CN204271858U - 一种旋转直线永磁电动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型主要涉及一种旋转直线永磁电动机，属于电动机技术领域。这种永磁电动机能够同时或独立产生旋转和直线运动。这两种运动通过三维分布的永磁磁场来实现。本实用新型的电动机按磁路结构分，可分为两种结构，一种为耦合磁路结构。另一种为分磁路结构。电机具有两个独立定子，定子分为用于旋转运动的定子成为旋转定子和用于直线运动的定子成为直线定子，一个中空的动子。两套独立的互不干扰的绕组可分别供电。使控制更加方便，容易实现更加精确的定位。即该电动机可以产生只旋转，只直线、或螺旋运动。而且与以往提到的旋转直线电机相比，永磁体数量少，结构简单，而且旋转部分的极数和直线运动的极数不必相同。

Description

一种旋转直线永磁电动机

技术领域

本实用新型涉及多自由度运动的永磁电动机，特别是涉及一种新型的旋转直线永磁电动机，这种永磁电动机能够同时或独立产生旋转和直线运动。

背景技术

以往提到电机，大部分为旋转电机和部分直线电机。旋转电动机产生旋转运动，直线电动机产生直线运动。随着现代工业的快速发展，尤其是数控机床、机器人等诸多领域, 对能够实现多维自由度的、可编程的和可控的高速执行机构的需求越来越大。

在大多数情况下，多自由度运动是通过机械性地组合旋转运动单元和直线运动单元来实现的。这种机械单元***复杂、结构庞大。而且混合有电动机和机械结构的执行元件存在一些问题：如摩擦、磨损和变形比较严重。

旋转直线电动机正是为解决以上问题而产生的。这种电动机可以将利用电机的空心轴输出连续或断续的旋转直线运动。可省去机械装置，进而达到节省空间的目的。

这种旋转直线电动机可应用于需要这种两个自由度运动的领域。

发明内容

发明目的

为了解决上述问题，本实用新型提出了一种旋转直线永磁电动机，这种永磁电动机能够同时或独立产生旋转和直线运动，这两种运动通过三维分布的永磁磁场来实现。

技术方案

一种旋转直线永磁电动机，包括定子、动子、后端盖和前端盖，其特征在于：该电动机具有两个定子：旋转定子和直线定子，旋转定子和直线定子通过止口和螺栓安装在后端盖和机壳上；直线定子设置在旋转定子的径向内部；该电动机具有一个中空的动子，动子套设在直线定子外部；前端盖上安装有内外两层滚子轴承，空心轴安插在两层滚子轴承之间的空隙中，且空心轴为非导磁材料；动子内设有环形永磁体，动子通过与其连接的空心轴将旋转运动和直线运动同时或分别输出。

直线定子具有便于引出绕组引线的空心结构。

电动机的定子与动子的长度不同。

动子由单个或多个动子模块构成；每个动子模块的磁路分为耦合磁路和分磁路两种。

当动子模块的磁路为耦合磁路时，只有一个环形永磁体，旋转运动和直线运动的磁场都耦合在一个环形永磁体里边。

当动子模块的磁路为分磁路时，旋转运动和直线运动的磁场是分开的，由两个永磁体分别提供。

耦合磁路结构的动子模块包括一个环形永磁体和一对爪极，环形永磁体的充磁方向为轴向充磁，爪极具有均匀分布的轴向通孔，利用非导磁材料的螺钉将动子模块与空心轴固定，两个爪极之间夹着环形永磁体。

分磁路结构的动子模块包括两个爪极和两个尺寸不同的环形永磁体，位于爪极内部和空心轴外部的环形永磁体提供旋转运动磁场。

分磁路结构的动子模块包括两个以上的非环形永磁体和一个环形永磁体，位于空心轴内部的环形永磁体提供直线运动磁场。

每个动子模块爪极数量旋转部分的极数和直线运动的极数不必相同。

优点及效果

本实用新型采用两套独立的互不干扰的绕组可分别供电。使控制更加方便，容易实现更加精确的定位。即该电动机可以产生只旋转，只直线、或往返的螺旋运动。而且永磁体数量少，结构简单，而且旋转部分的极数和直线运动的极数不必相同。

附图说明

图1本实用新型结构图；

图2整个电机的截面图；

图3磁极轴向截面图；

图4动子模块的截面图；

图5环形永磁体与爪极示意图；图5（a）是一个爪极，图5（b）是一个爪极加环形永磁体，图5（c）是两个爪极与环形永磁体组成的动子模块；

图6耦合磁路结构的单个动子模块示意图；

图7耦合磁路结构的单个动子示意图；

图8耦合磁路结构的多个动子模块示意图；

图9一种分磁路结构的电动机结构示意图；

图10多个动子模块组成的一种分磁路结构的动子示意图；

图11另一种分磁路结构的电动机结构示意图；

图12多个动子模块组成的另一种分磁路结构的动子示意图。

附图标记说明：

1．后端盖、2．机壳、3．旋转定子、4．环形永磁体、5．动子、6. 空心轴、7. 直线定子、8.  滚子轴承、9. 前端盖、10.爪极、11.螺钉、12.极靴、13.非环形永磁体。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型做进一步的说明：

本实用新型提出了一种旋转直线永磁电动机，包括定子、动子、后端盖1和前端盖9，其特征在于：该电动机具有两个独立的定子：用于旋转运动所需的定子旋转定子3和用于直线运动所需的定子直线定子7，旋转定子3可以提供旋转磁场，直线定子7可以提供直线运动磁场；旋转定子3和直线定子7通过止口和螺栓安装在后端盖1和机壳2上；直线定子7设置在旋转定子3的径向内部；该电动机具有一个中空的动子5，动子5套设在直线定子7外部；前端盖9上安装有内外两层滚子轴承8，空心轴6安插在两层滚子轴承8之间的空隙中，且空心轴6为非导磁材料；动子5内设有环形永磁体4，动子5通过与其连接的空心轴6将旋转运动和直线运动同时或分别输出。

本实用新型采用两套独立的互不干扰的绕组可分别供电。使控制更加方便，容易实现更加精确的定位。即该电动机可以产生只旋转，只直线、或往返的螺旋运动。而且永磁体数量少，结构简单，而且旋转部分的极数和直线运动的极数可不同。

由于极靴内表面和直线定子均为光滑圆柱体，而且动子长度与定子的长度不同，因此在动子可运动范围内，极靴发出的磁场，在直线方向上的任何一点不会因为旋转运动而发生较大变化。因此当动子旋转运动时，通过对圆筒直线定子绕组赋予交变电流，进而可以实现直线运动。

直线定子7具有便于引出绕组引线的空心结构，从中空部分引出提供直线运动磁场的绕组引线。

电动机的定子与动子的长度不同。

动子5由单个或多个动子模块构成；每个动子模块的磁路分为耦合磁路和分磁路两种。

当动子模块的磁路为耦合磁路时，则动子结构为图1~5所示的动子。即只有一个环形永磁体，旋转运动和直线运动的磁场都耦合在一个环形永磁体里边。

当动子模块的磁路为分磁路时，则动子结构为图9~12的动子。即，旋转运动和直线运动的磁场是分开的，由两个永磁体分别提供。

耦合磁路结构的动子模块包括一个环形永磁体和一对爪极，环形永磁体的充磁方向为轴向充磁，爪极具有均匀分布的轴向通孔，利用非导磁材料的螺钉将动子模块与空心轴固定，两个爪极之间夹着环形永磁体。用于直线运动和旋转运动的磁路由同一个环形永磁体提供。

分磁路结构的动子模块包括两个爪极和两个尺寸不同的环形永磁体，位于爪极内部和空心轴6外部的环形永磁体提供旋转运动磁场。

分磁路结构的动子模块包括两个以上的非环形永磁体和一个环形永磁体，位于空心轴内部的环形永磁体提供直线运动磁场。

环形永磁体的充磁方向为轴向充磁。并且具有两套个动子铁心。尺寸较小的环形永磁体与一套动子铁心压装在空心轴内部；而为了提供直线部分运动所需要的极距。法兰盘内部具有极靴结构。其余永磁体与另一套动子铁心压装在空心轴外部。用于直线运动和旋转运动的磁路由空心轴分开，互不干扰。

其磁通分为两个闭合路径。其中一路为，由空心轴外部的环形永磁体发出，经过法兰盘、爪、气隙，旋转定子，再通过相同的物体回到空心轴外部的环形永磁体。或是由多个磁极构成的径向磁路。

另外一路为，由空心轴内部的环形永磁体发出，经过法兰盘、极靴、气隙，直线定子，再通过相同的物体回到空心轴内部的环形永磁体。

每个动子模块爪极数量旋转部分的极数和直线运动的极数不必相同。也可以相同，也可以不同。配比灵活多变。

本实用新型采用的爪极与普通爪极电机有所不同。普通爪极电机需要通过采取非磁性钢，或非磁性材料做的环来避免磁分路。而本实用新型提出的爪极电机，正是需要将磁路分成两路，引导一部分用于直线运动的磁通从内部闭合。而为了提供直线部分运动所需要的极距。法兰盘内部具有极靴结构。

其磁通分为两个闭合路径。其中一路为，由环形永磁体发出，经过法兰盘、爪、气隙，旋转定子，再通过相同的物体回到环形永磁体。

另外一路为，由环形永磁体发出，经过法兰盘、极靴、气隙、直线定子，再通过相同的物体回到同一个环形永磁体。

参见图1，说明本实用新型所述的旋转直线电动机的整机安装方法。首先，在将两个定子的绕组安置在两个定子中后。将旋转定子3压装在机壳2中的预定位置。然后利用后端盖1将其和直线定子8安装在一起。再将动子放入两个定子之间的间隙中，使空心轴6伸出机壳外。最后安装前端盖9。利用安装在直线定子上的和前端盖上的滚子轴承将空心轴夹住（见图1、2、3、4、5、6、7、8）。

耦合磁路结构的单个转子模块的动子组装过程：首先用两个爪极夹住环形永磁体（利用极靴上沿定位）。形成一个转子模块，然后用螺钉将单个转子模块或多个转子模块与空心轴固定在一起形成一个完整的动子（见图4、5 ）。

一种分磁路结构的单个转子模块的动子组装过程：首先将一个爪极压入空心轴外部的预定位置，然后依次压入环形永磁体、爪极。然后将环形极靴压入空心轴内部的预定位置，然后依次压入环形永磁体和另一个环形极靴。即完成压入了一个动子模块。随后可根据电动机设计的不同，可压入多个动子模块（见图9、10）。

另一种分磁路结构的单个转子模块的动子组装过程：首先将旋转运动磁场需要的磁极压入空心轴外部的预定位置，然后将环形极靴压入空心轴内部的预定位置，依次压入环形永磁体和另一个环形极靴。即完成压入了一个动子模块。随后可根据电动机设计的不同，可压入多个动子模块（见图11、12）。

Claims (10)

1.一种旋转直线永磁电动机，包括定子、动子、后端盖（1）和前端盖（9），其特征在于：该电动机具有两个定子：旋转定子（3）和直线定子（7），旋转定子（3）和直线定子（7）通过止口和螺栓安装在后端盖（1）和机壳（2）上；直线定子（7）设置在旋转定子（3）的径向内部；该电动机具有一个中空的动子（5），动子（5）套设在直线定子（7）外部；前端盖（9）上安装有内外两层滚子轴承（8），空心轴（6）安插在两层滚子轴承（8）之间的空隙中，且空心轴（6）为非导磁材料；动子（5）内设有环形永磁体（4），动子（5）通过与其连接的空心轴（6）将旋转运动和直线运动同时或分别输出。

2.  权利要求1所述的旋转直线永磁电动机，其特征在于：直线定子（7）具有便于引出绕组引线的空心结构。

3.权利要求1所述的旋转直线永磁电动机，其特征在于：电动机的定子与动子的长度不同。

4.权利要求1所述的旋转直线永磁电动机，其特征在于：动子（5）由单个或多个动子模块构成；每个动子模块的磁路分为耦合磁路和分磁路两种。

5.权利要求4所述的旋转直线永磁电动机，其特征在于：当动子模块的磁路为耦合磁路时，只有一个环形永磁体，旋转运动和直线运动的磁场都耦合在一个环形永磁体里边。

6.权利要求4所述的旋转直线永磁电动机，其特征在于：当动子模块的磁路为分磁路时，旋转运动和直线运动的磁场是分开的，由两个永磁体分别提供。

7.权利要求4所述的旋转直线永磁电动机，其特征在于：耦合磁路结构的动子模块包括一个环形永磁体和一对爪极，环形永磁体的充磁方向为轴向充磁，爪极具有均匀分布的轴向通孔，利用非导磁材料的螺钉将动子模块与空心轴固定，两个爪极之间夹着环形永磁体。

8.根据权利要求4所述的旋转直线永磁电动机，其特征在于：分磁路结构的动子模块包括两个爪极和两个尺寸不同的环形永磁体，位于爪极内部和空心轴（6）外部的环形永磁体提供旋转运动磁场。

9.根据权利要求4所述的旋转直线永磁电动机，其特征在于：分磁路结构的动子模块包括两个以上的非环形永磁体和一个环形永磁体，位于空心轴内部的环形永磁体提供直线运动磁场。

10.根据权利要求4所述的旋转直线永磁电动机，其特征在于：每个动子模块爪极数量旋转部分的极数和直线运动的极数不必相同。