[发明专利]一种双定子结构三自由度电机

说明书

本发明提供一种双定子结构三自由度电机，涉及偏转式运动电机领域。包括外定子、内定子和转子；内外定子上分布有匝数可变的线圈绕组，转子上分布着对应的自转、偏转永磁体，输出轴与固定轴通过油膜连接安置在电机中心位置，输出轴中还包含可检测转子运动状态和运动速度的对应传感器。本发明采用绝磁层将自转永磁体与偏转永磁体相隔离，极大程度避免了永磁体之间的相互干扰；本发明具有结构简单、体积小、控制灵敏、无电磁干扰、便于控制等优点，应用于医学探测、机器人关节、工厂车间切削以及机械仿生眼等领域。

技术领域

本发明涉及三自由度电机技术领域。

背景技术

随着科学技术的不断进步，特别是在高新技术行业，对电机运动的要求越来越高，某些特定场合不仅要求电机可以实现围绕着输出轴进行转动，还要求电机可以实现一定程度的偏转倾斜运动。而传统多自由度电机不仅结构复杂，而且由于传动机构的存在，导致整个系统难以维护，具有体积大、效率低等不容忽视的缺点。而对于航空航天、机械手臂等有着特殊要求的领域，迫切需要更好的电机来完成运动。

三自由度电机在未来的科技发展中有着广阔的应用前景和应用潜力，最早的理论提出是在上世纪中叶，但是作为一门新生的学科，由于缺乏理论支持和实践指导，使得当时研究的多自由度电机有着许许多多的致命缺陷，直到上世纪末，多自由度电机的理论才逐步建立，涌现出了各种各样的新模型理论。

目前已有的多自由度电机大多都将倾斜偏转运动线圈和自转运动线圈放在同一定子上，这样就使得在驱动过程中要多考虑一步电磁之间的相互影响，自转永磁体所产生的气隙磁密会与偏转永磁体产生的气隙磁密叠加在一起，从而影响电机的运转，由于需要考虑永磁体之间的相互干扰，会提高驱动的复杂程度，增加电机成本；即使如此，也无法使电机精确工作在高转速状况下以及应用于对偏转角度要求较为精确的应用领域。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供了一种双定子结构三自由度电机，目的是解决传统多自由度电机所占体积庞大、效率低下、响应速度慢、传动损耗大的问题，尤其是解决倾斜偏转运动线圈和自转运动线圈放在同一定子上电磁之间相互影响、提高驱动的复杂程度、增加电机成本及不易控制、运行精度低的问题。本发明可以使电机完成自转、偏转运动，具有结构简单、体积小、响应速度快、误差小、电机成本较低、易于控制、运行精度较高和用途广泛等优点。可应用于医学探测仪器、机器人关节、工厂车间切削以及实用机械仿生眼等领域。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案是：一种双定子结构三自由度电机，包括：外壳、外定子，其特征在于：还包括内定子、复合结构转子，复合结构转子位于外定子和内定子之间；内定子固定在固定轴上，固定轴下端固定在外壳上；复合结构转子上固定有输出轴，输出轴的下端与固定轴通过活动轴承连接；在外定子的内侧分布有若干偏转线圈轭，复合结构转子的外侧分布有若干磁极，对外定子内侧偏转线圈轭的偏转驱动线圈施加通电方案，可以使复合结构转子完成偏转运动；在复合结构转子的内侧与内定子对应的部位设有绝磁材料环，所述的绝磁材料环挖空且在内侧面开口嵌入有若干磁极；内定子外侧分布有若干自转线圈轭，对内定子外侧自转线圈轭的自转驱动线圈施加通电方案，可以使复合结构转子完成自转运动。

优选的，所述的磁极为永磁体，分为偏转永磁体和自转永磁体。

优选的，所述的永磁体均为平行充磁永磁体。

优选的，活动轴承结构为，固定轴与输出轴之间通过可以支持其相对运动的球面形油膜连接，输出轴中部通过连接支架与绝磁材料环固定连接。

进一步的，出轴内还设有检测转子位置和转速的传感器。

进一步的，所述的偏转驱动线圈和自转驱动线圈为匝数可控的驱动线圈。

优选的，所述的外定子的内侧、复合结构转子的内外侧、内定子的外侧均包括球形面。

优选的，电机外壳为球形。