[发明专利]一种螺旋运动电机

说明书

技术领域

本发明属于机电领域，具体涉及螺旋运动电机。

背景技术

当今在机械运动和控制领域，随着运动形式的多样化和控制要求的提高，对多自由度电机及其直接驱动系统的需求日益增加，作为一类两自由度的螺旋电机，当对不同方向进行约束或解除约束时，能够输出旋转、直线和螺旋运动，能够减少系统部件、提高效率、可靠性和动态性能，并且降低了制造和维护费用，获得了国内外的广泛重视，在螺旋压力机，螺旋钻机、螺旋钻床,车削设备，螺旋升降机、螺旋搅拌机、步进控制、电磁螺旋推进器，代替气动缸液压缸等方面有着广泛的应用前景。

从工作原理上区分，螺旋运动电机主要有感应式、开关磁阻式和永磁三大类。从结构和控制特点上区分，主要有两类：一类是由一台旋转运动电机和一台直线运动电机串联组合而成的螺旋电机，其动子由铁芯和铁芯表面的导电层组成，如：法国学者J.Fleszar提出的一种感应式旋转-直线电机等，罗马尼亚学者Lorand Szabo提出的开关磁阻旋转-直线运动电机，定子为三个传统的8极开关磁阻电机铁芯和4相集中绕组，动子由多个轴向串联的6极开关磁阻电机转子组成，定子叠片单元的轴向距离与动子叠片单元的轴向距离之间具有特定关系，控制定子绕组的供电顺序，可实现电机的旋转、直线或螺旋运动。上海理工大学学者怡勇提出了另一种旋转-直线开关磁阻电机，定子分为轴向串联的直线运动部分和旋转运动部分，两部分磁路相互解耦，等等。这类螺旋电机的旋转和直线运动部分分别具有独立的激磁结构。第二类是旋转和直线运动部分共用一个激磁结构，最常见的是动子表面沿圆周和轴线两个方向N、S交替分布的永磁体阵列，例如：东南大学学者金平等提出了一种三定子、多相绕组，动子表面贴有“棋盘式”永磁体的旋转-直线电机。又如：法国里尔科技大学学者G.Krebs提出了一种具有内外定子、集中绕组的旋转-直线永磁电机，其转子为空心杯结构，表面装贴“棋盘式”永磁体阵列，两套定子共用一套转子磁钢，存在共磁路耦合关系。

上述这些螺旋电机尽管都能实现旋转运动、直线运动或螺旋运动，但相比已有的旋转电机还是存在结构复杂、体积大、制造和维护成本高或效率低等问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：寻求一种结构简单、制造和维护容易、低成本的螺旋运动电机（或简称螺旋电机）。

为达到上述目的和解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：

一种螺旋运动电机，包括定子组件、动子组件，所述定子组件包括定子磁路、成对磁极磁场、定子壳架等构成，所述动子组件包括动子轴、动子磁路及成对磁极磁场、动子支撑轴承等构成，所述磁极磁场是由永磁体与铁芯或绕组与铁芯组成产生的磁极磁场或由交变电流磁场在导电体中感应电流产生的磁极磁场，其特征在于，定子与动子磁极、齿槽或绕组分别在定子与动子靠近的表面上都按顺时针或都按逆时针方向扭转一个螺旋升角相同的角度，形成定子斜槽和动子斜槽及导电体和磁极的螺旋布置，螺旋升角为正负5°—85°，通电后形成螺旋磁场，定子磁极和动子磁极的斜槽角度或螺旋升角大小相差不超过5°；定子与动子之间存在气隙，定子或动子长度依照是内动子还是外动子模式、长动子还是短动子模式及需要的轴向行程而定，在约束动子的轴向位移条件下，动子可依据电流方向，在圆周方向上做360°范围的连续正反向旋转，在约束旋转方向位移条件下，动子可依据电流方向做往复直线运动，在解除轴向位移约束和旋转方向位移约束的条件下，动子可依据电流方向或磁极螺旋方向做正反螺旋运动，电机电源采用直流电源或两相及以上的多相交变电源。

这种螺旋电机的原理实质上是将现有各种旋转电机的定子磁极及转子磁极组件向同一方向扭转一个合适大小的角度而形成，每组定子和动子的磁极、齿槽、绕组绕电机中心轴线螺旋程度可以小于一周，也可以大于一周，各种螺旋电机的各种绕组结构与现有各种旋转电机和直线电机的绕组结构基本相同。上述螺旋电机还包括同步、异步等结构模式。对于上述各种螺旋电机，通过设置或解除定子或动子的约束条件可实现外定子、内动子模式和内定子、外动子模式，还可通过设计磁极、绕组长度或串联多组磁极绕组实现短动子长定子或短定子长动子结构，调整所需行程大小，当电磁绕组安置在动子上时，需要配置输电滑环、滑道或换流器。对于动子支撑轴承可配置往复或螺旋运动轴承。对于形成螺旋磁场的电源可以依据不同电机结构和用途采用直流电源、交变电源或脉冲电源，可以是两相及以上的多相电源，现有各种旋转电机和直线电机的电源系统和控制系统均可根据需要采用。此类电机所产生轴向力的方式，可用于平衡负载有较大轴向力的旋转电机，如真空泵用电机等。