[发明专利]球铰万向回转电机及其制造方法、工作方法

说明书

本发明是基于2011年5月3日向台湾智慧财产局递交的申请号为100115399的发明专利申请第8页、第9页的内容以及图22至图27的共6张图的内容提出的申请，其中图22为9b-joints ball-motor有泵座结构，图23为9b-joints ball-motor无泵座结构，图24为joint ball转子体，图25为9b-joints ball-motor无泵座结构，图26为joint ball转子体，图27为永磁体立体图示。

技术领域

本发明涉及电机领域，尤其是涉及一种三维球铰万向回转电机以及这种电机的制造方法、这种电机的工作方法。

背景技术

现代人们生活使用的电器产品大多设有电机，电机也广泛应用在生产制造、军事设备上，现有的电机具有定子以及转子，转子轴安装在转子中并随转子的旋转而旋转，并由此输出动力。由于现有的电机的转子轴只能绕电机的轴线旋转，因此可以称为平面电机，即电机的转子轴的运动只有一个自由度。

参见图1，现有的一些电机具有壳体10以及位于壳体10两端的端盖11、12，壳体10以及端盖11、12围成一个腔体，腔体内安装有定子15以及转子18，定子15具有定子铁芯16以及绕制在定子铁芯16上的线圈17。转子18安装在定子15内，并可相对于定子15旋转。转子轴19安装在转子18内，且与转子18过盈配合，转子轴19在转子18的带动下旋转，从而向外输出动力。

定子铁芯16通常由多片形状相同的定子冲片叠压而成，参见图2，定子冲片20由硅钢板材冲压而成，其大致呈圆环状，并具有位于外周缘的轭部21，且轭部21呈圆环状。定子冲片20还设有自轭部21沿定子冲片20的径向向定子冲片20的中部延伸的多个齿22，相邻的两个齿22之间形成一个绕线槽23，线圈绕制在齿22上。

并且，定子冲片20的中部设置一个中空的内圆孔24，多片定子冲片20叠压形成定子铁芯16后，定子冲片20的内圆孔24形成转子孔，转子安装到转子孔内。

转子铁芯也由转子冲片叠压而成，转子铁芯上可以绕制转子线圈或者在转子铁芯上铸铝形成转子18。定子线圈17通电后，交流电在定子线圈17内形成交变的磁场，转子18在交变的磁场推动下旋转，从而带动转子轴19旋转。因此，定子15为电机的电枢，其接收电能并产生交变的磁场。

然而，现有的电器设备、工业装置等需要部件能够做多个自由度的运动，由于现有的电机只能做一个自由度的运动，不能满足现有电器设备等的应用需求。现在做多个自由度运动的设备通常由多个电机驱动，每一个电机驱动设备做一个自由度运动，这导致设备使用的电机数量较多、体积较大，也导致设备的生产成本较高。

另外，一旦多个电机中的一个运行出现问题，则影响设备的运行，设备的工作稳定性较差。并且，多个电机的相互配合工作，需要对多个电机进行精确的控制，对系统的控制要求很高，这对设备的控制提出了很高的要求。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种能够实现多个自由度运动的球铰万向回转电机。

本发明的另一目的是提供一种制造上述的球铰万向回转电机的方法。

本发明的再一目的是提供一种上述球铰万向回转电机的工作方法。

为实现本发明的主要目的，本发明提供的球铰万向回转电机具有球缺状的定子本体，定子本体由永磁体制成，永磁体被磁化形成多个磁极，还具有位于定子本体内的转子本体，转子本体具有多层电枢，每一层电枢具有由多层硅钢片叠压而成的转子铁芯，多层电枢在转子本体上沿轴向对称布置，相邻的两层电枢之间设有间隔层，多层电枢以及多层间隔层通过螺栓固定连接，螺栓与转子轴连接，且转子本体呈球状，每一层电枢的转子铁芯上绕制有第一层线圈，第一层线圈绕制在同一层电枢的转子铁芯上，每一层电枢的转子铁芯上绕制有第二层线圈，第二层线圈与所在电枢的对称的另一电枢的第二层线圈电连接。

由上述方案可见，球铰万向回转电机的定子本体为球缺状，且转子本体上设置多层电枢，每一层电枢的第一层线圈绕制在该电枢上，线圈通电后在同一层电枢上形成交变的磁场，从而推动转子本体绕螺栓旋转。由于每一层电枢上的第二次线圈均与对称的另一层电枢上的线圈电连接，因此第二层线圈通电后使转子本体相对于定子本体的轴线发生倾斜，从而实现转子本体在第二个自由度上的运动。随着流经第二层线圈的电流大小以及通电时间的改变，可以改变转子本体的倾斜角度，进而改变转子本体的倾斜角度，实现电机多个自由度的运动。

一个优选的方案是，螺栓的两端分别设有一个圆台状螺帽，螺帽靠近转子本体中心的一端横截面面积小于远离转子本体中心一端的横截面面积。