[发明专利]初级、次级双永磁型两自由度磁通反向电机

说明书

本发明公开了一种初级、次级双永磁型两自由度磁通反向电机，属于电机制造技术领域，包括旋转运动定子、动子和直线运动定子，且三者均为凸极永磁结构，采用初级、次级双永磁拓扑结构，在实现磁通反向工作原理的同时，有效增加了电机的转矩密度与推力密度。动子采用模块化三角结构，均固定于动子非导磁支撑件上，没有动子轭部，旋转永磁磁场与电枢磁场仅沿动子旋转模块闭合，且直线永磁磁场与电枢磁场仅沿动子直线模块闭合，有效抑制直线运动行波磁场与旋转运动旋转磁场间的耦合，减小两自由度运动工况下，磁场间的耦合影响，易于实现解耦控制，从而解决了现有电机的性能问题。

技术领域

本发明属于电机制造技术领域，尤其是涉及一种能够驱动负载做旋转、直线或螺旋运动的初级、次级双永磁型两自由度磁通反向电机。

背景技术

在现实生活中工业驱动系统复杂性和驱动精度的要求都越来越高，例如，机器人关节、高档机床、舰船推进、螺旋泵等装置，都需要驱动轴做两自由度运动。传统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，这种实现两自由度运动的方式不仅控制方法复杂，而且需要价格昂贵，体积庞大的机械传动装置。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。但是，上述方法的缺陷可以通过两自由度电机来解决。

目前，两自由度电机主要分为感应型、开关磁阻型和永磁型，但是与感应型和开关磁阻型两自由度电机相比，永磁型两自由度电机具有功率密度高的优点，引起了众多学者的研究。虽然目前许多结构类型的两自由度电机不断的被提出，但是现有的直线旋转两自由度电机结构和性能仍有诸多地方有待优化。公开号为CN109660100A的发明专利《一种直线旋转两自由度永磁电机》公开了一种直线旋转两自由度磁通切换电机，可直接实现旋转、直线或螺旋运动。然而，定子齿单元上设置由绕组，永磁体块仅设置在动子上，该电机的直线运动磁场与旋转运动磁场在定子铁心与转子铁心内耦合，相互影响，进而削弱电机两自由度运行特性。公开号为CN211063425U的发明专利《定子及模块化结构的旋转直线两自由度永磁电机》公开了一种直线旋转两自由度电机，定子采用模块化设计，旋转电枢绕组沿轴向绕置于定子齿且直线电枢绕组沿圆周绕置于相同定子齿，旋转电枢磁场与直线电枢磁场不可避免的在定子齿内产生耦合，进而造成磁场畸变，不利于实现直线运动与旋转运动的精确控制。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种能够驱动负载做旋转、直线或螺旋运动的定转子永磁型环形绕组两自由度电机，有效削弱直线运动行波磁场与旋转运动磁场间的磁场耦合，具有高转矩（功率）密度、易于解耦控制、便于加工装配等优点。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种初级、次级双永磁型两自由度磁通反向电机，包括旋转运动定子、动子和直线运动定子，所述旋转运动定子、动子和直线运动定子均为凸极结构；所述旋转运动定子位于外层，所述直线运动定子位于内层，该旋转运动定子和直线运动定子嵌套设置；所述动子为环形结构，位于旋转运动定子与直线运动定子之间，且构成双层气隙，

所述旋转运动定子包括旋转运动定子铁心、旋转运动电枢绕组和旋转运动定子永磁体；所述旋转运动定子永磁体表贴在旋转运动定子铁心齿部槽内，构成旋转运动电枢齿，旋转运动定子永磁体径向充磁，且旋转运动定子永磁体充磁方向相同，所述旋转运动电枢绕组采用集中绕组结构，绕置于旋转运动电枢齿上，

所述直线运动定子包括直线运动定子铁心、直线运动环形电枢绕组和直线运动定子永磁体；所述直线运动定子永磁体表贴于直线运动定子铁心齿部槽内，该直线运动定子永磁体沿径向充磁，且直线运动定子永磁体充磁方向相同，所述直线运动环形电枢绕组采用环形绕组结构，设置于直线运动定子铁心的槽内，

所述动子的内外两侧均具有凸极齿，外侧动子旋转凸极齿为三角型结构，沿圆周分布，动子旋转永磁体表贴于动子旋转凸极齿的槽内，径向充磁，且充磁方向与旋转运动定子永磁体充磁方向一致；内侧动子直线凸极齿也为三角型结构，沿轴向分布，动子直线永磁体表贴于动子直线凸极齿的槽内，径向充磁，且充磁方向与直线运动定子永磁体充磁方向一致，所述动子旋转凸极齿与动子直线凸极齿共同（嵌入）固定在非导磁支持件上。