直驱电机、闸机及机械臂的制作方法

1.本实用新型涉及机械结构技术领域，具体地，涉及一种直驱电机、闸机及机械臂。


背景技术：

2.目前，通道管理中的翼闸机、摆闸机、臂闸机、道闸机等的应用越来越广泛。在地铁站出入口通道、火车站出入通道、海关出入通道、旅游景点出入通道、写字楼及机关单位出入口、大型商场的出入口、公路和停车场车辆出入口，相关人员持有有效卡在机器的刷卡区刷卡，刷卡有效则自动开闸，允许人员或车辆通行，通过通道后机器会自动关闸。
3.但现有的闸机设计中大部分设计结构仍然较为复杂。另外对于现有的电机设计中，稀土永磁电机由于其具有结构简单，运行可靠等诸多的优势，应用范围极为广泛，几乎遍及航空航天、国防、工农业生产和日常生活的各个领域，但稀土永磁电机无法通过一个脉冲电流信号即可实现沿预设转动方向旋转90
°
的效果。
4.专利文献cn201406648y公开了一种翼闸机或摆闸机或臂闸机或道闸机的传动机构,包括传动机构,该传动机构包括翼闸板或摆闸板或闸臂或挡杆；该传动机构还包括电机减速机组、主动杆、滚轮以及带拔动槽的从动拔杆,所述主动杆的一端固定在电机减速机组的输出轴上,主动杆的另一端安装滚轮,滚轮位于拔动槽中,从动拔杆通过轴和轴承与翼闸板或摆闸板或闸臂或挡杆枢接,在翼闸板或摆闸板或闸臂或挡杆到达开闸或关闸终点位置时,主动杆和从动拔杆垂直，但该设计采用电机减速机的设计，结构复杂。


技术实现要素：

5.针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种直驱电机、闸机及机械臂。
6.根据本实用新型提供的一种直驱电机，包括一个或多个驱动机构，所述驱动机构包括磁轭体、第一电磁体以及磁体结构件；
7.所述第一电磁体安装在所述磁轭体上且所述磁轭体的内部设置有第一容纳空间，所述磁体结构件安装在所述第一容纳空间中且连接用于传动的转轴；
8.当所述驱动机构中各自的第一电磁体通入正向电流时，第一电磁体产生磁场进而能够使至少一个所述磁体结构件或者使所述磁体结构件中至少一个磁体作为启动动力源驱使所述转轴转动进而所述磁体结构件均作为驱动动力源，其中，所述转轴绕轴向方向从第一角度转动到第二角度且能够在所述第一电磁体通入负向电流后从第二角度再转回到第一角度。
9.优选地，所述第二角度为所述转轴从第一角度转动预设角度所到达的位置，所述预设角度的选择范围为0～180
°
。
10.优选地，所述磁轭体的横截面采用圆形结构或半圆形结构，所述磁体结构件包括一个或多个磁体。
11.优选地，所述驱动机构的数量为三个；
12.三个所述驱动机构各自的磁体结构件分别为第一永磁体、第二永磁体、第三永磁
体，其中，所述第二永磁体为定心位置，所述第三永磁体、第一永磁体分别为所述第二永磁体绕所述转轴轴心逆时针转动45
°
、顺时针转动90
°
后在所述转轴轴向方向俯视的位置，其中，所述第一永磁体、第三永磁体均为启动动力源。
13.根据本实用新型提供的一种闸机，采用所述的直驱电机，包括刹车机构以及控制机构，多个所述驱动机构沿所述转轴长度的方向间隔布置；
14.所述转轴的一端或两端安装有所述刹车机构，所述直驱电机能够驱使所述转轴在第一角度和第二角度之间转动并能够在所述刹车机构的驱使下停止在预设角度，所述直驱电机、刹车机构分别与控制机构信号连接。
15.优选地，所述刹车机构包括电磁运动体以及支架，所述支架上设置有第二容纳空间，所述电磁运动体安装在所述支架上且布置在所述第二容纳空间中，所述电磁运动体上设置有第一刹车件，所述转轴的端部设置有第二刹车件；
16.当对所述电磁运动体通电时能够驱使所述第一刹车件在第一位置和第二位置之间运动，其中，在第一位置时，所述第一刹车件和第二刹车件相对的一面摩擦接触，在第二位置时，所述第一刹车件和第二刹车件相对的一面间隙布置。
17.优选地，所述电磁运动体包括第二电磁体、弹性体以及第四永磁体；
18.所述第二电磁体安装在所述支架上，所述第四永磁体安装在所述第一刹车件上，所述弹性体的一端连接所述第二电磁体，所述弹性体的另一端与所述第二刹车件连接，当所述第二电磁体通电时能够驱使所述第一刹车件运动到第二位置，当所述第二电磁体断电时所述弹性体能够驱使所述第一刹车件运动到第一位置。
19.优选地，所述刹车机构、直驱电机依次安装在外套筒中且所述转轴与设置在所述外套筒中的轴承组件转动配合。
20.优选地，所述驱动机构上设置有霍尔传感器，所述霍尔传感器与所述控制机构信号连接。
21.根据本实用新型提供的一种机械臂，采用所述的直驱电机，包括机械臂壳体以及功能件，所述机械臂壳体内部设置有第三容纳空间，直驱电机安装在所述第三容纳空间中并能够驱使所述转轴9带动所述功能件转动。
22.与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：
23.1、本实用新型中的直驱电机通过采用将磁体结构件交叉布置在转轴上并设置磁轭体，使第一电磁体通电后产生的磁场同时对磁体结构件n极、s极分别施加吸力、斥力进而使转动驱动力形成沿转动方向的相互叠加的合力，大大增加了驱动力，且结构简单，实用性强。
24.2、本实用新型中施加一次脉冲电流信号或两次脉冲电流信号即可实现沿预设转动方向旋转90
°
的效果，操作简单。
25.3、本实用新型闸机中的刹车机构仅通过通断电即可实现稳定的制动和非制动效果，结构简单，操作方便。
26.4、本实用新型不通过减速机等设备采用直驱电机直接驱动闸门转动，简化了系统结构。
27.5、本实用新型中的磁轭体、第一电磁体以及磁体结构件能够进行多种排列组合的结构形式设计，形成多种作动结构，以满足实际产品在各种应用场景的需求。
28.6、本实用新型中的直驱电机可以应用于机器人的手臂中，利用机器人手臂的内部空间安装直驱电机，可实现快速、大扭转力的转动操作，结构紧凑、集成度高，实用性强。
附图说明
29.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
30.图1为本实用新型中实施例4中转轴在第一角度时的结构示意图；
31.图2为图1逆时针转动45
°
后的结构示意图；
32.图3为图1逆时针转动90
°
后的结构示意图；
33.图4为磁轭体的横截面采用圆形结构时的结构示意图；
34.图5为本实用新型中实施例4中转轴在第二角度时的结构示意图；
35.图6为图5顺时针转动45
°
后的结构示意图；
36.图7为图5顺时针转动90
°
后的结构示意图；
37.图8为本实用新型中实施例2中转轴在第一角度时的结构示意图；
38.图9为图8逆时针转动45
°
后的结构示意图；
39.图10为图8逆时针转动90
°
后的结构示意图；
40.图11为本实用新型中布置霍尔传感器时的结构示意图；
41.图12为本实用新型中一个实施例中闸机的结构示意图；
42.图13为本实用新型中闸机做旋转90
°
的开关时时间、电流的坐标示意图，其中，坐标系中的1、2、3分别与图8、图9、图10中所对应的三个驱动机构中的1、2、 3的编号对应；
43.图14为本实用新型中刹车机构的结构示意图。
44.图中示出：
45.磁轭体1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第二电磁体11
46.第一电磁体2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
弹性体12
47.磁体结构件3
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第四永磁体13
48.第一永磁体4
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
基座14
49.第二永磁体5
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
安装支板15
50.第三永磁体6
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
外套筒16
51.第一容纳空间7
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第二容纳空间17
52.第一刹车件8
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
霍尔传感器18
53.转轴9
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
闸门19
54.第二刹车件10
具体实施方式
55.下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。
56.实施例1：
57.本实用新型提供了一种直驱电机，包括多个驱动机构，所述驱动机构包括磁轭体1、第一电磁体2以及磁体结构件3，如图1所示，所述第一电磁体2安装在所述磁轭体1上且所述磁轭体1的内部设置有第一容纳空间7，所述第一电磁体2优选安装在所述磁轭体1的内部，所述磁体结构件3安装在所述第一容纳空间7中且连接用于传动的转轴9，所述磁体结构件3优选沿所述转轴9的径向方向布置，当多个驱动机构中各自的第一电磁体2通入正向电流时，第一电磁体2产生磁场进而能够使至少一个所述磁体结构件3作为启动动力源驱使所述转轴9转动进而多个所述磁体结构件3均作为驱动动力源，其中，所述转轴9绕轴向方向从第一角度转动到第二角度且能够在所述第一电磁体2通入负向电流后从第二角度再转回到第一角度，其中，所述第二角度为所述转轴9从第一角度转动预设角度所到达的位置，所述预设角度的选择范围优选为0～180
°
。
58.进一步地，本实用新型中采用驱动机构驱动转轴9转动时，通过改变对第一电磁体2的通电方向进行激励驱动也能够实现转轴9转动角度0～360
°
范围内的调节，即当转动到第二角度180
°
时，对第一电磁体2再通入负向电流，即可实现从第二角度继续同向转动180
°
，即可实现360
°
的旋转，具体应根据实际的应用场景合理选择，以适应不同产品的实际需求。
59.具体地，所述磁轭体1的横截面采用圆形结构或半圆形结构。
60.本实用新型还提供了一种闸机，采用所述的直驱电机，包括刹车机构以及控制机构，如图12所示，多个所述驱动机构沿所述转轴9长度的方向间隔布置，所述转轴9的一端或两端安装有所述刹车机构，所述直驱电机能够驱使所述转轴9在第一角度和第二角度之间转动并能够在所述刹车机构的驱使下停止在预设角度，所述直驱电机、刹车机构分别与控制机构信号连接，控制机构分别能够控制直驱电机、刹车机构动作。
61.具体地，所述刹车机构包括电磁运动体以及支架，所述支架上设置有第二容纳空间17，所述电磁运动体安装在所述支架上且布置在所述第二容纳空间17中，所述电磁运动体上设置有第一刹车件8，所述转轴9的端部设置有第二刹车件10，当对所述电磁运动体通电时能够驱使所述第一刹车件8在第一位置和第二位置之间运动，其中，在第一位置时，所述第一刹车件8和第二刹车件10相对的一面摩擦接触，能够起到刹车制动的功能，在第二位置时，所述第一刹车件8和第二刹车件10 相对的一面间隙布置，此时转轴9能够在直驱电机的驱使下转动。
62.本实用新型提供的一种机械臂，采用所述直驱电机，包括机械臂壳体以及功能件，所述机械臂壳体内部设置有第三容纳空间，直驱电机安装在所述第三容纳空间中并能够驱使所述转轴9带动所述功能件转动，功能件例如为机器人的手臂，再例如为齿轮件等。本实用新型中所述的机械臂可为机器人手臂或应用于其他自动化机械操作臂。
63.进一步地，本实用新型中的永磁体布置在所述转轴9上并按设计角度布置，产生大力矩、转动状态可控的电机，并能够实现如45
°
、90
°
、180
°
等多种可控的转动角度，同时由于磁体结构件3的n极、s极均同时受到磁性吸力、磁性斥力用于转动，进而能够实现转速快、组合转动的驱动力大；另外每个直驱电机中的磁体结构件3也可以将多个永磁体组合交叉连接后再安装到转轴9上，形成2个或2个以上的多永磁体驱动机构，一个电磁线圈可以对多个永磁体结构进行激励驱动，增加单元驱动的效果。沿转轴9分布布置的每一个驱动机构都是由2个或2个以上的多永磁体驱动体组成，例如采用如图1所示的结构作为一个驱动机构，这
两个永磁体是沿轴向交叉布置的结构，也能够实现本实用新型的驱动效果。
64.实施例2：
65.本实施例为实施例1的一个优选例。
66.本实施例中提供了一种直驱电机，包括三个所述驱动机构，所述磁轭体1的横截面采用半圆形结构，三个所述驱动机构各自的磁体结构件3分别为第一永磁体4、第二永磁体5、第三永磁体6，如图8所示，其中，所述第二永磁体5为定心位置，所述第三永磁体6、第一永磁体4分别为所述第二永磁体5绕所述转轴9轴心逆时针转动45
°
、顺时针转动90
°
后在所述转轴9轴向方向俯视的位置，其中，所述第一永磁体4、第三永磁体6均为启动动力源，第二永磁体5利于定心，所述第一电磁体2的数量为多个，当所述第一电磁体2通入正向电流时，产生磁场进而驱使所述磁体结构件3带动转轴9转动，如图8中所示，其中，第一永磁体4、第三永磁体6上的n极、s极均受到逆时针方向旋转的斥力和吸力进而带动转轴9转动，当第二永磁体5转动并偏离正对磁轭体1的磁极后第一永磁体4、第二永磁体5、第三永磁体6均同时受到沿所述转轴9轴心逆时针转动的磁性斥力、磁性吸力的驱动力，大大增加了转轴的驱动力。
67.本实施例中，如图14所示，刹车机构中的电磁运动体包括第二电磁体11、弹性体12以及第四永磁体13，所述第二电磁体11安装在所述支架上，所述支架包括基座14以及安装支板15，基座14的两端分别安装在安装支板15上并为第二电磁体11、弹性体12以及第四永磁体13提供安装支撑的载体和空间，所述第四永磁体 13安装在所述第一刹车件8上，所述弹性体12的一端连接所述第二电磁体11，所述弹性体12优选采用弹簧，所述弹簧优选套装在所述第二电磁体11上，第二电磁体11固定在所述基座14上，所述弹性体12的另一端与所述第二刹车件10连接，当所述第二电磁体11通电时能够驱使所述第一刹车件8运动到第二位置，处于非刹车状态，转轴9能够在直驱电机的驱动下转动。当所述第二电磁体11断电时所述弹性体12能够驱使所述第一刹车件8运动到第一位置，处于刹车状态，转轴9 不能转动。
68.本实施例中，所述刹车机构、直驱电机依次安装在外套筒16中且所述转轴9与设置在所述外套筒16中的轴承组件转动配合，如图12所示，采用两套刹车机构，三套驱动机构，所述轴承组件优选包括两个轴承，两个轴承分别设置在转轴9的两端，所述转轴9通过两个轴承与外套筒16转动配合。
69.本实施中的闸机上的闸门19通过刚性连接件与转轴9紧固连接，当转轴9转动时直接带动闸门19转动，进而能够实现闸门19的转动。
70.本实施例中的闸机可以通过感应装置对来访的人员、车辆等进行感应并将感应信息传输给控制机构进而能够实现闸机的自动开关，以满足不同应用场景的需求。
71.具体地，所述驱动机构上设置有霍尔传感器18，如图11所示，所述霍尔传感器18与所述控制机构信号连接，霍尔传感器18能够采集所述驱动机构中磁体结构件3的转动角度并能够将采集到的信息传输给控制机构进而所述控制机构能够根据获得的磁体结构件3的位置信息发出控制命令，控制驱动机构和刹车机构动作。所述第一刹车件8优选采用采用铁磁体，所述第二刹车件10优选采用摩擦片，为增大摩擦，第二刹车件10可选用摩擦系数较大的材料，表面做毛糙处理等。
72.实施例3：
73.本实施例为实施例1的另一个优选例。
74.本实施例中，为了增大磁感应强度，多缠绕线圈，增加驱动磁场的强度，将所述磁轭体1制成对称布置的形式，如图4所示，所述磁轭体1的横截面采用圆形结构，磁场强度更强，使整个直驱电机的驱动力更强。
75.实施例4：
76.本实施例为实施例1的又一个优选例。
77.本实施例中，直驱电机中采用一个驱动机构，驱动机构包括磁轭体1、第一电磁体2以及磁体结构件3，磁体结构件3包括两个永磁体，如图1、图2、图3所示，其中，两个永磁体均沿转轴9的径向方向布置且在所述转轴9的轴向方向上呈交叉布置，交叉后的夹角为45
°
，其中，偏离磁轭体1磁极方向布置的一个永磁体作为启动动力源，进而也能够实现本实用新型的驱动效果。
78.以实施例2为例，本实用新型中直驱电机的工作原理如下：
79.如图8所示，所述第二永磁体5为定心位置，第三永磁体6、第一永磁体4分别为第二永磁体5绕所述转轴9轴心逆时针转动45
°
、顺时针转动90
°
后沿所述转轴9轴向俯视的位置，其中，所述第一永磁体4、第三永磁体6均为启动动力源，第二永磁体5利于定心，在磁轭体1结构上及其端部缠绕有第一电磁体2并产生如图8所示极性的磁场，当第二永磁体5、第三永磁体6所对应的所述第一电磁体2 通入正向电流、第一永磁体4所对应的所述第一电磁体2通入负向电流时，产生磁场进而驱使所述磁体结构件3带动转轴9转动，其中，第一永磁体4、第三永磁体 6上的n极、s极均受到逆时针方向旋转的斥力和吸力的合力进而带动转轴9转动，当第二永磁体5转动并偏离正对磁轭体1的磁极后第一永磁体4、第二永磁体5、第三永磁体6均同时受到沿所述转轴9轴心逆时针转动的磁性斥力、磁性吸力相叠加的驱动力，其中图8为转轴9处于第一角度时的示意图，图9、图10分别为图8 中的磁体结构件3逆时针旋转45
°
、90
°
后的示意图。
80.以实施例4为例，本实用新型中直驱电机的工作原理如下：
81.如图1所示，为转轴9处于第一角度时的示意图，其中，磁体结构件3包括两个永磁体，且两个永磁体沿所述转轴轴向方向的夹角为45
°
，磁极方向如图所示，当第一电磁体2通入正向电流时，产生磁场进而驱使所述磁体结构件3带动转轴9 转动，其中，竖直方向的磁体结构件3为非对称结构，或磁轭体1为非对称结构进而能够使，磁体结构件3定心位置为图1中的位置，倾斜布置的永磁体作为启动动力源，当转轴9转动后两个永磁体均作为驱动动力源驱使转轴转动，且两个永磁体上的n极、s极均受到沿所述转轴9轴心逆时针转动的磁性斥力、磁性吸力相叠加的驱动力，其中，图2、图3分别为图1中的永磁体旋转45
°
、90
°
后的示意图，图5、图6、图7分别为第一电磁体2通入负向电流时转轴9回转45
°
、90
°
后的示意图。
82.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
83.以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特
征可以任意相互组合。