[发明专利]一种复合式混合励磁多自由度球形电机

权利要求书

1.一种复合式混合励磁多自由度球形电机，其特征在于：包括

定子和转子，所述定子和所述转子参考于同一球心安装，所述定子与所述转子的间隙构成球面形气隙，所述转子的表面具有沿球坐标系中向均匀分布的多个转子凹槽，用于放置转子永磁体，相邻所述转子永磁体的极性相反，相邻两个所述转子凹槽之间设置有沿球坐标系中向均匀分布的多个转子凸极，所述定子包括多个定子铁芯单元，相邻两个所述定子铁芯单元之间设置有定子连接铁芯，所述定子铁芯单元设置有至少三个定子齿，三个所述定子齿缠绕有绕组，所述定子齿设置有定子永磁体；其中，

对各所述绕组的线圈通入复合电流，所述复合电流包含自转电流分量和偏转电流分量，通过调节所述复合电流中的各自转电流分量以及各偏转电流分量的大小和相位，以改变所述转子的转矩输出性能，从而实现对所述转子进行自转和各方向偏转的控制，使得所述复合式混合励磁多自由度球形电机具有仅自转状态、仅偏转状态以及复合运动状态。

2.根据权利要求1所述的复合式混合励磁多自由度球形电机，其特征在于，所述复合式混合励磁多自由度球形电机包括偏转部分和自转部分，单个所述定子铁芯单元的各所述绕组构成偏转绕组单元，分别为、及三相；

所述偏转部分中，偏转部分包括若干个偏转电机单元，所述偏转绕组单元配合相应的所述定子永磁体以及相应的所述转子凸极，以构成所述偏转电机单元；

所述自转部分中，所有定子铁芯单元上的偏转绕组单元组合构成自转电机绕组，所述自转电机绕组配合各所述转子永磁体以及各所述定子连接铁芯，以构成自转部分，所述自转电机绕组沿球坐标系中向按极槽配合规律排列，分别为、及三相，为某相的自转电机绕组的线圈序号，满足

关系公式1：

；

关系公式2：

；

关系公式3：

；

其中，为通入对应所述绕组序号线圈的复合电流，、及为自转电流分量，、及为偏转电流分量，和分别为偏转电流分量和自转电流分量的有效值，和分别为偏转电流分量和自转电流分量的电频率，和分别为偏转电流分量和自转电流分量的初相位，为时间，，为相数，为定子铁芯单元的总数。

3.根据权利要求2所述的复合式混合励磁多自由度球形电机，其特征在于：所述复合式混合励磁多自由度球形电机处于仅偏转状态时，偏转方向上的所述偏转绕组单元的线圈中，通入电流的偏转电流分量、及按关系公式2的相位特性正弦变化，自转电流分量、及均为恒定值。

4.根据权利要求2所述的复合式混合励磁多自由度球形电机，其特征在于：所述复合式混合励磁多自由度球形电机处于仅自转状态时，单个所述偏转绕组单元的各线圈通入的电流相同，所述自转电机绕组的所有线圈中,通入电流的偏转电流分量、及均为零，自转电流分量、及按关系公式3的相位特性正弦变化。

5.根据权利要求2所述的复合式混合励磁多自由度球形电机，其特征在于：所述复合式混合励磁多自由度球形电机处于复合运动状态时，所有所述绕组的线圈通入的电流中，偏转电流分量、及按关系公式2的相位特性正弦变化，自转电流分量、及按关系公式3的相位特性正弦变化。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的复合式混合励磁多自由度球形电机，其特征在于：所述定子和所述转子同球心套装在一起,所述复合式混合励磁多自由度球形电机采用外定子内转子结构或内定子外转子结构。

7.根据权利要求6所述的复合式混合励磁多自由度球形电机，其特征在于：所述定子和所述转子同球心套装在一起,采用外定子内转子结构，所述复合式混合励磁多自由度球形电机还包括壳体，所述壳体用于固定所述定子，所述壳体圆底的中心部位设置有轴承支柱，所述转子包括转子连接铁芯以及与所述转子连接铁芯连接的转子中心轴，所述转子凹槽设置在所述转子连接铁芯上，所述转子中心轴与所述轴承支柱通过轴承润滑球面实现球面连接，从而使所述转子可相对所述定子进行自转与各方向的偏转运动。