[發(fā)明專利]一種多功能多自由度球型驅(qū)動器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110332297.1
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN112968630B
• 公開（公告）日: 2021-12-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 嚴亮;蘇航;張璐
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學;北京航空航天大學寧波創(chuàng)新研究院
• 主分類號: H02N11/00
• 分類號: H02N11/00
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 顏希文;黃詩彬

1.一種多功能多自由度球型驅(qū)動器，其特征在于，包括機座、第一轉(zhuǎn)子和第一定子，所述第一定子固定在機座上，所述第一轉(zhuǎn)子與所述第一定子互不接觸，且所述第一轉(zhuǎn)子能相對所述第一定子轉(zhuǎn)動；

所述第一定子包括定子背鐵、第一永磁體和第二永磁體，所述定子背鐵為空心球殼，且所述定子背鐵的南北極位置各有一個鏤空截面，所述第一永磁體形狀匹配地固定在所述定子背鐵的北半球腔壁上，所述第二永磁體形狀匹配地固定在所述定子背鐵的南半球腔壁上，所述第一永磁體和所述第二永磁體均沿所述定子背鐵的徑向充磁，所述第一永磁體的充磁方向與所述第二永磁體的充磁方向相反；

所述第一轉(zhuǎn)子包括動子球芯和第一繞組，所述動子球芯為具有中空通道的球體，所述中空通道的兩端貫穿所述動子球芯的南北極位置，且所述動子球芯的南北極位置各有一個鏤空截面，所述第一繞組設(shè)有4組，每組所述第一繞組由一個或多個線圈構(gòu)成，所述第一繞組嵌置在所述動子球芯的外表面，相鄰的兩組所述第一繞組互成90度夾角，4組所述第一繞組沿所述動子球芯的緯線方向呈一維陣列分布，且所述第一繞組的線圈在平行于動子球芯的南北極軸線的平面上纏繞；所述第一繞組通電后，所述第一繞組在電磁力作用下驅(qū)動所述第一轉(zhuǎn)子繞其球心做傾斜運動；

所述中空通道內(nèi)安裝有旋轉(zhuǎn)電機，所述旋轉(zhuǎn)電機的旋轉(zhuǎn)軸末端伸出于所述定子背鐵的北極位置上的鏤空截面。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能多自由度球型驅(qū)動器，其特征在于，所述動子球芯的外表面設(shè)有用于容置所述第一繞組的第一凹槽。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能多自由度球型驅(qū)動器，其特征在于，所述第一永磁體設(shè)有4組，每組所述第一永磁體由一個或多個磁體單元構(gòu)成，相鄰的兩組所述第一永磁體互成90度夾角，4組所述第一永磁體沿所述定子背鐵的緯線方向呈一維陣列分布；所述第二永磁體設(shè)有4組，每組所述第二永磁體由一個或多個磁體單元構(gòu)成，相鄰的兩組所述第二永磁體互成90度夾角，4組所述第二永磁體沿所述定子背鐵的緯線方向呈一維陣列分布。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多功能多自由度球型驅(qū)動器，其特征在于，當互成180度夾角的兩組所述第一永磁體或第二永磁體的充磁方向相同時，互成180度夾角的兩組所述第一繞組的通電方向在所述第一轉(zhuǎn)子的外側(cè)正視下是相反的。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多功能多自由度球型驅(qū)動器，其特征在于，當互成180度夾角的兩組所述第一永磁體或第二永磁體的充磁方向相反時，互成180度夾角的兩組所述第一繞組的通電方向在所述第一轉(zhuǎn)子的外側(cè)正視下是相同的。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能多自由度球型驅(qū)動器，其特征在于，所述第一定子與第一轉(zhuǎn)子之間設(shè)有若干個牛眼軸承，若干個所述牛眼軸承沿所述定子背鐵的緯線方向呈一維陣列分布。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能多自由度球型驅(qū)動器，其特征在于，所述機座的中心位置固設(shè)有沿所述第一定子的南北極軸線向所述中空通道一側(cè)延伸的中心軸，所述中心軸的末端位于所述動子球芯的球心位置且通過球軸承與所述旋轉(zhuǎn)電機轉(zhuǎn)動連接。

8.根據(jù)權(quán)利要求1至7任一項所述的多功能多自由度球型驅(qū)動器，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)電機包括旋轉(zhuǎn)軸以及設(shè)于所述中空通道內(nèi)且自內(nèi)而外依次同軸套裝在所述旋轉(zhuǎn)軸上的第二轉(zhuǎn)子和第二定子，所述第二轉(zhuǎn)子與所述第二定子互不接觸，且所述第二轉(zhuǎn)子能相對所述第二定子轉(zhuǎn)動；

所述第二轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子鐵芯和第三永磁體，所述轉(zhuǎn)子鐵芯固定套裝在所述旋轉(zhuǎn)軸上，所述第三永磁體設(shè)有多個，多個所述第三永磁體沿所述轉(zhuǎn)子鐵芯的圓周方向均勻布置；

所述第二定子包括多個第二繞組，多個所述第二繞組嵌置在所述中空通道的內(nèi)壁上且沿其圓周方向均布；所述第二繞組通電后，所述第三永磁體在電磁力作用下驅(qū)動所述第二轉(zhuǎn)子繞其軸線做旋轉(zhuǎn)運動。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多功能多自由度球型驅(qū)動器，其特征在于，所述中空通道的內(nèi)壁設(shè)有用于容置所述第二繞組的第二凹槽。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多功能多自由度球型驅(qū)動器，其特征在于，所述動子球芯的北極位置的鏤空截面上設(shè)有可拆卸端蓋，所述可拆卸端蓋上固設(shè)有與所述旋轉(zhuǎn)電機的旋轉(zhuǎn)軸連接的軸承。