[发明专利]定子及模块化结构的旋转直线两自由度永磁电机

说明书

本发明提供了一种定子及模块化结构的旋转直线两自由度永磁电机。其中，模块化结构的旋转直线两自由度永磁电机，包括定子和动子，所述定子包括定子铁心、旋转运动绕组和直线运动绕组；所述定子铁心在圆周上由若干个相同的模块化铁心单元以三相形式构成；沿定子铁心内表面的轴向和周向均同时开设有定子槽，使定子齿呈阵列式分布且均布于各个模块化铁心单元上；所述旋转运动绕组沿直线运动方向缠绕在沿定子铁心内表面轴向排列的定子齿上，构成驱动旋转运动的相组集中式绕组；所述直线运动绕组沿圆周方向绕制在沿定子铁心内表面周向排列的定子齿上，构成驱动直线运动的相组集中式绕组。其结构简单，易于制造，提高了材料的利用率。

技术领域

本发明属于电机设计制造领域，尤其涉及一种定子及模块化结构的旋转直线两自由度永磁电机。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

随着材料及装备制造技术的进一步发展，工业界对于多维驱动的要求越来越迫切，其中两自由度驱动的电机有着非常广泛的应用前景，例如机器人关节、多维机械加工平台、船舶电推进系统、火炮转台、海上波浪发电、电动陀螺仪、螺旋泵、自动化办公平台等。

传统的两自由度驱动的实现方法之一是通过辅助机械传动装置对多台单自由度电机进行空间运动组合。然而这些组合式系统存在多个传动间隙，系统定位精度低，系统体积庞大，重量和成本大，系统可靠性低。旋转直线两自由度永磁电机可以有效解决以上问题。

发明人发现，现阶段旋转直线两自由度永磁电机仍处于实验室研发阶段，存在以下几方面问题：1)同轴式旋转直线两自由度电机由于采用轴向串联结构，电机整体细长，直线运动的行程受限；2)异轴式旋转直线两自由度电机仍然采用了辅助传动装置，集成度不高，辅助传动装置结构复杂，系统的可靠性低；3)螺旋式旋转直线两自由度电机由于只能在轴向作螺旋运动，且螺距固定，用途有限；4)磁耦合式旋转直线两自由度电机通常采用磁阻式电机结构，存在转矩/推力密度低，而且在部分结构中存在旋转磁场和行波磁场的交叉耦合，不利于独立控制单一自由度运动。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种定子，其结构简单，易于制造，采用相组集中式绕组，提高电机绕组系数并减少端部绕组，反电动势正弦度高，显著提高转矩/推力密度，线圈绕制容易并利于实现模块化设计，易于实现直线运动和旋转运动解耦控制。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种定子，包括定子铁心、旋转运动绕组和直线运动绕组；

所述定子铁心在圆周上由若干个相同的模块化铁心单元以三相形式构成；

沿定子铁心内表面的轴向和周向均同时开设有定子槽，使定子齿呈阵列式分布且均布于各个模块化铁心单元上；

所述旋转运动绕组沿直线运动方向缠绕在沿定子铁心内表面轴向排列的定子齿上，构成驱动旋转运动的相组集中式绕组；所述直线运动绕组沿圆周方向绕制在沿定子铁心内表面周向排列的定子齿上，构成驱动直线运动的相组集中式绕组。

作为一种实施方式，沿定子铁心内表面的周向开设的定子槽分为周向相内定子槽和周向相间定子槽，所述周向相间定子槽以间隔若干个周向相内定子槽的规律分布。

上述技术方案的优点在于，能够提高电机绕组系数并减少端部绕组，使得旋转运动绕组构成的驱动旋转运动的相组集中式绕组的线圈绕制容易并利于实现模块化设计。

作为一种实施方式，定子齿周向宽度与周向相内定子槽宽相等，且均等于周向相间定子槽宽的3/5倍。

上述技术方案的优点在于，能够在物理结构上以三相形式将定子铁心划分成单一相组模块，实现模块化设计。