一種兩自由度電機的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于電氣技術領域，特別涉及一種能驅動負載做旋轉、直線或螺旋運動的兩自由度電機。
【背景技術】
[0002]在實際生產加工過程中，使用的螺旋鉆床、螺旋壓縮機、塑料擠出機及螺旋泵等裝置的驅動電機，都需要驅動軸做兩自由度運動。傳統技術通過多個電機以及機械傳動裝置來實現驅動軸進行兩自由度運動，傳統技術中的解決方案不僅控制方式復雜，而且還需要很多價值昂貴、體積龐大的機械傳動裝置。此外，由于傳動組件及軸承均承受較大的軸向力，導致這些組件的機械磨損相當大，設備損耗嚴重。公開號為CN101789646的發明專利《一種多自由度直線弧形電機》公開了一種多自由度直線弧形電機，由旋轉運動直線弧形電機、直線運動直線弧形電機、運動軸等構成。旋轉運動直線弧形電機和直線運動直線弧形電機的橋弓形定子合二為一，并共用一個圓柱形動子，可直接驅動負載做直線、旋轉、螺旋運動。考慮到動子為實心動子結構，該結構效率較低，單位電流轉矩不高。
【發明內容】
[0003]本實用新型的目的在于克服上述現有技術中的缺陷提供一種能夠驅動負載做旋轉、直線或螺旋運動并具有較高出力、性能較好、易于控制、便于加工裝配等優點的兩自由度電機。
[0004]本實用新型的技術方案是這樣實現的:一種兩自由度電機，包括圓管狀的機殼及轉軸，所述機殼的內壁上對稱設置有旋轉運動弧形定子和直線運動弧形定子，所述旋轉運動弧形定子和直線運動弧形定子所包圍的空間內設置有感應-永磁電機動子；所述旋轉運動弧形定子包括旋轉運動弧形定子鐵心和旋轉運動弧形定子繞組，所述直線運動弧形定子包括直線運動弧形定子鐵心和直線運動弧形定子繞組。
[0005]所述感應-永磁電機動子包括套裝在轉軸外側的多個感應鐵心及多個永磁鐵心，所述感應鐵心與所述永磁鐵心交替排列在所述轉軸外側，兩者通過導體條相連接。
[0006]所述的永磁鐵心由沿軸向開槽的圓形硅鋼片沿軸向疊壓而成，并沿其軸向方向開設有周向分布的V型槽，所述V型槽內嵌入永磁體。
[0007]所述的感應鐵心由沿軸向開槽的矩形硅鋼片沿圓周方向疊壓而成，所述感應鐵心的半徑小于所述永磁鐵心的半徑，所述感應鐵心置于兩個永磁鐵心中間并與永磁鐵心同軸，所述感應鐵心與兩個相鄰永磁鐵心相配合形成垂直于轉軸周向開槽，所述周向開設的槽內嵌入鋁環。
[0008]本實用新型的技術方案產生的積極效果如下:本發明采用感應-永磁電機動子結構做旋轉運動、直線運動以及螺旋運動，具有輸出轉矩高、起動性能好、效率高、運行可靠等優點。
[0009]本實用新型的感應-永磁電機動子由多個感應鐵心和多個永磁鐵心交替排列構成，形成了旋轉運動單元和直線運動單元的交替排列，其中，旋轉運動單元由“V”形永磁體和永磁鐵心構成，與旋轉運動弧形定子相配合產生旋轉運動磁場；其中直線運動單元由感應鐵心和鋁環構成，與直線運動弧形定子相配合產生直線運動磁場；直線運動磁場與旋轉運動磁場單獨作用或共同作用，可直接驅動感應-永磁電機動子做旋轉、直線或螺旋運動。
【附圖說明】
[0010]圖1為本實用新型兩自由度電機的立體結構示意圖。
[0011]圖2為本實用新型兩自由度電機的定子結構示意圖。
[0012]圖3為本實用新型兩自由度電機的感應-永磁電機動子結構示意圖。
[0013]圖4為圖3的四分之三剖視結構示意圖。
[0014]圖5為圖3的A-A’向剖視圖。
[0015]圖6為本實用新型兩自由度電機中鋁環的分布示意圖。
[0016]圖7為本實用新型兩自由度電機動子鋁環與感應鐵心配合示意圖
[0017]圖8為本實用新型兩自由度電機動子嵌有永磁體的永磁鐵心示意圖。
【具體實施方式】
[0018]一種兩自由度電機，包括圓管狀的機殼I及轉軸5，所述機殼I的內壁上設置有上下對稱的旋轉運動弧形定子2和直線運動弧形定子3，所述旋轉運動弧形定子2和直線運動弧形定子3所包圍的空間內設置有感應-永磁電機動子4 ;所述旋轉運動弧形定子2包括旋轉運動弧形定子鐵心6和旋轉運動弧形定子繞組7，所述直線運動弧形定子3包括直線運動弧形定子鐵心8和直線運動弧形定子繞組9。
[0019]所述感應-永磁電機動子4包括套裝在轉軸5外側的多個感應鐵心10及多個永磁鐵心13，所述感應鐵心10與所述永磁鐵心13交替排列在所述轉軸外側，兩者通過導體條12相連接。所述的永磁鐵心13由沿軸向開槽的圓形硅鋼片沿軸向疊壓而成，并沿其軸向方向開設有四個周向分布的V型槽，所述永磁體14嵌入所述V型槽內。所述的感應鐵心10由沿軸向開槽的矩形硅鋼片沿圓周方向疊壓而成，所述感應鐵心的半徑小于所述永磁鐵心13的半徑，所述感應鐵心10置于兩個永磁鐵心13中間并與永磁鐵心13同軸，所述感應鐵心10與兩個相鄰永磁鐵心13相配合形成垂直于轉軸5周向開槽，所述鋁環11嵌入所述周向開設的槽內。
[0020]內置永磁體14的永磁鐵心13作為旋轉運動單元，表面置有銷環11的感應鐵心10作為直線運動單元，旋轉運動單元和直線運動單元共同作為兩自由度運動基本單元，所述感應-永磁電機動子4由若干個兩自由度運動基本單元軸向聯接而成。
[0021]本實用新型通電后，旋轉運動弧形定子鐵心6和旋轉運動弧形定子繞組7會形成旋轉磁場，同時在永磁體14中產生另一個旋轉磁場，兩組旋轉磁場相互作用，產生電磁轉矩，推動轉子做旋轉運動；由直線運動弧形定子鐵心8和直線運動弧形定子繞組9產生做直線運動的行波磁場，在鋁環11產生感應電動勢并形成電流，該電流與直線運動弧形定子產生的行波磁場相互作用，使鋁環11受到軸向方向的電磁力，進而產生電磁轉矩，推動動子做軸向運動。本發明采用兩組定子繞組，當只有旋轉運動弧形定子繞組7通電時，可以驅動負載做旋轉運動；當只有直線運動弧形定子繞組9通電時，可以驅動負載做軸向直線運動；當兩者同時通電時，產生于旋轉運動單元的旋轉力與產生于直線運動單元的軸向力共同作用，實現電機動子的螺旋運動。
[0022]由于本實用新型采用永磁與感應復合動子結構做旋轉運動、直線運動以及螺旋運動，具有輸出轉矩高、起動性能好、效率高、運行可靠等優點。
【主權項】
1.一種兩自由度電機，包括圓管狀的機殼(I)及轉軸(5)，其特征在于:所述機殼(I)的內壁上對稱設置有旋轉運動弧形定子(2)和直線運動弧形定子(3)，所述旋轉運動弧形定子(2)和直線運動弧形定子(3)所包圍的空間內設置有感應-永磁電機動子(4);所述旋轉運動弧形定子(2)包括旋轉運動弧形定子鐵心(6)和旋轉運動弧形定子繞組(7)，所述直線運動弧形定子(3)包括直線運動弧形定子鐵心(8)和直線運動弧形定子繞組(9)。
2.根據權利要求1所述的一種兩自由度電機，其特征在于:所述感應-永磁電機動子(4)包括套裝在轉軸(5)外側的多個感應鐵心(10)及多個永磁鐵心(13)，所述感應鐵心(10)與所述永磁鐵心(13)交替排列在所述轉軸外側，兩者通過導體條(12)相連接。
3.根據權利要求2所述的一種兩自由度電機，其特征在于:所述的永磁鐵心(13)由沿軸向開槽的圓形硅鋼片沿軸向疊壓而成，并沿其軸向方向開設有周向分布的V型槽，所述V型槽內嵌入永磁體(14)。
4.根據權利要求2所述的一種兩自由度電機，其特征在于:所述的感應鐵心(10)由沿軸向開槽的矩形硅鋼片沿圓周方向疊壓而成，所述感應鐵心的半徑小于所述永磁鐵心(13)的半徑，所述感應鐵心(10)置于兩個永磁鐵心(13)中間并與永磁鐵心(13)同軸，所述感應鐵心(10)與兩個相鄰永磁鐵心(13)相配合形成垂直于轉軸(5)周向開槽，所述周向開設的槽內嵌入鋁環(11)。
【專利摘要】本實用新型屬于電氣技術領域，特別涉及一種能驅動負載做旋轉、直線或螺旋運動的兩自由度電機，包括圓管狀的機殼（1）及轉軸（5），所述機殼（1）的內壁上對稱設置有旋轉運動弧形定子（2）和直線運動弧形定子（3），所述旋轉運動弧形定子（2）和直線運動弧形定子（3）所包圍的空間內設置有感應-永磁電機動子（4）；所述旋轉運動弧形定子（2）包括旋轉運動弧形定子鐵心（6）和旋轉運動弧形定子繞組（7），所述直線運動弧形定子（3）包括直線運動弧形定子鐵心（8）和直線運動弧形定子繞組（9）。本實用新型提供了一種能夠驅動負載做旋轉、直線或螺旋運動并具有較高出力、性能較好、易于控制、便于加工裝配等優點的兩自由度電機。
【IPC分類】H02K16-04
【公開號】CN204597741
【申請號】CN201520143125
【發明人】謝璐佳, 張露鋒, 耿世瑜, 艾立旺, 韓俊波, 司紀凱, 封海潮, 許孝卓, 朱藝鋒, 張新良
【申請人】河南理工大學
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年3月13日