技術領域

本發明涉及一種直線旋轉永磁電機，適用于直線、旋轉及螺旋驅動場合，屬于電機技術領域。

背景技術

就目前電機的運動控制而言，大部分屬于單自由度電機，只能執行直線運動或者旋轉運動。隨著工業驅動系統復雜性的增加和驅動精度要求的提高，一維運動的單自由度電機無法滿足驅動要求，需要大量多維運動的電機及其驅動機構。與單自由度電機相比，多自由度電機不僅具有多維運動的特性，還具有較高的機械集成度，較高的材料利用率以及靈活的控制特性。直線旋轉運動電機是多自由度電機的一種，可為直線、旋轉及螺旋驅動領域提供動力。經過十幾年的發展，直線旋轉兩自由度電機取得了長足的進步，但也暴露出一些問題，主要包括：

1）螺旋式結構只能在軸向方向上作螺進運動，螺距固定，用途有限；

2）串聯雙繞組結構為軸向串聯，電機呈現細長結構；

3）旋轉磁場和行波磁場的交叉耦合，不利于電機的優化設計；

4）集成式結構往往采用集中繞組，繞組相數較多，控制難度較大，控制策略復雜；

5）定子和動子結構特殊，電機制造工藝復雜，加工困難；

6）直線旋轉兩自由度電機的控制理論與技術有待完善。

本發明提出一種簡單的直線旋轉兩自由度雙定子永磁電機結構，可以同時實現直線運動、旋轉運動和螺旋運動等多種運動方式，在航空、航天、國防、勘探、測繪、數控、醫療、衛生及工業生產等領域具有相當廣闊的應用前景。

發明內容

發明目的：本發明提出了一種直線旋轉永磁電機，目的在于簡化直線旋轉兩自由度電機的結構，減小電機的體積和重量，消除直線和旋轉運動單元的磁耦合，降低直線和旋轉運動的控制難度。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明提供了一種直線旋轉永磁電機，該電機包括內定子、外定子和位于內定子與外定子之間的動子；

該電機包括左端蓋、機殼、外定子繞組、開有凹槽的外定子鐵心、內定子繞組、內定子永磁體、開有凹槽的內定子鐵心、動子、右端蓋、內定子支架、轉軸、外定子永磁體、軸承；

其中，左端蓋、機殼和右端蓋構成一空腔，內定子支架設置在該空腔內，內定子支架的一端與右端蓋相連，另一端通過軸承與轉軸相連；

外定子鐵心固定在機殼的內表面，內定子鐵心固定在內定子支架的與機殼相對的上表面，外定子鐵心與內定子鐵心之間設有動子，動子的一端與轉軸相連，另一端懸空；

外定子鐵心槽內放置有外定子繞組，外定子鐵心之間放置外定子永磁體，內定子鐵心槽內放置有內定子繞組，內定子鐵心之間放置定子永磁體；

外定子鐵心、外定子繞組、外定子永磁體及動子構成旋轉驅動單元，內定子鐵心、外定子繞組、外定子永磁體及動子構成直線驅動單元；

或者外定子鐵心、外定子繞組、外定子永磁體及動子構成直線驅動單元，內定子鐵心、外定子繞組、外定子永磁體及動子構成旋轉驅動單元；

直線驅動單元和旋轉驅動單元均采用定子永磁型磁通切換電機結構。

優選的，內定子鐵心與外定子鐵心的軸向長度相等，兩者同側端面在同一個徑向平面內。

優選的，內定子鐵心與外定子鐵心的軸向長度相等，兩者同側端面不在同一個徑向平面內。

優選的，內定子鐵心的軸向長度大于或小于外定子鐵心的軸向長度相等，兩者同側端面在同一個徑向平面內。

優選的，內定子鐵心的軸向長度大于或小于外定子鐵心的軸向長度相等，兩者同側端面在同一個徑向平面內，兩者同側端面不在同一個徑向平面內。

優選的，外定子永磁體和內定子永磁體可選擇鐵氧體或者釹鐵硼永磁材料，動子由導磁材料制成。

優選的，所述的外定子繞組和內定子繞組均為多相對稱繞組。

有益效果：

1）采用雙定子、單動子結構，可充分利用電機內部空間，減小整臺電機體積；

2）直線與旋轉驅動單元在機械和磁路結構上基本獨立，可以分開進行電磁設計；

3）內外定子上的兩套電樞繞組相互獨立，易于實現直線和旋轉運動的解耦控制；

4）電機的定子及動子與傳統電機的定子及轉(動)子結構相似，結構簡單，易于加工、制造；

5）永磁體放置在定子側，散熱條件好，避免了永磁體去磁的危險；

6）轉子上既無永磁體、又無繞組，結構簡單，可靠性高，適合高速運行。

附圖說明

圖1為實施方式一中的電機軸向截面示意圖，其中外定子與動子構成旋轉驅動單元，內定子與動子構成直線驅動單元。