[發明專利]多自由度磁懸浮電機

有效

• 申請號: 201110074179.1
• 申請日: 2011-03-25
• 公開（公告）號: CN102237834A
• 公開（公告）日: 2011-11-09
• 發明（設計）人: 寇寶泉;張魯;張赫
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H02N15/00
• 分類號: H02N15/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 張宏威

技術領域

本發明涉及一種多自由度磁懸浮電機，屬于電機領域。?

背景技術

長期以來，人們對作單自由度運動的伺服電動機及其控制系統進行了廣泛深入的研究，使得以伺服電動機為核心元件的電驅動系統性能不斷提高。但隨著機械系統日益復雜化，尤其是對機器人、機械手等作復雜運動的精密裝置，單自由度電動機構成的伺服系統往往顯得過于復雜。例如，工程中使用的機械手的運動自由度一般在三個以上，至少需要采用三臺單自由度電動機及復雜的機械傳動機構，才能完成手關節的轉動功能。這不僅造成機械手體積大、笨重、動態性能差，而且傳動機構的間隙誤差將直接影響機械手的定位精度，甚至破壞系統工作的穩定性。?

這些問題的出現推動了多自由度電動機研究的發展，同時計算機技術、電力電子技術的飛速發展和控制理論、電機理論研究的不斷深入以及各種新材料的出現和電機制造工藝水平的提高，為多自由度電動機的制造技術和控制技術的發展提供了堅實的基礎。而多自由度電動機的機械集成度高，電機的有效材料和控制系統的元件利用率高，特別是由于轉動的自由度多，可以大大簡化機械系統的結構，縮小體積，減輕重量，提高系統的控制功能、靜態及動態性能和經濟效益。因此在半導體制造、飛行器姿態控制、機器人、機械手、人體假肢以及各種金屬切削機床、錐形攪拌機、火炮炮塔轉臺、全景攝影操縱臺、球形閥、電動陀螺儀等一系列需作多自由度運動的設備、儀器中，多自由度電動機可望得到廣泛應用。?

發明內容

本發明將磁懸浮技術與多自由電機技術相結合，設計了一種多自由度磁懸浮電機。?

本發明所述的多自由度磁懸浮電機是一種球形電機，該球形電機包括旋轉電機單元以及偏轉、懸浮電機單元，?

旋轉電機單元由定子和轉子構成，定子包括電樞鐵心和多相電樞繞組，轉子包括轉子軛和轉子永磁體，所述旋轉電機單元為外轉子結構；?

偏轉、懸浮電機單元包括初級和次級，初級包括偏轉控制繞組、懸浮控制繞組和初級鐵心，次級軛次級包括次級軛和次級永磁體，所述偏轉、懸浮電機單元為外次級結構，?

旋轉電機單元的電樞鐵心與偏轉、懸浮電機單元的初級鐵心固定、連接在一起，構成整個電機的球殼形鐵心，其外表面是球面；電機軸線垂直于上、下端面，所述球殼形鐵心的中間段為旋轉電機單元的電樞鐵心，在電樞鐵心表面沿所述球殼形鐵心的緯線均勻分布固定有?多個旋轉電樞線圈，所述多個旋轉電樞線圈組成旋轉電樞繞組多相旋轉電樞繞組，所述旋轉電樞線圈為矩形線圈，每個旋轉電樞線圈的一對有效邊平行于球殼形鐵心的經線；?

偏轉控制繞組是由多個偏轉線圈組成的多相偏轉電樞繞組，多個偏轉線圈分成兩組，對稱分布在旋轉電樞繞組的上下兩側，并固定于偏轉、懸浮電機單元的初級鐵心固定鐵心上，位于同一側的多個偏轉線圈位于同一個緯度上，并且均勻分布，每個偏轉線圈中的一對有效邊與緯線平行；?

懸浮控制繞組是由多對磁懸浮控制線圈組成的，所述多對磁懸浮控制線圈分成兩組對稱分布在旋轉電樞繞組的上下兩側，并固定于偏轉、懸浮電機單元的初級鐵心固定鐵心上，每對磁懸浮控制線圈中的兩個磁懸浮控制線圈沿經線方向排列，并且所述兩個磁懸浮控制線圈串聯聯結，位于同一側的多對磁懸浮控制線圈沿緯線方向均勻分布，并且與多個偏轉線圈相間排列，每個磁懸浮控制線圈中的一對有效邊與緯線平行；?

旋轉電機單元的轉子軛與偏轉、懸浮電機單元的次級軛固定連接在一起，構成整個電機的球形轉子軛，旋轉電機單元的多個轉子永磁體沿轉子軛最大直徑的緯線均勻分布固定在轉子軛的內表面，所述多個轉子永磁體徑向充磁，并且相鄰的兩個永磁體的極性相反；?

在轉子永磁體的上、下側的轉子軛的內表面上固定有偏轉、懸浮電機單元的次級永磁體，所述偏轉、懸浮電機單元的次級永磁體由四個球面環狀永磁體組成，該四個球面環狀永磁體分成兩組，對稱分布在轉子永磁體的上下兩側，所有球面環狀永磁體徑向充磁，位于同一側的兩個球面環狀永磁體充磁方向相反，并且靠近所述轉子永磁體的球面環狀永磁體的充磁方向為由內向外。?

本發明還提供另一種多自由度磁懸浮電機，該種多自由度磁懸浮電機是一種圓柱形電機，該圓柱形電機由旋轉電機單元以及軸向推力、懸浮電機單元構成，?

旋轉電機單元由定子和轉子構成，定子包括電樞鐵心和多相電樞繞組，轉子包括轉子軛和轉子永磁體，?

軸向推力、懸浮電機單元由初級和次級構成，初級包括軸向推力控制繞組、懸浮控制繞組和初級鐵心，次級軛次級包括次級軛和次級永磁體，?

旋轉電機單元為外轉子結構，軸向推力、懸浮電機單元為外次級結構，?