一种动圈式单极性永磁体旋转直线电机制造技术

本发明专利技术公开了一种动圈式单极性永磁体旋转直线电机，包括筒型的外定子、固定在外定子两端的前端盖和后端盖、活动设于外定子内部的伸出轴。伸出轴上固定有有限转角转子和直线运动次级。在直线运动次级的内部设有与后端盖固定连接的内定子。有限转角转子与外定子作用，直线运动次级与外定子和内定子同时作用，实现伸出轴通过的直线运动、有限转角运动和螺旋运动。本发明专利技术的电机具有结构简单、紧凑的优点，降低了永磁体的用量、提高气隙磁密，并具有控制简单、直线推力和旋转转矩相互影响较小等特点。

A moving coil type unipolar permanent magnet rotating linear motor

The invention discloses a moving coil type unipolar permanent magnet rotary linear motor, which comprises a barrel-shaped outer stator, a front end cover and a rear end cover fixed at both ends of the outer stator, and an extension shaft movably arranged inside the outer stator. A limited angle rotor and a linear motion sub are fixed on the extension shaft. The inner part of the secondary part of the straight-line motion is provided with an inner stator fixed to the rear end cover. The finite angle rotor acts on the outer stator, and the linear motion secondary acts on the outer stator and the inner stator simultaneously. The linear motion, the finite angle motion and the spiral motion of the extended axis are realized. The motor of the invention has the advantages of simple structure and compactness, reduces the consumption of permanent magnets, improves the air gap magnetic density, and has the characteristics of simple control, less interaction between linear thrust and rotating torque.

【技术实现步骤摘要】
一种动圈式单极性永磁体旋转直线电机
本专利技术涉及旋转直线永磁电机领域，具体地说是一种动圈式单极性永磁体旋转直线电机。
技术介绍
传统的电机一般只能提供单自由度运动(旋转运动或者直线运动)，而无法实现旋转和直线运动的复合运动。但是，在机器人关节、工业生产、加工和装配等系统当中，往往需要实现多自由运动。通常情况下，这种多自由度运动是由可以执行直线或者旋转运动的基本元件通过机械拼接组合实现的，但这种方式存在以下一些问题：第一，因为其功能部件中混有机械元件，它的摩擦、磨损和变形都比较严重；第二，旋转运动和直线运动是耦合的，不能独立控制；第三，这种执行机构的精度受机械加工的限制；第四，使用多台电机控制不仅会增加设备的体积和重量，还给控制带来不便。而且随着科学技术的发展，机电系统日益复杂，尤其是一些精密装置，比如固晶机，邦定机，PCB钻孔等，它们对驱动性能的要求越来越高，通过机械性地组合旋转运动和直线运动单元来实现的装置控制精度和响应时间等性能已经无法满足它们的需求。中国专利201410448886.6公开了一种旋转直线永磁电机，该电机采用单极性永磁体，在径向方向上由内向外依次为转子内轴、空气轴承、支撑座的环状凸起部、转子铁心、转子永磁体、直线电枢绕组、旋转电枢绕组和定子铁心，使得等效气隙增加很多，有效降低气隙磁密，而且由于动磁式结构导致该电机结构存在轴向吸引力。中国专利201020582357.2公开了一种高频直线旋转电机，该电机的直线运动部分和旋转运动部分分别是一个音圈电机和旋转伺服电机。本质上该电机是将两个自由度电机安装在一起，并非真正意义上的一体式直线旋转二自由度电机，体积较大。中国专利201510282204.3公开了一种采用交错极结构的直线旋转永磁作动器，该作动器在轴向上设置三组定子单元，且三组定子单元通过非导磁连接器连接，而动子在轴向上设置交替排列了相反的磁极，有效降低了永磁体用量，但带来了复杂的控制。
技术实现思路
鉴于现有技术的现状，本专利技术的目的在于提供一种动圈式单极性永磁体旋转直线电机，该电机具有结构简单、紧凑的优点，降低了永磁体的用量、提高气隙磁密，并具有控制简单、直线推力和旋转转矩相互影响较小等特点。本专利技术的技术方案如下：一种动圈式单极性永磁体旋转直线电机，包括筒型的外定子、固定在外定子两端的前端盖和后端盖、活动设于外定子内部的伸出轴。伸出轴上固定有有限转角转子和直线运动次级。在直线运动次级的内部设有与后端盖固定连接的内定子。有限转角转子与外定子作用，直线运动次级与外、内定子同时作用，实现伸出轴通过的直线运动、有限转角运动和螺旋运动。上述的伸出轴沿轴向分布有第一固定部和第二固定部，第一固定部的前端与前端盖上的第一套筒转动配合，有限转角转子安装在第一固定部上。第二固定部为圆筒型，直线运动次级与第二固定部固定连接，内定子位于直线运动次级的内部。上述的后端盖具有延伸至第二固定部内部的安装轴。内定子固定在安装轴上。安装轴上设有与第二固定部内壁相配合的第二套筒。上述有限转角转子由带齿部的转子铁心和旋转电枢绕组组成。外定子由带齿的定子铁心和单极性永磁体组成。上述直线运动次级由直线电枢绕组和绕组骨架组成。绕组骨架为圆筒型，绕组骨架的端部与第二固定部的端部同轴连接。上述单极性永磁体和内定子均为同极性的钕铁硼永磁体，充磁方向为径向充磁。上述单极性永磁体的个数p和带齿的定子铁心的齿个数Q符合三相永磁电机的极槽配合要求。上述直线电枢绕组为圆环形线圈，安装在绕组骨架的外壁。旋转电枢绕组为集中绕组，且旋转电枢绕组嵌入在转子铁心的齿部间。上述的端盖为导磁材料，伸出轴为不导磁材料。上述定子铁心的齿部所占角度τc和单极性永磁体所占角度τpm比值为：0.5至1.5。本专利技术的有益效果是：本专利技术的动圈式单极性永磁体旋转直线电机，采用共用的外定子，通过在轴向上设置旋转电枢绕组和直线电枢绕组，在单极性永磁体励磁磁场的作用下，能够产生驱动转子旋转的力矩，也能够产生驱动转子直线运动的直线推力，还能够同时产生驱动转子旋转的力矩和驱动转子直线运动的直线推力，从而驱动转子进行螺旋运动，实现了转子的两自由度运动；并且直线推力和旋转转矩相互影响较小，可以很方便实现旋转、直线运动去耦合控制。该种结构不仅解决了现有技术依靠机械部件转换和多个电机实现的多自由度运动方式带来的效率低、易磨损、润滑困难等诸多问题，还提高了电机的转矩密度和无轴向吸引力的优点，有效提高整个生产运作的精度和效率。附图说明图1为本实施例中动圈式单极性永磁体旋转直线电机的剖面结构示意图。图2为本实施例中有限转角转子的结构示意图。图3为本实施例中外定子的剖面结构示意图。图4为本实施例中直线运动初级的剖面结构示意图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的实施例作进一步详细描述。图1至图4所示为本专利技术的结构示意图。其中的附图标记为：外定子1、定子铁心11、单极性永磁体12、有限转角转子2、转子铁心21、旋转电枢绕组22、直线运动次级3、直线电枢绕组31、绕组骨架32、伸出轴4、前端盖5、后端盖6、内定子7、第一套筒81、第二套筒82。本实施例的动圈式单极性永磁体旋转直线电机，包括筒型的外定子1、固定在外定子1两端的前端盖5和后端盖6、活动设于外定子1内部的伸出轴4。伸出轴4上固定有有限转角转子2和直线运动次级3。在直线运动次级3的内部设有与后端盖6固定连接的内定子7。有限转角转子2与外定子1耦合，直线运动次级3与外定子1和内定子7同时相互作用，实现伸出轴4通过的直线运动、有限转角运动和螺旋运动。伸出轴4沿轴向分布有第一固定部和第二固定部，第一固定部的前端与前端盖5上的第一套筒81转动配合，有限转角转子2安装在第一固定部上。第二固定部为圆筒型，直线运动次级3与第二固定部固定连接，内定子7位于直线运动次级3的内部。后端盖6具有延伸至第二固定部内部的安装轴。内定子7固定在安装轴上。安装轴上设有与第二固定部内壁相配合的第二套筒82。如图2所示，有限转角转子2由带齿部的转子铁心21和旋转电枢绕组22组成。外定子1由带齿的定子铁心11和单极性永磁体12组成。旋转电枢绕组22和直线电枢绕组31轴向分布在伸出轴4上，在单极性永磁体励磁磁场的作用下，能够产生驱动转子2旋转的力矩，也能够产生驱动直线运动次级3直线运动的直线推力，还能够同时产生驱动伸出轴4旋转的力矩和驱动伸出轴4直线运动的直线推力，从而驱动伸出轴4进行螺旋运动，实现了伸出轴4的两自由度运动直线运动次级3由直线电枢绕组31和绕组骨架32组成。绕组骨架32为圆筒型，绕组骨架32的端部与第二固定部的端部同轴连接。单极性永磁体12和内定子7均为同极性的钕铁硼永磁体，充磁方向为径向充磁。单极性永磁体12的个数p和带齿的定子铁心11的齿个数Q符合三相永磁电机的极槽配合要求。如图4所示，直线电枢绕组31为圆环形线圈，安装在绕组骨架32的外壁。旋转电枢绕组22为集中绕组，且旋转电枢绕组22嵌入在转子铁心21的齿部间。本实施例中端盖6为导磁材料，伸出轴4为不导磁材料。如图3所示，定子铁心11的齿部所占角度τc和单极性永磁体12所占角度τpm比值为：0.5至1.5。本实施例的动圈式单极性永磁体旋转直线电机不仅解决了现有技术依靠机械部件转换和多个电机实现的多自本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种动圈式单极性永磁体旋转直线电机，其特征在于：包括筒型的外定子(1)、固定在外定子(1)两端的前端盖(5)和后端盖(6)、活动设于外定子(1)内部的伸出轴(4)；所述的伸出轴(4)上固定有有限转角转子(2)和直线运动次级(3)；在直线运动次级(3)的内部设有与后端盖(6)固定连接的内定子(7)；所述的有限转角转子(2)与外定子(1)作用，所述的直线运动次级(3)与外定子(2)和内定子(7)同时作用，实现伸出轴(4)通过的直线运动、有限转角运动和螺旋运动。

【技术特征摘要】
1.一种动圈式单极性永磁体旋转直线电机，其特征在于：包括筒型的外定子(1)、固定在外定子(1)两端的前端盖(5)和后端盖(6)、活动设于外定子(1)内部的伸出轴(4)；所述的伸出轴(4)上固定有有限转角转子(2)和直线运动次级(3)；在直线运动次级(3)的内部设有与后端盖(6)固定连接的内定子(7)；所述的有限转角转子(2)与外定子(1)作用，所述的直线运动次级(3)与外定子(2)和内定子(7)同时作用，实现伸出轴(4)通过的直线运动、有限转角运动和螺旋运动。2.根据权利要求1所述的动圈式单极性永磁体旋转直线电机，其特征在于：所述的伸出轴(4)沿轴向分布有第一固定部和第二固定部，所述第一固定部的前端与前端盖(5)上的第一套筒(81)转动配合，所述的有限转角转子(2)安装在第一固定部上；所述的第二固定部为圆筒型，所述的直线运动次级(3)与第二固定部固定连接，所述的内定子(7)位于直线运动次级(3)的内部。3.根据权利要求2所述的动圈式单极性永磁体旋转直线电机，其特征在于：所述的后端盖(6)具有延伸至第二固定部内部的安装轴；所述的内定子(7)固定在所述的安装轴上；所述的安装轴上设有与第二固定部内壁相配合的第二套筒(82)。4.根据权利要求2所述的动圈式单极性永磁体旋转直线电机，其特征在于：所述有限转角转子(2)由带齿部的转子铁心(21)和...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈进华，张驰，杨桂林，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江,33