一种近零刚度微纳电机

技术特征：
1.一种近零刚度微纳电机，其特征在于，其包括定子、动子、欧拉屈曲梁-板簧柔性导向机构和基座；其中：所述电机是混合磁阻电机，所述动子和定子组成具有对称结构的电机本体；所述动子包含多个第一铁芯和永磁体，所述定子固定在基座上，包含多个第二铁芯和多个线圈，线圈绕在第一铁芯和/或第二铁芯上；所述第一铁芯呈t形，其一端面和永磁体相对，另外两个端面沿第一坐标轴方向排布，并和第二导磁体的端面相对；所述第二铁芯呈c形，其两个端面分别与两个第一铁芯的端面相对；永磁铁在多个第一铁芯、第二铁芯及其间隙中产生闭合的偏置磁路，线圈通电后在第一铁芯、第二铁芯及其间隙中产生闭合的变化磁路，使得在所述偏置磁路和变化磁路的共同作用下，动子受到沿第一坐标轴正/负方向的合力，进而产生相应的运动；所述电机本体具有与第一坐标轴垂直的第一对称轴；所述欧拉屈曲梁-板簧柔性导向机构包含多个欧拉屈曲梁和多个板簧；欧拉屈曲梁和板簧一端固定在基座或定子上，另一端固定在动子上；欧拉屈曲梁沿第一坐标轴方向分布，板簧沿第二坐标轴方向分布，第一坐标轴、第二坐标轴相互垂直；所述多个欧拉屈曲梁和板簧结构分别沿第一对称轴对称布置；所述欧拉屈曲梁-板簧柔性导向机构具有与电机本体负刚度分布相近的正刚度。2.如权利要求1所述的近零刚度微纳电机，其特征在于，板簧置于电机本体的外侧。3.如权利要求1所述的近零刚度微纳电机，其特征在于，欧拉屈曲梁置于电机本体的外侧，或者设置在动子和定子之间，以实现电机的负刚度补偿和导向。4.如权利要求1所述的近零刚度微纳电机，其特征在于，所述欧拉屈曲梁-板簧柔性导向机构的设计方法如下：假设欧拉屈曲梁的原始长度为l，在加入阈值载荷之后，欧拉屈曲梁长度缩短x0，并产生大小为a0的初始挠度，其中e为弹性模量，i为转动惯量；欧拉屈曲梁增加的载荷f与所产生位移x之间的关系表示为则单个欧拉屈曲梁的刚度为所述电机本体的负刚度可以通过有限元分析得到；所述板簧结构具有恒定的正刚度k0；因此通过调整参数e、l、i和k0，即使得所述欧拉屈曲梁-板簧柔性导向机构产生与电机本体负刚度大小相近、方向相反的正刚度，得到近零刚度微纳电机。5.如权利要求1所述的近零刚度微纳电机，其特征在于，欧拉屈曲梁-板簧柔性导向机构中的板簧用气浮模块或者磁浮模块代替。6.如权利要求5所述的近零刚度微纳电机，其特征在于，所述欧拉屈曲梁-板簧柔性导
向机构中，气浮或者磁浮模块用于导向，欧拉屈曲梁-板簧柔性导向机构的设计方法如下：由欧拉屈曲梁来补偿电机本体的负刚度，通过调整原始长度为l、加入阈值载荷的欧拉屈曲梁中的弹性模量e、原始长度l、转动惯量i来近似电机的刚度分布，使得所述欧拉屈曲梁-板簧柔性导向机构产生与电机本体负刚度大小相近、方向相反的正刚度，得到近零刚度微纳电机。

技术总结
本发明公开了一种近零刚度微纳电机；该电机包括定子、动子和欧拉屈曲梁-板簧柔性导向机构，定子固定在基座上，与动子构成对称结构的电机本体，其对称轴和第一坐标轴垂直。动子包括多个第一铁芯和永磁体，定子包括多个第二铁芯和线圈，永磁体在第一、二铁芯及其间隙中形成偏置磁路，线圈通电后在第一、二铁芯及其间隙中形成变化磁路。在偏置和变化磁路的共同作用下，动子产生沿第一坐标轴的运动。欧拉屈曲梁-板簧柔性导向机构由多个欧拉屈曲梁和多个板簧组成，欧拉屈曲梁沿第一坐标轴、板簧沿第二坐标轴方向布置，第一、第二坐标轴相互垂直，且它们分别沿电机对称轴对称布置。本发明能实现电机的运动导向，同时全行程补偿电机的负刚度。负刚度。负刚度。


技术研发人员：徐云浪 苏新艺 郭亮 杨晓峰
受保护的技术使用者：复旦大学
技术研发日：2022.11.18
技术公布日：2023/3/21