CN116073615A - 基于轴向磁通的可旋转和直线运动的电机及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明电机技术领域，提供了基于轴向磁通的可旋转和直线运动的电机及其工作方法，包括轴向磁通定子铁芯、轴向磁通绕组、轴向磁通永磁体、动转子、直线运动定子、直线运动永磁体；动转子包括一个圆筒形部件、以及两个突出圆环和一个突出圆盘，且两个突出圆环之间形成一个卡槽；突出圆盘上固定有轴向磁通永磁体；轴向磁通定子铁芯轭部的内侧伸入卡槽；轴向磁通定子铁芯齿上缠绕轴向磁通绕组，轴向磁通绕组和轴向磁通永磁体构成极槽配合；圆筒形部件的内表面等间距粘贴有若干个直线运动永磁体，直线运动定子和直线运动永磁体构成合适的极槽配合。可消除直线电机直线行波磁场和旋转磁场耦合，降低推力波动，还可使其应用于需要高速旋转运动的场合。

Description

基于轴向磁通的可旋转和直线运动的电机及其工作方法
技术领域
本发明涉及电机技术领域，特别涉及基于轴向磁通的可旋转和直线运动的电机及其工作方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
随着装备制造业的快速发展，工业领域对多自由度驱动***的需求越来越多，特别是在高端装备制造领域，旋转直线电机的应用前景愈发广泛，例如芯片制造、机器关节驱动等。
传统的旋转直线驱动是使用多台电机加齿轮传动结合，但是这种***结构复杂，误差大，精度低，无法满足高端装备制造领域对于高精度、高动态响应的需求，而旋转直线电机可以有效解决上述问题。
但是，当前旋转直线电机存在以下几方面问题：组合式旋转直线电机虽然直线行波磁场和旋转磁场耦合性降低，但推力波动大；磁耦合式旋转直线电机直线行波磁场和旋转磁场耦合，解耦控制复杂。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提供了基于轴向磁通的可旋转和直线运动的电机及其工作方法，可以消除直线电机直线行波磁场和旋转磁场耦合，同时降低推力波动，轴向磁通结构的使用还可以使其应用于需要高速旋转运动的场合。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明第一方面提供了基于轴向磁通的可旋转和直线运动的电机。
基于轴向磁通的可旋转和直线运动的电机，包括轴向磁通定子铁芯、轴向磁通绕组、轴向磁通永磁体、动转子、直线运动定子、直线运动永磁体；
所述动转子包括一个圆筒形部件、以及圆筒形部件外表面设置的两个突出圆环和一个突出圆盘，且两个突出圆环之间形成一个卡槽；所述突出圆盘靠近突出圆环的面上固定有若干个轴向磁通永磁体；
所述轴向磁通定子铁芯轭部的内侧伸入两个突出圆环之间的卡槽，并活动连接；所述轴向磁通定子铁芯齿上缠绕所述轴向磁通绕组，所述轴向磁通绕组和轴向磁通永磁体构成极槽配合；
所述圆筒形部件的内表面等间距粘贴有若干个直线运动永磁体，直线运动永磁体内部设置有直线运动定子，所述直线运动定子和直线运动永磁体构成合适的极槽配合。
进一步地，所述直线运动永磁体径向充磁，且相邻两个直线运动永磁体的充磁方向相反。
进一步地，所述直线运动定子由圆盘形直线运动定子铁芯和直线运动定子铁芯中间夹着的圆盘形直线运动定子绕组组成。
进一步地，所述轴向磁通永磁体轴向充磁，且相邻两个轴向磁通永磁体的充磁方向相反。
进一步地，所述轴向磁通永磁体的个数为偶数。
进一步地，还包括带槽外壳；
所述带槽外壳内侧开轴向槽，且轴向槽沿圆周均匀分布。
进一步地，所述轴向磁通定子铁芯轭部和轴向磁通定子铁芯齿部的外侧均有向外突出，且轴向磁通定子铁芯轭部和轴向磁通定子铁芯齿部的向外突出均与所述轴向槽契合。
进一步地，轴向磁通定子铁芯齿部的向外突出和轴向磁通定子铁芯轭部的向外突出在轴向投影重叠。
进一步地，两个突出圆环的直径一致，且突出圆盘的直径大于突出圆环的直径。
本发明第二方面提供了如第一方面所述基于轴向磁通的可旋转和直线运动的电机的工作方法，包括如下步骤：
所述圆盘形直线运动定子施加适当的激励后，带动轴向磁通定子铁芯、轴向磁通绕组、轴向磁通永磁体、动转子和直线运动永磁体同步直线运动；
所述轴向磁通绕组施加适当的激励后，带动轴向磁通永磁体、动转子和直线运动永磁体同步旋转运动。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明所述的基于轴向磁通的可旋转和直线运动的电机，直线行波磁场和旋转磁场耦合度小，降低推力波动，便于电机的解耦控制，轴向磁通结构的使用还可以使其应用于需要高速旋转运动的场合。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例1的基于轴向磁通的可旋转和直线运动的电机的半剖视图；
图2为本发明实施例1的基于轴向磁通的可旋转和直线运动的电机的沿轴向磁通定子轭部剖视图的四分之一视图；
图3为本发明实施例1的动转子的全视图；
图4为本发明实施例1的轴向磁通定子的全视图。
其中，1、轴向磁通定子铁芯，2、轴向磁通绕组，3、轴向磁通永磁体，4、动转子，5、直线运动定子，6、直线运动永磁体，7、带槽外壳，11、轴向磁通定子铁芯齿部的向外突出，12、轴向磁通定子铁芯轭部的向外突出，13、轴向磁通定子轭部，41、突出圆环，42、突出圆盘，51、直线运动定子绕组，52、直线运动定子铁芯，71、轴向槽。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
在本发明中，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发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。
在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
如图1和图2所示，本发明实施例1提供了基于轴向磁通的可旋转和直线运动的电机，包括：轴向磁通定子铁芯1、轴向磁通绕组2、轴向磁通永磁体3、动转子4、直线运动定子5、直线运动永磁体6和带槽外壳7。
如图3所示，动转子4包括一个圆筒形部件、以及圆筒形部件外表面设置的两个突出圆环41和一个突出圆盘42，且两个突出圆环41的直径一致，突出圆盘42的直径大于突出圆环41的直径，突出圆盘42可作为轴向磁通的转子，面向突出圆环41的突出圆盘42的侧面上周向均匀粘贴/固定有若干个产生轴向励磁磁场的轴向磁通永磁体3。
其中，轴向磁通永磁体3为普通的永磁体，在本实施例中用于产生轴向励磁磁场，因此称为轴向磁通永磁体。
动转子4的圆筒形部件外表面的两个突出圆环41之间形成一个卡槽，卡槽宽度略大于轴向磁通定子铁芯1轭部13的厚度。
轴向磁通定子铁芯1轭部13的内侧伸入两个突出圆环41之间的卡槽，轴向磁通定子铁芯1轭部13和动转子4圆筒形部件外边面的两个突出圆环41活动连接，在动转子4直线运动时轴向磁通定子铁芯1和动转子4进行同步运动，在动转子4旋转运动时轴向磁通定子铁芯1静止，可以保证轴向磁通气隙不变，便于控制。
直线运动永磁体6为圆环形，等间距粘贴在动转子4的圆筒形部件的内侧表面，径向充磁，相邻两个直线运动永磁体6的充磁方向相反，即，圆筒形部件的内表面等间距粘贴有若干个径向充磁的直线运动永磁体6。
直线运动永磁体6内部设置有直线运动定子5，直线运动定子5由圆盘形直线运动定子铁芯52和直线运动定子铁芯52中间夹着的圆盘形直线运动定子绕组51组成，直线运动定子5和直线运动永磁体6构成合适的极槽配合，圆盘形直线运动定子5中的圆盘形直线运动定子绕组51施加适当的激励后产生直线行波磁场，和直线运动永磁体产生的励磁磁场相互作用，可以带动轴向磁通定子铁芯1、轴向磁通绕组2、轴向磁通永磁体3、动转子4和直线运动永磁体6同步直线运动。
带槽外壳7内侧开轴向槽71，且轴向槽71沿圆周均匀分布，槽数等于轴向磁通定子铁芯1的齿数。
如图4所示，轴向磁通定子铁芯轭部13和轴向磁通定子铁芯齿部的外侧均有向外突出，轴向磁通定子铁芯齿部的向外突出11和轴向磁通定子铁芯轭部的向外突出12在轴向投影重叠，轴向磁通定子铁芯轭部13和轴向磁通定子铁芯齿部的向外突出均与轴向槽71契合。
轴向磁通定子铁芯1和带槽外壳7滑动连接，在动转子4直线运动时轴向磁通定子铁芯1可以相对带槽外壳7轴向直线滑动，在动转子4旋转运动时轴向磁通定子和带槽外壳7都静止。
轴向磁通永磁体3轴向充磁，相邻两个轴向磁通永磁体3的充磁方向相反，轴向磁通永磁体3的个数为偶数。
轴向磁通定子铁芯1齿上缠绕轴向磁通绕组2，和轴向磁通永磁体3构成合适的极槽配合，轴向磁通绕组2施加适当的激励后，产生旋转磁场，和轴向磁通永磁体产生的轴向励磁磁场相互作用，可以带动轴向磁通永磁体3、动转子4和直线运动永磁体6同步旋转运动。
本实施例提供的基于轴向磁通的可旋转和直线运动的电机，直线行波磁场和旋转磁场耦合度小，降低推力波动，便于电机的解耦控制，轴向磁通结构(轴向磁通定子铁芯、轴向磁通绕组和轴向磁通永磁体)的使用还可以使其应用于需要高速旋转运动的场合，满足轴向距离变化的高速电机应用场合。
实施例2
本发明实施例2提供了如实施例1中的基于轴向磁通的可旋转和直线运动的电机的工作方法，包括如下步骤：
圆盘形直线运动定子施加适当的激励后，带动轴向磁通定子铁芯、轴向磁通绕组、轴向磁通永磁体、动转子和直线运动永磁体同步直线运动；
轴向磁通绕组施加适当的激励后，带动轴向磁通永磁体、动转子和直线运动永磁体同步旋转运动。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于轴向磁通的可旋转和直线运动的电机，其特征在于：包括轴向磁通定子铁芯、轴向磁通绕组、轴向磁通永磁体、动转子、直线运动定子、直线运动永磁体；
所述动转子包括一个圆筒形部件、以及圆筒形部件外表面设置的两个突出圆环和一个突出圆盘，且两个突出圆环之间形成一个卡槽；所述突出圆盘靠近突出圆环的面上固定有若干个轴向磁通永磁体；
所述轴向磁通定子铁芯轭部的内侧伸入两个突出圆环之间的卡槽，并活动连接；所述轴向磁通定子铁芯齿上缠绕所述轴向磁通绕组，所述轴向磁通绕组和轴向磁通永磁体构成极槽配合；
所述圆筒形部件的内表面等间距粘贴有若干个直线运动永磁体，直线运动永磁体内部设置有直线运动定子，所述直线运动定子和直线运动永磁体构成合适的极槽配合。
2.如权利要求1所述的基于轴向磁通的可旋转和直线运动的电机，其特征在于：所述直线运动永磁体径向充磁，且相邻两个直线运动永磁体的充磁方向相反。
3.如权利要求1所述的基于轴向磁通的可旋转和直线运动的电机，其特征在于：所述直线运动定子由圆盘形直线运动定子铁芯和直线运动定子铁芯中间夹着的圆盘形直线运动定子绕组组成。
4.如权利要求1所述的基于轴向磁通的可旋转和直线运动的电机，其特征在于：所述轴向磁通永磁体轴向充磁，且相邻两个轴向磁通永磁体的充磁方向相反。
5.如权利要求1所述的基于轴向磁通的可旋转和直线运动的电机，其特征在于：所述轴向磁通永磁体的个数为偶数。
6.如权利要求1所述的基于轴向磁通的可旋转和直线运动的电机，其特征在于：还包括带槽外壳；
所述带槽外壳内侧开轴向槽，且轴向槽沿圆周均匀分布。
7.如权利要求6所述的基于轴向磁通的可旋转和直线运动的电机，其特征在于：所述轴向磁通定子铁芯轭部和轴向磁通定子铁芯齿部的外侧均有向外突出，且轴向磁通定子铁芯轭部和轴向磁通定子铁芯齿部的向外突出均与所述轴向槽契合。
8.如权利要求7所述的基于轴向磁通的可旋转和直线运动的电机，其特征在于：轴向磁通定子铁芯齿部的向外突出和轴向磁通定子铁芯轭部的向外突出在轴向投影重叠。
9.如权利要求1所述的基于轴向磁通的可旋转和直线运动的电机，其特征在于：两个突出圆环的直径一致，且突出圆盘的直径大于突出圆环的直径。
10.如权利要求1-9任一项所述的基于轴向磁通的可旋转和直线运动的电机的工作方法，其特征在于：包括如下步骤：
所述圆盘形直线运动定子施加适当的激励后，带动轴向磁通定子铁芯、轴向磁通绕组、轴向磁通永磁体、动转子和直线运动永磁体同步直线运动；
所述轴向磁通绕组施加适当的激励后，带动轴向磁通永磁体、动转子和直线运动永磁体同步旋转运动。
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