zhuǎn)子內(nèi)軸11與轉(zhuǎn)子1同步旋轉(zhuǎn)。
[0027]定子4包括定子鐵心43、旋轉(zhuǎn)電樞繞組42和直線電樞繞組41。直線電樞繞組41為圓環(huán)形線圈，旋轉(zhuǎn)電樞繞組42為集中繞組，且嵌入在定子鐵心43的槽中。定子鐵心43由導(dǎo)磁材料制成。轉(zhuǎn)子1包括轉(zhuǎn)子鐵心12和轉(zhuǎn)子永磁體13。轉(zhuǎn)子永磁體13為釹鐵硼永磁體，優(yōu)選高性能的釹鐵硼永磁體。其中，轉(zhuǎn)子永磁體13的極弧系數(shù)優(yōu)選為0.4-0.8。
[0028]機械解耦裝置9包括旋轉(zhuǎn)軸承91、滑動支架92和滑動導(dǎo)軌93。
[0029]在定子鐵心43軸向長度范圍內(nèi)，旋轉(zhuǎn)直線永磁電機的徑向方向上由內(nèi)向外依次為轉(zhuǎn)子內(nèi)軸11、空氣軸承2、支撐座3的所述環(huán)狀凸起部、轉(zhuǎn)子鐵心12、轉(zhuǎn)子永磁體13、直線電樞繞組41、旋轉(zhuǎn)電樞繞組42和定子鐵心43，定子鐵心43在徑向方向的外側(cè)為支撐座3的主體側(cè)壁(圓形槽側(cè)壁)。
[0030]滑動支架92與轉(zhuǎn)子內(nèi)軸11通過旋轉(zhuǎn)軸承91連接，即旋轉(zhuǎn)軸承91鑲嵌在滑動支架92內(nèi)，旋轉(zhuǎn)軸承91套設(shè)在轉(zhuǎn)子內(nèi)軸11上。而滑動支架92設(shè)置在滑動導(dǎo)軌93上，滑動支架92能夠相對滑動導(dǎo)軌93在轉(zhuǎn)子內(nèi)軸11的軸向方向上移動。
[0031]轉(zhuǎn)子永磁體13的數(shù)量為多個，多個轉(zhuǎn)子永磁體13環(huán)繞在轉(zhuǎn)子鐵心12的周側(cè)。轉(zhuǎn)子永磁體13為單極性永磁體，以氣隙面為參考，多個轉(zhuǎn)子永磁體13表面的極性同為N極或同為S極，如圖3和圖4所示。其中圖3中轉(zhuǎn)子鐵心12除了導(dǎo)磁作用外，還用于固定轉(zhuǎn)子永磁體13。采用此種結(jié)構(gòu)可以明顯增加磁阻轉(zhuǎn)矩，提高電機的出力；圖4中轉(zhuǎn)子永磁體13規(guī)則分布在轉(zhuǎn)子鐵心12的外表面，與常規(guī)面貼式永磁電機無異，只是永磁體表面極性相同，此種結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子鐵心簡單，工藝較易實現(xiàn)。
[0032]以上實施例的旋轉(zhuǎn)直線永磁電機，直線電樞繞組41為單相繞組，旋轉(zhuǎn)電樞繞組42為三相或多相繞組。
[0033]旋轉(zhuǎn)直線永磁電機運行原理如下:當(dāng)只給旋轉(zhuǎn)電樞繞組42通入三相對稱交流電時，在單極性永磁體的轉(zhuǎn)子永磁體13之間形成相反極性，使得形成的勵磁磁場與旋轉(zhuǎn)電樞磁場相互作用產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)子1旋轉(zhuǎn)的力矩；當(dāng)只給直線電樞繞組41通入直流電時，在單極性永磁體的作用下，氣隙內(nèi)形成的輻射勵磁磁場與直線電樞磁場相互作用產(chǎn)生直線方面的推動力，使轉(zhuǎn)子1軸向運動；當(dāng)同時給直線電樞繞組41通入直流和給旋轉(zhuǎn)電樞繞組42通入三相對稱交流電時，在單極性永磁體勵磁磁場的作用下，產(chǎn)生的直線推力和旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩驅(qū)動轉(zhuǎn)子1螺旋運動，從而實現(xiàn)了單個電機的多自由度，且直線推力和旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩相互影響較小，可以很方便實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)、直線運動去耦合控制。
[0034]以上實施例的旋轉(zhuǎn)直線永磁電機，設(shè)置機械解耦裝置，通過設(shè)置旋轉(zhuǎn)電樞繞組和直線電樞繞組的結(jié)合，在單極性永磁體勵磁磁場的作用下，能夠產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的力矩，也能夠產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)子直線運動的直線推力，還能夠同時產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的力矩和驅(qū)動轉(zhuǎn)子直線運動的直線推力而驅(qū)動轉(zhuǎn)子螺旋運動，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)子的多自由度運動，且直線推力和旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩相互影響較小，可以很方便實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)、直線運動去耦合控制；該種結(jié)構(gòu)不僅解決了現(xiàn)有技術(shù)依靠機械部件轉(zhuǎn)換和多個電機實現(xiàn)的多自由度運動方式帶來的效率低、易磨損、潤滑困難等諸多問題，還可以大大提高整個生產(chǎn)運作的精度和效率，滿足了不同應(yīng)用場合的需要。
[0035]以上所述實施例僅表達了本實用新型的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對本實用新型專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本實用新型的保護范圍。因此，本實用新型專利的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種旋轉(zhuǎn)直線永磁電機，其特征在于: 包括支撐座、定子、轉(zhuǎn)子、機械解耦裝置、轉(zhuǎn)子內(nèi)軸和空氣軸承； 所述定子和所述轉(zhuǎn)子均置于所述支撐座內(nèi)，所述轉(zhuǎn)子內(nèi)軸通過所述空氣軸承裝配在所述支撐座上，所述轉(zhuǎn)子內(nèi)軸連接所述轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子內(nèi)軸與所述轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)； 所述定子包括定子鐵心、旋轉(zhuǎn)電樞繞組和直線電樞繞組；所述轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子永磁體；所述機械解耦裝置包括旋轉(zhuǎn)軸承、滑動支架和滑動導(dǎo)軌； 所述滑動支架與所述轉(zhuǎn)子內(nèi)軸通過所述旋轉(zhuǎn)軸承連接，所述滑動支架設(shè)置在所述滑動導(dǎo)軌上，所述滑動支架能夠相對所述滑動導(dǎo)軌在所述轉(zhuǎn)子內(nèi)軸的軸向方向上移動； 在所述定子鐵心軸向長度范圍內(nèi)，所述旋轉(zhuǎn)直線永磁電機的徑向方向上由內(nèi)向外依次為所述轉(zhuǎn)子內(nèi)軸、所述空氣軸承、所述支撐座的環(huán)狀凸起部、所述轉(zhuǎn)子鐵心、所述轉(zhuǎn)子永磁體、所述直線電樞繞組、所述旋轉(zhuǎn)電樞繞組和所述定子鐵心。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)直線永磁電機，其特征在于: 所述轉(zhuǎn)子永磁體的數(shù)量為多個，多個所述轉(zhuǎn)子永磁體環(huán)繞在所述轉(zhuǎn)子鐵心的周側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)直線永磁電機，其特征在于: 所述轉(zhuǎn)子永磁體為單極性永磁體，以氣隙面為參考，多個所述轉(zhuǎn)子永磁體表面的極性同為N極或同為S極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的旋轉(zhuǎn)直線永磁電機,其特征在于: 所述直線電樞繞組為單相繞組，所述旋轉(zhuǎn)電樞繞組為三相或多相繞組。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項所述的旋轉(zhuǎn)直線永磁電機，其特征在于: 所述直線電樞繞組為圓環(huán)形線圈；所述旋轉(zhuǎn)電樞繞組為集中繞組，且嵌入在所述定子鐵心的槽中。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的旋轉(zhuǎn)直線永磁電機,其特征在于: 所述直線電樞繞組為單相繞組，所述旋轉(zhuǎn)電樞繞組為三相或多相繞組。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的旋轉(zhuǎn)直線永磁電機,其特征在于: 所述定子鐵心由導(dǎo)磁材料制成；所述轉(zhuǎn)子永磁體為釹鐵硼永磁體。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的旋轉(zhuǎn)直線永磁電機,其特征在于: 所述轉(zhuǎn)子永磁體的極弧系數(shù)為0.4-0.8。
【文檔編號】H02K41/03GK204046380SQ201420508098
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月4日
【發(fā)明者】陳進華, 廖有用, 張馳, 孫鵬 申請人:中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所