[发明专利]一种六自由度永磁同步磁悬浮球形电机

摘要

本发明公开了一种六自由度永磁同步磁悬浮球形电机，包括球壳形定子（1）和球形动子（2）。球壳形定子（1）和球形动子（2）之间不接触，球形动子（2）依靠电磁力悬浮在球壳形定子（1）中间，通过控制电磁力来调整球形动子（2）和球壳形定子（1）的球心的相对位置；球形动子（2）中的水平线圈和垂直线圈按dq0分解通入电流，使球形动子（2）受到向心浮力，悬浮在球壳形定子（1）中，并使球形动子（2）受到相对于球壳形定子（1）沿任意轴线的转矩作用，从而实现多自由度转动。本发明具有多旋转自由度驱动能力，结构紧凑、无摩擦，可以作为机器人的多自由度关节并提供高速、高精度控制。

主权项

一种六自由度永磁同步磁悬浮球形电机，其特征在于包括：球壳形定子(1)和球形动子(2)；其中球壳形定子(1)包括：定子外壳(3)和磁钢(4)，球形动子(2)包括：动子球芯(5)、水平线圈(6)和垂直线圈(7)；定子外壳(3)为空心球壳，且定子外壳(3)的南北极位置各有一个镂空截面，磁钢(4)为立方体，磁钢(4)沿定子外壳(3)的径向充磁，磁钢(4)充磁面垂直于定子外壳(3)的半径，沿定子外壳(3)经纬线方向正交分布，并形成球面二维NS式磁钢(4)阵列，磁钢(4)镶嵌在定子外壳(3)中；动子球芯(5)为圆球形，动子球芯(5)有贯穿轴心的通孔，水平线圈(6)和垂直线圈(7)缠绕在动子球芯(5)表面，均由扁平漆包铜线绕制而成；水平线圈(6)和垂直线圈(7)沿动子球芯(5)的赤道交替分布；水平线圈(6)分为三组，互成120度夹角分布，水平线圈(6)的线匝沿球形动子(2)的经线方向呈一维阵列分布，水平线圈(6)的导线与纬线方向平行，水平线圈(6)的间距为磁钢(4)阵列的三分之一极距；垂直线圈(7)分为三组，每组互成120度夹角，垂直线圈(7)沿球形动子(2)纬线方向呈扇形阵列，与经线方向平行，垂直线圈(7)的间距为磁钢(4)阵列的三分之一极距；球壳形定子(1)和球形动子(2)之间不接触，球形动子(2)依靠电磁力悬浮在球壳形定子(1)中间，通过控制电磁力来调整球形动子(2)和球壳形定子(1)的球心的相对位置；球壳形定子(1)中的二维阵列磁钢(4)产生沿定子外壳(3)内表面分布的正交磁场；水平线圈(6)通电后，受到沿动子球芯(5)半径方向的力，以及垂直于水平线圈(6)、沿动子球芯(5)的球面切线方向的力；垂直线圈(7)通电后，受到沿动子球芯(5)半径方向的力，以及垂直于垂直线圈(7)、沿动子球芯(5)的球面切线方向的力；球形动子(2)中的水平线圈(6)和垂直线圈(7)按dq0分解通入电流，使球形动子(2)受到向心浮力，悬浮在球壳形定子(1)中，并使球形动子(2)受到相对于球壳形定子(1)沿任意轴线的转矩作用，从而实现多自由度转动。