CN105449965A - 能在较高温度环境下实施转动驱动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种能在较高温度环境下实施转动驱动装置，其中，转动轴定子与转动轴动子同轴或非同轴设置；定子磁体与动子磁体的相对端面能够在错位位置与非错位位置之间相对转动。本发明中：定子和动子可设置在同一轴线方向上，实现了轴径向尺寸的缩小；线圈磁轭和转子磁吸力体可为导磁材料体，从而不同于永磁体，可在较高温度下使用；转子磁轭铁可为多个小单元体嵌入转子结构体槽中，这样可根据单个柱体及其组合，可以方便实现轭铁在转动方向上尺寸的大小调整；将多个定子转子对以串联形式组合，能够使转动输出力矩成倍增加；定子中线圈为两个线圈组成时，通过对这两个线圈交替通电，并作用于与之相邻的动子，能够实现往复转动。
Description
技术领域
本发明涉及驱动器技术，具体地，涉及能在较高温度环境下实施转动驱动装置。
背景技术
精密可控转动驱动装置主要应用于机构空间位置的调整以及目标物体的跟踪，柔性结构的振动主动控制。通过控制子部件的转动，来实现机构空间位置的调整，进而实现对目标物体的跟踪以及柔性结构振动的主动控制。现有的转动驱动装置，主要是旋转电机，这种机构自身结构较为复杂，且常需要与其他传动部件组合来进行运动的控制，效率较低，响应速度较慢。特别的，在体积受限的情况下，往往无法提供较大的驱动扭矩，无法满足现代工业对于微型精密驱动控制及定位的需求。
现有转轴的转动轴定子与转动轴动子之间只能非同轴设置，导致轴径向尺寸较大，且在高温下永磁体会发生退磁，导致驱动效果会因高温下降而不能工作。
目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种能在较高温度环境下实施转动驱动装置。
根据发明提供的一种能在较高温度环境下实施转动驱动装置，包括：转动轴定子、转动轴动子、定子磁体、动子磁体；
转动轴定子与转动轴动子同轴或非同轴设置；
定子磁体设置在转动轴定子上，动子磁体设置在转动轴动子上；
定子磁体与动子磁体相互作用形成磁路结构；
定子磁体与动子磁体的相对端面能够在错位位置与非错位位置之间相对转动；其中，当位于错位位置时，所述磁路结构中的磁通量较小，当位于非错位位置时，所述磁路结构中的磁通量较大。
优选地，定子磁体与动子磁体之间的磁力驱使定子磁体与动子磁体的相对端面之间由错位位置转动至非错位位置；
当位于非错位位置时，定子磁体与动子磁体的相对端面之间在轴向上重合或不完全重合；
定子磁体端部和与定子磁体端部相对的动子磁体端部的端面间距沿转轴轴向存在一个以上间距阶梯或间距梯度变化，形成因间距或梯度间距不同的磁场吸力差异。
优选地，定子磁体和/或动子磁体的磁轭为：导磁材料体或永磁体；
导磁材料体的数量为一个或多个；
永磁体的数量为一个或多个；
定子磁体与动子磁体的相对端面的形状和结构材料，采用如下任一种或任两种形状：
-由导磁材料构成的L形；
-由导磁材料构成的Z形；
-由导磁材料、非导磁材料与永磁材料构成的圆形；
-由导磁材料与永磁材料构成的圆形；
-由非导磁材料与永磁材料构成的圆形；
-由导磁材料或永磁材料构成的扇形。
优选地，转动轴定子的一侧或两侧设置有转动轴动子；
转动轴动子的数量为一个，或者多个转动轴动子串联在转轴上；
转动轴定子的数量为一个，或者多个转动轴定子串联在转轴上。
优选地，定子磁体、动子磁体采用导磁体、永磁体或者电磁体；
转动轴定子的两端分别设置有定子磁体；
分别位于转动轴定子两端的定子磁体之间同轴或非同轴设置。
优选地，设置在转动轴定子一端的定子磁体记为定子磁体A1，与定子磁体A1相互作用形成磁路结构的动子磁体记为动子磁体B1；
设置在转动轴定子另一端的定子磁体记为定子磁体A2，与定子磁体A2相互作用形成磁路结构的动子磁体记为动子磁体B2；
当定子磁体A1与动子磁体B1的相对端面之间位于错位位置时，定子磁体A2与动子磁体B2的相对端面之间位于非错位位置；
当定子磁体A1与动子磁体B1的相对端面之间位于非错位位置时，定子磁体A2与动子磁体B2的相对端面之间位于错位位置。
优选地，通过转动轴定子两端的线圈、或者位于转动轴定子两侧的转动轴转子上的线圈交替通电，使得如下磁力作用交替进行：
-定子磁体A1对动子磁体B1施加磁力；
-定子磁体A2对动子磁体B2施加磁力。
优选地，还包括复位机构和/或保持机构；
复位机构驱使定子磁体与动子磁体的相对端面之间转动到错位位置；
保持机构在定子磁体停止对动子磁体施加磁力时，使定子磁体与动子磁体的相对端面之间保持在非错位位置。
优选地，复位机构包括如下装置中的任一个或任多个装置：
-铰簧；
-扭簧。
优选地，保持机构包括永磁体和/或弹性卡槽，其中，永磁体或弹性卡槽设置在转动轴定子，或者永磁体或弹性卡槽设置在框架上，其中，转动轴定子与转动轴动子安装在框架内。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明在结构上，电磁线圈(定子)和转动体(动子)可设置在同一轴线方向上，使得制造和装备简化，并且在多个动子定子对串联时更为容易，实现轴径向尺寸的缩小，进而使整体体积减小；
2、本发明中线圈磁轭和转子磁吸力体可为导磁材料体，从而不同于永磁体，可在较高温下使用防止采用永磁体时高温下退磁，驱动效果因高温下降而不能工作。
3、本发明中转子磁轭铁可为多个小单元体(如铁磁圆柱组合)嵌入转子结构体槽中，这样可根据单个柱体及其组合，可以方便实现轭铁在转动方向上尺寸的大小调整，从而方便设置转动角度的大小(单个柱体面积大或组合个数多，则磁轭表面面积大)转动可重合面积大(由磁通面积小到最磁通面积大的转动程度大)，因而，转动角度大；反之，转动角度可以调小。
4、本发明中定子的两侧可以分别设置转子，以及将多个定子转子对以串联形式组合，都使转动输出力矩成倍增加。
5、本发明中定子中线圈为两个线圈组成时，通过对这两个线圈交替通电，并作用于与之相邻的动子，能够实现往复转动，而不需要弹簧等复位部件。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明第一实施例中能在较高温度环境下实施转动驱动装置的结构示意图。
图2至图5为动子磁体端面和定子磁体端面的四种不同的组配形式。
图6为本发明第二实施例中能在较高温度环境下实施转动驱动装置的结构示意图。
图7为本发明第三实施例中能在较高温度环境下实施转动驱动装置的结构示意图。
图8、图9为本发明第四实施例中能在较高温度环境下实施转动驱动装置的结构示意图。
图10为动子磁体的轭铁或定子磁体的轭铁不同角度的结构对照示意图。
图中：
1-转动轴动子
2-转动轴定子
3-动子磁体
301-动子磁体的轭铁
302-动子磁体的线圈
303-动子磁体B1
304-动子磁体B2
4-定子磁体
401-定子磁体的轭铁
402-定子磁体的线圈
403-定子磁体A1
404-定子磁体A2
5-框架
6-转轴
7-复位机构
8-保持机构
9-加磁场H时磁力线
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
在本发明的基础实施例中，本发明提供的一种能在较高温度环境下实施转动驱动装置，包括：转动轴定子、转动轴动子、定子磁体、动子磁体；转动轴定子与转动轴动子同轴或非同轴设置，优选地为同轴设置，从而使得制造和装备简化，多个串联时较为容易实现，且使得轴径向尺寸缩小，而使整体体积减小；定子磁体设置在转动轴定子上，动子磁体设置在转动轴动子上；定子磁体与动子磁体相互作用形成磁路结构；定子磁体与动子磁体的相对端面能够在错位位置与非错位位置之间相对转动；其中，当位于错位位置时，所述磁路结构中的磁通量较小，当位于非错位位置时，所述磁路结构中的磁通量较大；定子磁体与动子磁体之间的磁力驱使定子磁体与动子磁体的相对端面之间由错位位置转动至非错位位置；当位于非错位位置时，定子磁体与动子磁体的相对端面之间在轴向上重合或不完全重合。
值得注意的是：定子磁体端部和与定子磁体端部相对的动子磁体端部的端面间距沿转轴轴向存在一个以上间距阶梯或间距梯度变化，形成因间距或梯度间距不同的磁场吸力差异，具体地，作为优选的方式，定子磁体端部和与定子磁体端部相对的动子磁体端部的端面之间，间距不是处处相等，即构成间距差异(例如端面采用L形或Z形骨架)，从而使得转动轴定子与转动轴动子可以同轴设置。
定子磁体和/或动子磁体的磁轭为：导磁材料体或永磁体；其中，磁轭优选为导磁材料体，从而可以确保在高温下使用时不会因高温下退磁导致驱动效果降低。导磁材料体的数量为一个或多个；永磁体的数量为一个或多个；定子磁体与动子磁体的相对端面的形状，采用如下任一种或任两种形状和结构材料：
-由导磁材料构成的L形；
-由导磁材料构成的Z形；
-由导磁材料、非导磁材料与永磁材料构成的圆形；
-由导磁材料与永磁材料构成的圆形；
-由非导磁材料与永磁材料构成的圆形；
-由导磁材料或永磁材料构成的扇形；
其中，当端面呈“L”形或呈“Z”形骨架时，将致使定子磁体和动子磁体的相对端面间距产生差异，从而使磁轭铁相对部分间距较小产生较大磁吸力，间距较大部分产生较小磁场力，而产生磁吸力差，进而使转子带动刚性连接的转轴同步转动。
第一实施例
图1为本发明第一实施例中能在较高温度环境下实施转动驱动装置的结构示意图。第一实施例为上述基础实施例的优选例。在本实施例中，转动轴定子的一侧设置有转动轴动子；转动轴定子的数量为一个。复位机构驱使动子磁体与定子磁体的相对端面之间转动到错位位置。复位机构可以是铰簧或者扭簧。如图1所示，图1中的虚线标注出的为转动轴定子固定位置环节，该固定方式可以采用过盈配合，或者通过螺钉等紧固件紧固连接。
动子磁体与定子磁体的相对端面的形状可以采用多种方式，如图2至图5所示，为定子磁体端面和动子磁体端面的四种不同的组配形式，其中，虚线表示动子磁体的端面。如图2所示，动子磁体与定子磁体的相对端面均为扇形。如图3所示，定子磁体的端面由多个铁芯柱的圆形端面构成，动子磁体的端面为扇形。如图4所示，定子磁体的端面由多个线圈构成，动子磁体的端面为扇形。如图5所示，定子磁体的端面由多个铁芯柱的圆形端面构成，动子磁体的端面由多个线圈构成。
如图1所示，转动轴动子朝向纸面右侧的面上设置有环形或沿周向延伸一定长度的插槽，动子磁体插在插槽内实现装配，进而可以方便、快捷的调整磁场。再如图10所示，图10中的阴影块表示定子磁体的轭铁或者动子磁体的轭铁，现以定子磁体的轭铁为例，定子磁体的轭铁由具有较大端面的扇形轭铁与具有较小端面的圆柱轭铁构成，从而在获得较大端面面积的情况下能够通过调整圆柱轭铁在扇形轭铁上的位置得到不同的磁轭形成的初始磁路结构和磁力相对作用面位置，其中，可以图1示出的方式，在扇形轭铁上设置槽，圆柱轭铁能够插入到该槽的任意位置处。更为具体地，轭铁可以替换为采用其它导磁材料，也可以采用耐高温永磁体。例如，扇形轭铁可以替换为采用永磁体构成，圆柱轭铁采用铁磁体构成。
第二实施例
图6为本发明第二实施例中能在较高温度环境下实施转动驱动装置的结构示意图。第二实施例为上述基础实施例的优选例。在本实施例中，转动轴定子的两侧均设置有转动轴动子；转动轴定子的两端分别设置有定子磁体；分别位于转动轴定子两端的定子磁体之间同轴设置。设置在转动轴定子一端的定子磁体记为定子磁体A1，与定子磁体A1相互作用形成磁路结构的动子磁体记为动子磁体B1；设置在转动轴定子另一端的定子磁体记为定子磁体A2，与定子磁体A2互作用形成磁路结构的动子磁体记为动子磁体B2；
当定子磁体A1与动子磁体B1的相对端面之间位于错位位置、非错位位置时，定子磁体A2与动子磁体B2的相对端面之间分别位于错位位置、非错位位置；从而增大了磁力的大小。
第三实施例
图7为本发明第三实施例中能在较高温度环境下实施转动驱动装置的结构示意图。第三实施例为上述基础实施例的优选例。在本实施例中，多个转动轴定子串联在转轴上，并相应配置多组转动轴动子，从而提高了转轴输出力矩的大小，提供了更大的驱动力。
第四实施例
图8、图9为本发明第四实施例中能在较高温度环境下实施转动驱动装置的结构示意图。第四实施例为上述基础实施例的优选例。在本实施例中，转动轴定子的两侧均设置有转动轴动子；转动轴定子的两端分别设置有定子磁体；分别位于转动轴定子两端的定子磁体之间非同轴设置。设置在转动轴定子一端的定子磁体记为定子磁体A1，与定子磁体A1相互作用形成磁路结构的动子磁体记为动子磁体B1；设置在转动轴定子另一端的定子磁体记为定子磁体A2，与定子磁体A2互作用形成磁路结构的动子磁体记为动子磁体B2；
当定子磁体A1与动子磁体B1的相对端面之间位于错位位置时，定子磁体A2与动子磁体B2的相对端面之间分别位于非错位位置；当定子磁体A1与动子磁体B1的相对端面之间位于非错位位置时，定子磁体A2与动子磁体B2的相对端面之间分别位于错位位置；通过转动轴定子两端的线圈、或者位于转动轴定子两侧的转动轴转子上的线圈交替通电，使得如下磁力作用交替进行，实现了转轴的往复转动：
-动子磁体B1对定子磁体A1施加磁力；
-动子磁体B2对定子磁体A2施加磁力。
其中，保持机构在动子磁体停止对定子磁体施加磁力时，使动子磁体与定子磁体的相对端面之间保持在非错位位置。保持机构包括永磁体，其中，永磁体设置在转动轴动子，或者永磁体设置在框架上，其中，转动轴动子与转动轴定子安装在框架内。在一个变化例中，为了使本发明耐更高的温度(避免永磁体高温退磁而导致起不到保持作用)，可以将保持机构中的永磁体替换为采用弹性卡槽，该弹性卡槽能够将转动轴动子与转动轴定子卡在非错位位置，当受到激励后，激励生成的磁力能够克服弹性卡槽的阻碍使得转动轴动子与转动轴定子通过脱离弹性卡槽实现相对转动。
更为具体地，以均为电磁体的定子磁体A1、定子磁体A2中的线圈交替通电为例。初始时图8、图9中左端的动子、定子磁轭铁端面相对端面错位(处于动、定子磁轭铁端面相对面积较小情况或最小情况)；右端的动子、定子磁轭铁端面相对端面不错位(处于动、定子磁轭铁端面相对面积较大或最大情况)。此时，给左端的线圈通电，右端的不通电，则左端的转子有向定子(定子固定不动)轭铁面靠近转动的趋势(使磁通截面变大的趋势)而转动至左端的动、定子轭铁面最大程度靠近停止；此过程中，由于中心轴同步转动而带动右端定子同步转动，致使右端初始转子、定子轭铁端面最大程度重合状态变为错位状态，至此完成一个正时针方向的一个角度转动，如图8所示。然后，对右边线圈通电，左边线圈断电，则完成一个逆时针方向的一个角度的复位回转，如图9所示。这样交替对两个线圈通电，就会产生往复可控转动。磁转动过程中的回位可以不用回力弹簧(当然，为了增加回位效果也可以同时加装复位弹簧)，转动角度可以通过两个线圈中分别通入不同强度的电流进行调整控制。在转子转动终止位置，在定子或结构框架上与动子轭铁之间，设置永磁铁，而使左边和右边的转子轭铁在转动终止位置与永磁铁吸合，而使转子位置断电保持，从而使转动动作具有到位后位置断电(不耗电)保持功能。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种能在较高温度环境下实施转动驱动装置，其特征在于，包括：转动轴定子、转动轴动子、定子磁体、动子磁体；
转动轴定子与转动轴动子同轴或非同轴设置；
定子磁体设置在转动轴定子上，动子磁体设置在转动轴动子上；
定子磁体与动子磁体相互作用形成磁路结构；
定子磁体与动子磁体的相对端面能够在错位位置与非错位位置之间相对转动；其中，当位于错位位置时，所述磁路结构中的磁通量较小，当位于非错位位置时，所述磁路结构中的磁通量较大。
2.根据权利要求1所述的能在较高温度环境下实施转动驱动装置，其特征在于，定子磁体与动子磁体之间的磁力驱使定子磁体与动子磁体的相对端面之间由错位位置转动至非错位位置；
当位于非错位位置时，定子磁体与动子磁体的相对端面之间在轴向上重合或不完全重合；
定子磁体端部和与定子磁体端部相对的动子磁体端部的端面间距沿转轴轴向存在一个以上间距阶梯或间距梯度变化，形成因间距或梯度间距不同的磁场吸力差异。
3.根据权利要求1所述的能在较高温度环境下实施转动驱动装置，其特征在于，定子磁体和/或动子磁体的磁轭为：导磁材料体或永磁体；
导磁材料体的数量为一个或多个；
永磁体的数量为一个或多个；
定子磁体与动子磁体的相对端面的形状和结构材料，采用如下任一种或任两种形状：
-由导磁材料构成的L形；
-由导磁材料构成的Z形；
-由导磁材料、非导磁材料与永磁材料构成的圆形；
-由导磁材料与永磁材料构成的圆形；
-由非导磁材料与永磁材料构成的圆形；
-由导磁材料或永磁材料构成的扇形。
4.根据权利要求1所述的能在较高温度环境下实施转动驱动装置，其特征在于，转动轴定子的一侧或两侧设置有转动轴动子；
转动轴动子的数量为一个，或者多个转动轴动子串联在转轴上；
转动轴定子的数量为一个，或者多个转动轴定子串联在转轴上。
5.根据权利要求4所述的能在较高温度环境下实施转动驱动装置，其特征在于，定子磁体、动子磁体采用导磁体、永磁体或者电磁体；
转动轴定子的两端分别设置有定子磁体；
分别位于转动轴定子两端的定子磁体之间同轴或非同轴设置。
6.根据权利要求5所述的能在较高温度环境下实施转动驱动装置，其特征在于，设置在转动轴定子一端的定子磁体记为定子磁体A1，与定子磁体A1相互作用形成磁路结构的动子磁体记为动子磁体B1；
设置在转动轴定子另一端的定子磁体记为定子磁体A2，与定子磁体A2相互作用形成磁路结构的动子磁体记为动子磁体B2；
当定子磁体A1与动子磁体B1的相对端面之间位于错位位置时，定子磁体A2与动子磁体B2的相对端面之间位于非错位位置；
当定子磁体A1与动子磁体B1的相对端面之间位于非错位位置时，定子磁体A2与动子磁体B2的相对端面之间位于错位位置。
7.根据权利要求6所述的能在较高温度环境下实施转动驱动装置，其特征在于，通过转动轴定子两端的线圈、或者位于转动轴定子两侧的转动轴转子上的线圈交替通电，使得如下磁力作用交替进行：
-定子磁体A1对动子磁体B1施加磁力；
-定子磁体A2对动子磁体B2施加磁力。
8.根据权利要求1所述的能在较高温度环境下实施转动驱动装置，其特征在于，还包括复位机构和/或保持机构；
复位机构驱使定子磁体与动子磁体的相对端面之间转动到错位位置；
保持机构在定子磁体停止对动子磁体施加磁力时，使定子磁体与动子磁体的相对端面之间保持在非错位位置。
9.根据权利要求8所述的能在较高温度环境下实施转动驱动装置，其特征在于，复位机构包括如下装置中的任一个或任多个装置：
-铰簧；
-扭簧。
10.根据权利要求8所述的能在较高温度环境下实施转动驱动装置，其特征在于，保持机构包括永磁体和/或弹性卡槽，其中，永磁体或弹性卡槽设置在转动轴定子，或者永磁体或弹性卡槽设置在框架上，其中，转动轴定子与转动轴动子安装在框架内。
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