專利名稱：可實(shí)現(xiàn)直線與旋轉(zhuǎn)協(xié)調(diào)控制的永磁作動器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種直線旋轉(zhuǎn)兩自由度永磁作動器，用于需要實(shí)現(xiàn)直線和旋轉(zhuǎn)兩 自由度復(fù)合運(yùn)動的場合。
背景技術(shù)：
實(shí)現(xiàn)直線和旋轉(zhuǎn)兩個自由度的作動器目前主要由直線與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動組合的方式通 常是采用兩臺獨(dú)立的普通旋轉(zhuǎn)電機(jī)，或者一臺直線電機(jī)和一臺旋轉(zhuǎn)電機(jī)來配合完成，其定 位精度和響應(yīng)速度較差，體積較大。美國專利(專利號4806068)公布了一種用于機(jī)器人的 直線旋轉(zhuǎn)作動器，直線作動器推動連接部位實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動，同時，連接部位在旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn) 動下實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。中國專利(申請?zhí)?00680043229)公布了一種直線旋轉(zhuǎn)兩自由度的注 塑成型機(jī)，該注塑成型機(jī)由分離的直線電機(jī)和旋轉(zhuǎn)電機(jī)簡單組合而成，旋轉(zhuǎn)電機(jī)套在直線 電機(jī)之內(nèi)。上述結(jié)構(gòu)的共同缺點(diǎn)是直線作動器與旋轉(zhuǎn)作動器相互獨(dú)立，體積大、可靠性差， 協(xié)調(diào)控制復(fù)雜，效率低下。文獻(xiàn)“一種直線旋轉(zhuǎn)永磁作動器的建?！惫剂艘环N直線旋轉(zhuǎn)永 磁作動器，主要由內(nèi)定子、外定子、集中繞組和永磁體組成，這種結(jié)構(gòu)摒棄了直線旋轉(zhuǎn)兩個 單自由度作動器簡單相加的形式，集直線與旋轉(zhuǎn)兩自由度于一體。但該種結(jié)構(gòu)也存在一定 的缺陷，永磁體內(nèi)外側(cè)磁場強(qiáng)度基本相等，動子的鐵心重量較大，降低了系統(tǒng)響應(yīng)速度和可 靠性。
發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問題為了克服上述已有的直線旋轉(zhuǎn)兩自由度永磁作動器存在的缺陷，本實(shí) 用新型提出一種可實(shí)現(xiàn)直線與旋轉(zhuǎn)協(xié)調(diào)控制的永磁作動器，改善動子內(nèi)外磁場分布，減小 動子的鐵心重量，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和可靠性。技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供的可實(shí)現(xiàn)直線與旋轉(zhuǎn)協(xié)調(diào)控制 的永磁作動器，包括設(shè)有背軛的定子和動子兩部分，定子由定子齒、定子槽和集中繞組組 成，其中定子齒在定子內(nèi)圓周上沿定子的周向均勻分布在背軛上，沿定子圓周展開成平面 后，定子齒在背軛平面上等距分布；動子由哈爾巴赫永磁體陣列組成，該永磁體陣列的磁場分布接近正弦分布。優(yōu)選的，定子齒和背軛材質(zhì)均為高導(dǎo)磁材料。優(yōu)選的，定子齒和背軛材質(zhì)為十號鋼或硅鋼片。優(yōu)選的，定子圓周上等距分布六個齒和六個槽，所述六個齒和六個槽上繞有集中 式繞組。優(yōu)選的，在由永磁體陣列排列構(gòu)成動子的外表面，磁場表面極性為N極的永磁體， 與該永磁體共面的永磁體的極性為N極；磁場表面極性為S極的永磁體，與該永磁體共面的 永磁體的極性為S極，在定子的圓周和沿軸線直線方向上，N極和S極永磁體與四周切向充 磁的永磁體交替排列，形成哈爾巴赫結(jié)構(gòu)，使得永磁體陣列的磁場分布接近正弦分布，實(shí)現(xiàn) 直線和旋轉(zhuǎn)兩個自由度的運(yùn)動。[0010]優(yōu)選的，相鄰定子齒的徑向夾角為60°。優(yōu)選的，定子的寬度等于定子齒間的極弧長度。有益效果由于定子采用集中式繞組，動子采用了哈爾巴赫永磁結(jié)構(gòu)，這種永磁作 動器具有如下優(yōu)點(diǎn)定子不再需要復(fù)雜的分布繞組或定、動子斜槽等措施來獲得正弦波磁 密分布；動子具有很好的磁屏蔽作用，可減小導(dǎo)磁軛厚度，甚至可以省去鐵心；結(jié)構(gòu)簡單緊 湊，可靠性好，功率密度大；可實(shí)現(xiàn)直線與旋轉(zhuǎn)協(xié)調(diào)控制。

圖1為本實(shí)用新型提供的可實(shí)現(xiàn)直線與旋轉(zhuǎn)協(xié)調(diào)控制的永磁作動器結(jié)構(gòu)示意圖；其中有1、定子部分，II、動子部分；圖2為可實(shí)現(xiàn)直線與旋轉(zhuǎn)協(xié)調(diào)控制的永磁作動器定子和繞組部分示意圖；其中有1、集中繞組，2、定子齒，3、背軛；圖3為定子單元部分示意圖；其中有1、集中繞組，2、定子齒，3、背軛，4、定子槽；圖4為動子部分結(jié)構(gòu)示意圖；其中有41、切向充磁永磁體，42、軸向充磁永磁體，43、徑向充磁永磁體。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。哈爾巴赫永磁體陣列是永磁體的一種排列方式，它可形成單邊磁場從而具有良好 的自屏蔽效應(yīng)，并且可以產(chǎn)生比剩余磁場強(qiáng)度值更大的靜磁場。參見圖1 一 4，可實(shí)現(xiàn)直線與旋轉(zhuǎn)協(xié)調(diào)控制的永磁作動器，其包括設(shè)有背軛3的定 子I和動子II兩部分，定子I由定子齒2、定子槽4和集中繞組1組成，其中定子齒2在定 子I部分圓周上和直線方向均勻分布在背軛3上，即由圓周展開成平面后，定子齒2在背軛 3平面上等距分布；動子II由哈爾巴赫永磁體陣列組成，該永磁體陣列的磁場分布接近正 弦分布。定子齒2和背軛3材質(zhì)均為高導(dǎo)磁材料。比如定子齒2和背軛3材質(zhì)為十號鋼 或硅鋼片。定子I圓周上等距分布六個齒和六個槽，所述六個齒和六個槽上繞有集中式繞組。永磁體陣列排列的特征在于磁場表面極性為N極的永磁體，其四周，永磁體的極 性指向該永磁體；磁場表面極性為S極的永磁體，其四周永磁體的極性背向該永磁體，在定 子部分在圓周和直線方向上，N極和S極永磁體與四周切向充磁的永磁體交替排列，形成哈 爾巴赫結(jié)構(gòu)，使得永磁體陣列的磁場分布接近正弦分布，實(shí)現(xiàn)直線和旋轉(zhuǎn)兩個自由度的運(yùn)動。本實(shí)用新型提供的可實(shí)現(xiàn)直線與旋轉(zhuǎn)協(xié)調(diào)控制的永磁作動器，其具體實(shí)施方式
如 圖1所示，主要包括定子部分I和動子部分II。定子如圖2所示，由定子單元(圖3所示) 排列組成。圖4為永磁作動器動子永磁體排列。直線旋轉(zhuǎn)兩自由度哈爾巴赫永磁作動器，定子I由定子齒2和定子槽和集中繞組1組成，其中定子齒2在圓周上和直線方向均勻分布在背軛3上，即由圓周展開成平面后，定 子齒在背軛平面上等距分布。定子齒2和背軛3材質(zhì)均為高導(dǎo)磁材料，如十號鋼或硅鋼片寸。所述可實(shí)現(xiàn)直線與旋轉(zhuǎn)協(xié)調(diào)控制的永磁作動器，其圓周上等距分布六個齒槽，相 鄰定子齒的夾角為60°。齒槽上繞有集中式繞組1，繞組1由銅導(dǎo)線組成。定子I的寬度 等于定子齒間的極弧長度。所述可實(shí)現(xiàn)直線與旋轉(zhuǎn)協(xié)調(diào)控制的永磁作動器，其動子由哈爾巴赫永磁體陣列組 成，如圖4所示。該永磁體排列的特征為表面極性為N極的永磁體，其四周(動子兩端部為 三周)永磁體的極性指向該永磁體；反之，表面極性為S極的永磁體，其四周(動子端部為三 周)永磁體的極性背向該永磁體。在圓周和直線方向上，N極和S極永磁體與四周切向充磁 的永磁體交替排列，形成哈爾巴赫結(jié)構(gòu)，使得永磁體陣列的磁場分布接近正弦分布，實(shí)現(xiàn)直 線和旋轉(zhuǎn)兩個自由度的運(yùn)動。
權(quán)利要求1.一種可實(shí)現(xiàn)直線與旋轉(zhuǎn)協(xié)調(diào)控制的永磁作動器，包括設(shè)有背軛(3)的定子(I)和動 子(II)兩部分，其特征在于定子(I)由定子齒(2)、定子槽(4)和集中繞組(1)組成，其中定子齒(2)在定子(I)內(nèi) 圓周上沿定子的周向均勻分布在背軛(3)上，沿定子(I)圓周展開成平面后，定子齒(2)在 背軛(3)平面上等距分布；動子(II)由哈爾巴赫永磁體陣列組成，該永磁體陣列的磁場分布接近正弦分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可實(shí)現(xiàn)直線與旋轉(zhuǎn)協(xié)調(diào)控制的永磁作動器，其特征在于定 子齒(2)和背軛(3)材質(zhì)均為高導(dǎo)磁材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可實(shí)現(xiàn)直線與旋轉(zhuǎn)協(xié)調(diào)控制的永磁作動器，其特征在于定 子齒(2)和背軛(3)材質(zhì)為十號鋼或硅鋼片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可實(shí)現(xiàn)直線與旋轉(zhuǎn)協(xié)調(diào)控制的永磁作動器，其特征在于定 子(I)圓周上等距分布六個齒和六個槽，所述六個齒和六個槽上繞有集中式繞組。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可實(shí)現(xiàn)直線與旋轉(zhuǎn)協(xié)調(diào)控制的永磁作動器，其特征在于在 由永磁體陣列排列構(gòu)成動子(II)的外表面，磁場表面極性為N極的永磁體，與該永磁體共 面的永磁體的極性為N極；磁場表面極性為S極的永磁體，與該永磁體共面的永磁體的極性 為S極，在定子(I)的圓周和沿軸線直線方向上，N極和S極永磁體與四周切向充磁的永磁 體交替排列，形成哈爾巴赫結(jié)構(gòu)，使得永磁體陣列的磁場分布接近正弦分布，實(shí)現(xiàn)直線和旋 轉(zhuǎn)兩個自由度的運(yùn)動。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可實(shí)現(xiàn)直線與旋轉(zhuǎn)協(xié)調(diào)控制的永磁作動器，其特征在于相 鄰定子齒(2)的徑向夾角為60°。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可實(shí)現(xiàn)直線與旋轉(zhuǎn)協(xié)調(diào)控制的永磁作動器，其特征在于定 子(I)的寬度等于定子齒(2)間的極弧長度。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種可實(shí)現(xiàn)直線與旋轉(zhuǎn)協(xié)調(diào)控制的永磁作動器，主要包括定子和動子兩部分。定子部分由定子齒槽和集中繞組組成，其中定子齒在圓周上和直線方向均勻分布在背軛上，即由圓周展開成平面后，定子齒在背軛平面上等距分布，六個齒槽均勻分布在圓周上，齒槽上繞有集中式繞組。動子由哈爾巴赫永磁體陣列組成，動子采用哈爾巴赫永磁體陣列后，動子表面圓周和沿軸向直線方向上呈正弦分布。本實(shí)用新型永磁作動器結(jié)構(gòu)簡單緊湊，可靠性好，功率密度大；可實(shí)現(xiàn)直線與旋轉(zhuǎn)協(xié)調(diào)控制，可應(yīng)用于需有直線旋轉(zhuǎn)兩個自由度的運(yùn)動要求的場合。
文檔編號H02K1/14GK201854100SQ201020596319
公開日2011年6月1日 申請日期2010年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月8日
發(fā)明者房淑華, 林鶴云, 金平 申請人:東南大學(xué)