一种基于电磁永磁耦合的驱动吸附一体化单元的制作方法

本技术涉及磁吸附爬壁机器人，尤其涉及一种基于电磁永磁耦合的驱动吸附一体化单元。

背景技术：

1、大型复杂钢结构，如船舶舱壁、电力角钢塔、桥梁钢支柱和核岛安全壳等表面制造包括检测、清理、喷涂、焊接、打磨、切削、钻铆等多种复杂工艺。采用爬壁机器人可实现在大型钢结构表面的移动和作业，完成复杂受限环境下的制造任务。对于具备导磁能力的铁磁性表面，磁吸附具有许多优势，比如负载能力强、吸附稳定性高、不需要消耗额外的能量、配置灵活且运行噪音低等。因此，磁吸附是爬壁机器人在大型钢结构表面移动和作业时的一种理想选择。

2、为了克服长距离供电线缆的重量，以及携带机械臂、力控打磨装置等重载作业工具，磁吸附爬壁机器人的负载自重比(即功率密度)至关重要。在传统的磁吸附爬壁机器人中，驱动传动单元和吸附单元是分开设计和制造的。这种分离式的结构设计不仅增加机器人的重量和体积，限制了负载自重比和狭小受限区域的通过能力，还降低了机器人的运动控制精度和稳定性。

3、磁吸附爬壁机器人吸附单元的吸附力控制很重要，一方面，表面的移动避障和锚定加工等不同作业工况要求机器人具备吸附力大小的感知调节能力，从而兼顾运动效率和作业精度；另一方面，立面障碍凸起、三维壁面过渡和多曲面吊顶等大型钢结构表面复杂环境也要求机器人具备吸附方向的主动控制能力。因此，当磁吸附爬壁机器人工作在复杂曲面环境下时，由于磁吸附爬壁机器人在作业过程中位姿不断改变，现有的磁吸附爬壁机器人吸附力控制调整无法满足吸附力需求。

技术实现思路

1、有鉴于此，为了解决磁吸附爬壁机器人吸附结构复杂、无法适应复杂环境和壁面过渡能力差等问题，本实用新型的实施例提供了一种基于电磁永磁耦合的驱动吸附一体化单元。

2、本实用新型的实施例提供一种基于电磁永磁耦合的驱动吸附一体化单元，包括磁性轮和轮毂，所述磁性轮安装于所述轮毂的一侧且与所述轮毂同轴设置，所述磁性轮包括：

3、铁芯，其表面设有2n个线槽，各所述线槽环绕所述铁芯周向均匀分布，任意相邻两所述线槽之间设有一电枢齿，n为正整数；

4、三相绕组，其均匀绕设于各所述线槽内，所述三相绕组可产生的电枢磁场极对数为2m，m为正整数；

5、以及2n个瓦型永磁体，每一所述瓦型永磁体设置于一所述电枢齿的表面，且沿着所述铁芯周向所述瓦型永磁体极性一一交替排列，任意相邻两所述瓦型永磁体中，其中之一磁化方向为由外部沿径向指向所述瓦型永磁体圆心；另一磁化方向为由所述瓦型永磁体圆心沿径向指向外部。

6、进一步的，所述瓦型永磁体贴合于所述电枢齿表面，且各所述瓦型永磁体均匀分布于所述铁芯外壁所处的圆周上。

7、进一步的，所述瓦型永磁体的内表面与所述电枢齿外表面完全重合。

8、进一步的，所述三相绕组可产生的电枢磁场极对数为4。

9、进一步的，所述三相绕组中每相绕组包括串联的四线圈，四所述线圈均匀分布于各所述线槽内。

10、进一步的，所述线槽为梯形槽。

11、进一步的，所述电枢齿呈t形。

12、进一步的，所述线槽的数量为24个。

13、进一步的，还包括导电滑环，所述轮毂的一侧设有连接轴，所述铁芯的内孔一端与所述连接轴连接、另一端连接所述导电滑环。

14、进一步的，所述连接轴与所述铁芯的内孔过盈配合。

15、本实用新型的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

16、1、本实用新型的一种基于电磁永磁耦合的驱动吸附一体化单元，结合永磁吸附和电磁吸附，同时具备吸附-解吸附能力，采用带直流偏置的三相交流电流，使基于电磁永磁耦合的驱动吸附一体化单元不仅具备输出转矩的能力，还能够连续调节吸附力大小，吸附力大小和方向精确可控，可有效解决磁吸附爬壁机器人吸附结构复杂、无法适应复杂环境和壁面过渡能力差等问题；其体积小、成本低、可靠性高、吸附力能力强，采用高度一体化集成设计，从而可实现高功率密度输出，实现了高功率密度输出、吸附力大小连续调节和吸附力方向精确可控，提升爬壁机器人复杂工况下的作业效率。

17、2、本实用新型的一种基于电磁永磁耦合的驱动吸附一体化单元与传统的外齿槽电机定子结构相比，传统的外齿槽电机定子结构受径向力和切向力，切向力产生转矩被利用，而径向力产生振动是有害的，该驱动-吸附一体化单元将径向力变为吸附力，切向力变为自驱动转矩，同时被爬壁机器人利用；并且在铁芯表贴瓦型永磁体，结合永磁吸附和电磁吸附，使磁性轮同时具备吸附-解吸附能力。

技术特征：

1.一种基于电磁永磁耦合的驱动吸附一体化单元，其特征在于，包括磁性轮和轮毂，所述磁性轮安装于所述轮毂的一侧且与所述轮毂同轴设置，所述磁性轮包括：

2.如权利要求1所述的一种基于电磁永磁耦合的驱动吸附一体化单元，其特征在于：所述瓦型永磁体贴合于所述电枢齿表面，且各所述瓦型永磁体均匀分布于所述铁芯外壁所处的圆周上。

3.如权利要求1所述的一种基于电磁永磁耦合的驱动吸附一体化单元，其特征在于：所述瓦型永磁体的内表面与所述电枢齿外表面完全重合。

4.如权利要求1所述的一种基于电磁永磁耦合的驱动吸附一体化单元，其特征在于：所述三相绕组可产生的电枢磁场极对数为4。

5.如权利要求3所述的一种基于电磁永磁耦合的驱动吸附一体化单元，其特征在于：所述三相绕组中每相绕组包括串联的四线圈，四所述线圈均匀分布于各所述线槽内。

6.如权利要求1所述的一种基于电磁永磁耦合的驱动吸附一体化单元，其特征在于：所述线槽为梯形槽。

7.如权利要求1所述的一种基于电磁永磁耦合的驱动吸附一体化单元，其特征在于：所述电枢齿呈t形。

8.如权利要求1所述的一种基于电磁永磁耦合的驱动吸附一体化单元，其特征在于：所述线槽的数量为24个。

9.如权利要求1所述的一种基于电磁永磁耦合的驱动吸附一体化单元，其特征在于：还包括导电滑环，所述轮毂的一侧设有连接轴，所述铁芯的内孔一端与所述连接轴连接、另一端连接所述导电滑环。

10.如权利要求9所述的一种基于电磁永磁耦合的驱动吸附一体化单元，其特征在于：所述连接轴与所述铁芯的内孔过盈配合。

技术总结本技术提供一种基于电磁永磁耦合的驱动吸附一体化单元，该单元包括磁性轮，所述磁性轮包括：铁芯，其表面设有2N个线槽，各所述线槽环绕所述铁芯周向均匀分布，任意相邻两所述线槽之间设有一电枢齿，N为正整数；三相绕组，其均匀绕设于各所述线槽内，所述三相绕组可产生的电枢磁场极对数为2M，M为正整数；以及2N个瓦型永磁体，每一所述瓦型永磁体设置于一所述电枢齿的表面，且沿着所述铁芯周向所述瓦型永磁体极性一一交替排列。本技术的有益效果：不仅具备输出转矩的能力，还能够连续调节吸附力大小，吸附力大小和方向精确可控，可有效解决磁吸附爬壁机器人吸附结构复杂、无法适应复杂环境和壁面过渡能力差等问题。技术研发人员：李安,卢洪磊,范亚军,赵兴炜,龚泽宇,陶波,丁汉受保护的技术使用者：武汉数字化设计与制造创新中心有限公司技术研发日：20231115技术公布日：2024/7/29