[發明專利]一種動圈式單極性永磁體旋轉直線電機

在審

• 申請號: 201810726754.3
• 申請日: 2018-07-05
• 公開（公告）號: CN108736675A
• 公開（公告）日: 2018-11-02
• 發明（設計）人: 陳進華;張馳;楊桂林
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: H02K16/00
• 分類號: H02K16/00;H02K41/02
• 代理公司: 寧波元為知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 33291
• 代理人: 單英

本發明公開了一種動圈式單極性永磁體旋轉直線電機，包括筒型的外定子、固定在外定子兩端的前端蓋和后端蓋、活動設于外定子內部的伸出軸。伸出軸上固定有有限轉角轉子和直線運動次級。在直線運動次級的內部設有與后端蓋固定連接的內定子。有限轉角轉子與外定子作用，直線運動次級與外定子和內定子同時作用，實現伸出軸通過的直線運動、有限轉角運動和螺旋運動。本發明的電機具有結構簡單、緊湊的優點，降低了永磁體的用量、提高氣隙磁密，并具有控制簡單、直線推力和旋轉轉矩相互影響較小等特點。

技術領域

本發明涉及旋轉直線永磁電機領域，具體地說是一種動圈式單極性永磁體旋轉直線電機。

背景技術

傳統的電機一般只能提供單自由度運動(旋轉運動或者直線運動)，而無法實現旋轉和直線運動的復合運動。但是，在機器人關節、工業生產、加工和裝配等系統當中，往往需要實現多自由運動。通常情況下，這種多自由度運動是由可以執行直線或者旋轉運動的基本元件通過機械拼接組合實現的，但這種方式存在以下一些問題：第一，因為其功能部件中混有機械元件，它的摩擦、磨損和變形都比較嚴重；第二，旋轉運動和直線運動是耦合的，不能獨立控制；第三，這種執行機構的精度受機械加工的限制；第四，使用多臺電機控制不僅會增加設備的體積和重量，還給控制帶來不便。而且隨著科學技術的發展，機電系統日益復雜，尤其是一些精密裝置，比如固晶機，邦定機，PCB鉆孔等，它們對驅動性能的要求越來越高，通過機械性地組合旋轉運動和直線運動單元來實現的裝置控制精度和響應時間等性能已經無法滿足它們的需求。

中國專利201410448886.6公開了一種旋轉直線永磁電機，該電機采用單極性永磁體，在徑向方向上由內向外依次為轉子內軸、空氣軸承、支撐座的環狀凸起部、轉子鐵心、轉子永磁體、直線電樞繞組、旋轉電樞繞組和定子鐵心，使得等效氣隙增加很多，有效降低氣隙磁密，而且由于動磁式結構導致該電機結構存在軸向吸引力。中國專利201020582357.2公開了一種高頻直線旋轉電機，該電機的直線運動部分和旋轉運動部分分別是一個音圈電機和旋轉伺服電機。本質上該電機是將兩個自由度電機安裝在一起，并非真正意義上的一體式直線旋轉二自由度電機，體積較大。中國專利201510282204.3公開了一種采用交錯極結構的直線旋轉永磁作動器，該作動器在軸向上設置三組定子單元，且三組定子單元通過非導磁連接器連接，而動子在軸向上設置交替排列了相反的磁極，有效降低了永磁體用量，但帶來了復雜的控制。

發明內容

鑒于現有技術的現狀，本發明的目的在于提供一種動圈式單極性永磁體旋轉直線電機，該電機具有結構簡單、緊湊的優點，降低了永磁體的用量、提高氣隙磁密，并具有控制簡單、直線推力和旋轉轉矩相互影響較小等特點。

本發明的技術方案如下：一種動圈式單極性永磁體旋轉直線電機，包括筒型的外定子、固定在外定子兩端的前端蓋和后端蓋、活動設于外定子內部的伸出軸。伸出軸上固定有有限轉角轉子和直線運動次級。在直線運動次級的內部設有與后端蓋固定連接的內定子。有限轉角轉子與外定子作用，直線運動次級與外、內定子同時作用，實現伸出軸通過的直線運動、有限轉角運動和螺旋運動。

上述的伸出軸沿軸向分布有第一固定部和第二固定部，第一固定部的前端與前端蓋上的第一套筒轉動配合，有限轉角轉子安裝在第一固定部上。第二固定部為圓筒型，直線運動次級與第二固定部固定連接，內定子位于直線運動次級的內部。

上述的后端蓋具有延伸至第二固定部內部的安裝軸。內定子固定在安裝軸上。安裝軸上設有與第二固定部內壁相配合的第二套筒。

上述有限轉角轉子由帶齒部的轉子鐵心和旋轉電樞繞組組成。外定子由帶齒的定子鐵心和單極性永磁體組成。

上述直線運動次級由直線電樞繞組和繞組骨架組成。繞組骨架為圓筒型，繞組骨架的端部與第二固定部的端部同軸連接。

上述單極性永磁體和內定子均為同極性的釹鐵硼永磁體，充磁方向為徑向充磁。