一种采用简化Halbach永磁体阵列的三自由度球形电机.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110224566A(43)申请公布日2019.09.10(21)申请号201910539846.5H02K5/173(2006.01)(22)申请日2019.06.21(71)申请人安徽大学地址230601安徽省合肥市经济技术开发区九龙路111号(72)发明人周睿王群京李国丽(74)专利代理机构北京科迪生专利代理有限责任公司11251代理人杨学明顾炜(51)Int.Cl.H02K21/12(2006.01)H02K21/02(2006.01)H02K1/12(2006.01)H02K1/27(2006.01)H02K5/04(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图3页(54)发明名称一种采用简化Halbach永磁体阵列的三自由度球形电机(57)摘要本发明公开了一种采用简化Halbach永磁体阵列的三自由度球形电机，结构上分为球壳形定子和球形转子两大模块，其中球壳形定子采用框形线圈，无上半部分线圈的三自由度永磁球形电机，转子支撑机构采用可调节进给量的球轴承，定子线圈绕制成框形，转子永磁体采用有间隙的简化Halbach永磁体阵列，各永磁体均为正方体。本发明可以支撑不同直径的球形转子，具有较大的转子的俯仰运动范围，产生的定子磁场间隙小，电磁力盲区小，同时由于各永磁体尺寸一致，可以在制造时采用同一模具成形，同一方向充磁，大幅降低制造成本。CN110224566ACN110224566A权利要求书1/1页1.一种采用简化Halbach永磁体阵列的三自由度球形电机，其特征在于：结构上分为球壳形定子和球形转子两大模块，所述球壳形定子包括定子壳体(1)、电机底座(2)、通孔(3)、万向球(4)和调节万向球(4)进给量的转子顶杆(5)、上层定子线圈(6)及上层线圈线轴(7)、下层定子线圈(8)及下层线圈线轴(9)、转子球体(10)、转子力矩输出轴(11)、简化Halbach永磁体阵列(12)、球面盖片(13)和双头螺母(14)；定子壳体(1)为安装在电机底座(2)上的，内腔为球形，顶部有较大开口的非铁磁性壳体，底部对称设置有通孔(3)，用于安放支撑球形转子的万向球(4)和调节万向球(4)进给量的转子顶杆(5)，定子壳体(1)赤道一周和与赤道平行的一个下方圆周放置有若干上层定子线圈(6)及下层定子线圈(8)，上层定子线圈(6)及下层定子线圈(8)分别绕制在上层线圈线轴(7)及下层线圈线轴(9)上，通过上层线圈线轴(7)及下层线圈线轴(9)固定在定子壳体(1)上；转子球体(10)安放在定子壳体(1)腔内，通过万向球(4)与定子壳体(1)滑动接触，通过调节转子顶杆(5)进给量改变万向球(4)的球心位置，可以方便的调整定子壳体(1)和球形转子的同心度，及支撑不同直径的球形转子，简化Halbach永磁体阵列(12)浅埋在转子球体(10)赤道一周，并用球面盖片(13)覆盖，转子力矩输出轴(11)通过双头螺母(14)安装在转子球体(10)上。2.根据权利要求1所述的一种采用简化Halbach永磁体阵列的三自由度球形电机，其特征在于：所述球壳形定子，壳体的赤道位置和下半球面沿圆周均匀分布有驱动线圈，取消了上半球面的定子线圈，定子壳体顶部开口得以扩大，增大了转子的俯仰运动范围，并给位置、力矩检测传感器留有较大的安装空间。3.根据权利要求1所述的一种采用简化Halbach永磁体阵列的三自由度球形电机，其特征在于：所述球壳形定子，采用绕制在框形线轴上的框形线圈，基本无缝覆盖定子内腔球面，上下层、左右邻近线圈之间间隙小，所产生的定子磁场间隙小，产生电磁力盲区小。4.根据权利要求1所述的一种采用简化Halbach永磁体阵列的三自由度球形电机，其特征在于：所述球形转子为一个嵌放有永磁体的球壳，转子永磁体为多块立方体，视充磁方向按照Halbach规律，环形排列在转子球体赤道一周，在保证气隙磁密波形不发生严重恶化的情况下，所有永磁体采用同一尺寸的正方体结构，采用同一模具成形，同一方向充磁，仅在嵌放进转子时按Halbach方式排列。2CN110224566A说明书1/4页一种采用简化Halbach永磁体阵列的三自由度球形电机技术领域[0001]本发明属于球形电机设计制造技术领域，具体涉及一种转子采用简化Halbach永磁体阵列，定子采用框形线圈的三自由度永磁球形电机。背景技术[0002]电动机以其能源传输的便利性，控制的准确性，与计算机结合的直接性，作为工业领域主要的动力来源，推动工业进步的同时也在不断适应着工业应用提出的新要求。随着产业自动化对工业机器人，特别是多自由度运动机械臂的现实要求发展，电机的运动方式从单纯的一维圆周旋转开始向多自由度运动发展。与采用多个单自由度电机串/并联组合，每台