專利名稱：雙定子旋轉(zhuǎn)直線電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙定子旋轉(zhuǎn)直線電機(jī)，屬于電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
旋轉(zhuǎn)直線電機(jī)在航空航天、工業(yè)控制、機(jī)床、機(jī)器人、鉆孔、辦公自動(dòng)化、柔性制造和裝配系統(tǒng)、螺紋加工以及定位系統(tǒng)等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用。現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)-直線電機(jī)主要通過(guò)多臺(tái)電機(jī)和機(jī)械轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)多自由度的功能，這種實(shí)現(xiàn)方式導(dǎo)致系統(tǒng)的體積大、重量高。對(duì)于由單臺(tái)電機(jī)實(shí)現(xiàn)的螺旋運(yùn)動(dòng)，此類電機(jī)大多是采用在一個(gè)定子上纏繞兩套定子繞組，分別用于實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的控制。該種類型電機(jī)由于定子上并行放置兩 套繞組，增加了電機(jī)的軸向空間，電機(jī)的體積也相應(yīng)較大。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)-直線電機(jī)通過(guò)多臺(tái)電機(jī)和機(jī)械轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)多自由度的運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致系統(tǒng)體積大及重量高的問(wèn)題，提供一種雙定子旋轉(zhuǎn)直線電機(jī)。本發(fā)明所述雙定子旋轉(zhuǎn)直線電機(jī)，它包括轉(zhuǎn)軸和機(jī)殼，它還包括內(nèi)定子套筒、內(nèi)定子鐵心、動(dòng)子鐵心、動(dòng)子前端支撐部、動(dòng)子后端支撐部、外定子鐵心、內(nèi)定子繞組和外定子繞組，機(jī)殼通過(guò)軸承與轉(zhuǎn)軸連接，夕卜定子鐵心固定在機(jī)殼的內(nèi)表面，內(nèi)定子鐵心通過(guò)內(nèi)定子套筒與機(jī)殼固定連接，內(nèi)定子套筒通過(guò)軸承與轉(zhuǎn)軸連接，內(nèi)定子鐵心與外定子鐵心之間同軸設(shè)置動(dòng)子鐵心，動(dòng)子鐵心與內(nèi)定子鐵心之間為內(nèi)氣隙，動(dòng)子鐵心與外定子鐵心之間為外氣隙，動(dòng)子鐵心的一端通過(guò)動(dòng)子前端支撐部與轉(zhuǎn)軸固定連接，動(dòng)子鐵心的另一端通過(guò)動(dòng)子后端支撐部與內(nèi)定子套筒的外圓表面通過(guò)軸承連接;內(nèi)定子鐵心上設(shè)置內(nèi)定子繞組，外定子鐵心上設(shè)置外定子繞組，內(nèi)定子鐵心與動(dòng)子鐵心形成旋轉(zhuǎn)電機(jī)結(jié)構(gòu)，外定子鐵心與動(dòng)子鐵心形成圓筒型直線電機(jī)結(jié)構(gòu)；或者內(nèi)定子鐵心與動(dòng)子鐵心形成圓筒型直線電機(jī)結(jié)構(gòu)，外定子鐵心與動(dòng)子鐵心形成旋轉(zhuǎn)電機(jī)結(jié)構(gòu)。內(nèi)定子鐵心與外定子鐵心沿軸向的長(zhǎng)度相等，并且內(nèi)定子鐵心與外定子鐵心的同側(cè)端面沿徑向均位于一個(gè)平面內(nèi)。外定子鐵心的軸向長(zhǎng)度大于或小于動(dòng)子鐵心的軸向長(zhǎng)度。內(nèi)定子鐵心與動(dòng)子鐵心形成的電機(jī)結(jié)構(gòu)為永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)、感應(yīng)電機(jī)結(jié)構(gòu)或者開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)。外定子鐵心與動(dòng)子鐵心形成的電機(jī)結(jié)構(gòu)為永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)、感應(yīng)電機(jī)結(jié)構(gòu)或者開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)部件可實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、直線運(yùn)動(dòng)亦或旋轉(zhuǎn)直線運(yùn)動(dòng)，它由內(nèi)外兩個(gè)定子由中間的動(dòng)子構(gòu)成，一側(cè)定子采用圓筒形直線電機(jī)結(jié)構(gòu)，提供軸向力，實(shí)現(xiàn)動(dòng)子沿軸向的直線運(yùn)動(dòng)；另一側(cè)定子采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)結(jié)構(gòu)，提供切向力，實(shí)現(xiàn)動(dòng)子沿圓周方向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。二者的同時(shí)存在，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)子的旋轉(zhuǎn)直線運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明的電機(jī)結(jié)構(gòu)應(yīng)用于多自由度系統(tǒng)可以省去多臺(tái)電機(jī)和機(jī)械轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，使得系統(tǒng)的體積和重量大大降低。在航空航天、工業(yè)控制、機(jī)床、機(jī)器人、鉆孔、辦公自動(dòng)化、柔性制造和裝配系統(tǒng)、螺紋加工以及定位系統(tǒng)等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，擴(kuò)展了傳統(tǒng)電機(jī)功能，通過(guò)對(duì)兩側(cè)氣隙的單獨(dú)控制，可以實(shí)現(xiàn)多自由度的運(yùn)動(dòng)。同時(shí)具有較高的效率，并提供足夠的輸出轉(zhuǎn)矩。
圖I為實(shí)施方式一中內(nèi)定子鐵心與動(dòng)子套筒形成圓筒型直線電機(jī)結(jié)構(gòu)的雙定子旋轉(zhuǎn)直線電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為實(shí)施方式一中外定子鐵心與動(dòng)子套筒形成圓筒型直線電機(jī)結(jié)構(gòu)的雙定子旋轉(zhuǎn)直線電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為實(shí)施方式三中外定子鐵心的軸向長(zhǎng)度小于動(dòng)子套筒軸向長(zhǎng)度時(shí)，內(nèi)定子鐵心與動(dòng)子套筒形成圓筒型直線電機(jī)結(jié)構(gòu)的雙定子旋轉(zhuǎn)直線電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為實(shí)施方式三中外定子鐵心的軸向長(zhǎng)度小于動(dòng)子套筒軸向長(zhǎng)度時(shí)，外定子鐵心與動(dòng)子套筒形成圓筒型直線電機(jī)結(jié)構(gòu)的雙定子旋轉(zhuǎn)直線電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一下面結(jié)合圖I和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述雙定子旋轉(zhuǎn)直線電機(jī)，它包括轉(zhuǎn)軸I和機(jī)殼2，它還包括內(nèi)定子套筒3、內(nèi)定子鐵心4、動(dòng)子鐵心5、動(dòng)子前端支撐部6、動(dòng)子后端支撐部7、外定子鐵心8、內(nèi)定子繞組9和外定子繞組10，機(jī)殼2通過(guò)軸承與轉(zhuǎn)軸I連接，外定子鐵心8固定在機(jī)殼2的內(nèi)表面，內(nèi)定子鐵心4通過(guò)內(nèi)定子套筒3與機(jī)殼2固定連接，內(nèi)定子套筒3通過(guò)軸承與轉(zhuǎn)軸I連接，內(nèi)定子鐵心4與外定子鐵心8之間同軸設(shè)置動(dòng)子鐵心5，動(dòng)子鐵心5與內(nèi)定子鐵心4之間為內(nèi)氣隙，動(dòng)子鐵心5與外定子鐵心8之間為外氣隙，動(dòng)子鐵心5的一端通過(guò)動(dòng)子前端支撐部6與轉(zhuǎn)軸I固定連接，動(dòng)子鐵心5的另一端通過(guò)動(dòng)子后端支撐部7與內(nèi)定子套筒3的外圓表面通過(guò)軸承連接；內(nèi)定子鐵心4上設(shè)置內(nèi)定子繞組9，外定子鐵心8上設(shè)置外定子繞組10，內(nèi)定子鐵心4與動(dòng)子鐵心5形成旋轉(zhuǎn)電機(jī)結(jié)構(gòu)，外定子鐵心8與動(dòng)子鐵心5形成圓筒型直線電機(jī)結(jié)構(gòu)；或者內(nèi)定子鐵心4與動(dòng)子鐵心5形成圓筒型直線電機(jī)結(jié)構(gòu)，外定子鐵心8與動(dòng)子鐵心5形成旋轉(zhuǎn)電機(jī)結(jié)構(gòu)。本實(shí)施方式中，電機(jī)由兩個(gè)定子和一個(gè)動(dòng)子組成，兩個(gè)定子上均嵌有繞組，分別與動(dòng)子作用實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)功能和直線運(yùn)動(dòng)功能。兩個(gè)定子內(nèi)外嵌套，動(dòng)子采用空心杯結(jié)構(gòu)，可極大程度上利用電機(jī)空間。如圖I所示，內(nèi)定子鐵心4與動(dòng)子鐵心5形成圓筒型直線電機(jī)結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生軸向力，該圓筒型直線電機(jī)可以是永磁同步電機(jī)，感應(yīng)電機(jī)或開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)；在該圓筒型直線電機(jī)作用下，動(dòng)子鐵心5和轉(zhuǎn)軸I可做軸向移動(dòng)。外定子鐵心8與動(dòng)子鐵心5組成旋轉(zhuǎn)電機(jī)結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力，該旋轉(zhuǎn)電機(jī)也可以是永磁同步電機(jī)，感應(yīng)電機(jī)或開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)，在該旋轉(zhuǎn)電機(jī)作用下，動(dòng)子鐵心5和轉(zhuǎn)軸I可做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其中涉及到應(yīng)用的軸承可以為圓柱滾子軸承、滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承組合套用或磁懸浮軸承。如圖2所示，內(nèi)定子鐵心4與動(dòng)子鐵心5形成旋轉(zhuǎn)電機(jī)結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力，該旋轉(zhuǎn)電機(jī)可以是永磁同步電機(jī)，感應(yīng)電機(jī)或開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)；在旋轉(zhuǎn)電機(jī)作用下，動(dòng)子鐵心5和轉(zhuǎn)軸I可做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；外定子鐵心8與動(dòng)子鐵心5組成圓筒型直線電機(jī)結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生軸向力，該圓筒型直線電機(jī)可以是永磁同步電機(jī)，感應(yīng)電機(jī)或開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)；在該圓筒型直線電機(jī)作用下，動(dòng)子鐵心5和轉(zhuǎn)軸I可做軸向移動(dòng)。
具體實(shí)施方式
二 下面結(jié)合圖I至圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式為對(duì)實(shí)施方式一的進(jìn)一步說(shuō)明，內(nèi)定子鐵心4與外定子鐵心8沿軸向的長(zhǎng)度相等，并且內(nèi)定子鐵心4與外定子鐵心8的同側(cè)端面沿徑向均位于一個(gè)平面內(nèi)。
具體實(shí)施方式
三下面結(jié)合圖I至圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式為對(duì)實(shí)施方式 二的進(jìn)一步說(shuō)明，外定子鐵心8的軸向長(zhǎng)度大于或小于動(dòng)子鐵心5的軸向長(zhǎng)度。當(dāng)外定子鐵心8的軸向長(zhǎng)度大于動(dòng)子鐵心5的軸向長(zhǎng)度時(shí)，或外定子鐵心8的軸向長(zhǎng)度小于動(dòng)子鐵心5的軸向長(zhǎng)度時(shí)，均可通過(guò)對(duì)內(nèi)定子繞組9電流的控制，確保動(dòng)子鐵心5在螺旋運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)，使內(nèi)氣隙和外氣隙的有效磁通均不變，以提供足夠的輸出轉(zhuǎn)矩。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式為對(duì)實(shí)施方式一、二或三的進(jìn)一步說(shuō)明，內(nèi)定子鐵心4與動(dòng)子鐵心5形成的電機(jī)結(jié)構(gòu)為永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)、感應(yīng)電機(jī)結(jié)構(gòu)或者開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式為對(duì)實(shí)施方式一、二、三或四的進(jìn)一步說(shuō)明，外定子鐵心8與動(dòng)子鐵心5形成的電機(jī)結(jié)構(gòu)為永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)、感應(yīng)電機(jī)結(jié)構(gòu)或者開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式為對(duì)實(shí)施方式一、二、三、四或五的進(jìn)一步說(shuō)明，動(dòng)子鐵心5的內(nèi)圓表面和外圓表面均設(shè)置有永磁體、嵌入式繞組線圈、籠型繞組、導(dǎo)電金屬筒壁或開(kāi)有齒槽。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式為對(duì)實(shí)施方式一、二、三、四或五的進(jìn)一步說(shuō)明，動(dòng)子鐵心5的內(nèi)圓表面或外圓表面設(shè)置有永磁體、嵌入式繞組線圈、籠型繞組、導(dǎo)電金屬筒壁或開(kāi)有齒槽。
權(quán)利要求
1.一種雙定子旋轉(zhuǎn)直線電機(jī)，它包括轉(zhuǎn)軸(I)和機(jī)殼(2)，其特征在于它還包括內(nèi)定子套筒(3)、內(nèi)定子鐵心(4)、動(dòng)子鐵心(5)、動(dòng)子前端支撐部(6)、動(dòng)子后端支撐部(7)、外定子鐵心(8)、內(nèi)定子繞組(9)和外定子繞組(10)，機(jī)殼(2)通過(guò)軸承與轉(zhuǎn)軸(I)連接，外定子鐵心(8)固定在機(jī)殼(2)的內(nèi)表面，內(nèi)定子鐵心(4)通過(guò)內(nèi)定子套筒(3)與機(jī)殼(2)固定連接，內(nèi)定子套筒(3)通過(guò)軸承與轉(zhuǎn)軸(I)連接， 內(nèi)定子鐵心(4)與外定子鐵心(8)之間同軸設(shè)置動(dòng)子鐵心(5)，動(dòng)子鐵心(5)與內(nèi)定子鐵心(4)之間為內(nèi)氣隙，動(dòng)子鐵心(5)與外定子鐵心(8)之間為外氣隙，動(dòng)子鐵心(5)的一端通過(guò)動(dòng)子前端支撐部￠)與轉(zhuǎn)軸(I)固定連接，動(dòng)子鐵心(5)的另一端通過(guò)動(dòng)子后端支撐部(7)與內(nèi)定子套筒(3)的外圓表面通過(guò)軸承連接； 內(nèi)定子鐵心(4)上設(shè)置內(nèi)定子繞組(9)，外定子鐵心(8)上設(shè)置外定子繞組(10)， 內(nèi)定子鐵心(4)與動(dòng)子鐵心(5)形成旋轉(zhuǎn)電機(jī)結(jié)構(gòu)，外定子鐵心(8)與動(dòng)子鐵心(5)形成圓筒型直線電機(jī)結(jié)構(gòu)；或者內(nèi)定子鐵心(4)與動(dòng)子鐵心(5)形成圓筒型直線電機(jī)結(jié)構(gòu)，外定子鐵心(8)與動(dòng)子鐵心(5)形成旋轉(zhuǎn)電機(jī)結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙定子旋轉(zhuǎn)直線電機(jī)，其特征在于內(nèi)定子鐵心(4)與外定子鐵心(8)沿軸向的長(zhǎng)度相等，并且內(nèi)定子鐵心(4)與外定子鐵心(8)的同側(cè)端面沿徑向均位于一個(gè)平面內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙定子旋轉(zhuǎn)直線電機(jī)，其特征在于外定子鐵心(8)的軸向長(zhǎng)度大于或小于動(dòng)子鐵心(5)的軸向長(zhǎng)度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的雙定子旋轉(zhuǎn)直線電機(jī)，其特征在于內(nèi)定子鐵心(4)與動(dòng)子鐵心(5)形成的電機(jī)結(jié)構(gòu)為永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)、感應(yīng)電機(jī)結(jié)構(gòu)或者開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的雙定子旋轉(zhuǎn)直線電機(jī)，其特征在于外定子鐵心(8)與動(dòng)子鐵心(5)形成的電機(jī)結(jié)構(gòu)為永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)、感應(yīng)電機(jī)結(jié)構(gòu)或者開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的雙定子旋轉(zhuǎn)直線電機(jī)，其特征在于動(dòng)子鐵心(5)的內(nèi)圓表面和外圓表面均設(shè)置有永磁體、嵌入式繞組線圈、籠型繞組、導(dǎo)電金屬筒壁或開(kāi)有齒槽。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的雙定子旋轉(zhuǎn)直線電機(jī)，其特征在于動(dòng)子鐵心(5)的內(nèi)圓表面或外圓表面設(shè)置有永磁體、嵌入式繞組線圈、籠型繞組、導(dǎo)電金屬筒壁或開(kāi)有齒槽。
全文摘要
雙定子旋轉(zhuǎn)直線電機(jī)，屬于電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。它解決了現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)-直線電機(jī)通過(guò)多臺(tái)電機(jī)和機(jī)械轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)多自由度的運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致系統(tǒng)體積大及重量高的問(wèn)題。它的機(jī)殼通過(guò)軸承與轉(zhuǎn)軸連接，外定子鐵心固定在機(jī)殼的內(nèi)表面，內(nèi)定子鐵心通過(guò)內(nèi)定子套筒與機(jī)殼固定連接，內(nèi)定子套筒通過(guò)軸承與轉(zhuǎn)軸連接，內(nèi)定子鐵心與外定子鐵心之間同軸設(shè)置動(dòng)子鐵心，動(dòng)子鐵心的一端通過(guò)動(dòng)子前端支撐部與轉(zhuǎn)軸固定連接，動(dòng)子鐵心的另一端通過(guò)動(dòng)子后端支撐部與內(nèi)定子套筒的外圓表面通過(guò)軸承連接；內(nèi)定子鐵心與動(dòng)子鐵心形成旋轉(zhuǎn)電機(jī)結(jié)構(gòu)或者圓筒型直線電機(jī)結(jié)構(gòu)，外定子鐵心與動(dòng)子鐵心形成圓筒型直線電機(jī)結(jié)構(gòu)或者旋轉(zhuǎn)電機(jī)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明為一種旋轉(zhuǎn)直線電機(jī)。
文檔編號(hào)H02K16/04GK102868271SQ201210369198
公開(kāi)日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月28日
發(fā)明者柴鳳, 裴宇龍, 倪榮剛, 程樹(shù)康, 翟筱羿 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)