一种适用于球形电机的负载补偿机构及球形电机制造技术

本发明专利技术属于多自由度球形电机相关技术领域，其公开了适用于球形电机的负载补偿机构及球形电机，该负载补偿机构包括第一环形补偿体及第二环形补偿体；该负载补偿机构通过该第一环形补偿体连接于球形电机的转子，该第一环形补偿体与该转子同步转动；该负载补偿机构通过该第二环形补偿体连接于该球形电机的定子；该第一环形补偿体包括第一永磁体，该第二环形补偿体包括第二永磁体，该第一环形补偿体与该第二环形补偿体之间产生排斥力，进而平衡该转子及该转子上的负载的重力力矩。本发明专利技术能使转子在非运行状态下保持在平衡位置，在运行状态下能够平衡大部分转子及负载的重力力矩，减小了输入电流，降低了能源消耗，提高了球形电机的效率。

A load compensation mechanism and spherical motor for spherical motors

The invention belongs to the technical field of multi-degree-of-freedom spherical motor, and discloses a load compensation mechanism and a spherical motor suitable for spherical motor. The load compensation mechanism comprises a first ring compensation body and a second ring compensation body; the load compensation mechanism is connected to the rotor of the spherical motor through the first ring compensation body, the first ring compensation body. A ring compensator rotates synchronously with the rotor; the load compensation mechanism is connected to the stator of the spherical motor through the second ring compensator; the first ring compensator comprises a first permanent magnet, the second ring compensator comprises a second permanent magnet, and there is repulsion between the first ring compensator and the second ring compensator. The force is used to balance the gravity torque of the rotor and the load on the rotor. The invention can keep the rotor in a balanced position in the non-running state, balance the gravity torque of most rotors and loads in the running state, reduce the input current, reduce the energy consumption, and improve the efficiency of the spherical motor.

【技术实现步骤摘要】
一种适用于球形电机的负载补偿机构及球形电机
本专利技术属于多自由度球形电机相关
，更具体地，涉及一种适用于球形电机的负载补偿机构及球形电机。
技术介绍
多自由度球形电机能够在电磁力矩作用下围绕一个中心球关节提供多自由度连续转动，其在机器人关节、相机云台和多轴加工等领域有着巨大的应用前景。球形电机转子可以在一个关节上实现灵活的三自由度运动，而在许多应用中，球形电机转子需要根据具体任务安装负载。带有负载的球形电机转子的重心会高出旋转中心，类似于一个倒立摆系统。如此，在没有电流输入时转子及负载会倒向不平衡位置；且在球形电机运行过程中，提供球形电机转矩的驱动电流中的很大部分用于平衡转子及负载的重量，此外在倾角越大的位置，负载及转子产生的倾覆力矩越大，所需要的平衡力矩以及输入电流也就越大。相应地，本领域存在着发展一种不影响球形电机正常运行的负载补偿机构的技术需求。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种适用于球形电机的负载补偿机构及球形电机，其基于现有球形电机的工作特点，研究及设计了一种不影响球形电机正常运行的负载补偿机构及球形电机。所述负载补偿机构的第一环形补偿体与转子同步转动，所述第一永磁体朝向所述第二永磁体的表面极性与所述第二永磁体朝向所述第一永磁体的表面的极性相同，以使所述第一环形补偿体与所述第二环形补偿体之间产生排斥力，进而平衡所述转子及所述转子上的负载的重力力矩，由此使所述转子在非运行状态下保持在平衡位置，在运行状态下能够平衡大部分转子及负载的重力力矩，减小了输入电流，降低了能源消耗，提高了球形电机的效率。所述上周轭铁设置在所述第一环形补偿体远离所述第二环形补偿体的一侧，其覆盖所述第一永磁体；所述下周轭铁设置在所述第二环形补偿体远离所述第一环形补偿体的一侧，其覆盖所述第二永磁体，由此避免了永磁体磁场对球形电机内部电磁控制的影响，提高了精度及准确性。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种适用于球形电机的负载补偿机构，所述负载补偿机构包括第一环形补偿体及第二环形补偿体，所述第一环形补偿体与所述第二环形补偿体相对设置；所述负载补偿机构通过所述第一环形补偿体连接于球形电机的转子，所述第一环形补偿体与所述转子同步转动；所述负载补偿机构通过所述第二环形补偿体连接于所述球形电机的定子；所述第一环形补偿体包括第一永磁体，所述第二环形补偿体包括第二永磁体，所述第一永磁体的位置与所述第二永磁体的位置相对应，且所述第一永磁体朝向所述第二永磁体的表面极性与所述第二永磁体朝向所述第一永磁体的表面的极性相同，以使所述第一环形补偿体与所述第二环形补偿体之间产生排斥力，进而平衡所述转子及所述转子上的负载的重力力矩。进一步地，所述第一环形补偿体还包括上周轭铁，所述上周轭铁设置在所述第一环形补偿体远离所述第二环形补偿体的一侧，其覆盖所述第一永磁体。进一步地，所述第二环形补偿体还包括下周轭铁，所述下周轭铁设置在所述第二环形补偿体远离所述第一环形补偿体的一侧，其覆盖所述第二永磁体。进一步地，所述第一环形补偿体包括环状的上周保持架，所述上周保持架开设有多个第一收容孔；所述第一永磁体的数量为多个，多个所述第一永磁体分别设置在多个所述第一收容孔内，且所述第一永磁体与所述第一收容孔之间形成过盈配合。进一步地，多个所述第一收容孔绕所述上周保持架的中心轴均匀排布。进一步地，所述上周保持架形成有阶梯槽，所述阶梯槽用于收容所述转子邻近所述第一环形补偿体的一端。进一步地，所述第二环形补偿体包括环状的下周保持架，所述下周保持架开设有多个第二收容孔；所述第二永磁体的数量为多个，多个所述第二永磁体分别设置在多个所述第二收容孔内，且所述第二永磁体与所述第二收容孔之间形成过盈配合。进一步地，多个所述第二收容孔绕所述下周保持架的中心轴均匀排布。进一步地，所述第一永磁体及所述第二永磁体均为圆柱型的高性能钕铁硼永磁体。按照本专利技术的另一个方面，提供了一种球形电机，1其包括相对设置的定子及转子，所述球形电机还包括如上所述的适用于球形电机的负载补偿机构，所述第一环形补偿体连接于所述转子；所述第二环形补偿体连接于所述定子。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，本专利技术提供的适用于球形电机的负载补偿机构及球形电机主要具有以下有益效果：1.所述第一环形补偿体与所述转子同步转动，所述第一永磁体朝向所述第二永磁体的表面极性与所述第二永磁体朝向所述第一永磁体的表面的极性相同，以使所述第一环形补偿体与所述第二环形补偿体之间产生排斥力，进而平衡所述转子及所述转子上的负载的重力力矩，由此使所述转子在非运行状态下保持在平衡位置，在运行状态下能够平衡大部分转子及负载的重力力矩，减小了输入电流，降低了能源消耗，提高了球形电机的效率。2.所述上周轭铁设置在所述第一环形补偿体远离所述第二环形补偿体的一侧，其覆盖所述第一永磁体；所述下周轭铁设置在所述第二环形补偿体远离所述第一环形补偿体的一侧，其覆盖所述第二永磁体，由此避免了永磁体磁场对球形电机内部电磁控制的影响，提高了精度及准确性。3.所述第一永磁体与所述第一收容孔之间形成过盈配合；所述第二永磁体与所述第二收容孔之间形成过盈配合，由此确保了力矩从永磁体间传入保持架，进而传入定子与转子间以平衡转子与负载的重力力矩。4.所述第一永磁体及所述第二永磁体均为圆柱型的高性能钕铁硼永磁体，高性能钕铁硼永磁体具有极高的磁能积，小体积的永磁体就能提供非常可观的排斥磁力矩，在尽量较小增加电机动子整体质量(影响电机控制系统的动态响应)的前提下，为球型电机提供外部平衡力矩，整体体积较小，结构紧凑可靠，方便实现。附图说明图1是本专利技术提供的球形电机的结构示意图。图2是图1中的球形电机的负载补偿机构的第一环形补偿体的局部剖视图。图3是图2中的第一环形补偿体沿A方向的示意图。图4是图1中的球形电机的负载补偿机构的第二环形补偿体的局部剖视图。图5是图4中的第二环形补偿体沿B方向的示意图。在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-第一环形补偿体，11-上周轭铁，12-上周保持架，13-第一永磁体，2-第二环形补偿体，21-下周轭铁，22-下周保持架，23-第二永磁体。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。请参阅图1，本专利技术提供的球形电机，所述球形电机设置有负载补偿机构，所述负载补偿机构是基于永磁力矩的重力补偿机构，其利用安装在转子及定子上的永磁体之间的排斥力，通过合理布置使得这种排斥力产生的力矩随着倾斜角度的增加而增大，从而使得所述球形电机的转子在非运行状态下保持在平衡位置，在运行状态下能够平衡大部分转子及负载的重力力矩，减小了输入电流，降低了能源消耗，提高了球形电机的效率。所述球形电机包括转子、定子及负载补偿机构，所述负载补偿机构分别连接于所述转子及所述定子，其用于平衡所述转子及所述球形电机连接的负载的重力力矩。所述转子与所述定子相对设置，其形成有球形腔，所述球形腔用于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于球形电机的负载补偿机构，其特征在于：所述负载补偿机构包括第一环形补偿体(1)及第二环形补偿体(2)，所述第一环形补偿体(1)与所述第二环形补偿体(2)相对设置；所述负载补偿机构通过所述第一环形补偿体(1)连接于球形电机的转子，所述第一环形补偿体(1)与所述转子同步转动；所述负载补偿机构通过所述第二环形补偿体(2)连接于所述球形电机的定子；所述第一环形补偿体(1)包括第一永磁体(13)，所述第二环形补偿体(2)包括第二永磁体(23)，所述第一永磁体(13)的位置与所述第二永磁体(23)的位置相对应，且所述第一永磁体(13)朝向所述第二永磁体(23)的表面极性与所述第二永磁体(23)朝向所述第一永磁体(13)的表面的极性相同，以使所述第一环形补偿体(1)与所述第二环形补偿体(2)之间产生排斥力，进而平衡所述转子及所述转子上的负载的重力力矩。

【技术特征摘要】
1.一种适用于球形电机的负载补偿机构，其特征在于：所述负载补偿机构包括第一环形补偿体(1)及第二环形补偿体(2)，所述第一环形补偿体(1)与所述第二环形补偿体(2)相对设置；所述负载补偿机构通过所述第一环形补偿体(1)连接于球形电机的转子，所述第一环形补偿体(1)与所述转子同步转动；所述负载补偿机构通过所述第二环形补偿体(2)连接于所述球形电机的定子；所述第一环形补偿体(1)包括第一永磁体(13)，所述第二环形补偿体(2)包括第二永磁体(23)，所述第一永磁体(13)的位置与所述第二永磁体(23)的位置相对应，且所述第一永磁体(13)朝向所述第二永磁体(23)的表面极性与所述第二永磁体(23)朝向所述第一永磁体(13)的表面的极性相同，以使所述第一环形补偿体(1)与所述第二环形补偿体(2)之间产生排斥力，进而平衡所述转子及所述转子上的负载的重力力矩。2.如权利要求1所述的适用于球形电机的负载补偿机构，其特征在于：所述第一环形补偿体(1)还包括上周轭铁(11)，所述上周轭铁(11)设置在所述第一环形补偿体(1)远离所述第二环形补偿体(2)的一侧，其覆盖所述第一永磁体(13)。3.如权利要求1所述的适用于球形电机的负载补偿机构，其特征在于：所述第二环形补偿体(2)还包括下周轭铁(21)，所述下周轭铁(21)设置在所述第二环形补偿体(2)远离所述第一环形补偿体(1)的一侧，其覆盖所述第二永磁体(23)。4.如权利要求1-3任一项所述的适用于球形电机的负载补偿机构，其特征在于：所述第一环形补偿体(1)包括环状...

【专利技术属性】
技术研发人员：白坤，李国民，代旺，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42