电磁压电混合驱动多自由度电机制造技术

本发明专利技术提供了一种电磁压电混合驱动多自由度电机，属于电动机技术领域。括机壳、转子和定子，转子外轮廓具有凸球面状，转子的外面设有转子永磁体，转子上端与输出轴固定连接，转子通过关节轴承与下端的基座转动连接；定子包括定子铁心和绕组，定子具有凹球面状；机壳或定子上设有转子偏转压电驱动装置。该电机结构简单紧凑、无源自锁响应速度快、所述转子既能够实现自转又能够实现一定角度偏转、既不产生电磁干扰又不受外界电磁干扰、控制定位精度高、易实现微型化、使用方便；既能工作在低转速、大扭矩场合，又能工作在高转速、低扭矩场合，同时兼顾压电驱动和电磁驱动特点。

【技术实现步骤摘要】
电磁压电混合驱动多自由度电机
本专利技术属于电动机
更具体地说，是涉及电磁压电混合驱动多自由度电机。
技术介绍
根据机械原理，机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参数的数目(亦即为了使机构的位置得以确定，必须给定的独立的广义坐标的数目)，称为机构自由度。多自由度电机是一种输出转轴能够实现两个或两个自由度以上的运动的电机。现代智能化工业的不断发展，对多自由度运动执行机构的精密度、集成度和灵活度的要求日益提高。由传统的单自由度电机组成的多自由度运动执行机构，因体积庞大已无法满足智能化驱动要求。多自由度一体化驱动技术越来越受到重视。多自由度电机成为重要的研究方向，许多新型多自由度电机不断被研发出来并得到应用。常见的多自由电机一般有两种驱动方式：电磁驱动和压电驱动。具有电磁驱动的多自由度电机适合工作在高速低扭矩，但其结构复杂难以实现微型化，控制定位精度低，不宜应用在精密的工作场合。压电驱动的多自由度电机结构紧凑，设计灵活，易于实现微型化，能自锁，响应快，且不受外界电磁的干扰特别适合工作在低速大扭矩场合；但压电驱动的电机寿命短，不适合连续运转的场合。因此，针对电磁驱动和压电驱动的多自由度电机面临的问题，提出一种高适应性、高稳定性的多自由电机十分必要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种电磁压电混合驱动多自由度电机，以解决现有技术中存在的技术问题，该电机结构简单紧凑、无源自锁响应速度快、所述转子既能够实现自转又能够实现一定角度偏转、既不产生电磁干扰又不受外界电磁干扰、控制定位精度高、易实现微型化、使用方便；既能工作在低转速、大扭矩场合，又能工作在高转速、低扭矩场合。为了达到以上目的，本专利技术采用的技术方案是：电磁压电混合驱动多自由度电机，包括机壳、转子和定子，其特征在于：所述转子外轮廓具有凸球面状，所述转子的外面设有转子永磁体，所述转子上端与输出轴固定连接，所述转子通过关节轴承与下端的基座转动连接；所述定子包括定子铁心和绕组，所述定子具有凹球面状；所述机壳或定子上设有转子偏转压电驱动装置；通过转子偏转压电驱动及转子自转电磁驱动的混合驱动，从而能实现转子的自转及其一定角度的偏转。进一步的，所述基座上还设有转子自转压电驱动装置。优选的，所述转子偏转压电驱动装置包括压电平板型复合振子。优选的，所述压电平板型复合振子包括复合振子压电陶瓷片、复合振子驱动足、环形弹性体、卡扣，复合振子压电陶瓷片和复合振子驱动足分布安装在环形弹性体上；复合振子压电陶瓷片沿厚度方向正负极化；复合振子压电陶瓷片分为4组以上，每组包括1个以上压电陶瓷片；复合振子的驱动足为4个以上；定子的上端部固定有中间带孔的上端盖，上端盖的下方设有中间带孔的弹簧压盖，上端盖和弹簧压盖固定连接；上端盖和平板复合振子之间通过压缩弹簧连接；所述复合振子驱动足与所述转子的外面之间为弹性预紧；复合振子压电陶瓷片按照极化方向一侧接地另外一侧与外接电源线连接。优选的，所述压电平板型复合振子的复合振子压电陶瓷片分为6组以上，每组包括2个压电陶瓷片；复合振子的驱动足为6个。优选的，所述转子自转压电驱动装置包括压电径向换能自转驱动装置，所述压电径向换能自转驱动装置包括径向换能弹性体、径向换能驱动足和径向换能压电陶瓷片，径向换能弹性体为十字式支架结构，其外圈为球环形结构；所述转子具有凹面式内腔；径向换能驱动足和径向换能压电陶瓷片分布在球环形结构和十字支架结构上；所述径向换能驱动足为4个以上，与所述转子具有凹面式内腔弹性接触；所述径向换能压电陶瓷片分4组最佳每组1片以上；径向换能压电陶瓷片沿厚度方向正负极化；径向换能压电陶瓷片按照极化方向一侧接地另外一侧与外接电源线连接；所述径向换能弹性体的十字式支架结构固定连接在基座上。优选的，所述径向换能驱动足为6个，所述径向换能压电陶瓷片分6组每组2片。优选的，所述转子自转压电驱动装置包括压电行波驱动装置，所述压电行波驱动装置包括4个压电行波定子和压电行波驱动支撑结构；压电行波驱动支撑结构为内部十字式支架，外部为球面环结构；4个压电行波定子装在压电行波驱动支撑结构的外围；所述压电行波驱动支撑结构的十字式支架安装在基座上；所述转子具有凹面式内腔；每个压电行波定子包括压电行波驱动足、行波驱动陶瓷片、压电行波驱动弹性体；压电行波驱动足和行波驱动陶瓷片装在压电行波驱动弹性体上；所述行波驱动陶瓷片沿厚度方向正负交替极化；每个压电行波定子包括压电行波驱动足为6个以上、行波驱动陶瓷片4个以上；压电行波定子通过压电行波驱动弹性体用螺栓和行波压缩弹簧安装在压电行波驱动支撑结构的外围或通过行波压缩弹簧盖安装在压电行波驱动支撑结构的外围，压电行波驱动足与所述转子内腔的凹面间为弹性预紧驱动；行波驱动陶瓷片按照极化方向一侧接地另外一侧与外接电源线连接；所述压电行波驱动支撑结构通过其内部十字式支架固定连接在基座上。优选的，所述每个压电行波定子包括压电行波驱动足9个，行波驱动陶瓷片12个。本专利技术的技术效果是：解决了现有技术中存在的技术问题，该电机结构简单紧凑、无源自锁响应速度快、所述转子既能够实现自转又能够实现一定角度偏转，既不产生电磁干扰又不受外界电磁干扰、控制定位精度高、易实现微型化、使用方便，既能工作在低转速、大扭矩场合，又能工作在高转速、低扭矩场合。以往电磁驱动多自由度电机适合工作在高速低扭矩，但其结构复杂难以实现微型化，不宜应用在精密的工作场合。压电驱动的多自由度电机结构紧凑，易于实现微型化，能自锁，响应快，且不受外界电磁的干扰，特别适合工作在低速大扭矩场合；但压电驱动的电机寿命短，不适合连续运转。本专利技术提出一种电磁和压电混合驱动的多自由度运动电机。避免了单一压电驱动的电机寿命短，不适合连续运转的场合的问题。本专利技术采用压电陶瓷片控制电机偏转极大的缩小了电机的体积提高了偏转控制精度和响应速度。极大简化了电机的结构；既能工作在低速大扭矩场合又能工作在高速低扭矩场合兼顾了压电驱动和电磁驱动的优点。避免了单一压电驱动的电机寿命短，不适合连续运转的场合的问题。该多自由度电机兼顾压电驱动和电磁驱动特点，实现了优势互补。寿命长，适合连续运转。既有低速大扭矩特性又有高速低扭矩特性，能够实现连续运转，且具有高适应性和高稳定性。可广泛应用在监控设备、医疗设备、精密设备、机器人等领域，具有广阔的应用前景。其推广应用，有利于产生较大的经济效益和社会效益。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术一个实例的立体结构示意图。图2为图1中的A-A剖视图。图3为图2中转子的立体结构示意图。图4为图2中转子永磁体的立体结构示意图。图5为图2中关节轴承的立体结构示意图。图6为图2中压电平板型复合振子的立体结构示意图。图7为图2中压电平板型复合振子反面的立体结构示意图。图8为图2中压电平板型复合振子安装立体结构示意图。图9为图2中压电径向换能自转驱动装置的立体结构示意图图10为图9的俯视图。图11为图2中径向换能弹性体的立体结构示意图。图12为图2中定子四分之一立体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.电磁压电混合驱动多自由度电机，包括机壳、转子(8)和定子(5)，其特征在于：所述转子(8)外轮廓具有凸球面状，所述转子(8)的外面设有转子永磁体(8a)，所述转子(8)上端与输出轴(1)固定连接，所述转子(8)通过关节轴承(9)与下端的基座(7)转动连接；所述定子(5)包括定子铁心(5a)和绕组(5b)，所述定子(5)具有凹球面状；所述机壳或定子(5)上设有转子偏转压电驱动装置；通过转子偏转压电驱动及转子自转电磁驱动的混合驱动，从而能实现转子(8)的自转及其一定角度的偏转。

【技术特征摘要】
1.电磁压电混合驱动多自由度电机，包括机壳、转子(8)和定子(5)，其特征在于：所述转子(8)外轮廓具有凸球面状，所述转子(8)的外面设有转子永磁体(8a)，所述转子(8)上端与输出轴(1)固定连接，所述转子(8)通过关节轴承(9)与下端的基座(7)转动连接；所述定子(5)包括定子铁心(5a)和绕组(5b)，所述定子(5)具有凹球面状；所述机壳或定子(5)上设有转子偏转压电驱动装置；通过转子偏转压电驱动及转子自转电磁驱动的混合驱动，从而能实现转子(8)的自转及其一定角度的偏转。2.如权利要求1所述的电磁压电混合驱动多自由度电机，其特征在于：所述基座(7)上还设有转子自转压电驱动装置。3.如权利要求1或2所述的电磁压电混合驱动多自由度电机，其特征在于：转子偏转压电驱动装置包括压电平板型复合振子(3)。4.如权利要求3所述的电磁压电混合驱动多自由度电机，其特征在于：所述压电平板型复合振子(3)包括复合振子压电陶瓷片(3a)、复合振子驱动足(3b)、环形弹性体(3c)、卡扣(3d)，复合振子压电陶瓷片(3a)和复合振子驱动足(3b)分布安装在环形弹性体(3c)上；复合振子压电陶瓷片(3a)沿厚度方向正负极化；复合振子压电陶瓷片(3a)分为4组以上，每组包括1个以上压电陶瓷片；复合振子的驱动足为4个以上；定子(5)的上端部固定有中间带孔的上端盖(2)，上端盖(2)的下方设有有中间带孔的弹簧压盖(14)，上端盖(2)和弹簧压盖(14)固定连接；弹簧压盖(14)和平板复合振子(3)之间通过压缩弹簧(13)连接，所述复合振子驱动足(3b)与所述转子(8)的外面之间弹性预紧；复合振子压电陶瓷片(3a)按照极化方向一侧接地另外一侧与外接电源线连接。5.根据权利要求4所述的电磁压电混合驱动多自由度电机，其特征在于所述压电平板型复合振子(3)的复合振子压电陶瓷片(3a)分为6组以上，每组包括2个压电陶瓷片；复合振子的驱动足为6个。6.根据权利要求2所述的电磁压电混合驱动多自由度电机，其特征在于所述转子自转压电驱动装置包括压电径向换能自转驱动装置(4)，所述压电径向换能自转驱动装置(4)包括径向换能弹性体(4a)、径向换能驱动足(4a-1)和径向换能压电陶瓷片(4b)，径向换能弹性体(4a)为十字式支架结构，其外圈为球环形结构；所述转子(8)具有凹面式内腔；...

【专利技术属性】
技术研发人员：李争，郭鹏，
申请(专利权)人：河北科技大学，
类型：发明
国别省市：河北,13