[发明专利]混合驱动式多定子多自由度电机

说明书

本发明提供混合驱动式多定子多自由度电机，涉及多自由度电机技术领域。圆环柱状定子中设有转子，转子包括转子架，输出轴固定在转子架上，转子架外沿表贴若干永磁体，圆周面有若干的柱形永磁体；固定轴与输出轴通过滚珠结构连接在一起；固定轴内设有可检测转子位置和速度的传感器；固定轴下部与支撑材料相连，支撑材料为可实现伸缩并具有一定刚度的材料；转子的上方和下方均设有伸缩定子，伸缩定子上分布有驱动线圈，与柱形永磁体的位置数量相对应。本发明主要是解决传统多自由度电机体积庞大、精度低、效率差、自由度少和控制复杂的问题。具有结构简单、体积小、自由度多、响应速度快、控制简便精确多样、损耗低、用途广等特点。

技术领域

本发明涉及多自由度电动机技术领域。

背景技术

随着科学技术的进步和某些新型领域的发展，对电机精度、电机自由度、电机体积等要求越来越高，某些新兴领域不仅要求电机能够完成多自由度运动，而且对电机的体积也有了更为苛刻的要求，不但要求电机可以完成一定强度的运动，而且对体积和损耗都有了较为苛求的限制，而传统意义上的多自由度电机很难完成要求的指标，因此对于更精细、准确的多自由度电机研究显得十分重要。

多自由度电机作为近代新生的研究领域，拥有着十分广阔的前景和研究潜力。随着对多自由度电机的深入研究，到目前为止，多自由度电机理论逐渐丰满，近些年也涌现出了许许多多的新模型结构和理论。

目前现有的多自由度电机大多只能满足三自由度运动，即围绕Z轴进行的自转运动和围绕X、Y轴进行的一定程度偏转运动，但在某些特殊领域，如高精医学仪器、仿生眼等研究领域，往往需要电机能够完成一定程度的复杂的伸缩运动，即多自由度运动。但现有意义上的多自由度电机需要通过传动机构搭设来完成多自由度运动，传动机构本身的搭设具有复杂性，而且占地体积大，很难应用于一些对电机体积有要求的应用领域。因此，对于可以独立完成更多自由度运动电机的研究显得尤为重要。

发明内容

本发明要解决的问题是提供混合驱动式多定子多自由度电机，主要是解决传统多自由度电机体积庞大、精度低、效率差、自由度少和控制复杂的问题。本发明仅通过对定子上的驱动线圈施加不同的通电方案即可实现电机的多自由度运动，具有结构简单、体积小、自由度多、响应速度快、控制简便精确多样、损耗低、用途广等特点，为增加自由度提供了一个新思路。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：混合驱动式多定子多自由度电机，包括外壳，其特征在于，包括定子、转子；定子包括圆环柱状定子和伸缩定子；圆环柱状定子分为上下2层；圆环柱状定子内分布有若干个极靴和定子绕组；定子与外壳相固定；或定子均通过定子连接件与外壳相固定；圆环柱状定子中设有转子，转子包括转子架、固定轴，输出轴固定在转子架中心上面，转子架同圆周上掏空部分嵌入分布有若干的柱形永磁体，转子架外沿表贴若干N、S交替排布的永磁体；设有固定轴，固定轴与输出轴通过滚珠结构连接在一起，可万向转动；固定轴内设有可检测转子位置和速度的传感器；固定轴下部与支撑材料相连，支撑材料底部与电机底座相固定，支撑材料为可实现伸缩并具有一定刚度的材料，为转子的多自由度运动提供便利；转子的上方和下方均设有伸缩定子，伸缩定子上分布有线圈轭及驱动线圈；伸缩定子的位置数量与转子架上的柱形永磁体的位置数量相对应；通过对定子绕组和驱动线圈不同的通电策略，完成输出轴的多自由度运动。

优选的，所述圆环柱状定子为空心结构，圆环柱状定子内环具有凹球面结构；转子架外沿的永磁体具有凸球面结构。

优选的，所述滚珠结构包括球形轴头的固定轴，球形轴头外周设有若干滚珠及其轴承架。

优选的，所述转子架上的柱形永磁体为5个均布，上方和下方伸缩定子共10个；所述圆环柱状定子内有12个极靴和定子绕组均布；定子绕组和驱动线圈缠绕着匝数可变线圈。

优选的，所述支撑材料为记忆合金材料。

优选的，所述记忆合金材料为Fe-Mn-Si或Fe-Mn-Si-Cr记忆合金。