[发明专利]一种动磁式直线旋转二自由度电机

说明书

技术领域

本发明涉及电机，尤其涉及电机中的一种动磁式直线旋转二自由度电机。

背景技术

现有的电机一般只能提供单自由度的旋转运动（如旋转电机）或者直线运动（如直线电机），而无法提供兼具旋转运动和直线运动的复合运动。但是，在医疗、半导体封装、航空等领域中，却存在大量的二自由度直线旋转复合运动的需求，并且要求运动驱动部件体积小，重量轻。传统的实现方案是建立两套独立的电机系统及其传动装置分别驱动直线和旋转运动，系统体积大，响应较慢。现代工业的迅速发展对各类运动系统的响应速度、定位精度提出更高更苛刻的要求，传统的两套独立电机系统分别驱动直线和旋转运动的方案，其缺陷已经越来越明显，迫切需要体积紧凑、性能优异、运动平滑的直线旋转二自由度电机。

针对二自由度直线旋转复合运动，传统的实现方案是建立两套独立的电机系统及其传动装置分别驱动直线和旋转运动，系统体积大，响应较慢。此外，中国专利《201020582357.2，高频直线旋转电机》提供了一种新型实现方式，该专利的直线旋转电机的直线运动部分和旋转运动部分分别是一个直线音圈电机和一个小型旋转伺服电机。该发明的工作原理是：将旋转电机装在线性导轨的滑块上，然后由直线音圈推动滑块带动旋转电机整体直线运动，所以，从旋转电机延长出的输出轴就可以同时输出直线和旋转运动。根据该专利描述，这种高频直线旋转电机具有快速、平滑、无嵌齿、无滞后响应的特性，可以实现高频高精度的运动。

另外一种直线旋转电机实现方案是直线旋转混合运动步进电机。中国专利《200810042746.3，双径向磁场反应式直线旋转步进电机》提供了一种步进电机实现方式，该专利的直线旋转电机的定子是由直线步进电机和旋转步进电机的定子合并而成，动子铁芯由叠压的硅钢片形成小齿均匀分布的圆柱形。该发明的工作原理和步进电机相同，动子在定子的产生的磁阻变化下可作直线或旋转运动。根据该专利描述，这种直线旋转步进电机具有机结构简单，加工工艺简单，控制简单，传动刚度大，成本低的优点。

电机在实现方式上，根据结构的不同，电机可以分为动磁式、动圈式和动铁式三类。动铁式电机由定子（线圈及磁轭）提供磁源，动子由软铁构成，一般设计成实心以传递磁通，质量较大，而且运动复位误差较大，所以不适用于快速频繁往复运动的场合。动圈式

电机的运动部分主体是线圈，在定子磁场作用下运动，其运动部分质量轻。但是由于通电动子线圈在定子产生的磁场中运动，所以动子线圈必须要有引流电线或者电刷。动磁式电机的运动部分主要是磁铁和磁轭，在定子磁场作用下运动，运动部分质量介于动铁式和动圈式之间，但是动子无需引流电线和电刷。

现有的电机一般只能提供单自由度的旋转运动或直线运动，若要实现直线旋转二自由度运动，传统的方法是采用两套单自由度电机，建立两套独立的电机系统及其传动装置分别驱动直线和旋转运动，系统体积大，响应较慢。中国专利《201020582357，高频直线旋转电机》的直线旋转电机本质上只是将两个单自由度电机安装在一起，并非真正意义上的一体式直线旋转二自由度电机，体积仍然较大。

而中国专利《200810042746.3，双径向磁场反应式直线旋转步进电机》提供的步进电机，其步进式的直线旋转电机继承了步进电机的缺点。直线旋转步进电机一般采用开环控制，所以运动精度相对低。直线旋转步进电机存在步距角和步距，不适合微行程高响应的运动场合，而且运动平滑性比电磁式电机差，容易产生丢步和过冲现象。在低速运动时，有振荡，噪声大。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种动磁式直线旋转二自由度电机。

本发明提供了一种动磁式直线旋转二自由度电机，包括动子和定子，所述定子包括圆环状的前磁轭、后磁轭、绕组支撑座、前绕组和后绕组，所述前磁轭的一端与所述后磁轭的一端连接，所述前绕组套设于所述前磁轭的内侧，所述后绕组套设于所述绕组支撑座的外侧与所述后磁轭的内侧之间，所述动子包括永磁铁、铁芯、内磁轭、隔磁座和定位环，所述永磁铁包括前磁环、中磁环和后磁环，所述前磁环套设于所述前绕组的内侧与所述铁芯的外侧，所述中磁环、后磁环沿轴向套设于所述内磁轭的外侧与所述绕组支撑座的内侧之间，所述中磁环位于所述前磁环、后磁环之间，所述定位环套设于所述内磁轭的外侧上并位于所述中磁环、后磁环之间，所述隔磁座设置在所述前磁环与内磁轭之间，所述前磁环的外侧面与所述前绕组的内侧面之间设有前外气隙，所述中磁环、后磁环的外侧面与所述绕组支撑座的内侧面之间设有后外气隙，所述隔磁座的一端与所述铁芯固连接，另一端与所述内磁轭固定连接。