雙軸電機及雙軸驅(qū)動方法
【技術(shù)領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電機領域，特別是涉及一種雙軸電機及雙軸驅(qū)動方法。
【背景技術(shù)】
[0002]雙軸(二自由度)驅(qū)動在許多領域都有著具有重要的應用，如在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，為適應日照角度的變化而對采光面進行實時調(diào)節(jié)以獲得最大的采光效率；還如在雕刻行業(yè)中，對自動雕刻機的刀頭的多重控制；雙軸驅(qū)動在3D打印領域也有著潛在的應用前景。傳統(tǒng)的雙軸驅(qū)動主要是通過將兩個旋轉(zhuǎn)電機或直線電機在不同方向上的組合聯(lián)動而實現(xiàn)的，采用這種驅(qū)動方式的電機必然要使用多個絲桿或傳動齒輪，而由于齒側(cè)間隙的存在以及齒輪或絲桿傳動時帶來的能量損耗，進而使得電機驅(qū)動精度和驅(qū)動效率的較低。
[0003]因此，如何提供一種精度和效率較高的雙軸電機及雙軸驅(qū)動方法成為亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)中雙軸電機的上述缺陷，提供一種精度和效率較高的雙軸電機及雙軸驅(qū)動方法。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是，提供一種雙軸電機，包括形成一空腔的外殼、設置在所述空腔內(nèi)的動子軸、至少三個動子鐵心組，及安裝在所述外殼上的至少三個定子鐵心，其中:
[0006]所述動子軸沿軸向延伸且可相對所述外殼沿軸向平動并沿周向轉(zhuǎn)動；每個所述動子鐵心組包括至少一個動子鐵心，所述動子鐵心固定套設在所述動子軸上并沿軸向間隔分布，所述動子鐵心向外凸伸形成沿周向間隔排列的多個動子齒；
[0007]每個所述定子鐵心包括至少兩個定子極組，每個所述定子極組包括至少一個定子極，所述定子極由所述定子鐵心的定子磁軛向內(nèi)凸伸形成，所述定子極上繞有導電線圈；
[0008]同組的所述動子鐵心可同時在軸向上分別與一個所述定子鐵心相正對，當任意一個所述動子鐵心組在軸向上分別與一個所述定子鐵心相正對時，其他組的所述動子鐵心在軸向上與所述定子鐵心相錯開；
[0009]同組的所述定子極的所述多個定子齒可同時在周向上分別與多個所述動子齒相正對；當任意一個所述定子極組的所述多個定子齒在周向上分別與多個所述動子齒相正對時，其他組的所述定子極的所述多個定子齒在周向上與所述動子齒相錯開。
[0010]優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明所述的雙軸電機中，所述定子齒的齒厚與所述動子齒的齒厚相等。
[0011]優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明所述的雙軸電機中，所述動子齒的齒距為所述動子齒齒寬的兩倍，所述定子齒的齒距為所述定子齒齒寬的兩倍。
[0012]優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明所述的雙軸電機中，所述定子齒的齒寬與所述動子齒的齒寬相等。
[0013]優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明所述的雙軸電機中，所述外殼包括一個首段、至少兩個中段以及一個尾段，一個所述定子鐵心的軸向兩端分別與所述首段和一個所述中段形成可拆卸的連接，一個所述定子鐵心的軸向兩端分別與所述尾段和一個所述中段形成可拆卸的連接，每兩個相鄰的所述中段分別與一個所述定子鐵心的軸向兩端形成可拆卸的連接。
[0014]優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明所述的雙軸電機中，至少兩個插銷分別貫穿并固定連接所述首段、所述中段、所述尾段及所述定子鐵心。
[0015]優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明所述的雙軸電機中，當一個所述定子極組的所述定子齒在周向上與多個所述動子齒相正對時，其他各個所述定子極組上的所述定子齒與相對應的所述動子齒之間所成角度均相同。
[0016]優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明所述的雙軸電機中，當一個所述定子極組的所述定子齒在周向上與多個所述動子齒相正對時，其他各個所述定子極組上的所述定子齒與相對應的所述動子齒之間所成角度可組成等差數(shù)列。
[0017]優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明所述的雙軸電機中，每個所述定子鐵心向內(nèi)凸出形成共偶數(shù)個所述定子極，所述定子極沿周向均勻分布，每個所述定子極組包括位于直徑兩端的兩個所述定子極。
[0018]本發(fā)明還提供了一種雙軸驅(qū)動的方法，包括:
[0019]使沿軸向分布的至少兩個不同定子鐵心的導電線圈交替通電，以對固定在所述動子軸上并沿軸向分布的多個動子鐵心的至少一個產(chǎn)生軸向的磁吸引力，進而驅(qū)動所述動子軸沿軸向平動；
[0020]使至少一個所述定子鐵心的至少一個定子極上的導電線圈，和至少一個所述定子鐵心的至少一個另外的所述定子極上的導電線圈之間交替通電，以對所述定子極上中的至少一個產(chǎn)生周向的磁吸引力，進而驅(qū)動所述動子軸沿周向轉(zhuǎn)動。
[0021]本發(fā)明創(chuàng)造性地將定子極細分為定子齒，通過對導電線圈的通斷控制，可以使得動子在周向的旋轉(zhuǎn)運動；并同時設置至少三個定子鐵心和至少三個動子鐵心可使得動子在周向的平移運動，即實現(xiàn)了雙軸運動，并同時具有較小的磁漏。與傳統(tǒng)的雙軸電機相比，本發(fā)明的雙軸電機由于不使用絲桿或傳動齒輪，因而效率高、精度高。
【附圖說明】
[0022]下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中:
[0023]圖1為本發(fā)明優(yōu)選實施例的雙軸電機的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖2為本發(fā)明優(yōu)選實施例的雙軸電機的縱向結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖3為本發(fā)明優(yōu)選實施例的雙軸電機的橫向結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖4為本發(fā)明優(yōu)選實施例的雙軸電機的動子鐵心的橫向結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖5為本發(fā)明優(yōu)選實施例的雙軸電機的定子鐵心的橫向結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖6為本優(yōu)選實施例的雙軸電機的定子齒與動子齒的相互關(guān)系示意圖。
[0029]圖7為本優(yōu)選實施例的雙軸電機的定子鐵心和動子鐵心的橫向結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖8為本發(fā)明另一優(yōu)選實施例的雙軸電機的定子鐵心與動子鐵心處于某一相對位置時在軸向上的位置關(guān)系示意圖。
[0031]圖9為圖8中所示的定子鐵心與動子鐵心處于另一相對位置時在軸向上的位置關(guān)系意圖。
[0032]圖10是本發(fā)明再一優(yōu)選實施例的雙軸電機的定子鐵心與動子鐵心處于某一相對位置時在軸向上的位置關(guān)系示意圖。
[0033]圖11是本發(fā)明又一優(yōu)選實施例的雙軸電機的動子鐵心與定子鐵心的軸向上的位置關(guān)系意圖。
【具體實施方式】
[0034]繞在定子鐵心上的導電線圈在通電時產(chǎn)生的磁場吸引動子鐵心，動子鐵心會在磁場作用下向磁阻最小的狀態(tài)變化，因此可產(chǎn)生電磁拉力或轉(zhuǎn)矩。基于該原理，本發(fā)明的要點是，在動子軸上設置數(shù)個動子鐵心，并相應地設置數(shù)個定子鐵心，通過控制不同定子鐵心上繞有的導電線圈的電流通斷，以驅(qū)動動子軸在軸向上的平動；每個定子鐵心上還設置數(shù)個定子極，每個定子極上設置有多個定子齒，通過控制不同定子極上上繞有的導電線圈的電流通斷，以驅(qū)動動子軸在周向上的轉(zhuǎn)動。
[0035]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0036]如圖1所示，為圖1為本發(fā)明優(yōu)選實施例的雙軸電機的立體結(jié)構(gòu)示意圖。本實施例的雙軸電機，包括外殼3，外殼3形成一空腔3S。其中，外殼3順次地包括一個首段31、兩個中段32和一個尾段33。一個定子鐵心2的軸向兩端分別與首段31與一個中段32連接，一個定子鐵心2的軸向兩端分別尾段33與一個中段32連接，每兩個相鄰的中段32分別與一個定子鐵心2的軸向兩端連接。簡單來說，即按照首段31、定子鐵心2、中段32、定子鐵心2、中段32、定子鐵心2、尾段34沿軸向順次連接。
[0037]在首段31和尾段34的外端上，分別固定有一個軸承41，動子軸4的兩端分別與一個軸承41軸承連接，以使動子軸4在驅(qū)動力的作用下可相對殼體3沿軸向平移滑動，以及沿周向轉(zhuǎn)動。本說明書中所說的軸向為動子軸4的延伸方向，也可稱為縱向；而橫向與縱向相正交，周向即為在橫向平面上以動子軸4為圓心的圓周的切線方向。
[0038]在動子軸4上固定套設有五個動子鐵心1。這五個動子鐵心1在軸向上間隔分布。本實施例的五個動子鐵心1在軸向上等距分布。當任意一個動子鐵心1在軸向上與一個定子鐵心2相正對時，其他的動子鐵心1在軸向上與定子鐵心2相錯開。
[0039]請結(jié)合參閱圖3、圖4、圖5。圖3為本發(fā)明優(yōu)選實施例的雙軸電機的橫向結(jié)構(gòu)示意圖，圖4為本發(fā)明優(yōu)選實施例的雙軸電機的動子鐵心的橫向結(jié)構(gòu)示意圖，圖5為本發(fā)明優(yōu)選實施例的雙軸電機的定子鐵心的橫向結(jié)構(gòu)示意圖。其中，定子鐵心2包括定子磁軛22和定子磁軛22向內(nèi)凸伸而成的八個定子極21。在橫向截面上，定子磁軛22外圍為方形，內(nèi)圍為環(huán)形。每個定子極21朝內(nèi)凸伸形成五個定子齒210，這些定子齒210沿軸向延伸。各定子極21上的定子齒210具有固定齒距。這些定子齒210的內(nèi)圍圍成一個柱形空間。
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