[发明专利]一种新型短动子凸极结构的直线旋转永磁作动器

说明书

本发明提供一种新型短动子凸极结构的直线旋转永磁作动器，它是一种高性能的电磁机构。该作动器由定子、动子和绕组组成，其定子是由定子磁轭(2)、定子极(9)、极靴(7)和绕在定子铁心上的线圈(3)构成，圆周方向上有12个定子极，定子安装在非导磁的机壳(1)上，轴承通过套筒与机壳(1)相连。定子轴向有两个电周期，线圈采用集中绕组绕置，动子包含动子铁心(10)、铁极(5)、永磁体(4)和磁桥(8)，径向充磁永磁体间隔嵌入到动子铁极内部，永磁体充磁方向相同。此结构在传统的动子凸极结构的基础上，添加了永磁体，增加了动子永磁励磁磁场，永磁转矩和磁阻转矩共同组成电磁转矩，提高了转矩密度，实现了直线、旋转或螺旋运动。

技术领域

本发明涉及电机设计领域，是一种可以实现直线、旋转或螺旋运动的高性能、高转矩密度的新型电磁机构。

背景技术

传统的实现直线和旋转运动的实现方案是建立两套独立的电机系统及其传动装置分别驱动直线和旋转运动，此系统缺点是体积大，响应慢。随着现代电子业的迅速发展，其缺陷已经越来越明显，迫切需要小体积、高性能、可稳定实现直线旋转两自由度运动的电机。

专利“一种产生螺旋直线运动的圆筒状压电马达”(CN 104506081)提出的电机在定子与转子之间有相互配合的螺纹，并通过对定子的压电陶瓷外圆筒施加一对交流信号激发定子产生沿圆周方向的行波，通过螺纹副传动，使转子产生螺旋直线运动。专利“一种动磁式直线旋转二自由度电机”(CN 102497080 A)提出的电机可通过前绕组驱动动子作旋转运动，又可通过后绕组驱动动子作直线运动，实现了在一台电机上输出兼具旋转运动和直线运动的两自由度复合运动。采用两套绕组，增加了制作成本，且不利于电机的散热，系统响应慢。专利“直线旋转耦合输出型压电驱动装置”(CN103219916)，仅可作螺旋运动，结构简单、位移和转角精度高的特点，但行程有限。专利“直线旋转双自由度伺服电机”(CN103427588 A)可以在同一根输出轴上同时提供直线和旋转两个自由度的运动，简化了设备的复杂程度，降低了生产和维护的成本。减少中间的转换环节，实现全闭环控制，大大提高了运动的精度。但其最大缺点是：行程短，带载能力低。专利“直线旋转永磁作动器”(CN101997389 A)的永磁体在周向和轴向均互相交错排列，定子采用硅钢片叠加，抑制了定子损耗。专利“一种直线旋转两自由度哈尔巴赫永磁作动器”(CN 02013739 A)、专利“可实现直线与旋转协调控制的永磁作动器”(CN 201854100 U)和专利“一种双定子直线旋转哈尔巴赫永磁作动器”(CN 103280939 A)采用了哈尔巴赫永磁体阵列，作动器结构简单紧凑，可靠性好。

本发明动子采用凸极结构，在动子铁极内部间隔铁极内嵌入永磁体，增加了永磁转矩，提高了作动器的功率密度，实现了直线、旋转和螺旋运动，达到了小体积、高性能的要求。

发明内容

技术问题：本发明旨在提出一种采用在转子凸极结构中嵌入永磁体结构的高功率密度、高性能的永磁作动器，它大大提高了功率密度，增加了动子强度。

技术方案：本发明实现发明目的采用如下技术方案：

一种新型短动子凸极结构的直线旋转永磁作动器，由动子部分和定子部分组成，定子部分是由定子磁轭、定子极、极靴和集中绕组构成，安装在非导磁的机壳上；动子部分由动子铁心、铁极和永磁体组成，永磁体间隔嵌入在动子铁极内部，动子部分位于非导磁轴承上，动子轴承通过套筒与机壳相连接，周向上有12个定子极，轴向上有两个电周期，永磁体嵌入在动子内部，动子铁心嵌入的永磁体在周向上充磁方向相同，在轴向上，相邻永磁体充磁方向相反，各永磁体选用钕铁硼永磁材料。

作为优选，本发明提供的一种新型短动子凸极结构的直线旋转永磁作动器，其特征在于定子铁心在周向上均采用了12极结构，除以其与极对数的最大公约数为3的倍数，有利于抑制谐波，在轴向上，有效运动范围内采用3槽4极结构，绕组采用单层集中绕组，易于安装。