專利名稱：多自由度電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種電驅(qū)動裝置，特別是一種能實現(xiàn)多自由度動作的電驅(qū)動裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的多自由度驅(qū)動裝置有以下幾種形式一種是把平板形兩自由度步進(jìn)電動機(jī)配置成球面狀的結(jié)構(gòu)；另一種是把可三自由度動作的萬向聯(lián)軸節(jié)的一部分組裝到步進(jìn)電動機(jī)內(nèi)的結(jié)構(gòu)；還有一種把能夠產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的三組線圈配置到球面上，產(chǎn)生三維的旋轉(zhuǎn)磁場，并操作具有球狀二次導(dǎo)體的轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)。上述第一種只能構(gòu)成步進(jìn)電動機(jī)的局部；第二種驅(qū)動裝置只能利用機(jī)構(gòu)的一部分，二者要得到大轉(zhuǎn)矩大輸出都有困難；第三種在定子線圈的配置和轉(zhuǎn)子的支撐機(jī)構(gòu)上受到制約。
實用新型內(nèi)容為解決現(xiàn)有的多自由度驅(qū)動裝置存在的無法輸出大的轉(zhuǎn)矩的問題，本實用新型研制一種多自由度電機(jī)。本實用新型包含以下兩個技術(shù)方案第一個技術(shù)方案包含第一驅(qū)動裝置1、永磁體15、第三驅(qū)動裝置11、輸出軸12；第一驅(qū)動裝置1包括沿同一中心線9布置的兩個第一定子2、兩個第一可動片4和兩個第一旋轉(zhuǎn)片5，兩個第一可動片4對稱固定在永磁體15兩側(cè)，兩個第一旋轉(zhuǎn)片5分別連接在兩個第一可動片4的外端，兩個第一定子2分別設(shè)置在與兩個第一旋轉(zhuǎn)片5相對的位置處；第三驅(qū)動裝置由環(huán)形的第三定子13和第三轉(zhuǎn)子14組成，環(huán)形的第三定子13固定在永磁體15的內(nèi)孔中，第三轉(zhuǎn)子14設(shè)置在第三定子13內(nèi)，輸出軸12固定在第三定子13的旋轉(zhuǎn)軸線處，輸出軸12的軸線12-1與第一驅(qū)動裝置1的中心線9相互垂直正交。本實用新型的第二個技術(shù)方案包含第一驅(qū)動裝置1、第二驅(qū)動裝置6、永磁體15、輸出軸12；第一驅(qū)動裝置1包括沿同一中心線9布置的兩個第一定子2、兩個第一可動片4和兩個第一旋轉(zhuǎn)片5，兩個第一可動片4對稱固定在永磁體15兩側(cè)，兩個第一旋轉(zhuǎn)片5分別連接在兩個第一可動片4的外端，兩個第一定子2分別設(shè)置在與兩個第一旋轉(zhuǎn)片5相對的位置處；第二驅(qū)動裝置6包括沿同一中心線3布置的兩個第二定子7、兩個第二旋轉(zhuǎn)片8和兩個第二可動片10，第二驅(qū)動裝置6的結(jié)構(gòu)以及與永磁體15的連接關(guān)系與第一驅(qū)動裝置1相同，第二驅(qū)動裝置6的中心線3與第一驅(qū)動裝置1的中心線9相互垂直正交；輸出軸12與永磁體15相連接，第一驅(qū)動裝置1的第一可動片4和第一旋轉(zhuǎn)片5之間以及第二驅(qū)動裝置6的第二可動片10和第二旋轉(zhuǎn)片8之間分別通過第一軸承16和第二軸承17相連接，第一軸承16和第二軸承17的轉(zhuǎn)動軸線分別與第一驅(qū)動裝置1的中心線9和第二驅(qū)動裝置6的中心線3相重合。本實用新型的效果通過組合操作第一以及第二或第三驅(qū)動裝置，可以把輸出軸12的軸端控制在電驅(qū)動裝置的作用角度決定的范圍的任意位置。并且，各驅(qū)動裝置通過共用永磁體15能夠使本實用新型成為極為簡單的結(jié)構(gòu)。各驅(qū)動裝置能夠在一定的動作角度范圍內(nèi)，利用采用了永磁體的普通的電動機(jī)即所謂的無刷直流電動機(jī)，容易地得到大轉(zhuǎn)矩、大輸出。


圖1是具體實施方式
一的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是具體實施方式
二的俯視圖，圖3是圖2的A-A剖視圖，圖4是具體實施方式
三的俯視圖，圖5是圖4的B-B剖視圖。
具體實施方式
一參閱圖1，本實施方式由第一驅(qū)動裝置1、永磁體15、第三驅(qū)動裝置11、輸出軸12組成；第一驅(qū)動裝置1包括沿同一中心線9布置的兩個第一定子2、兩個第一可動片4和兩個第一旋轉(zhuǎn)片5，兩個第一可動片4對稱固定在永磁體15兩側(cè)，兩個第一旋轉(zhuǎn)片5分別連接在兩個第一可動片4的外端，兩個第一定子2分別設(shè)置在與兩個第一旋轉(zhuǎn)片5相對的位置處；第三驅(qū)動裝置由環(huán)形的第三定子13和第三轉(zhuǎn)子14組成，環(huán)形的第三定子13固定在永磁體15的內(nèi)孔中，第三轉(zhuǎn)子14設(shè)置在第三定子13內(nèi)，輸出軸12固定在第三定子13的旋轉(zhuǎn)軸線處，輸出軸12的軸線12-1與第一驅(qū)動裝置1的中心線9相互垂直正交。本實施方式的動作原理是第一驅(qū)動裝置1通過其第一定子2控制安裝以與中心線9的垂直線為軸線旋轉(zhuǎn)的第一可動片4和旋轉(zhuǎn)片5。第三驅(qū)動裝置11通過其第三定子13給第三轉(zhuǎn)子14施加作用力，可以操作輸出軸12旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)二自由度動作。第一驅(qū)動裝置1的兩個第一可動片4可制成一體結(jié)構(gòu)，永磁體15安裝在第一可動片4的中心部位。
具體實施方式
二參閱圖2，圖3。本實施方式由第一驅(qū)動裝置1、第二驅(qū)動裝置6、永磁體15、輸出軸12組成；第一驅(qū)動裝置1包括沿同一中心線9布置的兩個第一定子2、兩個第一可動片4和兩個第一旋轉(zhuǎn)片5，兩個第一可動片4對稱固定在永磁體15兩側(cè)，兩個第一旋轉(zhuǎn)片5分別連接在兩個第一可動片4的外端，兩個第一定子2分別設(shè)置在與兩個第一旋轉(zhuǎn)片5相對的位置處；第二驅(qū)動裝置6包括沿同一中心線3布置的兩個第二定子7、兩個第二旋轉(zhuǎn)片8和兩個第二可動片10，第二驅(qū)動裝置6的結(jié)構(gòu)以及與永磁體15的連接關(guān)系與第一驅(qū)動裝置1相同，第二驅(qū)動裝置6的中心線3與第一驅(qū)動裝置1的中心線9相互垂直正交；輸出軸12與永磁體15相連接，第一驅(qū)動裝置1的第一可動片4和第一旋轉(zhuǎn)片5之間以及第二驅(qū)動裝置6的第二可動片10和第二旋轉(zhuǎn)片8之間分別通過第一軸承16和第二軸承17相連接，第一軸承16和第二軸承17的轉(zhuǎn)動軸線分別與第一驅(qū)動裝置1的中心線9和第二驅(qū)動裝置6的中心線3相重合。所述第一可動片4由上可動片4a和下可動片4b組成，上可動片4a和下可動片4b配置于環(huán)狀的永磁體15的上下兩側(cè)，第一旋轉(zhuǎn)片5由上旋轉(zhuǎn)片5a和下旋轉(zhuǎn)片5b組成，第一軸承16支撐在上旋轉(zhuǎn)片5a和下旋轉(zhuǎn)片5b之間，并且第一軸承16安裝時，應(yīng)能使上、下可動片4a、4b相對于上、下旋轉(zhuǎn)片5a、5b以第一驅(qū)動裝置1的中心線9為軸旋轉(zhuǎn)。并且形成了經(jīng)由永磁體15、可動片4a、旋轉(zhuǎn)片5a、第一定子2、下旋轉(zhuǎn)片5b、下可動片4b、永磁體15的磁路。第二驅(qū)動裝置6也同樣，軸承17安裝時，應(yīng)能使上、下可動片4a、4b相對于上、下旋轉(zhuǎn)片8a、8b以第二驅(qū)動裝置6的中心線3為軸旋轉(zhuǎn)，而且形成同樣的磁路，永磁體15與第一驅(qū)動裝置共用。第一驅(qū)動裝置1的兩個第一可動片和第二驅(qū)動裝置6的兩個第二可動片10可以制成一體結(jié)構(gòu)，永磁體15安裝在其中心部位。下面對其動作進(jìn)行說明。第一驅(qū)動裝置的第一定子2如果給第一旋轉(zhuǎn)片5施加作用力，第一可動片4和第一旋轉(zhuǎn)片5同時以中心線3為軸旋轉(zhuǎn)。這時，第一可動片4通過安裝在第二驅(qū)動裝置6上的軸承旋轉(zhuǎn)，第二驅(qū)動裝置的第二定子7和第二旋轉(zhuǎn)片8之間的相對位置不變。同樣，第二驅(qū)動裝置的第二定子7如果給第二旋轉(zhuǎn)片8施加作用力，第一驅(qū)動裝置的第一定子2和第一旋轉(zhuǎn)片5之間的相對位置不變，可動片10以中心線9為軸旋轉(zhuǎn)。從而通過組合操作兩驅(qū)動裝置，可使第一可動片4產(chǎn)生立體位移，例如，如果在中心線3、9的交點上安裝垂直的輸出軸12，則輸出軸12的軸端可以在由兩驅(qū)動裝置的最大作用角度決定的球面上移動。而且，如果可以伸縮輸出軸，則可以使軸端到達(dá)連接球面和動作中心點的圓錐體內(nèi)的任意位置。并且如果在可動片4上兩驅(qū)動裝置輸出軸中心線的交點處，配置具有垂直輸出軸的第三旋轉(zhuǎn)形驅(qū)動裝置11，則輸出軸可以容易地在更寬廣的位置范圍內(nèi)動作。
具體實施方式
三參閱圖4、圖5。本實施方式與具體實施方式
二不同的是增加有第三驅(qū)動裝置11，第三驅(qū)動裝置11由環(huán)形的第三定子13和第三轉(zhuǎn)子14組成，環(huán)形的第三定子13固定在永磁體15的內(nèi)孔中，第三轉(zhuǎn)子14設(shè)置在第三定子13內(nèi)，輸出軸12固定在第三轉(zhuǎn)子14的旋轉(zhuǎn)軸線處，輸出軸12的軸線12-1與第一驅(qū)動裝置1的中心線9和第二驅(qū)動裝置6的中心線3相垂直正交。本實施方式在第一可動片4上第一及第二驅(qū)動裝置中心線的交點，安裝具有垂直的旋轉(zhuǎn)軸的第三驅(qū)動裝置11，通過其第三定子13給第三轉(zhuǎn)子14施加作用力，可操作輸出軸12旋轉(zhuǎn)。第三驅(qū)動裝置的第三定子13安裝在可動片4的內(nèi)徑側(cè)，并且形成了經(jīng)由永磁體15、上可動片4a、上部的第三定子13a、第三轉(zhuǎn)子14、下部的第三定子13b、可動片4b、永磁體15的磁路，永磁體15由第一以及第二驅(qū)動裝置共用，如果通過第三定子13給第三轉(zhuǎn)子14施加作用力，使其旋轉(zhuǎn)，則通過組合操作第一以及第二驅(qū)動裝置，可使安裝在第三轉(zhuǎn)子14上的輸出軸12的軸端，容易地到達(dá)更寬廣的位置范圍。
以上，對本實用新型的組裝了環(huán)狀永磁體的實施例進(jìn)行了說明，如果把永磁體進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆指钜矔玫酵瑯拥男Ч２⑶易鳛榈谝?、第二以及第三?qū)動裝置，是以所謂的混合式步進(jìn)電動機(jī)為例進(jìn)行的說明，不僅限于此，即使利用其它的伺服電動機(jī)，當(dāng)然也能得到同樣的效果。在以上實施方式中均有第一驅(qū)動裝置1，由于其合理的結(jié)構(gòu)設(shè)置，使其與第二驅(qū)動裝置6和第三驅(qū)動裝置11互不干擾，并共同實現(xiàn)了多自由度的運(yùn)動。
權(quán)利要求1.多自由度電機(jī)，其特征在于它包含第一驅(qū)動裝置(1)、永磁體(15)、第三驅(qū)動裝置(11)、輸出軸(12)；第一驅(qū)動裝置(1)包括沿同一中心線(9)布置的兩個第一定子(2)、兩個第一可動片(4)和兩個第一旋轉(zhuǎn)片(5)，兩個第一可動片(4)對稱固定在永磁體(15)兩側(cè)，兩個第一旋轉(zhuǎn)片(5)分別連接在兩個第一可動片(4)的外端，兩個第一定子(2)分別設(shè)置在與兩個第一旋轉(zhuǎn)片(5)相對的位置處；第三驅(qū)動裝置由環(huán)形的第三定子(13)和第三轉(zhuǎn)子(14)組成，環(huán)形的第三定子(13)固定在永磁體(15)的內(nèi)孔中，第三轉(zhuǎn)子(14)設(shè)置在第三定子(13)內(nèi)，輸出軸(12)固定在第三定子(13)的旋轉(zhuǎn)軸線處，輸出軸(12)的軸線(12-1)與第一驅(qū)動裝置(1)的中心線(9)相互垂直正交。
2.多自由度電機(jī)，其特征在于包含第一驅(qū)動裝置(1)、第二驅(qū)動裝置(6)、永磁體(15)、輸出軸(12)；第一驅(qū)動裝置(1)包括沿同一中心線(9)布置的兩個第一定子(2)、兩個第一可動片(4)和兩個第一旋轉(zhuǎn)片(5)，兩個第一可動片(4)對稱固定在永磁體(15)兩側(cè)，兩個第一旋轉(zhuǎn)片(5)分別連接在兩個第一可動片(4)的外端，兩個第一定子(2)分別設(shè)置在與兩個第一旋轉(zhuǎn)片(5)相對的位置處；第二驅(qū)動裝置(6)包括沿同一中心線(3)布置的兩個第二定子(7)、兩個第二旋轉(zhuǎn)片(8)和兩個第二可動片(10)，第二驅(qū)動裝置(6)的結(jié)構(gòu)以及與永磁體(15)的連接關(guān)系與第一驅(qū)動裝置(1)相同，第二驅(qū)動裝置(6)的中心線(3)與第一驅(qū)動裝置(1)的中心線(9)相互垂直正交；輸出軸(12)與永磁體(15)相連接，第一驅(qū)動裝置(1)的第一可動片(4)和第一旋轉(zhuǎn)片(5)之間以及第二驅(qū)動裝置(6)的第二可動片(10)和第二旋轉(zhuǎn)片(8)之間分別通過第一軸承(16)和第二軸承(17)相連接，第一軸承(16)和第二軸承(17)的轉(zhuǎn)動軸線分別與第一驅(qū)動裝置(1)的中心線(9)和第二驅(qū)動裝置(6)的中心線(3)相重合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多自由度電機(jī)，其特征在于所述第一可動片(4)由上可動片(4a)和下可動片(4b)組成，上可動片(4a)和下可動片(4b)配置于環(huán)狀的永磁體(15)的上下兩側(cè)，第一旋轉(zhuǎn)片(5)由上旋轉(zhuǎn)片(5a)和下旋轉(zhuǎn)片(5b)組成，第一軸承(16)支撐在上旋轉(zhuǎn)片(5a)和下旋轉(zhuǎn)片(5b)之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多自由度電機(jī)，其特征在于增加有第三驅(qū)動裝置(11)，第三驅(qū)動裝置(11)由環(huán)形的第三定子(13)和第三轉(zhuǎn)子(14)組成，環(huán)形的第三定子(13)固定在永磁體(15)的內(nèi)孔中，第三轉(zhuǎn)子(14)設(shè)置在第三定子(13)內(nèi)，輸出軸(12)固定在第三轉(zhuǎn)子(14)的旋轉(zhuǎn)軸線處，輸出軸(12)的軸線(12-1)與第一驅(qū)動裝置(1)的中心線(9)和第二驅(qū)動裝置(6)的中心線(3)相垂直正交。
專利摘要多自由度電機(jī)，它涉及一種多自由度動作的電驅(qū)動裝置。它包括兩個技術(shù)方案第一方案包含第一驅(qū)動裝置、永磁體、第三驅(qū)動裝置和輸出軸；第二方案由第二驅(qū)動裝置代替第三驅(qū)動裝置。上述的第一驅(qū)動裝置的兩個第一可動片對稱固定在永磁體兩側(cè)，兩個第一旋轉(zhuǎn)片分別連接在兩個第一可動片的外端，兩個第一定子分別設(shè)置在與兩個第一旋轉(zhuǎn)片相對的位置處；上述的第三驅(qū)動裝置的環(huán)形的第三定子固定在永磁體的內(nèi)孔中，第三轉(zhuǎn)子設(shè)置在第三定子內(nèi)。上述的第二驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)以及與永磁體的連接關(guān)系與第一驅(qū)動裝置相同。本實用新型各驅(qū)動裝置能夠在一定的動作角度范圍內(nèi)，利用采用了永磁體的普通的電動機(jī)即所謂的無刷直流電動機(jī)，容易地得到大轉(zhuǎn)矩、大輸出。
文檔編號H02K16/00GK2627721SQ0326008
公開日2004年7月21日 申請日期2003年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月12日
發(fā)明者程樹康, 寇寶泉, 崔淑梅, 張千帆, 宋立偉, 吳紅星 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)