專利名稱:一種旋轉(zhuǎn)直線永磁電動(dòng)的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型主要涉及一種旋轉(zhuǎn)直線永磁電動(dòng)機(jī)，屬于電動(dòng)機(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】。這種永磁電動(dòng)機(jī)能夠同時(shí)或獨(dú)立產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)和直線運(yùn)動(dòng)。這兩種運(yùn)動(dòng)通過三維分布的永磁磁場來實(shí)現(xiàn)。本實(shí)用新型的電動(dòng)機(jī)按磁路結(jié)構(gòu)分，可分為兩種結(jié)構(gòu)，一種為耦合磁路結(jié)構(gòu)。另一種為分磁路結(jié)構(gòu)。電機(jī)具有兩個(gè)獨(dú)立定子，定子分為用于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的定子成為旋轉(zhuǎn)定子和用于直線運(yùn)動(dòng)的定子成為直線定子，一個(gè)中空的動(dòng)子。兩套獨(dú)立的互不干擾的繞組可分別供電。使控制更加方便，容易實(shí)現(xiàn)更加精確的定位。即該電動(dòng)機(jī)可以產(chǎn)生只旋轉(zhuǎn)，只直線、或螺旋運(yùn)動(dòng)。而且與以往提到的旋轉(zhuǎn)直線電機(jī)相比，永磁體數(shù)量少，結(jié)構(gòu)簡單，而且旋轉(zhuǎn)部分的極數(shù)和直線運(yùn)動(dòng)的極數(shù)不必相同。
【專利說明】一種旋轉(zhuǎn)直線永磁電動(dòng)機(jī)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及多自由度運(yùn)動(dòng)的永磁電動(dòng)機(jī)，特別是涉及一種新型的旋轉(zhuǎn)直線永磁電動(dòng)機(jī)，這種永磁電動(dòng)機(jī)能夠同時(shí)或獨(dú)立產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)和直線運(yùn)動(dòng)。

【背景技術(shù)】
[0002]以往提到電機(jī)，大部分為旋轉(zhuǎn)電機(jī)和部分直線電機(jī)。旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，直線電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)。隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，尤其是數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人等諸多領(lǐng)域，對能夠?qū)崿F(xiàn)多維自由度的、可編程的和可控的高速執(zhí)行機(jī)構(gòu)的需求越來越大。
[0003]在大多數(shù)情況下，多自由度運(yùn)動(dòng)是通過機(jī)械性地組合旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)單元和直線運(yùn)動(dòng)單元來實(shí)現(xiàn)的。這種機(jī)械單元系統(tǒng)復(fù)雜、結(jié)構(gòu)龐大。而且混合有電動(dòng)機(jī)和機(jī)械結(jié)構(gòu)的執(zhí)行元件存在一些問題:如摩擦、磨損和變形比較嚴(yán)重。
[0004]旋轉(zhuǎn)直線電動(dòng)機(jī)正是為解決以上問題而產(chǎn)生的。這種電動(dòng)機(jī)可以將利用電機(jī)的空心軸輸出連續(xù)或斷續(xù)的旋轉(zhuǎn)直線運(yùn)動(dòng)?？墒∪C(jī)械裝置，進(jìn)而達(dá)到節(jié)省空間的目的。
[0005]這種旋轉(zhuǎn)直線電動(dòng)機(jī)可應(yīng)用于需要這種兩個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)的領(lǐng)域。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明目的
[0007]為了解決上述問題，本實(shí)用新型提出了一種旋轉(zhuǎn)直線永磁電動(dòng)機(jī)，這種永磁電動(dòng)機(jī)能夠同時(shí)或獨(dú)立產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)和直線運(yùn)動(dòng)，這兩種運(yùn)動(dòng)通過三維分布的永磁磁場來實(shí)現(xiàn)。
[0008]技術(shù)方案
[0009]一種旋轉(zhuǎn)直線永磁電動(dòng)機(jī)，包括定子、動(dòng)子、后端蓋和前端蓋，其特征在于:該電動(dòng)機(jī)具有兩個(gè)定子:旋轉(zhuǎn)定子和直線定子，旋轉(zhuǎn)定子和直線定子通過止口和螺栓安裝在后端蓋和機(jī)殼上；直線定子設(shè)置在旋轉(zhuǎn)定子的徑向內(nèi)部；該電動(dòng)機(jī)具有一個(gè)中空的動(dòng)子，動(dòng)子套設(shè)在直線定子外部；前端蓋上安裝有內(nèi)外兩層滾子軸承，空心軸安插在兩層滾子軸承之間的空隙中，且空心軸為非導(dǎo)磁材料；動(dòng)子內(nèi)設(shè)有環(huán)形永磁體，動(dòng)子通過與其連接的空心軸將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線運(yùn)動(dòng)同時(shí)或分別輸出。
[0010]直線定子具有便于引出繞組弓I線的空心結(jié)構(gòu)。
[0011]電動(dòng)機(jī)的定子與動(dòng)子的長度不同。
[0012]動(dòng)子由單個(gè)或多個(gè)動(dòng)子模塊構(gòu)成；每個(gè)動(dòng)子模塊的磁路分為耦合磁路和分磁路兩種。
[0013]當(dāng)動(dòng)子模塊的磁路為耦合磁路時(shí)，只有一個(gè)環(huán)形永磁體，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線運(yùn)動(dòng)的磁場都稱合在一個(gè)環(huán)形永磁體里邊。
[0014]當(dāng)動(dòng)子模塊的磁路為分磁路時(shí)，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線運(yùn)動(dòng)的磁場是分開的，由兩個(gè)永磁體分別提供。
[0015]稱合磁路結(jié)構(gòu)的動(dòng)子模塊包括一個(gè)環(huán)形永磁體和一對爪極，環(huán)形永磁體的充磁方向?yàn)檩S向充磁，爪極具有均勻分布的軸向通孔，利用非導(dǎo)磁材料的螺釘將動(dòng)子模塊與空心軸固定，兩個(gè)爪極之間夾著環(huán)形永磁體。
[0016]分磁路結(jié)構(gòu)的動(dòng)子模塊包括兩個(gè)爪極和兩個(gè)尺寸不同的環(huán)形永磁體，位于爪極內(nèi)部和空心軸外部的環(huán)形永磁體提供旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)磁場。
[0017]分磁路結(jié)構(gòu)的動(dòng)子模塊包括兩個(gè)以上的非環(huán)形永磁體和一個(gè)環(huán)形永磁體，位于空心軸內(nèi)部的環(huán)形永磁體提供直線運(yùn)動(dòng)磁場。
[0018]每個(gè)動(dòng)子模塊爪極數(shù)量旋轉(zhuǎn)部分的極數(shù)和直線運(yùn)動(dòng)的極數(shù)不必相同。
[0019]優(yōu)點(diǎn)及效果
[0020]本實(shí)用新型采用兩套獨(dú)立的互不干擾的繞組可分別供電。使控制更加方便，容易實(shí)現(xiàn)更加精確的定位。即該電動(dòng)機(jī)可以產(chǎn)生只旋轉(zhuǎn)，只直線、或往返的螺旋運(yùn)動(dòng)。而且永磁體數(shù)量少，結(jié)構(gòu)簡單，而且旋轉(zhuǎn)部分的極數(shù)和直線運(yùn)動(dòng)的極數(shù)不必相同。

【附圖說明】

[0021]圖1本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)圖；
[0022]圖2整個(gè)電機(jī)的截面圖；
[0023]圖3磁極軸向截面圖；
[0024]圖4動(dòng)子模塊的截面圖；
[0025]圖5環(huán)形永磁體與爪極示意圖；圖5 (a)是一個(gè)爪極，圖5 (b)是一個(gè)爪極加環(huán)形永磁體，圖5 (c)是兩個(gè)爪極與環(huán)形永磁體組成的動(dòng)子模塊；
[0026]圖6耦合磁路結(jié)構(gòu)的單個(gè)動(dòng)子模塊示意圖；
[0027]圖7耦合磁路結(jié)構(gòu)的單個(gè)動(dòng)子示意圖；
[0028]圖8耦合磁路結(jié)構(gòu)的多個(gè)動(dòng)子模塊示意圖；
[0029]圖9 一種分磁路結(jié)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖10多個(gè)動(dòng)子模塊組成的一種分磁路結(jié)構(gòu)的動(dòng)子示意圖；
[0031]圖11另一種分磁路結(jié)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖12多個(gè)動(dòng)子模塊組成的另一種分磁路結(jié)構(gòu)的動(dòng)子示意圖。
[0033]附圖標(biāo)記說明:
[0034]1.后端蓋、2.機(jī)殼、3.旋轉(zhuǎn)定子、4.環(huán)形永磁體、5.動(dòng)子、6.空心軸、7.直線定子、8.滾子軸承、9.前端蓋、10.爪極、11.螺釘、12.極靴、13.非環(huán)形永磁體。
[0035]【具體實(shí)施方式】:
[0036]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說明:
[0037]本實(shí)用新型提出了一種旋轉(zhuǎn)直線永磁電動(dòng)機(jī)，包括定子、動(dòng)子、后端蓋I和前端蓋9，其特征在于:該電動(dòng)機(jī)具有兩個(gè)獨(dú)立的定子:用于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)所需的定子旋轉(zhuǎn)定子3和用于直線運(yùn)動(dòng)所需的定子直線定子7，旋轉(zhuǎn)定子3可以提供旋轉(zhuǎn)磁場，直線定子7可以提供直線運(yùn)動(dòng)磁場；旋轉(zhuǎn)定子3和直線定子7通過止口和螺栓安裝在后端蓋I和機(jī)殼2上；直線定子7設(shè)置在旋轉(zhuǎn)定子3的徑向內(nèi)部；該電動(dòng)機(jī)具有一個(gè)中空的動(dòng)子5，動(dòng)子5套設(shè)在直線定子7外部；前端蓋9上安裝有內(nèi)外兩層滾子軸承8，空心軸6安插在兩層滾子軸承8之間的空隙中，且空心軸6為非導(dǎo)磁材料；動(dòng)子5內(nèi)設(shè)有環(huán)形永磁體4，動(dòng)子5通過與其連接的空心軸6將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線運(yùn)動(dòng)同時(shí)或分別輸出。
[0038]本實(shí)用新型采用兩套獨(dú)立的互不干擾的繞組可分別供電。使控制更加方便，容易實(shí)現(xiàn)更加精確的定位。即該電動(dòng)機(jī)可以產(chǎn)生只旋轉(zhuǎn)，只直線、或往返的螺旋運(yùn)動(dòng)。而且永磁體數(shù)量少，結(jié)構(gòu)簡單，而且旋轉(zhuǎn)部分的極數(shù)和直線運(yùn)動(dòng)的極數(shù)可不同。
[0039]由于極靴內(nèi)表面和直線定子均為光滑圓柱體，而且動(dòng)子長度與定子的長度不同，因此在動(dòng)子可運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)，極靴發(fā)出的磁場，在直線方向上的任何一點(diǎn)不會(huì)因?yàn)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而發(fā)生較大變化。因此當(dāng)動(dòng)子旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過對圓筒直線定子繞組賦予交變電流，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)。
[0040]直線定子7具有便于引出繞組引線的空心結(jié)構(gòu)，從中空部分引出提供直線運(yùn)動(dòng)磁場的繞組引線。
[0041]電動(dòng)機(jī)的定子與動(dòng)子的長度不同。
[0042]動(dòng)子5由單個(gè)或多個(gè)動(dòng)子模塊構(gòu)成；每個(gè)動(dòng)子模塊的磁路分為耦合磁路和分磁路兩種。
[0043]當(dāng)動(dòng)子模塊的磁路為耦合磁路時(shí)，則動(dòng)子結(jié)構(gòu)為圖1~5所示的動(dòng)子。即只有一個(gè)環(huán)形永磁體，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線運(yùn)動(dòng)的磁場都耦合在一個(gè)環(huán)形永磁體里邊。
[0044]當(dāng)動(dòng)子模塊的磁路為分磁路時(shí)，則動(dòng)子結(jié)構(gòu)為圖9~12的動(dòng)子。即，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線運(yùn)動(dòng)的磁場是分開的，由兩個(gè)永磁體分別提供。
[0045]稱合磁路結(jié)構(gòu)的動(dòng)子模塊包括一個(gè)環(huán)形永磁體和一對爪極，環(huán)形永磁體的充磁方向?yàn)檩S向充磁，爪極具有均勻分布的軸向通孔，利用非導(dǎo)磁材料的螺釘將動(dòng)子模塊與空心軸固定，兩個(gè)爪極之間夾著環(huán)形永磁體。用于直線運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的磁路由同一個(gè)環(huán)形永磁體提供。
[0046]分磁路結(jié)構(gòu)的動(dòng)子模塊包括兩個(gè)爪極和兩個(gè)尺寸不同的環(huán)形永磁體，位于爪極內(nèi)部和空心軸6外部的環(huán)形永磁體提供旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)磁場。
[0047]分磁路結(jié)構(gòu)的動(dòng)子模塊包括兩個(gè)以上的非環(huán)形永磁體和一個(gè)環(huán)形永磁體，位于空心軸內(nèi)部的環(huán)形永磁體提供直線運(yùn)動(dòng)磁場。
[0048]環(huán)形永磁體的充磁方向?yàn)檩S向充磁。并且具有兩套個(gè)動(dòng)子鐵心。尺寸較小的環(huán)形永磁體與一套動(dòng)子鐵心壓裝在空心軸內(nèi)部；而為了提供直線部分運(yùn)動(dòng)所需要的極距。法蘭盤內(nèi)部具有極靴結(jié)構(gòu)。其余永磁體與另一套動(dòng)子鐵心壓裝在空心軸外部。用于直線運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的磁路由空心軸分開，互不干擾。
[0049]其磁通分為兩個(gè)閉合路徑。其中一路為，由空心軸外部的環(huán)形永磁體發(fā)出，經(jīng)過法蘭盤、爪、氣隙，旋轉(zhuǎn)定子，再通過相同的物體回到空心軸外部的環(huán)形永磁體?；蚴怯啥鄠€(gè)磁極構(gòu)成的徑向磁路。
[0050]另外一路為，由空心軸內(nèi)部的環(huán)形永磁體發(fā)出，經(jīng)過法蘭盤、極靴、氣隙，直線定子，再通過相同的物體回到空心軸內(nèi)部的環(huán)形永磁體。
[0051]每個(gè)動(dòng)子模塊爪極數(shù)量旋轉(zhuǎn)部分的極數(shù)和直線運(yùn)動(dòng)的極數(shù)不必相同。也可以相同，也可以不同。配比靈活多變。
[0052]本實(shí)用新型采用的爪極與普通爪極電機(jī)有所不同。普通爪極電機(jī)需要通過采取非磁性鋼，或非磁性材料做的環(huán)來避免磁分路。而本實(shí)用新型提出的爪極電機(jī)，正是需要將磁路分成兩路，引導(dǎo)一部分用于直線運(yùn)動(dòng)的磁通從內(nèi)部閉合。而為了提供直線部分運(yùn)動(dòng)所需要的極距。法蘭盤內(nèi)部具有極靴結(jié)構(gòu)。
[0053]其磁通分為兩個(gè)閉合路徑。其中一路為，由環(huán)形永磁體發(fā)出，經(jīng)過法蘭盤、爪、氣隙，旋轉(zhuǎn)定子，再通過相同的物體回到環(huán)形永磁體。
[0054]另外一路為，由環(huán)形永磁體發(fā)出，經(jīng)過法蘭盤、極靴、氣隙、直線定子，再通過相同的物體回到同一個(gè)環(huán)形永磁體。
[0055]參見圖1，說明本實(shí)用新型所述的旋轉(zhuǎn)直線電動(dòng)機(jī)的整機(jī)安裝方法。首先，在將兩個(gè)定子的繞組安置在兩個(gè)定子中后。將旋轉(zhuǎn)定子3壓裝在機(jī)殼2中的預(yù)定位置。然后利用后端蓋I將其和直線定子8安裝在一起。再將動(dòng)子放入兩個(gè)定子之間的間隙中，使空心軸6伸出機(jī)殼外。最后安裝前端蓋9。利用安裝在直線定子上的和前端蓋上的滾子軸承將空心軸夾住(見圖1、2、3、4、5、6、7、8)。
[0056]耦合磁路結(jié)構(gòu)的單個(gè)轉(zhuǎn)子模塊的動(dòng)子組裝過程:首先用兩個(gè)爪極夾住環(huán)形永磁體(利用極靴上沿定位)。形成一個(gè)轉(zhuǎn)子模塊，然后用螺釘將單個(gè)轉(zhuǎn)子模塊或多個(gè)轉(zhuǎn)子模塊與空心軸固定在一起形成一個(gè)完整的動(dòng)子(見圖4、5 )。
[0057]—種分磁路結(jié)構(gòu)的單個(gè)轉(zhuǎn)子模塊的動(dòng)子組裝過程:首先將一個(gè)爪極壓入空心軸外部的預(yù)定位置，然后依次壓入環(huán)形永磁體、爪極。然后將環(huán)形極靴壓入空心軸內(nèi)部的預(yù)定位置，然后依次壓入環(huán)形永磁體和另一個(gè)環(huán)形極靴。即完成壓入了一個(gè)動(dòng)子模塊。隨后可根據(jù)電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的不同，可壓入多個(gè)動(dòng)子模塊(見圖9、10)。
[0058]另一種分磁路結(jié)構(gòu)的單個(gè)轉(zhuǎn)子模塊的動(dòng)子組裝過程:首先將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)磁場需要的磁極壓入空心軸外部的預(yù)定位置，然后將環(huán)形極靴壓入空心軸內(nèi)部的預(yù)定位置，依次壓入環(huán)形永磁體和另一個(gè)環(huán)形極靴。即完成壓入了一個(gè)動(dòng)子模塊。隨后可根據(jù)電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的不同，可壓入多個(gè)動(dòng)子模塊(見圖11、12)。
【權(quán)利要求】
1.一種旋轉(zhuǎn)直線永磁電動(dòng)機(jī)，包括定子、動(dòng)子、后端蓋(I)和前端蓋(9)，其特征在于:該電動(dòng)機(jī)具有兩個(gè)定子:旋轉(zhuǎn)定子(3)和直線定子(7)，旋轉(zhuǎn)定子(3)和直線定子(7)通過止口和螺栓安裝在后端蓋(I)和機(jī)殼(2)上；直線定子(7)設(shè)置在旋轉(zhuǎn)定子(3)的徑向內(nèi)部；該電動(dòng)機(jī)具有一個(gè)中空的動(dòng)子(5)，動(dòng)子(5)套設(shè)在直線定子(7)外部；前端蓋(9)上安裝有內(nèi)外兩層滾子軸承(8)，空心軸(6)安插在兩層滾子軸承(8)之間的空隙中，且空心軸(6)為非導(dǎo)磁材料；動(dòng)子(5)內(nèi)設(shè)有環(huán)形永磁體(4)，動(dòng)子(5)通過與其連接的空心軸(6)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線運(yùn)動(dòng)同時(shí)或分別輸出。2.權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)直線永磁電動(dòng)機(jī)，其特征在于:直線定子(7)具有便于引出繞組引線的空心結(jié)構(gòu)。3.權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)直線永磁電動(dòng)機(jī)，其特征在于:電動(dòng)機(jī)的定子與動(dòng)子的長度不同。4.權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)直線永磁電動(dòng)機(jī)，其特征在于:動(dòng)子(5)由單個(gè)或多個(gè)動(dòng)子模塊構(gòu)成；每個(gè)動(dòng)子模塊的磁路分為耦合磁路和分磁路兩種。5.權(quán)利要求4所述的旋轉(zhuǎn)直線永磁電動(dòng)機(jī)，其特征在于:當(dāng)動(dòng)子模塊的磁路為耦合磁路時(shí)，只有一個(gè)環(huán)形永磁體，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線運(yùn)動(dòng)的磁場都耦合在一個(gè)環(huán)形永磁體里邊。6.權(quán)利要求4所述的旋轉(zhuǎn)直線永磁電動(dòng)機(jī)，其特征在于:當(dāng)動(dòng)子模塊的磁路為分磁路時(shí)，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線運(yùn)動(dòng)的磁場是分開的，由兩個(gè)永磁體分別提供。7.權(quán)利要求4所述的旋轉(zhuǎn)直線永磁電動(dòng)機(jī)，其特征在于:耦合磁路結(jié)構(gòu)的動(dòng)子模塊包括一個(gè)環(huán)形永磁體和一對爪極，環(huán)形永磁體的充磁方向?yàn)檩S向充磁，爪極具有均勻分布的軸向通孔，利用非導(dǎo)磁材料的螺釘將動(dòng)子模塊與空心軸固定，兩個(gè)爪極之間夾著環(huán)形永磁體。8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的旋轉(zhuǎn)直線永磁電動(dòng)機(jī)，其特征在于:分磁路結(jié)構(gòu)的動(dòng)子模塊包括兩個(gè)爪極和兩個(gè)尺寸不同的環(huán)形永磁體，位于爪極內(nèi)部和空心軸(6)外部的環(huán)形永磁體提供旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)磁場。9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的旋轉(zhuǎn)直線永磁電動(dòng)機(jī)，其特征在于:分磁路結(jié)構(gòu)的動(dòng)子模塊包括兩個(gè)以上的非環(huán)形永磁體和一個(gè)環(huán)形永磁體，位于空心軸內(nèi)部的環(huán)形永磁體提供直線運(yùn)動(dòng)磁場。10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的旋轉(zhuǎn)直線永磁電動(dòng)機(jī)，其特征在于:每個(gè)動(dòng)子模塊爪極數(shù)量旋轉(zhuǎn)部分的極數(shù)和直線運(yùn)動(dòng)的極數(shù)不必相同。
【文檔編號(hào)】H02K16-00GK204271858SQ201420762294
【發(fā)明者】孫寧, 陳麗香 [申請人]沈陽工業(yè)大學(xué)