[发明专利]多自由度电磁机器

说明书

本发明题为“多自由度电磁机器”。本发明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。

技术领域

本发明整体涉及电磁机器，并且更具体地讲，涉及多自由度电磁机器。

背景技术

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。本发明至少解决这个需要。

发明内容

提供本发明内容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。本发明内容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。