一种相组集中绕线聚磁式旋转直线电机制造技术

本实用新型专利技术提供了一种相组集中绕线聚磁式旋转直线电机，从内到外依次包括同轴心设置的内定子、电机动子、外定子和电机外壳，所述电机动子为空心圆柱体，所述电机动子的一端连接电机的输出轴，所述电机动子与所述电机输出轴同轴心；所述内定子位于电机动子的空心处，上有内定子线圈绕组，用于驱动所述电机的旋转运动；所述外定子位于电机动子外，上有外定子线圈绕组，用于驱动所述电机的直线运动；具有永磁体用量少、结构简单、气隙磁密高、直线运动与旋转运动相互影响小的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种相组集中绕线聚磁式旋转直线电机
本技术属于电机设计制造领域，具体涉及一种相组集中绕线聚磁式旋转直线电机。
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。在目前的控制领域中，随着控制要求的提高和运动形式的多样化，对多自由度电机的电机需求也在日益增加。为了解决这些问题，越来越多的国内外学者开始了对多自由度电机的研究，提出了各种多自由度电机拓扑结构。与多台单自由度电机组合机构相比，多自由度电机系统具有结构紧凑、材料利用率高、总重量轻、控制方式灵活、伺服精度高、动态响应快、推力密度大、转矩密度高和可实现多自由度运动等优点。旋转-直线电机可以输出旋转、直线和螺旋运动。通过旋转-直线电机可以代替两台传统的电机及相应的机械传动装置，可以减少系统的部件，提升效率、可靠性和动态性能，并且降低了制造和维护费用。但是目前大部分旋转-直线电机追求高性能的同时不可避免的造成了复杂结构和控制方法的复杂，因此现在的旋转-直线电机结构和性能有待优化。
技术实现思路
本技术为了解决上述问题，提出了一种相组集中绕线聚磁式旋转直线电机，本技术结构简单，能够降低永磁体使用量，降低转矩脉动，提升功率密度，提高电机的工作性能，简化加工工艺，提高电机的可靠性。根据一些实施例，本技术采用如下技术方案：一种相组集中绕线聚磁式旋转直线电机，从内到外依次包括同轴心设置的内定子、电机动子、外定子和电机外壳，所述电机动子为空心圆柱体，所述电机动子的一端连接电机的输出轴，所述电机动子与所述电机输出轴同轴心；所述内定子位于电机动子的空心处，上有内定子线圈绕组，用于驱动所述电机的旋转运动；所述外定子位于电机动子外，上有外定子线圈绕组，用于驱动所述电机的直线运动。作为可选择的实施方式，所述电机动子包括至少三层，内层为圆周方向的聚磁式结构，与内定子相互作用做圆周运动；所述电机动子的中层为导磁材料，电机动子的外层为轴向聚磁式结构，与外定子相互作用做轴向直线运动。作为进一步的限定，所述电机动子内层，在圆周方向上永磁体和导磁材料交替排列，其形状为条形结构，永磁体充磁方向为圆周方向，且相邻两块永磁体充磁方向相反，进而实现磁通聚合效果。作为进一步的限定，所述电机动子外层，轴向上永磁体和导磁材料交替排列，永磁体形状为圆环形，永磁体充磁方向为直线运动方向，且相邻两块永磁体充磁方向相反，进而实现磁通聚合效果。作为进一步的限定，所述电机内定子圆周方向设置有多个齿，内定子齿采用组合设计，称之为一个相组；在相组内，内定子的槽宽和齿宽相同，均为90电角度；不同相组之间的槽宽为150电角度。作为进一步的限定，所述电机内定子圆周方向排列的绕组采用集中绕组设计，且相邻的两套绕组线圈极性相反。作为进一步的限定，所述电机内定子圆周方向排列的绕组呈三相对称分布。作为进一步的限定，所述外定子为圆筒形结构，外定子分为内外两层结构，外层齿槽轴向排列，采用组合设计，称之为一个相组；在相组内，外定子的槽宽和齿宽相等，均为90度电角度；不同相组之间的槽宽为150电角度；所述外定子内层齿槽圆周方向排列，采用组合设计，称之为一个相组；在相组内，内定子的槽宽和齿宽相同，均为90电角度；不同相组之间的槽宽为150电角度。作为进一步的限定，所述外定子上绕组采用圆筒型直线电机的圆饼形结构，放置在外定子轴向排列的槽内；外定子圆周方向排列的槽内无绕组。作为进一步的限定，所述外定子的外层绕组与电机动子相互作用用来控制所述电机的直线运动；所述内定子与动子相互配合控制所述电机的旋转运动。作为进一步的限定，所述电机外定子的内层圆周方向排列的齿与内定子圆周方向排列的齿错开一个齿的位置，目的是抑制所述电机旋转方向的转矩脉动。作为进一步的限定，所述电机的极槽配合为相组集中绕线方式：每个定子上每一相内的齿数为n1，每个定子上每相的组数为n2，则各定子的定子齿的数量为Q＝3n1n2；对应的动子单元上永磁体的数目为P＝3n1n2+n2。与现有技术相比，本技术的有益效果为：1)本技术电机结构相对简单，不需要复杂的制造工艺，并且直线运动与旋转运动相对独立；2)本技术电机采用聚磁式永磁体动子结构，具有磁通聚合效果，达到相同的电磁性能所需的永磁体较少，降低了旋转-直线电机的生产成本；3)本技术电机采用相组集中绕线方式，定子上每相绕组模块化设计，大大提高了电机的容错能力，采用集中绕组提高了绕组系数、降低了端部绕线，减小了铜耗，从而提高了电机效率；4)本技术的电机旋转运动上，外定子有圆周方向的辅助齿，与内定子错开一个齿距，可以降低所述电机旋转运动的转矩脉动。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为所提出电机的结构侧视图；图2为所提出电机的结构外定子侧视图；图3为所提出电机的正视图；图4为所提出电机的侧视图；图5为多提出电机相组集中绕线聚磁式结构展开示意图；图6为所提出电机相组集中绕线聚磁式结构磁通流向图；图中：1为内定子，2为内定子上绕组，3为动子内层，4为动子中层，5为动子外层，6为外定子，7为外定子辅助齿，8为外定子上绕组，9为动子内层永磁体，10为动子外层永磁体。永磁体上箭头方向表示其磁化方向，绕组上●代表电流垂直纸面流入，×代表电流垂直纸面流出。具体实施方式：下面结合附图与实施例对本技术作进一步说明。应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。在本技术中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本技术各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本技术中任一部件或元件，不能理解为对本技术的限制。本技术中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本技术中的具体含义，不能理解为对本技术的限制。如图1所示，一种相组集中绕线聚磁式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种相组集中绕线聚磁式旋转直线电机，其特征是：从内到外依次包括同轴心设置的内定子、电机动子、外定子和电机外壳，所述电机动子为空心圆柱体，所述电机动子的一端连接电机的输出轴，所述电机动子与所述电机输出轴同轴心；/n所述内定子位于电机动子的空心处，上有内定子线圈绕组，用于驱动所述电机的旋转运动；所述外定子位于电机动子外，上有外定子线圈绕组，用于驱动所述电机的直线运动。/n

【技术特征摘要】
20200115 CN 20202009153891.一种相组集中绕线聚磁式旋转直线电机，其特征是：从内到外依次包括同轴心设置的内定子、电机动子、外定子和电机外壳，所述电机动子为空心圆柱体，所述电机动子的一端连接电机的输出轴，所述电机动子与所述电机输出轴同轴心；
所述内定子位于电机动子的空心处，上有内定子线圈绕组，用于驱动所述电机的旋转运动；所述外定子位于电机动子外，上有外定子线圈绕组，用于驱动所述电机的直线运动。


2.如权利要求1所述的一种相组集中绕线聚磁式旋转直线电机，其特征是：所述电机动子包括至少三层，内层为圆周方向的聚磁式结构，与内定子相互作用做圆周运动；所述电机动子的中层为导磁材料，电机动子的外层为轴向聚磁式结构，与外定子相互作用做轴向直线运动。


3.如权利要求1所述的一种相组集中绕线聚磁式旋转直线电机，其特征是：所所述电机动子内层，在圆周方向上永磁体和导磁材料交替排列，其形状为条形结构，永磁体充磁方向为圆周方向，且相邻两块永磁体充磁方向相反。


4.如权利要求1所述的一种相组集中绕线聚磁式旋转直线电机，其特征是：所所述电机动子外层，轴向上永磁体和导磁材料交替排列，永磁体形状为圆环形，永磁体充磁方向为直线运动方向，且相邻两块永磁体充磁方向相反。


5.如权利要求1所述的一种相组集中绕线聚磁式旋转直线电机，其特征是：所所述电机内定子圆周方向设置有多个齿，内定子齿采用组合设计，称之为一个相组；在相组内，内定子的槽宽和齿宽相同...

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