電磁永磁直接驅動的自轉動軸及自驅動轉動系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及驅動器技術、智能驅動控制技術、電磁永磁直接驅動以及轉動位置精密控制技術領域，具體地，涉及電磁永磁直接驅動的自轉動軸及自驅動轉動系統。
【背景技術】
[0002]精密可控轉動驅動裝置主要應用于機構空間位置的調整以及目標物體的跟蹤，柔性結構的振動主動控制。通過控制子部件的轉動，來實現機構空間位置的調整，進而實現對目標物體的跟蹤以及柔性結構振動的主動控制。現有的轉動驅動裝置，主要是旋轉電機，這種機構自身結構較為復雜，且常需要與其他傳動部件組合來進行運動的控制，效率較低，響應速度較慢。特別的，在體積受限的情況下，往往無法提供較大的驅動扭矩，無法滿足現代工業對于微型精密驅動控制及定位的需求。
[0003]目前沒有發現同本實用新型類似技術的說明或報道，也尚未收集到國內外類似的資料。
【實用新型內容】
[0004]針對現有技術中的缺陷，本實用新型的目的是提供一種電磁永磁直接驅動的自轉動軸。
[0005]根據本實用新型提供的一種電磁永磁直接驅動的自轉動軸，包括:轉動軸定子、轉動軸動子、驅動體電磁線圈、轉盤、永磁體；
[0006]驅動體電磁線圈的軸向平行于轉盤的法向；
[0007]驅動體電磁線圈安裝固定于轉動軸定子與轉動軸動子兩者中的一者，轉盤安裝固定于轉動軸定子與轉動軸動子兩者中的另一者；
[0008]轉盤的部分區域由永磁體構成；
[0009 ]驅動體電磁線圈與永磁體相互作用形成磁路結構。
[0010]優選地，多個驅動體電磁線圈在同一周向或多個周向上均勻或非均勻分布;轉盤上的多個永磁體沿周向均勻或非均勻布置，驅動體電磁線圈的數量為永磁體數量的N倍，其中，N為正整數。
[0011]優選地，包括若干個驅動體電磁線圈；所述若干個驅動體電磁線圈通電后驅使轉盤相對轉動至對應于所述磁路結構中磁通量最大值的角度。
[0012]優選地，套筒繞中心軸相對轉動，并且:
[0013]-轉動軸定子、轉動軸動子分別為中心軸、套筒;或者
[0014]-轉動軸定子、轉動軸動子分別為套筒、中心軸。
[0015]優選地，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動軸定子、轉動軸動子上，以在轉動軸動子與轉動軸定子之間提供阻尼；
[0017]-密封在套筒與中心軸之間空腔內的磁流變液體、導磁性粉末顆粒或者軟磁顆粒，以在轉動軸動子與轉動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的囊狀阻尼體，所述囊狀阻尼體為一空間囊狀體結構，內部填充磁性介質，以在轉動軸動子與轉動軸定子之間提供可控和變化的阻尼特性；
[0019]優選地，還包括如下裝置:
[0020]-阻尼控制驅動體，所述阻尼控制驅動體為電磁發生裝置，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、導磁性粉末顆粒、軟磁顆粒或者囊狀阻尼體內磁性介質匯聚在能量施加方向以產生阻礙轉動軸動子與轉動軸定子相對轉動的剪切力。
[0021]優選地，還包括如下裝置:
[0022]角度檢測傳感器:用于檢測轉動軸定子與轉動軸動子之間的相對轉動角度；
[0023]電磁線圈控制器:用于根據角度檢測傳感器檢測得到的所述轉動角度對驅動體電磁線圈的電流大小和/或電流方向進行控制，以增加或減弱驅動體電磁線圈與永磁體之間的磁力相互作用。
[0024]優選地，所述角度檢測傳感器為磁電式科里奧利力檢測傳感器;次優選地，所述角度檢測傳感器還可以是其它可以進行角度檢測的傳感器或MEMS類型角度傳感器。
[0025]根據本實用新型提供的一種自驅動轉動系統，所述自驅動轉動系統采用上述的電磁永磁直接驅動的自轉動軸。
[0026]優選地，所述自驅動轉動系統為自適應轉動驅動系統。
[0027]優選地，所述自驅動轉動系統為如下任一種系統:
[0028]-等速轉動儀系統；
[0029]-等扭矩轉動系統；
[0030]-板殼體開合驅動系統；
[0031 ]-流體中的驅動系統；
[0032]-機器人關節系統；
[0033]-多維轉動驅動系統。
[0034]與現有技術相比，本實用新型具有如下有益效果:
[0035]1、本實用新型利用電磁線圈與永磁體直接相互作用進行轉動驅動，效率更高，結構更加緊湊，不需要電動機等驅動部分；
[0036]2、通過改變轉盤中扇形永磁體的個數和位置，本實用新型裝置可以實現不同角度控制范圍的應用場合；
[0037]3、驅動體采用對稱布置方式，有效的增大了驅動力；
[0038]4、本實用新型中的電磁線圈布置形式更加靈活，簡單；
[0039 ] 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生增強勵磁磁場力，也可以相互異向耦合產生削弱勵磁磁場力；
[0040]6、本實用新型裝置可以根據需要進行一維軸向，二維平面，三維空間的功能擴展；
[0041]7、本實用新型具有主動阻尼特性，通過對電磁流變液或者導磁性粉末顆粒的控制，能產生可控變化的阻尼；
[0042]8、本實用新型結構簡單、質量輕，滿足現代工業對精密控制驅動裝置的需求。
[0043]9、本實用新型可以用于實現特別是180度范圍內的多維轉動，可應用作為等速轉動儀器、等扭矩轉動裝置、板殼體開合驅動裝置、流體中的驅動裝置以及機器人關節系統的基礎部件。
【附圖說明】
[0044]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本實用新型的其它特征、目的和優點將會變得更明顯:
[0045]圖1為本實用新型的驅動原理結構簡圖；
[0046]圖2、圖3分別為驅動體電磁線圈與永磁體對齊與錯位時的結構示意圖；
[0047]圖4、圖5、圖6、圖7為本實用新型中不同數量的永磁體和不同數量的驅動體電磁線圈的陣列擴展形式示意圖；
[0048]圖8為本實用新型中采用扭簧產生阻尼的結構示意圖；
[0049]圖9、圖10、圖11為本實用新型中三種基礎結構形式。其中，圖9為套筒固定，中心軸轉動，圖10為中心軸固定，套筒轉動，圖11為內套筒固定，外套筒和中心軸同時轉動；
[0050]圖12、圖13為本實用新型產生主動阻尼的原理演示圖。其中，圖12為阻尼控制驅動體未勵磁的情況，圖13為阻尼控制驅動體勵磁工作的情況。
[0051 ]圖中:
[0052]I為中心軸
[0053]2為驅動體電磁線圈
[0054]3為轉盤
[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為內套筒
[0061]10為磁性介質
[0062]11為阻尼控制驅動體
[0063]12為填充磁性介質的囊狀體
【具體實施方式】
[0064]下面結合具體實施例對本實用新型進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本實用新型，但不以任何形式限制本實用新型。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干變化和改進。這些都屬于本實用新型的保護范圍。
[0065]如圖1所示，根據本實用新型提供的電磁永磁直接驅動的自轉動軸，包括:轉動軸定子、轉動軸動子、驅動體電磁線圈2、轉盤3、永磁體4 ；
[0066]所述電磁永磁直接驅動的自轉動軸可以包括若干個(即一個或多個)驅動體電磁線圈2。所述若干個驅動體電磁線圈2和轉盤3相對同一轉軸線L設置。轉盤3的轉軸可以與該轉軸線L重疊，也可以不與該轉軸線L重疊。當驅動體電磁線圈2的數量為一個時，該驅動體電磁線圈2的轉軸不與該轉軸線L重疊。當驅動體電磁線圈2的數量為多個時，這些驅動體電磁線圈2構成電磁線圈組體;若電磁線圈組體中的各個驅動體電磁線圈2在周向上均布，則該電磁線圈組體的轉軸優選地與轉軸線L重疊，當然在非優選情況下也可以不重疊;若電磁線圈組體中的各個驅動體電磁線圈2集中布置在周向某一段內，則該電磁線圈組體的轉軸優選地與轉軸線L不重疊。
[0067 ]所述驅動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純鐵、軟磁材料組合。
[0068]驅動體電磁線圈2的軸向平行于轉盤3的法向。驅動體電磁線圈2安裝固定于轉動軸定子與轉動軸動子兩者中的一者，轉盤3安裝固定于轉動軸定子與轉動軸動子兩者中的另一者，也就是說，可以是驅動體電磁線圈2安裝固定于轉動軸定子，轉盤3安裝固定于轉動軸動子，也可以是驅動體電磁線圈2安裝固定于轉動軸動子，轉盤3安裝固定于轉動軸定子；
[0069]如圖2所示，轉盤3的部分區域由永磁體4構成，驅動體電磁線圈2與永磁體4相互作用形成磁路結構。其中，所述轉盤3可以是由缺失扇形區域的非完整盤狀結構與扇形永磁體4剛性連接組合形成完整的盤狀結構，所述轉盤3、永磁體4與中心軸I剛性連接。所述轉盤3可以為導磁材料，也可以為非導磁材料。上述永磁體4的形狀采用扇形是優選情況，永磁體4的形狀還可以是圓形、矩形、三角形、梯形等規則形狀，還是可以不規則形狀，均落入本實用新型的保護范圍之內。
[0070]多個驅動體電磁線圈2在同一周向或多個周向上均勾分布，如圖4-7所不，驅動體電磁線圈2的數量可以為一個或者多個;如圖4-6所不，多個驅動電磁線圈2之間在同一周向上均勻分布;如圖7所示，多個驅動電磁線圈2之間在兩個周向上分別均勻分布。轉盤3上的多個永磁體4同樣沿周向均勻布置，驅動體電磁線圈2的數量為永磁體4數量的N倍，其中，N為正整數，如圖4-7所示。而在變化例中，驅動體電磁線圈2可以在周向上非均勻分布，轉盤3的永磁體4同樣可以在周向上非均勻分布。
[0071]所述電磁永磁直接驅動的自轉動軸所包含的若干個驅動體電磁線圈2，用于驅使轉盤3相對轉動至對應于所述磁路結構中磁通量最大值的角度。具體地，驅動體電磁線圈2與轉盤3相對轉動所產生的驅動體電磁線圈2與永磁體4之間相對面積的變化，引起所述磁路結構中磁通量的變化。當所述磁路結構中磁通量達到最大值時，認為單個的驅動體電磁線圈2或者