自驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及驅(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，涉及自驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸。
【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(guò)控制子部件的轉(zhuǎn)動(dòng)，來(lái)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(lái)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(wú)法提供較大的驅(qū)動(dòng)扭矩，無(wú)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(méi)有發(fā)現(xiàn)同本發(fā)明類似技術(shù)的說(shuō)明或報(bào)道，也尚未收集到國(guó)內(nèi)外類似的資料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種自驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸。
[0005]根據(jù)本發(fā)明提供的一種自驅(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(pán)、永磁體；
[0006]驅(qū)動(dòng)體電磁線圈的軸向平行于轉(zhuǎn)盤(pán)的法向；
[0007]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(pán)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；
[0008]轉(zhuǎn)盤(pán)的部分區(qū)域由永磁體構(gòu)成；
[0009]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)。
[0010]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(pán)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)。
[0011 ] 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)體電磁線圈用于驅(qū)使轉(zhuǎn)盤(pán)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。
[0012]優(yōu)選地，套筒繞中心軸相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，并且:
[0013]-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
[0014]-轉(zhuǎn)動(dòng)軸定子、轉(zhuǎn)動(dòng)軸動(dòng)子分別為套筒、中心軸。
[0015]優(yōu)選地，還包括如下任一種或任多種裝置:
[0016]-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；
[0017]-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；
[0018]-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；
[0019]優(yōu)選地，還包括如下裝置:
[0020]-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、軟磁顆粒或者囊狀阻尼體內(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。
[0021]優(yōu)選地，還包括如下裝置:
[0022]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；
[0023]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。
[0024]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。
[0025]根據(jù)本發(fā)明提供的一種自驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)，所述自驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)采用上述的自驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸及其組合。
[0026]優(yōu)選地，所述自驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)為自適應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
[0027]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):
[0028]-等速轉(zhuǎn)動(dòng)儀系統(tǒng)；
[0029]-等扭矩轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)；
[0030]-板殼體開(kāi)合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；
[0031 ]-流體中的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；
[0032]-機(jī)器人關(guān)節(jié)系統(tǒng)；
[0033]-多維轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
[0034]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:
[0035]1、本發(fā)明利用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)，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；
[0036]2、通過(guò)改變轉(zhuǎn)盤(pán)中扇形永磁體的個(gè)數(shù)和位置，本發(fā)明裝置可以實(shí)現(xiàn)不同角度控制范圍的應(yīng)用場(chǎng)合；
[0037]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；
[0038]4、本發(fā)明中的電磁線圈布置形式更加靈活，簡(jiǎn)單；
[0039]5、各組電磁線圈之間可以串接或者并接，通過(guò)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；
[0040]6、本發(fā)明裝置可以根據(jù)需要進(jìn)行一維軸向，二維平面，三維空間的功能擴(kuò)展；
[0041]7、本發(fā)明具有主動(dòng)阻尼特性，通過(guò)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；
[0042]8、本發(fā)明結(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。
[0043]9、本發(fā)明可以用于實(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(kāi)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(shuō)明】
[0044]通過(guò)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，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯:
[0045]圖1為本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)原理結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；
[0046]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；
[0047]圖4、圖5、圖6、圖7為本發(fā)明中不同數(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；
[0048]圖8為本發(fā)明中采用扭簧產(chǎn)生阻尼的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0049]圖9、圖10、圖11為本發(fā)明中三種基礎(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)；
[0050]圖12、圖13為本發(fā)明產(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。
[0051]圖中:
[0052]I為中心軸
[0053]2為驅(qū)動(dòng)體電磁線圈
[0054]3為轉(zhuǎn)盤(pán)
[0055]4為永磁體
[0056]5為扭簧
[0057]6為套筒
[0058]7為線圈支撐框架
[0059]8為支撐軸承
[0060]9為內(nèi)套筒
[0061]10為磁性介質(zhì)
[0062]11為阻尼控制驅(qū)動(dòng)體
[0063]12為填充磁性介質(zhì)的囊狀體
【具體實(shí)施方式】
[0064]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變化和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0065]如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明提供的自驅(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2、轉(zhuǎn)盤(pán)3、永磁體4 ;
[0066]所述自驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸可以包括若干個(gè)(即一個(gè)或多個(gè))驅(qū)動(dòng)體電磁線圈2。所述若干個(gè)驅(qū)動(dòng)體電磁線圈2和轉(zhuǎn)盤(pán)3相對(duì)同一轉(zhuǎn)軸線L設(shè)置。轉(zhuǎn)盤(pán)3的轉(zhuǎn)軸可以與該轉(zhuǎn)軸線L重疊，也可以不與該轉(zhuǎn)軸線L重疊。當(dāng)驅(qū)動(dòng)體電磁線圈2的數(shù)量為一個(gè)時(shí)，該驅(qū)動(dòng)體電磁線圈2的轉(zhuǎn)軸不與該轉(zhuǎn)軸線L重疊。當(dāng)驅(qū)動(dòng)體電磁線圈2的數(shù)量為多個(gè)時(shí)，這些驅(qū)動(dòng)體電磁線圈2構(gòu)成電磁線圈組體；若電磁線圈組體中的各個(gè)驅(qū)動(dòng)體電磁線圈2在周向上均布，則該電磁線圈組體的轉(zhuǎn)軸優(yōu)選地與轉(zhuǎn)軸線L重疊，當(dāng)然在非優(yōu)選情況下也可以不重疊；若電磁線圈組體中的各個(gè)驅(qū)動(dòng)體電磁線圈2集中布置在周向某一段內(nèi)，則該電磁線圈組體的轉(zhuǎn)軸優(yōu)選地與轉(zhuǎn)軸線L不重疊。
[0067]所述驅(qū)動(dòng)體電磁線圈采用空心電磁線圈、電磁鐵、帶磁軛的線圈或者電磁線圈和工業(yè)純鐵、軟磁材料組合。
[0068]驅(qū)動(dòng)體電磁線圈2的軸向平行于轉(zhuǎn)盤(pán)3的法向。驅(qū)動(dòng)體電磁線圈2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(pán)3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，也就是說(shuō)，可以是驅(qū)動(dòng)體電磁線圈2安裝固定于轉(zhuǎn)動(dòng)軸定子，轉(zhuǎn)盤(pán)3安裝固定于轉(zhuǎn)動(dòng)軸動(dòng)子，也可以是驅(qū)動(dòng)體電磁線圈2安裝固定于轉(zhuǎn)動(dòng)軸動(dòng)子，轉(zhuǎn)盤(pán)3安裝固定于轉(zhuǎn)動(dòng)軸定子;
[0069]如圖2所示，轉(zhuǎn)盤(pán)3的部分區(qū)域由永磁體4構(gòu)成，驅(qū)動(dòng)體電磁線圈2與永磁體4相互作用形成磁路結(jié)構(gòu)。其中，所述轉(zhuǎn)盤(pán)3可以是由缺失扇形區(qū)域的非完整盤(pán)狀結(jié)構(gòu)與扇形永磁體4剛性連接組合形成完整的盤(pán)狀結(jié)構(gòu)，所述轉(zhuǎn)盤(pán)3、永磁體4與中心軸I剛性連接。所述轉(zhuǎn)盤(pán)3可以為導(dǎo)磁材料，也可以為非導(dǎo)磁材料。上述永磁體4的形狀采用扇形是優(yōu)選情況，永磁體4的形狀還可以是圓形、矩形、三角形、梯形等規(guī)則形狀，還是可以不規(guī)則形狀，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0070]多個(gè)驅(qū)動(dòng)體電磁線圈2在同一周向或多個(gè)周向上均勻分布，如圖4-7所示，驅(qū)動(dòng)體電磁線圈2的數(shù)量可以為一個(gè)或者多個(gè)；如圖4-6所不，多個(gè)驅(qū)動(dòng)電磁線圈2之間在同一周向上均勻分布；如圖7所示，多個(gè)驅(qū)動(dòng)電磁線圈2之間在兩個(gè)周向上分別均勻分布。轉(zhuǎn)盤(pán)3上的多個(gè)永磁體4同樣沿周向均勻布置，驅(qū)動(dòng)體電磁線圈2的數(shù)量為永磁體4數(shù)量的N倍，其中，N為正整數(shù)，如圖4-7所示。而在變化例中，驅(qū)動(dòng)體電磁線圈2可以在周向上非均勻分布，轉(zhuǎn)盤(pán)3的永磁體4同樣可以在周向上非均勾分布。
[0071]所述自驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸所包含的若干個(gè)驅(qū)動(dòng)體電磁線圈2，用于驅(qū)使轉(zhuǎn)盤(pán)3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。具體地，驅(qū)動(dòng)體電磁線圈2與轉(zhuǎn)盤(pán)3相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)體電磁線圈2與永磁體4之間相對(duì)面積的變化，引起所述磁路結(jié)構(gòu)中磁通量的變化。當(dāng)所述磁路結(jié)構(gòu)中磁通量達(dá)到最大值時(shí)，認(rèn)為單個(gè)的驅(qū)動(dòng)體電磁線圈2或者