[實(shí)用新型]直線旋轉(zhuǎn)永磁作動(dòng)器

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201020601896.6
• 申請(qǐng)日: 2010-11-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN201846217U
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-05-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 房淑華;林鶴云;金平;汪先兵;郭立家
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): H02K41/03
• 分類號(hào): H02K41/03;H02K16/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種作動(dòng)器，特別涉及一種單徑向磁路直線旋轉(zhuǎn)永磁作動(dòng)器。

背景技術(shù)

直線旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是一種常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)形式，比如最常見(jiàn)的螺絲旋轉(zhuǎn)、電鉆鉆頭。直線旋轉(zhuǎn)電磁驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是驅(qū)動(dòng)直線旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的一種重要方式，可參見(jiàn)美國(guó)專利號(hào)為US?3441819，專利名稱為往復(fù)線性電機(jī)(reciprocating?linear?motor)，美國(guó)專利號(hào)為US?3453510，專利名稱為線性-旋轉(zhuǎn)直接驅(qū)動(dòng)式電機(jī)和控制系統(tǒng)Linear?and?rotary?direct?currentstepping?motors?and?control?system)。這種直線旋轉(zhuǎn)電磁驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)也是當(dāng)前多自由度驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)研究中的一個(gè)重要方面。

實(shí)現(xiàn)直線旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的最簡(jiǎn)單的解決方案法是使用兩個(gè)獨(dú)立作動(dòng)器，第一個(gè)為直線作動(dòng)器，用于驅(qū)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)，第二個(gè)為旋轉(zhuǎn)作動(dòng)器，用于驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。直線作動(dòng)器和旋轉(zhuǎn)作動(dòng)器的組合有兩種方式，共軸方式和不共軸方式。中國(guó)專利號(hào)為CN?200680043229，名稱為具有內(nèi)置式直線-旋轉(zhuǎn)直接驅(qū)動(dòng)裝置的塑料注射成型機(jī)，提供了一種共軸方式的直線旋轉(zhuǎn)兩自由度的注塑成型機(jī)，它由分立的直線作動(dòng)器和旋轉(zhuǎn)作動(dòng)器簡(jiǎn)單組合而成，旋轉(zhuǎn)作動(dòng)器套在直線作動(dòng)器之內(nèi)。美國(guó)專利號(hào)為US?4806068，名稱為用于機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)直線作動(dòng)器(Rotarylinear?actuator?for?use?in?robotic?manipulators)提供了一種不共軸方式的用于機(jī)器人的直線旋轉(zhuǎn)作動(dòng)器，直線作動(dòng)器推動(dòng)連接部位實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，連接部位在旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這兩種結(jié)構(gòu)的共同缺點(diǎn)是直線驅(qū)動(dòng)器與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器相互獨(dú)立，體積大、可靠性差，協(xié)調(diào)控制復(fù)雜，不易實(shí)現(xiàn)精確控制，同時(shí)永磁的利用不完全。此外，每個(gè)驅(qū)動(dòng)器需要一個(gè)獨(dú)立電源，增加了電源的數(shù)量。

為了避免使用兩個(gè)作動(dòng)器實(shí)現(xiàn)螺旋運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的缺點(diǎn)，也可以使用一種螺旋直驅(qū)的方式(Y.Fujimoto，T.Kominami，H.Hamada.Development?and?Analysis?of?a?High?Thrust?ForceDirect-Drive?Linear?Actuator[J].IEEE?Transactions?on?Industrial?Electronics，2009，56(05)：1383-1392)利用直線電機(jī)原理實(shí)現(xiàn)的螺旋驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的解決方案，但是這樣的螺旋運(yùn)動(dòng)由于固定了螺距，轉(zhuǎn)子只能在固定的方向上作螺旋運(yùn)動(dòng)，用途受到限制。

另一種解決方案是使用單個(gè)電磁機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)直線和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的直線旋轉(zhuǎn)作動(dòng)器，在旋轉(zhuǎn)方向展開(kāi)后類似于平面電機(jī)，而直線旋轉(zhuǎn)作動(dòng)器在單獨(dú)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)是一種旋轉(zhuǎn)電機(jī)，可以連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而沒(méi)有有限行程的限制。這種直線旋轉(zhuǎn)作動(dòng)器按照定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)現(xiàn)有兩種主要拓?fù)浞绞剑毡緦＠?hào)為JP?2004040894，名稱為電磁式作動(dòng)器(Electromagnetic?actuator)和美國(guó)專利號(hào)為US?20100060086，名稱為用于雙方向定位的具有位置譯碼器的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(Driving?mechanism?having?position?encoder?for?two-dimensional?positioning)所提供的單定子單運(yùn)動(dòng)部件直線旋轉(zhuǎn)作動(dòng)器和雙定子單運(yùn)動(dòng)部件直線旋轉(zhuǎn)作動(dòng)器。雙定子單運(yùn)動(dòng)部件直線旋轉(zhuǎn)作動(dòng)器有兩種電源驅(qū)動(dòng)方式，一種是內(nèi)外定子分別提供直線和旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)。另一種是歐洲專利號(hào)為EP?1780878，名稱為緊湊型直線旋轉(zhuǎn)作動(dòng)器(Compact?linear?androtary?actuator)中提出的內(nèi)外定子同時(shí)提供直線和旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)。第一種驅(qū)動(dòng)方式與采用兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器有類似之處，不同點(diǎn)在于：雖然直線和旋轉(zhuǎn)電機(jī)共用運(yùn)動(dòng)部件使電機(jī)結(jié)構(gòu)更趨緊湊，但是由于兩個(gè)定子中不同方向的磁場(chǎng)交匯于運(yùn)動(dòng)部件，運(yùn)動(dòng)部件上的磁場(chǎng)極其復(fù)雜，很難進(jìn)行分析和控制。第二種驅(qū)動(dòng)方式雖然可以增加運(yùn)動(dòng)部件和定子表面的相互作用，提供更大的推力和扭矩，但是機(jī)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，定子部分須為鐘形，制造、安裝的難度都很大，并且運(yùn)動(dòng)部件直線方向上的位移極其有限的。

在上述三種直線旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)方案中，第一種使用兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器的方案需要兩個(gè)電機(jī)，并且傳動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大；第二種螺旋驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)方式不靈活，只能做固定的螺旋運(yùn)動(dòng)；第三種直線旋轉(zhuǎn)電機(jī)方案雖然定子略為復(fù)雜，但是無(wú)論從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的緊湊性還是運(yùn)動(dòng)的定位精度都具有明顯的優(yōu)勢(shì)，是一種極具發(fā)展前景的多自由度驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。