一种磁阻式球形步进电机制造技术

本发明专利技术涉及一种磁阻式球形步进电机，包括外定子、转子体、底座、万向滚珠、输出轴、法兰、连接架和螺栓；转子体包括转子、开设槽口嵌有转子的转子球壳，转子为小齿结构且没有绕组，输出轴与转子相连穿过转子外壳与顶部法兰连接，外定子包括绕组线圈、定子外壳和定子铁芯；定子球壳通过螺栓安装在底座上，万向滚珠通过螺栓固定在定子球壳上，与转子体接触，万向滚珠由柱体、尼龙滚珠和不锈钢珠共同构成。本发明专利技术可以实现三自由度运动，其电机结构简单，系统复杂度低，提高球形电机的控制精度，降低控制系统复杂程度。制系统复杂程度。制系统复杂程度。

【技术实现步骤摘要】
一种磁阻式球形步进电机


[0001]本专利技术属于球形电机设计
，具体涉及一种磁阻式球形步进电机。

技术介绍

[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。
[0003]目前成熟的机械臂均采用多个单自由度电机串并联组合，结合机械式运动转换机构组成，每台电机分别执行一个维度运动。目前串联式机械臂已经具有了成熟的理论体系，取得了显著的进步并得到广泛的应用。但多台单自由度电机组合带来的缺陷仍然严重限制了工业机械臂的使用前景：(1)多台电机加上复杂的传动机构，造成整套机械臂的运动复杂度越高则体积越大，与越是狭小的空间越要求机械臂运动复杂度要高相矛盾。(2)末端执行机构的位置误差来自各个关节部位误差的累积并放大，导致运动复杂度越高的机械臂误差也越大。(3)复杂的传动机构导致整套系统的可靠性下降。(4)多台单自由度电机分别控制，使得每一台电机的利用率低下，传动效率和动作执行速度不高。因此，能够以单台电机执行多自由度运动球形电机的开发一直以来受到各国学者的关注。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种磁阻式球形步进电机。该电机步进角很小，能够实现自转和倾斜三自由度运动，该电机整体结构非常简单，具有体积小、复杂度低、驱动控制和位置检测简单、控制精度高等优点。
[0005]本专利技术为达到上述目的，采用如下技术方案：
[0006]一种磁阻式球形步进电机，包括转子、转子球壳、外定子、底座、端盖、万向滚珠、螺栓和输出轴；所述转子采用球形结构，并且将转子的中心掏空；所述转子球壳内侧与转子小齿固连，组成一个中空球体；所述输出轴与转子球壳上部固定连接，输出轴末端穿过端盖装有法兰；所述外定子包括定子铁心、绕组线圈和定子外壳；所述定子绕组线圈为绕在定子铁心上的集中绕组线圈；所述定子外壳上部与端盖相连，下部通过螺栓安装在底座上，所述万向滚珠通过螺栓固定在定子球壳上；所述万向滚珠由托盘、尼龙滚珠和不锈钢珠共同构成。
[0007]进一步地，所述定子极靴采用球弧面且上开小齿，与所述转子小齿相互配合。
[0008]进一步地，所述球形电机为内转子外定子型电机，所述转子和所述外定子均为球形结构，所述转子上不设置绕组，也不设置换向器、滑环，所述外定子每一个定子铁心上都绕有集中的绕组线圈。
[0009]与已有技术相比，本专利技术有益效果体现在：
[0010]1、本专利技术多自由度球形电机大大地简化了机械系统的结构降低了生产成本，且体积小、重量轻，系统的动态、静态性能高。
[0011]2、本专利技术所提出的在定子球壳上安装万向滚珠的支撑方式，可以有效减少球形电机运动时的摩擦力，其摩擦力要远小于弧面接触结构。
[0012]3、本专利技术所提出的定子上安装有三组线圈单元，其中赤道上一组线圈共八个，满足球形电机的自旋运动，沿赤道上下偏转32.4
°
各分布两组，每组均匀分布四个磁极，满足球形电机的倾斜运动。其具有很强的机械强度，不易变形，简单的结构设计实现高精度的三维度有限转角运动。
附图说明
[0013]图1为本专利技术磁阻式球形步进电机示意图；
[0014]图2为本专利技术的输出轴与转子体结构图；
[0015]图3为本专利技术万向滚珠结构图；
[0016]图4为本专利技术电机自转运动示例图；
[0017]图5为本专利技术电机倾斜运动示例图；
[0018]图6为本专利技术电机坐标系示例图；
[0019]图中标号：1转子；2转子球壳；3外定子；4定子铁心；5绕组线圈；6定子外壳；7底座；8端盖；9万向滚珠；10螺栓；11输出轴；12法兰；13定子极靴；14托盘；15不锈钢珠；16尼龙滚珠。
具体实施方式
[0020]下面结合附图以及实施例进一步详述本专利技术。
[0021]如图1所示，本专利技术一种磁阻式球形步进电机包括转子1、转子球壳2、外定子3、底座7、端盖8、万向滚珠9、螺栓10、输出轴11和法兰12等构成，外定子3包括定子铁心4、绕组线圈5及定子外壳6，转子体包括转子1、转子球壳2，万向滚珠9包括托盘14、不锈钢珠15、尼龙滚珠16。所述转子1采用球形结构，并且将转子1的中心掏空；所述转子球壳2内侧与转子小齿固连，组成一个中空球体；所述输出轴11一端与转子球壳2上部固定连接，输出轴11末端穿过端盖8装有法兰12；所述绕组线圈5为绕在定子铁心4上的集中绕组线圈；所述定子外壳6上部与端盖8相连，下部通过螺栓10安装在底座7上，所述万向滚珠9通过螺栓固定在转子球壳2上。
[0022]如图1、图2所示，所述转子1为球形结构，转子小齿每隔7.2
°
在球体赤道上均匀分布，此后沿纬线每偏转7.2
°
为一层，共13层，每层50个。由于铁钴等导磁材料刚度大较脆，导致转子小齿在运行过程中容易崩坏，因此本专利技术采取对其进行镀镍处理以改善其机械特性。镍具有优良的机械特性，尤其是其具有良好的抗腐蚀特性，而且其硬度很高，耐磨性很好，并且，有很好的“仿型性”，镀后不需要磨削加工，镍很适合对机械零件进行表面强化。因此本专利技术采用对转子进行镀镍处理以增加转子的硬度、耐磨性等机械性能。转子1包裹于PC材料制成的轻质的转子球壳2中，转子1中心掏空，有利于减小电机的转动惯量。转子1上连接有输出轴11，穿过转子球壳2与法兰12连接，用于输出电磁转矩。
[0023]如图1、图2所示，电机的外定子3由两个半球壳拼接而成，采用电工纯铁材料，固定安装在底座7上，内部固定着三层采用同样材料制作的定子铁心4，其均匀分布在纬度角为
‑
32.4
°
、0
°
、32.4
°
位置处，沿外定子3的球体赤道上设有八个定子铁心4，45
°
经度角等间隔分
布，在纬度角
‑
32.4
°
、32.4
°
处的横切面上有4个定子铁心4，90
°
经度角等间隔分布，每个定子铁心4末端安装有外表面为球弧面的定子极靴，每个定子极靴上均匀分布5*5的定子小齿，相邻的定子小齿相隔6.9
°
。同样做镀镍处理增加机械特性。定子铁心4固定采用集中式结构的绕组线圈5，线圈以漆包线绕制。
[0024]如图1、图2、图3所示，托盘14、尼龙滚珠16和不锈钢珠15共同构成了万向滚珠9。在托盘14内设有不锈钢珠15，在不锈钢珠15上设有尼龙滚珠16，使用螺栓10将其固定在底座7上。采用万向滚珠与转子接触这是一种点接触方式，这一方式的优点就是可以显著减小球形电动机运行过程中的摩擦力。
[0025]本专利技术工作原理如下：
[0026]为了便于理解与分析，磁阻式球形步进电机的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁阻式球形步进电机，其特征在于：包括转子(1)、转子球壳(2)、外定子(3)、底座(7)、端盖(8)、万向滚珠(9)、螺栓(10)和输出轴(11)；所述转子(1)采用球形结构，并且将转子(1)的中心掏空；所述转子球壳(2)内侧与转子小齿固连，组成一个中空球体；所述输出轴(11)与转子球壳(2)上部固定连接，输出轴(11)末端穿过端盖(8)装有法兰(12)；所述外定子(3)包括定子铁心(4)、绕组线圈(5)和定子外壳(6)；所述定子铁心(4)上设置定子极靴(13)；所述绕组线圈(5)为绕在定子铁心(4)上的集中绕组线圈；所述定子外壳(6)上部与端盖(...

【专利技术属性】
技术研发人员：鞠鲁峰，董文波，周睿，李国丽，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：