专利名称：双定子旋转直线电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种双定子旋转直线电机，属于电机技术领域。
背景技术：
旋转直线电机在航空航天、工业控制、机床、机器人、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领域有着广阔的应用。现有的旋转-直线电机主要通过多台电机和机械转换机构来实现多自由度的功能，这种实现方式导致系统的体积大、重量高。对于由单台电机实现的螺旋运动，此类电机大多是采用在一个定子上缠绕两套定子绕组，分别用于实现直线运动和旋转运动的控制。该种类型电机由于定子上并行放置两 套绕组，增加了电机的轴向空间，电机的体积也相应较大。
发明内容
本发明是为了解决现有的旋转-直线电机通过多台电机和机械转换机构的结合来实现多自由度的运动，导致系统体积大及重量高的问题，提供一种双定子旋转直线电机。本发明所述双定子旋转直线电机，它包括转轴和机壳，它还包括内定子套筒、内定子铁心、动子铁心、动子前端支撑部、动子后端支撑部、外定子铁心、内定子绕组和外定子绕组，机壳通过轴承与转轴连接，夕卜定子铁心固定在机壳的内表面，内定子铁心通过内定子套筒与机壳固定连接，内定子套筒通过轴承与转轴连接，内定子铁心与外定子铁心之间同轴设置动子铁心，动子铁心与内定子铁心之间为内气隙，动子铁心与外定子铁心之间为外气隙，动子铁心的一端通过动子前端支撑部与转轴固定连接，动子铁心的另一端通过动子后端支撑部与内定子套筒的外圆表面通过轴承连接;内定子铁心上设置内定子绕组，外定子铁心上设置外定子绕组，内定子铁心与动子铁心形成旋转电机结构，外定子铁心与动子铁心形成圆筒型直线电机结构；或者内定子铁心与动子铁心形成圆筒型直线电机结构，外定子铁心与动子铁心形成旋转电机结构。内定子铁心与外定子铁心沿轴向的长度相等，并且内定子铁心与外定子铁心的同侧端面沿径向均位于一个平面内。外定子铁心的轴向长度大于或小于动子铁心的轴向长度。内定子铁心与动子铁心形成的电机结构为永磁同步电机结构、感应电机结构或者开关磁阻电机结构。外定子铁心与动子铁心形成的电机结构为永磁同步电机结构、感应电机结构或者开关磁阻电机结构。本发明的优点是本发明的运动部件可实现旋转运动、直线运动亦或旋转直线运动，它由内外两个定子由中间的动子构成，一侧定子采用圆筒形直线电机结构，提供轴向力，实现动子沿轴向的直线运动；另一侧定子采用旋转电机结构，提供切向力，实现动子沿圆周方向的旋转运动。二者的同时存在，实现了动子的旋转直线运动。本发明的电机结构应用于多自由度系统可以省去多台电机和机械转换机构，使得系统的体积和重量大大降低。在航空航天、工业控制、机床、机器人、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领域具有广阔应用前景。本发明的结构设计合理，扩展了传统电机功能，通过对两侧气隙的单独控制，可以实现多自由度的运动。同时具有较高的效率，并提供足够的输出转矩。
图I为实施方式一中内定子铁心与动子套筒形成圆筒型直线电机结构的双定子旋转直线电机结构示意图；图2为实施方式一中外定子铁心与动子套筒形成圆筒型直线电机结构的双定子旋转直线电机结构示意图；图3为实施方式三中外定子铁心的轴向长度小于动子套筒轴向长度时，内定子铁心与动子套筒形成圆筒型直线电机结构的双定子旋转直线电机结构示意图；图4为实施方式三中外定子铁心的轴向长度小于动子套筒轴向长度时，外定子铁心与动子套筒形成圆筒型直线电机结构的双定子旋转直线电机结构示意图。
具体实施例方式具体实施方式
一下面结合图I和图2说明本实施方式，本实施方式所述双定子旋转直线电机，它包括转轴I和机壳2，它还包括内定子套筒3、内定子铁心4、动子铁心5、动子前端支撑部6、动子后端支撑部7、外定子铁心8、内定子绕组9和外定子绕组10，机壳2通过轴承与转轴I连接，外定子铁心8固定在机壳2的内表面，内定子铁心4通过内定子套筒3与机壳2固定连接，内定子套筒3通过轴承与转轴I连接，内定子铁心4与外定子铁心8之间同轴设置动子铁心5，动子铁心5与内定子铁心4之间为内气隙，动子铁心5与外定子铁心8之间为外气隙，动子铁心5的一端通过动子前端支撑部6与转轴I固定连接，动子铁心5的另一端通过动子后端支撑部7与内定子套筒3的外圆表面通过轴承连接；内定子铁心4上设置内定子绕组9，外定子铁心8上设置外定子绕组10，内定子铁心4与动子铁心5形成旋转电机结构，外定子铁心8与动子铁心5形成圆筒型直线电机结构；或者内定子铁心4与动子铁心5形成圆筒型直线电机结构，外定子铁心8与动子铁心5形成旋转电机结构。本实施方式中，电机由两个定子和一个动子组成，两个定子上均嵌有绕组，分别与动子作用实现旋转功能和直线运动功能。两个定子内外嵌套，动子采用空心杯结构，可极大程度上利用电机空间。如图I所示，内定子铁心4与动子铁心5形成圆筒型直线电机结构，产生轴向力，该圆筒型直线电机可以是永磁同步电机，感应电机或开关磁阻电机；在该圆筒型直线电机作用下，动子铁心5和转轴I可做轴向移动。外定子铁心8与动子铁心5组成旋转电机结构，产生旋转力，该旋转电机也可以是永磁同步电机，感应电机或开关磁阻电机，在该旋转电机作用下，动子铁心5和转轴I可做旋转运动，其中涉及到应用的轴承可以为圆柱滚子轴承、滚动轴承和滑动轴承组合套用或磁悬浮轴承。如图2所示，内定子铁心4与动子铁心5形成旋转电机结构，产生旋转力，该旋转电机可以是永磁同步电机，感应电机或开关磁阻电机；在旋转电机作用下，动子铁心5和转轴I可做旋转运动；外定子铁心8与动子铁心5组成圆筒型直线电机结构，产生轴向力，该圆筒型直线电机可以是永磁同步电机，感应电机或开关磁阻电机；在该圆筒型直线电机作用下，动子铁心5和转轴I可做轴向移动。
具体实施方式
二 下面结合图I至图4说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一的进一步说明，内定子铁心4与外定子铁心8沿轴向的长度相等，并且内定子铁心4与外定子铁心8的同侧端面沿径向均位于一个平面内。
具体实施方式
三下面结合图I至图4说明本实施方式，本实施方式为对实施方式 二的进一步说明，外定子铁心8的轴向长度大于或小于动子铁心5的轴向长度。当外定子铁心8的轴向长度大于动子铁心5的轴向长度时，或外定子铁心8的轴向长度小于动子铁心5的轴向长度时，均可通过对内定子绕组9电流的控制，确保动子铁心5在螺旋运动范围内，使内气隙和外气隙的有效磁通均不变，以提供足够的输出转矩。
具体实施方式
四本实施方式为对实施方式一、二或三的进一步说明，内定子铁心4与动子铁心5形成的电机结构为永磁同步电机结构、感应电机结构或者开关磁阻电机结构。
具体实施方式
五本实施方式为对实施方式一、二、三或四的进一步说明，外定子铁心8与动子铁心5形成的电机结构为永磁同步电机结构、感应电机结构或者开关磁阻电机结构。
具体实施方式
六本实施方式为对实施方式一、二、三、四或五的进一步说明，动子铁心5的内圆表面和外圆表面均设置有永磁体、嵌入式绕组线圈、笼型绕组、导电金属筒壁或开有齿槽。
具体实施方式
七本实施方式为对实施方式一、二、三、四或五的进一步说明，动子铁心5的内圆表面或外圆表面设置有永磁体、嵌入式绕组线圈、笼型绕组、导电金属筒壁或开有齿槽。
权利要求
1.一种双定子旋转直线电机，它包括转轴(I)和机壳(2)，其特征在于它还包括内定子套筒(3)、内定子铁心(4)、动子铁心(5)、动子前端支撑部(6)、动子后端支撑部(7)、外定子铁心(8)、内定子绕组(9)和外定子绕组(10)，机壳(2)通过轴承与转轴(I)连接，外定子铁心(8)固定在机壳(2)的内表面，内定子铁心(4)通过内定子套筒(3)与机壳(2)固定连接，内定子套筒(3)通过轴承与转轴(I)连接， 内定子铁心(4)与外定子铁心(8)之间同轴设置动子铁心(5)，动子铁心(5)与内定子铁心(4)之间为内气隙，动子铁心(5)与外定子铁心(8)之间为外气隙，动子铁心(5)的一端通过动子前端支撑部￠)与转轴(I)固定连接，动子铁心(5)的另一端通过动子后端支撑部(7)与内定子套筒(3)的外圆表面通过轴承连接； 内定子铁心(4)上设置内定子绕组(9)，外定子铁心(8)上设置外定子绕组(10)， 内定子铁心(4)与动子铁心(5)形成旋转电机结构，外定子铁心(8)与动子铁心(5)形成圆筒型直线电机结构；或者内定子铁心(4)与动子铁心(5)形成圆筒型直线电机结构，外定子铁心(8)与动子铁心(5)形成旋转电机结构。
2.根据权利要求I所述的双定子旋转直线电机，其特征在于内定子铁心(4)与外定子铁心(8)沿轴向的长度相等，并且内定子铁心(4)与外定子铁心(8)的同侧端面沿径向均位于一个平面内。
3.根据权利要求2所述的双定子旋转直线电机，其特征在于外定子铁心(8)的轴向长度大于或小于动子铁心(5)的轴向长度。
4.根据权利要求1、2或3所述的双定子旋转直线电机，其特征在于内定子铁心(4)与动子铁心(5)形成的电机结构为永磁同步电机结构、感应电机结构或者开关磁阻电机结构。
5.根据权利要求1、2或3所述的双定子旋转直线电机，其特征在于外定子铁心(8)与动子铁心(5)形成的电机结构为永磁同步电机结构、感应电机结构或者开关磁阻电机结构。
6.根据权利要求1、2或3所述的双定子旋转直线电机，其特征在于动子铁心(5)的内圆表面和外圆表面均设置有永磁体、嵌入式绕组线圈、笼型绕组、导电金属筒壁或开有齿槽。
7.根据权利要求1、2或3所述的双定子旋转直线电机，其特征在于动子铁心(5)的内圆表面或外圆表面设置有永磁体、嵌入式绕组线圈、笼型绕组、导电金属筒壁或开有齿槽。
全文摘要
双定子旋转直线电机，属于电机技术领域。它解决了现有的旋转-直线电机通过多台电机和机械转换机构的结合来实现多自由度的运动，导致系统体积大及重量高的问题。它的机壳通过轴承与转轴连接，外定子铁心固定在机壳的内表面，内定子铁心通过内定子套筒与机壳固定连接，内定子套筒通过轴承与转轴连接，内定子铁心与外定子铁心之间同轴设置动子铁心，动子铁心的一端通过动子前端支撑部与转轴固定连接，动子铁心的另一端通过动子后端支撑部与内定子套筒的外圆表面通过轴承连接；内定子铁心与动子铁心形成旋转电机结构或者圆筒型直线电机结构，外定子铁心与动子铁心形成圆筒型直线电机结构或者旋转电机结构。本发明为一种旋转直线电机。
文档编号H02K16/04GK102868271SQ201210369198
公开日2013年1月9日 申请日期2012年9月28日 优先权日2012年9月28日
发明者柴凤, 裴宇龙, 倪荣刚, 程树康, 翟筱羿 申请人:哈尔滨工业大学