[发明专利]多自由度旋转与线性复合运动电机

说明书

本发明提供了一种多自由度旋转与线性复合运动电机，涉及多自由度电机技术领域。包括多自由度旋转电机，其特征在于所述多自由度旋转电机的输出轴即为线性电机的初级，初级和线性电机的次级相适配，初级和次级之间设有相对运动导向机构，次级设有输出结构。本发明解决了现有技术中存在的体积大结构复杂控制不方便等技术问题，该复合电机具有结构简单紧凑、响应速度快、运行精度高、磨损小、输出转矩大、输出推力强，静态和动态性能好的特点。

技术领域

本发明涉及多自由度电动机技术领域。

背景技术

在很多应用场合下如果要实现多自由度运动，只能通过对多个单自由度电机的机械组合来完成，这样不仅增大了电机整体的体积，而且会产生很强的耦合效应，给电机的控制带来很大的困难。

多自由度电机的出现解决了上述问题，多自由度电机可以在一定程度上使电机输出轴在多个方向运动，但是一般的多自由度电机只能进行自转及偏转运动，在自动化工厂或者机器人控制等领域不仅需要运动机械能够实现自转及偏转运动，同时对直线运动也有很大需求。如果要实现自转、偏转及直线复合运动，传统的解决方案只能通过机械装置直接连接多自由度电机与直线电机，这样不仅增大机械误差而且体积较大，不利于实现高速高精度的定位，在一些对精度要求较高的场合往往不能满足要求。因此，为了解决以上问题，提出一种结构紧凑、定位精度高、输出转矩大、推力密度高、具备复合运动功能的多自由度电机具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多自由度旋转与线性复合运动电机，以解决现有技术中存在的体积大结构复杂控制不方便等技术问题，该复合电机具有结构简单紧凑、响应速度快、运行精度高、磨损小、输出转矩大、输出推力强，静态和动态性能好的特点。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：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，其特征在于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，初级和线性电机结构的次级相适配，初级和次级之间设有相对运动导向机构，次级设有输出结构法兰盘。

优选的，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：所述线性电机为大推力线性电机，所述初级上分布有初级绕组，或初级绕组和永磁体；所述的次级内侧分布有次级永磁体，构成一对初级和次级运动副；所述初级和次级运动副有2对以上，或者初级和次级运动副结合面的横截面为闭合图形；次级分布在初级的周围；通过控制运动副初级上的初级绕组的电流，使运动副作相对运动，产生大推力和转矩。

优选的，所述2对以上运动副构成平面结合型或曲面结合型。

优选的，所述初级轴线为直线，所述2对以上运动副结构及推力关于初级轴直线为对称。

优选的，所述2对以上运动副为3个，其结构为：所述初级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和初级绕组，次级的凸面与初级凹面相对，其上分布有多个次级永磁体，通过增大初级铁心与次级永磁体的相对面积增大了直线运动的推力；所述次级工作时的速度和位置通过无传感器方案得到。

优选的，初级和次级之间设有相对运动导向机构，所述初级的每个凸面内镶嵌有两列滚珠第一列滚珠和第二列滚珠，初级的凸面与次级的凹面相对，次级的每个凹面内分布有两列导槽第一列导槽和第二列导槽,第一列导槽与第一列滚珠对应，第二列导槽和第二列滚珠对应，初级与次级之间通过第一列滚珠和第二列滚珠连接，可以有效减小摩擦并起到机械限位的作用；

优选的，所述次级下端设置有三个次级底部插销，次级底部插销通过插销与次级固定螺孔利用螺栓固定在次级上。

优选的，所述初级的下端设置有6个初级绕组外部电源引线孔，初级绕组通过初级底部的初级绕组外部电源引线孔和外部电源连接；