[发明专利]磁通切换式直线旋转永磁作动器

说明书

本发明提出一种磁通切换式直线旋转永磁作动器，该作动器由机壳(1)、定子、动子、绕组和动子轴组成，其定子在圆周方向上有6个定子极，由定子轭(2)、定子极(5)、切向充磁永磁体(6)、U型轴向充磁永磁体(8)以及集中绕组(4)组成，轴向上有3个相同的定子，安装在铝制机壳(1)上，定子铁心之间通过非导磁材料相连，动子轴通过直线轴承和旋转轴承的套接与机壳(1)相连，永磁体嵌入在定子内部，动子包含动子铁心(3)和动子凸极(7)，动子凸极在轴向错开22.5度，与定子结构构成了双层磁通切换式结构，提升了转矩/推力密度，此结构切向充磁和轴向充磁永磁体充磁方向互补，大大提高了气隙磁密，进一步提高了转矩/推力密度。

技术领域

本发明属于永磁电机领域，是一种应用于工业生产领域的可以实现直线、旋转或螺旋运动的电磁设备。

背景技术

传统电机只能实现单一的旋转或直线运动，然而在工业生产、半导体封装、航空、雷达等领域对多自由度复合运动的需求越来越多，要求越来越高。两自由度运动便是多自由度运动中应用较为广泛的一种，传统获得直线旋转二自由度运动的方式是通过直线和旋转运动组合得到的，直线运动通常由做旋转运动的伺服电机通过中间机构转换而成，由另一台电机完成旋转运动。此类结构使得两自由度驱动机构具有较大的体积和重量，并导致较大的系统误差和较低的定位精度。由于两自由度直线旋转作动器不存在机械齿轮间的机械误差，简化机械系统的结构，减小体积和重量，具有较高的机械集成度、动态性能和可靠性，大大提高了提高材料和驱动控制系统元件的利用率的特点，因此，越来越多的研究机构开展了对两自由度作动器的研究。

专利“一种直线旋转开关磁阻电机及其控制方法”(CN 107104566 A)提出了一种并列式式双定子单转子铁心的直线旋转开关磁阻电机，转矩绕组横跨于2个定子的齿极上,推力绕组先与转矩绕组同向绕设在其中一个定子的齿极上,然后再反向绕设在另一个定子的齿极上，转矩绕组上的电流单方向流通,推力绕组上的电流双向流通。专利“一种动圈式单极性永磁体旋转直线电机”(CN 108736675 A)提出了一种内外双定子结构的直线旋转电机，包含内外定子、旋转转子以及直线运动次级，旋转转子与直线运动次级固定在同一个伸出轴上，实现直线、旋转和螺旋运动。专利“直线旋转永磁作动器”(CN 101997389 A)提出了一种直线旋转永磁作动器，其运动部件表面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，采用了集中绕组，结构简单，易于制造。专利“一种双定子直线旋转哈尔巴赫永磁作动器”(CN 103280939 A)和专利“一种直线旋转两自由度哈尔巴赫永磁作动器”(CN 102013739 A)，提出的直线旋转作动器的永磁体采用了哈尔巴赫阵列，作动器结构简单紧凑，可靠性好。专利“一种直线旋转两自由度磁悬浮无轴承永磁作动器”(CN 102843015A)提出了一种两自由度磁悬浮无轴承永磁作动器，包含定子铁心、驱动绕组、悬浮绕组、动子铁心及交错极排列的表贴永磁阵列构成，每个定子齿均绕有分别用于控制定子悬浮和产生定子运动的两套集中绕组。

本发明在周向和轴向上均采用的是双层磁通切换式结构，动子凸极结构交错排列，定子极内周向充磁、轴向充磁永磁体及定子轭部轴向充磁永磁体充磁方向互补，大大提高了气隙磁密，提高了转矩/推力密度，永磁体采用铁氧体材料，与钕铁硼材料相比，在没有降低作动器电磁特性的同时，降低了齿槽转矩、直线定位力幅值，降低了制作成本，具有广泛的应用前景。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提出一种磁通切换式直线旋转永磁作动器，该作动器具有结构简单，低齿槽转矩、直线定位力幅值，高转矩/推力密度的特点。

技术方案：本发明实现发明目的采用如下技术方案：