[實用新型]一種基于磁阻最小原理的球形電機

有效

• 申請號: 201822200879.0
• 申請日: 2018-12-26
• 公開（公告）號: CN209105007U
• 公開（公告）日: 2019-07-12
• 發明（設計）人: 鞠魯峰;陶文強;王群京
• 申請（專利權）人: 安徽大學
• 主分類號: H02K41/06
• 分類號: H02K41/06;H02K1/24;H02K1/14;H02K5/16
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;顧煒

本實用新型涉及一種基于磁阻最小原理的球形電機，包括電機轉子、轉子球殼、外定子、底座、底座上的支撐軸承、端蓋、端蓋上的固定軸承和輸出軸；轉子為6極凸極結構且沒有繞組，轉子球殼內側與轉子磁極齒固連形成中空球體，輸出軸穿過中空球體，并與其頂部固連；外定子包括定子鐵心、繞組線圈和定子外殼，定子鐵心分為沿赤道分布的自轉定子鐵心和沿經線分布的傾斜定子鐵心兩部分且兩部分鐵心在赤道方向上重疊，自轉定子鐵心內側沿赤道均勻分布有8個凸極齒，傾斜定子鐵心每段內側等緯度間隔分布5個凸極齒，每個極齒上都繞有勵磁線圈。本實用新型球形電機可以實現三自由度運動，其電機結構簡單，系統復雜度低，且轉子位置檢測較容易，因而系統控制精度、可靠性較高和動靜態特性較好。

技術領域

本實用新型涉及球形電動機技術領域，具體涉及一種基于磁阻最小原理的球形電機。

背景技術

目前，機器人、機械手等在空間中做多維運動的精密裝置得到了廣泛應用。大部分這類多自由度傳動裝置一般是使用多臺單自由度驅動元件以及復雜的機械傳動機構來完成空間的多自由度運動。因此，整套傳動裝置體積龐大、傳動結構復雜、控制精密度低、動態性能較差以及整套系統的效率和可靠性都不高。同時因為復雜的機械傳動系統的存在，系統的非線性摩擦以及能量損耗都比較大。

隨著現代工業技術的不斷發展，對能夠在空間任意方向進行定位并執行伺服功能的元件需求與日俱增，同時對驅動機構控制系統的精密度和穩定性能的要求越來越高，因此這些傳統的多自由度裝置已不能滿足發展要求。而能夠在空間做多自由度運動的球形電機可以滿足基本要求，其極大地簡化系統的復雜度，縮小系統機構體積，提高定位速度，減少響應時間和增強系統穩定度和準確度。但是由于各種球形電機結構和原理的特殊性，目前球形電機結構還是較復雜，制造加工工藝較高，以及存在電機驅動控制、位置檢測及定位精度等問題，因而球形電機大部分還不十分完善，仍處于實驗室研究階段，不能實際應用和實現產業化。本實用新型將涉及一種基于磁阻最小原理的新型球形電機。

實用新型內容

本實用新型的目的是提供一種基于磁阻最小原理而設計的三自由度球形電機。該電機采用近似的去掉球體上下兩個一定大小球冠的球形結構，能夠實現自轉和傾斜三自由度運動，該電機整體結構非常簡單，具有體積小、復雜度低、驅動控制和位置檢測簡單、以及傳動系統的定位精度和響應速度提高等優點。

本實用新型提供以下技術方案：

本實用新型一種基于磁阻最小原理的球形電機，包括轉子、轉子球殼、外定子、底座、底座上的支撐軸承、端蓋、端蓋上的固定軸承和輸出軸。

所述轉子與普通四相8/6極開關磁阻電機轉子結構相同，外圓周側上均勻分布有6個凸起磁極齒；所述轉子球殼內側與轉子磁極齒固連，組成了一個中空球體，所述輸出軸穿過中空球體，并與轉子球殼上部固定連接，輸出軸末端裝有法蘭；

所述外定子包括定子鐵心、定子繞組和定子外殼；所述定子鐵心可分為沿赤道分布的自轉定子鐵心和沿經線分布的傾斜定子鐵心兩部分；所述自轉定子鐵心用于實現球形電機自轉運動；所述傾斜定子鐵心由等經度間隔分布的傾斜定子鐵心段組成，所述傾斜定子鐵心段完全相同，形狀為“C”形球拱形狀，用于實現球形電機傾斜運動，內側等緯度分布有5個凸極齒；所述定子繞組線圈為繞在定子齒上的集中繞組線圈；所述定子外殼與定子鐵心外表面相固連；

所述定子外殼上部與端蓋相連，下部與底座連接并與定子鐵心外表面相固連；所述端蓋的下方設置有固定軸承，轉子球殼上部與固定軸承的接觸面為球弧面；所述底座上有支撐作用的支撐軸承；所述支撐軸承在底座中的高度可調，轉子球殼下部與支撐軸承的接觸面也為球弧面；

所述球形電機為內轉子外定子型電機，是雙凸極型結構；所述轉子上沒有繞組，也沒有換向器、滑環；所述定子每一個極齒上都繞有集中繞組線圈；所述自轉定子鐵心和傾斜定子鐵心在沿赤道一圈的方向上重合。

本實用新型的有益效果在于：