定子及模块化结构的旋转直线两自由度永磁电机制造技术

本实用新型专利技术提供了一种定子及模块化结构的旋转直线两自由度永磁电机。其中，模块化结构的旋转直线两自由度永磁电机，包括定子和动子，所述定子包括定子铁心、旋转运动绕组和直线运动绕组；所述定子铁心在圆周上由若干个相同的模块化铁心单元以三相形式构成；沿定子铁心内表面的轴向和周向均同时开设有定子槽，使定子齿呈阵列式分布且均布于各个模块化铁心单元上；所述旋转运动绕组沿直线运动方向缠绕在沿定子铁心内表面轴向排列的定子齿上，构成驱动旋转运动的相组集中式绕组；所述直线运动绕组沿圆周方向绕制在沿定子铁心内表面周向排列的定子齿上，构成驱动直线运动的相组集中式绕组。其结构简单，易于制造，提高了材料的利用率。

【技术实现步骤摘要】
定子及模块化结构的旋转直线两自由度永磁电机
本技术属于电机设计制造领域，尤其涉及一种定子及模块化结构的旋转直线两自由度永磁电机。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。随着材料及装备制造技术的进一步发展，工业界对于多维驱动的要求越来越迫切，其中两自由度驱动的电机有着非常广泛的应用前景，例如机器人关节、多维机械加工平台、船舶电推进系统、火炮转台、海上波浪发电、电动陀螺仪、螺旋泵、自动化办公平台等。传统的两自由度驱动的实现方法之一是通过辅助机械传动装置对多台单自由度电机进行空间运动组合。然而这些组合式系统存在多个传动间隙，系统定位精度低，系统体积庞大，重量和成本大，系统可靠性低。旋转直线两自由度永磁电机可以有效解决以上问题。专利技术人发现，现阶段旋转直线两自由度永磁电机仍处于实验室研发阶段，存在以下几方面问题：1)同轴式旋转直线两自由度电机由于采用轴向串联结构，电机整体细长，直线运动的行程受限；2)异轴式旋转直线两自由度电机仍然采用了辅助传动装置，集成度不高，辅助传动装置结构复杂，系统的可靠性低；3)螺旋式旋转直线两自由度电机由于只能在轴向作螺旋运动，且螺距固定，用途有限；4)磁耦合式旋转直线两自由度电机通常采用磁阻式电机结构，存在转矩/推力密度低，而且在部分结构中存在旋转磁场和行波磁场的交叉耦合，不利于独立控制单一自由度运动。
技术实现思路
为了解决上述问题，本技术提供一种定子，其结构简单，易于制造，采用相组集中式绕组，提高电机绕组系数并减少端部绕组，反电动势正弦度高，显著提高转矩/推力密度，线圈绕制容易并利于实现模块化设计，易于实现直线运动和旋转运动解耦控制。为了实现上述目的，本技术采用如下技术方案：一种定子，包括定子铁心、旋转运动绕组和直线运动绕组；所述定子铁心在圆周上由若干个相同的模块化铁心单元以三相形式构成；沿定子铁心内表面的轴向和周向均同时开设有定子槽，使定子齿呈阵列式分布且均布于各个模块化铁心单元上；所述旋转运动绕组沿直线运动方向缠绕在沿定子铁心内表面轴向排列的定子齿上，构成驱动旋转运动的相组集中式绕组；所述直线运动绕组沿圆周方向绕制在沿定子铁心内表面周向排列的定子齿上，构成驱动直线运动的相组集中式绕组。作为一种实施方式，沿定子铁心内表面的周向开设的定子槽分为周向相内定子槽和周向相间定子槽，所述周向相间定子槽以间隔若干个周向相内定子槽的规律分布。上述技术方案的优点在于，能够提高电机绕组系数并减少端部绕组，使得旋转运动绕组构成的驱动旋转运动的相组集中式绕组的线圈绕制容易并利于实现模块化设计。作为一种实施方式，定子齿周向宽度与周向相内定子槽宽相等，且均等于周向相间定子槽宽的3/5倍。上述技术方案的优点在于，能够在物理结构上以三相形式将定子铁心划分成单一相组模块，实现模块化设计。作为一种实施方式，沿定子铁心内表面的轴向开设的定子槽分为轴向相内定子槽和轴向相间定子槽，所述轴向相间定子槽以间隔若干个轴向相内定子槽的规律分布。上述技术方案的优点在于，能够提高电机绕组系数并减少端部绕组，使得直线运动绕组构成的驱动旋转运动的相组集中式绕组的线圈绕制容易并利于实现模块化设计。作为一种实施方式，定子齿轴向宽度与轴向相内定子槽宽相等，且均等于轴向相间定子槽宽的3/5倍。上述技术方案的优点在于，能够在物理结构上以三相形式将定子铁心划分成单一相组模块，实现模块化设计。为了解决上述问题，本技术提供一种模块化结构的旋转直线两自由度永磁电机，其结构简单，易于制造，采用相组集中式绕组，提高电机绕组系数并减少端部绕组，反电动势正弦度高，显著提高转矩/推力密度，线圈绕制容易并利于实现模块化设计，易于实现直线运动和旋转运动解耦控制。为了实现上述目的，本技术采用如下技术方案：一种模块化结构的旋转直线两自由度永磁电机，包括：如上述所述的定子；动子。作为一种实施方式，所述动子包括若干个第一永磁块环、第二永磁块环和动子铁轭环；所述第一永磁块环、第二永磁块环和动子铁轭环沿轴向依次交替装配；所述第一永磁块环和第二永磁块环均由轴向充磁的永磁体块和径向充磁的永磁体块沿圆周依次交替装配而成；所述第一永磁块环上的轴向充磁的永磁体块和第二永磁块环上的轴向充磁的永磁体块的充磁方向相反。上述技术方案的优点在于，第一永磁块环上的轴向充磁的永磁体块和第二永磁块环上的轴向充磁的永磁体块的充磁方向相反，从而在动子铁轭环上实现了磁通聚合，提高了气隙磁通密度。作为一种实施方式，所述第一永磁块环的内外径、第二永磁块环的内外径和动子铁轭环的内外径相同；第一永磁块环的轴向长度、第二永磁块环的轴向长度、动子铁轭环的轴向长度、定子齿轴向长度和轴向相内定子槽宽相同。上述技术方案的优点在于，第一永磁体块环、第二永磁体块环与动子铁轭环结构与轴向定子槽宽相互配合，提高电机绕组系数并减少端部绕组并利于实现模块化设计。作为一种实施方式，定子齿周向宽度、周向相内定子槽宽与轴向充磁的永磁体块和径向充磁的永磁体块的周向宽度相等。上述技术方案的优点在于，动子上的永磁体块周向宽度与周向定子槽宽相互配合，提高电机绕组系数并减少端部绕组并利于实现模块化设计。作为一种实施方式，定子齿轴向宽度、轴向相内定子槽宽与动子铁轭环轴向宽度相等。本技术的有益效果是：(1)定子铁心由多个模块化定子铁心单元组成，从而实现模块化结构设计，结构简单，易于制造，提高了材料的利用率。(2)定子采用相组集中式绕组，提高电机绕组系数并减少端部绕组，反电动势正弦度高，显著提高转矩/推力密度，线圈绕制容易并利于实现模块化设计，易于实现直线运动和旋转运动解耦控制；(3)直线运动部分采用了轮辐式聚磁永磁电机结构，聚磁作用强，气隙磁通密度大，输出推力大，同时可以采用铁氧体永磁材料，成本低，容错性能好。(4)旋转部分采用径向内置式永磁电机结构，转矩密度大，控制简单，容错性能好。(5)旋转运动磁路和直线运动磁路基本独立，磁场耦合程度小，易于独立控制。(6)动子采用若干永磁块环和铁轭环交替装配组成，结构简单，易于制造。附图说明构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。图1是本技术实施例的模块化结构的旋转直线两自由度永磁电机三维剖视图。图2是本技术实施例的模块化结构的旋转直线两自由度永磁电机的动子的结构示意图。图3是本技术实施例的模块化结构的旋转直线两自由度永磁电机的圆周驱动部分示意图。图4是本技术实施例的模块化结构的旋转直线两自由度永磁电机的直线驱动部分示意图。图5是本技术实施例的定子铁心模块单元结构示意图。图6是本技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种定子，其特征在于，包括定子铁心、旋转运动绕组和直线运动绕组；/n所述定子铁心在圆周上由若干个相同的模块化铁心单元以三相形式构成；/n沿定子铁心内表面的轴向和周向均同时开设有定子槽，使定子齿呈阵列式分布且均布于各个模块化铁心单元上；/n所述旋转运动绕组沿直线运动方向缠绕在沿定子铁心内表面轴向排列的定子齿上，构成驱动旋转运动的相组集中式绕组；所述直线运动绕组沿圆周方向绕制在沿定子铁心内表面周向排列的定子齿上，构成驱动直线运动的相组集中式绕组。/n

【技术特征摘要】
1.一种定子，其特征在于，包括定子铁心、旋转运动绕组和直线运动绕组；
所述定子铁心在圆周上由若干个相同的模块化铁心单元以三相形式构成；
沿定子铁心内表面的轴向和周向均同时开设有定子槽，使定子齿呈阵列式分布且均布于各个模块化铁心单元上；
所述旋转运动绕组沿直线运动方向缠绕在沿定子铁心内表面轴向排列的定子齿上，构成驱动旋转运动的相组集中式绕组；所述直线运动绕组沿圆周方向绕制在沿定子铁心内表面周向排列的定子齿上，构成驱动直线运动的相组集中式绕组。


2.如权利要求1所述的定子，其特征在于，沿定子铁心内表面的周向开设的定子槽分为周向相内定子槽和周向相间定子槽，所述周向相间定子槽以间隔若干个周向相内定子槽的规律分布。


3.如权利要求2所述的定子，其特征在于，定子齿周向宽度与周向相内定子槽宽相等，且均等于周向相间定子槽宽的3/5倍。


4.如权利要求1所述的定子，其特征在于，沿定子铁心内表面的轴向开设的定子槽分为轴向相内定子槽和轴向相间定子槽，所述轴向相间定子槽以间隔若干个轴向相内定子槽的规律分布。


5.如权利要求4所述的定子，其特征在于，定子齿轴向宽度与轴向相内定子槽宽相等，...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵文良，虞铭杰，王秀和，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：新型
国别省市：山东;37