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CN111181340B - 组合式模块化双转子永磁旋转直线电机及驱动设备 - Google Patents

组合式模块化双转子永磁旋转直线电机及驱动设备 Download PDF

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Abstract

本发明属于永磁旋转直线电机领域，提供了组合式模块化双转子永磁旋转直线电机及驱动设备，它解决了组合式方法存在结构复杂问题，具有结构简单，可单独实现旋转运动和直线运动的效果。该电机包括外转子，设置在定子外侧；外转子内壁上贴有第一永磁体，外转子作为第一轴；内动子，设置在定子内侧；内动子由第二轴、设置在第二轴外侧的导磁套及固定于导磁套上的第二永磁体构成；第二轴与第一轴的一端活动连接，第二轴与第一轴的另一端不连接；定子由至少两个定子模块沿轴向方向同心叠压而成；每个定子模块外边缘开设若干个第一定子槽，第一定子槽内放置第一定子绕组；定子模块内侧开设若干个第二定子槽，每个第二定子槽内放有一相第二定子绕组。

Description

组合式模块化双转子永磁旋转直线电机及驱动设备
技术领域
本发明属于永磁旋转直线电机领域，尤其涉及一种组合式模块化双转子永磁旋转直线电机及驱动设备。
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信息，不必然构成在先技术。
随之工业技术的不断发展，制造加工的方式更加复杂，传统的单自由度电机产生单自由度运动的方式已经很难满足工业生产的需求。实现多自由度的常用方法是通过机械传动机构将多台单自由度电机进行空间结构的组合，但是发明人发现，这种组合式方法存在结构复杂，且系统体积和成本较高；此外，机械运动产生的摩擦与机械件的形变，也降低了多维运动的精度与动态性能。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的第一个方面提供一种组合式模块化双转子永磁旋转直线电机，其具有结构简单，传动损耗小，可单独实现旋转运动和直线运动，具有易于制造安装的特点。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种组合式模块化双转子永磁旋转直线电机，包括：
外转子，其设置在定子外侧；所述外转子内壁上贴有第一永磁体，所述外转子作为第一轴；
内动子，其设置在定子内侧；所述内动子由第二轴、设置在第二轴外侧的导磁套及固定于导磁套上的第二永磁体构成；所述第二轴与第一轴的一端活动连接，第二轴与第一轴的另一端不连接，用于实现第二轴与第一轴的运动组合；
定子，其由至少两个定子模块沿轴向方向同心叠压而成；每个定子模块外边缘开设有若干个第一定子槽，第一定子槽内放置第一定子绕组，用于通电后驱动第一轴做旋转运动；定子模块内侧开设有若干个第二定子槽，每个第二定子槽内放置有一相第二定子绕组，用于通电后驱动第二轴做直线运动。
作为一种实施方式，所述第一永磁体为瓦片形永磁体，瓦片形永磁体采用沿径向向里或者向外充磁，相邻的两块儿瓦片形永磁体的充磁方向相反。
其中，瓦片形永磁体直接面对空气隙，电枢反应直接作用在永磁体上。
其产生的效果为：在外转子与定子之间的气隙中产生磁场，该磁场与第一定子槽安置的绕组产生的磁场相互作用，从而使得电机产生旋转运动。
作为一种实施方式，所述第二永磁体为环形永磁体，环形永磁体采用沿径向向里或者向外充磁，相邻的两块环形永磁体的充磁方向相反。
其产生的效果为：在内动子与定子之间的气隙中产生磁场，该磁场与第二定子槽安置的绕组产生的磁场相互作用，从而使得电机产生直线运动。
作为一种实施方式，所述定子模块上设置有若干个固定螺孔，所述定子模块通过固定螺孔固定。
可以理解的是，定子模块之间也可采用其他方式固定，比如采用激光焊接，将每一个定子模块的进行无缝焊接上。
作为一种实施方式，所述第一定子绕组采用集中绕组形式进行配置。
其产生的效果为：产生旋转的磁动势，用于推动电机外转子做旋转运动。
作为一种实施方式，所述第二定子绕组为饼式绕组。
其中，饼式绕组沿着铁心柱的高度交替排列着。饼式绕组的主要优点是漏抗小、机械强度高、引线方便。
作为一种实施方式，第二定子槽内沿还设置有通线孔，所述第二定子绕组的端线通过通线孔连接电源。
作为一种实施方式，所述定子与外转子之间存在第一气隙间隔。
作为一种实施方式，所述定子与内动子之间存在第二气隙间隔。
作为一种实施方式，所述第二轴与第一轴的一端通过套筒连接。
这样能够充分利用空间的同时还可以减少组合式之间的传动损耗，提高旋转直线电机的效率。
为了解决上述问题，本发明的第二个方面提供一种驱动设备，其具有结构简单，传动损耗小，可单独实现旋转运动和直线运动，具有易于制造安装的特点。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种驱动设备，包括上述所述的组合式模块化双转子永磁旋转直线电机。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的组合式模块化双转子永磁旋转直线电机包括双转子分别为外转子和内动子，而且具有两套定子绕组，分别为旋转运动和直线运动提供磁场，该电机旋转运动部分磁路和直线运动部分磁路互不影响，具有动转子分离的特点，既可以作为单一旋转电机又可以作为单一直线电机使用,还可以同时实现旋转直线运动。
(2)本发明的内动子由第二轴、设置在第二轴外侧的导磁套以及固定于导磁套上的第二永磁体构成，形成圆筒形直线电机，可以保证永磁体的利用率提高该电机在直线运动方面的效率，使得本发明的组合式模块化双转子永磁旋转直线电机结合了外转子旋转电机的特点和圆筒形直线电机的特点。
(3)本发明的旋转电机结构采用外转子结构，可以充分利用电机的结构特点，使得电极的旋转运动部分和直线运动部完全分开，更加突出电机旋转运动和直线运动的控制的自由性，具有易于控制的优点。
(4)本发明的定子由至少两个定子模块沿轴向方向同心叠压而成，使得本发明的电机定子具有模块化功能，方便安装制造，方便的电机的拆卸维修。
(5)本发明的该组合式旋转直线电机具有单独的旋转电机外转子和直线电机的内动子通过套筒形式连接，充分利用空间的同时还可以减少组合式之间的传动损耗，提高旋转直线电机的效率。
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其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例的组合式模块化双转子旋转直线电机进行120度切面后的结构图；
图2为本发明实施例的第一轴和第二轴不连接的端部侧视图；
图3为本发明实施例的定子模块结构图；
图4为本发明实施例的定子正视图；
图5为本发明实施例的外转子结构图；
图6为本发明实施例的内动子结构图。
其中，1-外转子；2-第一永磁体；3-第一气隙间隔；4-第一定子槽；5-定子；6-第一定子绕组；7-固定螺孔；8-通线孔；9-第二定子槽；10-第二定子槽内沿；11-第二气隙间隔；12-第二永磁体；13-导磁套；14-第二轴。
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，以下详细说明都是例示性的，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。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
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。
本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。
实施例一
如图1所示，本实施例的组合式模块化双转子永磁旋转直线电机，包括外转子1、内动子和定子5。
如图5所示，外转子1设置在定子5外侧；所述外转子1内壁上贴有第一永磁体2，所述外转子作为第一轴，与第二轴的一端活动连接，与第二轴的另一端不连接，所述定子5与外转子1之间存在第一气隙间隔3。
在具体实施中，所述第一永磁体为瓦片形永磁体，瓦片形永磁体采用沿径向向里或者向外充磁，相邻的两块儿瓦片形永磁体的充磁方向相反。其中，瓦片形永磁体直接面对空气隙，电枢反应直接作用在永磁体上。
本实施例的旋转电机结构采用外转子结构，可以充分利用电机的结构特点，使得电极的旋转运动部分和直线运动部完全分开，更加突出电机旋转运动和直线运动的控制的自由性，具有易于控制的优点。
如图6所示，内动子设置在定子5内侧；所述内动子由第二轴14、设置在第二轴外侧的导磁套13以及固定于导磁套上的第二永磁体12构成。
第二轴与第一轴的一端活动连接，第二轴与第一轴的另一端不连接，用于实现第二轴与第一轴的运动组合。
具体地，第二轴与第一轴的一端通过套筒连接。这样能够充分利用空间的同时还可以减少组合式之间的传动损耗，提高旋转直线电机的效率。
如图1所示，第二轴与第一轴右端部通过一块儿钢板焊接连接，也可以一体铸造。这样使得旋转部分外转子的右端部与直线运动内动子的右端部连接。
所述定子5与内动子之间存在第二气隙间隔11。
作为一种具体实施方式，所述第二永磁体为环形永磁体，环形永磁体采用沿径向向里或者向外充磁，相邻的两块环形永磁体的充磁方向相反。
本实施例的内动子由第二轴、设置在第二轴外侧的导磁套以及固定于导磁套上的第二永磁体构成，形成圆筒形直线电机，可以保证永磁体的利用率提高该电机在直线运动方面的效率，使得本实施例的组合式模块化双转子永磁旋转直线电机结合了外转子旋转电机的特点和圆筒形直线电机的特点，
如图3和图4所示，定子5由至少两个定子模块沿轴向方向同心叠压而成；每个定子模块外边缘开设有若干个第一定子槽4，第一定子槽4内放置第一定子绕组6，用于通电后可以产生旋转的磁场，产生的旋转磁场与外转子上的第一永磁体2相互作用产生电磁转矩，驱动第一轴做旋转运动；定子模块内侧开设有若干个第二定子槽9，每个第二定子槽9内放置有一相第二定子绕组，用于通电后产生磁场，产生的磁场与第二永磁体12产生的磁场相互作用，产生相前或者向后的推力，推力推动第二轴做直线运动。其中，第二定子槽内沿10还设置有通线孔8，所述第二定子绕组的端线通过通线孔连接电源。
在本实施例中旋转部分采用6槽4极的形式，即第一定子槽的数量是六个，外转子内侧永磁体有四块，其中旋转运动部分定子槽数和外转子内侧永磁体数均可以改变，其极槽配合和绕线方式同正常的外转子永磁电机相同。在本实施例中，定子模块内侧开设有三个第二定子槽，每个第二定子槽内放置有一相第二定子绕组，用于通电后驱动第二轴做直线运动。其中，一相饼式绕组是指该饼式绕组中的电流只有A、B、C三相中的一相。
需要说明的是，定子外边缘开槽取决于设计的旋转电机的定子槽数，槽数不一定非为6，亦可以为9槽、24槽、36槽、48槽等等。第二定子槽的数量取决于电机设计，第二定子槽的数量可以远远大于3，因为可以连续多个第二定子槽放同一相的线圈绕组，尽量保持第二定子槽的数量分配给每一相的线圈绕组的数量相同。
在图2中标明了定子用于驱动外转子旋转运动的第一定子绕组，其中点表示电流方向为流出纸面的方向，叉表示电流方向为流入纸面的方向。
作为一种具体实施方式，所述第一定子绕组采用集中绕组形式进行配置。
在另一实施例中，当第一定子槽数变多时，可以考虑采用分布式绕组进行配置。
在本实施中，所述定子模块上设置有若干个固定螺孔7，所述定子模块通过固定螺孔7固定。
作为一种实施方式，所述第二定子绕组为饼式绕组。其中，饼式绕组沿着铁心柱的高度交替排列着。饼式绕组的主要优点是漏抗小、机械强度高、引线方便。
本实施例的组合式模块化双转子永磁旋转直线电机包括双转子分别为外转子和内动子，而且具有两套定子绕组，分别为旋转运动和直线运动提供磁场，该电机旋转运动部分磁路和直线运动部分磁路互不影响，具有动转子分离的特点，既可以作为单一旋转电机又可以作为单一直线电机使用,还可以同时实现旋转直线运动。
实施例二
本实施例提供了一种驱动设备，包括如实施例一所述的组合式模块化双转子永磁旋转直线电机。
本实施例的驱动设备除了组合式模块化双转子永磁旋转直线电机之外，其他结构均为现有结构。
本实施例的驱动设备结构简单，传动损耗小，可单独实现旋转运动和直线运动，易于制造安装。
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 (8)

1.一种组合式模块化双转子永磁旋转直线电机，其特征在于，包括：
外转子，其设置在定子外侧；所述外转子内壁上贴有第一永磁体，所述外转子作为第一轴；
内动子，其设置在定子内侧；所述内动子由第二轴、设置在第二轴外侧的导磁套及固定于导磁套上的第二永磁体构成；所述第二轴与第一轴的一端活动连接，第二轴与第一轴的另一端不连接，用于实现第二轴与第一轴的运动组合；
定子，其由至少两个定子模块沿轴向方向同心叠压而成；每个定子模块外边缘开设有若干个第一定子槽，第一定子槽内放置第一定子绕组，用于通电后驱动第一轴做旋转运动；定子模块内侧开设有若干个第二定子槽，每个第二定子槽内放置有一相第二定子绕组，用于通电后驱动第二轴做直线运动；
所述定子与外转子之间存在第一气隙间隔；
所述定子与内动子之间存在第二气隙间隔；
所述第二轴与第一轴的一端通过套筒连接。
2.如权利要求1所述的组合式模块化双转子永磁旋转直线电机，其特征在于，所述第一永磁体为瓦片形永磁体，瓦片形永磁体采用沿径向向里或者向外充磁，相邻的两块儿瓦片形永磁体的充磁方向相反。
3.如权利要求1所述的组合式模块化双转子永磁旋转直线电机，其特征在于，所述第二永磁体为环形永磁体，环形永磁体采用沿径向向里或者向外充磁，相邻的两块环形永磁体的充磁方向相反。
4.如权利要求1所述的组合式模块化双转子永磁旋转直线电机，其特征在于，所述定子模块上设置有若干个固定螺孔，所述定子模块通过固定螺孔固定。
5.如权利要求1所述的组合式模块化双转子永磁旋转直线电机，其特征在于，所述第一定子绕组采用集中绕组形式进行配置。
6.如权利要求1所述的组合式模块化双转子永磁旋转直线电机，其特征在于，所述第二定子绕组为饼式绕组。
7.如权利要求1所述的组合式模块化双转子永磁旋转直线电机，其特征在于，第二定子槽内沿还设置有通线孔，所述第二定子绕组的端线通过通线孔连接电源。
8.一种驱动设备，其特征在于，包括如权利要求1-7中任一项所述的组合式模块化双转子永磁旋转直线电机。
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