双轴电机及双轴驱动方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及电机领域，特别是涉及一种双轴电机及双轴驱动方法。
【背景技术】
[0002]双轴(二自由度)驱动在许多领域都有着具有重要的应用，如在光伏发电系统中，为适应日照角度的变化而对采光面进行实时调节以获得最大的采光效率；还如在雕刻行业中，对自动雕刻机的刀头的多重控制；双轴驱动在3D打印领域也有着潜在的应用前景。传统的双轴驱动主要是通过将两个旋转电机或直线电机在不同方向上的组合联动而实现的，采用这种驱动方式的电机必然要使用多个丝杆或传动齿轮，而由于齿侧间隙的存在以及齿轮或丝杆传动时带来的能量损耗，进而使得电机驱动精度和驱动效率的较低。
[0003]因此，如何提供一种精度和效率较高的双轴电机及双轴驱动方法成为亟待解决的问题。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中双轴电机的上述缺陷，提供一种精度和效率较高的双轴电机及双轴驱动方法。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，提供一种双轴电机，包括形成一空腔的外壳、设置在所述空腔内的动子轴、至少三个动子铁心组，及安装在所述外壳上的至少三个定子铁心，其中:
[0006]所述动子轴沿轴向延伸且可相对所述外壳沿轴向平动并沿周向转动；每个所述动子铁心组包括至少一个动子铁心，所述动子铁心固定套设在所述动子轴上并沿轴向间隔分布，所述动子铁心向外凸伸形成沿周向间隔排列的多个动子齿；
[0007]每个所述定子铁心包括至少两个定子极组，每个所述定子极组包括至少一个定子极，所述定子极由所述定子铁心的定子磁轭向内凸伸形成，所述定子极上绕有导电线圈；
[0008]同组的所述动子铁心可同时在轴向上分别与一个所述定子铁心相正对，当任意一个所述动子铁心组在轴向上分别与一个所述定子铁心相正对时，其他组的所述动子铁心在轴向上与所述定子铁心相错开；
[0009]同组的所述定子极的所述多个定子齿可同时在周向上分别与多个所述动子齿相正对；当任意一个所述定子极组的所述多个定子齿在周向上分别与多个所述动子齿相正对时，其他组的所述定子极的所述多个定子齿在周向上与所述动子齿相错开。
[0010]优选地，在根据本发明所述的双轴电机中，所述定子齿的齿厚与所述动子齿的齿厚相等。
[0011]优选地，在根据本发明所述的双轴电机中，所述动子齿的齿距为所述动子齿齿宽的两倍，所述定子齿的齿距为所述定子齿齿宽的两倍。
[0012]优选地，在根据本发明所述的双轴电机中，所述定子齿的齿宽与所述动子齿的齿宽相等。
[0013]优选地，在根据本发明所述的双轴电机中，所述外壳包括一个首段、至少两个中段以及一个尾段，一个所述定子铁心的轴向两端分别与所述首段和一个所述中段形成可拆卸的连接，一个所述定子铁心的轴向两端分别与所述尾段和一个所述中段形成可拆卸的连接，每两个相邻的所述中段分别与一个所述定子铁心的轴向两端形成可拆卸的连接。
[0014]优选地，在根据本发明所述的双轴电机中，至少两个插销分别贯穿并固定连接所述首段、所述中段、所述尾段及所述定子铁心。
[0015]优选地，在根据本发明所述的双轴电机中，当一个所述定子极组的所述定子齿在周向上与多个所述动子齿相正对时，其他各个所述定子极组上的所述定子齿与相对应的所述动子齿之间所成角度均相同。
[0016]优选地，在根据本发明所述的双轴电机中，当一个所述定子极组的所述定子齿在周向上与多个所述动子齿相正对时，其他各个所述定子极组上的所述定子齿与相对应的所述动子齿之间所成角度可组成等差数列。
[0017]优选地，在根据本发明所述的双轴电机中，每个所述定子铁心向内凸出形成共偶数个所述定子极，所述定子极沿周向均匀分布，每个所述定子极组包括位于直径两端的两个所述定子极。
[0018]本发明还提供了一种双轴驱动的方法，包括:
[0019]使沿轴向分布的至少两个不同定子铁心的导电线圈交替通电，以对固定在所述动子轴上并沿轴向分布的多个动子铁心的至少一个产生轴向的磁吸引力，进而驱动所述动子轴沿轴向平动；
[0020]使至少一个所述定子铁心的至少一个定子极上的导电线圈，和至少一个所述定子铁心的至少一个另外的所述定子极上的导电线圈之间交替通电，以对所述定子极上中的至少一个产生周向的磁吸引力，进而驱动所述动子轴沿周向转动。
[0021]本发明创造性地将定子极细分为定子齿，通过对导电线圈的通断控制，可以使得动子在周向的旋转运动；并同时设置至少三个定子铁心和至少三个动子铁心可使得动子在周向的平移运动，即实现了双轴运动，并同时具有较小的磁漏。与传统的双轴电机相比，本发明的双轴电机由于不使用丝杆或传动齿轮，因而效率高、精度高。
【附图说明】
[0022]下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中:
[0023]图1为本发明优选实施例的双轴电机的立体结构示意图。
[0024]图2为本发明优选实施例的双轴电机的纵向结构示意图。
[0025]图3为本发明优选实施例的双轴电机的横向结构示意图。
[0026]图4为本发明优选实施例的双轴电机的动子铁心的横向结构示意图。
[0027]图5为本发明优选实施例的双轴电机的定子铁心的横向结构示意图。
[0028]图6为本优选实施例的双轴电机的定子齿与动子齿的相互关系示意图。
[0029]图7为本优选实施例的双轴电机的定子铁心和动子铁心的横向结构示意图。
[0030]图8为本发明另一优选实施例的双轴电机的定子铁心与动子铁心处于某一相对位置时在轴向上的位置关系示意图。
[0031]图9为图8中所示的定子铁心与动子铁心处于另一相对位置时在轴向上的位置关系意图。
[0032]图10是本发明再一优选实施例的双轴电机的定子铁心与动子铁心处于某一相对位置时在轴向上的位置关系示意图。
[0033]图11是本发明又一优选实施例的双轴电机的动子铁心与定子铁心的轴向上的位置关系意图。
【具体实施方式】
[0034]绕在定子铁心上的导电线圈在通电时产生的磁场吸引动子铁心，动子铁心会在磁场作用下向磁阻最小的状态变化，因此可产生电磁拉力或转矩。基于该原理，本发明的要点是，在动子轴上设置数个动子铁心，并相应地设置数个定子铁心，通过控制不同定子铁心上绕有的导电线圈的电流通断，以驱动动子轴在轴向上的平动；每个定子铁心上还设置数个定子极，每个定子极上设置有多个定子齿，通过控制不同定子极上上绕有的导电线圈的电流通断，以驱动动子轴在周向上的转动。
[0035]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0036]如图1所示，为图1为本发明优选实施例的双轴电机的立体结构示意图。本实施例的双轴电机，包括外壳3，外壳3形成一空腔3S。其中，外壳3顺次地包括一个首段31、两个中段32和一个尾段33。一个定子铁心2的轴向两端分别与首段31与一个中段32连接，一个定子铁心2的轴向两端分别尾段33与一个中段32连接，每两个相邻的中段32分别与一个定子铁心2的轴向两端连接。简单来说，即按照首段31、定子铁心2、中段32、定子铁心2、中段32、定子铁心2、尾段34沿轴向顺次连接。
[0037]在首段31和尾段34的外端上，分别固定有一个轴承41，动子轴4的两端分别与一个轴承41轴承连接，以使动子轴4在驱动力的作用下可相对壳体3沿轴向平移滑动，以及沿周向转动。本说明书中所说的轴向为动子轴4的延伸方向，也可称为纵向；而横向与纵向相正交，周向即为在横向平面上以动子轴4为圆心的圆周的切线方向。
[0038]在动子轴4上固定套设有五个动子铁心1。这五个动子铁心1在轴向上间隔分布。本实施例的五个动子铁心1在轴向上等距分布。当任意一个动子铁心1在轴向上与一个定子铁心2相正对时，其他的动子铁心1在轴向上与定子铁心2相错开。
[0039]请结合参阅图3、图4、图5。图3为本发明优选实施例的双轴电机的横向结构示意图，图4为本发明优选实施例的双轴电机的动子铁心的横向结构示意图，图5为本发明优选实施例的双轴电机的定子铁心的横向结构示意图。其中，定子铁心2包括定子磁轭22和定子磁轭22向内凸伸而成的八个定子极21。在横向截面上，定子磁轭22外围为方形，内围为环形。每个定子极21朝内凸伸形成五个定子齿210，这些定子齿210沿轴向延伸。各定子极21上的定子齿210具有固定齿距。这些定子齿210的内围围成一个柱形空间。
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