两自由度直驱电机具有直接驱动的特点,即不需要中间传动机构即直接驱动负载作直线、旋转或螺旋运动,大大减小设备体积,显著提高效率。两自由度直驱电机在需要复杂运动的动力系统如数控机床、机器人、雕刻机、汽车生产线、搅拌机、球形阀等设备中,具有非常广阔的应用前景,受到学术界和工业界的广泛关注。目前典型的两自由度直驱电机大都属于感应电机、永磁电机或磁阻电机类型。设计理论采用“场化路”的解析法或有限元法,建立数学模型以及求解电磁场方程分析。 通过参考国内外最新 ,分析了两自由度直驱电机的设计理论、控制方法和应用技术等方而的研究现状及发展概况,针对现有两自由度电机技术,介绍了一种新型的两自由度直驱感应电机(2-DOF DAIM)拓扑结构,阐述其工作原理及优点,讨论了未来两自由度直驱电机的发展方向 。
两自由度直驱电机是一种无中间传动机构的新型电机,这种电机可以分别做直线运动、旋转运动以及两者合成的螺旋运动。它具有机械集成度高,电机结构材料和驱动控制系统元件利用率高等优点,是典型的机电一体化产品。目前两自由度的驱动技术多采用两个或多个旋转电机以及中间传动装置来实现。但是由于中间机构的存在,使得系统控制方式复杂,系统体积大零部件多维护量大、价格昂贵,而且中间传动装置需要承受较大的轴向力,易出现磨损严重使系统可靠性降低的问题。在两自由度机械系统中,采用一台两自由度电机来代替两个或多个旋转电机及传动装置,可以大大简化机械系统的结构,减小体积及重量,从而提高系统的精度和动静态性能。因此两自由度直驱电机可广泛用于数控机床、机器人、摄像操作台、雕刻机、汽车生产线、搅拌机、球形阀等设备上,具有广泛的应用前景。
一种直驱的机电驱动系统被应用于具有 AMT和DCT的汽车变速装置以更利于齿轮切换;将一种旋转一直线驱动器用于双功能轮驱装置;介绍了交流伺服电机和直线感应伺服电机在混合质量阻尼器中的应用;提出了一种旋转一直线及直线一旋转运动转换器;多自由度机器人在摩天大楼护墙上的应用;在机器人领域,使用柔顺连接可以显著提高系统性能。以上都是多自由度驱动装置的典型应用。
两自由度电机电磁设计、拓扑结构探索及其机理分析、磁场分析、有限元建模及特性分析、运动控制等一系列新问题都会形成新的研究方向,进一步拓展电机学科的研究范围,因此两自由度电机的研究既具有实际意义,又还具有很高的理论意义,已成为电机学科发展的新前沿。