多自由度电磁机器制造技术

本发明专利技术题为“多自由度电磁机器”。本发明专利技术提供了一种多自由度电磁机器，该多自由度电磁机器包括球形电枢、第一线圈、第二线圈、第三线圈、结构、定子和支架。球形电枢具有第一对称轴、第二对称轴和第三对称轴，并且第一对称轴、第二对称轴和第三对称轴垂直于彼此设置。球形电枢和结构能够相对于支架和定子围绕第一对称轴一起旋转；球形电枢、结构和支架能够相对于定子围绕第二对称轴一起旋转；并且球形电枢、结构、支架和定子能够围绕第三对称轴一起旋转。

【技术实现步骤摘要】
多自由度电磁机器
本专利技术整体涉及电磁机器，并且更具体地讲，涉及多自由度电磁机器。
技术介绍
众所周知，当前可用的运动控制系统被设计成以多于一个自由度(DoF)移动物体，其包括用于每个DoF的单独的电机或致动器。更具体地，需要至少两个电机或致动器来实现2-DoF运动，需要至少三个电机或致动器来实现3-DoF运动，等等。因此，涉及多于一个DoF的机构往往一定程度地体积较大且笨重，因此效率低下。虽然近年来电子器件和传感器技术已显著缩小，但机械运动技术却没有跟上。这就是为什么平移/倾斜机构等运动系统通常不用于较小平台诸如迷你型或微型无人机(无人驾驶飞行器)和微型卫星上的原因所在。取决于多DoF运动控制的机器人系统只得忍受当前运动系统所固有的低效率。已进行各种尝试来开发可以多个自由度旋转的电磁机器(例如，电机)。迄今开发的电磁机器遭受某些缺点。例如，机器可以是相对大的并且制造相对昂贵的，可以是相对复杂的，并且是该机器可以一定数量的自由度旋转受到限制的许多倍。因此，需要与已知的设计相比相对小的和廉价的多自由度电磁机器，并且该多自由度电磁机器可独立地或同步地生成扭矩并且/或者沿着三个垂直轴旋转。本专利技术至少解决这个需要。
技术实现思路
提供本
技术实现思路
以便以简化形式描述所选概念，这些概念在具体实施方式中进一步描述。本
技术实现思路
不旨在识别要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不旨在用于帮助确定要求保护的主题的范围。在一个实施方案中，多自由度电磁机器包括球形电枢、第一线圈、第二线圈、第三线圈、结构、定子和支架。球形电枢具有第一对称轴、第二对称轴和第三对称轴，并且所述第一对称轴、所述第二对称轴和所述第三对称轴垂直于彼此设置。第一线圈围绕第一对称轴缠绕在球形电枢上，第二线圈围绕第二对称轴缠绕在球形电枢上，并且第三线圈围绕第三对称轴缠绕在球形电枢上。结构耦接到球形电枢并且沿着第一对称轴从该球形电枢延伸。定子与球形电枢间隔开并包围该球形电枢的至少一部分。定子被安装用于围绕第三对称轴旋转，并且包括外表面、内表面和多个间隔开的定子线圈。每个定子线圈被配置为在正在以电的方式被通电时生成磁场。支架旋转地耦接到定子的外表面并且旋转地耦接到结构。所述球形电枢和所述结构能够相对于所述支架和所述定子围绕所述第一对称轴一起旋转；所述球形电枢、所述结构和所述支架能够相对于所述定子围绕所述第二对称轴一起旋转；并且所述球形电枢、所述结构、所述支架和所述定子能够围绕所述第三对称轴一起旋转。在另一个实施方案中，多自由度电磁机器包括球形电枢、第一线圈、第二线圈、第三线圈、结构、定子、支架和控件。球形电枢具有内表面、外表面以及在内表面和外表面之间延伸的开口。内表面限定腔体，并且球形电枢还具有第一对称轴、第二对称轴和第三对称轴，并且第一对称轴、第二对称轴和第三对称轴垂直于彼此设置。第一线圈围绕第一对称轴缠绕在球形电枢上，第二线圈围绕第二对称轴缠绕在球形电枢上，并且第三线圈围绕第三对称轴缠绕在球形电枢上。结构被至少部分地设置在腔体内并且沿着第一对称轴延伸穿过开口。定子与球形电枢间隔开并包围该球形电枢的至少一部分。定子被安装用于围绕第三对称轴旋转，并且包括外表面、内表面和多个间隔开的定子线圈。每个定子线圈被配置为在正在以电的方式被通电时生成磁场。支架旋转地耦接到定子的外表面并且旋转地耦接到结构。控件耦接到多个定子绕组、第一线圈、第二线圈和第三线圈并被配置为选择性地控制到多个定子绕组、第一线圈、第二线圈和第三线圈的电流幅值和方向，从而生成洛伦兹力，该洛伦兹力引起球形电枢、结构、支架和定子中的一者或多者的旋转。所述球形电枢和所述结构能够相对于所述支架和所述定子围绕所述第一对称轴一起旋转；所述球形电枢、所述结构和所述支架能够相对于所述定子围绕所述第二对称轴一起旋转；并且所述球形电枢、所述结构、所述支架和所述定子能够围绕所述第三对称轴一起旋转。在又一个实施方案中，多自由度电磁机器包括球形电枢、第一线圈、第二线圈、第三线圈、结构、定子和支架。球形电枢具有内表面、外表面以及在内表面和外表面之间延伸的开口。内表面限定腔体，并且球形电枢还具有第一对称轴、第二对称轴和第三对称轴，并且第一对称轴、第二对称轴和第三对称轴垂直于彼此设置。第一线圈围绕第一对称轴缠绕在球形电枢上，第二线圈围绕第二对称轴缠绕在球形电枢上，并且第三线圈围绕第三对称轴缠绕在球形电枢上。结构被至少部分地设置在腔体内并且沿着第一对称轴延伸穿过开口。定子与球形电枢间隔开并包围该球形电枢的至少一部分。定子被安装用于围绕第三对称轴旋转，并且包括外表面、内表面、从内表面径向向内延伸的多个定子极以及围绕定子极缠绕的多个间隔开的定子线圈。每个定子线圈被配置为在正在以电的方式被通电时生成磁场。支架旋转地耦接到定子的外表面并且旋转地耦接到结构。支架包括主体节段、第一臂和第二臂。所述主体节段被设置在所述第一臂和所述第二臂中间并且具有形成在所述主体节段中的开口。第一臂和第二臂从主体节段垂直延伸，并且开口被居中地设置在第一臂和第二臂之间，结构延伸穿过该开口。所述球形电枢和所述结构能够相对于所述支架和所述定子围绕所述第一对称轴一起旋转；所述球形电枢、所述结构和所述支架能够相对于所述定子围绕所述第二对称轴一起旋转；并且所述球形电枢、所述结构、所述支架和所述定子能够围绕所述第三对称轴一起旋转。另外，结合附图和前述
技术介绍
，多自由度电磁机器的其他所需的特征和特性将根据后续具体实施方式和所附权利要求书变得明显。附图说明下面将结合以下附图来描述本专利技术，其中相似数字表示相似元件，并且其中：图1至图4分别示出了多自由度电磁机器的一个实施方案的侧视图、前视图、俯视图和分解视图；图5示出了球形电枢的一个实施方案的透视图，其上设置有正交布置的绕组；图6示出了定子的可用于实现图1的多自由度电磁机器的一个实施方案的前视图；图7和图8示出了如何控制到多自由度电磁机器的电流以引起其围绕第一对称轴的旋转；图9和图10示出了如何控制到多自由度电磁机器的电流以引起其围绕第二对称轴的旋转；图11示出了如何控制到多自由度电磁机器的电流以引起其围绕第三对称轴的旋转；并且图12示出了多自由度控制系统的功能框图。具体实施方式以下具体实施方式本质上仅是示例性的，并且不旨在限制本专利技术或本专利技术的应用和使用。如本文所用，词语“示例性”是指“用作示例、实例或例证”。因此，本文中描述为“示例性”的任何实施方案不一定被理解为比其他实施方案优选或有利。本文描述的所有实施方案是为使得本领域的技术人员能够制作或使用本专利技术而提供的示例性实施方案，而不限制由权利要求书限定的本专利技术的范围。此外，不旨在受前述
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技术介绍
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技术实现思路
或以下具体实施方式中呈现的任何明示或暗示的理论的约束。首先参见图1至图4，分别示出了多自由度电磁机器100的一个实施方案的侧视图、前视图、俯视图和分解视图。电磁机器100包括至少一个球形电枢102、多个线圈104、结构106、定子108和支架112本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多自由度电磁机器，包括：/n球形电枢，所述球形电枢具有第一对称轴、第二对称轴和第三对称轴，所述第一对称轴、所述第二对称轴和所述第三对称轴垂直于彼此设置；/n第一线圈，所述第一线圈围绕所述第一对称轴缠绕在所述球形电枢上；/n第二线圈，所述第二线圈围绕所述第二对称轴缠绕在所述球形电枢上；/n第三线圈，所述第三线圈围绕所述第三对称轴缠绕在所述球形电枢上；/n结构，所述结构耦接到所述球形电枢并且沿着所述第一对称轴从所述球形电枢延伸；/n定子，所述定子与所述球形电枢间隔开并包围所述球形电枢的至少一部分，所述定子被安装用于围绕所述第三对称轴旋转，并且包括外表面、内表面和多个间隔开的定子线圈，每个定子线圈被配置为在正在以电的方式被通电时生成磁场；和/n支架，所述支架旋转地耦接到所述定子的所述外表面并且旋转地耦接到所述结构，/n其中：/n所述球形电枢和所述结构能够相对于所述支架和所述定子围绕所述第一对称轴一起旋转，/n所述球形电枢、所述结构和所述支架能够相对于所述定子围绕所述第二对称轴一起旋转，并且/n所述球形电枢、所述结构、所述支架和所述定子能够围绕所述第三对称轴一起旋转。/n

【技术特征摘要】
20190222 US 16/283,1491.一种多自由度电磁机器，包括：
球形电枢，所述球形电枢具有第一对称轴、第二对称轴和第三对称轴，所述第一对称轴、所述第二对称轴和所述第三对称轴垂直于彼此设置；
第一线圈，所述第一线圈围绕所述第一对称轴缠绕在所述球形电枢上；
第二线圈，所述第二线圈围绕所述第二对称轴缠绕在所述球形电枢上；
第三线圈，所述第三线圈围绕所述第三对称轴缠绕在所述球形电枢上；
结构，所述结构耦接到所述球形电枢并且沿着所述第一对称轴从所述球形电枢延伸；
定子，所述定子与所述球形电枢间隔开并包围所述球形电枢的至少一部分，所述定子被安装用于围绕所述第三对称轴旋转，并且包括外表面、内表面和多个间隔开的定子线圈，每个定子线圈被配置为在正在以电的方式被通电时生成磁场；和
支架，所述支架旋转地耦接到所述定子的所述外表面并且旋转地耦接到所述结构，
其中：
所述球形电枢和所述结构能够相对于所述支架和所述定子围绕所述第一对称轴一起旋转，
所述球形电枢、所述结构和所述支架能够相对于所述定子围绕所述第二对称轴一起旋转，并且
所述球形电枢、所述结构、所述支架和所述定子能够围绕所述第三对称轴一起旋转。


2.根据权利要求1所述的机器，其中：
所述球形电枢具有内表面和外表面，所述内表面限定腔体；
所述球形电枢具有在所述内表面和所述外表面之间延伸的开口；并且
所述结构被至少部分地设置在所述腔体内并延伸穿过所述开口。


3.根据权利要求1所述的机器，其中：
所述支架包括主体节段、第一臂和第二臂；
所述主体节段被设置在所述第一臂和所述第二臂中间并且具有形成在所...

【专利技术属性】
技术研发人员：代智军，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：美国;US