本发明专利技术公开了一种采用交错极结构的直线旋转永磁作动器，包括机壳(1)、定子、动子以及转轴(9)；定子在轴向上设置有三组定子单元，且所述三组定子单元通过非导磁连接器(10)连接；所述动子在轴向上设置有交替排列的第一磁极(6)和第二磁极(7)，所述第一磁极(6)在周向上包括交替排列的第一永磁极(61)和第一铁极(62)，所述第二磁极(7)在周向上包括交替排列的第二永磁极(71)和第二铁极(72)，且所述第一永磁极(61)与第二永磁极(71)的磁性相反。本发明专利技术大大减少了永磁的用量，减少了作动器的体积，提高了功率密度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种可实现直线、旋转和螺旋复合运动的高性能、高功率密度的直线旋转永磁作动器，属于电机领域范畴。
技术介绍
随着工业化的快速发展，对各类运动系统的响应速度、定位精度提出更高的要求，作动器高性能、高功率密度、体积小以及运动平稳的特性，受到人们的广泛重视，从检索文献来看，现有的直线旋转作动器多采用直线电机和旋转电机组合而成，存在结构复杂，控制精度差等缺点。专利“直线-旋转运动驱动机构(CN104019202) ”便是将直线与旋转运动驱动机构分开，利用各种机械装置提供直线与旋转运动的转换，明显的缺点是体积过于庞大。专利“直线旋转双自由度伺服电机(CN103427588) ”，采用了两套线圈，定子无铁心，电机适用于行程短，负载轻，精密高的运动场合。专利“直线旋转耦合输出型压电驱动装置(CN103219916)”，仅可作螺旋运动，结构简单、位移和转角精度高的特点，但行程有限。专利“高动态动磁式的直线旋转一体式二自由度电机”(CN103986301A)，提供了一种能够实现驱动动子同时作直线和旋转的复合运动或单独作直线或单独作旋转运动的高动态动磁式的直线旋转一体式二自由度电机。现有的永磁作动器一般永磁用量大，这就显著增加了制作成本，不利于该类永磁作动器的推广应用。
技术实现思路
专利技术目的:为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种采用交错极结构的高功率密度高性能的永磁作动器，大大减少了永磁的用量，显著降低了制造成本。技术方案:为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为:一种采用交错极结构的直线旋转永磁作动器，包括机壳(I)、定子、动子以及转轴(9)，所述定子安装在机壳(I)上，动子安装在转轴(9)上，且所述动子设置于定子内，同时所述转轴(9)通过套筒与机壳相连接；所述定子在周向上采用12齿结构，相邻定子齿的夹角为30° ;在轴向上设置有三组定子单元，所述定子单元包括定子磁轭(I)、定子极(4)和绕在定子铁心上的线圈(2)，所述定子单元圆周方向上有12个定子极，且所述三组定子单元通过非导磁连接器(10)连接；所述动子在轴向上设置有交替排列的第一磁极(6)和第二磁极(7)，所述第一磁极(6)在周向上包括交替排列的第一永磁极(61)和第一铁极(62)，所述第二磁极(7)在周向上包括交替排列的第二永磁极(71)和第二铁极(72)，且所述第一永磁极(61)与第二永磁极(71)的磁性相反，同时第一永磁极(61)和第二铁极(72)在径向上相对设置，第二永磁极(71)和第一铁极￠2)在径向上相对设置。优选的:定子轴向三组定子之间的距离满足Ii1 τ +k2 τ /3，Ii1= O, I, 2...，k 2 =0,1,2...，τ为动子轴向极距。优选的:所述线圈(4)的绕组采用单层集中绕组。优选的:所述定子铁心和动子铁心均采用高导磁材料硅钢片轴向叠制。优选的:在周向上第一、第二永磁极的极弧系数相同；在周向上第一、第二铁极的极弧系数相同。优选的:所述动子长度在轴向上小于定子长度。优选的:所述线圈(4)的绕组在轴向上采用U+U-U-U+V-V+V+V-W+W-W-W+的排列方式。有益效果:本专利技术提供的一种采用交错极结构的直线旋转永磁作动器，相比现有技术，具有以下有益效果:1.由于动子在轴向上设置有交替排列的第一磁极(6)和第二磁极(7)，所述第一磁极(6)在周向上包括交替排列的第一永磁极(61)和第一铁极(62)，所述第二磁极(7)在周向上包括交替排列的第二永磁极(71)和第二铁极(72)，且所述第一永磁极(61)与第二永磁极(71)的磁性相反，同时第一永磁极(61)和第二铁极(72)在径向上相对设置，第二永磁极(71)和第一铁极￠2)在径向上相对设置，即转子表面采用永磁极和铁极交错分布的结构，大大节省了永磁的用量，各转子铁心安置在非导磁材料圆筒上，形成转子整体，而且有利于减少作动器的饱和度。减少了作动器的体积，提高了功率密度。2.由于定子在轴向上设置有三组定子单元，通过绕组中电流产生的励磁分量调节周向和轴向的磁通量，可以有效地降低损耗。3.由于采用了高导磁材料硅钢片叠制，有效的减少了电机的漏磁通，从而可以提高作动器的功率因数。4.采用集中绕组易于安装，结构简单。【附图说明】图1为一种采用交错极结构的直线旋转永磁作动器周向结构示意图。图2为采用交错极结构的直线旋转永磁作动器轴向剖面图。图3为采用交错极结构的直线旋转永磁作动器转子结构示意图。其中，I为机壳、2为定子磁轭、3为定子极、4为线圈、5为极靴、6为第一磁极、61为第一永磁极、62为第一铁极、7为第二磁极、71为第二永磁极、72为第二铁极、8为转子、9为非导磁转轴、10为非导磁连接器。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术作更进一步的说明。一种采用交错极结构的直线旋转永磁作动器，如图1所示，包括机壳1、定子、动子以及转轴9，所述定子安装在机壳I上，动子安装在转轴9上，且所述动子设置于定子内，同时所述转轴9通过套筒与机壳相连接。如图2所示，定子在周向上采用12齿结构，相邻定子齿的夹角为30° ;在轴向上设置有三组定子单元，所述定子单元包括定子磁轭1、定子极4和绕在定子铁心上的线圈2，所述定子单元圆周方向上有12个定子极，且所述三组定子单元通过非导磁连接器10连接；定子轴向采用了分段式的独立磁路U型结构，三组定子单元之间相互独立，中间通过非导磁材料连接。第一组定子、第二组定子和第三组定子结构完全相同。定子轴向三组定子之间的距离满足Ii1 τ +k2 τ /3，Ii1= O，1,2—，k2= O，1,2—，τ为动子轴向极距，有效的降低了动子推力脉动幅值。定子铁心和动子铁心均采用高导磁材料娃钢片50W470沿轴向叠制。如图3所示，动子在轴向上设置有交替排列的第一磁极6和第二磁极7，所述第一磁极6在周向上包括交替排列的第一永磁极61和第一铁极62，所述第二磁极7在周向上包括交替排列的第二永磁极71和第二铁极72，且所述第一永磁极61与第二永磁极71的磁性相反，同时第一永磁极61和第二铁极72在径向上相对设置，第二永磁极71和第一铁极62在径向上相对设置。也就是说，转子铁心采用永磁极和铁极交错排列的机构，转子铁心嵌入的永磁体在同一圆周方向上充磁方向相同，在轴向上，相邻极充磁方向相反，各永磁体选用钕铁硼材料，即在同一周向剖面上，永磁体充磁方向一致，极对数取为8;轴向上同一运动方向上永磁充磁方向一致，极对数取为6，相邻极永磁体的充磁方向相反，如图3所示。与传统的永磁体极排布的结构相比，此结构大大减少了永磁体的用量，减少了作动器饱和程度，降低了制作成本。由于采用铁极和永磁极交错的结构，改变了动子d、q轴电抗，降低了回路的磁阻。与传统的结构相比，作动器的电磁特性基本不变，可以实现直线、旋转和螺旋运动的工作要求。所述线圈4的绕组采用单层集中绕组。线圈由铜导线绕制，易于安装，定子绕组在轴向上采用u+u-u-u+v-v+v+v-w+w-w-w+的排列方式，实现直线运动时多磁场间的动态解耦控制，如图2所示。定子沿轴向包含有三组相同且独立的定子单元，动子铁心的长度大于三段定子和它们之间的非导磁材料的长度之和。在周向上第一、第二永磁极的极弧系数相同；在周向上第一、第二铁极的极弧系数相本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种采用交错极结构的直线旋转永磁作动器，其特征在于，包括机壳(1)、定子、动子以及转轴(9)，所述定子安装在机壳(1)上，动子安装在转轴(9)上，且所述动子设置于定子内，同时所述转轴(9)通过套筒与机壳相连接；所述定子在周向上采用12齿结构，相邻定子齿的夹角为30°；在轴向上设置有三组定子单元，所述定子单元包括定子磁轭(1)、定子极(4)和绕在定子铁心上的线圈(2)，所述定子单元圆周方向上有12个定子极，且所述三组定子单元通过非导磁连接器(10)连接；所述动子在轴向上设置有交替排列的第一磁极(6)和第二磁极(7)，所述第一磁极(6)在周向上包括交替排列的第一永磁极(61)和第一铁极(62)，所述第二磁极(7)在周向上包括交替排列的第二永磁极(71)和第二铁极(72)，且所述第一永磁极(61)与第二永磁极(71)的磁性相反，同时第一永磁极(61)和第二铁极(72)在径向上相对设置，第二永磁极(71)和第一铁极(62)在径向上相对设置。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：房淑华，郭凯凯，林鹤云，阳辉，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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