[发明专利]一种三自由度线性电磁作动器

说明书

本发明属于作动器领域，并具体公开了一种三自由度线性电磁作动器，其包括四个结构相同的作动器定子单元、一个作动器动子和三个位移传感器，四个作动器定子单元对称分布在作动器动子的上下左右侧，每个作动器定子单元均包括矩形定子铁芯、矩形永磁铁、两个C形定子铁芯和两组激励线圈，矩形定子铁芯粘接在永磁铁的S极，两个C形定子铁芯对称分布在永磁铁的两侧；作动器动子包括十字形动子铁芯，动子铁芯四个端部插入四个作动器定子单元的槽型结构中；三个位移传感器安装在作动器定子单元上，用于测定作动器动子的位移。本发明可有效解决作动器电磁力输出非线性的问题，具有线性化的输出特性以及多自由度驱动的能力。

技术领域

本发明属于电磁作动器领域，更具体地，涉及一种三自由度线性电磁作动器。

背景技术

镗刀是一种用于加工工件上的长孔的刀具，一般呈细长结构，细长的镗刀在加工过程中常常会因为其自身的低刚度而产生剧烈的振动，从而影响工件的加工精度与表面粗糙度。为了避免镗刀产生振动，一般采用被动式的方式进行减振，然而被动式减振方法所能取得的减振效果较为有限。

为了更好的抑制细长的镗刀在加工过程中产生的振动，有必要采用主动控制振动的方法提升刀具或工件的动态特性，例如设置适用于镗刀的作动器。然而目前市面上适用于镗刀振动控制的作动器产品较为稀少，电磁轴承作为一种用于控制镗刀振动的作动器产品，虽然可以安装在镗刀上，但其电磁力输出为非线性，而且不具备控制扭转振动的能力。因此，提出一种具有两个平动自由度与一个扭转自由度的线性化电磁作动器具有迫切的必要性。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种三自由度线性电磁作动器，其中结合作动器的应用场合，相应设计了适用于镗刀振动控制的作动器，并对其关键组件如作动器定子单元、作动器动子的结构及其具体设置方式进行研究和设计，相应的可有效解决作动器产品电磁力输出非线性的问题，具有线性化的输出特性以及多自由度驱动等优点。

为实现上述目的，本发明提出了一种三自由度线性电磁作动器，其包括四个结构相同的作动器定子单元、一个作动器动子和三个位移传感器，其中：

所述四个作动器定子单元对称分布在所述作动器动子的上下左右侧，每个所述作动器定子单元均包括矩形定子铁芯、矩形永磁铁、两个C形定子铁芯和两组激励线圈，所述矩形定子铁芯粘接在永磁铁的S极，所述两个C形定子铁芯对称分布在所述永磁铁的上下两侧，并且两个C形定子铁芯的一端分别与所述矩形定子铁芯的上下表面接触，而两个C形定子铁芯的另一端的端面与所述永磁铁的N极表面之间形成一槽型结构，所述两组激励线圈分别对应缠绕在所述两个C形定子铁芯上；

所述作动器动子为十字形对称式结构，其包括十字形动子铁芯，该十字形动子铁芯的中部设置有圆形通孔，并且其上下左右四个端部分别插入与其对应的所述四个作动器定子单元的所述槽型结构中，以此由所述十字形动子铁芯的一个端部与对应的一个作动器定子单元组成电磁作动器的一个磁路结构单元；所述三个位移传感器分别对应安装在分布在所述作动器动子的上下右侧的三个所述作动器定子单元上。

作为进一步优选的，所述作动器动子还包括均为十字形结构的动子骨架和动子压板，所述十字形动子铁芯设于所述动子骨架和动子压板之间，并且三者之间通过紧固件固定连接。

作为进一步优选的，所述作动器定子单元还包括定子外壳，每个所述作动器定子单元中的矩形定子铁芯、矩形永磁铁、两个C形定子铁芯和两组激励线圈均安装在对应的所述外壳之内。

作为进一步优选的，所述动子骨架的四个端部均设有突出的矩形块结构以作为所述位移传感器的检测对象。

作为进一步优选的，所述位移传感器通过夹具安装在作动器定子单元的外壳上。

作为进一步优选的，所述动子铁芯与对应的C形定子铁芯的磁极表面之间的间隙之和在作动器动子运动过程中保持不变。