三維度有限轉角球形電機制造技術

本實用新型專利技術公開了三維度有限轉角球形電機，包括圓形底座，所述圓形底座上安裝有球面弧形線圈單元，還包括負載安裝盤，負載安裝盤一端安裝有弧形內磁軛，所述內磁軛另一端安裝于圓形底座中央設置的球形軸承上，每個內磁軛圓弧外側設置有永磁體和外磁軛；本實用新型專利技術克服了現有技術中球形電機結構復雜，體積龐大，不能驅動負載實現方位、俯仰、橫滾三個旋轉維度的有限轉角內運動，且需借助中間傳動機構，低集成度和低精度直驅性的問題；實現了驅動負載完成三維度有限轉角運動動作，不借助多個電機及中間傳動機構實現動作，具有極高的集成度和高精度直驅特性，同時，該電機的負載安裝盤能夠適應各種負載的安裝，具有很高的通用性并且結構簡單，便于批量生產。

Three dimensional finite angle spherical motor

The utility model discloses three dimensional finite angle spherical motor, including a circular base, wherein the base is provided with a circular arc spherical coil unit, including load disk, load installation disk is arranged in an arc-shaped magnetic yoke, the magnetic yoke is installed at the other end to spherical bearing seat is arranged in the center of the circle on the bottom. Each lateral magnetic yoke circular permanent magnet is arranged and the outer yoke; the utility model overcomes the defects of the existing technology in spherical motor complex structure, large volume, can not drive the movement angle to realize load range, limited pitch and roll rotation three dimensions, and with intermediate transmission mechanism, low integration degree and low the precision of the direct drive of the problem; the driving load complete three-dimensional finite angle movement, multiple motor and intermediate transmission mechanism action without the aid of high degree of integration And the high precision direct drive characteristics, at the same time, the load mounting disk of the motor can adapt to the installation of various loads. It has high versatility and simple structure, and is convenient for mass production.

【技術實現步驟摘要】
三維度有限轉角球形電機
本技術屬于工業應用電動機
，涉及三維度有限轉角球形電機。
技術介紹
隨著科技的進步，多自由度運動機構的應用范圍越來越廣。傳統的多自由度運動是由多臺單自由度電機聯合實現的，不可避免的帶來機構龐大、傳動精度低、控制困難等問題。多自由度電機及控制系統的研究越來越受重視，其中，三自由度運動的球形電機與傳統的多自由度傳動機構相比，具有結構簡單、轉動慣性低、精密度高、動態性能好等特點，具有更廣泛的應用前景，但涉及的問題也更復雜。隨著電機設計、控制技術以及電力電子技術的發展，多種結構形式的球形電動機不斷涌現，構成了多自由度傳動機構未來的發展方向，國內外學者對多種球形電動機進行過研究。雙饋型球形電動機定、轉子均采用分布繞組，轉子需要饋電，電機結構復雜；永磁球形步進電動機定、轉子極均為圓柱形結構，增大了電機的體積，并且運行過程中對定、轉子在幾何結構上的配合性計算比較復雜；同時，現有多自由度球形電機并未驅動負載實現方位、俯仰、橫滾三個旋轉維度的有限轉角內運動，且均需借助中間傳動機構來實現動作，而無法直接驅動負載。因此，需涉及一種電機結構簡單，體積適中，實現方位、俯仰、橫滾三個旋轉維度的有限轉角運動，且無需中間傳動機構的具有高集成度和高精度直驅性的三維度球形電機。
技術實現思路
本技術的目的是提供三維度有限轉角球形電機，克服了現有技術中球形電機結構復雜，體積龐大，不能驅動負載實現方位、俯仰、橫滾三個旋轉維度的有限轉角內運動，且需借助中間傳動機構驅動負載，低集成度和低精度直驅性的問題。本技術所采用的技術方案是：三維度有限轉角球形電機，包括圓形底座，所述圓形底座上安裝有球面弧形線圈單元，還包括圓形負載安裝盤，所述負載安裝盤一端安裝有兩個弧形內磁軛，所述內磁軛另一端安裝于圓形底座中央設置的球形軸承上，每個所述內磁軛圓弧外側設置有弧形永磁體和外磁軛，所述外磁軛置于永磁體圓弧外側，所述線圈單元置于所述永磁體的外圓弧面與外磁軛圓弧內圓弧面之間的空隙內。本技術的特點還在于：所述圓形底座上安裝有四組線圈單元，分別為第一線圈單元、第二線圈單元、第三線圈單元、第四線圈單元，且每組線圈單元均由線圈a、線圈b和線圈c和線圈d整形成球面弧形且沿直徑方向重疊組合而成。每個所述內磁軛圓弧外側均設置有兩個圓弧外表面極性相反的永磁體，每兩個所述永磁體共用一個外磁軛，每組線圈單元對應一個永磁體。所述圓形底座連接于球形軸承的外圓上，所述內磁軛連接于球形軸承的內圓上。所述內磁軛與負載安裝盤為一體式結構，所述內磁軛、永磁體、外磁軛及負載安裝盤組成動子。所述內磁軛、永磁體、線圈單元、外磁軛同心設置。所述線圈單元由銅線繞制而成。所述內磁軛與外磁軛均采用導磁材料制成。本技術的有益效果是：本技術三維度有限轉角球形電機，通過安裝在圓形底盤的線圈單元及其連接于圓形底盤上設置的球形軸承上的內磁軛、永磁體、外磁軛以及負載安裝盤，克服了現有技術中球形電機結構復雜，體積龐大，不能驅動負載實現方位維度、俯仰維度、橫滾維度三個旋轉維度的有限轉角內運動，且需借助中間傳動機構來驅動負載，低集成度和低精度直驅性的問題；實現了方位、俯仰、橫滾三個維度的有限轉角內運行動作的球形電機，不借助多個電機及中間傳動機構實現動作，具有極高的集成度和高精度直驅特性，同時，該電機的負載安裝盤能夠適應各種負載的安裝，具有很高的通用性并且結構簡單，便于批量生產。本技術所述圓形底座上安裝有四組線圈單元，每組線圈單元由兩個方位俯仰線圈和兩個橫滾線圈整形成球面弧形且沿直徑方向重疊組合而成，其具有很強的機械強度，不易變形，其中方位俯仰線圈負責驅動負載實現方位、俯仰兩個維度的有限轉角內運行動作、橫滾線圈負責驅動負載實現橫滾維度的有限轉角內運行動作，簡單的結構設計實現高精度的三維度有限轉角內運動。本技術中每個內磁軛圓弧外側均設置有兩個圓弧外表面極性相反的永磁體，所述兩個永磁體共用一個外磁軛，每組線圈單元對應一個永磁體，使得每組線圈單元具有很好的穩定性和可控性，同時使得本技術的球形電機的方位、俯仰以及橫滾三維度轉角運動具有更高的準確性和集成性。本技術中圓形底座連接于球形軸承的外圓上，所述內磁軛連接于球形軸承的內圓上。從而使得內磁軛、外磁軛以及負載安裝盤得到支撐，同時可實現球形電機各部分相對獨立運動而不影響彼此。本技術中內磁軛與負載安裝盤設置成一體式結構，簡化了結構設計，使得球形電機拆卸檢修更加方便快捷，同時，內磁軛、永磁體、線圈單元、外磁軛同心設置，使得本技術三維度有限轉角球形電機進一步實現轉動慣性低、精密度高、動態性能好等優點，另外，此結構設計縮小了電機體積，節約空間。本技術中內磁軛與外磁軛均采用導磁材料制成，以增強永磁體外弧面到外磁軛內弧面之間的電機氣隙磁密。附圖說明圖1是本技術三維度有限轉角球形電機立體結構示意圖；圖2是本技術中線圈單元與底座的立體結構示意圖；圖3是本技術中線圈單元立體結構示意圖；圖4是本技術中動子的立體結構示意圖；圖5是本技術中動子與底座的立體結構示意圖；圖6是本技術中線圈單元與永磁體立體結構示意圖。圖中，1.圓形底座，2.球形軸承，3.永磁體，4.第一線圈單元，5.第二線圈單元，6.第三線圈單元，7.第四線圈單元，8.線圈a，9.線圈b，10.線圈c，11，線圈d，12.負載安裝盤，13.內磁軛，14.外磁軛。具體實施方式下面結合附圖和具體實施方式對本技術進行詳細說明。如圖1所示，三維度有限轉角球形電機，包括圓形底座1，圓形底座1上安裝有四組球面弧形線圈單元，如圖2所示，四組線圈單元分別為第一線圈單元4、第二線圈單元5、第三線圈單元6、第四線圈單元7，如圖3所示，每組線圈單元由線圈a8、線圈b9和線圈c10和線圈d11整形成球面弧形且沿直徑方向重疊組合而成，，其中線圈a8、線圈b9負責驅動負載實現橫滾維度的有限轉角內運行動作，線圈c10和線圈d11負責驅動負載實現方位、俯仰兩個維度的有限轉角內運行動作；如圖4所示，還包括圓形負載安裝盤12，所述負載安裝盤12一端一體化安裝有兩個弧形內磁軛13，每個內磁軛13圓弧外側設置有弧形永磁體3和外磁軛14，每兩個所述永磁體3共用一個外磁軛14，每個所述外磁軛14均置于永磁體3圓弧外側，內磁軛13、永磁體3、外磁軛14及負載安裝盤12組成動子；如圖5所示，所述圓形底座1連接于其上設置的球形軸承2的外圓上，內磁軛13連接于球形軸承2的內圓上；每個線圈單元均置于所述永磁體3的外圓弧面與外磁軛14圓弧內圓弧面之間的空隙內，且內磁軛13及外磁軛14都采用導磁材料制作，以增強永磁體3外弧面到外磁軛內弧面之間的空間即電機氣隙的磁密；如圖5所示，每個內磁軛13圓弧外側均設置有兩個圓弧外表面極性相反的永磁體3，每兩個所述永磁體3共用一個外磁軛14，如圖6所示，每組線圈單元對應一個永磁體3；所述內磁軛13、永磁體3、線圈單元、外磁軛14同心設置，可實現轉動慣性低、精密度高、動態性能好等優點，另外，此結構設計縮小了電機體積，節約空間。本技術三維度有限轉角球形電機工作原理如下：根據電磁原理，當第一線圈單元4和第二線圈單元5上的線圈a8與第三線圈單元6和第二線圈單本文檔來自技高網...

【技術保護點】
三維度有限轉角球形電機，其特征在于，包括圓形底座(1)，所述圓形底座(1)上安裝有球面弧形線圈單元，還包括圓形負載安裝盤(12)，所述負載安裝盤(12)一端安裝有兩個弧形內磁軛(13)，所述內磁軛(13)另一端安裝于圓形底座(1)中央設置的球形軸承(2)上，每個所述內磁軛(13)圓弧外側設置有弧形永磁體(3)和外磁軛(14)，所述外磁軛(14)置于永磁體(3)圓弧外側，所述線圈單元置于所述永磁體(3)的外圓弧面與外磁軛(14)圓弧內圓弧面之間的空隙內。

【技術特征摘要】
1.三維度有限轉角球形電機，其特征在于，包括圓形底座(1)，所述圓形底座(1)上安裝有球面弧形線圈單元，還包括圓形負載安裝盤(12)，所述負載安裝盤(12)一端安裝有兩個弧形內磁軛(13)，所述內磁軛(13)另一端安裝于圓形底座(1)中央設置的球形軸承(2)上，每個所述內磁軛(13)圓弧外側設置有弧形永磁體(3)和外磁軛(14)，所述外磁軛(14)置于永磁體(3)圓弧外側，所述線圈單元置于所述永磁體(3)的外圓弧面與外磁軛(14)圓弧內圓弧面之間的空隙內。2.如權利要求1所述的三維度有限轉角球形電機，其特征在于，所述圓形底座(1)上安裝有四組線圈單元，分別為第一線圈單元(4)、第二線圈單元(5)、第三線圈單元(6)、第四線圈單元(7)，且每組線圈單元均由線圈a(8)、線圈b(9)和線圈c(10)和線圈d(11)整形成球面弧形且沿直徑方向重疊組合而成。3.如權利要求2所述的三維度有限轉角球形電機，其特征在于，每...

【專利技術屬性】
技術研發人員：鄧南，
申請(專利權)人：西安廣源機電技術有限公司，
類型：新型
國別省市：陜西,61