[发明专利]混合球形电动机、包括其的系统和飞行器

说明书

本发明提供了一种混合球形电动机，该混合球形电动机包括第一齿轮箱、第二齿轮箱、轭架臂、无刷直流(BLDC)电动机、球形定子和球形电枢。分体式电枢响应于球形定子通电而围绕第一旋转轴线旋转，从而导致第一齿轮箱输入连接部和第二齿轮箱输入连接部围绕第一旋转轴线旋转，并且轭架臂响应于第一齿轮箱输入连接部和第二齿轮箱输入连接部围绕第一旋转轴线旋转而围绕第一旋转轴线旋转，由此BLDC电动机围绕第一旋转轴线旋转。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年7月8日提交的先前提交的印度临时专利申请号202011029001的权益，该临时专利申请据此全文以引用方式并入本文。

技术领域

本公开整体涉及多自由度电动机，并且更具体地涉及包括齿轮箱以增强一个旋转轴线上的扭矩的混合球形电动机，并且涉及包括该混合球形电动机的系统和飞行器。

背景技术

随着UAV(无人驾驶飞行器)、空运用无人机、机器人技术、办公自动化、智能柔性制造装配系统等领域的发展，开发多自由度(DOF)精密致动系统成为一种必要。按照惯例，依赖于多自由度运动的应用通常是通过为各轴线而使用单独的电动机/致动器来完成，这导致复杂的传动系统和相对较重的结构。

随着球形电动机的问世，已有人多次尝试用单个球形电动机组件来替换复杂的多自由度组件。典型的球形电动机是由中心球体组成，将可彼此正交放置的线圈卷绕于该中心球体上。该球体被呈开口圆柱体形式的多极磁体包围。线圈组件被轴向保持并经由例如金属柱维持在竖直位置。外圆柱体经由轴承由轭架/框架保持，这允许圆柱体能够围绕其轴线旋转。轭架经由第二轴承进一步连接到线圈组件的金属柱，这允许轭架连同圆柱体能够围绕一条或两条附加轴线旋转。

遗憾的是，将球形电动机应用于诸如UAV和机器人技术之类的某些应用的当前尝试已产生了若干球形电动机设计概念。遗憾的是，这些设计概念中的许多设计概念都具有某些缺点。例如，许多概念表现出相对有限的扭矩和精确定位，在倾斜轴线上尤为如此。

因此，需要一种至少表现出改善的生成扭矩和位置精度(尤其是在倾斜轴线上)的多自由度电磁机器。本公开至少解决了这个需要。

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，混合球形电动机包括第一齿轮箱、第二齿轮箱、轭架臂、无刷直流(BLDC)电动机、球形定子和球形电枢。第一齿轮箱被安装成抵抗旋转并且包括第一齿轮箱输入连接部和第一齿轮箱输出连接部。第一齿轮箱输入连接部能够围绕第一旋转轴线旋转。第二齿轮箱耦接到第一齿轮箱并与第一齿轮箱间隔开。第二齿轮箱具有第二齿轮箱输入连接部和第二齿轮箱输出连接部。第二齿轮箱输入连接部能够围绕第一旋转轴线旋转。轭架臂具有第一端部和第二端部。第一端部耦接到第一齿轮箱输出连接部，并且第二端部耦接到第二齿轮箱输出连接部。BLDC电动机安装在轭架臂上并且包括BLDC定子和BLDC转子。BLDC定子固定地耦接到轭架臂。BLDC转子旋转地耦接到轭架臂，并且被构造成响应于BLDC定子通电而围绕垂直于第一旋转轴线的第二旋转轴线旋转。球形定子具有卷绕在其上的多个定子绕组，并且固定地耦接到轭架臂并包围BLDC电动机的至少一部分。分体式电枢与球形定子间隔开并包围球形定子的一部分，并且包括第一电枢臂和第二电枢臂。第一电枢臂耦接到第一齿轮箱输入连接部并且能够与其一起围绕第一旋转轴线旋转。第二电枢臂耦接到第二齿轮箱输入连接部并且能够与其一起围绕第一旋转轴线旋转。分体式电枢响应于多个定子绕组通电而围绕第一旋转轴线旋转，从而导致第一齿轮箱输入连接部和第二齿轮箱输入连接部围绕第一旋转轴线旋转，并且轭架臂响应于第一齿轮箱输入连接部和第二齿轮箱输入连接部围绕第一旋转轴线旋转而围绕第一旋转轴线旋转，由此BLDC电动机围绕第一旋转轴线旋转。