CN107733143B - 一种基于屈曲梁的双稳态永磁舵机及作动方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于屈曲梁的双稳态永磁舵机及作动方法，该双稳态永磁舵机由两个对称的永磁体，中心转轴，转子以及其上绕成的线圈，双稳态机构，外磁轭，底座和轴承构成；永磁体N、S极相对设置，中心转轴一端连接转子和双稳态屈曲梁，另一端连接轴承，轴承安装于底座中；利用通电线圈在磁场中受力，带动转子和中心转轴旋转，再利用屈曲梁的双稳态特性，输出双稳态的角度输出；本发明结构简单，能够实现双向驱动负载，只需在切换偏转角时通电，具有低能耗的特点。

Description

一种基于屈曲梁的双稳态永磁舵机及作动方法
技术领域
本发明涉及一种舵机，具体涉及一种基于屈曲梁的双稳态永磁舵机及作动方法。
背景技术
永磁机构运动零部件少，结构简单，可靠性高，符合人们对舵机性能逐步提高的要求：结构紧凑、体积小、质量轻，而传统的舵机机构却存在着结构复杂、质量与体积大、难以控制等诸多缺点。现有的永磁机构技术中，多用电磁线圈驱动衔铁作直线运动，再将直线运动转化为旋转运动，因而，需要结构简单、体积精小、电磁直驱的永磁舵机。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于屈曲梁的双稳态永磁舵机及作动方法，利用通电线圈在磁场中受力，带动转子和转轴旋转，利用屈曲梁的双稳态特性，输出双稳态的角度输出。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于屈曲梁的双稳态永磁舵机，包括底座6，设置在底座6内的轴承，旋转的设置在底座6上的外磁轭5，外磁轭5内部设置有中心转轴3，中心转轴3底部连接底座6内的轴承，中心转轴3顶部连接转子2，转子2上绕有线圈7，中心转轴3顶部两侧连接双稳态机构4；双稳态机构4由对称的屈曲梁4-1和质量块4-2组成，并紧固安装于中心转轴3上，屈曲梁4-1用于连接质量块4-2与中心转轴3和外磁轭5；所述外磁轭5上部位于转子2的两侧设置有第一永磁体1-1和第二永磁体1-2，第一永磁体1-1和第二永磁体1-2的N、S极相对设置，外磁轭5与第一永磁体1-1和第二永磁体1-2共同构成定子。
所述双稳态机构与4外磁轭5为一体化加工而成。
所述外磁轭5上部设有凹槽，凹槽内安装第一永磁体1-1和第二永磁体1-2；外磁轭5下部设有支撑柱，安装于底座6的孔中。
安装时，施加预压力使双稳态机构4的屈曲梁4-1处于其中一个稳态的受压屈曲状态。
所述外磁轭5由导磁材料制成；所述中心转轴3和转子2由不导磁材料制成。
所述的基于屈曲梁的双稳态永磁舵机的作动方法，开始作动时，向线圈7通入某一方向的电流，在由第一永磁体1-1和第二永磁体1-2生成的磁场中受力实现从一个稳态到另一个稳态的旋转，并在双稳态机构4的作用下，实现一个稳态到另一个稳态的转换；通入反方向电流，能够实现反方向的旋转，实现舵机在两个稳态的切换。
安装时，应使双稳态机构4的屈曲梁4-1处于其中一个稳态的受压屈曲状态。利用通电线圈7在磁场中受力，根据通入电流方向的不同，能够实现双向的角度输出，并带动转子2和中心转轴3一起旋转。屈曲梁4-1受压屈曲后存在方向相反的两个屈曲状态，能够使旋转输出具有双稳态性质，实现双稳态的角度输出。
和现有技术相比，本发明具有如下优点：
1)本发明结构紧凑，便于实现小体积、小质量设计。
2)本发明中，由于屈曲状态属于稳态，因此不需要施加外界能量即可保持当前状态，只需在切换偏转角时通电，具有低能耗的特点。
3)本发明中，由电磁力直接驱动舵机转动，大大提高了传动效率和可靠性。
附图说明
图1为本发明立体示意图(省略线圈)。
图2为本发明平面示意图。
图3为本发明的双稳态机构示意图。
图4(1)为本发明的双稳态机构的一个双稳态示意图。
和图4(2)为本发明的双稳态机构的另一个双稳态示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
如图1，图2所示，本发明一种基于屈曲梁的双稳态永磁舵机，包括：第一永磁体1-1，第二永磁体1-2，中心转轴3，转子2以及其上绕成的线圈7，双稳态机构4，外磁轭5，底座6和轴承。第一永磁体1-1和第二永磁体1-2的N、S极相对设置，中心转轴3一端连接转子2和双稳态机构4，另一端连接轴承，轴承安装于底座6中；外磁轭5上部设有凹槽，便于第一永磁体1-1和第二永磁体1-2的安装；外磁轭5下部设有支撑柱，安装于底座6的孔中；双稳态机构与4外磁轭5为一体化加工而成，外磁轭5固定于底座6上，外磁轭5与固定于其上的第一永磁体1-1和第二永磁体1-2共同构成定子。如图3所示，双稳态机构4由对称的屈曲梁4-1和质量块4-2组成，并紧固安装于中心转轴3上。
线圈7绕法如图2所示。安装时，应使双稳态机构4的屈曲梁4-1处于其中一个稳态的受压屈曲状态。
如图4(1)和图4(2)所示，开始作动时，向线圈7通入某一方向的电流，在由第一用磁体1-1和第二永磁体1-2生成的磁场中受力实现从一个稳态到另一个稳态的旋转，并在双稳态机构4的作用下，实现一个稳态到另一个稳态的转换；通入反方向电流，能够实现反方向的旋转，实现舵机在两个稳态的切换。

Claims (6)

1.一种基于屈曲梁的双稳态永磁舵机，其特征在于：包括底座(6)，设置在底座(6)内的轴承，旋转的设置在底座(6)上的外磁轭(5)，外磁轭(5)内部设置有中心转轴(3)，中心转轴(3)底部连接底座(6)内的轴承，中心转轴(3)顶部连接转子(2)，转子(2)上绕有线圈(7)，中心转轴(3)顶部两侧连接双稳态机构(4)；双稳态机构(4)由对称的屈曲梁(4-1)和质量块(4-2)组成，并紧固安装于中心转轴(3)上，屈曲梁(4-1)用于连接质量块(4-2)与中心转轴(3)和外磁轭(5)；所述外磁轭(5)上部位于转子(2)的两侧设置有第一永磁体(1-1)和第二永磁体(1-2)，第一永磁体(1-1)和第二永磁体(1-2)的N、S极相对设置，外磁轭(5)与第一永磁体(1-1)和第二永磁体(1-2)共同构成定子。
2.根据权利要求1所述的一种基于屈曲梁的双稳态永磁舵机，其特征在于：所述双稳态机构(4) 与外磁轭(5)为一体化加工而成。
3.根据权利要求1所述的一种基于屈曲梁的双稳态永磁舵机，其特征在于：所述外磁轭(5)上部设有凹槽，凹槽内安装第一永磁体(1-1)和第二永磁体(1-2)；外磁轭(5)下部设有支撑柱，支撑柱安装于底座(6)的孔中。
4.根据权利要求1所述的一种基于屈曲梁的双稳态永磁舵机，其特征在于：安装时，施加预压力使双稳态机构(4)的屈曲梁(4-1)处于其中一个稳态的受压屈曲状态。
5.根据权利要求1所述的一种基于屈曲梁的双稳态永磁舵机，其特征在于：所述外磁轭(5)由导磁材料制成；所述中心转轴(3)和转子(2)由不导磁材料制成。
6.权利要求1至5任一项所述的基于屈曲梁的双稳态永磁舵机的作动方法，其特征在于：开始作动时，向线圈(7)通入某一方向的电流，在由第一永磁体(1-1)和第二永磁体(1-2)生成的磁场中受力实现从一个稳态到另一个稳态的旋转，并在双稳态机构(4)的作用下，实现一个稳态到另一个稳态的转换；通入反方向电流，能够实现反方向的旋转，实现舵机在两个稳态的切换。
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