CN1293693C - 多自由度电机 - Google Patents
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Abstract
多自由度电机，它涉及一种多自由度动作的电驱动装置。它包括两个技术方案：第一方案包含第一驱动装置、永磁体、第三驱动装置和输出轴；第二方案由第二驱动装置代替第三驱动装置。上述的第一驱动装置的两个第一可动片对称固定在永磁体两侧，两个第一旋转片分别连接在两个第一可动片的外端，两个第一定子分别设置在两个第一旋转片的外侧；上述的第三驱动装置的环形的第三定子固定在永磁体的内孔中，第三转子设置在第三定子内。上述的第二驱动装置的结构以及与永磁体的连接关系与第一驱动装置相同。本发明各驱动装置能够在一定的动作角度范围内，利用采用了永磁体的普通的电动机即所谓的无刷直流电动机，容易地得到大转矩、大输出。
Description
技术领域：本发明涉及一种电驱动装置，特别是一种能实现多自由度动作的电驱动装置。
背景技术：现有的多自由度驱动装置有以下几种形式：一种是把平板形两自由度步进电动机配置成球面状的结构；另一种是把可三自由度动作的万向联轴节的一部分组装到步进电动机内的结构；还有一种把能够产生旋转磁场的三组线圈配置到球面上，产生三维的旋转磁场，并操作具有球状二次导体的转子的结构。上述第一种只能构成步进电动机的局部；第二种驱动装置只能利用机构的一部分，二者要得到大转矩大输出都有困难；第三种在定子线圈的配置和转子的支撑机构上受到制约。
发明内容：为解决现有的多自由度驱动装置存在的无法输出大的转矩的问题，本发明研制一种多自由度电机。本发明包含以下两个技术方案：第一个技术方案包含第一驱动装置1、永磁体15、第三驱动装置11、输出轴12；第一驱动装置1包括沿同一中心线9布置的两个第一定子2、两个第一可动片4和两个第一旋转片5，两个第一可动片4对称固定在永磁体15两侧，两个第一旋转片5分别连接在两个第一可动片4的外端，两个第一定子2分别设置在两个第一旋转片5的外侧；第三驱动装置由环形的第三定子13和第三转子14组成，环形的第三定子13固定在永磁体15的内孔中，第三转子14设置在第三定子13内，输出轴12固定在第三定子13的旋转轴线处，输出轴12的轴线12-1与第一驱动装置1的中心线9相互垂直正交。本发明的第二个技术方案包含第一驱动装置1、第二驱动装置6、永磁体15、输出轴12；第一驱动装置1包括沿同一中心线9布置的两个第一定子2、两个第一可动片4和两个第一旋转片5，两个第一可动片4对称固定在永磁体15两侧，两个第一旋转片5分别连接在两个第一可动片4的外端，两个第一定子2分别设置在两个第一旋转片5的外侧；第二驱动装置6包括沿同一中心线3布置的两个第二定子7、两个第二旋转片8和两个第二可动片10，第二驱动装置6的结构以及与永磁体15的连接关系与第一驱动装置1相同，第二驱动装置6的中心线3与第一驱动装置1的中心线9相互垂直正交；输出轴12与永磁体15相连接，第一驱动装置1的第一可动片4和第一旋转片5之间以及第二驱动装置6的第二可动片10和第二旋转片8之间分别通过第一轴承16和第二轴承17相连接，第一轴承16和第二轴承17的转动轴线分别与第一驱动装置1的中心线9和第二驱动装置6的中心线3相重合。本发明的效果：通过组合操作第一以及第二或第三驱动装置，可以把输出轴12的轴端控制在电驱动装置的作用角度决定的范围的任意位置。并且，各驱动装置通过共用永磁体15能够使本发明成为极为简单的结构。各驱动装置能够在一定的动作角度范围内，利用采用了永磁体的普通的电动机即所谓的无刷直流电动机，容易地得到大转矩、大输出。
附图说明：图1是具体实施方式一的结构示意图，图2是具体实施方式二的俯视图，图3是图2的A-A剖视图，图4是具体实施方式三的俯视图，图5是图4的B-B剖视图。
具体实施方式一：参阅图1，本实施方式由第一驱动装置1、永磁体15、第三驱动装置11、输出轴12组成；第一驱动装置1包括沿同一中心线9布置的两个第一定子2、两个第一可动片4和两个第一旋转片5，两个第一可动片4对称固定在永磁体15两侧，两个第一旋转片5分别连接在两个第一可动片4的外端，两个第一定子2分别设置在两个第一旋转片5的外侧；第三驱动装置由环形的第三定子13和第三转子14组成，环形的第三定子13固定在永磁体15的内孔中，第三转子14设置在第三定子13内，输出轴12固定在第三定子13的旋转轴线处，输出轴12的轴线12-1与第一驱动装置1的中心线9相互垂直正交。本实施方式的动作原理是：第一驱动装置1通过其第一定子2控制安装以与中心线9的垂直线为轴线旋转的第一可动片4和旋转片5。第三驱动装置11通过其第三定子13给第三转子14施加作用力，可以操作输出轴12旋转，实现二自由度动作。第一驱动装置1的两个第一可动片4可制成一体结构，永磁体15安装在第一可动片4的中心部位。
具体实施方式二：参阅图2，图3。本实施方式由第一驱动装置1、第二驱动装置6、永磁体15、输出轴12组成；第一驱动装置1包括沿同一中心线9布置的两个第一定子2、两个第一可动片4和两个第一旋转片5，两个第一可动片4对称固定在永磁体15两侧，两个第一旋转片5分别连接在两个第一可动片4的外端，两个第一定子2分别设置在两个第一旋转片5的外侧；第二驱动装置6包括沿同一中心线3布置的两个第二定子7、两个第二旋转片8和两个第二可动片10，第二驱动装置6的结构以及与永磁体15的连接关系与第一驱动装置1相同，第二驱动装置6的中心线3与第一驱动装置1的中心线9相互垂直正交；输出轴12与永磁体15相连接，第一驱动装置1的第一可动片4和第一旋转片5之间以及第二驱动装置6的第二可动片10和第二旋转片8之间分别通过第一轴承16和第二轴承17相连接，第一轴承16和第二轴承17的转动轴线分别与第一驱动装置1的中心线9和第二驱动装置6的中心线3相重合。所述第一可动片4由上可动片4a和下可动片4b组成，上可动片4a和下可动片4b配置于环状的永磁体15的上下两侧，第一旋转片5由上旋转片5a和下旋转片5b组成，第一轴承16支撑在上旋转片5a和下旋转片5b之间，并且第一轴承16安装时，应能使上、下可动片4a、4b相对于上、下旋转片5a、5b以第一驱动装置1的中心线9为轴旋转。并且形成了经由永磁体15、可动片4a、旋转片5a、第一定子2、下旋转片5b、下可动片4b、永磁体15的磁路。第二驱动装置6也同样，轴承17安装时，应能使上、下可动片4a、4b相对于上、下旋转片8a、8b以第二驱动装置6的中心线3为轴旋转，而且形成同样的磁路，永磁体15与第一驱动装置共用。第一驱动装置1的两个第一可动片和第二驱动装置6的两个第二可动片10可以制成一体结构，永磁体15安装在其中心部位。下面对其动作进行说明。第一驱动装置的第一定子2如果给第一旋转片5施加作用力，第一可动片4和第一旋转片5同时以中心线3为轴旋转。这时，第一可动片4通过安装在第二驱动装置6上的轴承旋转，第二驱动装置的第二定子7和第二旋转片8之间的相对位置不变。同样，第二驱动装置的第二定子7如果给第二旋转片8施加作用力，第一驱动装置的第一定子2和第一旋转片5之间的相对位置不变，可动片10以中心线9为轴旋转。从而通过组合操作两驱动装置，可使第一可动片4产生立体位移，例如，如果在中心线3、9的交点上安装垂直的输出轴12，则输出轴12的轴端可以在由两驱动装置的最大作用角度决定的球面上移动。而且，如果可以伸缩输出轴，则可以使轴端到达连接球面和动作中心点的圆锥体内的任意位置。并且如果在可动片4上两驱动装置输出轴中心线的交点处，配置具有垂直输出轴的第三旋转形驱动装置11，则输出轴可以容易地在更宽广的位置范围内动作。
具体实施方式三：参阅图4、图5。本实施方式与具体实施方式二不同的是增加有第三驱动装置11，第三驱动装置11由环形的第三定子13和第三转子14组成，环形的第三定子13固定在永磁体15的内孔中，第三转子14设置在第三定子13内，输出轴12固定在第三转子14的旋转轴线处，输出轴12的轴线12-1与第一驱动装置1的中心线9和第二驱动装置6的中心线3相垂直正交。本实施方式在第一可动片4上第一及第二驱动装置中心线的交点，安装具有垂直的旋转轴的第三驱动装置11，通过其第三定子13给第三转子14施加作用力，可操作输出轴12旋转。第三驱动装置的第三定子13安装在可动片4的内径侧，并且形成了经由永磁体15、上可动片4a、上部的第三定子13a、第三转子14、下部的第三定子13b、可动片4b、永磁体15的磁路，永磁体15由第一以及第二驱动装置共用，如果通过第三定子13给第三转子14施加作用力，使其旋转，则通过组合操作第一以及第二驱动装置，可使安装在第三转子14上的输出轴12的轴端，容易地到达更宽广的位置范围。
以上，对本发明的组装了环状永磁体的实施例进行了说明，如果把永磁体进行适当的分割也会得到同样的效果。并且作为第一、第二以及第三驱动装置，是以所谓的混合式步进电动机为例进行的说明，不仅限于此，即使利用其它的伺服电动机，当然也能得到同样的效果。在以上实施方式中均有第一驱动装置1，由于其合理的结构设置，使其与第二驱动装置6和第三驱动装置11互不干扰，并共同实现了多自由度的运动。
Claims (4)
1、多自由度电机，其特征在于它包含第一驱动装置(1)、永磁体(15)、第三驱动装置(11)、输出轴(12)；第一驱动装置(1)包括沿同一中心线(9)布置的两个第一定子(2)、两个第一可动片(4)和两个第一旋转片(5)，两个第一可动片(4)对称固定在永磁体(15)两侧，两个第一旋转片(5)分别连接在两个第一可动片(4)的外端，两个第一定子(2)分别设置在两个第一旋转片(5)的外侧；第三驱动装置由环形的第三定子(13)和第三转子(14)组成，环形的第三定子(13)固定在永磁体(15)的内孔中，第三转子(14)设置在第三定子(13)内，输出轴(12)固定在第三定子(13)的旋转轴线处，输出轴(12)的轴线(12-1)与第一驱动装置(1)的中心线(9)相互垂直正交。
2、多自由度电机，其特征在于包含第一驱动装置(1)、第二驱动装置(6)、永磁体(15)、输出轴(12)；第一驱动装置(1)包括沿同一中心线(9)布置的两个第一定子(2)、两个第一可动片(4)和两个第一旋转片(5)，两个第一可动片(4)对称固定在永磁体(15)两侧，两个第一旋转片(5)分别连接在两个第一可动片(4)的外端，两个第一定子(2)分别设置在两个第一旋转片(5)的外侧；第二驱动装置(6)包括沿同一中心线(3)布置的两个第二定子(7)、两个第二旋转片(8)和两个第二可动片(10)，第二驱动装置(6)的结构以及与永磁体(15)的连接关系与第一驱动装置(1)相同，第二驱动装置(6)的中心线(3)与第一驱动装置(1)的中心线(9)相互垂直正交；输出轴(12)与永磁体(15)相连接，第一驱动装置(1)的第一可动片(4)和第一旋转片(5)之间以及第二驱动装置(6)的第二可动片(10)和第二旋转片(8)之间分别通过第一轴承(16)和第二轴承(17)相连接，第一轴承(16)和第二轴承(17)的转动轴线分别与第一驱动装置(1)的中心线(9)和第二驱动装置(6)的中心线(3)相重合。
3、根据权利要求2所述的多自由度电机，其特征在于所述第一可动片(4)由上可动片(4a)和下可动片(4b)组成，上可动片(4a)和下可动片(4b)配置于环状的永磁体(15)的上下两侧，第一旋转片(5)由上旋转片(5a)和下旋转片(5b)组成，第一轴承(16)支撑在上旋转片(5a)和下旋转片(5b)之间。
4、根据权利要求2所述的多自由度电机，其特征在于增加有第三驱动装置(11)，第三驱动装置(11)由环形的第三定子(13)和第三转子(14)组成，环形的第三定子(13)固定在永磁体(15)的内孔中，第三转子(14)设置在第三定子(13)内，输出轴(12)固定在第三转子(14)的旋转轴线处，输出轴(12)的轴线(12-1)与第一驱动装置(1)的中心线(9)和第二驱动装置(6)的中心线(3)相垂直正交。
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