專利名稱：仿生眼球用正交圓柱結構兩自由度步進電機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種兩自由度電動機，尤其涉及一種適合于驅動仿生眼球在一定范圍內運動的仿生眼球用正交圓柱結構兩自由度步進電機。
背景技術：
多自由度電動機具有機械集成度高、電機結構材料和驅動控制系統(tǒng)元件利用率高等特點，可以大大簡化機械系統(tǒng)的結構，減小體積和重量，提聞系統(tǒng)的精度和動態(tài)性能，在機器人等具有多個運動自由度的系統(tǒng)中具有廣泛的應用前景。80年代 以來，隨著機器人和空間技術的迅猛發(fā)展，多自由度電動機及其應用方面的研究日益受到重視，國內外學者的研究工作十分活躍，各種樣機層出不窮。從現(xiàn)有資料看，國內外學者所研制的多自由度電動機大都采用球形結構，從結構原理上看球形結構較為合理，但存在著如結構復雜加工困難等缺點。鑒于球形結構多自由度電動機結構復雜和加工困難，哈爾濱工業(yè)大學提出了一種非球形的正交圓柱結構雙氣隙共磁鋼的兩自由度電動機。圖I是傳統(tǒng)的正交圓柱結構兩自由度電動機的結構分解圖，圖2和圖3分別是該樣機的兩個自由度的結構原理示意圖。該電動機由內定子I 28、內轉子25、外轉子I 24、支撐軸I 26、底座I 27、輸出軸I 23、機殼33、一對永磁體I 31、一對橫向軸承I 22、一個縱向軸承I 29組成。外轉子24由硅鋼片疊壓而成，內側圓周上均勻布置一些齒和槽，槽內設置外轉子繞組30、內轉子繞組32，輸出軸23設置在外轉子上方。內定子28由兩段鐵心組成，兩段鐵心上的小齒互錯1/2齒距。內轉子25由永磁體及其兩側的兩段鐵心組成，永磁體31縱向軸向充磁，兩段鐵心內側齒上設置兩相勵磁繞組。內轉子外部齒端部及內部齒端部分別加工成以橫軸和縱軸為軸線的兩個相互正交的圓柱面，分別與外轉子和內定子齒表面形成同心圓柱。內轉子與機殼固定在一起，外轉子通過橫向軸承與機殼安裝在一起，從而外轉子可相對于機殼轉動。支撐軸通過縱向軸承與機殼安裝在一起，從而機殼可以相對于支撐軸轉動。傳統(tǒng)的正交圓柱結構兩自由度電動機的工作原理當外轉子的兩相繞組按A-B- (-A)- (-B)的順序通電時，磁通Φ1經永磁體一一段內轉子鐵心一氣隙一外轉子鐵心一氣隙一另一段內轉子鐵心一永磁體形成閉合回路，電機工作于永磁式步進電動機狀態(tài)，外轉子相對于內轉子繞橫軸轉動，使輸出軸實現(xiàn)俯仰運動；當內轉子的兩相繞組按A-B- (-A)- (-B)的順序通電時，磁通Φ2經永磁體一一段內轉子鐵心一氣隙一兩段內定子鐵心一氣隙一另一段內轉子鐵心一永磁體形成閉合回路，電機工作于混合式步進電動機狀態(tài)，內轉子連同外轉子相對于內定子繞縱軸轉動，使輸出軸隨之自轉(當輸出軸處于豎直位置時)或側擺(當輸出軸處于偏轉狀態(tài)時)。磁通Φ1和Φ 2都經過永磁體，兩段氣隙公用了一個永磁體，即雙氣隙共永磁體，因而該電動機利用一個永磁體、兩組繞組實現(xiàn)了兩個自由度的運動，電動機體積較小，具有較高的性能體積比。盡管與球形結構電動機相比，傳統(tǒng)的正交圓柱結構兩自由度電動機在結構上更加簡化，更容易加工制造，體積更小，但是其在實際運行時存在以下問題由于外轉子工作于永磁式步進電動機狀態(tài)，其步距角即為一個極距角，而實際中極距不能太小，否則繞組將無法放置，因而步距角較大，電動機定位精度較低，運動平滑性較差；實際運行中內轉子連同外轉子相對于內定子繞縱軸是不能單一方向持續(xù)轉動的，否則將導致內轉子和外轉子的兩相繞組無法放置。同時，由于驅動仿生眼球時要求所用兩自由度電動機的體積更小、質量更輕、定位精度更高、運行平滑性更好，而且能使眼球(輸出軸末端)在給定范圍內一定精度下沿任何軌跡運動(包括眼球連續(xù)地轉動)，傳統(tǒng)的正交圓柱結構兩自由度電動機是不適合于驅動仿生眼球運動的。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術的不足；提供一種仿生眼球用正交圓柱結構兩自由度步進電機；實現(xiàn)驅動仿生眼球在一定范圍內一定精度下沿任何軌跡、持續(xù)地轉動，而且能夠比傳統(tǒng)的正交圓柱結構兩自由度電動機體積更小、質量更輕、定位精度更高、運行 平滑性更好。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案一種仿生眼球用正交圓柱結構兩自由度步進電機，包括內定子、外轉子、外定子、底座，底座上設有支撐軸，內定子包括內定子上部、內定子下部，內定子上部、內定子下部分別固定于支撐軸上，內定子上部、內定子下部之間通過空氣隔開，內定子上部、內定子下部之間互錯1/4齒距，內定子上部設有兩段上部鐵心，兩段上部鐵心互錯1/2齒距，內定子下部設有兩段下部鐵心，兩段下部鐵心互錯1/2齒距，內定子上部設有A相繞組和(-A)相繞組、內定子下部設有B相繞組和(-B)相繞組，A相繞組和(-A)相繞組繞制方向相反，B相繞組和(-B)相繞組繞制方向相反，支撐軸上設有縱向軸承，縱向軸承外圈與不導磁縱向端蓋配合，外轉子通過不導磁縱向端蓋與支撐軸連接，從而外轉子可以繞支撐軸連續(xù)轉動，外定子上設有輸出軸，輸出軸固定在外定子的中心，輸出軸所在軸線與縱軸正交，從而輸出軸可隨外定子同步運動；外定子與不導磁連桿連接，不導磁連桿與橫向軸承的內孔配合，橫向軸承的外圈與不導磁橫向端蓋配合，不導磁橫向端蓋與縱向端蓋連接，從而外定子既可以與外轉子一起繞支撐軸同步轉動，又可以相對于內定子繞橫軸有限轉動；外定子包括兩段外定子鐵心，沿外定子鐵心內側圓周分布兩對極，每個極上有若干小齒，極間槽內設置兩相勵磁繞組；外轉子7包括弧形永磁體及其兩側的兩段外轉子鐵心，外轉子鐵心外側均勻布置若干小齒，兩段外轉子鐵心上的小齒互錯1/2齒距；兩段外轉子鐵心內側分別開有四個外轉子內齒，外轉子內齒分別與內定子的上部鐵心、下部鐵心上的齒相對應。外轉子內部齒端部、外轉子外部齒端部分別加工成以縱軸、橫軸為軸線的兩個相互正交的內部圓柱面、外部圓柱面，內部圓柱面、夕卜部圓柱面分別與內定子、夕卜定子齒表面形成同心圓柱。所述A相繞組和(-A)相繞組串接在一起，只有一個導線引出端，并從A相繞組端部引出出相繞組和(-B)相繞組串接在一起，只有一個導線引出端，并從B相繞組端部引出。所述外定子的兩個圓弧端面分別與不導磁連桿的第二端面通過焊接連接；不導磁橫向端蓋的外端面分別與不導磁縱向端蓋的第一端面通過焊接連接。所述輸出軸上設有微型攝像機，攝像機軸線與輸出軸軸線重合。本發(fā)明的工作原理當內定子的兩相繞組按A— B — (-A) — (-B)的順序通電時，ΦI經弧形永磁體一一段外轉子鐵心一氣隙一內定子鐵心一氣隙一另一段外轉子鐵心一弧形永磁體形成閉合回路，電機工作于兩相永磁式步進電動機狀態(tài)，外轉子相對于內定子繞支撐軸轉動，使輸出軸實現(xiàn)水平擺動。當外定子的兩相繞組按A— B — (-Α) - (-B)的順序通電時，Φ2經弧形永磁體一一段外轉子鐵心一氣隙一外定子鐵心一氣隙一另一段外轉子鐵心一弧形永磁體形成閉合回路，電機工作于兩相混合式步進電動機狀態(tài)，外定子相對于外轉子繞橫軸轉動，使輸出軸實現(xiàn)俯仰運動。做個合適的比喻，電機兩個自由度各自的運動使輸出軸末端運行的軌跡分別類似地球儀上的經線和緯線。在實際當中，電機的兩個自由度運動都是在一定極限轉動角度范圍之內的，即可認為電機輸出軸能夠在最大經度經線和最大維度緯線所圍成的一段球面范圍內以一定精度沿任意軌跡運動(包括持續(xù)轉動，前提是不超出這一限定的球面范圍)。因此，只要實際要求的仿生眼球的運動范圍在上述最大經度線和最大緯度線所圍成的一段球面范圍之內，則本發(fā)明可驅動輸出軸末端的眼球在要求范圍內以一定精度沿任意軌跡運動(包括持續(xù)轉動)。 本發(fā)明的有益效果是I.兩個自由度的電機共用一個永磁體，即雙氣隙共永磁體，電動機體積較小，因而具有較高的性能體積比；內定子由相互獨立的兩部分組成，每一部分均采用錯齒結構，兩部分之間也進行錯齒，實現(xiàn)了將工作于永磁式步進電機狀態(tài)的這一自由度電機的步距角變?yōu)闃O距角的1/4 (雖然傳統(tǒng)的正交圓柱結構兩自由度電動機也有一個自由度工作于永磁式步進電機狀態(tài)，但是其步距角即為一個極距角，而實際當中極距不能太小，否則將無法放置繞組，因而步距角較大)，因而在實際中極距角不能做得很小(否則無法放置繞組)的情況下，仍可以使步距角減小，從而有利于提高電機定位精度以及改善運行平滑性；可以驅動仿生眼球在要求范圍內以一定精度沿任意軌跡運動(包括持續(xù)轉動)，實際當中兩個自由度的電機都只需要轉動有限的角度，便于繞組放置，從而克服了傳統(tǒng)的正交圓柱結構兩自由度電動機在實際驅動仿生眼球持續(xù)轉動時繞組無法放置的問題；比傳統(tǒng)的正交圓柱結構兩自由度電動機體積小得多、重量更輕、結構簡單緊湊、空間利用率更高，更易于實現(xiàn)電機的微型化以及由電機驅動的仿生眼球的微型化。2.本發(fā)明的一個突出的優(yōu)點是體積小、重量輕、空間利用率高，本發(fā)明內定子的體積與傳統(tǒng)的正交圓柱結構兩自由度電動機相仿，然而本發(fā)明的外轉子體積只有傳統(tǒng)的正交圓柱結構兩自由度電動機內轉子體積的一半左右，同時本發(fā)明的外定子體積更是比傳統(tǒng)的正交圓柱結構兩自由度電動機外轉子的體積小得多。因此，本發(fā)明更有利于實現(xiàn)電機的微型化，故而特別適合用于仿生眼球的驅動。3.相比于傳統(tǒng)的正交圓柱結構兩自由度電動機，本發(fā)明定位精度高，運行平滑性好。本發(fā)明和傳統(tǒng)的正交圓柱結構兩自由度電動機的共同點是一個自由度的電機工作于混合式步進電機狀態(tài)，另一個自由度的電機工作于永磁式步進電機狀態(tài)。整個電機的定位精度取決于其兩個自由度的電機的定位精度，對于第一個自由度的電機(工作于混合式步進電機狀態(tài))而言，若本發(fā)明的外轉子的齒距角與傳統(tǒng)的正交圓柱結構兩自由度電動機的內定子的齒距角相等，則兩者的定位精度相同。對于第二個自由度的電機(工作于永磁式步進電機狀態(tài))而言，本發(fā)明的內定子采用了獨特的錯齒結構，使得步距角變?yōu)闃O距角的1/4，而傳統(tǒng)的正交圓柱結構兩自由度電動機第二自由度的電機的步距角卻是與極距角相等。由于實際的極距不能做得太小，否則無法放置繞組，同時考慮到本發(fā)明內定子的鐵心半徑較小，而傳統(tǒng)的正交圓柱結構兩自由度電動機的外轉子的半徑較大(極距是與極距角大小和半徑大小成正比的)，因此傳統(tǒng)的正交圓柱結構兩自由度電動機的極距角可以做得比本發(fā)明的極距角稍小一些，假設前者為后者的1/2，這樣本發(fā)明的第二個自由度電機的步距角實際為傳統(tǒng)的正交圓柱結構兩自由度電動機的步距角的1/2。因此，本發(fā)明的第二個自由度電機的定位精度較高，則就整體而言，本發(fā)明比傳統(tǒng)的正交圓柱結構兩自由度電動機的定位精度更高，因此驅動仿生眼球運動時平滑性更好。
圖I為傳統(tǒng)的正交圓柱結構兩自由度電動機的結構分解圖；圖2為傳統(tǒng)的正交圓柱結構兩自由度電動機第一個自由度的結構原理示意圖； 圖3為傳統(tǒng)的正交圓柱結構兩自由度電動機第二個自由度的結構原理示意圖；圖4是本發(fā)明的整體結構圖；圖5是本發(fā)明的結構分解圖；圖6是本發(fā)明第一個自由度的結構原理示意圖；圖7是本發(fā)明第二個自由度的結構原理示意圖；圖8是本發(fā)明內定子結構圖；圖9是在初始位置時仿生眼球的側視圖；圖10是仰視角為40°時仿生眼球的側視圖；圖11是仿生眼球實際運行范圍的經緯線法標記示意圖；圖12是仰視角為40°時仿生眼球達到實際仰視運動極限的位置示意圖；圖13是用本發(fā)明驅動仿生眼球(只取了一半)在初始位置時的原理示意圖；圖14是用本發(fā)明驅動仿生眼球(只取了一半)在仰視角為40°時的原理示意圖；圖15是用傳統(tǒng)的正交圓柱結構兩自由度電動機驅動仿生眼球時，眼球在給定范圍內的運動精度不意圖；圖16是用本發(fā)明驅動仿生眼球時，眼球在給定范圍內的運動精度示意圖。圖中，I、縱向軸承,2、不導磁縱向端蓋,3、內定子,4、不導磁橫向端蓋,5、橫向軸承，6、不導磁連桿,7、外轉子,8、弧形永磁體,9、外定子，10、輸出軸，11、支撐軸，12、底座，13、外轉子內齒，14、內定子繞組,15、外定子繞組,16、內定子的第一部分，17、內定子的第二部分，18、A相繞組，19、(-A)相繞組，20、B相繞組，21、(-B)相繞組，22、橫向軸承I，23、輸出軸I，24、外轉子I，25、內轉子，26、支撐軸I，27、底座I，28、內定子I，29、縱向軸承I，30、外轉子繞組I，31、永磁體I，32、內轉子繞組，33、機殼，41、眼皮，42、眼殼，43、眼球，44、攝像機，45、開孔區(qū)域，46、實際給定仿生眼球運行區(qū)域，47、東經40 °經線，48、北緯40°緯線，49、西經40°經線，50、南緯40°緯線，51、用于驅動仿生眼球的正交圓柱結構兩自由度步進電機，59、外端面,60、第一端面,61、第二端面,91、圓弧端面。
具體實施例方式下面結合附圖和實施實例對本發(fā)明用于驅動仿生眼球做進一步說明。一種仿生眼球用正交圓柱結構兩自由度步進電機，結合圖4至圖16，包括內定子3、外轉子7、外定子9、底座12，底座12上設有支撐軸11，內定子3包括內定子上部16、內定子下部17,內定子上部16、內定子下部17分別固定于支撐軸11上，內定子上部16、內定子下部17之間通過空氣隔開，內定子上部16、內定子下部17之間互錯1/4齒距，內定子上部16設有兩段上部鐵心，內定子下部17設有兩段下部鐵心，內定子繞組14包括A相繞組18、(-A)相繞組19和B相繞組20、(-B)相繞組21，內定子上部設有A相繞組18和(-A)相繞組19、內定子下部設有B相繞組20和(-B)相繞組21，兩段上部鐵心上的A相繞組18和(-A)相繞組19繞制方向相反，兩段下部鐵心上的B相繞組20和(-B)相繞組21繞制方向相反，支撐軸11上設有縱向軸承1，縱向軸承I外圈與不導磁的縱向端蓋2配合，縱向端蓋2與外轉子7固定在一起，從而外轉子7可以繞支撐軸11連續(xù)轉動，外定子9上設有輸出軸10，輸出軸10固定在外定子9的中心，輸出軸10所在軸線與縱軸正交，從而輸出軸10可隨外定子9同步運動。外定子9與不導磁連桿6連接，不導磁連桿6與橫向軸承5的內孔配合，橫向軸承5的外圈與不導磁橫向端蓋4配合,不導磁橫向端蓋4與縱向端蓋2連接,從而外定子9既可以與外轉子7 —起繞支撐軸11同步轉動，又可以相對于內定子3繞橫軸 有限轉動；外定子9包括兩段外定子鐵心，沿外定子鐵心內側圓周分布兩對極，每個極上有若干小齒，極間槽內設置兩相勵磁繞組15。外轉子7包括弧形永磁體8及其兩側的兩段外轉子鐵心，外轉子鐵心外側均勻布置若干小齒，兩段外轉子鐵心外側上的小齒互錯1/2齒距；兩段外轉子鐵心內側分別開有四個外轉子內齒13，分別與內定子3的上部鐵心、下部鐵心上的齒相對應。外轉子7內部齒端部、外轉子7外部齒端部分別加工成以縱軸、橫軸為軸線的兩個相互正交的內部圓柱面、外部圓柱面，內部圓柱面、外部圓柱面分別與內定子3、外定子9齒表面形成同心圓柱。外定子9的兩個圓弧端面91分別與不導磁連桿6的第二端面61通過焊接連接；不導磁橫向端蓋4的外端面59分別與不導磁縱向端蓋2的第一端面60通過焊接連接。所述輸出軸10上設有微型攝像機44，攝像機44軸線與輸出軸10軸線重合。由圖13可知，在實際用本發(fā)明驅動仿生眼球時，本發(fā)明的用于驅動仿生眼球的正交圓柱結構兩自由度步進電機51大部分都放置于仿生眼球內部，輸出軸上裝有微型攝像機，且需將本發(fā)明的支撐軸做成如圖所示的結構，并且只能從開孔區(qū)域45以內引出到仿生眼球外部以進行固定。由圖14所示，仿生眼球中的眼殼42、眼球43、攝像機44為轉動部分，眼殼42、眼球
43、攝像機44三者固定在一起，隨本發(fā)明的輸出軸10—起同步運動；仿生眼球中的眼皮41是固定不動的，與支撐軸11相對靜止。由圖10所示，當仿生眼球仰視角為40° (僅就本例而言)時，眼球的邊緣恰好到達頂層眼皮處，而眼殼則運動到圖示位置。一旦仿生眼球仰視角大于40°，則眼球的一部分就被眼皮遮住了，這是不允許的。根據(jù)球體的對稱性可知，當眼球的邊緣緊靠著眼皮邊緣運動一周(即眼球運動的極限范圍)時，眼殼的邊緣運動一周的軌跡形成一個開孔區(qū)域45，如圖10所示。由于此開孔區(qū)域是仿生眼球在限定的極限范圍內運動時，眼殼所不能到達的區(qū)域，因此就可以將支撐軸和繞組的引線從該開孔區(qū)域穿出來。就本例本發(fā)明而言，仿生眼球的中心點即攝像機鏡頭的中心處的給定極限運行范圍如圖11中的實際給定仿生眼球運行區(qū)域46所示。據(jù)此范圍，本例設計了如圖11所示的眼皮范圍和眼球大小，使得當眼球43的中心點到達給定極限運行范圍46時，眼球43的邊緣恰好到達眼皮41的邊緣。由圖12所示，當仿生眼球仰視角為40°時，眼球43的中心點恰好達到給定極限運行范圍46的頂點，同時眼球43的邊緣恰好達到眼皮41的邊緣頂點。用經緯線法來說明，實際給定仿生眼球運行區(qū)域46恰好包含在南緯40°緯線50，北緯40°緯線48，東經40°經線47和西經40°經線49所圍成的球面區(qū)域范圍之內，且是這一區(qū)域的內切球面，如圖11所示。因此，只要將本發(fā)明中兩個自由度步進電機的轉動角度都設計為3 40°，就可以滿足仿生眼球以一定精度在給定極限運行范圍46之內運行的要求。為了對本發(fā)明定位精度高，運行平滑性好的優(yōu)點作進一步說明，將用本發(fā)明驅動仿生眼球時的定位精度與用傳統(tǒng)的正交圓柱結構兩自由度電動機驅動仿生眼球時的定位精度進行了比較(在此特別說明，實際中是不能用傳統(tǒng)的正交圓柱結構兩自由度電動機來驅動仿生眼的，正如前面討論過的，原因是實際中存在繞組無法放置的問題，而本發(fā)明因則不存在這一問題，因而這里的比較僅是從理論上進行比較)，如圖15，圖16所示 。具體如下假設本發(fā)明的外轉子齒數(shù)與傳統(tǒng)的正交圓柱結構兩自由度電動機的內定子齒數(shù)相同，則兩者第一個自由度電機的齒距角相等，同時由于兩者均不需放置繞組，則齒距角可以做得足夠小，這里假設齒距角為7. 2° ;由于傳統(tǒng)的正交圓柱結構兩自由度電動機外轉子齒上需放置繞組，極距不能太小，同時其外轉子半徑較大(極距與極距角大小和半徑成正比)，在此假設其外轉子的齒距角(極距角)為10° ;由于本發(fā)明的內定子齒上也需放置繞組，極距不能太小，同時本發(fā)明的內定子半徑較小，在此假設其內定子的齒距角(極距角)為24°。由于本發(fā)明和傳統(tǒng)的正交圓柱結構兩自由度電動機第一自由度的電機均工作于兩相混合式步進電機狀態(tài)，則步距角為齒距角的1/4，即1.8°。本發(fā)明的第二個自由度的電機工作于永磁式步進電機狀態(tài)，由于內定子采用了獨特的錯齒結構，則步距角為齒距角(極距角)的1/4，即6° ;傳統(tǒng)的正交圓柱結構兩自由度電動機的第二個自由度的電機同樣是工作于永磁式步進電機狀態(tài)，但是其則步距角與極距角相等，即10°。由圖15可見,對于用傳統(tǒng)的正交圓柱結構兩自由度電動機驅動仿生眼球運動的情況(僅在理論上)而言，在上述假設條件下，仿生眼球中心點所能達到的位置就是圖15中所示的給定極限范圍46 (包括46邊界)以內的圓周與線段的交點在球面上的對應位置?？梢?，仿生眼球的定位精度在給定的運行區(qū)域之內是不斷變化的，越靠近給定運行區(qū)域中心處，定位精度越高；反之，越是遠離給定運行區(qū)域的中心處，定位精度越低。同時，由于其第二個自由度電機的步距角較大，加重了仿生眼球的定位精度分布的不均勻性。因而，用傳統(tǒng)的正交圓柱結構兩自由度電動機驅動仿生眼球在整個給定運行區(qū)域內運動時，平滑性較差。由圖16可見，對于用本發(fā)明驅動仿生眼球運動的情況而言，在上述假設條件下，仿生眼球中心點所能達到的位置就是圖16中所示的給定極限范圍46 (包括46邊界)以內的經線與緯線的交點在球面上的對應位置。可見，仿生眼球的定位精度在給定的運行區(qū)域之內是均勻不變的，而且本發(fā)明的兩個自由度電機的步距角都很小。因而，用本發(fā)明驅動仿生眼球在整個給定運行區(qū)域內運動時，平滑性較好。上述雖然結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發(fā)明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內。
權利要求
1.一種仿生眼球用正交圓柱結構兩自由度步進電機，包括內定子、外轉子、外定子、底座，底座上設有支撐軸，其特征是，所述內定子包括內定子上部、內定子下部，內定子上部、內定子下部分別固定于支撐軸上，內定子上部、內定子下部之間通過空氣隔開，內定子上部、內定子下部之間互錯1/4齒距，內定子上部設有兩段上部鐵心，兩段上部鐵心互錯1/2齒距，內定子下部設有兩段下部鐵心，兩段下部鐵心互錯1/2齒距，內定子上部設有A相繞組和(-A)相繞組、內定子下部設有B相繞組和(-B)相繞組，A相繞組和(-A)相繞組繞制方向相反，B相繞組和(-B)相繞組繞制方向相反，支撐軸上設有縱向軸承，縱向軸承外圈與不導磁的縱向端蓋配合，外轉子通過不導磁的縱向端蓋與支撐軸連接，外定子上設有輸出軸，輸出軸固定在外定子的中心，輸出軸所在軸線與縱軸正交，外定子與不導磁連桿連接，不導磁連桿與橫向軸承的內孔配合，橫向軸承的外圈與不導磁橫向端蓋配合，不導磁橫向端蓋與縱向端蓋連接；外定子包括兩段外定子鐵心，沿外定子鐵心內側圓周分布兩對極，每個極上有若干小齒，極間槽內設置兩相勵磁繞組；外轉子包括弧形永磁體及其兩側的兩段外轉子鐵心，外轉子鐵心外側均勻布置若干小齒，兩段外轉子鐵心上的小齒互錯1/2齒距，兩段外轉子鐵心內側分別開有四個外轉子內齒，外轉子內齒分別與內定子的上部鐵心、下部鐵 心上的齒相對應。外轉子內部齒端部、外轉子外部齒端部分別加工成以縱軸、橫軸為軸線的兩個相互正交的內部圓柱面、外部圓柱面，內部圓柱面、外部圓柱面分別與內定子、外定子齒表面形成同心圓柱。
2.如權利要求I所述的仿生眼球用正交圓柱結構兩自由度步進電機，其特征是，所述A相繞組和(-A)相繞組串接在一起，只有一個導線引出端，并從A相繞組端部引出；B相繞組和(-B)相繞組串接在一起，只有一個導線引出端，并從B相繞組端部引出。
3.如權利要求I所述的仿生眼球用正交圓柱結構兩自由度步進電機，其特征是，所述外定子的兩個圓弧端面分別與不導磁連桿的第二端面通過焊接連接；不導磁橫向端蓋的外端面分別與不導磁縱向端蓋的第一端面通過焊接連接。
4.如權利要求I所述的仿生眼球用正交圓柱結構兩自由度步進電機，其特征是，所述輸出軸上設有微型攝像機，攝像機軸線與輸出軸軸線重合。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種仿生眼球用正交圓柱結構兩自由度步進電機，包括內定子、外轉子、外定子、底座，底座上設有支撐軸，內定子包括內定子上部、內定子下部，內定子上部、內定子下部分別固定于支撐軸上，內定子上部、內定子下部之間通過空氣隔開，縱向軸承外圈與不導磁的縱向端蓋配合，外轉子與支撐軸連接，外定子上設有輸出軸；外定子通過安裝在不導磁縱向端蓋上；外定子包括兩段外定子鐵心，外轉子包括弧形永磁體及其兩側的兩段外轉子鐵心，外轉子鐵心外側均勻布置若干小齒，兩段外轉子鐵心內側分別開有四個外轉子鐵心小齒，外轉子內部齒端部、外轉子外部齒端部分別加工成以縱軸、橫軸為軸線的兩個相互正交的內部圓柱面、外部圓柱面。
文檔編號H02K16/00GK102969849SQ20121052948
公開日2013年3月13日 申請日期2012年12月10日 優(yōu)先權日2012年12月10日
發(fā)明者徐衍亮, 魯炳林, 馬昕, 顧建軍 申請人:山東大學