CN104467351A - 一种电机 - Google Patents

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CN104467351A CN201410712428.9A CN201410712428A CN104467351A CN 104467351 A CN104467351 A CN 104467351A CN 201410712428 A CN201410712428 A CN 201410712428A CN 104467351 A CN104467351 A CN 104467351A
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马涛
杨学锋
王呈敏
李运玺
顾杰
闫昂昂
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University of Jinan
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Abstract

本发明采用一种新形式的球面驱动结构,取代瑞士联邦理工学院的学生设计出的球型电机的非金属圆环形轮,实现球体360度任意方向移动和转动。包括球体、下减磨球、下支撑臂、固定臂、驱动体、支撑平台、上支撑臂、上减磨球等部分。下支撑臂、固定臂、驱动体、上支撑臂和支撑平台连接在一起,组成一体,置于球形动子上方。减磨球分别置于上半球和下半球,起到减磨和防止球形动子从驱动体脱落的作用。

Description

一种电机
技术领域
本发明涉及一种万向前进的电动机,属于电机技术领域。
背景技术
有报道,瑞士联邦理工学院的学生设计出了球型机器人,能够实现机器人在平面上自由移动。机器人的驱动电机采用球形结构,在球的外表面有三个平均分布的非金属圆环形轮,通过其与球体摩擦,从而产生前进或者转动的力。非金属圆环形轮与球体之间必须预加一定的力才能产生摩擦力,否则无法前进或者转动,或者产生打滑现象。摩擦力的存在增加了电机的磨损,不适合高速的运动。
弧型定子电机是一种典型的圆盘型直线电机,它将初级做成弧形,并安放于次级圆柱面外侧,也称为弧型初级柱面次级直线电机。虽然圆盘型直线电机实际上是作圆周运动的,但由于其结构型式和运动原理与扁平型直线电机基本一致,故仍可归并于直线电机的范畴之中。 弧型定子电机同样遵循直线感应电动机的基本原理,与旋转式感应电动机相类似,也可以分为三相、两相或单相。弧型定子电机的次级为绕固定轴转动的圆筒,因其转轴固定,所以无法实现其他方向的转动。
发明内容
本发明运用弧型直线感应电动机的基本原理,通过采用一种新形式的球面驱动结构,取代瑞士联邦理工学院的学生设计出的球型电机的非金属圆环形轮,实现球体360度任意方向移动和转动。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案如下。
本发明所提出的万向前进的电动机包括球体、下减磨球、下支撑臂、固定臂、驱动体、支撑平台、上支撑臂、上减磨球等部分。下支撑臂、固定臂、驱动体、上支撑臂和支撑平台连接在一起,组成一体,置于球形动子上方。减磨球分别置于上半球和下半球,起到减磨和防止球形动子从驱动体脱落的作用。
本发明的特征在于:下减磨球2、下支撑臂3、固定臂4、驱动体5的个数都为3个。
本发明的特征在于:驱动体5为圆弧形,由带齿槽的铁芯9和嵌入齿槽的线圈10组成;其特征在于所述的驱动体5靠近球体1的表面加工成球面,与球体1同心。
本发明的特征在于:球体1由减磨涂层11、球形导体12、球形导磁材料13组成;其特征在于球形导体12为铜或铝;其特征在于球形导磁材料13为铁或钢。
本发明的特征在于:平面OBC与水平面的夹角αOBC为20~70度,平面OAB与水平面的夹角αOAB为20~70度,平面OAC与水平面的夹角αOAC为20~70度。
本发明的特征在于:平面OBC与水平面的夹角αOBC、平面OAB与水平面的夹角αOAB和平面OAC与水平面的夹角αOAC之间的关系为:αOBCOABOAC
本发明的特征在于:固定臂4在俯视方向上均匀分布,两两之间的夹角为120度。
 本发明有益效果是:本发明能够实现球体1向平面内的任意方向转动,结构简单,在多自由度设备中有很好的应用前景。当其安装在车上充当轮子时能够简化传动机构,实现电机的快速响应,方便车子的转向;当其当作关节使用时可以获得更加灵活的动作;驱动与球体之间无摩擦,适用于高速运动。
附图说明
图1为本发明专利具体实施方式的结构示意图。
图2为本发明专利具体实施方式的主俯视图。
图3为本发明专利具体实施方式的左视图。
图4为本发明专利具体实施方式的后视图。
图5为本发明专利具体实施方式的俯视图。
图6为本发明专利具体实施方式的球体结构图。
图7为本发明专利具体实施方式的单个驱动体方位原理图。
图8为本发明专利具体实施方式的驱动体平面位置原理图。
图9为本发明专利具体实施方式的驱动体所在平面角度图。
图10为本发明专利具体实施方式的驱动体俯视分布图。
图11为本发明专利具体实施方式的单个驱动体安装图。
图中:1球体;2下减磨球;3下支撑臂;4固定臂;5驱动体;6支撑平台;7上支撑臂;8上减磨球;9铁芯;10线圈;11减磨涂层;12球形导体;13球形导磁材料。
具体实施方式
 以下结合附图描述本发明的具体实施方式。
如图所示,本发明一种球形电机的主要实施方式主要由球体1、下减磨球2、下支撑臂3、固定臂4、驱动体5、支撑平台6、上支撑臂7、上减磨球8组成。下支撑臂3、固定臂4、驱动体5、上支撑臂6和支撑平台7连接在一起,组成定子体,置于球形动子上方。上减磨球8和下减磨球2分别置于上半球和下半球,起到减磨和防止球形动子从驱动体5脱落的作用。
结合图7、图8、图9,对驱动体5的安放位置作以下定义:
球体1的球心为O,过球心和球面做一个正三棱锥OABC,O为正三棱锥的顶点,点A、点B、点C分别在球面上,形成了3个平面:平面OAB、平面OAC、平面OBC。3个驱动体的中间平面分别与平面OAB、平面OAC和平面OBC重合。因为3个驱动体分布在正三棱锥的三个侧面上,所以3个驱动体的位置是相等的,现以驱动体所在平面OBC为例说明驱动体5的安放位置,其它两个驱动体的方位与此等效。在图8为驱动体平面位置原理图中,圆形为平面OBC与球体1的截交线,驱动体的平面图为部分圆环形,圆环与圆形截交线同心。同理,在平面OAB和平面OAC中,驱动体圆环与所在平面的圆形截交线同心。平面OAB、平面OAC和平面OBC与固定面——水平面之间的夹角分别为αOAB、αOAC、αOBC,αOABOACOBC=α,且α的值为20~70度,这样既能保证驱动体具有有效的面积,又能保证驱动体产生的力有效的用于运动。
 驱动体5为圆弧形,由带齿槽的铁芯9和嵌入齿槽的多相(两相、三相或更多相)线圈10组成,多相(两相、三相或更多相)线圈10绕组采用常规方式构成,如采用波绕组、叠绕组或混合绕组等,线圈10绕组的嵌放可按常规直线感应电机的嵌放方式及工艺进行。驱动体5靠近球体1的表面加工成球面,与球体1同心,之间由气隙隔开。
 球体1由减磨涂层11、球形导体12、球形导磁材料13组成,球形导体12为铜或铝,球形导磁材料13为铁或钢。、球形导体12、球形导磁材料13可以是几块圆面拼合而成的球面,也可以是独立的一个球面而没有拼接间隙。
 结合图10、图11分析,固定臂4在俯视方向上均匀分布,两两之间的夹角为120度。驱动体5固定在固定臂4上。下支撑臂3底部加工有球形槽,下减磨球2安放在之中,用来减少摩擦阻力。上支撑臂7底部加工有球形槽,上减磨球8安放在之中,用来减少摩擦阻力。

Claims (6)

1.一种电机,包括球体1、下减磨球2、下支撑臂3、固定臂4、驱动体5、支撑平台6、上支撑臂7、上减磨球8,所述下支撑臂3、固定臂4、驱动体5、上支撑臂6和支撑平台7连接在一起,组成一体,置于球形动子上方,其特征在于下减磨球2、下支撑臂3、固定臂4、驱动体5的个数都为3个。
2.根据权利要求1所述的一种电机,其特征在于驱动体5为圆弧形,由带齿槽的铁芯9和嵌入齿槽的线圈10组成;其特征在于所述的驱动体5靠近球体1的表面加工成球面,与球体1同心。
3.根据权利要求1所述的一种电机,其特征在于球体1由减磨涂层11、球形导体12、球形导磁材料13组成;其特征在于球形导体12为铜或铝;其特征在于球形导磁材料13为铁或钢。
4.根据权利要求1所述的一种电机,其特征在于平面OBC与水平面的夹角αOBC为20~70度,平面OAB与水平面的夹角αOAB为20~70度,平面OAC与水平面的夹角αOAC为20~70度。
5.根据权利要求4所述的一种电机,其特征在于平面OBC与水平面的夹角αOBC、平面OAB与水平面的夹角αOAB和平面OAC与水平面的夹角αOAC之间的关系为:αOBCOABOAC
6.根据权利要求1所述的一种电机,其特征在于固定臂4在俯视方向上均匀分布,两两之间的夹角为120度。
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