一种单向高扭矩轻量化类肌肉型电机的制作方法

本发明涉及电磁驱动与直线电机，具体为一种单向高扭矩轻量化类肌肉型电机。

背景技术：

1、类肌肉型电机是一类仿生驱动装置，其设计目标是模拟生物肌肉的驱动特性，在紧凑体积和轻量化前提下，输出高力密度（单位质量出力）和高加速度的直线运动。同时现有研究表明，类肌肉型直线永磁电机可实现与生物肌肉相当的力密度和效率。

2、现有电机驱动方案多采用高速电机配合高减速比齿轮箱来提升输出扭矩，尤其在仿生机器人及可穿戴设备等类肌肉驱动应用场景中，赖高减速比齿轮箱会放大运动部件的惯量，影响电机反向可驱动性与动态响应，无法实现轻量化设计；并且现有直线永磁电机中采用单线圈结构，导致磁场分布不均匀，电磁-机械能量转换效率低，且控制响应滞后。

3、因此基于存在的技术不足，提出一种仿生学意义上的单向高扭矩轻量化类肌肉型电机，可应用于机器人关节驱动、精密直线运动控制等场景。

技术实现思路

1、（一）解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种单向高扭矩轻量化类肌肉型电机，具备单向高扭矩输出、轻量化设计以及高能量转换效率的优点，解决了现有电机依赖高减速比齿轮箱导致运动部件惯量大、反向可驱动性与动态响应差、难以实现轻量化，以及能量转换效率低且控制响应滞后的问题。

3、（二）技术方案

4、为实现上述单向高扭矩输出、轻量化设计以及高能量转换效率的目的，本发明提供如下技术方案：一种单向高扭矩轻量化类肌肉型电机，包括软磁底座，所述软磁底座的内侧固定有磁体组合模块；

5、所述磁体组合模块包括与软磁底座内侧固定的第一非软磁铁，在所述第一非软磁铁的顶部固定有第一软磁体，在所述第一软磁体的顶部固定有第二非软磁铁，在所述第二非软磁铁的顶部固定有第二软磁体，在所述第二软磁体的顶部固定有第三非软磁铁，在所述第三非软磁铁的顶部固定有第三软磁体，在所述第三软磁体的顶部固定有第四非软磁铁，在所述软磁底座的内侧设置有线圈组。

6、优选的，所述软磁底座的内侧为u型槽式结构，设置软磁底座的内侧高度不小于第一非软磁铁、第一软磁体与第二非软磁铁的高度之和。

7、优选的，以第一非软磁铁与第三非软磁铁的底端均为s极，以第一非软磁铁与第三非软磁铁的顶端均为n极；

8、以第二非软磁铁与第四非软磁铁的底端均为n极，以第二非软磁铁与第四非软磁铁的顶端均为s极。

9、优选的，将所述软磁底座、第一非软磁铁、第一软磁体、第二非软磁铁、第二软磁体、第三非软磁铁、第三软磁体与第四非软磁铁依次磁吸连接，在每个磁性接触面涂有用于定型固定的磁铁胶。

10、优选的，将线圈组居中放置在软磁底座与第一非软磁铁之间，线圈组不与软磁底座内壁和磁铁外侧接触，所述线圈组包括位于最内层的套管层，在所述套管层的外部由下至上依次套接有线圈层一、线圈层二、线圈层三、线圈层四、线圈层五、线圈层六与线圈层七。

11、优选的，设置所述线圈层一、线圈层四、线圈层五、线圈层六与线圈层七的线圈匝数均为六层，设置所述线圈层二与线圈层三的线圈匝数均为五层。

12、（三）有益效果

13、与现有技术相比，本发明提供了一种单向高扭矩轻量化类肌肉型电机，具备以下有益效果：

14、1、该单向高扭矩轻量化类肌肉型电机，通过磁体组合模块中非软磁铁与软磁体的交替堆叠设计，在软磁体侧边形成稳定的径向磁场，线圈组中各线圈层分别对应不同软磁体的径向磁场区域，通电后通过多个线圈在安培力与磁场力叠加作用下，所有有效线圈层产生的推力方向均指向同一竖直方向，有效实现单向高扭矩输出。

15、2、该单向高扭矩轻量化类肌肉型电机，通过采用软磁底座与磁体组合模块的嵌套式布局，无需复杂传动机构，整体结构轻巧，可根据应用场景调节尺寸，实现轻量化设计目标。

16、3、该单向高扭矩轻量化类肌肉型电机，设计软磁底座为u型槽式结构，其内侧高度确保磁感线回路闭合，利用软磁体将来自非软磁铁n极的磁感线全量通入，再沿软磁体侧边导出，从而形成闭合磁路，有效减少磁通量损耗，显著提升电磁-机械能量转换效率。

1.一种单向高扭矩轻量化类肌肉型电机，包括软磁底座（1），其特征在于：所述软磁底座（1）的内侧固定有磁体组合模块（2）；

2.根据权利要求1所述的一种单向高扭矩轻量化类肌肉型电机，其特征在于：所述软磁底座（1）的内侧为u型槽式结构，设置软磁底座（1）的内侧高度不小于第一非软磁铁（201）、第一软磁体（202）与第二非软磁铁（203）的高度之和。

3.根据权利要求1所述的一种单向高扭矩轻量化类肌肉型电机，其特征在于：以第一非软磁铁（201）与第三非软磁铁（205）的底端均为s极，以第一非软磁铁（201）与第三非软磁铁（205）的顶端均为n极；

4.根据权利要求1所述的一种单向高扭矩轻量化类肌肉型电机，其特征在于：将所述软磁底座（1）、第一非软磁铁（201）、第一软磁体（202）、第二非软磁铁（203）、第二软磁体（204）、第三非软磁铁（205）、第三软磁体（206）与第四非软磁铁（207）依次磁吸连接，在每个磁性接触面涂有用于定型固定的磁铁胶。

5.根据权利要求1所述的一种单向高扭矩轻量化类肌肉型电机，其特征在于：将线圈组（208）居中放置在软磁底座（1）与第一非软磁铁（201）之间，线圈组（208）不与软磁底座（1）内壁和磁铁外侧接触，所述线圈组（208）包括位于最内层的套管层（3），在所述套管层（3）的外部由下至上依次套接有线圈层一（2081）、线圈层二（2082）、线圈层三（2083）、线圈层四（2084）、线圈层五（2085）、线圈层六（2086）与线圈层七（2087）。

6.根据权利要求5所述的一种单向高扭矩轻量化类肌肉型电机，其特征在于：设置所述线圈层一（2081）、线圈层四（2084）、线圈层五（2085）、线圈层六（2086）与线圈层七（2087）的线圈匝数均为六层，设置所述线圈层二（2082）与线圈层三（2083）的线圈匝数均为五层。