一种直线旋转两自由度永磁电机的制作方法

本发明涉及一种直线旋转两自由度永磁电机，适用于需要直线、旋转及螺旋运动驱动的应用场合，属于特种电机技术领域。

背景技术：

随着工业驱动系统复杂性的增加和驱动精度要求的提高，两自由度驱动的应用越来越广泛，如人类关节、机器手臂、高档机床、舰船推进、火炮转台、多坐标加工、卫星跟踪天线、电动陀螺仪等，尤其是一些精密装置对两自由度驱动的要求越来越迫切，一维运动的单自由度电机无法满足驱动要求，需要大量两维运动的电机及其驱动机构。

直线旋转两自由度运动电机是一种能够实现直线、旋转和螺旋运动的两自由度电机，是两维运动电机的典型代表。经过了十几年的发展，直线旋转两自由度电机的研究取得了一定的成果。许多结构类型的直线旋转两自由度电机不断的被提出，如螺旋式结构、组合式结构和集成式结构等，并应用于各种场合。但是，现有的直线旋转两自由度电机结构和性能仍有诸多地方有待优化。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种直线旋转两自由度永磁电机，实现单气隙中旋转和行波磁场的耦合，进而输出转矩和推力，并克服了已有直线旋转两自由度永磁电机功率密度小、工艺复杂可靠性低的缺点，降低铁芯损耗及涡流损耗，提高功率密度，提高电机的工作性能，并简化加工工艺，提高电机可靠性。

本发明的技术方案是：一种直线旋转两自由度永磁电机，包括定子和动子，可以实现直线、旋转和螺旋运动，所述定子由m个定子单元沿轴向排列构成，所述定子单元两两之间设置有定子隔磁环(3-2)，所述定子单元由n个定子齿模块沿圆周方向排列而成，定子齿(1)为双鱼叉重叠相连结构。

进一步，双鱼叉重叠相连部分为弧度平滑的微拱桥形背脊；背脊的轴向截面为矩形，圆周向截面为小段圆环。

进一步，所述定子齿(1)单元上设置有绕组，所述绕组分为直线绕组(2-2)和旋转绕组(2-1)。

进一步，所述直线绕组(2-2)绕制在定子齿(1)单元背脊上，沿圆周方向的n个直线绕组(2-2)采用串联连接，所述直线绕组(2-2)为集中式绕制。

进一步，所述旋转绕组(2-1)绕制在轴向方向上定子齿拼接在底部形成的槽中，所述旋转绕组(2-1)为集中式绕制。

进一步，所述动子由动子轭(5)、永磁体块(4)和动子隔磁块(3-1)构成，所述永磁体块(4)设置在所述动子轭(5)表面分别沿圆周方向及沿轴向方依次排放，两两永磁体块(4)沿圆周方向之间设置有动子隔磁块(3-1)；沿圆周方向的永磁体块(4)个数为若干个；沿轴向方面永磁体块(4)个数为若干个。

进一步，所述永磁体块(4)沿圆周方向分布的角度圆心角度为tc＝(0.6～1)*360/2p1，p1为圆周方向永磁体极对数；永磁体块(4)沿轴向方向分布的长度为tl＝(0.5～1)τ，(τ为轴向方向动子极距)，所述永磁体块(4)沿圆周方向为n极和s极交替排列，沿轴向也为n极和s极交替排列。

本发明的一种直线旋转两自由度永磁电机，具有以下有益效果：

1)采用两套绕组实现直线和旋转电枢磁场，且直线绕组和旋转绕组磁通路径相互垂直，能够实现较好的直线和旋转运动的解耦驱动控制。

2)采用独特的定子齿结构，减小了定子涡流损耗，使得电机输出转矩和推力提高，具有较高的效率。

3)采用动子表面嵌入永磁体结构，加工方便，使得电机功率密度提高。

附图说明

图1为直线旋转永磁电机结构剖视图。

图2为正视图。

图3为侧视剖视图。

图4为定子齿结构。

图中：1为定子齿，2-1为旋转绕组，2-2为直线绕组，3-1为动子隔磁块，3-2为定子隔磁环，4为永磁体块，5为动子轭。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作进一步阐述。

如图1所示，一种直线旋转两自由度永磁电机，包括定子和动子，可以实现直线、旋转和螺旋运动，所述定子由m个定子单元沿轴向排列构成，所述定子单元两两之间设置有定子隔磁环(3-2)，所述定子单元由n个定子齿模块沿圆周方向排列而成，其中的定子齿(1)为双鱼叉重叠相连结构。

如图4所示，双鱼叉重叠相连部分为弧度平滑的微拱桥形背脊；背脊的轴向截面为矩形，圆周向截面为小段圆环，双鱼叉的底端贴近动子的位置为与动子外圆周弧度相适应的圆环衬底。

所述定子齿(1)单元上设置有绕组，所述绕组分为直线绕组(2-2)和旋转绕组(2-1)。

所述直线绕组(2-2)绕制在定子齿(1)单元背脊上，沿圆周方向的n个直线绕组(2-2)采用串联连接，所述直线绕组(2-2)为集中式绕制。

所述旋转绕组(2-1)绕制在轴向方向上定子齿拼接在底部形成的槽中(即双鱼叉底部的槽中)，所述旋转绕组(2-1)为集中式绕制。

所述动子由动子轭(5)、永磁体块(4)和动子隔磁块(3-1)构成，所述永磁体块(4)设置在所述动子轭(5)表面分别沿圆周方向及沿轴向方依次排放，两两永磁体块(4)沿圆周方向之间设置有动子隔磁块(3-1)；沿圆周方向的永磁体块(4)个数为若干个；沿轴向方面永磁体块(4)个数为若干个。

所述永磁体块(4)沿圆周方向分布的角度圆心角度为tc＝(0.6～1)*360/2p1，p1为圆周方向永磁体极对数；永磁体块(4)沿轴向方向分布的长度为tl＝(0.5～1)τ，(τ为轴向方向动子极距)，所述永磁体块(4)沿圆周方向为n极和s极交替排列，沿轴向也为n极和s极交替排列。

如图1-3所示，为本发明的一个实施例，该实施例旋转运动方向为8极12槽结构，直线运动为7极4槽结构。所述定子由定子单元沿轴向排列构成，所述定子单元两两之间设置有定子隔磁环，所述定子单元由12个定子齿模块沿圆周方向排列而成。

所述定子齿单元上设置由绕组，所述绕组分为直线绕组和旋转绕组，所述直线绕组绕制在定子齿单元背脊上，沿圆周方向的12个直线绕组采用串联连接，所述旋转绕组绕制在两两定子齿拼接在底部形成的沿圆周方向分布的槽中，所述直线绕组和旋转绕组均为集中式绕制。

所述动子由动子轭和永磁体块构成，所述永磁体块设置在所述动子轭表面；沿圆周方向的永磁体块个数为8个；所述永磁体块沿圆周方向之间设置有隔磁块；所述7个永磁体块沿轴向方面依次排放。永磁块沿圆周方向分布的角度圆心角度为25°，永磁体沿轴向方向分布的长度为10mm。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。