CN106341023B - 多自由度球形致动器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多自由度球形致动器。多自由度球形致动器包括球形定子、第一线圈、第二线圈、电枢以及多个磁体。球形定子具有第一对称轴线、第二对称轴线和第三对称轴线。第一、第二和第三对称轴线被设置成彼此垂直。第一线圈围绕第一对称轴线缠绕在球形定子上，并且第二线圈围绕第二对称轴线缠绕在该球形定子上。电枢与球形定子间隔分开并且环绕该球形定子的至少一部分。电枢具有内表面并且能相对于球形定子运动。磁体被联接至电枢的内表面，并且从该内表面延伸，并且磁体中的每一个均与球形定子间隔分开。

Description

多自由度球形致动器

技术领域

本发明总体上涉及电磁装置，并且更具体地涉及多自由度球形致动器。

背景技术

通常已知的是，被设计成在多于一个的自由度（DoF）上移动物体的目前可用的运动控制系统包括用于每一个自由度的单独的马达或致动器。更具体地，需要至少两个马达或致动器以实施2个自由度的运动，需要至少三个马达或致动器以实施3个自由度的运动，以及等等。因此，涉及不止一个自由度的机械装置趋于有些大且笨重，并且因此效率低。

尽管电子器件和传感器技术近年来已经显著地变得更小，但是机械运动技术还没有跟上。这就是为什么运动系统（诸如摇摄（pan）/倾斜机械装置）通常不会在较小的平台上使用，诸如迷你UAV或微型UAV（无人机）以及微型卫星。依赖于多自由度运动控制的机器人系统必须完全忍受当前运动叠加（motion-on-motion）系统的固有低效率。

对于上面所描述的问题的一种解决方案公开在名称为“球形指向致动器（GlobalPointing Actuator）”的美国专利号7,675,208中。在其中公开的致动器包括带有缠绕在其上的“纬度线圈”和“经度线圈”的球形定子。然而，该致动器也展现出某些缺点。例如，经度线圈在物理上难以缠绕。这是因为绕组不平行且在球形定子的两级处会聚，或者“聚成一团”。这增加总成本和大小，并且降低线圈效率。另一个缺点是要求单独的定心转矩（例如，弹簧或磁性掣子）以实施电枢的开环位置控制。

因此，存在对于多自由度球形致动器的需求，该多自由度球形致动器与已知的装置相比相对更小、没那么笨重且更有效和/或不包括难以缠绕的线圈和/或不依赖于单独的定心转矩以实施电枢的开环位置控制。本发明解决了至少这些需求。

发明内容

提供本发明内容来以简化的形式描述在具体实施方式中进一步被描述的选定理念。该发明内容不旨在确定所要求保护的主题的关键或必要特征，也不旨在用作确定所要求保护的主题的范围的辅助。

在一个实施例中，多自由度球形致动器包括球形定子、第一线圈、第二线圈、电枢以及多个磁体。球形定子具有第一对称轴线、第二对称轴线和第三对称轴线。第一、第二和第三对称轴线被设置成彼此垂直。第一线圈围绕第一对称轴线缠绕在球形定子上，并且第二线圈围绕第二对称轴线缠绕在球形定子上。电枢与球形定子间隔分开，并且环绕该球形定子的至少一部分。电枢具有内表面并且能相对于球形定子运动。磁体被联接至电枢的内表面并且从该内表面延伸，并且磁体中的每一个均与球形定子间隔分开。

在另一个实施例中，多自由度球形致动器包括球形定子、第一线圈、第二线圈、第三线圈、电枢以及多个磁体。球形定子具有第一对称轴线、第二对称轴线和第三对称轴线。第一、第二和第三对称轴线被设置成彼此垂直。第一线圈围绕第一对称轴线缠绕在球形定子上，第二线圈围绕第二对称轴线缠绕在球形定子上，并且第三线圈围绕第三对称轴线缠绕在球形定子上。电枢与球形定子间隔分开，并且环绕该球形定子的至少一部分。电枢具有内表面并且能相对于球形定子运动至电枢位置。磁体被联接至电枢的内表面并且从该内表面延伸，并且磁体中的每一个均与球形定子间隔分开。电枢位置响应于第一、第二和第三线圈中的一个或多个中的电流量值和方向被控制。

在又另一个实施例中，多自由度致动控制系统包括球形定子、第一线圈、第二线圈、第三线圈、电枢、多个磁体、以及控制器。球形定子具有第一对称轴线、第二对称轴线和第三对称轴线。第一、第二和第三对称轴线被设置成彼此垂直。第一线圈围绕第一对称轴线缠绕在球形定子上，第二线圈围绕第二对称轴线缠绕在球形定子上，并且第三线圈围绕第三对称轴线缠绕在球形定子上。电枢与球形定子间隔分开，并且环绕该球形定子的至少一部分。电枢具有内表面并且能相对于球形定子运动到电枢位置。磁体被联接至电枢的内表面并且从该内表面延伸，并且磁体中的每一个均与球形定子间隔分开。控制器被联接至第一、第二和第三线圈，并且被构造成控制在第一、第二和第三线圈中的每一个中的电流量值和方向以由此控制电枢位置。

另外，结合附图和前述背景技术，多自由度球形致动器的其他良好特征和特性将从随后的具体实施方式和所附权利要求中变得明显。

附图说明

此后将结合下述附图描述本发明，其中，相同的数字表示相同的元件，并且其中：

图1描绘多自由度球形致动器的一个示例实施例的平面视图；

图2描绘多自由度球形致动器的一部分的简化横截面视图；

图3描绘多自由度球形致动器的一部分的简化横截面视图，其说明转矩是如何产生的；

图4A-4C描绘带有处于不同的电枢位置的电枢的多自由度球形致动器；

图5描绘多自由度球形致动器可以作为马达被操作的方式；

图6-8描绘带有旋转的且置于各种电枢位置中的电枢的多自由度球形致动器；

图9描绘多自由度致动控制系统的功能框图；

图10描绘带有安装在球形定子内的电子器件的多自由度球形致动器的平面图；

图11和图12分别描绘以装有万向接头的方式或未装有万向接头的方式安装的多自由度球形致动器；以及

图13A和图13B描绘多自由度球形致动器的另一个实施例。

具体实施例

下述具体实施方式本质上仅是示例性的，并且不旨在限制本发明或本发明的应用和使用。当在本文中使用时，词语“示例性的”意味着“用作示例、实例或例证”。因此，本文中描述为“示例性的”任何实施例均不必然被解释为比其他实施例优选或有利。在本文中所描述的全部实施例都是示例性实施例，其被提供以使得本领域技术人员能够做出或使用本发明，并且不限制由权利要求所限定的本发明的范围。此外，不存在受前述技术领域、背景技术、发明内容或下述具体实施方式中所呈现的任何明示或暗示的理论约束的意图。

就这个方面，要指出的是在本文中公开的多自由度球形致动器，为了便于解释和说明，通常被描述为作为马达操作。然而，本领域的普通技术人员将理解的是，所公开的致动器还可以作为发动机或传感器（例如，来自所产生的反电动势的速率传感器）、或许多其他装置被操作。

首先参考图1，描绘了多自由度球形致动器100的一个实施例的平面视图，并且其包括球形定子102、电枢104以及多个磁体106。球形定子102，如该术语所暗示的，是球形形状的，并且因此具有三个垂直设置的对称轴线108：第一对称轴线108-1、第二对称轴线108-2和第三对称轴线108-3。球形定子102优选地包括导磁材料，诸如铁或铁合金，并且优选地被实施为中空球体。优选地，球形定子102经由，例如，安装结构112，固定安装至另一个未描绘的结构。该未描绘的结构可以是，例如，墙壁、天花板、船舶或飞行器舱壁、或者船舶或飞行器机身，仅举几个例子。

电枢104与球形定子102间隔分开，并且环绕该球形定子102的至少一部分。包括内表面114和外表面116的电枢104被安装成使得它能相对于球形定子102运动。优选地，电枢104被安装成使得它能相对于球形定子102围绕两个或三个对称轴线108运动。因此，可以安装在电枢104的外表面116上的装置115（诸如传感器、激光器、或其他适合的装置）可以运动至期望的位置。该运动如何实现将在下面进一步描述。类似于球形定子102，电枢104也优选地包括导磁材料，诸如例如，铁或铁合金。

磁体106（在图1中仅一个可见）被联接至电枢104的内表面116，并且从该内表面116向内延伸，并且磁体106与球形定子102间隔分开。在所描绘的实施例中，如在图2中更清楚地示出，球形致动器100包括多个磁体106。在所描绘的实施例中，球形致动器100包括一对磁体：第一磁体106-1和第二磁体106-2。然而，将理解的是，在其他实施例中可以使用多于两个的磁体106。此外将理解的是，磁体106可以具有各种形状和尺寸。例如，在所描绘的实施例中，磁体106通常是弧形形状的，但是在其他实施例中磁体106可以是半球形状的，或者如果需要或期望的话，可以是许多其他形状的任一种。此外将理解的是，可以改变磁体106的弧长，并且磁体106可以是永磁体，或者如果需要或期望的话，可以是电磁体。

然而，不论形状和尺寸，磁体106均优选地被布置成使得第一磁体106-1相对于球形定子102的极性与第二磁体106-2的极性相对。例如，在图2中描绘的实施例中，第一磁体106-1的北极（N）被设置成更靠近球形定子102，然而，第二磁体106-2的南极（S）被设置成更靠近球形定子102。

如图2中还描绘的，球形定子102具有缠绕在其上的多个线圈202。在所描绘的实施例中，这些包括第一线圈202-1、第二线圈202-2和第三线圈202-3。然而，将理解的是在一些实施例中球形致动器102可以被实施为仅带有两个线圈而不是三个线圈。第一线圈202-1围绕第一对称轴线108-1缠绕在球形定子102上，第二线圈202-2围绕第二对称轴线108-2缠绕在球形定子102上，并且第三线圈202-3（当被包括时）围绕第三对称轴线108-3缠绕在球形定子102上。应指出的是，球具有无限数量的对称轴线。因此，第一、第二和第三对称轴线108-1、108-2、108-3能够是这些对称轴线的任一个，只要全部三个对称轴线彼此垂直。

在进一步继续之前，要指出的是线圈202可以用电线手动地缠绕而成，或者可以使用已知的印刷方法印刷至柔性或球形的表面上。而且，每一个线圈202均可以具有不同的特性。例如，线圈202可以就大小、圈数和电阻方面彼此不同，仅列举几个特性。这样做允许技术人员相对容易且独立地调整每个轴线以具有不同的性能特性，如果需要或期望的话。

磁体106和线圈202的构造使得磁通量204在一侧从第一磁体106-1行进至球形定子102中，并且在另一侧退出至第二磁体106-2。磁通量204还行进通过在球形定子202的两侧上的线圈202，并且导磁电枢104提供用于磁通量204的返回路径。如可以理解的，当电流供应至线圈202中的一个或多个时，在通电线圈（一个或复数个）202和磁体106之间产生洛伦兹力，其进而产生围绕一个或多个对称轴线108的转矩。所产生的转矩的方向，如还可以理解的，基于在线圈（一个或复数个）202中的电流流动的方向。

现在参考图3，现在将描述当线圈202中的一个通电时产生的转矩的示例。为了清晰，且便于说明，仅描绘单个线圈（例如，第一线圈202-1）。如图3所描绘的，当第一线圈202-1被供应所描绘方向的电流时，产生沿顺时针方向（如从图3的视角观察）围绕第三对称轴线108-3的转矩。将理解的是，颠倒电流方向将产生在相对（即，逆时针）方向上的转矩。此外将理解的是，转矩的量值可以通过改变供应至线圈（一个或复数个）202的电流的量值被改变。

因为球形定子被固定地安装，所以所产生的转矩将引起电枢104相对于球形定子102运动至电枢位置。因此电枢位置可以通过控制线圈202中的电流的量值和方向被控制。电枢104，并且因此传感器装置115，能够相对于球形定子102运动至并且被保持在期望的电枢位置中。这个性能在图4A-4C中示出，在图4A中，所有的线圈202都用相同量值和方向的电流通电。在图4B中，第一线圈202-1和第三线圈202-3用相同量值和方向的电流通电，并且第二线圈202不通电。在图4C中，第一线圈202-1用第一量值和第一方向的电流通电，第二线圈202不通电，并且第三线圈202-3用第二量值和第二方向的电流通电，其中，第二量值是第一量值的二倍，并且第二方向与第一方向相对。

还能够（或代替地）使电枢104围绕对称轴线108中的一个连续地旋转。这个性能在图5中示出。在所描绘的示例中，通过用第一交变电流502使第一线圈202-1通电，并且用第二交变电流504使第二线圈使电枢104通电，电枢104围绕第三对称轴线108-3连续地旋转，其中，第一和第二交变电流502、504在幅值上相等并且相位相差90度。将理解的是，能够以类似的方式分别通过可控制地通电第二和第三线圈202-2、202-3，或第一和第三线圈202-1、202-3，使电枢104围绕第一或第二对称轴线108-1、108-2连续地旋转。而且，虽然在本文中描绘并描述了相对简单的正弦两相换向技术，但是还可以使用各种其他类型的两相换向技术，诸如块换向。

球形致动器100还被构造成以致能使电枢104围绕对称轴线108中的一个进行连续地旋转，并且同时围绕其他旋转轴线108中的一个或全部两个倾斜至电枢位置。这个性能在图6-8中示出。尤其，在图6-8中的每一个中，第一和第二线圈202-1、202-2被通电，如上面所描述的，以引起电枢104围绕第三对称轴线108-3连续地旋转。然而，在图6中，第三线圈202-3用与第二交变电流504同相位的第三交变电流602通电。因此，电枢104围绕第一对称轴线108-1旋转至电枢位置。在图7中，第三线圈202-3用与第一交变电流502同相位的第三交变电流702通电。因此，电枢104在第一方向上围绕第二对称轴线108-2旋转至电枢位置。并且在图8中，第三线圈202-3用与第二交变电流504异相的第三交变电流802通电。因此，电枢104在第二方向上围绕第二对称轴线108-2旋转至电枢位置。如可以理解的，电枢104的倾斜角度经由第三交变电流602、702、802的量值来控制，并且倾斜轴线经由第三交变电流602、702、802的相对相位来控制。

现在参考图9，描绘了包括图1的多自由度球形致动器100的多自由度致动控制系统900的功能框图。如图9所描绘的，系统900包括控制器902，其被联接至第一、第二和第三线圈108中的每一个。控制器902被构造成控制在线圈108中的每一个中的电流量值和方向，以由此控制电枢位置，并且因此控制传感器装置115（如果包括的话）的位置。控制器902可以被构造成使用开环控制或闭环控制来实施这个功能。开环控制提供相对较低的成本、较低的复杂性、相对简单的DC操作以及相对更低的大小和重量。闭环控制提供更高的准确度和精度，更高的带宽以及自主控制。在控制器902中能够实施各种控制技术。适合的控制技术中的一些非限制性示例包括PWM控制和反电动势控制。

如果控制器902实施闭环控制，那么控制系统900额外地包括一个或多个位置传感器904。位置传感器904的数量和类型可以改变。例如，系统900可以包括一个或多个传感器904以沿着每个对称轴线独立地感测电枢位置。这样的传感器可以使用光学传感器、追踪球、旋转传感器，或类似物来实施。在其他实施例中，传感器904可以使用光学掩模来实施，该光学掩模被施加至球形定子102的表面，然后其能够通过安装在电枢104的内表面114上的光学传感器读取。

将理解的是，使用许多技术的任一种，数据和功率可以被传输至线圈108和位置传感器（一个或复数个）904（如果包括的话）以及从线圈108和位置传感器（一个或复数个）904传输。例如，可以经由柔性导体，或经由微型滑环无线地传输数据；以及可以经由柔性导体、经由微型滑环传输功率，或经由电池提供功率。

因为，如上面所指出的，球形定子102优选地是中空球体，所以包括控制系统900的各种电子器件1002可以被安装在球形定子102内，如图10所描绘的。而且，多自由度球形致动器100可以以装有万向接头或未装有万向接头的构造实施，取决于电枢104的自由旋转轴线的期望数量。在装有万向接头的构造中，其实施例在图11中描绘，电枢104具有两个自由旋转轴线，因为第三个是固定的。在未装有万向接头的构造中，其实施例在图12中描绘，该电枢能围绕全部三个对称轴线的自由旋转。

多自由度球形致动器100还可以被构造成在不施加功率的情况下提供保持转矩，类似于步进马达。在图13A和图13B中描绘了被构造成实施该步进马达功能的多自由度球形致动器100的一个示例实施例的简化横截面视图。如在其中所描绘的，多自由度球形致动器100被构造成极其类似于先前所描述的实施例，并且因此包括球形定子102、电枢104、多个磁体106以及多个线圈202。然而，一个区别在于球形定子102包括多个间隔分开的突出部1302（例如，1302-1、1302-2、1302-3、……、1302-N）。该突出部的数量和间隔可以改变并且，如图13A所描绘的，可以至少部分地确定球形致动器100的分辨率。应该指出的是，在图13A中，球形定子102和电枢104是错位的。相对地，在图13B中球形定子102和电枢104是对准的，并且该位置可以在不施加功率的情况下被保持。

多自由度球形致动器100的热管理可以使用各种技术实施。一些非限制性技术包括按需要确定球形定子102的厚度的大小以将热量从线圈202传导至装置安装结构；在中空球形定子102的内侧放置风扇以从一极吸入空气并从另一极排出；提供有效的对流冷却，或将致动器100包围在填充有热传导流体的密封透明壳中。

本文中所公开的多自由度球形致动器100比已知的装置相对更小、不那么笨重并且更高效。其不包括难以缠绕的纵向线圈，并且其不依赖于单独的定心转矩以实施电枢104的开环位置控制。其能够用在各种装置和系统中以实施多个致动器部件的功能。例如，当在用于卫星姿态控制的控制力矩陀螺（CMG）中使用时，该球形致动器100能够实施两个旋转马达和四个转矩马达的功能。当在用于直升机的转子斜盘控制系统中使用时，该球形致动器100能够实施一个旋转马达和三个线性致动器的功能。

除上述以外，在本文中公开的多自由度球形致动器100可以用在各种技术装置和环境中。例如，其可以被联接至智能手机或其他图像捕获装置以捕获全景照片。其可以用在各种运载工具中（例如，汽车、船舶、航天器、导弹以及飞行器）以提供，例如，传感器定位、自适应头灯、卫星天线定位、声纳/激光雷达/雷达方向控制，仅举几例。其能够用于定位太阳能电池、望远镜以及家庭安全摄像机。其可以用在各种玩具和游戏平台中。其可以用在机器人、用在消费装置（例如，洗衣机、烘干机、洗碗机）中，以及用在车辆变速器系统（例如，无级变速器（CVT））中。

本领域技术人员将理解的是，结合本文中所公开的实施例所描述的各种说明性逻辑块、模块、电路以及算法步骤可以被实施为电子硬件、计算机软件或二者的组合。上面根据功能性和/或逻辑块部件（或模块）以及各种处理步骤描述了一些实施例和实施方式。然而，应该理解的是，这样的块部件（或模块）可以通过被构造成执行所指定功能的任何数量的硬件、软件和/或固件部件实现。为了清楚地说明硬件和软件的该可互换性，在上面已经大体上根据它们的功能描述了各种说明性部件、块、模块、电路和步骤。这样的功能是否被实施为硬件或软件取决于特定应用以及施加在整个系统上的设计约束。对于每一个特定应用，熟练的技术人员均可以以变化的方式实施所描述的功能，但是这样的实施决定不应该被解释为导致脱离本发明的范围。例如，系统或部件的实施例可以采用各种集成电路部件，例如，存储器元件、数字信号处理元件、逻辑元件、查找表，或类似物，其可以在一个或多个微处理器或其他控制装置的控制下执行各种功能。此外，本领域技术人员将理解的是，在本文中所描述的实施例仅是示例性实施方式。

结合本文中所公开的实施例描述的各种说明性逻辑块、模块和电路可以用下述实施或执行：通用处理器、数字信号处理器（DSP）、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）或其他可编程逻辑装置、分立门或晶体管逻辑、分立硬件部件、或被设计成执行本文中所描述的功能的其任何组合。通用处理器可以是微处理器，但是在替代方案中，处理器可以是任何常规处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实施为计算装置的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、与DSP芯结合的一个或多个微处理器、或任何其他这样的构造。

结合本文中所公开的实施例所描述的方法或算法的步骤可以直接地体现在硬件中，体现在由处理器执行的软件模块中，或在这两者的组合中。软件模块可以存在于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或本领域中已知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质被联接至处理器使得该处理器能够从该存储介质读取信息，并且将信息写入至该存储介质。在替代方案中，存储介质可以被集成至处理器。处理器和存储介质可以存在于ASIC中。ASIC可以存在于用户终端中。在替代方案中，处理器和存储介质可以作为分立部件存在于用户终端中。

在本文件中，可以单独地使用相关的术语，诸如第一和第二及类似，以将一个实体或动作与另一个实体或动作区分开来，而不必然要求或暗示在这样的实体或动作之间的任何实际的这样的关系或次序。诸如“第一”、“第二”、“第三”等的许多序数只是表示多个中不同的单个，并且不暗示任何的次序或顺序，除非由权利要求语言具体地限定。在任一权利要求中的文本的顺序不暗示过程步骤必须根据这样的顺序以时间或逻辑次序执行，除非其通过权利要求的语言具体地限定。过程步骤可以以任何次序互换而不脱离本发明的范围，只要这样的互换不与权利要求语言矛盾并且在逻辑上不是不合理的。

另外，取决于语境，在描述不同元件之间的关系时使用的诸如“连接”或“联接至”的词语不暗示在这些元件之间必须发生直接的物理连接。例如，两个元件可以通过一个或多个额外的元件物理地、电子地、逻辑地、或以任何其他方式连接至彼此。

尽管在本发明的上述具体实施方式中已经提出至少一个示例性实施例，但是应该理解的是还存在大量的变型。还应该理解的是，该示例性实施例或各示例性实施例仅是示例，并且不旨在以任何方式限制本发明的范围、适用性或构造。相反，上述具体实施方式将为本领域技术人员提供实施本发明的示例性实施例的方便指南。要理解的是在不离开如在所附权利要求中所阐述的本发明的范围的情况下，可以对示例性实施例中所描述的元件的功能和布置中做出各种改变。

Claims (13)

1.一种多自由度球形致动器，其包括：

球形定子，所述球形定子具有第一对称轴线、第二对称轴线和第三对称轴线，所述第一、第二和第三对称轴线被设置成彼此垂直；

第一线圈，所述第一线圈围绕所述第一对称轴线缠绕在所述球形定子上；

第二线圈，所述第二线圈围绕所述第二对称轴线缠绕在所述球形定子上；

电枢，所述电枢与所述球形定子间隔分开，并且环绕所述球形定子的至少一部分，所述电枢具有内表面并且能相对于所述球形定子运动；以及

多个磁体，所述多个磁体被联接至所述电枢的所述内表面并且从所述内表面延伸，所述磁体中的每一个均与所述球形定子间隔分开，

其中，当出现下述情况时，所述电枢将围绕所述第三对称轴线连续地旋转：

所述第一线圈用第一交变电流通电；

所述第二线圈用第二交变电流通电；并且

所述第一和第二交变电流在幅值上相等并且相位相差180度。

2.根据权利要求1所述的致动器，其中：

所述电枢能相对于所述球形定子运动至电枢位置；以及

所述电枢位置响应于在所述第一和第二线圈中的电流量值和方向被控制。

3.根据权利要求1所述的致动器，其进一步包括：

第三线圈，所述第三线圈围绕所述第三对称轴线缠绕在所述球形定子上，

其中，当所述第三线圈用第三交变电流通电时，所述电枢将围绕所述第一对称轴线或所述第二对称轴线之一旋转。

4.根据权利要求3所述的致动器，其中：

当所述第一和第三交变电流同相位时，所述电枢将围绕所述第一对称轴线旋转；以及

当所述第二和第三交变电流同相位时，所述电枢将围绕所述第二对称轴线旋转。

5.根据权利要求1所述的致动器，其进一步包括：

第三线圈，所述第三线圈围绕所述第三对称轴线缠绕在所述球形定子上。

6.根据权利要求5所述的致动器，其中：

所述电枢能相对于所述球形定子运动至电枢位置；以及

所述电枢位置响应于在所述第一、第二和第三线圈中的一个或多个中的电流量值和方向被控制。

7.根据权利要求1所述的致动器，其中，所述球形定子包括导磁材料。

8.根据权利要求1所述的致动器，其中，所述球形定子是中空的。

9.根据权利要求1所述的致动器，其中，所述电枢包括导磁材料。

10.一种多自由度球形致动器，其包括：

球形定子，所述球形定子具有第一对称轴线、第二对称轴线和第三对称轴线，所述第一、第二和第三对称轴线被设置成彼此垂直；

第一线圈，所述第一线圈围绕所述第一对称轴线缠绕在所述球形定子上；

第二线圈，所述第二线圈围绕所述第二对称轴线缠绕在所述球形定子上；

第三线圈，所述第三线圈围绕所述第三对称轴线缠绕在所述球形定子上；以及

电枢，所述电枢与所述球形定子间隔分开并且环绕所述球形定子的至少一部分，所述电枢具有内表面并且能相对于所述球形定子运动至电枢位置；

多个磁体，所述多个磁体被联接至所述电枢的所述内表面，并且从所述内表面延伸，所述磁体中的每一个均与所述球形定子间隔分开，

其中，所述电枢位置响应于所述第一、第二和第三线圈中的一个或多个中的电流量值和方向被控制，

其中：当出现下述情况时，所述电枢将围绕所述第三对称轴线连续地旋转：所述第一线圈用第一交变电流通电，所述第二线圈用第二交变电流通电，并且所述第一和第二交变电流在幅值上相等并且相位相差180度；以及

当所述第三线圈用第三交变电流通电时，所述电枢将围绕所述第一对称轴线或所述第二对称轴线之一旋转。

11.根据权利要求10所述的致动器，其中：

当所述第一和第三交变电流同相位时，所述电枢将围绕所述第一对称轴线旋转；以及

当所述第二和第三交变电流同相位时，所述电枢将围绕所述第二对称轴线旋转。

12.根据权利要求10所述的致动器，其中，所述球形定子和所述电枢各自均包括导磁材料。

13.根据权利要求10所述的致动器，其中，所述球形定子是中空的。

Images