[發明專利]多自由度電磁機器

有效

• 申請號: 201710378195.7
• 申請日: 2017-05-25
• 公開（公告）號: CN107437854B
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: P.班德拉;H.羅思;M.A.卡森
• 申請（專利權）人: 霍尼韋爾國際公司
• 主分類號: H02K1/12
• 分類號: H02K1/12;H02K3/28;H02K1/27;H02K1/22;H02K11/30;H02K7/116
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 吳超;安文森

本發明涉及多自由度電磁機器。一種可以作為馬達、發電機、或馬達?發電機操作的多自由度電磁機器包括第一結構和第二結構。第一結構包括第一導體、第二導體和第三導體，其中每一個均遵循不同的軌跡。第一、第二和第三導體一起形成表面的總體形狀。第二結構鄰近第一結構設置，且包括發射磁場的磁體。磁體使其磁極中的至少一個面朝所述表面。在從至少一個磁極發射的磁場與在電導體中的任一個內的電流相互作用時，洛倫茲力影響在第一結構和第二結構之間的相對運動。

相關申請的交叉引用

本申請是2015年7月7日提交的、美國專利申請序列號14/792,799的部分連續案（CIP）。

技術領域

本發明總體上涉及電磁機器，且更具體地涉及多自由度電磁機器，諸如馬達和/或發電機。

背景技術

通常已知的是，被設計成使物體在多于一個的自由度（DoF）上運動的目前可用的運動控制系統包括用于每個DoF的單獨的馬達或致動器。更具體地，需要至少兩個馬達或致動器以實施2個DoF的運動，需要至少三個馬達或致動器以實施3個DoF的運動，以及等等。因此，涉及不止一個DoF的機械裝置趨于有些大且笨重，并且因此效率低。

盡管電子器件和傳感器技術近年來已經變得顯著地更小，但是機械運動技術還沒有跟上。這就是為什么運動系統（諸如搖攝（pan）/傾斜機械裝置）通常不會在較小的平臺上使用，諸如迷你UAV或微型UAV（無人機）以及微型衛星。依賴于多DoF運動控制的機器人系統必須完全忍受當前運動疊加（motion-on-motion）系統的固有低效率。

對于上面所描述的問題的一種解決方案公開在名稱為“球形指向致動器（GlobalPointing Actuator）”的美國專利號7,675,208中。在其中公開的致動器包括帶有“緯度線圈”和“經度線圈”纏繞在其上的球形定子。然而，該致動器也展現出某些缺點。例如，經度線圈在物理上難以纏繞。這是因為纏繞物不平行且在球形定子的兩極處會聚，或者“聚成一團”。這增加總成本和大小，并且降低線圈效率。另一個缺點是需要單獨的定心轉矩（例如，彈簧或磁性掣子）以實施電樞的開環位置控制。

因此，存在對于多自由度機電機器的需求，該多自由度機電機器與已知的裝置相比相對更小、沒那么笨重且更有效和/或不包括難以纏繞的線圈和/或不依賴于單獨的定心轉矩來實施開環位置控制。本發明解決了至少這些需求。

發明內容

提供本發明內容來以簡化的形式描述在具體實施方式中進一步描述的選擇理念。該發明內容不旨在確定所要求保護的主題的關鍵或必要特征，也不旨在用作確定所要求保護的主題的范圍的輔助。

在實施例中，可以作為馬達、發電機、或馬達-發電機操作的多自由度電磁機器包括第一結構和第二結構。第一結構包括第一導體、第二導體和第三導體。第一導體遵循第一總體軌跡（general trajectory），第二導體遵循不同于第一總體軌跡的第二總體軌跡，并且第三導體遵循不同于第一和第二總體軌跡的第三總體軌跡。第一、第二和第三導體一起形成表面的總體形狀（general shape）。第二結構鄰近第一結構設置，且包括發射磁場的磁體。磁體使其磁極中的至少一個面朝所述表面。在從至少一個磁極發射的磁場與電導體中的任一個內的電流相互作用時，洛倫茲力影響在第一結構和第二結構之間的相對運動。

另外，結合附圖和前述背景，多自由度機電機器的其他期望特征和特性將從隨后的詳細描述和所附權利要求中變得明顯。

附圖說明

此后將結合下述附圖描述本發明，其中，相同的數字表示相同的元件，并且其中：

圖1描繪多自由度球形致動器的一個示例實施例的平面視圖；

圖2描繪多自由度球形致動器的一部分的簡化橫截面視圖；

圖3描繪多自由度球形致動器的一部分的簡化橫截面視圖，其說明轉矩是如何產生的；