[发明专利]一种电磁应力驱动的三自由度定位机构及控制方法

权利要求书

1.一种电磁应力驱动的三自由度定位机构，其特征在于：包括定位平台(1)、外壳(2)、底座(3)、四组水平对称布置的相同结构的电磁驱动单元以及具有柔性铰链的支撑块(9)；定位平台(1)固定在支撑块(9)上，支撑块(9)通过第一圆弧形柔性铰链(11)与位于支撑块(9)四个对角的定位台(10)连接，定位台(10)与底座(3)通过螺栓固连；支撑块(9)通过第二圆弧形柔性铰链(12)与位于支撑块(9)四边的夹持部件(13)固连，每个夹持部件(13)外侧留有凹槽，用于安装电磁驱动单元；外壳(2)置于底座(3)外围，与底座(3)接合处留有凹槽，安装电磁驱动单元；外壳(2)与底座(3)采用螺栓固定连接；

四组所述电磁驱动单元结构相同，每组电磁驱动单元包括永磁体(4)、运动部件(5)、C型铁芯(6)和励磁线圈(7)；运动部件(5)内侧安装在夹持部件(13)外侧的凹槽内，运动部件(5)左右两侧端面与C型铁芯(6)的伸出端内侧形成工作气隙(8)；励磁线圈(7)安装在C型铁芯(6)的伸出端上，永磁体(4)设置在C型铁芯(6)内并位于运动部件(5)外侧，C型铁芯(6)外侧安装在外壳(2)与底座(3)接合处的凹槽内；永磁体(4)、运动部件(5)、C型铁芯(6)和工作气隙(8)组成磁通回路，永磁体(4)产生静态偏置磁通，与励磁线圈(7)通电产生的动态励磁磁通叠加，该叠加磁通在运动部件(5)两侧的工作气隙(8)中产生电磁应力，使运动部件(5)沿工作气隙(8)的厚度方向运动，运动部件(5)的运动通过第一圆弧形柔性铰链(11)和第二圆弧形柔性铰链(12)传递到支撑块(9)，从而推动定位平台(1)；改变励磁线圈(7)的通电方式，使得四组电磁机构的运动部件(5)协同作动，则实现定位平台(1)沿x轴、y轴方向的平面移动与绕z轴方向的转动。

2.根据权利要求1所述的一种电磁应力驱动的三自由度定位机构，其特征在于：所述外壳(2)和底座(3)均采用硬铝合金材料。

3.根据权利要求1所述的一种电磁应力驱动的三自由度定位机构，其特征在于：所述永磁体(4)采用高剩磁与矫顽力的钕铁硼材料；所述运动部件(5)和C型铁芯(6)采用高磁导率的坡莫合金材料。

4.权利要求1至3任一项所述的一种电磁应力驱动的三自由度定位机构的控制方法，其特征在于：给C型铁芯(6)两个伸出端上的励磁线圈(7)输入相同的电流信号，通电的励磁线圈(7)产生励磁磁通，该励磁磁通方向随电流方向变化；励磁线圈(7)产生的动态励磁磁通叠加到永磁体(4)产生的静态偏置磁通上，该叠加磁通作用到运动部件(5)上，并在运动部件(5)上沿工作气隙(8)厚度方向产生电磁应力，推动运动部件(5)沿工作气隙(8)的厚度方向运动；当x方向对称的两组电磁驱动单元同时输入相位相反的电流信号，其运动部件(5)会沿y方向运动，并推动与运动部件(5)通过第二圆弧形柔性铰链(12)连接的支撑块(9)一起运动，与支撑块(9)固连的定位平台(1)进而完成一维y方向平面移动；给y方向对称的两组电磁驱动单元同时输入相位相反的电流信号，与之对应的运动部件(5)会沿x方向运动，并带动与运动部件(5)通过第二圆弧形柔性铰链(12)连接的支撑块(9)一起运动，与支撑块(9)固连的定位平台(1)进而完成一维x方向平面移动；当四组电磁驱动单元同时输入相位相同的电流信号，每个运动部件(5)会围绕支撑块(9)的中心协同作动完成绕z方向的旋转运动，并带动与运动部件(5)通过第二圆弧形柔性铰链(12)连接的支撑块(9)一起运动，与支撑块(9)固连的定位平台(1)进而完成绕z方向的旋转运动。