CN104467351A

CN104467351A - 一种电机

Info

Publication number: CN104467351A
Application number: CN201410712428.9A
Authority: CN
Inventors: 马涛; 杨学锋; 王呈敏; 李运玺; 顾杰; 闫昂昂
Original assignee: University of Jinan
Current assignee: University of Jinan
Priority date: 2014-12-02
Filing date: 2014-12-02
Publication date: 2015-03-25

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α_OBC为20~70度，平面OAB与水平面的夹角α_OAB为20~70度，平面OAC与水平面的夹角α_OAC为20~70度。

本发明的特征在于：平面OBC与水平面的夹角α_OBC、平面OAB与水平面的夹角α_OAB和平面OAC与水平面的夹角α_OAC之间的关系为：α_OBC=α_OAB=α_OAC。

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α_OAB、α_OAC、α_OBC，α_OAB=α_OAC=α_OBC=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

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α_OBC为20~70度，平面OAB与水平面的夹角α_OAB为20~70度，平面OAC与水平面的夹角α_OAC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α_OBC、平面OAB与水平面的夹角α_OAB和平面OAC与水平面的夹角α_OAC之间的关系为：α_OBC=α_OAB=α_OAC。

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。