一种用于飞机主动侧杆系统的球电机的制作方法

本发明涉及一种球电机，更特别地说，是指一种用于飞机主动侧杆系统的球电机。

背景技术：

电传操纵(fly-by-wire，fbw)是航空领域中一种将航空器驾驶员的操纵输入，通过转换器转变为电信号，经计算机或电子控制器处理，再通过电缆传输到执行机构一种操纵系统。它省掉了传统操纵系统中的机械传动装置和液压管路。主动控制技术(act)和电传飞行控制(fbw)系统，这两项新技术的出现对飞机的发展产生了巨大的影响。而主动侧杆是具有主动控制技术的电传侧杆操纵系统。其可使飞机的飞行控制、推力控制和火力控制的主要控制功能综合成为可能，从而极大地改善了飞机的性能。如采用主动控制技术的电传操纵系统后，放宽静稳定性(rss)控制技术使b-52轰炸机平尾面积减少45％，结构总重量减少6.4％，航程增加了4.3％；使战斗机升阻比提高了8％～15％。机动载荷控制(nilc)技术使c-5a运输机翼根弯曲力矩减少30％～50％；使f4e战斗机盘旋角速度增加了33％。主动涡流控制(avc)技术与方向舵协调使用时，使x29在低速大攻角飞行时的偏航速率增加50％。采用任务适应性机翼(maw)比采用常规机翼可使飞机航程增加30％，机翼承载能力提高50％。

传统的飞机机械操纵系统一般都采用中央驾驶杆，而电传操纵系统则可采用小侧杆操纵，这样既可减轻飞行员的工作负担，又可使飞行员观察仪表的视线不再受中央驾驶杆的影响，同时也消除了重力加速度对飞行员和驾驶杆输入量的影响。

技术实现要素：

为了解决传统电传操纵系统中操纵杆一方面无舵面负荷反馈，另一方面双操纵杆之间不能同步运动的缺陷，本发明设计了一种能够应用于飞机主动侧杆系统的球电机，该球电机连接在现有的飞机操纵面板10a的左右两侧而形成双球电机操纵系统。

本发明设计了一种用于飞机主动侧杆系统的球电机，其特征在于：所述球电机包括有a半球定子(1)、b半球定子(2)、转子(3)、输出杆(4)、底座(5)、电枢绕组组件(6)、磁力块组件(7)和牛眼轴承组件(8)。其中，a半球定子(1)与b半球定子(2)的结构相同，且a半球定子(1)与b半球定子(2)对接后则形成一个空心球体；

电枢绕组组件(6)包括有结构相同的a电枢绕组(6a)、b电枢绕组(6b)、c电枢绕组(6c)、d电枢绕组(6d)、e电枢绕组(6e)、f电枢绕组(6f)、g电枢绕组(6g)、h电枢绕组(6h)、i电枢绕组(6i)、j电枢绕组(6j)、k电枢绕组(6k)和l电枢绕组(6l)。每三个电枢绕组组成一列。

磁力块组件(7)包括有结构相同的a组哈尔巴赫永磁体阵列(7a)、b组哈尔巴赫永磁体阵列(7b)、c组哈尔巴赫永磁体阵列(7c)和d组哈尔巴赫永磁体阵列(7d)。

所述a组哈尔巴赫永磁体阵列(7a)为弧形。其包括有aa永磁体(7a1)、ab永磁体(7a2)、ac永磁体(7a3)、ad永磁体(7a4)和ae永磁体(7a5)。a组哈尔巴赫永磁体阵列(7a)安装在转子(3)的a间隙(3e)处。a组哈尔巴赫永磁体阵列(7a)的充磁方向分别为：aa永磁体(7a1)和ae永磁体(7a5)的充磁方向为指向转子(3)的中心点o的径向充磁；ac永磁体(7a3)的充磁方向为转子(3)的中心点o指向外向的径向充磁；ab永磁体(7a2)和ad永磁体(7a4)的充磁方向为垂直转子(3)直径的切向充磁，且ab永磁体(7a2)与ad永磁体(7a4)的充磁方向相反。

所述b组哈尔巴赫永磁体阵列(7b)为弧形。其包括有ba永磁体(7b1)、bb永磁体(7b2)、bc永磁体(7b3)、bd永磁体(7b4)和be永磁体(7b5)。b组哈尔巴赫永磁体阵列(7b)安装在转子(3)的b间隙(3f)处。b组哈尔巴赫永磁体阵列(7b)的充磁方向分别为：ba永磁体(7b1)和be永磁体(7b5)的充磁方向为指向转子(3)的中心点o的径向充磁；bc永磁体(7b3)的充磁方向为转子(3)的中心点o指向外向的径向充磁；bb永磁体(7b2)和bd永磁体(7b4)的充磁方向为垂直转子(3)直径的切向充磁，且bb永磁体(7b2)与bd永磁体(7b4)的充磁方向相反。

所述c组哈尔巴赫永磁体阵列(7c)为弧形。其包括有ca永磁体(7c1)、cb永磁体(7c2)、cc永磁体(7c3)、cd永磁体(7c4)和ce永磁体(7c5)。c组哈尔巴赫永磁体阵列(7c)安装在转子(3)的c间隙(3g)处。c组哈尔巴赫永磁体阵列(7c)的充磁方向分别为：ca永磁体(7c1)和ce永磁体(7c5)的充磁方向为指向转子(3)的中心点o的径向充磁；cc永磁体(7c3)的充磁方向为转子(3)的中心点o指向外向的径向充磁；cb永磁体(7c2)和cd永磁体(7c4)的充磁方向为垂直转子(3)直径的切向充磁，且cb永磁体(7c2)与cd永磁体(7c4)的充磁方向相反。

所述d组哈尔巴赫永磁体阵列(7d)为弧形。其包括有da永磁体(7d1)、db永磁体(7d2)、dc永磁体(7d3)、dd永磁体(7d4)和de永磁体(7d5)。d组哈尔巴赫永磁体阵列(7d)安装在转子(3)的d间隙(3h)处。d组哈尔巴赫永磁体阵列(7d)的充磁方向分别为：da永磁体(7d1)和de永磁体(7d5)的充磁方向为指向转子(3)的中心点o的径向充磁；dc永磁体(7d3)的充磁方向为转子(3)的中心点o指向外向的径向充磁；db永磁体(7d2)和dd永磁体(7d4)的充磁方向为垂直转子(3)直径的切向充磁，且db永磁体(7d2)与dd永磁体(7d4)的充磁方向相反。

牛眼轴承组件(8)包括有结构相同的a牛眼轴承(8a)、b牛眼轴承(8b)、c牛眼轴承(8c)、d牛眼轴承(8d)、e牛眼轴承(8e)、f牛眼轴承(8f)、g牛眼轴承(8g)和h牛眼轴承(8h)。

a半球定子(1)的中部设有aa锥形通孔(1a)、ab锥形通孔(1b)、ac锥形通孔(1c)；a半球定子(1)的一端设有aa开口锥形通孔(1d)、ab开口锥形通孔(1e)、ac开口锥形通孔(1f)；a半球定子(1)的另一端设有(ad)开口锥形通孔(1g)、ae开口锥形通孔(1h)、af开口锥形通孔(1i)；a半球定子(1)上设有aa通孔(1-1)和ab通孔(1-2)。a半球定子(1)的底部设有用于与底座(5)的内凸圆台(5a)固定的aa螺纹孔(1-3)，ea螺钉(5a3)穿过底座(5)的内凸圆台(5a)上的ea通孔(5a1)后螺纹连接在a半球定子(1)的底部的aa螺纹孔(1-3)中。a半球定子(1)的内球面上设有用于安装a牛眼轴承(8a)的ac轴承孔(1l)、用于安装b牛眼轴承(8b)的ad轴承孔(1m)、用于安装c牛眼轴承(8c)的aa轴承孔(1j)、用于安装d牛眼轴承(8d)的ab轴承孔(1k)。

aa锥形通孔(1a)处用于固定安装a电枢绕组(6a)。

ab锥形通孔(1b)处用于固定安装b电枢绕组(6b)。

ac锥形通孔(1c)处用于固定安装c电枢绕组(6c)。

b半球定子(2)的中部设有ba锥形通孔(2a)、bb锥形通孔(2b)、bc锥形通孔(2c)；b半球定子(2)的一端设有ba开口锥形通孔(2d)、bb开口锥形通孔(2e)、bc开口锥形通孔(2f)；b半球定子(2)的另一端设有bd开口锥形通孔(2g)、be开口锥形通孔(2h)、bf开口锥形通孔(2i)；b半球定子(2)上设有ba通孔(2-1)和bb通孔(2-2)。b半球定子(2)的底部设有用于与底座(5)的内凸圆台(5a)固定的ba螺纹孔(2-3)，eb螺钉(5a4)穿过底座(5)的内凸圆台(5a)上的eb通孔(5a2)后螺纹连接在b半球定子(2)的底部的ba螺纹孔(2-3)中。b半球定子(2)的内球面上设有用于安装e牛眼轴承(8e)的ba轴承孔(2j)、用于安装f牛眼轴承(8f)的bb轴承孔(2k)、用于安装g牛眼轴承(8g)的bc轴承孔(2l)、用于安装h牛眼轴承(8h)的bd轴承孔(2m)。

ba锥形通孔(2a)处用于固定安装g电枢绕组(6g)。

bb锥形通孔(2b)处用于固定安装h电枢绕组(6h)。

bc锥形通孔(2c)处用于固定安装i电枢绕组(6i)。

aa开口锥形通孔(1d)与ba开口锥形通孔(2d)对接后形成a锥形通孔(1-4a)，所述a锥形通孔(1-4a)处用于固定安装d电枢绕组(6d)。

ab开口锥形通孔(1e)与bb开口锥形通孔(2e)对接后形成b锥形通孔(1-4b)，所述b锥形通孔(1-4b)处用于固定安装e电枢绕组(6e)。

ac开口锥形通孔(1f)与bc开口锥形通孔(2f)对接后形成c锥形通孔(1-4c)，所述c锥形通孔(1-4c)处用于固定安装f电枢绕组(6f)。

ad开口锥形通孔(1g)与bd开口锥形通孔(2g)对接后形成d锥形通孔(2-4a)，所述d锥形通孔(2-4a)处用于固定安装j电枢绕组(6j)。

ae开口锥形通孔(1h)与be开口锥形通孔(2h)对接后形成e锥形通孔(2-4b)，所述e锥形通孔(2-4b)处用于固定安装k电枢绕组(6k)。

af开口锥形通孔(1i)与bf开口锥形通孔(2i)对接后形成f锥形通孔(2-4c)，所述f锥形通孔(2-4b)处用于固定安装l电枢绕组(6l)。

转子(3)的上部是顶部面板(3i)，所述顶部面板(3i)上设有用于固定输出杆(4)的连接圆盘(4b)的ca螺纹孔(3i1)；转子(3)的下部是底部面板(3j)；转子(3)的球体上设有a叶瓣(3a)、b叶瓣(3b)、c叶瓣(3c)和d叶瓣(3d)，a叶瓣(3a)与b叶瓣(3b)之间是a间隙(3e)，b叶瓣(3b)与c叶瓣(3c)之间是b间隙(3f)，c叶瓣(3c)与d叶瓣(3d)之间是c间隙(3g)，d叶瓣(3d)与a叶瓣(3a)之间是d间隙(3h)；转子(3)的中心体(3-1)上设有a端面(3-1a)、b端面(3-1b)、c端面(3-1c)、d端面(3-1d)、e端面(3-1e)、f端面(3-1f)、g端面(3-1g)、h端面(3-1h)、i端面(3-1i)、j端面、k端面、l端面；其中，a端面(3-1a)、b端面(3-1b)和c端面(3-1c)位于a间隙(3e)；d端面(3-1d)、e端面(3-1e)和f端面(3-1f)位于b间隙(3f)；g端面(3-1g)、h端面(3-1h)和i端面(3-1i)位于c间隙(3g)；j端面、k端面和l端面位于d间隙(3h)。

所述a间隙(3e)用于放置a组哈尔巴赫永磁体阵列(7a)，且aa永磁体(7a1)安装在转子(3)的中心体(3-1)的a端面(3-1a)上，ac永磁体(7a3)安装在转子(3)的中心体(3-1)的b端面(3-1b)上，ae永磁体(7a5)安装在转子(3)的中心体(3-1)的c端面(3-1c)上，ab永磁体(7a2)安装在aa永磁体(7a1)与ac永磁体(7a3)之间，ad永磁体(7a4)安装在ac永磁体(7a3)与ae永磁体(7a5)之间。

所述b间隙(3f)用于放置b组哈尔巴赫永磁体阵列(7b)，且ba永磁体(7b1)安装在转子(3)的中心体(3-1)的d端面(3-1d)上，bc永磁体(7b3)安装在转子(3)的中心体(3-1)的e端面(3-1e)上，be永磁体(7b5)安装在转子(3)的中心体(3-1)的f端面(3-1f)上，bb永磁体(7b2)安装在ba永磁体(7b1)与bc永磁体(7b3)之间，bd永磁体(7b4)安装在bc永磁体(7b3)与be永磁体(7b5)之间。

所述c间隙(3g)用于放置c组哈尔巴赫永磁体阵列(7c)，且ca永磁体(7c1)安装在转子(3)的中心体(3-1)的g端面(3-1g)上，cc永磁体(7c3)安装在转子(3)的中心体(3-1)的h端面(3-1h)上，ce永磁体(7c5)安装在转子(3)的中心体(3-1)的i端面(3-1i)上，cb永磁体(7c2)安装在ca永磁体(7c1)与cc永磁体(7c3)之间，cd永磁体(7c4)安装在cc永磁体(7c3)与ce永磁体(7c5)之间。

所述d间隙(3h)用于放置d组哈尔巴赫永磁体阵列(7d)，且da永磁体(7d1)安装在转子(3)的中心体(3-1)的j端面上，dc永磁体(7d3)安装在转子(3)的中心体(3-1)的k端面上，de永磁体(7d5)安装在转子(3)的中心体(3-1)的l端面上，db永磁体(7d2)安装在da永磁体(7d1)与dc永磁体(7d3)之间，dd永磁体(7d4)安装在dc永磁体(7d3)与de永磁体(7d5)之间。

输出杆(4)的一端是操纵杆(4a)，输出杆(4)的另一端是连接圆盘(4b)；操纵杆(4a)用于飞行员的手抓持；连接圆盘(4b)上设有用于da螺钉(4b2)穿过的da通孔(4b1)，穿过da通孔(4b1)的da螺钉(4b2)固定在转子(3)的顶部面板(3i)的ca螺纹孔(3i1)中。

底座(5)上设有外圆台(5b)和内凸圆台(5a)；内凸圆台(5a)上设有ea通孔(5a1)、eb通孔(5a2)，ea通孔(5a1)用于ea螺钉(5a3)穿过，穿过ea通孔(5a1)的ea螺钉(5a3)螺纹固定在a半球定子(1)的底部的aa螺纹孔(1-3)中；eb通孔(5a2)用于eb螺钉(5a4)穿过，穿过eb通孔(5a2)的eb螺钉(5a4)螺纹固定在b半球定子(2)的底部的ba螺纹孔(2-3)中；外圆台(5b)上设有ec通孔(5b1)，穿过ec通孔(5b1)的螺钉螺纹固定在飞机操纵面板(10a)上的螺纹孔中。

本发明设计的应用于飞机主动侧杆系统的双球电机的优点在于：

①转子设计成带有四个间隙结构，利用间隙使磁力块与转子球面共形，在电枢绕组通电下，磁力块提供的交替磁场，使得转子能够形成二自由度的运动。

②定子分两瓣拼接后成球体设计，有利于转子与定子的配合装配，同时利用锥形通孔安装电枢绕组的球面共形，球电机的内外均为同心球体结构，达到永磁与线圈的对称安装。

③利用飞机操纵面板安装2个本发明设计的球电机，一方面能够实现对飞机升降舵面和副翼舵面的力反馈。另一方面可以实现飞行员之间的操纵同步，减少其中一方经验缺乏造成的误操作。现有电传操纵系统，没有操纵杆之间的同步系统。

④通过操纵一侧的输出杆(或者称操纵杆)，操纵飞机升降舵面来实现飞机的俯仰运动，操纵副翼舵面的偏转来实现飞机的滚转运动。

附图说明

图1是飞机主动侧杆系统中双球电机的相对位置示意图。

图2a是本发明球电机的外部结构图。

图2b是本发明球电机的另一视角外部结构图。

图2c是本发明球电机的分解图。

图2d是本发明球电机的另一分解图。

图3a是本发明转子的结构图。

图3b是本发明转子的剖示图。

图3c是本发明转子的俯视图。

图3d是本发明转子的仰视图。

图3e是本发明转子与输出杆、磁力块组件的装配图。

图3f是本发明转子与磁力块组件的装配剖面图。

图4是本发明磁力块组件的结构图。

图5a是本发明两个半球定子的结构图。

图5b是本发明两个半球定子的另一视角结构图。

图5c是本发明两个半球定子对接后的前视结构图。

图5d是本发明两个半球定子对接后的后角结构图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。

参见图1所示，本发明设计的一种用于飞机主动侧杆系统的双球电机，是在现有的飞机操纵面板10a的左右两侧分别安装两个结构相同的球电机，即左球电机10b和右球电机10c。

参见图1、图2a、图2b、图2c所示，本发明设计的球电机，其包括有a半球定子1、b半球定子2、转子3、输出杆4、底座5、电枢绕组组件6、磁力块组件7和牛眼轴承组件8。其中，a半球定子1与b半球定子2的结构相同；a半球定子1与b半球定子2对接后则形成一个空心球体，所述空心内用于放置转子3。输出杆4安装在转子3上部，a半球定子1与b半球定子2安装在底座5上，电枢绕组组件6和牛眼轴承组件8安装在a半球定子1与b半球定子2上，磁力块组件7安装在转子3的间隙中。底座5和输出杆4为铝合金材料加工。a半球定子1、b半球定子2和转子3为45号钢材料加工。

电枢绕组组件6

参见图2a、图2b、图2c、图2d所示，电枢绕组组件6包括有结构相同的a电枢绕组6a、b电枢绕组6b、c电枢绕组6c、d电枢绕组6d、e电枢绕组6e、f电枢绕组6f、g电枢绕组6g、h电枢绕组6h、i电枢绕组6i、j电枢绕组6j、k电枢绕组6k和l电枢绕组6l。每三个电枢绕组组成一列。所述的电枢绕组组件6分别固定安装在a半球定子1与b半球定子2上。

在本发明中，每个电枢绕组由横截面积为0.7mm²的铜线绕制8层矩形线圈得到，每层线圈为25匝。

在本发明中，设计的每个电枢绕组的额定功率为25瓦。

磁力块组件7

参见图2d、图3e、图3f、图4所示，磁力块组件7包括有结构相同的a组哈尔巴赫永磁体阵列7a、b组哈尔巴赫永磁体阵列7b、c组哈尔巴赫永磁体阵列7c和d组哈尔巴赫永磁体阵列7d。

如图4所示，所述a组哈尔巴赫永磁体阵列7a包括有aa永磁体7a1、ab永磁体7a2、ac永磁体7a3、ad永磁体7a4和ae永磁体7a5。五个永磁体共形得到的a组哈尔巴赫永磁体阵列7a为弧形。a组哈尔巴赫永磁体阵列7a安装在转子3的a间隙3e处。如图3f所示，a组哈尔巴赫永磁体阵列7a的充磁方向分别为：aa永磁体7a1和ae永磁体7a5的充磁方向为指向转子3的中心点o的径向充磁；ac永磁体7a3的充磁方向为转子3的中心点o指向外向的径向充磁(即ac永磁体7a3的充磁方向与aa永磁体7a1和ae永磁体7a5的充磁方向相反)；ab永磁体7a2和ad永磁体7a4的充磁方向为垂直转子3直径的切向充磁，且ab永磁体7a2与ad永磁体7a4的充磁方向相反。

如图4所示，所述b组哈尔巴赫永磁体阵列7b包括有ba永磁体7b1、bb永磁体7b2、bc永磁体7b3、bd永磁体7b4和be永磁体7b5。五个永磁体共形得到的b组哈尔巴赫永磁体阵列7b为弧形。b组哈尔巴赫永磁体阵列7b安装在转子3的b间隙3f处。依据图3f所示同理可得，b组哈尔巴赫永磁体阵列7b的充磁方向分别为：ba永磁体7b1和be永磁体7b5的充磁方向为指向转子3的中心点o的径向充磁；bc永磁体7b3的充磁方向为转子3的中心点o指向外向的径向充磁(即bc永磁体7b3的充磁方向与ba永磁体7b1和be永磁体7b5的充磁方向相反)；bb永磁体7b2和bd永磁体7b4的充磁方向为垂直转子3直径的切向充磁，且bb永磁体7b2与bd永磁体7b4的充磁方向相反。

如图4所示，所述c组哈尔巴赫永磁体阵列7c包括有ca永磁体7c1、cb永磁体7c2、cc永磁体7c3、cd永磁体7c4和ce永磁体7c5。五个永磁体共形得到的c组哈尔巴赫永磁体阵列7c为弧形。c组哈尔巴赫永磁体阵列7c安装在转子3的c间隙3g处。如图3f所示，c组哈尔巴赫永磁体阵列7c的充磁方向分别为：ca永磁体7c1和ce永磁体7c5的充磁方向为指向转子3的中心点o的径向充磁；cc永磁体7c3的充磁方向为转子3的中心点o指向外向的径向充磁(即cc永磁体7c3的充磁方向与ca永磁体7c1和ce永磁体7c5的充磁方向相反)；cb永磁体7c2和cd永磁体7c4的充磁方向为垂直转子3直径的切向充磁，且cb永磁体7c2与cd永磁体7c4的充磁方向相反。

如图4所示，所述d组哈尔巴赫永磁体阵列7d包括有da永磁体7d1、db永磁体7d2、dc永磁体7d3、dd永磁体7d4和de永磁体7d5。五个永磁体共形得到的d组哈尔巴赫永磁体阵列7d为弧形。d组哈尔巴赫永磁体阵列7d安装在转子3的d间隙3h处。依据图3f所示同理可得，d组哈尔巴赫永磁体阵列7d的充磁方向分别为：da永磁体7d1和de永磁体7d5的充磁方向为指向转子3的中心点o的径向充磁；dc永磁体7d3的充磁方向为转子3的中心点o指向外向的径向充磁(即dc永磁体7d3的充磁方向与da永磁体7d1和de永磁体7a5的充磁方向相反)；db永磁体7d2和dd永磁体7d4的充磁方向为垂直转子3直径的切向充磁，且db永磁体7d2与dd永磁体7d4的充磁方向相反。

在本发明中，哈尔巴赫永磁体阵列7用以提供交替磁场。在电枢绕组组件6通电时产生了安培力，使得转子3形成绕x轴或者y轴旋转的输出力矩，如图3f所示。

牛眼轴承组件8

参见图2c、图2d所示，牛眼轴承组件8包括有结构相同的a牛眼轴承8a、b牛眼轴承8b、c牛眼轴承8c、d牛眼轴承8d、e牛眼轴承8e、f牛眼轴承8f、g牛眼轴承8g和h牛眼轴承8h。牛眼轴承组件8分别安装在a半球定子1与b半球定子2的内球面的轴承孔中。通过8个牛眼轴承支撑起转子3，使得转子3能够在a半球定子1与b半球定子2形成的空心球体中运动。

在本发明中，牛眼轴承为非导磁材料加工，不会对转子3的输出力矩产生干扰。其可以选用泰州市高港区菲尔特传动设备厂生产的陶瓷牛眼轴承。

a半球定子1

参见图2a、图2b、图2c、图2d、图5a、图5b所示，a半球定子1的中部设有aa锥形通孔1a、ab锥形通孔1b、ac锥形通孔1c；a半球定子1的一端设有aa开口锥形通孔1d、ab开口锥形通孔1e、ac开口锥形通孔1f；a半球定子1的另一端设有ad开口锥形通孔1g、ae开口锥形通孔1h、af开口锥形通孔1i；a半球定子1上设有aa通孔1-1和ab通孔1-2。a半球定子1的底部设有用于与底座5的内凸圆台5a固定的aa螺纹孔1-3，ea螺钉5a3穿过底座5的内凸圆台5a上的ea通孔5a1后螺纹连接在a半球定子1的底部的aa螺纹孔1-3中。a半球定子1的内球面上设有用于安装a牛眼轴承8a的ac轴承孔1l、用于安装b牛眼轴承8b的ad轴承孔1m、用于安装c牛眼轴承8c的aa轴承孔1j、用于安装d牛眼轴承8d的ab轴承孔1k。

aa锥形通孔1a处用于固定安装a电枢绕组6a。

ab锥形通孔1b处用于固定安装b电枢绕组6b。

ac锥形通孔1c处用于固定安装c电枢绕组6c。

b半球定子2

参见图2a、图2b、图2c、图2d、图5a、图5b所示，b半球定子2的中部设有ba锥形通孔2a、bb锥形通孔2b、bc锥形通孔2c；b半球定子2的一端设有ba开口锥形通孔2d、bb开口锥形通孔2e、bc开口锥形通孔2f；b半球定子2的另一端设有bd开口锥形通孔2g、be开口锥形通孔2h、bf开口锥形通孔2i；b半球定子2上设有ba通孔2-1和bb通孔2-2。b半球定子2的底部设有用于与底座5的内凸圆台5a固定的ba螺纹孔2-3，eb螺钉5a4穿过底座5的内凸圆台5a上的eb通孔5a2后螺纹连接在b半球定子2的底部的ba螺纹孔2-3中。b半球定子2的内球面上设有用于安装e牛眼轴承8e的ba轴承孔2j、用于安装f牛眼轴承8f的bb轴承孔2k、用于安装g牛眼轴承8g的bc轴承孔2l、用于安装h牛眼轴承8h的bd轴承孔2m。

ba锥形通孔2a处用于固定安装g电枢绕组6g。

bb锥形通孔2b处用于固定安装h电枢绕组6h。

bc锥形通孔2c处用于固定安装i电枢绕组6i。

在本发明中，参见图5c、图5d所示，当a半球定子1与b半球定子2对接后则形成一个空心球体。所述空心内用于放置转子3。即：

aa开口锥形通孔1d与ba开口锥形通孔2d对接后形成a锥形通孔1-4a，所述a锥形通孔1-4a处用于固定安装d电枢绕组6d。

ab开口锥形通孔1e与bb开口锥形通孔2e对接后形成b锥形通孔1-4b，所述b锥形通孔1-4b处用于固定安装e电枢绕组6e。

ac开口锥形通孔1f与bc开口锥形通孔2f对接后形成c锥形通孔1-4c，所述c锥形通孔1-4c处用于固定安装f电枢绕组6f。

ad开口锥形通孔1g与bd开口锥形通孔2g对接后形成d锥形通孔2-4a，所述d锥形通孔2-4a处用于固定安装j电枢绕组6j。

ae开口锥形通孔1h与be开口锥形通孔2h对接后形成e锥形通孔2-4b，所述e锥形通孔2-4b处用于固定安装k电枢绕组6k。

af开口锥形通孔1i与bf开口锥形通孔2i对接后形成f锥形通孔2-4c，所述f锥形通孔2-4b处用于固定安装l电枢绕组6l。

转子3

参见图2a、图2c、图2d、图3a～图3f所示，转子3为一体成型结构体。转子3的上部是顶部面板3i，所述顶部面板3i上设有用于固定输出杆4的连接圆盘4b的ca螺纹孔3i1；转子3的下部是底部面板3j；转子3的球体上设有a叶瓣3a、b叶瓣3b、c叶瓣3c和d叶瓣3d，a叶瓣3a与b叶瓣3b之间是a间隙3e，b叶瓣3b与c叶瓣3c之间是b间隙3f，c叶瓣3c与d叶瓣3d之间是c间隙3g，d叶瓣3d与a叶瓣3a之间是d间隙3h；其中，a间隙3e与c间隙3g是相对设置，b间隙3f与d间隙3h是相对设置；转子3的中心体3-1上设有十二个端面，即a端面3-1a、b端面3-1b、c端面3-1c、d端面3-1d、e端面3-1e、f端面3-1f、g端面3-1g、h端面3-1h、i端面3-1i、j端面、k端面、l端面；其中，a端面3-1a、b端面3-1b和c端面3-1c位于a间隙3e；d端面3-1d、e端面3-1e和f端面3-1f位于b间隙3f；g端面3-1g、h端面3-1h和i端面3-1i位于c间隙3g；j端面、k端面和l端面位于d间隙3h。

参见图3e、图3f、图4所示，所述a间隙3e用于放置a组哈尔巴赫永磁体阵列7a，且aa永磁体7a1安装在转子3的中心体3-1的a端面3-1a上，ac永磁体7a3安装在转子3的中心体3-1的b端面3-1b上，ae永磁体7a5安装在转子3的中心体3-1的c端面3-1c上，ab永磁体7a2安装在aa永磁体7a1与ac永磁体7a3之间，ad永磁体7a4安装在ac永磁体7a3与ae永磁体7a5之间。

参见图3e、图3f、图4所示，所述b间隙3f用于放置b组哈尔巴赫永磁体阵列7b，且ba永磁体7b1安装在转子3的中心体3-1的d端面3-1d上，bc永磁体7b3安装在转子3的中心体3-1的e端面3-1e上，be永磁体7b5安装在转子3的中心体3-1的f端面3-1f上，bb永磁体7b2安装在ba永磁体7b1与bc永磁体7b3之间，bd永磁体7b4安装在bc永磁体7b3与be永磁体7b5之间。

参见图3e、图3f、图4所示，所述c间隙3g用于放置c组哈尔巴赫永磁体阵列7c，且ca永磁体7c1安装在转子3的中心体3-1的g端面3-1g上，cc永磁体7c3安装在转子3的中心体3-1的h端面3-1h上，ce永磁体7c5安装在转子3的中心体3-1的i端面3-1i上，cb永磁体7c2安装在ca永磁体7c1与cc永磁体7c3之间，cd永磁体7c4安装在cc永磁体7c3与ce永磁体7c5之间。

参见图3e、图3f、图4所示，所述d间隙3h用于放置d组哈尔巴赫永磁体阵列7d，且da永磁体7d1安装在转子3的中心体3-1的j端面上，dc永磁体7d3安装在转子3的中心体3-1的k端面上，de永磁体7d5安装在转子3的中心体3-1的l端面上，db永磁体7d2安装在da永磁体7d1与dc永磁体7d3之间，dd永磁体7d4安装在dc永磁体7d3与de永磁体7d5之间。

输出杆4

参见图2a、图2b、图2c所示，输出杆4的一端是操纵杆4a，输出杆4的另一端是连接圆盘4b；操纵杆4a用于飞行员的手抓持；连接圆盘4b上设有用于da螺钉4b2穿过的da通孔4b1，穿过da通孔4b1的da螺钉4b2固定在转子3的顶部面板3i的ca螺纹孔3i1中。

底座5

参见图2a、图2b、图2c、图2d所示，底座5上设有外圆台5b和内凸圆台5a；内凸圆台5a上设有ea通孔5a1、eb通孔5a2，ea通孔5a1用于ea螺钉5a3穿过，穿过ea通孔5a1的ea螺钉5a3螺纹固定在a半球定子1的底部的aa螺纹孔1-3中；eb通孔5a2用于eb螺钉5a4穿过，穿过eb通孔5a2的eb螺钉5a4螺纹固定在b半球定子2的底部的ba螺纹孔2-3中；外圆台5b上设有ec通孔5b1，穿过ec通孔5b1的螺钉螺纹固定在飞机操纵面板10a上的螺纹孔中。

将本发明设计的球电机应用在飞机主动侧杆系统中，在a半球定子1和b半球定子2中嵌入12个电枢绕组，在转子3上嵌入4组哈尔巴赫永磁体阵列，当对电枢绕组通电时，根据安培定则，通电导线在磁场中会产生安培力，安培力方向和磁场方向、电流方向遵循左手定则。因此，球电机的输出杆4可以绕着x轴或者y轴旋转，实现二自由度的旋转运动。

(a)舵面力反馈

由于电传操纵系统和飞机舵面没有机械连接，无法像传统的机械操纵系统那样，直接通过机械传统系统反馈舵面的负荷，以使得飞行员了解、掌握飞机的飞行情况。因此，本发明设计的飞机主动侧杆系统中的球电机操纵系统，可以通过电机的倾斜运动，实现对舵面负荷的简介反馈，使得飞行员可以了解、掌握飞机的飞行情况。其中，输出杆4绕x轴旋转的输出力矩，可以反馈副翼舵面的负荷情况，绕y轴旋转的输出力矩可以反馈升降舵面的负荷情况。

(b)操纵舵面

飞行员推动输出杆4沿着转子3的x轴旋转运动，可以操纵飞机的副翼舵面的偏转，进而实现飞机的滚转；推动输出杆4沿着转子3的y轴旋转运动可以操纵飞机的升降舵，进而实现飞机的俯仰运动。

(c)双操纵杆的同步

本发明设计的飞机主动侧杆系统中的球电机操纵系统可以实现双操纵杆(即输出杆4)的同步。通常，飞机会有两个飞行员。当其中一个飞行员在操纵飞机时，另一个飞行员处的操纵杆可以实现前者的操纵动作。因此，两个飞行员可以互相了解对方的操纵动作，从而减少其中一方由于经验欠缺对飞机的误操作。