本發明專利技術公開了一種六自由度永磁同步磁懸浮球形電機，包括：球殼形定子（1）和球形動子（2）。球殼形定子（1）和球形動子（2）之間不接觸，球形動子（2）依靠電磁力懸浮在球殼形定子（1）中間，通過控制電磁力來調整球形動子（2）和球殼形定子（1）的球心的相對位置；球形動子（2）中的水平線圈和垂直線圈按dq0分解通入電流，使球形動子（2）受到向心浮力，懸浮在球殼形定子（1）中，并使球形動子（2）受到相對于球殼形定子（1）沿任意軸線的轉矩作用，從而實現多自由度轉動。本發明專利技術具有多旋轉自由度驅動能力，結構緊湊、無摩擦，可以作為機器人的多自由度關節并提供高速、高精度控制。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種球形電機，特別是一種六自由度永磁同步磁懸浮球形電機。
技術介紹
隨著機器人技術的發展，機器人關節的自由度越來越多，球形電機是一種能夠實現多自由度運動的機構。球形電機具有兩個或三個旋轉自由度，可繞過定點的多個空間軸線旋轉。球形電機在需要多自由度控制的機械系統中，能夠代替多臺單自由度電機，簡化系統結構，減小系統體積，消除由于齒隙帶來的傳動誤差?，F有球形電機結構多是在萬向節或球關節安裝電機的定子、轉子，在有限運動范圍內實現兩自由度或三自由度的運動，其他空間自由度被限制。而且，現有球形電機的定子對轉子的支承結構復雜，存在較大的摩擦阻力，導致球形電機工作發熱嚴重、工作效率降低、使用壽命縮短，難以實現高速、高精度運動，制約了球形電機的性能。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種六自由度永磁同步磁懸浮球形電機，解決傳統球形電機自由度少、支撐結構復雜、控制精度低的問題。一種六自由度永磁同步磁懸浮球形電機，包括:球殼形定子和球形動子；其中球殼形定子包括:定子外殼和磁鋼，球形動子包括:動子球芯、水平線圈和垂直線圈。定子外殼為空心球殼，且定子外殼的南北極位置各有一個鏤空截面，磁鋼為立方體，磁鋼沿定子外殼的徑向充磁，磁鋼充磁面垂直于定子外殼的半徑，沿定子外殼經瑋線方向正交分布，并形成球面二維NS式磁鋼陣列，磁鋼鑲嵌在定子外殼中。動子球芯為圓球形，動子球芯有貫穿軸心的通孔，水平線圈和垂直線圈纏繞在動子球芯表面，均由扁平漆包銅線繞制而成。水平線圈和垂直線圈沿動子球芯的赤道交替分布。水平線圈分為三組，每組互成120度夾角，水平線圈沿球形動子的經線方向呈一維陣列分布，與瑋線方向平行，水平線圈的間距為磁鋼陣列的三分之一極距。垂直線圈分為三組，每組互成120度夾角，垂直線圈沿球形動子瑋線方向呈扇形陣列，與經線方向平行，垂直線圈的間距為磁鋼陣列的三分之一極距。球殼形定子和球形動子之間不接觸，球形動子依靠電磁力懸浮在球殼形定子中間，通過控制電磁力來調整球形動子和球殼形定子的球心的相對位置。球殼形定子中的二維陣列磁鋼產生沿定子外殼內表面分布的正交磁場。水平線圈通電后，近磁場部分受到沿動子球芯半徑方向的力，以及垂直于水平線圈的近磁場部分、沿動子球芯的球面切線方向的力。垂直線圈通電后，近磁場部分受到沿動子球芯半徑方向的力，以及垂直于垂直線圈的近磁場部分、沿動子球芯的球面切線方向的力。球形動子中的水平線圈和垂直線圈按dqO分解通入電流，使球形動子受到向心浮力，懸浮在球殼形定子中，并使球形動子受到相對于球殼形定子沿任意軸線的轉矩作用，從而實現多自由度轉動。本專利技術的球形電機具有多旋轉自由度驅動能力，定子、轉子間無支撐結構、無機械連接，具有結構緊湊、無摩擦等特點，作為機器人的多自由度關節可實現高速、高精度控制?！靖綀D說明】圖1 一種六自由度永磁同步磁懸浮球形電機結構示意圖； 圖2 —種六自由度永磁同步磁懸浮球形電機的球殼形定子結構示意圖； 圖3 —種六自由度永磁同步磁懸浮球形電機的球殼形定子磁鋼陣列平面展開示意圖； 圖4 一種六自由度永磁同步磁懸浮球形電機的球形動子結構示意圖； 圖5 —種六自由度永磁同步磁懸浮球形電機的球形動子水平線圈示意圖； 圖6 —種六自由度永磁同步磁懸浮球形電機的球形動子垂直線圈示意圖。1.球殼形定子2.球形動子3.定子外殼4.磁鋼5.動子球芯6.水平線圈7.垂直線圈。【具體實施方式】—種六自由度永磁同步磁懸浮球形電機，包括:球殼形定子I和球形動子2 ;其中球殼形定子I包括:定子外殼3和磁鋼4，球形動子2包括:動子球芯5、水平線圈6和垂直線圈7。定子外殼3為內徑100mm、外徑118mm的空心球殼，且定子外殼3的南北極位置各有一個鏤空截面，磁鋼4為邊長18_的立方體，磁鋼4沿定子外殼3的徑向充磁，磁鋼4充磁面垂直于定子外殼3的半徑，沿定子外殼3經瑋線方向正交分布，形成球面二維NS式磁鋼陣列，極距為19.5mm，鑲嵌在定子外殼3中。動子球芯5為圓球形，動子球芯5有貫穿軸心的通孔，水平線圈6和垂直線圈7纏繞在動子球芯5表面，均由寬2_、厚0.2_扁平漆包銅線繞制而成。水平線圈6和垂直線圈7沿動子球芯5的赤道交替分布。水平線圈6分為三組，每組互成120度夾角，水平線圈6沿球形動子2的經線方向呈一維陣列分布，與瑋線方向平行，水平線圈6的間距為磁鋼陣列的三分之一極距。垂直線圈7分為三組，每組互成120度夾角，垂直線圈7沿球形動子2瑋線方向呈扇形陣列，與經線方向平行，垂直線圈7的間距為磁鋼陣列的三分之一極距。球殼形定子I和球形動子2之間不接觸，球形動子2依靠電磁力懸浮在球殼形定子I中間，通過控制電磁力來調整球形動子2和球殼形定子I的球心的相對位置。球殼形定子I中的二維陣列磁鋼產生沿定子外殼3內表面分布的正交磁場。水平線圈6通電后，近磁場部分受到沿動子球芯5半徑方向的力，以及垂直于水平線圈6的近磁場部分、沿動子球芯5的球面切線方向的力。垂直線圈7通電后，近磁場部分受到沿動子球芯5半徑方向的力，以及垂直于垂直線圈7的近磁場部分、沿動子球芯5的球面切線方向的力。球形動子2中的水平線圈6和垂直線圈7按dqO分解通入電流，使球形動子2受到向心浮力，懸浮在球殼形定子I中，并使球形動子2受到相對于球殼形定子I沿任意軸線的轉矩作用，從而實現多自由度轉動?！局鳈囗棥?.一種六自由度永磁同步磁懸浮球形電機，其特征在于包括:球殼形定子(I)和球形動子(2);其中球殼形定子(I)包括:定子外殼(3)和磁鋼(4)，球形動子(2)包括:動子球芯(5)、水平線圈(6)和垂直線圈(7)； 定子外殼(3)為空心球殼，且定子外殼(3)的南北極位置各有一個鏤空截面，磁鋼(4)為立方體，磁鋼(4)沿定子外殼(3)的徑向充磁，磁鋼(4)充磁面垂直于定子外殼(3)的半徑，沿定子外殼(3)經瑋線方向正交分布，并形成球面二維NS式磁鋼(4)陣列，磁鋼(4)鑲嵌在定子外殼(3)中； 動子球芯(5 )為圓球形，動子球芯(5 )有貫穿軸心的通孔，水平線圈(6 )和垂直線圈(7 )纏繞在動子球芯(5)表面，均由扁平漆包銅線繞制而成；水平線圈(6)和垂直線圈(7)沿動子球芯(5)的赤道交替分布；水平線圈(6)分為三組，每組互成120度夾角，水平線圈(6)沿球形動子(2)的經線方向呈一維陣列分布，與瑋線方向平行，水平線圈(6)的間距為磁鋼(4 )陣列的三分之一極距；垂直線圈(7 )分為三組，每組互成120度夾角，垂直線圈(7 )沿球形動子(2)瑋線方向呈扇形陣列，與經線方向平行，垂直線圈(7)的間距為磁鋼(4)陣列的三分之一極距； 球殼形定子(I)和球形動子(2)之間不接觸，球形動子(2)依靠電磁力懸浮在球殼形定子(I)中間，通過控制電磁力來調整球形動子(2)和球殼形定子(I)的球心的相對位置；球殼形定子(I)中的二維陣列磁鋼(4)產生沿定子外殼(3)內表面分布的正交磁場；水平線圈(6)通電后，近磁場部分受到沿動子球芯(5)半徑方向的力，以及垂直于水平線圈(6)的近磁場部分、沿動子球芯(5)的球面切線方向的力；垂直線圈(7)通電后，近磁場部分受到沿動子球芯(5)半徑方向的力，以及垂直于垂直線圈(7)的近磁場部分、沿動子球芯(5)的球面切線方向的力本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種六自由度永磁同步磁懸浮球形電機，其特征在于包括：球殼形定子（1）和球形動子（2）；其中球殼形定子（1）包括：定子外殼（3）和磁鋼（4），球形動子（2）包括：動子球芯（5）、水平線圈（6）和垂直線圈（7）；定子外殼（3）為空心球殼，且定子外殼（3）的南北極位置各有一個鏤空截面，磁鋼（4）為立方體，磁鋼（4）沿定子外殼（3）的徑向充磁，磁鋼（4）充磁面垂直于定子外殼（3）的半徑，沿定子外殼（3）經緯線方向正交分布，并形成球面二維NS式磁鋼（4）陣列，磁鋼（4）鑲嵌在定子外殼（3）中；動子球芯（5）為圓球形，動子球芯（5）有貫穿軸心的通孔，水平線圈（6）和垂直線圈（7）纏繞在動子球芯（5）表面，均由扁平漆包銅線繞制而成；水平線圈（6）和垂直線圈（7）沿動子球芯（5）的赤道交替分布；水平線圈（6）分為三組，每組互成120度夾角，水平線圈（6）沿球形動子（2）的經線方向呈一維陣列分布，與緯線方向平行，水平線圈（6）的間距為磁鋼（4）陣列的三分之一極距；垂直線圈（7）分為三組，每組互成120度夾角，垂直線圈（7）沿球形動子（2）緯線方向呈扇形陣列，與經線方向平行，垂直線圈（7）的間距為磁鋼（4）陣列的三分之一極距；球殼形定子（1）和球形動子（2）之間不接觸，球形動子（2）依靠電磁力懸浮在球殼形定子（1）中間，通過控制電磁力來調整球形動子（2）和球殼形定子（1）的球心的相對位置；球殼形定子（1）中的二維陣列磁鋼（4）產生沿定子外殼（3）內表面分布的正交磁場；水平線圈（6）通電后，近磁場部分受到沿動子球芯（5）半徑方向的力，以及垂直于水平線圈（6）的近磁場部分、沿動子球芯（5）的球面切線方向的力；垂直線圈（7）通電后，近磁場部分受到沿動子球芯（5）半徑方向的力，以及垂直于垂直線圈（7）的近磁場部分、沿動子球芯（5）的球面切線方向的力；球形動子（2）中的水平線圈（6）和垂直線圈（7）按dq0分解通入電流，使球形動子（2）受到向心浮力，懸浮在球殼形定子（1）中，并使球形動子（2）受到相對于球殼形定子（1）沿任意軸線的轉矩作用，從而實現多自由度轉動。...
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉昊，馬相孚，王成罡，叢炳龍，王赟，符麗君，
申請(專利權)人：北京機械設備研究所，
類型：發明
國別省市：北京;11
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。