CN205319905U - 一种直线-旋转电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种直线-旋转电机，包括定子、动子、外壳和运动轴，定子包括弧形直线定子和弧形旋转定子，两个弧形定子空间扣合置于外壳内，空间构成一个完整定子；所述动子包括凸极动子铁心和动子绕组，若干动子齿沿周向均匀分布，动子齿上开有周向槽，动子绕组填压其中，并通过导体条首尾相连。弧形直线定子通电后形成行波磁场，根据电磁感应原理，作用到动子绕组上，推动电机做直线运动；弧形旋转定子采用凸极结构，依据磁阻最小原理，多相绕组依次通电，与凸极动子铁心配合推动电机做旋转运动。本实用新型的直线-旋转电机可以驱动负载做直线、旋转或螺旋运动且直线运动与旋转运动完全解耦，具有电机结构紧凑、机械集成度高、效率高等优点。

Description

一种直线-旋转电机

技术领域

本实用新型涉及一种电机，尤其涉及一种直线-旋转电机。

背景技术

直线-旋转电机作为多自由度电机的一种，可以实现直线运动、旋转运动和螺旋式运动。由于它可以实现多种运动，将其应用于多自由度系统可以省去机械转换机构，也不需要为了实现螺旋式运动而同时使用多台电机，使得系统的体积和重量大大降低。因此直线-旋转电机在航空航天、工业控制、机床(刀具的交换和联动加工中心)、机器人(手臂和末端执行器)、钻孔(包括PCB线路板的钻孔)、办公自动化、柔性制造和装配系统、螺纹加工以及定位系统等方面的应用具有绝对的优势。中国专利200680043229.7公开的“具有内置式直线-旋转直接驱动装置的塑料注射成型机”包括电动旋转驱动装置、电动直线驱动装置、输出轴等，所述装置的旋转电机与直线电机的定子绕组布置在一个罐形外转子上，外转子之间驱动输出轴，转动惯量大，轴承磨损较大，机械结构复杂，整个驱动装置所占体积也比较大。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种结构紧凑、机械集成度高、能有效减小轴承损耗且能够实现直线、旋转两种运动之间的基本解耦的直线-旋转电机。

本实用新型的技术方案是这样实现的：一种直线-旋转电机，包括定子、动子、外壳和运动轴，所述的定子包括弧形直线定子和弧形旋转定子，两个弧形定子空间扣合置于所述外壳内，可上下扣合也可左右扣合，空间构成一个完整定子；所述动子包括凸极动子铁心和动子绕组。

所述的弧形直线定子主要由弧形直线定子铁心与直线定子绕组构成；所述弧形直线定子铁心呈弓形，沿圆周方向开若干槽，所述直线定子绕组置于槽中。

所述的弧形旋转定子主要由弧形旋转定子铁心与旋转定子绕组构成，所述弧形旋转定子铁心呈弧形，由硅钢片叠压而成，若干个凸极结构的旋转定子齿圆周均匀分布，形成凸极结构，所述旋转定子绕组采用集中绕组结构。

所述动子由凸极动子铁心和动子绕组构成，所述凸极动子铁心主要由硅钢片叠片组成，采用凸极结构，若干动子齿沿周向均匀分布；动子齿沿周向开有周向槽，沿电机轴向等距离分布，所述动子绕组置于动子齿上所开周向槽中。

所述弧形旋转定子与凸极动子铁心构成旋转运动单元，所述旋转运动单元定子齿和动子齿选为三相12/16极或6/8极齿配合结构。

本实用新型的技术方案产生的积极效果如下：本实用新型的直线-旋转电机可直接驱动负载做旋转、直线或螺旋运动，具有结构紧凑，机械集成度高，轴承磨损小等优点，使电机的利用系数大大增加；与现有技术相比，本实用新型依据磁阻最小原理做旋转运动，依据电磁感应原理做直线运动，动子由开有周向槽的凸极动子铁心和动子转子构成，旋转运动和直线运动基本解耦；另外，本实用新型具有较高的起动转矩和较低的起动电流，应用场合更加广泛。

附图说明

图1为本实用新型直线-旋转电机整体结构示意图。

图2为图1的3/4剖视图。

图3为图1的A-A’剖面视图。

图4为本实用新型定子结构示意图。

图5为本实用新型动子结构整体示意图。

图6为本实用新型凸极动子铁心示意图。

图7为本实用新型动子绕组示意图。

图8为本实用新型旋转运动单元示意图。

图9为图7沿B-B’方向的剖面示意图。

图中标注为：1.外壳，2.弧形直线定子，3.弧形旋转定子，4.动子，5.运动轴，6.弧形直线定子铁心，7.直线定子绕组，8.弧形旋转定子铁心，9.旋转定子绕组，10.凸极动子铁心，11.动子绕组，12.动子齿，13.周向槽，14.导体条，15旋转定子齿。

具体实施方式

一种直线-旋转电机，如图1、2、3、4、5、6、7、8、9所示，包括定子、动子4、外壳1和运动轴5，所述的定子包括弧形直线定子2和弧形旋转定子3，所述弧形直线定子与弧形旋转定子空间扣合，置于所述外壳内，构成一个圆筒型结构，共用一个动子，推动运动轴做直线、旋转或螺旋运动。

所述弧形直线定子由弧形直线定子铁心6和直线定子绕组7构成，呈弓形。所述弧形直线定子铁心由形状一致的开有齿槽的硅钢片沿轴向叠压而成，其弧度可根据应用场合需求调整，所示定子绕组填压在槽中。所述弧形直线定子通三相交流电后，产生轴向行波磁场，通过电磁感应原理，在动子绕组中产生感应电流，驱动运动轴做直线运动，构成直线运动单元。

所述弧形旋转定子由弧形旋转定子铁心8和旋转定子绕组9构成，呈弧形，其弧度可根据应用场合需求调整。所述弧形旋转定子铁心由硅钢片叠压而成，采用凸极结构，若干凸极的旋转定子齿15沿圆周均匀分布，所述旋转定子绕组为集中绕组结构。所述弧形旋转定子通电后，依据“最小磁阻”原理，即磁通总是沿磁阻最小（磁导最大）的路径闭合，带动运动轴做旋转运动，构成旋转运动单元。

如图5所示，所述动子4由凸极动子铁心10和动子绕组11构成。图6所示为所述凸极动子铁心，由硅钢片叠压而成，采用凸极结构，周向均匀分布若干动子齿12。所述动子齿沿周向开有周向槽13，并沿动子轴向等距离分布。所述动子绕组填压与动子周向槽中，如图7所示，为所填压的动子绕组示意图，所述动子绕组14可为绕线式，也可用导体条制成。

所述弧形旋转定子与凸极动子铁心构成旋转运动单元，所述旋转运动单元定子齿和动子齿选为三相12/16极或6/8极齿配合结构。

给弧形直线定子通三相交流电，产生行波磁场，根据电磁感应原理，在动子绕组中产生感应电流，在动子铁心中产生感应磁场，推动电机做直线运动。旋转弧形定子供电方式与弧形直线定子不同。如图8所示，为旋转运动单元示意图，图9为其B-B’方向剖视图。本实用新型以三相12/16极为例，因为所述弧形旋转定子铁心为弧形，其工作原理与传统6/4极开关磁阻电机一致。将定子A相通电（即A₁、A₂、A₃、A₄旋转定子齿上的绕组通电），设此时A₁、A₂、A₃、A₄分别正对M₁号、M₃号、M₅号、M₇号动子齿，将A相绕组断电，B相绕组通电，则根据磁阻最小原理，凸极动子受到顺时针方向的转矩，直到旋转定子齿B₁正对M₂号动子齿，B₂、B₃、B₄依次类推。同理，将B相绕组断电，C相绕组通电，凸极动子继续受到顺时针方向的转矩，直到旋转定子齿C₁正对M₃号动子齿，C₂、C₃、C₄依次类推。若以图9中定、动子所处的相对位置作为起始位置，则依次给A→B→C相绕组通电，凸极动子以顺时针方向连续旋转；反之，则电机会沿逆时针方向转动。当弧形直线定子与弧形旋转定子按照各自供电方式同时通电，电机可做螺旋运动。本实用新型采用两套定子绕组，通过控制定子绕组的不同通电状态，使电机实现直线、旋转或螺旋运动。

本实用新型采用开槽凸极动子结构，图9中虚线部分为A相旋转定子绕组通电时，一个极下磁路示意图。当电机做螺旋运动时，虽然动子绕组沿轴向运动进出弧形旋转定子产生的磁场时，对应于弧形旋转定子端部位置的动子绕组中会产生感应电流，但根据右手定则可以判断，一个极磁路下对应的两个动子齿上的动子绕组中产生的感应电流方向相反，相互抵消，B相和C相弧形定子绕组通电时情况相同，因此旋转运动单元对直线运动不会产生影响。由于动子为凸极齿结构，弧形直线定子在其表面产生的涡流小，可以忽略，因此可认为直线运动单元对旋转运动基本没有影响。则本实用新型所提出的一种直线-旋转电机两种自由度运动之间基本解耦，且具有结构紧凑、机械集成化高，起动电流小等优点。

Claims (5)

1.一种直线-旋转电机，包括定子、动子、外壳和运动轴，其特征在于：所述的定子包括弧形直线定子和弧形旋转定子，两个弧形定子空间扣合置于所述外壳内，可上下扣合也可左右扣合，空间构成一个完整定子；所述动子包括凸极动子铁心和动子绕组。

2.根据权利要求1所述的一种直线-旋转电机，其特征在于：所述的弧形直线定子主要由弧形直线定子铁心与直线定子绕组构成；所述弧形直线定子铁心呈弓形，沿圆周方向开若干槽，所述直线定子绕组置于槽中。

3.根据权利要求1所述的一种直线-旋转电机，其特征在于：所述的弧形旋转定子主要由弧形旋转定子铁心与旋转定子绕组构成，所述弧形旋转定子铁心呈弧形，由硅钢片叠压而成，若干个凸极结构的旋转定子齿圆周均匀分布，形成凸极结构，所述旋转定子绕组采用集中绕组结构。

4.根据权利要求1所述的一种直线-旋转电机，其特征在于：所述动子由凸极动子铁心和动子绕组构成，所述凸极动子铁心主要由硅钢片叠片组成，采用凸极结构，若干动子齿沿周向均匀分布；动子齿沿周向开有周向槽，沿电机轴向等距离分布，所述动子绕组置于动子齿上所开周向槽中。

5.根据权利要求3所述的一种直线-旋转电机，其特征在于：所述弧形旋转定子与凸极动子铁心构成旋转运动单元，所述旋转运动单元定子齿和动子齿选为三相12/16极或6/8极齿配合结构。