一种采用T形永磁体的直线旋转音圈电机的制作方法

一种采用t形永磁体的直线旋转音圈电机
技术领域
1.本发明属于电机技术领域，具体涉及一种采用t形永磁体的直线旋转音圈电机。


背景技术：

2.音圈电机是直接驱动型永磁电机的一种。目前的直线旋转音圈电机多为组合叠加式结构，即一台旋转音圈电机设置于另一台直线音圈电机的动子上，使其运动终端可输出直线旋转运动，但其整体结构较为复杂，体积重量均较大，各部件之间的连接不够紧密，容易造成动态响应速度过慢，存在运动误差累计且容易拖动电缆的情况。同时，虽存在少数的一体式直线旋转音圈电机，但其旋转运动这一维度只能实现一定角度的摆动，并不能实现360度的连续旋转，且存在直线线圈与旋转线圈耦合严重的现象。本发明针对目前直线旋转音圈电机的技术现状，提出一种完全一体式的可实现三种运动模式（直线往复运动、连续旋转运动、连续直线旋转运动）的直线旋转音圈电机，其为动磁型结构，运动过程不拖动电缆，电磁结构易于解耦控制。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种采用t形永磁体的直线旋转音圈电机，以解决上述背景技术中提出现有技术中的问题。
4.为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种采用t形永磁体的直线旋转音圈电机，包括；电机定子，以及位于所述电机定子外侧的电机动子；所述电机定子包括定子铁心、电枢线圈及线圈固定件；所述电枢线圈设置有两组，所述线圈固定件用于支撑两组所述电枢线圈，所述定子铁心位于所述电枢线圈的内部；所述电机动子包括t形永磁体、动子铁轭及直线轴承；所述t形永磁体和所述直线轴承均设置有两组，两组所述直线轴承位于所述动子铁轭的两端，所述定子铁心连接在两组所述直线轴承的内部，且位于所述定子铁心的外部。
5.进一步的，所述电机定子还包括防撞胶垫，所述防撞胶垫位于所述线圈固定件的两侧。
6.进一步的，所述防撞胶垫采用非导磁的橡胶材质，作为动子防撞环使用，同时起到一定的线圈固定作用。
7.进一步的，两组所述t形永磁体的充磁方向相反。
8.进一步的，两组所述t形永磁体的线圈匝数和结构尺寸均相同。
9.进一步的，所述电机定子利用洛伦兹力驱动。
10.进一步的，两组所述t形永磁体分别构成线圈一和线圈二。
11.进一步的，所述线圈一和线圈二同时通入大小相同的同为顺时针方向或同为逆时针方向电流时，电机动子做直线运动。
12.进一步的，所述线圈一和线圈二同时通入大小相同、不同方向电流时，电机动子做
连续的360度旋转运动。
13.进一步的，所述线圈一和线圈二同时通入大小不同电流时，电机动子做直线旋转运动。
14.本发明的技术效果和优点：本发明提出的一种采用t形永磁体的直线旋转音圈电机，与现有技术相比，具有以下优点：1、本发明采用t形永磁体的直线旋转音圈电机为动磁型结构，可实现三种运动模式：高速直线往复运动、360度旋转运动和直线旋转运动，动子仅为两块永磁体、较薄的动子铁轭和两个直线轴承，运动过程不拖动电缆，动态响应速度快，电机结构简洁。
15.2、本发明直线旋转音圈电机的定子由一个定子铁心、两个电枢线圈、线圈固定件及两侧的防撞胶垫构成，结构简单，适用于多维精密运动系统；大多数直线旋转电机，只能实现一定角度的摆动运动，该新型直线旋转音圈电机可实现高速直线往复运动、360度旋转运动和直线旋转运动；3、直线运动与旋转运动共用同一磁场，两种运动过程中两个线圈均需通电且通电幅值相同，仅调整两个线圈的通电方向即可实现直线运动或旋转运动，解耦控制方便，极大地提高了电机运行中直线运动和旋转运动的精度，当需要电机进行直线旋转运动时，仅需调整两个线圈内电流大小即可实现，可靠性高。
附图说明
16.图1为本发明的结构示意图；图2为本发明t形永磁体的直线旋转音圈电机的结构示意图；图3为本发明的动子三维结构示意图；图4为本发明的两组t形永磁体排布示意图结构示意图；图5为本发明t形永磁体的三维结构示意图；图6为本发明的定子三维结构示意图；图7为本发明电枢线圈的结构示意图；图8为本发明磁路结构沿轴向裁开并展平后示意图。
17.图中：1、定子铁心；2、直线轴承；3、防撞胶垫；4、电枢线圈；5、线圈固定件；6、t形永磁体；7、动子铁轭。
具体实施方式
18.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
19.本发明实施例中提供了一种采用t形永磁体的直线旋转音圈电机，示例性的，如图1-7所示，包括；电机定子，以及位于所述电机定子中的电机动子。
20.所述电机定子包括定子铁心1、电枢线圈4、防撞胶垫3及线圈固定件5；所述电枢线圈4设置有两组，所述线圈固定件5用于支撑两组所述电枢线圈4，所述定子铁心1位于所述
电枢线圈4的内部，线圈固定件5是由不导磁的刚性材料制成，起到支撑固定两个电枢线圈4的作用。所述防撞胶垫3位于所述线圈固定件5的两侧，防撞胶垫3采用非导磁的橡胶材质，作为动子防撞环使用。
21.所述电机动子包括t形永磁体6、动子铁轭7及直线轴承2；所述t形永磁体6和所述直线轴承2均设置有两组，两组所述直线轴承2位于所述动子铁轭7的两端，所述定子铁心1连接在两组所述直线轴承2的内部，且位于所述定子铁心1的外部，两组所述t形永磁体6的充磁方向相反，且线圈匝数和结构尺寸均相同。通过低摩擦的直线轴承以保证直线/旋转运动的顺滑。电机利用洛伦兹力驱动电机动子运动，电机定子利用洛伦兹力驱动。
22.具体的，该直线旋转音圈电机呈圆筒形，内设的两块永磁体尺寸相同且充磁方向相反，两个线圈匝数和结构尺寸均相同，其磁路结构沿轴向裁开并展平如图8所示，设标号为n的永磁体励磁方向为垂直纸面向外，两组所述t形永磁体6分别构成线圈一和线圈二，标号为s的永磁体励磁方向为垂直纸面向里，标记为abcd的线圈为线圈一，标记为efgh的线圈为线圈二，具体工作原理如下：一、当线圈一和线圈二同时通入大小相同的同为顺时针方向或同为逆时针方向电流时，电机动子做直线运动。
23.当线圈一和线圈二同时通入顺时针方向电流，根据根据洛伦兹力原理f=bil和左手定则，两个线圈的各段线圈边受力方向如下：线圈一的ab段和线圈二的ef段均处于n永磁体励磁磁场内，此两段线圈边受力方向相同，均为轴向正方向；线圈一的bc段和线圈二的fg段均处于n永磁体励磁磁场内，线圈一的bc段受力方向为切向正方向，线圈二的fg段受力方向切向负方向，两者受力方向相反，相互抵消；线圈一的cd段和线圈二的gh段均处于s永磁体励磁磁场内，此两段线圈边受力方向相同，均为轴向正方向；线圈一的da段受力方向为切向正方向，线圈二的he段受力方向切向负方向，两者受力方向相反，相互抵消。综合得，电机动子所受合力方向为轴向正方向，电机动子沿轴向正方向做直线运动。
24.当线圈一和线圈二同时通入逆时针方向电流，根据根据洛伦兹力原理f=bil和左手定则，两个线圈的各段线圈边受力方向如下：线圈一的ab段和线圈二的ef段均处于n永磁体励磁磁场内，此两段线圈边受力方向相同，均为轴向负方向；线圈一的bc段和线圈二的fg段均处于n永磁体励磁磁场内，线圈一的bc段受力方向为切向负方向，线圈二的fg段受力方向切向正方向，两者受力方向相反，相互抵消；线圈一的cd段和线圈二的gh段均处于s永磁体励磁磁场内，此两段线圈边受力方向相同，均为轴向负方向；线圈一的da段受力方向为切向负方向，线圈二的he段受力方向切向正方向，两者受力方向相反，相互抵消。综合得，电机动子所受合力方向为轴向负方向，电机动子沿轴向负方向做直线运动。
25.二、当线圈一和线圈二同时通入大小相同的不同方向电流时，电机动子做连续旋转运动。
26.当线圈一通入顺时针方向电流，线圈二通入逆时针方向电流，根据洛伦兹力原理f=bil和左手定则，两个线圈的各段线圈边受力方向如下：线圈一的ab段和线圈二的ef段均处于n永磁体励磁磁场内，线圈一的ab段受力方向为轴向正方向，线圈二的ef段受力方向为轴向负方向，两者受力方向相反，相互抵消；线圈一的bc段和线圈二的fg段均处于n永磁体励磁磁场内，两段线圈边受力方向相同，均为切向正方向；线圈一的cd段受力方向为轴向正方向，线圈二的gh段受力方向为轴向负方向，两者受力方向相反，相互抵消；线圈一的da段
和线圈二的he段均处于n永磁体励磁磁场内，两段线圈边受力方向相同，均为切向正方向。综合得，电机动子所受合力方向为切向正方向，电机动子绕电机轴线沿切向正方向做旋转运动。
27.当线圈一通入逆时针方向电流，线圈二通入顺时针方向电流，根据根据洛伦兹力原理f=bil和左手定则，两个线圈的各段线圈边受力方向如下：线圈一的ab段和线圈二的ef段均处于n永磁体励磁磁场内，线圈一的ab段受力方向为轴向负方向，线圈二的ef段受力方向为轴向正方向，两者受力方向相反，相互抵消；线圈一的bc段和线圈二的fg段均处于n永磁体励磁磁场内，两段线圈边受力方向相同，均为切向负方向；线圈一的cd段受力方向为轴向负方向，线圈二的gh段受力方向为轴向正方向，两者受力方向相反，相互抵消；线圈一的da段和线圈二的he段均处于n永磁体励磁磁场内，两段线圈边受力方向相同，均为切向负方向。
28.三、当线圈一和线圈二同时通入不同大小电流时，电机动子做直线旋转运动。
29.当线圈一和线圈二同时通入同为顺时针方向电流，且线圈一内电流大于线圈二内电流时，根据根据洛伦兹力原理f=bil和左手定则，两个线圈的各段线圈边受力方向如下：线圈一的ab段和线圈二的ef段均处于n永磁体励磁磁场内，此两段线圈边受力方向相同，均为轴向正方向，线圈一的ab段受力大于线圈二的ef段受力；线圈一的bc段和线圈二的fg段均处于n永磁体励磁磁场内，线圈一的bc段受力方向为切向正方向，线圈二的fg段受力方向切向负方向，两者受力方向相反，线圈一的bc段受力大于线圈二的fg段受力，故两者合力方向为切向正方向；线圈一的cd段和线圈二的gh段均处于s永磁体励磁磁场内，此两段线圈边受力方向相同，均为轴向正方向，线圈一的cd段受力大于线圈二的gh段受力；线圈一的da段受力方向为切向正方向，线圈二的he段受力方向切向负方向，两者受力方向相反，线圈一的da段受力大于线圈二的he段受力，故两者合力方向为切向正方向。综合得，电机动子所受合力方向为轴向正方向分力和切向正方向分力之和，电机动子沿轴向正方向和切向正方向之间的某一角度做直线旋转运动。
30.当线圈一和线圈二同时通入同为逆时针方向电流，且线圈一内电流大于线圈二内电流时，根据根据洛伦兹力原理f=bil和左手定则，两个线圈的各段线圈边受力方向如下：线圈一的ab段和线圈二的ef段均处于n永磁体励磁磁场内，此两段线圈边受力方向相同，均为轴向负方向，线圈一的ab段受力大于线圈二的ef段受力；线圈一的bc段和线圈二的fg段均处于n永磁体励磁磁场内，线圈一的bc段受力方向为切向负方向，线圈二的fg段受力方向切向正方向，两者受力方向相反，线圈一的bc段受力大于线圈二的fg段受力，故两者合力方向为切向负方向；线圈一的cd段和线圈二的gh段均处于s永磁体励磁磁场内，此两段线圈边受力方向相同，均为轴向负方向，线圈一的cd段受力大于线圈二的gh段受力；线圈一的da段受力方向为切向负方向，线圈二的he段受力方向切向正方向，两者受力方向相反，线圈一的da段受力大于线圈二的he段受力，故两者合力方向为切向负方向。综合得，电机动子所受合力方向为轴向负方向分力和切向负方向分力之和，电机动子沿轴向负方向和切向负方向之间的某一角度做直线旋转运动。
31.当线圈一和线圈二同时通入同为顺时针方向电流，且线圈一内电流小于线圈二内电流时，根据根据洛伦兹力原理f=bil和左手定则，两个线圈的各段线圈边受力方向如下：线圈一的ab段和线圈二的ef段均处于n永磁体励磁磁场内，此两段线圈边受力方向相同，均
为轴向正方向，线圈一的ab段受力小于线圈二的ef段受力；线圈一的bc段和线圈二的fg段均处于n永磁体励磁磁场内，线圈一的bc段受力方向为切向正方向，线圈二的fg段受力方向切向负方向，两者受力方向相反，线圈一的bc段受力小于线圈二的fg段受力，故两者合力方向为切向负方向；线圈一的cd段和线圈二的gh段均处于s永磁体励磁磁场内，此两段线圈边受力方向相同，均为轴向正方向，线圈一的cd段受力小于线圈二的gh段受力；线圈一的da段受力方向为切向正方向，线圈二的he段受力方向切向负方向，两者受力方向相反，线圈一的da段受力小于线圈二的he段受力，故两者合力方向为切向负方向。综合得，电机动子所受合力方向为轴向正方向分力和切向负方向分力之和，电机动子沿轴向正方向和切向负方向之间的某一角度做直线旋转运动。
32.当线圈一和线圈二同时通入同为逆时针方向电流，且线圈一内电流小于线圈二内电流时，根据根据洛伦兹力原理f=bil和左手定则，两个线圈的各段线圈边受力方向如下：线圈一的ab段和线圈二的ef段均处于n永磁体励磁磁场内，此两段线圈边受力方向相同，均为轴向负方向，线圈一的ab段受力小于线圈二的ef段受力；线圈一的bc段和线圈二的fg段均处于n永磁体励磁磁场内，线圈一的bc段受力方向为切向负方向，线圈二的fg段受力方向切向正方向，两者受力方向相反，线圈一的bc段受力小于线圈二的fg段受力，故两者合力方向为切向正方向；线圈一的cd段和线圈二的gh段均处于s永磁体励磁磁场内，此两段线圈边受力方向相同，均为轴向负方向，线圈一的cd段受力小于线圈二的gh段受力；线圈一的da段受力方向为切向负方向，线圈二的he段受力方向切向正方向，两者受力方向相反，线圈一的da段受力小于线圈二的he段受力，故两者合力方向为切向正方向。综合得，电机动子所受合力方向为轴向负方向分力和切向正方向分力之和，电机动子沿轴向负方向和切向正方向之间的某一角度做直线旋转运动。
33.当线圈一通入顺时针方向电流，线圈二通入逆时针方向电流，且线圈一内电流大于线圈二内电流时，根据根据洛伦兹力原理f=bil和左手定则，两个线圈的各段线圈边受力方向如下：线圈一的ab段和线圈二的ef段均处于n永磁体励磁磁场内，线圈一的ab段受力方向为轴向正方向，线圈二的ef段受力方向为轴向负方向，两者受力方向相反，线圈一的ab段受力大于线圈二的ef段受力，故两者合力方向为轴向正方向；线圈一的bc段和线圈二的fg段均处于n永磁体励磁磁场内，两段线圈边受力方向相同，均为切向正方向，线圈一的bc段受力大于线圈二的fg段受力；线圈一的cd段受力方向为轴向正方向，线圈二的gh段受力方向为轴向负方向，两者受力方向相反，线圈一的cd段受力大于线圈二的gh段受力，故两者合力方向为轴向正方向；线圈一的da段和线圈二的he段均处于n永磁体励磁磁场内，两段线圈边受力方向相同，均为切向正方向,线圈一的da段受力大于线圈二的he段受力。综合得，电机动子所受合力方向为轴向正方向分力和切向正方向分力之和，电机动子沿轴向正方向和切向正方向之间的某一角度做直线旋转运动。
34.当线圈一通入逆时针方向电流，线圈二通入顺时针方向电流，且线圈一内电流大于线圈二内电流时，根据根据洛伦兹力原理f=bil和左手定则，两个线圈的各段线圈边受力方向如下：线圈一的ab段和线圈二的ef段均处于n永磁体励磁磁场内，线圈一的ab段受力方向为轴向负方向，线圈二的ef段受力方向为轴向正方向，两者受力方向相反，线圈一的ab段受力大于线圈二的ef段受力，故两者合力方向为轴向负方向；线圈一的bc段和线圈二的fg段均处于n永磁体励磁磁场内，两段线圈边受力方向相同，均为切向负方向，线圈一的bc段
受力大于线圈二的fg段受力；线圈一的cd段受力方向为轴向负方向，线圈二的gh段受力方向为轴向正方向，两者受力方向相反，线圈一的cd段受力大于线圈二的gh段受力，故两者合力方向为轴向负方向；线圈一的da段和线圈二的he段均处于n永磁体励磁磁场内，两段线圈边受力方向相同，均为切向负方向,线圈一的da段受力大于线圈二的he段受力。综合得，电机动子所受合力方向为轴向负方向分力和切向负方向分力之和，电机动子沿轴向负方向和切向负方向之间的某一角度做直线旋转运动。
35.当线圈一通入顺时针方向电流，线圈二通入逆时针方向电流，且线圈一内电流小于线圈二内电流时，根据根据洛伦兹力原理f=bil和左手定则，两个线圈的各段线圈边受力方向如下：线圈一的ab段和线圈二的ef段均处于n永磁体励磁磁场内，线圈一的ab段受力方向为轴向正方向，线圈二的ef段受力方向为轴向负方向，两者受力方向相反，线圈一的ab段受力小于线圈二的ef段受力，故两者合力方向为轴向负方向；线圈一的bc段和线圈二的fg段均处于n永磁体励磁磁场内，两段线圈边受力方向相同，均为切向正方向，线圈一的bc段受力小于线圈二的fg段受力；线圈一的cd段受力方向为轴向正方向，线圈二的gh段受力方向为轴向负方向，两者受力方向相反，线圈一的cd段受力小于线圈二的gh段受力，故两者合力方向为轴向负方向；线圈一的da段和线圈二的he段均处于n永磁体励磁磁场内，两段线圈边受力方向相同，均为切向正方向,线圈一的da段受力大于线圈二的he段受力。综合得，电机动子所受合力方向为轴向负方向分力和切向正方向分力之和，电机动子沿轴向负方向和切向正方向之间的某一角度做直线旋转运动。
36.当线圈一通入逆时针方向电流，线圈二通入顺时针方向电流，且线圈一内电流小于线圈二内电流时，根据根据洛伦兹力原理f=bil和左手定则，两个线圈的各段线圈边受力方向如下：线圈一的ab段和线圈二的ef段均处于n永磁体励磁磁场内，线圈一的ab段受力方向为轴向负方向，线圈二的ef段受力方向为轴向正方向，两者受力方向相反，线圈一的ab段受力小于线圈二的ef段受力，故两者合力方向为轴向正方向；线圈一的bc段和线圈二的fg段均处于n永磁体励磁磁场内，两段线圈边受力方向相同，均为切向负方向，线圈一的bc段受力小于线圈二的fg段受力；线圈一的cd段受力方向为轴向负方向，线圈二的gh段受力方向为轴向正方向，两者受力方向相反，线圈一的cd段受力小于线圈二的gh段受力，故两者合力方向为轴向正方向；线圈一的da段和线圈二的he段均处于n永磁体励磁磁场内，两段线圈边受力方向相同，均为切向负方向,线圈一的da段受力小于线圈二的he段受力。综合得，电机动子所受合力方向为轴向正方向分力和切向负方向分力之和，电机动子沿轴向正方向和切向负方向之间的某一角度做直线旋转运动。
37.同时，采用t形永磁体的直线旋转音圈电机为动磁型结构，可实现三种运动模式：高速直线往复运动、360度连续旋转运动和直线旋转运动，动子仅为两块永磁体、较薄的动子铁轭和两个直线轴承，运动过程不拖动电缆，动态响应速度快，电机结构简洁。直线运动与旋转运动共用同一磁场，两种运动过程中两个线圈均需通电且通电幅值相同，仅调整两个线圈的通电方向即可实现直线运动或旋转运动，解耦控制方便，极大地提高了电机运行中直线运动和旋转运动的精度。当需要电机进行直线旋转运动时，仅需调整两个线圈内电流大小即可实现，可靠性高。
38.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可
以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。