[实用新型]三维度有限转角球形电机

说明书

技术领域

本实用新型属于工业应用电动机技术领域，涉及三维度有限转角球形电机。

背景技术

随着科技的进步，多自由度运动机构的应用范围越来越广。传统的多自由度运动是由多台单自由度电机联合实现的，不可避免的带来机构庞大、传动精度低、控制困难等问题。多自由度电机及控制系统的研究越来越受重视，其中，三自由度运动的球形电机与传统的多自由度传动机构相比，具有结构简单、转动惯性低、精密度高、动态性能好等特点，具有更广泛的应用前景，但涉及的问题也更复杂。

随着电机设计、控制技术以及电力电子技术的发展，多种结构形式的球形电动机不断涌现，构成了多自由度传动机构未来的发展方向，国内外学者对多种球形电动机进行过研究。双馈型球形电动机定、转子均采用分布绕组，转子需要馈电，电机结构复杂；永磁球形步进电动机定、转子极均为圆柱形结构，增大了电机的体积，并且运行过程中对定、转子在几何结构上的配合性计算比较复杂；同时，现有多自由度球形电机并未驱动负载实现方位、俯仰、横滚三个旋转维度的有限转角内运动，且均需借助中间传动机构来实现动作，而无法直接驱动负载。因此，需涉及一种电机结构简单，体积适中，实现方位、俯仰、横滚三个旋转维度的有限转角运动，且无需中间传动机构的具有高集成度和高精度直驱性的三维度球形电机。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供三维度有限转角球形电机，克服了现有技术中球形电机结构复杂，体积庞大，不能驱动负载实现方位、俯仰、横滚三个旋转维度的有限转角内运动，且需借助中间传动机构驱动负载，低集成度和低精度直驱性的问题。

本实用新型所采用的技术方案是：

三维度有限转角球形电机，包括圆形底座，所述圆形底座上安装有球面弧形线圈单元，还包括圆形负载安装盘，所述负载安装盘一端安装有两个弧形内磁轭，所述内磁轭另一端安装于圆形底座中央设置的球形轴承上，每个所述内磁轭圆弧外侧设置有弧形永磁体和外磁轭，所述外磁轭置于永磁体圆弧外侧，所述线圈单元置于所述永磁体的外圆弧面与外磁轭圆弧内圆弧面之间的空隙内。

本实用新型的特点还在于：

所述圆形底座上安装有四组线圈单元，分别为第一线圈单元、第二线圈单元、第三线圈单元、第四线圈单元，且每组线圈单元均由线圈a、线圈b和线圈c和线圈d整形成球面弧形且沿直径方向重叠组合而成。

每个所述内磁轭圆弧外侧均设置有两个圆弧外表面极性相反的永磁体，每两个所述永磁体共用一个外磁轭，每组线圈单元对应一个永磁体。

所述圆形底座连接于球形轴承的外圆上，所述内磁轭连接于球形轴承的内圆上。

所述内磁轭与负载安装盘为一体式结构，所述内磁轭、永磁体、外磁轭及负载安装盘组成动子。

所述内磁轭、永磁体、线圈单元、外磁轭同心设置。

所述线圈单元由铜线绕制而成。

所述内磁轭与外磁轭均采用导磁材料制成。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型三维度有限转角球形电机，通过安装在圆形底盘的线圈单元及其连接于圆形底盘上设置的球形轴承上的内磁轭、永磁体、外磁轭以及负载安装盘，克服了现有技术中球形电机结构复杂，体积庞大，不能驱动负载实现方位维度、俯仰维度、横滚维度三个旋转维度的有限转角内运动，且需借助中间传动机构来驱动负载，低集成度和低精度直驱性的问题；实现了方位、俯仰、横滚三个维度的有限转角内运行动作的球形电机，不借助多个电机及中间传动机构实现动作，具有极高的集成度和高精度直驱特性，同时，该电机的负载安装盘能够适应各种负载的安装，具有很高的通用性并且结构简单，便于批量生产。

本实用新型所述圆形底座上安装有四组线圈单元，每组线圈单元由两个方位俯仰线圈和两个横滚线圈整形成球面弧形且沿直径方向重叠组合而成，其具有很强的机械强度，不易变形，其中方位俯仰线圈负责驱动负载实现方位、俯仰两个维度的有限转角内运行动作、横滚线圈负责驱动负载实现横滚维度的有限转角内运行动作，简单的结构设计实现高精度的三维度有限转角内运动。

本实用新型中每个内磁轭圆弧外侧均设置有两个圆弧外表面极性相反的永磁体，所述两个永磁体共用一个外磁轭，每组线圈单元对应一个永磁体，使得每组线圈单元具有很好的稳定性和可控性，同时使得本实用新型的球形电机的方位、俯仰以及横滚三维度转角运动具有更高的准确性和集成性。

本实用新型中圆形底座连接于球形轴承的外圆上，所述内磁轭连接于球形轴承的内圆上。从而使得内磁轭、外磁轭以及负载安装盘得到支撑，同时可实现球形电机各部分相对独立运动而不影响彼此。