[發明專利]磁通切換式直線旋轉永磁作動器

在審

• 申請號: 201910001494.8
• 申請日: 2019-01-02
• 公開（公告）號: CN109412370A
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發明（設計）人: 郭凱凱
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: H02K16/04
• 分類號: H02K16/04;H02K1/14;H02K1/17;H02K1/02;H02K1/24
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本發明提出一種磁通切換式直線旋轉永磁作動器，該作動器由機殼(1)、定子、動子、繞組和動子軸組成，其定子在圓周方向上有6個定子極，由定子軛(2)、定子極(5)、切向充磁永磁體(6)、U型軸向充磁永磁體(8)以及集中繞組(4)組成，軸向上有3個相同的定子，安裝在鋁制機殼(1)上，定子鐵心之間通過非導磁材料相連，動子軸通過直線軸承和旋轉軸承的套接與機殼(1)相連，永磁體嵌入在定子內部，動子包含動子鐵心(3)和動子凸極(7)，動子凸極在軸向錯開22.5度，與定子結構構成了雙層磁通切換式結構，提升了轉矩/推力密度，此結構切向充磁和軸向充磁永磁體充磁方向互補，大大提高了氣隙磁密，進一步提高了轉矩/推力密度。

技術領域

本發明屬于永磁電機領域，是一種應用于工業生產領域的可以實現直線、旋轉或螺旋運動的電磁設備。

背景技術

傳統電機只能實現單一的旋轉或直線運動，然而在工業生產、半導體封裝、航空、雷達等領域對多自由度復合運動的需求越來越多，要求越來越高。兩自由度運動便是多自由度運動中應用較為廣泛的一種，傳統獲得直線旋轉二自由度運動的方式是通過直線和旋轉運動組合得到的，直線運動通常由做旋轉運動的伺服電機通過中間機構轉換而成，由另一臺電機完成旋轉運動。此類結構使得兩自由度驅動機構具有較大的體積和重量，并導致較大的系統誤差和較低的定位精度。由于兩自由度直線旋轉作動器不存在機械齒輪間的機械誤差，簡化機械系統的結構，減小體積和重量，具有較高的機械集成度、動態性能和可靠性，大大提高了提高材料和驅動控制系統元件的利用率的特點，因此，越來越多的研究機構開展了對兩自由度作動器的研究。

專利“一種直線旋轉開關磁阻電機及其控制方法”(CN 107104566 A)提出了一種并列式式雙定子單轉子鐵心的直線旋轉開關磁阻電機，轉矩繞組橫跨于2個定子的齒極上,推力繞組先與轉矩繞組同向繞設在其中一個定子的齒極上,然后再反向繞設在另一個定子的齒極上，轉矩繞組上的電流單方向流通,推力繞組上的電流雙向流通。專利“一種動圈式單極性永磁體旋轉直線電機”(CN 108736675 A)提出了一種內外雙定子結構的直線旋轉電機，包含內外定子、旋轉轉子以及直線運動次級，旋轉轉子與直線運動次級固定在同一個伸出軸上，實現直線、旋轉和螺旋運動。專利“直線旋轉永磁作動器”(CN 101997389 A)提出了一種直線旋轉永磁作動器，其運動部件表面的永磁體在周向和軸向均互相交錯排列，定子采用硅鋼片疊加，采用了集中繞組，結構簡單，易于制造。專利“一種雙定子直線旋轉哈爾巴赫永磁作動器”(CN 103280939 A)和專利“一種直線旋轉兩自由度哈爾巴赫永磁作動器”(CN 102013739 A)，提出的直線旋轉作動器的永磁體采用了哈爾巴赫陣列，作動器結構簡單緊湊，可靠性好。專利“一種直線旋轉兩自由度磁懸浮無軸承永磁作動器”(CN 102843015A)提出了一種兩自由度磁懸浮無軸承永磁作動器，包含定子鐵心、驅動繞組、懸浮繞組、動子鐵心及交錯極排列的表貼永磁陣列構成，每個定子齒均繞有分別用于控制定子懸浮和產生定子運動的兩套集中繞組。

本發明在周向和軸向上均采用的是雙層磁通切換式結構，動子凸極結構交錯排列，定子極內周向充磁、軸向充磁永磁體及定子軛部軸向充磁永磁體充磁方向互補，大大提高了氣隙磁密，提高了轉矩/推力密度，永磁體采用鐵氧體材料，與釹鐵硼材料相比，在沒有降低作動器電磁特性的同時，降低了齒槽轉矩、直線定位力幅值，降低了制作成本，具有廣泛的應用前景。

發明內容

技術問題：本發明的目的是提出一種磁通切換式直線旋轉永磁作動器，該作動器具有結構簡單，低齒槽轉矩、直線定位力幅值，高轉矩/推力密度的特點。

技術方案：本發明實現發明目的采用如下技術方案：