用于高扭矩密度和高精度应用的具有两相平面洛伦兹线圈和环形海尔贝克阵列的电机制造技术

一种电机，尤其是马达或发电机，包括转子和定子，其中转子包括平面环形转子基座元件，并且定子包括平面环形定子基座元件，其中转子基座元件和定子基座元件沿着电机的轴向轴线

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于高扭矩密度和高精度应用的具有两相平面洛伦兹线圈和环形海尔贝克阵列的电机


[0001]本专利技术涉及一种电机，尤其是包括转子和定子的马达或发电机
。

技术介绍

[0002]此类电机适用于各种应用，包括触觉设备
、
机器人运动以及高精度对齐和定位系统
。
在触觉和力反馈的具体应用中，希望使用可以在低速下提供强大和连续扭矩的马达
。
在具有凸极和圆柱形绕组结构的传统电动马达中，马达的扭矩仅在对应于磁极的转子
‑
定子对齐的某些离散位置处最强
。
因此，此类马达需要以足够高的速度运行，以便旋转可以被转子惯性平滑，并且扭矩波动可以被平均化
。
因此，对于低速状态，马达配备有齿轮箱或滑轮
‑
皮带单元，以降低速度
、
增加扭矩并且提高位置精度
。
用于触觉应用的齿轮箱的缺点是其惯性
、
齿隙
(backlash)、
振动以及在冲击负载下可能的损坏
。
滑轮
‑
皮带单元的缺点包括在大负载或突然冲击下滑动；它的旋转阻力和弹性对于从马达电流估算外部扭矩也是一个挑战
。
此外，由于马达以高速工作，并且变速器单元降低速度，马达和变速器的振动直接进入角位置或扭矩控制器，并且通过反馈回路放大
。
因此，用户会感觉到这些不希望有的振动和干扰
。
[0003]自
20/>世纪
90
年代以来，已经研究和开发了触觉和力反馈设备
。
例如：
R.L.Hollis、S.E.Salcudean
和
A.P.Allan
，“A Six
‑
Degree of
‑
Freedom Magnetically Levitated Variable Compliance Fine
‑
Motion Wrist:Design,Modeling,and Control”(IEEE Trans.Robotics andAutomation,vol.7,no.3,pp.320
–
332,June 1991)
；
P.A.Millman、M.Stanley
和
J.E.Colgate
，“Design of a High Performance Haptic Interface to Virtual Environments”(IEEE Virtual Reality Ann.Intl.Symp.,Seattle,WA,USA,1993,pp.216
–
222)
；
P.Buttolo
和
B.Hannaford
，“Pen
‑
Based Force Display for Precision Manipulation in Virtual Environments”(Proc.Virtual Reality Ann.Intl.Symp.1995,Research Triangle Park,NC,USA,1995,pp.217
–
224)
；
Y.Yokokohji、R.L.Hollis
和
T.Kanade
，“WhatYou Can See is WhatYou Can Feel
–
Development ofaVisual/Haptic Interface to Virtual Environment”(Proc.IEEE 1996Virtual Reality Ann.Intl.Symp.,Santa Clara,CA,USA,1996,pp.46
–
53)
；
R.E.Ellis、O.M.Ismaeil
和
M.G.Lipsett
，“Design and Evaluation of a High
‑
Performance Haptic Interface”(Robotica,vol.14,no.3,pp.321
–
327,May 1996)
；
R.Baumann、W.Maeder、D.Glauser
和
R.Clavel“ThePantoScope:a Spherical Remote
‑
Center
‑
of
‑
Motion Parallel Manipulator for Force Reflection”(Proc.Intl.Conf.Robotics and Automation(ICRA),Albuquerque,NM,USA,1997,pp.718
–
723)。
[0004]触觉和力反馈应用领域源自操作者
、
受试人和环境之间通过机械设备的双向物理相互作用的需要，该相互作用可以是真实的或虚拟的
。
操作者移动该设备以控制环境中的
运动，并且，反过来，该设备产生代表环境对操作者的肢体的影响的力和
/
或扭矩
。
由该设备生成的力
/
扭矩旨在模拟来自环境的反应，并且给操作者一种与环境直接机械相互作用的感觉
。
一方面，这极大地增强了操作者对环境的熟悉和理解
。
另一方面，它有助于研究人类在与真实或模拟环境相互作用时的行为和反应
。
力反馈设备具有广泛的应用，包括安全和精确的远程操作
(M.Mishima,H.Kawasaki,T.Mouri,and T.Endo,"Haptic Teleoperation of Humanoid Robot Hand Using Three
‑
Dimensional Force Feedback",IFAC Proc.Volumes,vol.42,iss.16,2009,pp.431
–
436
；
J.P.Clark,G.Lentini,F.Barontini,M.G.Catalano,M.Bianchi and M.K.O
’
Malley,"On the Role of Wearable Haptics for Force Feedback in Teleimpedance Control for Dual
‑
Arm Robotic Teleoperation,"Proc.Intl.Conf.Robotics andAutomation(ICRA),Montreal,QC,Canada,2019,pp.5187
–本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
一种电机
(1)
，尤其是马达或发电机，包括转子
(3)
和定子
(4)
，其特征在于所述转子
(3)
包括平面环形转子基座元件
(5)
，并且所述定子
(4)
包括平面环形定子基座元件
(6)
，其中所述转子基座元件
(5)
和所述定子基座元件
(6)
沿着所述电机
(1)
的轴向轴线
(Z)
对齐，其中多个磁体元件
(10)
围绕所述环形转子基座元件
(5)
的圆周
(C)
布置，形成海尔贝克磁环组件
(8)
，其中所述海尔贝克磁环组件
(8)
生成具有轴向分量和方位角分量的磁场
(B
R
)
，其中多个线圈
(9)
围绕所述环形定子基座元件
(6)
的圆周
(C)
布置
。2.
根据权利要求1所述的电机
(1)
，其中所述磁体元件
(10)
是永磁体，其中所述磁体元件
(10)
是稀土磁体
。3.
根据权利要求1或2所述的电机
(1)
，其中，所述磁体元件
(10)
形成平面磁体阵列
(7)
，其中所述平面磁体阵列
(7)
包括整数倍个的空间周期
(7a)
，其中每个空间周期
(7a)
具有固定数量
(n
mp
)
的磁体元件
(10)
，其中各个磁体元件
(10)
具有单独定向的磁化方向
(M
i
)
，其中所述磁体阵列
(7)
的空间周期
(7a)
中的各个磁体元件
(10)
根据磁化取向图案布置，其中所述磁化取向图案是海尔贝克图案，其中所述磁体元件
(10)
的单独定向的磁化
(M
i
)
叠加，产生增强的磁场
(B
A
)。4.
根据权利要求3所述的电机
(1)
，其中，所述磁体阵列
(7)
的所述空间周期
(7a)
具有本质上相同的磁化取向图案，其中所述海尔贝克磁环组件
(8)
的合成的磁场
(B
R
)
是所述空间周期的各个磁场
(B
A
)
的叠加，其中所述磁场
(B
A
)
沿着所述海尔贝克磁环组件
(8)
的圆周轴线
(C)
周期性重复，其中所述海尔贝克磁环组件
(8)
的合成的磁场
(B
R
)
大约是沿着所述转子
(3)
的圆周轴线
(C)
正弦变化的磁场
(B
R
)。5.
根据权利要求2至4所述的电机
(1)
，其中，所述磁体元件
(10)
是条形磁体，其中所述磁体元件
(10)
被布置在所述环形转子基座元件
(5)
上，使得所述磁体元件
(10)
的纵向延伸
(12)
沿着所述环形转子基座元件
(5)
的径向方向
(R)
延伸，其中楔形间隙
(11)
在两个相邻的磁体元件
(10)
之间延伸，其中两个相邻的磁体元件
(10)
围成角度
(
α
)
，其中所述角度
(
α
)
在3°
与
18
°
之间的范围内
。6.
根据上述权利要求中的一项所述的电机
(1)
，其中，多个线圈
(9)
中的所述线圈
(9)
本质上是平面的，其中所述线圈
(9)
不具有铁芯，其中布置在所...

【专利技术属性】
技术研发人员：阮武，伯纳德，
申请(专利权)人：马克斯普朗克科学促进学会，
类型：发明
国别省市：