具有電磁永磁直接驅(qū)動(dòng)的自轉(zhuǎn)動(dòng)軸的多維驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及驅(qū)動(dòng)器技術(shù)、智能驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)、電磁永磁直接驅(qū)動(dòng)以及轉(zhuǎn)動(dòng)位置精密控制技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及具有電磁永磁直接驅(qū)動(dòng)的自轉(zhuǎn)動(dòng)軸的多維驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]精密可控轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置主要應(yīng)用于機(jī)構(gòu)空間位置的調(diào)整以及目標(biāo)物體的跟蹤，柔性結(jié)構(gòu)的振動(dòng)主動(dòng)控制。通過控制子部件的轉(zhuǎn)動(dòng)，來實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)空間位置的調(diào)整，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物體的跟蹤以及柔性結(jié)構(gòu)振動(dòng)的主動(dòng)控制?，F(xiàn)有的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置，主要是旋轉(zhuǎn)電機(jī)，這種機(jī)構(gòu)自身結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，且常需要與其他傳動(dòng)部件組合來進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的控制，效率較低，響應(yīng)速度較慢。特別的，在體積受限的情況下，往往無法提供較大的驅(qū)動(dòng)扭矩，無法滿足現(xiàn)代工業(yè)對(duì)于微型精密驅(qū)動(dòng)控制及定位的需求。
[0003]目前沒有發(fā)現(xiàn)同本實(shí)用新型類似技術(shù)的說明或報(bào)道，也尚未收集到國(guó)內(nèi)外類似的資料。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本實(shí)用新型的目的是提供一種具有電磁永磁直接驅(qū)動(dòng)的自轉(zhuǎn)動(dòng)軸的多維驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
[0005]根據(jù)本實(shí)用新型提供的一種具有電磁永磁直接驅(qū)動(dòng)的自轉(zhuǎn)動(dòng)軸的多維驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括三個(gè)以上依次連接的多個(gè)自驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸，所述自驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸包括轉(zhuǎn)動(dòng)軸定子、轉(zhuǎn)動(dòng)軸動(dòng)子；
[0006]在依次連接的多個(gè)自驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸中，至少有一對(duì)相鄰的兩個(gè)自驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸之間的連接關(guān)系為:
[0007]-其中一個(gè)自驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)軸定子安裝固定于其中另一個(gè)自驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)軸定子；
[0008]-其中一個(gè)自驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)軸動(dòng)子安裝固定于其中另一個(gè)自驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)軸動(dòng)子；或者
[0009]-其中一個(gè)自驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)軸動(dòng)子安裝固定于其中另一個(gè)自驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)軸定子。
[0010]優(yōu)選地，在依次連接的多個(gè)自驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸中，至少有一對(duì)相鄰的兩個(gè)自驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸之間軸向相互垂直或呈小于180°夾角；所述多個(gè)自驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸形成多個(gè)旋轉(zhuǎn)方向自由度的組合式精密可控驅(qū)動(dòng)裝置。
[0011 ] 優(yōu)選地，所述自驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸為精密可控自驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸；所述精密可控自驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸，包括:轉(zhuǎn)動(dòng)軸定子、轉(zhuǎn)動(dòng)軸動(dòng)子、驅(qū)動(dòng)體電磁線圈、轉(zhuǎn)盤、永磁體；
[0012]驅(qū)動(dòng)體電磁線圈的軸向平行于轉(zhuǎn)盤的法向；
[0013]驅(qū)動(dòng)體電磁線圈安裝固定于轉(zhuǎn)動(dòng)軸定子與轉(zhuǎn)動(dòng)軸動(dòng)子兩者中的一者，轉(zhuǎn)盤安裝固定于轉(zhuǎn)動(dòng)軸定子與轉(zhuǎn)動(dòng)軸動(dòng)子兩者中的另一者；
[0014]轉(zhuǎn)盤的部分區(qū)域由永磁體構(gòu)成；
[0015]驅(qū)動(dòng)體電磁線圈與永磁體相互作用形成磁路結(jié)構(gòu)。
[0016]優(yōu)選地，多個(gè)驅(qū)動(dòng)體電磁線圈在同一周向或多個(gè)周向上均勻或非均勻分布；轉(zhuǎn)盤上的多個(gè)永磁體沿周向均勻或非均勻布置，驅(qū)動(dòng)體電磁線圈的數(shù)量為永磁體數(shù)量的N倍，其中，N為正整數(shù)。
[0017]優(yōu)選地，包括若干個(gè)驅(qū)動(dòng)體電磁線圈；所述若干個(gè)驅(qū)動(dòng)體電磁線圈通電后驅(qū)使轉(zhuǎn)盤相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)至對(duì)應(yīng)于所述磁路結(jié)構(gòu)中磁通量最大值的角度。
[0018]優(yōu)選地，套筒繞中心軸相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，并且:
[0019]-轉(zhuǎn)動(dòng)軸定子、轉(zhuǎn)動(dòng)軸動(dòng)子分別為中心軸、套筒；或者
[0020]-轉(zhuǎn)動(dòng)軸定子、轉(zhuǎn)動(dòng)軸動(dòng)子分別為套筒、中心軸。
[0021]優(yōu)選地，還包括如下任一種或任多種裝置:
[0022]-扭簧，所述扭簧的兩端分別固定于轉(zhuǎn)動(dòng)軸定子、轉(zhuǎn)動(dòng)軸動(dòng)子上，以在轉(zhuǎn)動(dòng)軸動(dòng)子與轉(zhuǎn)動(dòng)軸定子之間提供阻尼；
[0023]-密封在套筒與中心軸之間空腔內(nèi)的磁流變液體、導(dǎo)磁性粉末顆?；蛘哕洿蓬w粒，以在轉(zhuǎn)動(dòng)軸動(dòng)子與轉(zhuǎn)動(dòng)軸定子之間提供可控和變化的阻尼特性；
[0024]-密封在套筒與中心軸之間空腔內(nèi)的囊狀阻尼體，所述囊狀阻尼體為一空間囊狀體結(jié)構(gòu)，內(nèi)部填充磁性介質(zhì)，以在轉(zhuǎn)動(dòng)軸動(dòng)子與轉(zhuǎn)動(dòng)軸定子之間提供可控和變化的阻尼特性；
[0025]優(yōu)選地，還包括如下裝置:
[0026]-阻尼控制驅(qū)動(dòng)體，所述阻尼控制驅(qū)動(dòng)體為電磁發(fā)生裝置，安裝在套筒和中心軸之間的腔體中，用于施加能量使磁流變液體、導(dǎo)磁性粉末顆粒、軟磁顆?；蛘吣覡钭枘狍w內(nèi)磁性介質(zhì)匯聚在能量施加方向以產(chǎn)生阻礙轉(zhuǎn)動(dòng)軸動(dòng)子與轉(zhuǎn)動(dòng)軸定子相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的剪切力。
[0027]優(yōu)選地，還包括如下裝置:
[0028]角度檢測(cè)傳感器:用于檢測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸定子與轉(zhuǎn)動(dòng)軸動(dòng)子之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)角度；
[0029]電磁線圈控制器:用于根據(jù)角度檢測(cè)傳感器檢測(cè)得到的所述轉(zhuǎn)動(dòng)角度對(duì)驅(qū)動(dòng)體電磁線圈的電流大小和/或電流方向進(jìn)行控制，以增加或減弱驅(qū)動(dòng)體電磁線圈與永磁體之間的磁力相互作用。
[0030]優(yōu)選地，所述角度檢測(cè)傳感器為磁電式科里奧利力檢測(cè)傳感器；次優(yōu)選地，所述角度檢測(cè)傳感器還可以是其它可以進(jìn)行角度檢測(cè)的傳感器或MEMS類型角度傳感器。
[0031]根據(jù)本實(shí)用新型提供的一種自驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)，所述自驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)采用上述的具有電磁永磁直接驅(qū)動(dòng)的自轉(zhuǎn)動(dòng)軸的多維驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
[0032]優(yōu)選地，所述自驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)為如下任一種系統(tǒng):
[0033]-等速轉(zhuǎn)動(dòng)儀系統(tǒng)；
[0034]-等扭矩轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)；
[0035]-板殼體開合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；
[0036]-流體中的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；
[0037]-機(jī)器人關(guān)節(jié)系統(tǒng)；
[0038]-多維轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
[0039]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下有益效果:
[0040]1、本實(shí)用新型利用精密可控自驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的電磁線圈與永磁體直接相互作用進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)，通過依次相連的多個(gè)精密可控自驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸能夠?qū)崿F(xiàn)帆板在三個(gè)以上旋轉(zhuǎn)方向上的自由度，效率更高，結(jié)構(gòu)更加緊湊，不需要電動(dòng)機(jī)等驅(qū)動(dòng)部分；
[0041]2、通過改變轉(zhuǎn)盤中扇形永磁體的個(gè)數(shù)和位置，本實(shí)用新型裝置可以實(shí)現(xiàn)不同角度控制范圍的應(yīng)用場(chǎng)合；
[0042]3、驅(qū)動(dòng)體采用對(duì)稱布置方式，有效的增大了驅(qū)動(dòng)力；
[0043]4、本實(shí)用新型中的電磁線圈布置形式更加靈活，簡(jiǎn)單；
[0044]5、各組電磁線圈之間可以串接或者并接，通過改變通電方式，既可以相互同向耦合產(chǎn)生增強(qiáng)勵(lì)磁磁場(chǎng)力，也可以相互異向耦合產(chǎn)生削弱勵(lì)磁磁場(chǎng)力；
[0045]6、本實(shí)用新型裝置可以根據(jù)需要進(jìn)行一維軸向，二維平面，三維空間的功能擴(kuò)展；
[0046]7、本實(shí)用新型具有主動(dòng)阻尼特性，通過對(duì)電磁流變液或者導(dǎo)磁性粉末顆粒的控制，能產(chǎn)生可控變化的阻尼；
[0047]8、本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量輕，滿足現(xiàn)代工業(yè)對(duì)精密控制驅(qū)動(dòng)裝置的需求。
[0048]9、本實(shí)用新型可以用于實(shí)現(xiàn)特別是180度范圍內(nèi)的多維轉(zhuǎn)動(dòng)，可應(yīng)用作為等速轉(zhuǎn)動(dòng)儀器、等扭矩轉(zhuǎn)動(dòng)裝置、板殼體開合驅(qū)動(dòng)裝置、流體中的驅(qū)動(dòng)裝置以及機(jī)器人關(guān)節(jié)系統(tǒng)的基礎(chǔ)部件。
【附圖說明】
[0049]通過閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本實(shí)用新型的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯:
[0050]圖1為本實(shí)用新型的驅(qū)動(dòng)原理結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；
[0051]圖2、圖3分別為驅(qū)動(dòng)體電磁線圈與永磁體對(duì)齊與錯(cuò)位時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0052]圖4、圖5、圖6、圖7為本實(shí)用新型中不同數(shù)量的永磁體和不同數(shù)量的驅(qū)動(dòng)體電磁線圈的陣列擴(kuò)展形式示意圖；
[0053]圖8為本實(shí)用新型中采用扭簧產(chǎn)生阻尼的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0054]圖9、圖10、圖11為本實(shí)用新型中三種基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式。其中，圖9為套筒固定，中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，圖10為中心軸固定，套筒轉(zhuǎn)動(dòng)，圖11為內(nèi)套筒固定，外套筒和中心軸同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)；
[0055]圖12、圖13為本實(shí)用新型產(chǎn)生主動(dòng)阻尼的原理演示圖。其中，圖12為阻尼控制驅(qū)動(dòng)體未勵(lì)磁的情況，圖13為阻尼控制驅(qū)動(dòng)體勵(lì)磁工作的情況；
[0056]圖14為本實(shí)用新型中依次連接的三個(gè)精密可控自驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的連接關(guān)系示意圖。
[0057]圖中:
[0058]1為中心軸
[0059]2為驅(qū)動(dòng)體電磁線圈
[0060]3為轉(zhuǎn)盤
[0061]4為永磁體
[0062]5為扭簧
[0063]6為套筒