[實用新型]可實現直線與旋轉協調控制的永磁作動器

無效

• 申請號: 201020596319.2
• 申請日: 2010-11-08
• 公開（公告）號: CN201854100U
• 公開（公告）日: 2011-06-01
• 發明（設計）人: 房淑華;林鶴云;金平
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02K1/14
• 分類號: H02K1/14;H02K1/27
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本實用新型涉及一種直線旋轉兩自由度永磁作動器，用于需要實現直線和旋轉兩自由度復合運動的場合。

背景技術

實現直線和旋轉兩個自由度的作動器目前主要由直線與旋轉運動組合的方式通常是采用兩臺獨立的普通旋轉電機，或者一臺直線電機和一臺旋轉電機來配合完成，其定位精度和響應速度較差，體積較大。美國專利（專利號：4806068）公布了一種用于機器人的直線旋轉作動器，直線作動器推動連接部位實現直線運動，同時，連接部位在旋轉電機的轉動下實現旋轉運動。中國專利（申請號：200680043229）公布了一種直線旋轉兩自由度的注塑成型機，該注塑成型機由分離的直線電機和旋轉電機簡單組合而成，旋轉電機套在直線電機之內。上述結構的共同缺點是直線作動器與旋轉作動器相互獨立，體積大、可靠性差，協調控制復雜，效率低下。文獻“一種直線旋轉永磁作動器的建模”公布了一種直線旋轉永磁作動器，主要由內定子、外定子、集中繞組和永磁體組成，這種結構摒棄了直線旋轉兩個單自由度作動器簡單相加的形式，集直線與旋轉兩自由度于一體。但該種結構也存在一定的缺陷，永磁體內外側磁場強度基本相等，動子的鐵心重量較大，降低了系統響應速度和可靠性。

發明內容

技術問題：為了克服上述已有的直線旋轉兩自由度永磁作動器存在的缺陷，本實用新型提出一種可實現直線與旋轉協調控制的永磁作動器，改善動子內外磁場分布，減小動子的鐵心重量，提高系統的響應速度和可靠性。

技術方案：為解決上述技術問題，本實用新型提供的可實現直線與旋轉協調控制的永磁作動器，包括設有背軛的定子和動子兩部分，定子由定子齒、定子槽和集中繞組組成，其中定子齒在定子內圓周上沿定子的周向均勻分布在背軛上，沿定子圓周展開成平面后，定子齒在背軛平面上等距分布；

動子由哈爾巴赫永磁體陣列組成，該永磁體陣列的磁場分布接近正弦分布。

優選的，定子齒和背軛材質均為高導磁材料。

優選的，定子齒和背軛材質為十號鋼或硅鋼片。

優選的，定子圓周上等距分布六個齒和六個槽，所述六個齒和六個槽上繞有集中式繞組。

優選的，在由永磁體陣列排列構成動子的外表面，磁場表面極性為N極的永磁體，與該永磁體共面的永磁體的極性為N極；磁場表面極性為S極的永磁體，與該永磁體共面的永磁體的極性為S極，在定子的圓周和沿軸線直線方向上，N極和S極永磁體與四周切向充磁的永磁體交替排列，形成哈爾巴赫結構，使得永磁體陣列的磁場分布接近正弦分布，實現直線和旋轉兩個自由度的運動。

優選的，相鄰定子齒的徑向夾角為60°。

優選的，定子的寬度等于定子齒間的極弧長度。

有益效果：由于定子采用集中式繞組，動子采用了哈爾巴赫永磁結構，這種永磁作動器具有如下優點：定子不再需要復雜的分布繞組或定、動子斜槽等措施來獲得正弦波磁密分布；動子具有很好的磁屏蔽作用，可減小導磁軛厚度，甚至可以省去鐵心；結構簡單緊湊，可靠性好，功率密度大；可實現直線與旋轉協調控制。

附圖說明

圖1為本實用新型提供的可實現直線與旋轉協調控制的永磁作動器結構示意圖；

其中有：I、定子部分，II、動子部分；

圖2為可實現直線與旋轉協調控制的永磁作動器定子和繞組部分示意圖；

其中有：1、集中繞組，2、定子齒，3、背軛；

圖3為定子單元部分示意圖；

其中有：1、集中繞組，2、定子齒，3、背軛，4、定子槽；

圖4為動子部分結構示意圖；

其中有：41、切向充磁永磁體，42、軸向充磁永磁體，43、徑向充磁永磁體。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型做進一步說明。

哈爾巴赫永磁體陣列是永磁體的一種排列方式，它可形成單邊磁場從而具有良好的自屏蔽效應，并且可以產生比剩余磁場強度值更大的靜磁場。

參見圖1－4，可實現直線與旋轉協調控制的永磁作動器，其包括設有背軛3的定子I和動子II兩部分，定子I由定子齒2、定子槽4和集中繞組1組成，其中定子齒2在定子I部分圓周上和直線方向均勻分布在背軛3上，即由圓周展開成平面后，定子齒2在背軛3平面上等距分布；動子II由哈爾巴赫永磁體陣列組成，該永磁體陣列的磁場分布接近正弦分布。

定子齒2和背軛3材質均為高導磁材料。比如：定子齒2和背軛3材質為十號鋼或硅鋼片。

定子I圓周上等距分布六個齒和六個槽，所述六個齒和六個槽上繞有集中式繞組。