本發(fā)明涉及一種定子分離式直線旋轉(zhuǎn)永磁作動(dòng)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(dòng)的場(chǎng)合。

背景技術(shù)：

在工業(yè)運(yùn)用中，常常需要驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多自由度的運(yùn)動(dòng)。直線和旋轉(zhuǎn)兩自由度運(yùn)動(dòng)方式作為多維度運(yùn)動(dòng)中的一種，具有廣泛的應(yīng)用前景，可被運(yùn)用于高精度加工、機(jī)器人、電動(dòng)汽車、電磁炮發(fā)射等場(chǎng)合。直線旋轉(zhuǎn)兩自由度運(yùn)動(dòng)的傳統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式是組合兩臺(tái)獨(dú)立的電機(jī)，但是，這種方法傳動(dòng)系統(tǒng)復(fù)雜，體積較大，傳動(dòng)效率低。為克服傳統(tǒng)組合式直線旋轉(zhuǎn)作動(dòng)系統(tǒng)的缺點(diǎn)，已有部分文獻(xiàn)提出了可以實(shí)現(xiàn)直線和旋轉(zhuǎn)兩個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)的單個(gè)作動(dòng)器。但是，現(xiàn)有的作動(dòng)器性能仍有諸多性能有待進(jìn)一步提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問題：為了克服已有的直線旋轉(zhuǎn)兩自由度永磁作動(dòng)器功率密度小、可靠性低的缺點(diǎn)，本發(fā)明提出了一種定子分離式直線旋轉(zhuǎn)永磁作動(dòng)器，降低極間漏磁，改善作動(dòng)器氣隙磁場(chǎng)分布，提高功率密度，降低電樞磁場(chǎng)對(duì)永磁的去磁風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)方案：一種定子分離式直線旋轉(zhuǎn)兩自由度永磁作動(dòng)器，包括外定子、轉(zhuǎn)子、內(nèi)定子三個(gè)部分；

所述外定子部分包含三個(gè)沿軸向排列的獨(dú)立的環(huán)形外定子單元，每個(gè)環(huán)形外定子單元包括環(huán)形外定子鐵心和電樞繞組，所述環(huán)形外定子鐵心內(nèi)側(cè)沿周向均勻分布6個(gè)定子齒，每個(gè)定子齒上繞有電樞繞組；三個(gè)外定子單元的定子齒沿軸向同軸布置，使得外定子電樞繞組沿軸向含有1個(gè)電周期；

所述轉(zhuǎn)子部分整體為夾心式杯狀結(jié)構(gòu)，由若干個(gè)轉(zhuǎn)子鐵心塊和連接轉(zhuǎn)子鐵心塊的非導(dǎo)磁護(hù)套構(gòu)成；

所述內(nèi)定子部分包含三個(gè)沿軸向排列的獨(dú)立的內(nèi)定子單元，每個(gè)內(nèi)定子單元由環(huán)形內(nèi)定子鐵心以及設(shè)置于環(huán)形內(nèi)定子鐵心外側(cè)沿周向和軸向極性均交錯(cuò)分布的永磁體陣列構(gòu)成。

進(jìn)一步的，每個(gè)環(huán)形內(nèi)定子鐵心上設(shè)有24塊永磁體，兩個(gè)極性相反的永磁體軸向合并為一組形成12組永磁體組，12組永磁體組沿內(nèi)定子鐵心外側(cè)周向均勻布置，使得內(nèi)定子永磁體外側(cè)沿周向含有6對(duì)極；三個(gè)內(nèi)定子單元的永磁體組形成永磁體陣列，每塊永磁體沿周向和軸向相鄰的4塊永磁體極性均相反。

進(jìn)一步的，所述轉(zhuǎn)子鐵心塊由硅鋼片疊制而成。

進(jìn)一步的，所述非導(dǎo)磁護(hù)套為環(huán)氧樹脂護(hù)套或碳纖維護(hù)套。加裝在動(dòng)子外用于提高動(dòng)子強(qiáng)度。

進(jìn)一步的，所述轉(zhuǎn)子部分包含16個(gè)沿軸向排列的轉(zhuǎn)子鐵心環(huán)，每個(gè)轉(zhuǎn)子鐵心環(huán)包含8個(gè)轉(zhuǎn)子鐵心塊，16個(gè)轉(zhuǎn)子鐵心環(huán)之間的轉(zhuǎn)子鐵心塊沿軸向交錯(cuò)布置。

有益效果：定子分離式磁通反向直線旋轉(zhuǎn)作動(dòng)器永磁磁場(chǎng)通過轉(zhuǎn)子的路徑較短，使得磁阻較小，減少了漏磁，從而大大提升了電磁性能。另外，在直線和旋轉(zhuǎn)兩個(gè)運(yùn)動(dòng)方向上均遵循磁通反向運(yùn)行原理，使得軸向和周向兩套三相電樞繞組均可匝鏈獲得正弦的磁鏈和反電勢(shì)，從而兩個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)均可采用傳統(tǒng)的交流永磁同步運(yùn)行方式，調(diào)速控制算法相對(duì)簡單，具有實(shí)際的工程應(yīng)用價(jià)值。

附圖說明

圖1為一種定子分離式直線旋轉(zhuǎn)兩自由度永磁作動(dòng)器結(jié)構(gòu)圖；

圖2為一種定子分離式直線旋轉(zhuǎn)兩自由度永磁作動(dòng)器周向剖面圖；

圖3為外定子單元；

圖4為轉(zhuǎn)子；

圖5為內(nèi)定子。

其中：I、外定子，II、轉(zhuǎn)子，III、內(nèi)定子，1、外定子鐵心，2、電樞繞組，3、轉(zhuǎn)子非導(dǎo)磁護(hù)套，4、轉(zhuǎn)子鐵心塊，5、永磁體，6、內(nèi)定子鐵心。

具體實(shí)施方式

所述的一種定子分離式直線旋轉(zhuǎn)兩自由度永磁作動(dòng)器，其具體實(shí)施方式如圖1、2所示，主要包括外定子部分I，轉(zhuǎn)子部分II和內(nèi)定子部分III。外定子單元如圖3所示，轉(zhuǎn)子單元如圖4所示，內(nèi)定子單元如圖5所示。

如圖3所示，所述的一種定子分離式直線旋轉(zhuǎn)兩自由度永磁作動(dòng)器，外定子部分包含三個(gè)沿軸向排列的獨(dú)立的環(huán)形外定子單元，每個(gè)環(huán)形外定子單元包括環(huán)形外定子鐵心1和電樞繞組2，所述環(huán)形外定子鐵心內(nèi)側(cè)沿周向均勻分布6個(gè)定子齒，每個(gè)定子齒上繞有電樞繞組；三個(gè)外定子單元的定子齒沿軸向同軸布置，使得外定子電樞繞組沿軸向含有1個(gè)電周期。

如圖4所示，所述的一種定子分離式直線旋轉(zhuǎn)兩自由度永磁作動(dòng)器，所述轉(zhuǎn)子部分整體為夾心式杯狀結(jié)構(gòu)，由若干個(gè)轉(zhuǎn)子鐵心塊4和連接轉(zhuǎn)子鐵心塊的非導(dǎo)磁護(hù)套3構(gòu)成。導(dǎo)磁鐵心為分塊式結(jié)構(gòu)，僅由硅鋼片疊制而成，為提高強(qiáng)度可以在轉(zhuǎn)子外加裝環(huán)氧樹脂護(hù)套或碳纖維護(hù)套。

如圖5所示，所述的一種定子分離式直線旋轉(zhuǎn)兩自由度永磁作動(dòng)器，內(nèi)定子部分包含三個(gè)沿軸向排列的獨(dú)立的內(nèi)定子單元，每個(gè)內(nèi)定子單元由環(huán)形內(nèi)定子鐵心以及設(shè)置于環(huán)形內(nèi)定子鐵心外側(cè)沿周向和軸向極性均交錯(cuò)分布的永磁體陣列構(gòu)成。具體的，每個(gè)環(huán)形內(nèi)定子鐵心上設(shè)有24塊永磁體，兩個(gè)極性相反的永磁體軸向合并為一組形成12組永磁體組，12組永磁體組沿內(nèi)定子鐵心外側(cè)周向均勻布置，使得內(nèi)定子永磁體外側(cè)沿周向含有6對(duì)極；三個(gè)內(nèi)定子單元的永磁體組形成永磁體陣列，每塊永磁體沿周向和軸向相鄰的4塊永磁體極性均相反。

本發(fā)明提出的作動(dòng)器具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)：1)大大降低了極間漏磁，顯著增加了繞組磁鏈；2)解決了電磁負(fù)荷空間上的矛盾，增加了功率密度；3)減少了電樞磁場(chǎng)對(duì)永磁的去磁風(fēng)險(xiǎn)，增強(qiáng)了作動(dòng)器運(yùn)行可靠性。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。