[发明专利]多自由度旋转与线性复合运动电机

权利要求书

1.多自由度旋转与线性复合运动电机，包括多自由度旋转电机结构，所述多自由度旋转电机结构的输出轴即为线性电机结构的初级(1)，初级(1)和线性电机结构的次级(3)相适配，初级(1)和次级(3)之间设有相对运动导向机构，次级(3)设有输出结构；

所述初级(1)上分布有初级绕组(15)，或初级绕组(15)和永磁体；所述的次级(3)内侧分布有次级永磁体(8)，构成一对初级(1)和次级(3)运动副；所述初级(1)和次级(3)运动副有2对以上，次级(3)分布在初级(1)的周围；

其特征在于，所述2对以上运动副构成曲面结合型；

所述2对以上运动副为3个，其结构为：所述初级(1)沿圆周方向分布有三个凹面和三个小凸面，凹面内分布有初级铁心(14)和初级绕组(15)；次级(3)的凸面与初级(1)凹面相对，其上分布有多个次级永磁体(8)，通过增大初级铁心(14)与次级永磁体(8)的相对面积增大了直线运动的推力；所述次级(3)工作时的速度和位置通过无传感器方案得到。

2.如权利要求1所述的多自由度旋转与线性复合运动电机，其特征在于：初级(1)和次级(3)之间设有相对运动导向机构，所述初级(1)的每个凸面内镶嵌有第一列滚珠(13a)和第二列滚珠(13b)，初级(1)的凸面与次级(3)的凹面相对，次级(3)的每个凹面内分布有第一列导槽(16a)和第二列导槽(16b)分别与初级(1)的第一列滚珠(13a)和第二列滚珠(13b)对应，初级(1)与次级(3)之间通过第一列滚珠(13a)和第二列滚珠(13b)连接可以有效减小摩擦并起到机械限位；

所述次级(3)下端设置有三个次级底部插销(18)，次级底部插销(18)通过插销与次级固定螺孔(2d)利用螺栓固定在次级(3)上；

所述初级(1)的下端设置有6个初级绕组外部电源引线孔(25)，初级绕组(15)通过初级(1)底部的初级绕组外部电源引线孔(25)和外部电源连接。

3.如权利要求1或2所述的多自由度旋转与线性复合运动电机，其特征在于：所述的多自由度旋转电机包括机壳(7)、定子(11)、转子(12)，所述定子(11)包括定子铁心(21)、定子绕组(22)和磁敏传感器(17)，所述定子(11)具有凹球面状，通过定子与机壳固定螺栓(2e)固定在所述电机机壳(7)底部；磁敏传感器(17)通过相应的检测电路测量转子的位置和速度，实现闭环控制；所述转子(12)上端与球轴承(9)连接，下端呈凸球面状；所述转子(12)下端的表面呈凸球面状，下端表面分布有四片转子永磁体(20)，转子永磁体(20)呈凸球面状；所述相邻转子永磁体(20)充磁方向相反，使转子(12)能够实现自转及偏转运动。

4.如权利要求3所述的多自由度旋转与线性复合运动电机，其特征在于：所述检测电路包括外部电源、信号采集电路和DSP数字控制器。

5.如权利要求4所述的多自由度旋转与线性复合运动电机，其特征在于：次级(3)工作时的速度和位置通过无传感器方案得到，无传感器方案由外部电流传感器、信号采集电路和DSP数字控制器实现。

6.如权利要求5所述的多自由度旋转与线性复合运动电机，其特征在于：无传感器方案包括外部电流传感器、信号采集电路和DSP数字控制器，与初级(1)相连的外部电流传感器与信号采集电路相连，信号采集电路和DSP数字控制器相连，DSP数字控制器与线性电机驱动器相连，线性电机驱动器的输出与初级绕组(15)相连；检测电路中的DSP数字控制器和无传感器方案中的DSP数字控制器输出控制信号，协同控制卡接收两者的控制信号，最后通过协同控制卡内置的协调控制算法协调多自由度运动和线性运动。