新型永磁球型电机的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电机领域，具体涉及一种新型永磁球型电机。
【背景技术】
[0002]电机作为执行机构在当代工业中不可或缺，当今社会中使用的电机一般均为单轴电机，单轴电机在工业化应用虽然成熟，但是单个自由度的缺陷使得现今的机械手和多自由度的应用受到限制，虽然人们可以在机构外形上设计出一个类似人腕或人肩的三自由度球关节，但究其内部驱动实现的本质来看，则仍然是三个独立的单轴电机通过传动机构的组合来模拟球关节的功能。这样的设计从本质上无法解决单轴电机的多自由度问题。
[0003]相交之下，球型电机作为一种多自由度执行机构，其输出轴末端能够在空间绕着独立的三个正交轴旋转，因此，球型电机可以在一个球关节处替代多个单轴电机，用以简化机械结构。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型要解决的技术问题是提供一种通过对球型电机定子绕组的电压控制，使得能够简单能够绕三个正交的旋转轴运动，在一个机械关节处可以替代多个单轴电机，具有能够实现多自由度控制、机构简单、控制效率高的优点的永磁球型电机。
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为:一种新型永磁球型电机，包括定子、转子、输出轴、铁芯、空心线圈及永磁体磁极，所述空心线圈被按六面体划分安装在定子上，所述永磁体安装在球体和正六面体内接的端点上，所述输出轴位于转子端部，所述铁芯位于正六面体划分的各个球面中心处。
[0006]优选的，所述的定子和转子均为球体。
[0007]优选的，所述的定子和转子的球体均按照内接正六面体划分。
[0008]优选的，所述定子球面被正六面体的6个面所截，所述空心线圈每隔60°分布在每个正六面体面和球体所交的圆上，所述空心线圈在空间上组成互成120°的三个线圈对，所述空心线圈对截面中心处分布一个电枢线圈。
[0009]优选的，所述转子球面被正六面体内接，所述永磁体磁极分布在球面内接正六面体的顶点上，所述永磁体磁极极性应为N、S交替，所述铁芯应放置在转子球面和正六面体重心所对的位置上。
[0010]优选的，所述输出轴位于所述转子顶部。
[0011]本实用新型具有下述优点:
[0012]1.本实用新型设计球型电机为一种多自由度电机，在应用中能够替代多个单轴电机工作，极大简化机械结构。球型电机的磁极和线圈绕组为基于正六面体划分，电机能够绕三个正交的旋转轴运动，机械构造空间结构简单。
[0013]2.该球型电机可以使用传统电机电压控制方法对球型电机定子绕组控制，球型电机正交的三个轴中，每个轴上定子线圈空间各差60°，可以看成普通电机每相空间各差120°，单从一轴来看，和普通永磁同步电机类似。可以使用传统变频器对每一轮正交轴进行工作，控制结构简单。结合传统电机矢量控制方法，设备运行稳定，运行力矩较大特点。具有能够实现多自由度控制、机构简单、控制效率高的优点。
【附图说明】
[0014]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0015]图1为本实用新型的结构示意图；
[0016]图2为本实用新型定子的主视图；
[0017]图3为本实用新型定子的左视图；
[0018]图4为本实用新型定子的仰视图；
[0019]图5为本实用新型转子基于正六面体划分的视图。
[0020]其中:1-输出轴，2-空心线圈，3-定子，4-铁芯、5-转子，6-永磁体磁极。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图对本实用新型的优选实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。
[0022]如图1所示，一种新型永磁球型电机，包括定子3、转子5、输出轴1、铁芯4、空心线圈2及永磁体磁极6，空心线圈2被按六面体划分安装在定子3上，永磁体4安装在球体和正六面体内接的端点上，输出轴I位于转子5端部，铁芯4位于正六面体划分的各个球面中心处。
[0023]定子3和转子5均为球体，定子3被正六面体划分，所述的定子3和转子5的球体均按照内接正六面体划分。
[0024]如图2所示，定子3主视图中标记中心吸附转子5铁芯4的电枢线圈为①号线圈。(11，11’)，(12，12，)和(13，13，)构成 I 组中互成 120。的三个线圈对。(11，11’)，(12，12，)和(13，13’)线圈对因处于同一平面，为正六面体与球面相交所截得大圆上，线圈安放位置互成空间120°角度。
[0025]如图3所不，标记吸附转子5铁芯4的中心电枢线圈为③号线圈。(43，13’)、( 12，42’)和(31，31’)构成了 3组中的线圈对。(43，13’)、(12，42，)和(31，31，)线圈对因处于同一平面，为正六面体与球面相交所截得大圆上，线圈安放位置互成空间120°角度。
[0026]如图4所示，中心线圈为⑤号线圈。(41，11’)、(52，52’)和(53，53’)构成了五组中的线圈对。(41，11’)、(52，52’ )和(53，53’ )线圈对因处于同一平面，为正六面体与球面相交所截得大圆上，线圈安放位置互成空间120°角度。
[0027]转子5球面被正六面体内接，所述永磁体磁极6分布在球面内接正六面体的顶点上，所述永磁体磁极6极性应为N、S交替，所述铁芯4应放置在转子5球面和正六面体中心所对的位置上，输出轴I位于转子5顶部。
[0028]在这种划分法中，例如12’和13号线圈处在分界线上的线圈是相邻两面公用线圈，球面的顶端分布六个线圈组合五组线圈组是对称的，没有放置中心线圈，上表面在实际中被制成自由运动的输出轴I的运动范围。
[0029]在转子5位置回到初始位置后，要使电机围绕①号轴(假设X轴)进行旋转，给①号电枢线圈通电吸引对应的铁芯4，给(11，11’)，(12，12’)和(13，13’)线圈组通三相交流电，转子5可以绕①号线圈轴向旋转。
[0030]在转子5位置回到初始位置后，要使电机围绕③号轴(假设y轴)进行旋转，给③号电枢线圈通电吸引对应的铁芯4，给(43，13’)、(12，42)和(31，31’)三组线圈供给三相交流电，就完成了①号线圈的正交轴的旋转。
[0031]在转子5位置回到初始位置后，要使电机围绕⑤号轴(假设z轴)进行旋转，给⑤号电枢线圈通电吸引对应的铁芯4，给(41，11’)、(53，53’)和(52，52’)三组线圈供给三相交流电，旋转后只需回到初始位置即可进行下次旋转。
[0032]以上所述仅为本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅限于上述实施方式，凡是属于本实用新型原理的技术方案均属于本实用新型的保护范围。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型的原理的前提下进行的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种新型永磁球型电机，其特征在于:包括定子、转子、输出轴、铁芯、空心线圈及永磁体磁极，所述空心线圈被按六面体划分安装在定子上，所述永磁体安装在球体和正六面体内接的端点上，所述输出轴位于转子端部，所述铁芯位于正六面体划分的各个球面中心处。2.根据权利要求1所述的永磁球型电机，其特征在于:所述的定子和转子均为球体。3.根据权利要求2所述的永磁球型电机，其特征在于:所述的定子和转子的球体均按照内接正六面体划分。4.根据权利要求3所述的永磁球型电机，其特征在于:所述定子球面被正六面体的6个面所截，所述空心线圈每隔60°分布在每个正六面体面和球体所交的圆上，所述空心线圈在空间上组成互成120°的三个线圈对，所述空心线圈对截面中心处分布一个电枢线圈。5.根据权利要求4所述的永磁球型电机，其特征在于:所述转子球面被正六面体内接，所述永磁体磁极分布在球面内接正六面体的顶点上，所述永磁体磁极极性应为N、S交替，所述铁芯应放置在转子球面和正六面体重心所对的位置上。6.根据权利要求5所述的永磁球型电机，其特征在于:所述输出轴位于所述转子顶部。
【专利摘要】本实用新型公开了一种新型永磁球型电机，其主要包括定子、转子、输出轴、铁芯、空心线圈及永磁体磁极。转子、定子均为球体，磁极分布和线圈分布均为正六面体划分，通过对球面多面体划分，使永磁球型电机能够分别绕三个正交轴独立旋转，本实用新型设计球型电机的磁极和线圈绕组为基于正六面体划分，对球型电机定子绕组的电压控制，使得该球型电机结构简单能够绕三个正交的旋转轴运动，在一个机械关节处可以替代多个单轴电机，具有能够实现多自由度控制、机构简单、控制效率高的优点。
【IPC分类】H02K3/28, H02K1/12, H02K1/27
【公开号】CN204886439
【申请号】CN201520593332
【发明人】方愿捷
【申请人】巢湖学院
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年8月10日