双轴电机及双轴驱动方法_2

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]在定子铁心2的四角上,各开设有一个通孔20。在首段31、中段32和尾段34的轴向相对位置也相应开设有通孔。四个插销30贯穿这些通孔并将定子铁心2与壳体3相固定,并可拆卸。由此则使得整个电机模快化,可根据轴向负载的大小适当调整电机在轴向上的长度。在其他的一些实施例中,插销30及对应的通孔最少可减至两个。
[0041]动子铁心1和动子轴4安装在该柱形空间中。动子铁心1包括动子磁轭,该动子磁轭的横截面为环形。动子铁心1还包括由动子磁轭的整个外周上凸伸出的五十个等距分布的动子齿10,即动子齿10也具有固定齿距。
[0042]上述定子齿21的齿宽W2与动子齿10的齿宽W1相等,以使得在轴向上的定位较为精准。在其他的一些实施例中,定子齿的齿宽W2与动子齿的齿宽W1还可不相等。
[0043]动子齿10的外围和定子齿210的内围之间形成薄状气隙。动子齿10的齿距和定子齿210的齿距所对应的圆周角相同,均为常数Θ。。由于气隙很薄,因而动子齿10的齿距Lp与定子齿210的齿距L’ p大致相同。或者在其他的一些实施例中使动子齿10的齿距Lp与定子齿210的齿距L’ p相同,而其所分别对应的圆周角大致相同。薄状气隙所造成的微小差异可以忽略不计。
[0044]由于上述设置,使得当任意一个定子极21上的任意一个定子齿210与动子齿10同步地正对或错开,即当任意一个定子极21上的任意一个定子齿210与任意一个动子齿10正对时,该定子极21上的其他所有定子齿210均与一个动子齿10正对;当任意一个定子极21上的任意一个定子齿210与任意一个动子齿10错开时,该定子极21上的其他所有定子齿210均与一个动子齿10错开。也就是说,一个定子极21的所有定子齿210均与相对应的动子齿10之间所成角度Θ相同。请参阅图6,“相对应的动子齿210”指的是,在指定某一定子齿210与某一动子齿10相对应时,该定子齿210的顺时针方向一侧的第N个定子齿210与该动子齿10顺时针方向一侧的第N个定子齿210均相对应,其中N为正整数。例如在图6中,当指定定子齿210a与动子齿10a相对应时,定子齿210a顺时针方向一侧的第一个定子齿210b与动子齿10a顺时针方向一侧的第一个动子齿10b也相对应,并可以此类推。或者说直接指定按照相同的顺时针或逆时针方向连续的(N+1)个定子齿和(N+1)个动子齿对应,这些说法都是等效的。
[0045]其中,当该角度Θ为零时,即所谓定子齿210与动子齿10正对;当该角度Θ不为零时,即所谓定子齿210与动子齿10错开。
[0046]优选地,动子齿10的齿距Lp为其齿厚Ls的两倍,亦即其齿厚Ls与齿槽宽Le相等。优选地,定子齿210的齿距L’p为动子齿10的齿厚的两倍,亦即动子齿10的齿厚与齿槽宽相等。这些设置可以使得本发明的双轴电机在周向上的定位更加精准。
[0047]请参阅图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。在本实施例中,将两个在直径两端正对的两个定子极分为一组。为便于区分和描述,将分组后八个定子极重新标示为a和a’(A组)、b和b’(B组)、c和c’(C组)、d和d’ (D组)。同组两个定子极上的定子齿210则同步地与动子齿10正对和错开,定子齿210同步地与动子齿10正对和错开的不同定子极则同组。
[0048]每个定子极上都绕有导电线圈5,基于导电线圈在通电时产生的磁场可吸引并使动子铁心向磁阻最小的位置运动的原理,当在A组上的导电线圈5通电、其他组不通电时,动子轴4会在磁力作用下运动至磁阻最小的位置,即图3和图7所示的位置。其中,定子极a和定子极a’上的导电线圈5通电后,其所激励的磁场的磁极相对于圆周来说地相反的(即一个磁极的N极指向圆心,另一个磁极的N极背离圆心),以形成磁阻较小的闭合路径。此时,A组的定子齿210与动子齿10正对,其他组的定子齿210与动子齿10错开一定角度,且B、C、D组中定子齿210均与相对应的动子齿10之间所成角度Θ不同。这种设置可简称为四相八极。
[0049]此时,若对A组断电,而对D组通电,则在磁力作用下,动子轴4会逆时针旋转,直至D组的定子齿210与动子齿10正对;此时,若对A组断电,而对B组通电,则在磁力作用下,动子轴4会顺时针旋转,直至B组的定子齿210与动子齿10正对。每个定子极组上的导电线圈5通电后,动子轴4转动的终点位置可称为一个转动定位点。
[0050]为使得这些转动定位点能够均匀覆盖整个圆周,本领域的技术人员容易理解的是,可在A组的定子齿210与动子齿10正对时,调整其他定子齿的位置,使得其他组的定子齿210与相对应的动子齿10所成角度Θ可组成一等差数列。例如,在本实施例中,一共五十个动子齿10即动子齿10的齿距对应的圆周角Θ。为7.2度,因此可使得B、C、D组的定子齿210均与相对应的动子齿10之间所成角度Θ分别为1.8度、3.6度和5.4度。该等差数列的公差为1.8度,即7.2度的四分之一。
[0051]在其他的一些实施例中,可以设置为两相八极,如将a、a’、b和b’(设置为一组,b、b’、d和d’设置为一组。当一个定子极组的定子齿210与动子齿10正对时,另一个定子极组的定子齿210与相对应的动子齿10所成角度Θ为Θ。的二分之一,即3.6度。
[0052]在其他的一些实施例中,容易理解的是还可以类似地设置为两相四极,这样当一个定子极组的定子齿210与动子齿10正对时,另一个定子极组的定子齿210与相对应的动子齿10所成角度Θ也为Θ。的二分之一。
[0053]容易理解的是,在其他的一些实施例中,动子极的个数还可为五十之外的其他数目。在极端情况下,定子极的组数可减少至两个,这样,动子轴在周向上至少会有两个转动定位点,即可完成周向的驱动动作,并具有自启动能力。每个定子极上的定子齿数目可减少至两个。每个定子极组可只包括一个定子极,但较佳的方案是每个定子极组至少包括两个定子极,以形成磁阻尽量小的回路;当每个定子极组包括且仅包括位于直径两端的两个定子极时,每个定子铁心一共有偶数个定子极。更佳的方案是,每组包括2。个定子极,其中η为大于或等于1的整数,例如每组可包括2个、4个或8个定子极等。容易理解的是,在其他的一些实施例中,各个定子极组所包含的定子极的数目还可不相同,也可为2η以外的数目。
[0054]以上终点描述的是在周向上的驱动。在轴向上的驱动原理与之类似,因为在将上述转动的圆周的曲率无限增大后,即可将上述沿周向的转动也可看作是沿圆周切线方向上的平动。
[0055]如图8所示,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。其中,左右方向即对应于轴向。该实施例的双轴电机共设置有五个动子铁心,以及五个定子铁心la、lb、lc、Id和le。这五个动子铁心分为E组(包括动子铁心e、e’和e”)和F组(包括动子铁心f和f ’)。E组通电、F组不通电后动子铁心与定子铁心的轴向位置关系即如图8所示。E组通电、F组不通电时,定子铁心la、lc、和le产生激励磁场,定子铁心lb和Id不产生激励磁场。由于E组动子铁心相距定子铁心la、lc、和le的距离较近,因此定子铁心la、lc、和le主要对E组动子铁心产生磁力,吸引E组动子铁心并带动整个动子轴和其他动子铁心一同朝着磁阻最小的位置动至图8所示的相对位置。运动到位时,E组动子铁心的各动子铁心分别与一个定子铁心相正对,即动子铁心e与定子铁心la相正对、动子铁心e’与定子铁心lc相正对、动子铁心e”与定子铁心le相正对。而动子铁心f与定子铁心lb相错开、动子铁心f’与定子铁心Id相错开。
[0056]此时,使E组断电、F组通电后,定子铁心la、lc、和le不产生激励磁场,定子铁心lb和Id产生激励磁场。由于F组动子铁心相距定子铁心la、lc、和le的距离较近,因此定子铁心lb和Id主要对F组动子铁心产生磁力,吸引F组动子铁心并带动整个动子轴和其他动子铁心一同朝着磁阻最小的位置向左运动至图9所示的相对位置。运动到位时,F组动子铁心的各动子铁心分别与一个定子铁心相正对,即动子铁心f与定子铁心lb相正对、动子铁心f’与定子铁心Id相正对。而动子铁心e与定子铁心la相错开、动子铁心e’与定子铁心lc相错开、动子铁心e”与定子铁心le相错开。
[0057]动子铁心与定子铁心的轴向位置关系即如图9所示。图9中的左右方向对应于轴向。
[0058]图8中,同组的动子铁心与相对应的定子铁心之间的轴向偏移距离L相同,L带有正负符号。“相对应的定子铁心”的意思是,当指定某一动子铁心与某一定子铁心相对应时,该动子铁心轴向一侧的第Μ个动子铁心与该定子铁心轴向的相同一侧的第Μ个定子铁心也相对应。例如,当指定动子铁心f与定子铁心lb相对应时,动子铁
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