由多個驅動體電磁線圈2構成的電磁線圈組體與轉盤3上的永磁體處于對齊的角度位置關系。當所述磁路結構中磁通量未達到最大值時，認為單個的驅動體電磁線圈2或者由多個驅動體電磁線圈2構成的電磁線圈組體與轉盤3上的永磁體處于錯位的角度位置關系。驅動體電磁線圈2的作用即包括將處于錯位位置的轉盤3驅動至對齊位置。
[0072]進一步地，根據(jù)本發(fā)明提供的自驅動轉動軸還包括角度檢測傳感器和電磁線圈控制器。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；電磁線圈控制器用于根據(jù)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2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2與永磁體4之間的磁力相互作用(或者增加/減少磁力相互作用時間)。優(yōu)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，本領域技術人員可以參見申請?zhí)枴?01410095933.3”的中國專利文獻(公開號103913158A，名稱“磁電式科里奧利力檢測傳感器”)以及申請?zhí)枴?01420117614.3”的中國專利文獻(公開號203798360U，名稱“磁電式科里奧利力檢測傳感器”)得以實現(xiàn)，在此不再贅述。
[0073]在第一優(yōu)選例中，如圖9所式，轉動軸動子為中心軸I，轉動軸定子為套筒6。驅動體電磁線圈安裝固定于套筒6的內(nèi)壁，轉盤3安裝固定于中心軸I。
[0074]在第二優(yōu)選例中，如圖10所示，轉動軸定子為中心軸1，轉動軸動子為套筒6。驅動體電磁線圈安裝固定于中心軸I上的線圈支撐框架，轉盤3安裝固定于套筒6的內(nèi)壁，并通過支撐軸承8套于中心軸I上。
[0075]在第三優(yōu)選例中，如圖11所示，轉動軸動子為中心軸I與套筒6，轉動軸定子為位于中心軸I與套筒6之間的內(nèi)套筒9。轉盤3安裝固定在中心軸I與套筒6之間，驅動體電磁線圈2安裝于內(nèi)套筒9內(nèi)壁。
[0076]在第四優(yōu)選例中，如圖12所示，轉動軸定子為中心軸1，轉動軸動子為套筒6。驅動體電磁線圈安裝固定于中心軸I上的線圈支撐框架，轉盤3安裝固定于套筒6的內(nèi)壁，并通過支撐軸承8套于中心軸I上。轉盤3上設置有阻尼控制驅動體11，在中心軸I與套筒6之間的空間內(nèi)設置有磁性介質(zhì)10和囊狀阻尼體12。其中，密封在套筒6與中心軸I之間空腔內(nèi)的磁性介質(zhì)10可以是磁流變液體、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；密封在套筒6與中心軸I之間空腔內(nèi)的囊狀阻尼體12，所述囊狀阻尼體為一空間囊狀體結構，內(nèi)部填充磁性介質(zhì)10，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；阻尼控制驅動體11，所述阻尼控制驅動體11安裝在套筒6和中心軸I之間的腔體中，用于控制磁流變液體、導磁性粉末顆粒、軟磁顆?；蛘吣覡钭枘狍w內(nèi)磁性介質(zhì)10的分散情況。進一步地，如圖12所示，根據(jù)本發(fā)明提供的自驅動轉動軸還包括扭簧5，所述扭簧5可以穿套在中心軸I上，也可以設置于其它位置。扭簧5的兩端分別固定于轉動軸動子、轉動軸定子上，以在轉動軸動子與轉動軸定子之間提供阻尼，即，扭簧5用于提供運動阻尼，增加轉動軸運動的穩(wěn)定性與可控性，并且，在驅動體電磁線圈失電后，扭簧5可以起到復位的作用使轉盤3回復原位。
[0077]本發(fā)明的原理如下。
[0078]本發(fā)明提供的自驅動轉動軸，通過驅動體電磁線圈產(chǎn)生的勵磁場對轉盤以及與轉盤剛性連接的定子或動子的相對轉動進行控制，具體為，驅動體電磁線圈在通電后產(chǎn)生軸向上的磁力，當通電的驅動體電磁線圈與永磁體錯位時，該磁力對永磁體的吸引力或者排斥力將生成剪切力，從而使得永磁體向磁通量最大的對齊角度位置轉動，從而驅動了轉盤的轉動，進而使轉動軸動子與轉動軸定子之間生產(chǎn)轉動角度。
[0079]進一步地，通過阻尼控制驅動體可以施加能量使磁流變液體、導磁性粉末顆粒、軟磁顆?；蛘吣覡钭枘狍w內(nèi)磁性介質(zhì)10匯聚在能量施加方向以產(chǎn)生阻礙轉動軸動子與轉動軸定子相對轉動的剪切力，從而控制轉動軸定子與轉動軸動子之間的阻尼特性，使得剪切力受阻減弱或者變大加強，以驅使或阻礙轉動軸定子與轉動軸動子之間的轉動。其中，阻尼控制驅動體是可以產(chǎn)生需求強度的電磁發(fā)生裝置，阻尼控制驅動體對磁流變液體、導磁性粉末顆粒、軟磁顆粒等磁性介質(zhì)施加電磁能量。當電磁發(fā)生裝置未激勵時，如圖12所示，磁性介質(zhì)均勻分布在中心軸與套筒的間隙內(nèi)，此時磁性介質(zhì)并未阻礙或明顯阻礙中心軸與套筒之間的轉動；當電磁發(fā)生裝置激勵時，如圖13所示，均勻磁性介質(zhì)被匯聚于中心軸與套筒之間的間隙的某一狹小空間內(nèi)，此時磁性介質(zhì)的密度變大，相應的剪切應力也變大，從而對中心軸與套筒之間的轉動造成明顯的阻礙，甚至可以鎖死中心軸與套筒停止轉動。
[0080]更為具體地，當驅動體電磁線圈較少(或線圈電流較小)時，適用于負載較小的轉動驅動控制；當驅動體電磁線圈較多(或線圈電流較大)時，適用于負載較大的轉動驅動控制。當永磁體為一個時，可實現(xiàn)小角度范圍的轉動控制，當永磁體為多個時，可實現(xiàn)較大角度范圍的轉動控制。通過對多個組合驅動體電磁線圈的通斷電控制，可以實現(xiàn)對轉子轉動穩(wěn)定性進行精密控制。另外，通過對阻尼控制驅動體的控制，可以實現(xiàn)裝置的主動阻尼控制，進一步增加了對轉動驅動控制的穩(wěn)定性和有效性。
[0081]進一步地，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；電磁線圈控制器用于根據(jù)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2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2與永磁體4之間的磁力相互作用。例如，假設轉動軸需要轉動一指定角度，當角度檢測傳感器檢測到當前轉動軸的轉動角度與期望的轉動角度之間還存在著差異，即當前轉動角度尚未達到指定角度，則控制電磁線圈控制器向驅動體電磁線圈繼續(xù)供電，直到轉動軸的轉動角度達到指定角度。
[0082]以上對本發(fā)明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的范圍內(nèi)做出各種變化或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。在不沖突的情況下，本發(fā)明實施例和實施例中的特征可以任意相互組合。
【主權項】
1.一種自驅動轉動軸，其特征在于，包括:轉動軸定子、轉動軸動子、驅動體電磁線圈⑵、轉盤⑶、永磁體⑷； 驅動體電磁線圈⑵的軸向平行于轉盤⑶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； 轉盤⑶的部分區(qū)域由永磁體⑷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。2.根據(jù)權利要求1所述的自驅動轉動軸，其特征在于，多個驅動體電磁線圈(2)在同一周向或多個周向上均勻或非均勻分布；轉盤(3)上的多個永磁體(4)沿周向均勻或非均勻布置，驅動體電磁線圈(2)的數(shù)量為永磁體(4)數(shù)量的N倍，其中，N為正整數(shù)。3.根據(jù)權利要求1所述的自驅動轉動軸，其特征在于，包括若干個驅動體電磁線圈(2);所述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。4.根據(jù)權利要求1所述的自驅動轉動軸，其特征在于，套筒(6)繞中心軸(I)相對轉動，并且: -轉動軸定子、轉動軸動子分別為中心軸(I)、套筒出)；或者 -轉動軸定子、轉動軸動子分別為套筒￠)、中心軸(I)。5.根據(jù)權利要求4所述的自驅動轉動軸，其特征在于，還包括如下任一種或任多種裝置: -扭簧(5)，所述扭簧(5)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； -密封在套筒(6)與中心軸(I)之間空腔內(nèi)的磁流變液體、導磁性粉末顆?；蛘哕洿蓬w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； -密封在套筒(6)與中心軸(I)之間空腔內(nèi)的囊狀阻尼體，所述囊狀阻尼體為一空間囊狀體結構，內(nèi)部填充磁性介質(zhì)(10)，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。6.根據(jù)權利要求5所述的自驅動轉動軸，其特征在于，還包括如下裝置: -阻尼控制驅動體(11)，所述阻尼控制驅動體(11)為電磁發(fā)生裝置，安裝在套筒(6)和中心軸(I)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?；蛘吣覡钭枘狍w內(nèi)磁性介質(zhì)(10)匯聚在能量施加方向以產(chǎn)生阻礙轉動軸動子與轉動軸定子相對轉動的剪切力。7.根據(jù)權利要求1所述的自驅動轉動軸，其特征在于，還包括如下裝置: 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； 電磁線圈控制器:用于根據(jù)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(2)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(2)與永磁體(4)之間的磁力相互作用。8.根據(jù)權利要求7所述的自驅動轉動軸，其特征在于，所述角度檢測傳感器為磁電式科里奧利力檢測傳感器。9.一種自驅動轉動系統(tǒng)，其特征在于，所述自驅動轉動系統(tǒng)采用權利要求1至8中任一項所述的自驅動轉動軸及其組合。10.根據(jù)權利要求9所述的自驅動轉動系統(tǒng)，其特征在于，所述自驅動轉動系統(tǒng)為自適應轉動驅動系統(tǒng)。11.根據(jù)權利要求9所述的自驅動轉動系統(tǒng)，其特征在于，所述自驅動轉動系統(tǒng)為如下任一種系統(tǒng): -等速轉動儀系統(tǒng)； -等扭矩轉動系統(tǒng)； -板殼體開合驅動系統(tǒng)； -流體中的驅動系統(tǒng)； -機器人關節(jié)系統(tǒng)； -多維轉動驅動系統(tǒng)。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種自驅動轉動軸，包括驅動體電磁線圈2、轉盤3、永磁體4等部件；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；轉盤3的部分區(qū)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。本發(fā)明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、減速器等，通過改變電磁線圈和/或永磁體的個數(shù)和位置，本發(fā)明裝置可以實現(xiàn)不同驅動轉矩、驅動轉角需求的應用場合。
【IPC分類】H02K7/00, H02K1/22, H02K1/12
【公開號】CN105099062
【申請?zhí)枴緾N201510494395
【發(fā)明人】楊斌堂
【申請人】上海交通大學
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2015年8月12日