CN205319903U - 一种多自由度球形感应电机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种多自由度球形感应电机，主要包括外壳、固定在外壳上的空间互相垂直分布的三组结构相同的球面弧形定子、可绕球心做旋转运动的空心球形的转子及轴承，所述转子的半径小于所述三组定子所围绕的球体半径，且所述转子置于所述定子所围绕的空间中，所述转子由轴承固定支撑，转子与轴承的滚珠相切，能够绕球心自由旋转。本实用新型提供了一种能够做任意方向上旋转运动并具有结构简单、易于控制、便于加工的等优点的多自由度球形感应电机。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种多自由度球形感应电机。
背景技术
随着现代工业技术的发展，越来越多的工作场合要求机构能够在空间内实现连续的多自由度旋转，例如雷达、机械手、视觉***、高精度机床等。常规的电机都是单轴旋转的，要实现多自由度旋转必须通过连接机构将多个独立的单轴电机组合起来。但是这种用组合方式形成的多自由度旋转机构不可避免地存在传动机构的变形和运动死区，而且附加的连接机构导致***惯量大，动态响应性能差。相对于这些传统多自由度旋转机构，球型电机具有显著的优点，如体积小、重量轻、响应速度快、没有空回以及在工作空间内没有奇异点等，但是现有的大多球形电机的转子经过固定轴固定以后，往往只能做到某一确定方向的主运动和和其他方向上的辅助运动，做不到真正意义上的多自由度运动。
发明内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术中的不足提供一种能够做任意方向上旋转运动并具有结构简单、易于控制、便于加工的等优点的多自由度球形感应电机。
本实用新型的技术方案是这样实现的：一种多自由度球形感应电机，主要包括外壳、固定在外壳上的空间互相垂直分布的三组结构相同的球面弧形定子、可绕球心做旋转运动的空心球形的转子及轴承，所述转子的半径小于所述三组定子所围绕的球体半径，且所述转子置于所述定子所围绕的空间中，所述转子由轴承固定支撑，转子与轴承的滚珠相切，能够绕球心自由旋转。
所述转子由多个轴承固定在定子之间，转子和定子之间保留有气隙，转子外表面覆有铜层。
所述轴承由基座和滚珠构成，基座上下表面均为球面，上表面中心开一个球形槽，四周开一圈圆形槽，滚珠置于槽中能够滚动，各滚珠与转子相切，支撑转子与定子间保留有气隙。
三组定子均为球面弧形结构，内外表面均为球面，且三组定子的对称面两两垂直；定子沿圆周弧线开槽，槽内设有绕线组。
三组定子分别定义为α定子、β定子、γ定子；所述球形感应电机的外壳内空间为球形，其中γ定子固定于内空间球体水平最大半径处，γ定子由四段定子构成，相间排列，每两段定子间安装固定一个轴承；在外壳内空间的最低点设置安装一个轴承，在此轴承的四周分别设置安装由两段定子构成的β定子与α定子，使β定子与α定子的对称面互相垂直。
本实用新型的技术方案产生的积极效果如下：本实用新型电机工作时，调节三组定子的输入电流，改变其对转子的出力，根据力的合成原则，转子将能够做任意方向上的旋转运动。本实用新型采用感应电机的结构，具有结构简单，易于控制等多方面优点。
附图说明
图1为本实用新型多自由度球形感应电机的整体外观示意图。
图2为本实用新型多自由度球形感应电机的正剖面示意图。
图3为本实用新型多自由度球形感应电机的外壳1/2剖面示意图。
图4为本实用新型多自由度球形感应电机的定子空间位置结构示意图。
图5为本实用新型多自由度球形感应电机的轴承结构示意图。
图中：1、空心球形转子；2、外壳；3、γ定子；4、β定子；5、α定子；6、轴承；7、钢珠；8、轴承基座。
具体实施方式
为更好的说明本实用新型的目的、技术方案和优点,下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。
一种多自由度球形感应电机，如图1、2、3、4、5所示，包括外壳2、三组对称面两两垂直的γ定子3、β定子4、α定子5以及设置在定子围绕空间中的空心球形转子1及轴承6。
所述感应电机的三组定子结构一致，只是空间固定位置不同，其对称面两两垂直，三组定子所围空间为球形。所述感应电机的转子由多个轴承固定在定子之间，转子和定子之间保留有一定厚度的气隙，转子外表面覆有铜层。
所述轴承由基座8和滚珠7构成，基座上下表面均为球面，上表面中心开一个球形槽，四周开一圈圆形槽，滚珠置于槽中能够滚动，各滚珠与转子相切，支撑转子与定子间保留有一定的气隙。
所述球形感应电机的外壳内空间为球形，其中γ定子固定于内空间球体水平最大半径处，γ定子由四段定子构成，相间排列，每两段定子间安装固定一个轴承。在外壳内空间的最低点设置安装一个轴承，在此轴承的四周分别设置安装由两段定子构成的β定子与α定子，使β定子与α定子的对称面互相垂直。然后将空心球形转子安置于α定子、β定子、γ定子和轴承所围空间内，空心球形转子在轴承的固定支撑下与定子间保留有一定厚度的气隙，空心球形转子与轴承的滚珠相切，能够自由转动。
本实施例的感应电机通电工作时，若α定子、β定子、γ定子只有一组通电时，气隙中将只会产生单一的旋转磁场，转子将会受到对应方向上的电磁力并将在该电磁力的作用下做旋转运动。若α定子、β定子、γ定子有两组同时通电时，气隙中将产生两个不同方向上的旋转磁场，转子将会受到对应两个方向上的电磁力，根据力的合成原则，转子将沿着合力的方向做旋转运动。若α定子、β定子、γ定子有三组同时通电时，气隙中将产生三个不同方向上的旋转磁场，转子将会受到对应三个方向上的电磁力，根据力的合成原则，转子将沿着合力的方向做旋转运动。可以通过一定的控制单元，控制调节α定子、β定子、γ定子的电流，间接调节控制转子所受到的各个定子的电磁力的大小，转子所受合力的大小和方向将会发生变化，转子将能够做任意方向上的旋转运动。由于本实用新型采用感应电机的结构，具有结构简单，易于控制，多自由度运动等多方面优点。
Claims (5)
1.一种多自由度球形感应电机，其特征在于：主要包括外壳、固定在外壳上的空间互相垂直分布的三组结构相同的球面弧形定子、可绕球心做旋转运动的空心球形的转子及轴承，所述转子的半径小于所述三组定子所围绕的球体半径，且所述转子置于所述定子所围绕的空间中，所述转子由轴承固定支撑，转子与轴承的滚珠相切，能够绕球心自由旋转。
2.根据权利要求1所述的一种多自由度球形感应电机，其特征在于：所述转子由多个轴承固定在定子之间，转子和定子之间保留有气隙，转子外表面覆有铜层。
3.根据权利要求2所述的一种多自由度球形感应电机，其特征在于：所述轴承由基座和滚珠构成，基座上下表面均为球面，上表面中心开一个球形槽，四周开一圈圆形槽，滚珠置于槽中能够滚动，各滚珠与转子相切，支撑转子与定子间保留有气隙。
4.根据权利要求1所述的一种多自由度球形感应电机，其特征在于：三组定子均为球面弧形结构，内外表面均为球面，且三组定子的对称面两两垂直；定子沿圆周弧线开槽，槽内设有绕线组。
5.根据权利要求1所述的一种多自由度球形感应电机，其特征在于：三组定子分别定义为α定子、β定子、γ定子；所述球形感应电机的外壳内空间为球形，其中γ定子固定于内空间球体水平最大半径处，γ定子由四段定子构成，相间排列，每两段定子间安装固定一个轴承；在外壳内空间的最低点设置安装一个轴承，在此轴承的四周分别设置安装由两段定子构成的β定子与α定子，使β定子与α定子的对称面互相垂直。
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