专利名称：两自由度开关磁阻电动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种两自由度开关磁阻电动机，属于电机领域。
背景技术：
开关磁阻电动机由于存在结构简单、控制方便、可靠性能高、成本低等优 点，现已得到各行各业的重视和认可。两自由度运动方式是工业生产和日常生 活的一种普遍的运动方式，在开关磁阻电动机上实现两自由度运动在工业生产 及国防领域有着重要意义。传统的两自由度运动依靠电动机旋转和液压直线运 动相结合来实现，同时也可以通过旋转电机和直线电机相结合来实现，存在结 构比较复杂，体积大，控制难度高等缺点。
发明内容
本发明的目的是解决传统两自由度运动的实现所采用的设备结构复杂，体 积大，控制难度高的问题，提供了一种两自由度开关磁阻电动机。
本发明由定子、定子绕组、动子、动子轴和滑动轴承组成，定子上缠绕定 子绕组，定子环套于动子的外圆表面上并且与动子同轴，定子的内表面与动子 的外表面之间留有空隙，动子设置在动子轴上，动子轴两端与滑动轴承滑动连
接；定子的内孔表面上沿圆周方向均匀分布有定子大齿，相邻定子大齿之间形 成定子齿槽，动子的外圆表面上沿圆周方向均匀分布有动子大齿，相邻动子大 齿之间形成动子齿槽，定子大齿与动子大齿的宽度相同，定子大齿与动子大齿 的齿数比为6: 4;定子大齿上沿轴向均匀分布有定子小齿，相邻定子小齿之间 形成定子小齿齿槽，相邻相定子大齿上的定子小齿沿轴向错开一个定子小齿的 齿宽距离，每相的对称定子大齿上定子小齿的分布一致，动子大齿上沿轴向均 匀分布有动子小齿，相邻动子小齿之间形成动子小齿齿槽；定子小齿与动子小 齿的宽度相同，定子小齿或动子小齿、定子小齿齿槽与动子小齿齿槽的宽度比 例为l: 5: 2。本发明的优点是
本发明的基本结构和控制方式与传统开关磁阻电动机类似，具有结构简单、 控制方便、体积小的优点，同时动子既能正反转，又可以做水平方向的直线往 复运动。定子绕组产生的磁路遵循"磁阻最小原理"，当定子绕组通电后，定子 与动子圆周方向的大齿的相互作用力，会产生旋转转矩；同时轴向的定子小齿 和动子小齿之间形成轴向的拉力，推动动子沿轴向运动；当定子绕组换向时， 由于各个齿的位置发生了变化，使得动子能够连续正反转动和在水平方向往复 运动，形成两自由度的运动。本发明合理的利用了电动机定子铁心内的有效空 间，提高了电动机利用率，在机器人、航天航空、复杂执行结构等领域具有良 好应用前景。
图1是本发明的整体结构示意图，图2是本发明转子大齿齿数为6、定子大 齿齿数为4时的轴向截面示意图，图3是A相定子大齿正对动子大齿的径向截 面示意图，图4是C相定子大齿正对动子大齿的径向截面示意图，图5是B相 定子大齿正对动子大齿的径向截面示意图，图6是A相定子绕组通电后动子小 齿与每相定子小齿的位置对应关系示意图，图7是B相定子绕组通电后动子小 齿与每相定子小齿的位置对应关系示意图，图8是C相定子绕组通电后动子小 齿与每相定子小齿的位置对应关系示意图。
具体实施例方式
具体实施方式
一下面结合图1至图8说明本实施方式，本实施方式由定 子l、定子绕组2、动子3、动子轴4和滑动轴承5组成，定子l上缠绕定子绕 组2,定子1环套于动子3的外圆表面上并且与动子3同轴，定子1的内表面与 动子3的外表面之间留有空隙，动子3设置在动子轴4上，动子轴4两端与滑 动轴承5滑动连接；定子1的内孔表面上沿圆周方向均匀分布有定子大齿6，相 邻定子大齿6之间形成定子齿槽，动子3的外圆表面上沿圆周方向均匀分布有 动子大齿7，相邻动子大齿7之间形成动子齿槽，定子大齿6与动子大齿7的宽 度相同，定子大齿6与动子大齿7的齿数比为6: 4;定子大齿6上沿轴向均匀分布有定子小齿6-l，相邻定子小齿6-1之间形成定子小齿齿槽6-2，相邻相定 子大齿6上的定子小齿6-1沿轴向错开一个定子小齿的齿宽距离，每相的对称 定子大齿6上定子小齿6-1的分布一致，动子大齿7上沿轴向均匀分布有动子 小齿7-1，相邻动子小齿7-1之间形成动子小齿齿槽7-2;定子小齿6-1与动子 小齿7-1的宽度相同，定子小齿6-1或动子小齿7-1、定子小齿齿槽6-2与动子 小齿齿槽7-2的宽度比例为1: 5: 2。
各相定子大齿6上的定子小齿6-l，不是一致分布，而是由轴向错开一个定 子小齿6-1的齿宽距离，如A相定子小齿6-1和B相定子小齿6-1相差一个定 子小齿6-1的齿宽距离，B相定子小齿6-1和C相定子小齿6-1相差一个定子小 齿6-1的齿宽距离。同相定子大齿6上的定子小齿6-1结构完全一样，如A相 和A'相的定子小齿6-1 —致。所述的同相是A相和A'相作为一个对称相称为 同相，B相和B'相作为一个对称相称为同相，C相和C'相作为一个对称相称为 同相。
工作原理
由图2可知，当动子3旋转运动时，与传统的6/4极开关磁阻电动机工作原 理一致，磁路遵循磁阻最小原理，同相绕组产生的磁通方向一致，当给A相定 子绕组2-l、 B相定子绕组2-2、 C相定子绕组2-3依次通电时，动子3沿顺时 针转动，按照C相定子绕组2-3、 B相定子绕组2-2、 A相定子绕组2-l的顺序 依次通电时，动子沿逆时针转动。
当A相定子绕组2-1通电后，A相定子大齿6正对着动子大齿7，如图2 所示。同时A相定子大齿6上的定子小齿6-1正对着动子大齿7上的动子小齿 7-1，如图6所示。设动子大齿7上的动子小齿1、 3、 5等正对A相定子大齿6 上的定子小齿6-l，此时将B相定子绕组2-2通电，A相定子绕组2-l断电，由 图2所示，根据磁阻最小原理，动子3将受到顺时针旋转的转矩，直到B相定 子大齿6正对着动子大齿7。由图6所示，此时B相定子大齿6上的定子小齿 6-1将吸引动子大齿7上动子小齿1、 3、 5等，使得动子3受到向右移动的推力， 直到B相定子大齿6上的定子小齿6-1正对着动子大齿7上1、 3、 5等动子小齿7-l，如图7所示；此时B相定子绕组2-2断电，C相定子绕组2-3通电，动 子3将继续受到顺时针旋转的转矩，同时C相定子大齿6上的定子小齿6-1将 吸引动子大齿7上1、 3、 5等动子小齿7-l，使得动子3受到向右移动的推力， 直到C相定子大齿6上的定子小齿6-1正对着动子大齿7上的1、 3、 5等动子 小齿7-l，如图8所示；此时C相定子绕组2-3断电，A相定子绕组2-l通电， 电动机动子3继续受到顺时针旋转的转矩，A相定子大齿6上的定子小齿6-1 将吸引动子3上2、 4、 6等动子小齿7-l，使得动子3受到向右移动的推力，直 到A相定子大齿6上的定子小齿6-1正对着动子大齿7上的2、 4、 6等动子小 齿7-l。
到此，经过了一个周期的换向工作，定子大齿6与动子大齿7的对应关系 回到了图2所示的位置，定子小齿6-1与动子小齿7-1的对应关系回到了图6 的位置，只不过动子大齿7上的动子小齿2、 4、 6等正对A相定子大齿6上的 定子小齿6-1 。当A相定子绕组2-1 、 B相定子绕组2-2、 C相定子绕组2-3依次 通电时，动子3沿顺时针方向转动，同时动子3沿水平右方向水平运动。当C 相定子绕组2-3、 B相定子绕组2-2、 A相定子绕组2-1依次通电时，动子3沿 逆时针方向转动，同时动子3沿水平左方向水平运动。依此类推，通过改变各 相定子绕组2的通断电顺序，可以得到连续的电动机动子3的正反方向旋转和 水平方向往复两自由度运动。
设动子3上的动子小齿7-1宽度为x，当电动机的定子大齿6的齿数为六， 动子大齿7的齿数为四时，定子绕组2每一次换向，动子3旋转30度，动子3 沿水平方向移动的距离则为x。所以，动子3旋转一周，动子3的水平位移为 12x。由此可以通过改变动子小齿7-1的宽度x和定子大齿6与动子大齿7的齿 数，来改变动子3的旋转角度与水平位移的关系。
具体实施方式
二本实施方式与实施方式一的不同之处在于所述定子1和 动子3均为凸极结构。其它组成和连接关系与实施方式一相同。
权利要求
1、一种两自由度开关磁阻电动机，其特征在于它由定子(1)、定子绕组(2)、动子(3)、动子轴(4)和滑动轴承(5)组成，定子(1)上缠绕定子绕组(2)，定子(1)环套于动子(3)的外圆表面上并且与动子(3)同轴，定子(1)的内表面与动子(3)的外表面之间留有空隙，动子(3)设置在动子轴(4)上，动子轴(4)两端与滑动轴承(5)滑动连接；定子(1)的内孔表面上沿圆周方向均匀分布有定子大齿(6)，相邻定子大齿(6)之间形成定子齿槽，动子(3)的外圆表面上沿圆周方向均匀分布有动子大齿(7)，相邻动子大齿(7)之间形成动子齿槽，定子大齿(6)与动子大齿(7)的宽度相同，定子大齿(6)与动子大齿(7)的齿数比为6∶4；定子大齿(6)上沿轴向均匀分布有定子小齿(6-1)，相邻定子小齿(6-1)之间形成定子小齿齿槽(6-2)，相邻相定子大齿(6)上的定子小齿(6-1)沿轴向错开一个定子小齿的齿宽距离，每相的对称定子大齿(6)上定子小齿(6-1)的分布一致，动子大齿(7)上沿轴向均匀分布有动子小齿(7-1)，相邻动子小齿(7-1)之间形成动子小齿齿槽(7-2)；定子小齿(6-1)与动子小齿(7-1)的宽度相同，定子小齿(6-1)或动子小齿(7-1)、定子小齿齿槽(6-2)与动子小齿齿槽(7-2)的宽度比例为1∶5∶2。
2、 根据权利要求l所述的一种两自由度开关磁阻电动机，其特征在于所述 定子(1)和动子(3)均为凸极结构。
全文摘要
两自由度开关磁阻电动机，属于电机领域。本发明的目的是解决传统两自由度运动的实现采用的设备结构复杂，体积大，控制难度高的问题。本发明定子上缠绕定子绕组，定子环套于动子的外圆表面上并且与动子同轴，动子设置在动子轴上，动子轴两端与滑动轴承滑动连接；定子的内孔表面上沿圆周方向均匀分布有定子大齿，动子的外圆表面上沿圆周方向均匀分布有动子大齿，定子大齿与动子大齿的齿数比为6∶4；定子大齿上沿轴向均匀分布定子小齿，相邻相定子大齿上的定子小齿沿轴向错开一个定子小齿的齿宽距离，动子大齿上沿轴向均匀分布动子小齿，定子小齿或动子小齿、定子小齿齿槽与动子小齿齿槽的宽度比例为1∶5∶2。本发明能够实现两自由度的运动。
文档编号H02K1/22GK101557154SQ20091007207
公开日2009年10月14日 申请日期2009年5月20日 优先权日2009年5月20日
发明者莹 刘, 刘奉海, 吴红星, 寇宝泉, 程树康, 谢宗武 申请人:哈尔滨工业大学