[发明专利]一种复合式混合励磁多自由度球形电机

说明书

本发明公开了一种复合式混合励磁多自由度球形电机，涉及电机技术领域，包括定子和转子，定子和转子参考于同一球心安装，定子与转子的间隙构成球面形气隙；其中，对各绕组的线圈通入复合电流，复合电流包含自转电流分量和偏转电流分量，通过调节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，从而实现对转子进行自转和各方向偏转的控制，使得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。本发明利用了直流偏置型磁通反向电机的混合励磁特性，具有转矩密度高、运动范围大和转矩输出稳定等优点。

技术领域

本发明涉及电机技术领域，特别涉及一种复合式混合励磁多自由度球形电机。

背景技术

随着现代科学技术的发展，对多自由度电动机在应用范围、集成度与灵活性上的要求正在逐步严格。采用各种新颖结构和不同电机原理的多自由度电动机层出不穷，不同程度上改善了多自由度电机的转矩性能、运动范围、控制精度与控制难易度等特性。

多自由度电机为提升输出转矩需大量使用铁芯，但会导致铁芯部位的磁路耦合严重，使得电机的输出性能不佳且难以控制，加之电机驱动力原理和结构的限制，导致当前多自由度电机的转矩性能和运动范围受到严重限制，无法应用于对这些性能要求较高的领域。因此，研发新结构、新颖电机原理的多功能复合式混合励磁多自由度球形电机具有重要的意义。

发明内容

本发明旨在至少一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。为此，本发明实施例提供一种复合式混合励磁多自由度球形电机，旨在提升多自由度电机转矩性能、运动范围与输出稳定性特性。

根据本发明实施例的复合式混合励磁多自由度球形电机，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。

在可选或优选的实施例中，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：

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关系公式2：

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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。

在可选或优选的实施例中，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。