电磁永磁直接驱动的自转动轴及自驱动转动系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及驱动器技术、智能驱动控制技术、电磁永磁直接驱动以及转动位置精密控制技术领域，具体地，涉及电磁永磁直接驱动的自转动轴及自驱动转动系统。
【背景技术】
[0002]精密可控转动驱动装置主要应用于机构空间位置的调整以及目标物体的跟踪，柔性结构的振动主动控制。通过控制子部件的转动，来实现机构空间位置的调整，进而实现对目标物体的跟踪以及柔性结构振动的主动控制。现有的转动驱动装置，主要是旋转电机，这种机构自身结构较为复杂，且常需要与其他传动部件组合来进行运动的控制，效率较低，响应速度较慢。特别的，在体积受限的情况下，往往无法提供较大的驱动扭矩，无法满足现代工业对于微型精密驱动控制及定位的需求。
[0003]目前没有发现同本实用新型类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。
【实用新型内容】
[0004]针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种电磁永磁直接驱动的自转动轴。
[0005]根据本实用新型提供的一种电磁永磁直接驱动的自转动轴，包括:转动轴定子、转动轴动子、驱动体电磁线圈、转盘、永磁体；
[0006]驱动体电磁线圈的轴向平行于转盘的法向；
[0007]驱动体电磁线圈安装固定于转动轴定子与转动轴动子两者中的一者，转盘安装固定于转动轴定子与转动轴动子两者中的另一者；
[0008]转盘的部分区域由永磁体构成；
[0009 ]驱动体电磁线圈与永磁体相互作用形成磁路结构。
[0010]优选地，多个驱动体电磁线圈在同一周向或多个周向上均匀或非均匀分布;转盘上的多个永磁体沿周向均匀或非均匀布置，驱动体电磁线圈的数量为永磁体数量的N倍，其中，N为正整数。
[0011]优选地，包括若干个驱动体电磁线圈；所述若干个驱动体电磁线圈通电后驱使转盘相对转动至对应于所述磁路结构中磁通量最大值的角度。
[0012]优选地，套筒绕中心轴相对转动，并且:
[0013]-转动轴定子、转动轴动子分别为中心轴、套筒;或者
[0014]-转动轴定子、转动轴动子分别为套筒、中心轴。
[0015]优选地，还包括如下任一种或任多种装置:
[0016]-扭簧，所述扭簧的两端分别固定于转动轴定子、转动轴动子上，以在转动轴动子与转动轴定子之间提供阻尼；
[0017]-密封在套筒与中心轴之间空腔内的磁流变液体、导磁性粉末颗粒或者软磁颗粒，以在转动轴动子与转动轴定子之间提供可控和变化的阻尼特性；
[0018]-密封在套筒与中心轴之间空腔内的囊状阻尼体，所述囊状阻尼体为一空间囊状体结构，内部填充磁性介质，以在转动轴动子与转动轴定子之间提供可控和变化的阻尼特性；
[0019]优选地，还包括如下装置:
[0020]-阻尼控制驱动体，所述阻尼控制驱动体为电磁发生装置，安装在套筒和中心轴之间的腔体中，用于施加能量使磁流变液体、导磁性粉末颗粒、软磁颗粒或者囊状阻尼体内磁性介质汇聚在能量施加方向以产生阻碍转动轴动子与转动轴定子相对转动的剪切力。
[0021]优选地，还包括如下装置:
[0022]角度检测传感器:用于检测转动轴定子与转动轴动子之间的相对转动角度；
[0023]电磁线圈控制器:用于根据角度检测传感器检测得到的所述转动角度对驱动体电磁线圈的电流大小和/或电流方向进行控制，以增加或减弱驱动体电磁线圈与永磁体之间的磁力相互作用。
[0024]优选地，所述角度检测传感器为磁电式科里奥利力检测传感器;次优选地，所述角度检测传感器还可以是其它可以进行角度检测的传感器或MEMS类型角度传感器。
[0025]根据本实用新型提供的一种自驱动转动系统，所述自驱动转动系统采用上述的电磁永磁直接驱动的自转动轴。
[0026]优选地，所述自驱动转动系统为自适应转动驱动系统。
[0027]优选地，所述自驱动转动系统为如下任一种系统:
[0028]-等速转动仪系统；
[0029]-等扭矩转动系统；
[0030]-板壳体开合驱动系统；
[0031 ]-流体中的驱动系统；
[0032]-机器人关节系统；
[0033]-多维转动驱动系统。
[0034]与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果:
[0035]1、本实用新型利用电磁线圈与永磁体直接相互作用进行转动驱动，效率更高，结构更加紧凑，不需要电动机等驱动部分；
[0036]2、通过改变转盘中扇形永磁体的个数和位置，本实用新型装置可以实现不同角度控制范围的应用场合；
[0037]3、驱动体采用对称布置方式，有效的增大了驱动力；
[0038]4、本实用新型中的电磁线圈布置形式更加灵活，简单；
[0039 ] 5、各组电磁线圈之间可以串接或者并接，通过改变通电方式，既可以相互同向耦合产生增强励磁磁场力，也可以相互异向耦合产生削弱励磁磁场力；
[0040]6、本实用新型装置可以根据需要进行一维轴向，二维平面，三维空间的功能扩展；
[0041]7、本实用新型具有主动阻尼特性，通过对电磁流变液或者导磁性粉末颗粒的控制，能产生可控变化的阻尼；
[0042]8、本实用新型结构简单、质量轻，满足现代工业对精密控制驱动装置的需求。
[0043]9、本实用新型可以用于实现特别是180度范围内的多维转动，可应用作为等速转动仪器、等扭矩转动装置、板壳体开合驱动装置、流体中的驱动装置以及机器人关节系统的基础部件。
【附图说明】
[0044]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0045]图1为本实用新型的驱动原理结构简图；
[0046]图2、图3分别为驱动体电磁线圈与永磁体对齐与错位时的结构示意图；
[0047]图4、图5、图6、图7为本实用新型中不同数量的永磁体和不同数量的驱动体电磁线圈的阵列扩展形式示意图；
[0048]图8为本实用新型中采用扭簧产生阻尼的结构示意图；
[0049]图9、图10、图11为本实用新型中三种基础结构形式。其中，图9为套筒固定，中心轴转动，图10为中心轴固定，套筒转动，图11为内套筒固定，外套筒和中心轴同时转动；
[0050]图12、图13为本实用新型产生主动阻尼的原理演示图。其中，图12为阻尼控制驱动体未励磁的情况，图13为阻尼控制驱动体励磁工作的情况。
[0051 ]图中:
[0052]I为中心轴
[0053]2为驱动体电磁线圈
[0054]3为转盘
[0055]4为永磁体
[0056]5为扭簧
[0057]6为套筒
[0058]7为线圈支撑框架
[0059]8为支撑轴承
[0060]9为内套筒
[0061]10为磁性介质
[0062]11为阻尼控制驱动体
[0063]12为填充磁性介质的囊状体
【具体实施方式】
[0064]下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。
[0065]如图1所示，根据本实用新型提供的电磁永磁直接驱动的自转动轴，包括:转动轴定子、转动轴动子、驱动体电磁线圈2、转盘3、永磁体4 ；
[0066]所述电磁永磁直接驱动的自转动轴可以包括若干个(即一个或多个)驱动体电磁线圈2。所述若干个驱动体电磁线圈2和转盘3相对同一转轴线L设置。转盘3的转轴可以与该转轴线L重叠，也可以不与该转轴线L重叠。当驱动体电磁线圈2的数量为一个时，该驱动体电磁线圈2的转轴不与该转轴线L重叠。当驱动体电磁线圈2的数量为多个时，这些驱动体电磁线圈2构成电磁线圈组体;若电磁线圈组体中的各个驱动体电磁线圈2在周向上均布，则该电磁线圈组体的转轴优选地与转轴线L重叠，当然在非优选情况下也可以不重叠;若电磁线圈组体中的各个驱动体电磁线圈2集中布置在周向某一段内，则该电磁线圈组体的转轴优选地与转轴线L不重叠。
[0067 ]所述驱动体电磁线圈采用空心电磁线圈、电磁铁、带磁轭的线圈或者电磁线圈和工业纯铁、软磁材料组合。
[0068]驱动体电磁线圈2的轴向平行于转盘3的法向。驱动体电磁线圈2安装固定于转动轴定子与转动轴动子两者中的一者，转盘3安装固定于转动轴定子与转动轴动子两者中的另一者，也就是说，可以是驱动体电磁线圈2安装固定于转动轴定子，转盘3安装固定于转动轴动子，也可以是驱动体电磁线圈2安装固定于转动轴动子，转盘3安装固定于转动轴定子；
[0069]如图2所示，转盘3的部分区域由永磁体4构成，驱动体电磁线圈2与永磁体4相互作用形成磁路结构。其中，所述转盘3可以是由缺失扇形区域的非完整盘状结构与扇形永磁体4刚性连接组合形成完整的盘状结构，所述转盘3、永磁体4与中心轴I刚性连接。所述转盘3可以为导磁材料，也可以为非导磁材料。上述永磁体4的形状采用扇形是优选情况，永磁体4的形状还可以是圆形、矩形、三角形、梯形等规则形状，还是可以不规则形状，均落入本实用新型的保护范围之内。
[0070]多个驱动体电磁线圈2在同一周向或多个周向上均勾分布，如图4-7所不，驱动体电磁线圈2的数量可以为一个或者多个;如图4-6所不，多个驱动电磁线圈2之间在同一周向上均匀分布;如图7所示，多个驱动电磁线圈2之间在两个周向上分别均匀分布。转盘3上的多个永磁体4同样沿周向均匀布置，驱动体电磁线圈2的数量为永磁体4数量的N倍，其中，N为正整数，如图4-7所示。而在变化例中，驱动体电磁线圈2可以在周向上非均匀分布，转盘3的永磁体4同样可以在周向上非均匀分布。
[0071]所述电磁永磁直接驱动的自转动轴所包含的若干个驱动体电磁线圈2，用于驱使转盘3相对转动至对应于所述磁路结构中磁通量最大值的角度。具体地，驱动体电磁线圈2与转盘3相对转动所产生的驱动体电磁线圈2与永磁体4之间相对面积的变化，引起所述磁路结构中磁通量的变化。当所述磁路结构中磁通量达到最大值时，认为单个的驱动体电磁线圈2或者