一种定子分离式直线旋转两自由度永磁作动器

摘要

本发明提供一种定子分离式直线旋转两自由度永磁作动器，包括外定子、转子和内定子三个部分，其中内外定子均由三个结构相同的独立定子单元组成。每个独立外定子单元含有6个定子齿，并绕有电枢绕组；转子部分为夹心式杯状结构，导磁铁心为分块式结构，仅由硅钢片叠制而成，为提高强度可以在转子外加装环氧树脂或碳纤维护套；内定子主要由定子铁心、沿周向和轴向均交错分布的永磁体阵列构成，每个内定子单元上设有24块永磁体。本发明提出的作动器具有以下显著优点：1)大大降低了极间漏磁，显著增加了绕组磁链；2)解决了电磁负荷空间上的矛盾，增加了功率密度；3)减少了电枢磁场对永磁的去磁风险，增强了作动器运行可靠性。

权利要求

1.一种定子分离式直线旋转两自由度永磁作动器，其特征在于：包括外定子、转子、内定子三个部分；

所述外定子部分包含三个沿轴向排列的独立的环形外定子单元，每个环形外定子单元包括环形外定子铁心和电枢绕组，所述环形外定子铁心内侧沿周向均匀分布6个定子齿，每个定子齿上绕有电枢绕组；三个外定子单元的定子齿沿轴向同轴布置，使得外定子电枢绕组沿轴向含有1个电周期，且使得轴向和周向两套三相电枢绕组均可匝链获得正弦的磁链和反电势；

所述转子部分整体为夹心式杯状结构，由若干个转子铁心块和连接转子铁心块的非导磁护套构成；

所述内定子部分包含三个沿轴向排列的独立的内定子单元，每个内定子单元由环形内定子铁心以及设置于环形内定子铁心外侧沿周向和轴向极性均交错分布的永磁体阵列构成。

2.根据权利要求1所述的一种定子分离式直线旋转两自由度永磁作动器，其特征在于：每个环形内定子铁心上设有24块永磁体，两个极性相反的永磁体轴向合并为一组形成12组永磁体组，12组永磁体组沿内定子铁心外侧周向均匀布置，使得内定子永磁体外侧沿周向含有6对极；三个内定子单元的永磁体组形成永磁体阵列，每块永磁体沿周向和轴向相邻的

4块永磁体极性均相反。

3.根据权利要求1所述的一种定子分离式直线旋转两自由度永磁作动器，其特征在于：所述转子铁心块由硅钢片叠制而成。

4.根据权利要求1或3所述的一种定子分离式直线旋转两自由度永磁作动器，其特征在于：所述非导磁护套为环氧树脂护套或碳纤维护套。

5.根据权利要求1所述的一种定子分离式直线旋转两自由度永磁作动器，其特征在于：所述转子部分包含16个沿轴向排列的转子铁心环，每个转子铁心环包含8个转子铁心块，16个转子铁心环之间的转子铁心块沿轴向交错布置。

说明书

一种定子分离式直线旋转两自由度永磁作动器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种定子分离式直线旋转永磁作动器，用于需要实现直线和旋转两自由度复合运动的场合。

背景技术

[0002] 在工业运用中，常常需要驱动系统实现多自由度的运动。直线和旋转两自由度运动方式作为多维度运动中的一种，具有广泛的应用前景，可被运用于高精度加工、机器人、电动汽车、电磁炮发射等场合。直线旋转两自由度运动的传统实现方式是组合两台独立的电机，但是，这种方法传动系统复杂，体积较大，传动效率低。为克服传统组合式直线旋转作动系统的缺点，已有部分文献提出了可以实现直线和旋转两个自由度运动的单个作动器。但是，现有的作动器性能仍有诸多性能有待进一步提高。

发明内容

[0003] 技术问题：为了克服已有的直线旋转两自由度永磁作动器功率密度小、可靠性低的缺点，本发明提出了一种定子分离式直线旋转永磁作动器，降低极间漏磁，改善作动器气隙磁场分布，提高功率密度，降低电枢磁场对永磁的去磁风险。

[0004] 技术方案：一种定子分离式直线旋转两自由度永磁作动器，包括外定子、转子、内定子三个部分；

[0005] 所述外定子部分包含三个沿轴向排列的独立的环形外定子单元，每个环形外定子单元包括环形外定子铁心和电枢绕组，所述环形外定子铁心内侧沿周向均匀分布6个定子齿，每个定子齿上绕有电枢绕组；三个外定子单元的定子齿沿轴向同轴布置，使得外定子电枢绕组沿轴向含有1个电周期；

[0006] 所述转子部分整体为夹心式杯状结构，由若干个转子铁心块和连接转子铁心块的非导磁护套构成；

[0007] 所述内定子部分包含三个沿轴向排列的独立的内定子单元，每个内定子单元由环形内定子铁心以及设置于环形内定子铁心外侧沿周向和轴向极性均交错分布的永磁体阵列构成。

[0008] 进一步的，每个环形内定子铁心上设有24块永磁体，两个极性相反的永磁体轴向合并为一组形成12组永磁体组，12组永磁体组沿内定子铁心外侧周向均匀布置，使得内定子永磁体外侧沿周向含有6对极；三个内定子单元的永磁体组形成永磁体阵列，每块永磁体沿周向和轴向相邻的4块永磁体极性均相反。

[0009] 进一步的，所述转子铁心块由硅钢片叠制而成。

[0010] 进一步的，所述非导磁护套为环氧树脂护套或碳纤维护套。加装在动子外用于提高动子强度。

[0011] 进一步的，所述转子部分包含16个沿轴向排列的转子铁心环，每个转子铁心环包含8个转子铁心块，16个转子铁心环之间的转子铁心块沿轴向交错布置。

[0012] 有益效果：定子分离式磁通反向直线旋转作动器永磁磁场通过转子的路径较短，使得磁阻较小，减少了漏磁，从而大大提升了电磁性能。另外，在直线和旋转两个运动方向上均遵循磁通反向运行原理，使得轴向和周向两套三相电枢绕组均可匝链获得正弦的磁链和反电势，从而两个自由度的运动均可采用传统的交流永磁同步运行方式，调速控制算法相对简单，具有实际的工程应用价值。

附图说明

[0013] 图1为一种定子分离式直线旋转两自由度永磁作动器结构图；

[0014] 图2为一种定子分离式直线旋转两自由度永磁作动器周向剖面图；

[0015] 图3为外定子单元；

[0016] 图4为转子；

[0017] 图5为内定子。

[0018] 其中：I、外定子，II、转子，III、内定子，1、外定子铁心，2、电枢绕组，3、转子非导磁护套，4、转子铁心块，5、永磁体，6、内定子铁心。

具体实施方式

[0019] 所述的一种定子分离式直线旋转两自由度永磁作动器，其具体实施方式如图1、2所示，主要包括外定子部分I，转子部分II和内定子部分III。外定子单元如图3所示，转子单元如图4所示，内定子单元如图5所示。

[0020] 如图3所示，所述的一种定子分离式直线旋转两自由度永磁作动器，外定子部分包含三个沿轴向排列的独立的环形外定子单元，每个环形外定子单元包括环形外定子铁心1和电枢绕组2，所述环形外定子铁心内侧沿周向均匀分布6个定子齿，每个定子齿上绕有电枢绕组；三个外定子单元的定子齿沿轴向同轴布置，使得外定子电枢绕组沿轴向含有1个电周期。

[0021] 如图4所示，所述的一种定子分离式直线旋转两自由度永磁作动器，所述转子部分整体为夹心式杯状结构，由若干个转子铁心块4和连接转子铁心块的非导磁护套3构成。导磁铁心为分块式结构，仅由硅钢片叠制而成，为提高强度可以在转子外加装环氧树脂护套或碳纤维护套。

[0022] 如图5所示，所述的一种定子分离式直线旋转两自由度永磁作动器，内定子部分包含三个沿轴向排列的独立的内定子单元，每个内定子单元由环形内定子铁心以及设置于环形内定子铁心外侧沿周向和轴向极性均交错分布的永磁体阵列构成。具体的，每个环形内定子铁心上设有24块永磁体，两个极性相反的永磁体轴向合并为一组形成12组永磁体组，12组永磁体组沿内定子铁心外侧周向均匀布置，使得内定子永磁体外侧沿周向含有6对极；
三个内定子单元的永磁体组形成永磁体阵列，每块永磁体沿周向和轴向相邻的4块永磁体极性均相反。

[0023] 本发明提出的作动器具有以下显著优点：1)大大降低了极间漏磁，显著增加了绕组磁链；2)解决了电磁负荷空间上的矛盾，增加了功率密度；3)减少了电枢磁场对永磁的去磁风险，增强了作动器运行可靠性。

[0024] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。