磁悬浮球面电机制造技术

一种多自由度的磁悬浮球形电动机，包括定子结构和动子结构，在动子结构的球面上均匀分布着若干个永磁体，定子结构包括悬浮线圈和推力线圈，若干个悬浮线圈以一定的阵列方式设置在悬浮线圈框架上，周向推力线圈均匀分布在不完全球面的周向上，呈放射状，顶部推力线圈均匀在不完全球面的顶部，方向相互平行和垂直。通过设计一种新形式的结构，能够实现动子向平面内的任意方向转动，结构简单，在多自由度设备中有很好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种多自由度的磁悬浮球形电动机，属于电机

技术介绍
目前，电机驱动技术中所研究的基本都是一维或者二维的运动，比如：一维的直线电机、一维的旋转电机、二维的平面直线电机等，很多时候电机的运动不能直接运用于机器零件，以实现特定的运动。当将电机产生的动力传输给其它执行机构的时候需要加入一些传动机构，传动机构的加入降低了机器整体的可靠性，增加了能量损耗，不利于机器的运转。同时，一维或者二维运动的电机不能单独实现复杂的运动。例如，在发动机前置后轮驱动的汽车上，汽油机产生的动力需要经过传动轴将汽车前端的动力传输给后桥，然后经过差速器传给后轮，车才能启动，这些环节任意一个出现问题汽车就无法行驶。当汽车转向的时候发动机提供的动力不能直接在车轮上实现转动，需要转向机构实现。并且汽车转向时，转动的角度有限，无法实现360度行进。在一些机器人的关节上使用的电机往往只能实现一个自由度的运动，如果要实现复杂运动，那么则需要多个电机，这样是机器人重量加大，结构臃肿，大大降低了机器人的灵活性。 因此一种多自由度的磁悬浮球形电动机被提出来，以替代相关领域的一维或者二维电机。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种没有摩擦、磨损，能够实现任意方向矢量移动的多自由度的磁悬浮球形电动机。本专利技术为解决其技术问题所采用的技术方案如下。本专利技术所提出的磁悬浮球面电机包括定子结构和动子结构，在动子结构的球面上均匀分布着若干个永磁体，定子结构包括悬浮线圈和推力线圈，若干个悬浮线圈以一定的阵列方式设置在悬浮线圈框架上，周向推力线圈均匀分布在不完全球面的周向上，呈放射状，顶部推力线圈均匀在不完全球面的顶部，方向相互平行和垂直。 本专利技术的特征在于：在动子2的球体上均匀分布着若干个永磁体2-1，定子1包括悬浮线圈1-2和推力线圈1-3，若干个悬浮线圈1-2以一定的阵列方式设置在悬浮线圈架1-1上，周向推力线圈1-3-1均匀分布在不完全球面的周向上，呈放射状，顶部推力线圈1-3-2均匀在不完全球面的顶部，方向相互平行和垂直。本专利技术的特征在于：所述推力线圈1-3包括周向推力线圈1-3-1和顶部推力线圈1-3-2，其内表面为球面，与定子1同心；所述周向推力线圈1-3-1在周向上均匀放射分布（从俯视图观察），每一个周向线圈提供使动子2向放射方向（从俯视图观察）转动的力；所述顶部推力线圈1-3-2在定子1的顶部均匀分散着4个线圈，方向相互垂直。本专利技术的特征在于：所述推力线圈1-3的铁芯由非铁材料构成。本专利技术的特征在于：所述悬浮线圈架1-1包括顶点线圈架1-1-1和面线圈架1-1-2，均匀分布在推力线圈1-3外部；所述面线圈架1-1-2分布于正二十面体0的俯视图（同：正视于正二十面体的某一平面）看到的所有平面上，且回转轴线与所在平面垂直；所述悬浮线圈架1-1包含悬浮线圈1-2的铁芯，铁芯分布在各线圈架上。本专利技术的特征在于：所述悬浮线圈1-2嵌套在悬浮线圈架1-1上的铁芯上。本专利技术的特征在于：所述悬浮线圈1-2由多层直流线圈构成，且悬浮线圈1-2的铁芯采用冷轧硅钢片构成。本专利技术的特征在于：所述动子2由永磁体2-1、填充材料2-2、支撑体2-3组成，支撑体2-3为一球形铝板。本专利技术的特征在于：所述永磁体2-1分布在动子2的球体内，分布方式为，分布于正二十面体0的所有面上，并且磁极装配方向均指向动子2的球心；所述永磁体2-1的材料为稀土铷铁硼永磁体。本专利技术有益效果是：本专利技术能够实现动子（即轮子）向平面内的任意方向转动，结构简单，在多自由度设备中有很好的应用前景。当其安装在车上充当轮子时能够简化传动机构，实现电机的快速响应，方便车子的转向；当其当作关节使用时可以获得更加灵活的动作。附图说明 图1为本专利技术专利具体实施方式的总体主视图；图2为本专利技术专利具体实施方式的总体剖视图（某一剖面）；图3为本专利技术专利具体实施方式的定子悬浮线圈架分布规律图；图4为本专利技术专利具体实施方式的定子悬浮线圈架分布俯视图；图5为本专利技术专利具体实施方式的定子悬浮线圈分布图；图6为本专利技术专利具体实施方式的推力线圈结构图；图7为本专利技术专利具体实施方式的推力线圈俯视图；图8为本专利技术专利具体实施方式的永磁体分布分布图。具体实施方式以下结合附图描述本专利技术的具体实施方式。 如图所示，本专利技术一种球形电机的主要实施方式主要由定子1和和与之相配合的动子2组成。动子2为球体，永磁体2-1分布在动子2的球体内，分布方式为：分布于正二十面体0的所有面上，并且磁极装配方向均指向动子2的球心，本具体实施方式以正二十面体为例，但并不限于正二十面体，其它正多面体也适用。永磁体2-1的材料为稀土铷铁硼永磁体。永磁体2-1固定在材质为球形铝板的支撑体2-3上，填充材料2-2将永磁体和支撑体2-3之间的空间填充，并最终使动子2为球体。定子1主要包括悬浮线圈架1-1、悬浮线圈1-2和推力线圈1-3。悬浮线圈架1-1包括顶点线圈架1-1-1和面线圈架1-1-2，均匀分布在推力线圈1-3外部，其中：面线圈架1-1-2分布于正二十面体0的俯视图（同：正视于正二十面体的某一平面）看到的所有平面上，且回转轴线与所在平面垂直；面线圈架1-1-2分布于正二十面体0的俯视图（同：正视于正二十面体的某一平面）看到的所有三个正多面体顶点上，方向指向体心。悬浮线圈架1-1同时包含悬浮线圈1-2的铁芯，铁芯分布在各线圈架上。悬浮线圈1-2由多层直流线圈构成，且悬浮线圈1-2的铁芯采用冷轧硅钢片构成。推力线圈1-3包括周向推力线圈1-3-1和顶部推力线圈1-3-2，其内表面为球面，与定子1同心。周向推力线圈1-3-1在周向上均匀放射分布（从俯视图观察），每一个周向线圈提供使动子2向放射方向（从俯视图观察）转动的力；顶部推力线圈1-3-2在定子1的顶部均匀分散着4个线圈，方向相互垂直。推力线圈1-3的铁芯由非铁材料构成。 本专利技术利用定子1和动子2的励磁磁场之间的“同性磁极相斥，异性磁极相吸”的原理使定子1悬浮于动子2所在的球面上，避免了定子1和动子2之间的接触，减小磨损，降低能量消耗，同时在推力线圈1-3的电磁推力作用下运动。当给悬浮线圈1-2通电时，悬浮线圈1-2产生的磁场和动子2上的永磁体2-1的磁场之间产生斥力，使定子1悬浮起来。当斥力与定子1所在平台的重量相等时，定子1受力平衡就会稳定的悬浮起来。于此同时，定子1上的推力线圈1-3的某一个或某几个周向推力线圈1-3-1通电，在永磁体2-1的作用下产生相应方向上的安培力。因此，定子1所在的平台在悬浮力和安培力的共同作用下实现动子2的前后左右转动。。当在顶部推力线圈1-3-2通电后同样会产生安培力，当依次给顶部推力线圈1-3-2通电就会使动子2绕竖直轴转动。 通过调节线圈中电流的参数就能实现电机进行复杂的运动。 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁悬浮球面电机，包括定子1和和与之相配合的动子2，其特征在于：在动子2的球体上均匀分布着若干个永磁体2‑1，定子1包括悬浮线圈1‑2和推力线圈1‑3，若干个悬浮线圈1‑2以一定的阵列方式设置在悬浮线圈架1‑1上，周向推力线圈1‑3‑1均匀分布在不完全球面的周向上，呈放射状，顶部推力线圈1‑3‑2均匀在不完全球面的顶部，方向相互平行和垂直。

【技术特征摘要】
1.一种磁悬浮球面电机，包括定子1和和与之相配合的动子2，其特征在于：在动子2的球体上均匀分布着若干个永磁体2-1，定子1包括悬浮线圈1-2和推力线圈1-3，若干个悬浮线圈1-2以一定的阵列方式设置在悬浮线圈架1-1上，周向推力线圈1-3-1均匀分布在不完全球面的周向上，呈放射状，顶部推力线圈1-3-2均匀在不完全球面的顶部，方向相互平行和垂直。
2.根据权利要求1所述的一种球形电机，其特征在于：所述推力线圈1-3包括周向推力线圈1-3-1和顶部推力线圈1-3-2，其内表面为球面，与定子1同心；所述周向推力线圈1-3-1在周向上均匀放射分布（从俯视图观察），每一个周向线圈提供使动子2向放射方向（从俯视图观察）转动的力；所述顶部推力线圈1-3-2在定子1的顶部均匀分散着4个线圈，方向相互垂直。
3.根据权利要求1所述的一种球形电机，其特征在于：所述推力线圈1-3的铁芯由非铁材料构成。
4.根据权利要求1所述的一种球形电机，其特征在于：所述悬浮线圈架1-1包括顶点线圈架1-1-1和面线圈架1-1-2，均匀分布在推力线圈...

【专利技术属性】
技术研发人员：马涛，杨学锋，李运玺，王呈敏，蔡喜光，闫昂昂，顾杰，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东;37