CN107612263B

CN107612263B - 多自由度电磁机器的旋转和倾斜控制

Info

Publication number: CN107612263B
Application number: CN201710560242.XA
Authority: CN
Inventors: P.班德拉
Original assignee: Honeywell International Inc
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 2016-07-12
Filing date: 2017-07-11
Publication date: 2021-04-27
Anticipated expiration: 2037-07-11
Also published as: EP3269650A1; EP3269650B1; US20180016035A1; JP2018009964A; JP6863809B2; US10118716B2; CN107612263A

Abstract

多自由度电磁机器的旋转和倾斜控制。多自由度电磁机器包括第一结构、第二结构和控制。第一结构被配置成围绕旋转轴和围绕垂直于旋转轴的倾斜轴转动，并且包括第一旋转导体、第二旋转导体和倾斜导体，其一起形成表面的一般形状。第二结构被设置成与第一结构相邻并且包括多个磁体。控制被配置成可控制地向第一和第二旋转导体供应交流（AC）并向倾斜导体供应直流（DC），其中第一结构响应于AC被供应到第一和第二旋转导体而围绕旋转轴连续转动，并且响应于DC被供应到倾斜导体而围绕倾斜轴转动至倾斜位置。

Description

多自由度电磁机器的旋转和倾斜控制

技术领域

本发明总体上涉及电磁机器，并且更具体地涉及用于多自由度电磁机器的旋转（spin）和倾斜（tilt）控制的系统和方法。

背景技术

如通常已知的，控制力矩陀螺（CMG）被用来控制诸如卫星之类的航天器的姿态。目前已知的CMG通常包括旋转发动机、力矩电动机和动量轮（或飞轮）。旋转发动机以某个速度使所述轮绕其中心线轴转动，并且力矩电动机使所述轮绕正交轴转动通过有限的角度。这两个运动生成绕第三正交轴的陀螺力矩，其与旋转速度和轮的倾斜角成比例。通常，旋转发动机是相对小的，因为仅要求小的力矩来保持旋转速度（一旦它已达到了此速度），并且因为力矩电动机必须连同轮来移动旋转发动机。

目前已知的CMG的基本限制是在CMG系统的动量包络内存在“奇点”。这些是由于动量矢量的对准而引起的CMG系统不能生成任何动量所处的特定位置。如可以认识到的，避免这些位置以防止卫星变得有效地卡在位置上。减轻此问题的一个方法是将CMG安装在两轴万向节（gimbal）中并添加第二力矩电动机。此第二电动机然后可以调整动量矢量的振幅以避免奇点。然而，这显然对系统增加了不希望的尺寸、重量和复杂性，特别是因为第二力矩电动机必须抵抗由第一力矩电动机生成的陀螺力矩而进行工作。另一个方法是在轮正在倾斜时改变轮的旋转速度，导致被称为“可变速度CMG”的事物。然而，实际上这很少实现，因为它在旋转轴上要求更高得多的力矩，这导致更大的旋转发动机、更大的力矩电动机、以及总体上更大的尺寸和重量。

因此，存在对一种多自由度机电机器的需要，其可以例如实现CMG的功能，而没有不适当的尺寸、重量和复杂性。本发明至少解决了这些需要。

发明内容

提供本发明内容以用简化的形式来描述在具体实施方式中进一步描述的选择概念。本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，其也不旨在被用作帮助确定所要求保护的主题的范围。

在一个实施例中，多自由度电磁机器包括第一结构、第二结构和控制。第一结构被配置成围绕旋转轴和围绕垂直于旋转轴的倾斜轴转动。第一结构包括第一旋转导体、第二旋转导体和倾斜导体。第一旋转导体遵循第一一般轨迹，第二旋转导体遵循与第一一般轨迹不同的第二一般轨迹，并且倾斜导体遵循与第一和第二一般轨迹不同的第三一般轨迹。第一旋转导体、第二旋转导体、和倾斜导体一起形成表面的一般形状。第二结构被设置成与第一结构相邻并且包括多个磁体。每个磁体具有面对表面的其磁极中的至少一个。控制被耦合到第一旋转导体、第二旋转导体和倾斜导体。该控制被配置成可控制地向第一和第二旋转导体供应交流（AC）并向倾斜导体供应直流（DC），其中第一结构响应于AC被供应到第一和第二旋转导体而围绕旋转轴连续转动，并且响应于DC被供应到倾斜导体而围绕倾斜轴转动至倾斜位置。

在另一实施例中，控制力矩陀螺系统包括球形结构、第一旋转导体、第二旋转导体、倾斜导体、第二结构和控制。球形结构被配置成围绕旋转轴和围绕垂直于旋转轴的倾斜轴转动。球形结构具有第一对称轴、第二对称轴和第三对称轴，其中第一、第二和第三对称轴被设置成彼此垂直。第一旋转导体围绕第一对称轴而被设置在球形结构上，第二旋转导体围绕第二对称轴而被设置在球形结构上，并且倾斜导体围绕第三对称轴而被设置在球形结构上。第二结构被设置成与球形结构相邻并且包括多个磁体。每个磁体具有面对球形结构的其磁极中的至少一个。控制被耦合到第一旋转导体、第二旋转导体和倾斜导体。该控制被配置成可控制地向第一和第二旋转导体供应交流（AC），并向倾斜导体供应直流（DC），其中球形结构响应于AC被供应到第一和第二旋转导体而围绕旋转轴连续地转动，并且响应于DC被供应到倾斜导体而围绕倾斜轴转动至倾斜位置。

在又一实施例中，一种控制包括第一结构和第二结构的多自由度电磁机器的方法，其中所述第一结构被配置成围绕旋转轴和围绕垂直于旋转轴的倾斜轴转动，并且包括第一旋转导体、第二旋转导体和倾斜导体，其中第一旋转导体遵循第一一般轨迹，第二旋转导体遵循与第一一般轨迹不同的第二一般轨迹，倾斜导体遵循与第一和第二一般轨迹不同的第三一般轨迹，并且其中第一旋转导体、第二旋转导体和倾斜导体一起形成表面的一般形状；并且其中所述第二结构被设置成与所述第一结构相邻并且包括多个磁体，每个磁体具有面对表面的其磁极中的至少一个，所述方法包括以下步骤：可控制地向所述第一和第二旋转导体供应交流，以由此使第一结构围绕旋转轴连续转动；并且可控制地向倾斜导体供应直流（DC），以由此使第一结构围绕倾斜轴转动至倾斜位置。

此外，根据结合附图和前述背景技术进行的随后的详细描述和所附权利要求，多自由度机电机械的其它期望的特征和特性将变得显而易见。

附图说明

下文将结合下面的绘制图形来描述本发明，其中相似的数字表示相似的元件，并且其中：

图1描绘了多自由度电磁机器的一个示例实施例的简化截面图；

图2描绘了多自由度电磁机器的另一实施例的一部分的简化表示；

图3描绘了球形结构的实施例的透视图，所述球形结构具有其上设置的正交布置的导体组；

图4-6描绘了本文所描述的机器的各部分的替代布置和配置；

图7-9描绘了实现控制力矩陀螺的功能的多自由度电磁机器；和

图10描绘了可以用来控制本文所描述的电磁机器的多程度（a multi-degree）控制系统的功能框图。

具体实施方式

下面的详细描述本质上仅仅是示例性的，并且并不旨在限制本发明或本发明的应用和使用。如本文所使用的，词语“示例性”意指“充当示例、实例或例证”。因此，本文被描述为“示例性”的任何实施例不一定被解释为相比于其它实施例是优选或有利的。本文所描述的所有实施例是为了使得本领域技术人员能够制造或使用本发明而提供的示例性实施例，并且并不限制由权利要求来限定的本发明的范围。此外，不存在受到在前述技术领域、背景技术、发明内容或以下具体实施方式中所提出的任何明示或暗示的理论的约束的意图。

在这方面，要注意的是，为了便于解释和说明，本文所公开的多自由度机器通常被描述为操作为电动机。然而，本领域普通技术人员将认识到，还可以将所公开的机器操作为通过用外力移动第二结构并在导体中感应电流的发生器、或作为传感器（例如，来自生成的反EMF的速率传感器）、或许多其它设备。还应当注意的是，虽然导体中的一些可以被描绘为是弯曲的，但是这只是为了传达三维（3D）球形形状而完成的。

现在参考图1，描绘了多自由度电磁机器100的一个实施例的简化截面图，并且其包括第一结构102和第二结构104。第一结构102包括第一旋转导体106、第二旋转导体108和倾斜导体110。将认识到的是，导体106、108、110每个由许多类型和形状的导电材料中的任何一个形成，并且可以使用一个或多个这些导电材料来实现。另外将认识到的是，导体106、108、110可以每个使用单个的分立连续的（discrete contiguous）导体或使用多个导体来实现，并且可以例如使用添加（例如印刷导体）或消减（例如PWB蚀刻）技术来形成，并且可以是导电线、带或片，仅仅是举几个非限制性示例。

不管使用的材料的数目、配置、实现或类型如何，导体106、108、110被设置成使得每个都遵循不同的一般轨迹。具体而言，看到第一旋转导体106遵循第一一般轨迹，第二旋转导体108遵循不同于第一一般轨迹的第二一般轨迹，并且倾斜导体110遵循不同于第一和第二一般轨迹的第三一般轨迹。在图1中所描绘的实施例中，轨迹彼此正交。然而，将认识到的是，在一些实施例（诸如图2中所描绘的一个）中，轨迹中的两个或所有三个可以以相对于彼此角度的相等或不相等的任意和非正交角度进行设置。

在进一步继续进行之前，要注意的是，本文所使用的术语“（多个）轨迹”意指由导体在预定义长度上追踪的几何路径，其被设计成有助于生成洛伦兹力（在下面进一步描述）。例如，在一些实施例中，可能存在可以遵循到例如电源的轨迹的一些导电长度。然而，这些长度并不有助于洛伦兹力，并且可能并不有助于表面的一般形状。另外要注意的是，导体106、108、110可以用线来手动地缠绕，或者可以使用已知的印刷方法来印刷到柔性或球形表面上。此外，每个导体106、108、110可以具有不同的特性。例如仅举几个特性，导体106、108、110可以在尺寸、匝数和电阻上彼此不同，并且也可以被加工或形成为实心件（solid piece）。如果需要或期望，这样做允许人们相对容易地且独立地修整（tailor）每个轴以具有不同的性能特性。

返回到描述，第一、第二和第三轨迹是使得导体106、108、110一起形成表面的一般形状。可以通过简单地覆盖导体（并且例如经由粘合剂来固定它们）来形成表面，或者可以通过编织两个或更多导体来形成表面。在编织的情况下，可能需要考虑波状（waviness）对整体效率的影响的注意，因为在导体上产生的洛伦兹力是磁场和电流路径之间的角度的函数。因此，如果场和电流彼此不正交，则力被减小。

表面的类型和形状可以变化，并且可以是封闭表面、开放表面、封闭和开放表面的组合、平面表面、非平面表面、或者平面和非平面表面的组合。例如，仅举几个示例，表面可以是球形、半球形、环形、圆柱形、立方体、平坦、半管或其各种组合。在图1中所描绘的实施例中，并且如图3中更清楚地描绘的那样，表面是球形的，并且因此具有三个垂直设置的对称轴——第一对称轴302-1、第二对称轴302-2和第三对称轴302-3。在此实施例中，围绕第一对称轴302-1设置第一旋转导体106，围绕第二对称轴302-2设置第二旋转导体108，并且围绕第三对称轴302-3设置倾斜导体110。应当注意，球形具有无限数目的对称轴。因此，只要所有三个对称轴彼此垂直，则第一、第二和第三对称轴302-1、302-2、302-3可以是这些对称轴中的任何一个。

再次返回到图1，应当注意，在一些实施例中，第一结构102仅包括导体106、108、110。然而，在其它实施例中，第一结构102还包括第一主体112。当被包括时，第一主体112优选地由磁可渗透材料形成并且具有外表面114。如公知的，此类材料用来通过磁路来高效地传导磁通量，并将通量引导到所期望的点/位置。许多合适的材料是已知的，并且包括例如磁钢、铁和铁合金（例如硅铁、铁-钴、钒）。第一主体112的外表面114的至少一部分优选地具有表面的一般形状，并且导体106、108、110至少与第一主体112的外表面114的至少该部分相邻地被设置。

无论第一结构102是否仅包括导体106、108、110，或者第一主体112及导体106、108、110，如图1进一步描绘的，第一结构102都被配置成围绕旋转轴116转动，并且围绕垂直于旋转轴116的倾斜轴118转动。将认识到的是，只要旋转和倾斜轴116、118彼此垂直，旋转轴116就可以对应于第一、第二或第三对称轴302-1、302-2、302-3中的任何一个，如倾斜轴118可以的那样。将在下面进一步描述其中完成围绕这些垂直轴116、118的转动的方式。然而，首先，将描述第二结构。

第二结构104被设置成与第一结构102相邻并且至少包括多个磁体（例如，第一磁体122-1和第二磁体122-2）。第二结构104被安装成抵抗转动，并且至少在所描绘的实施例中另外包括一个或多个安装结构124（描绘了两个）。当被包括时，安装结构124优选地包括磁可渗透材料，诸如例如铁或铁合金。在所描绘的实施例中，每个磁体从安装结构124的内表面向内延伸，并且被设置成使得其磁极中的至少一个面对第一结构102。

将认识到的是，磁体可以被不同地成形和定尺度（dimension），并且可以被不同地设置。例如，在所描绘的实施例中，磁体通常为弧形，但是在其它实施例中，磁体可以是半球形成形的，或者如果需要或期望的话，可以是许多其它形状中的任何一个。另外将认识到的是，磁体122的弧长度可以变化。此外，虽然磁体面对第一结构102的该部分优选地为了效率而类似于第一结构102画轮廓（contour），但是这些部分不需要被如此画轮廓。在图4中所描绘的实施例中，例如，可以将磁体每个设置在或安装在磁可渗透安装结构124上，其优选地（但不一定）被至少部分地类似于第一结构102画轮廓，并且与第一结构102相邻设置。并且，如图5和图6所描绘的，磁体可以作为安装结构124的一部分而整体地形成（图5），或者可以分开形成，但是由安装结构的至少一部分所包围（图6）。注意，图6中所描绘的实施例可以可选地包括孔或槽（在剖视图（phantom）中描绘）以迫使通量在所描绘的路径中。这些孔或槽可以可选地被填充诸如环氧树脂之类的合适材料。

在一些实施例（诸如图1中所描绘的一个）中，将磁体设置成使得面对第一结构102的磁极从那里间隔开预定间隙。当被包括时，间隙优选地是足够小的以将损耗最小化，这通过减小磁阻来增加磁效率。相对更大的间隙可以通过放松机械容差而允许更加节省成本的设计。在其它实施例中，可以将磁体设置成使得磁极接触第一结构102。在此类实施例中，如本领域中已知的，考虑磨损和摩擦损耗来选择接触表面的材料选择。

另外将认识到的是，可以不同地实现磁体。例如，可以将磁体实现为永磁体或电磁体。如果实现为永磁体，则可以将每个磁体实现为Halbach阵列。合适的永磁体的来源的一些非限制性示例包括：电子能公司（Landisville，PA）、阿诺德磁技术（Rochester，NY）、德克斯特磁技术（Elk Grove Village，IL）和杜拉磁（Sylvania，OH）。

不管其形状、尺度、配置和实施方式如何，每个磁体发出磁场，并且每个优选地被布置成使得相对于第一结构102的第一磁体122-1的极性与第二磁体122-2的极性相反。例如，在图1中所描绘的实施例中，第一磁体122-1的北极（N）被设置成更靠近第一结构102，而第二磁体122-2的南极（S）被设置成更靠近第一结构102。

导体106、108、110和磁体的配置使得磁通量在一侧上从一个磁体（例如，第一磁体122-1）行进到第一结构102中并在其它侧上退出（back out）到其它磁体（例如，第二磁体122-2）。磁通量行进通过导体106、108、110，并且磁可渗透安装结构124提供用于磁通量的返回路径。如可以认识到的，当向导体106、108、110中的一个或多个供应电流时，在（多个）通电导体106、108、110和磁体之间生成上述洛伦兹力，其继而在围绕一个或多个对称轴的力矩中生成。如还可以认识到的，所生成的力矩的方向是基于（多个）导体106、108、110中的电流的方向。

因为如先前所提及的，第二结构104被固定地安装，所生成的力矩将使第一结构102相对于第二结构104移动。可以通过控制导体106、108、110中的电流的幅度和方向来控制第一结构102的移动。例如，可以使第一结构102围绕旋转轴116连续转动，并且同时倾斜到围绕倾斜轴118的位置。在图7-9中描绘了此能力。具体而言，在图7-9中的每个中，第一和第二旋转导体106，108被通电以使第一结构102围绕旋转轴116连续转动。为了这样做，用第一交变电流使第一旋转导体106通电，并且用第二交变电流使第二旋转导体108通电，其中第一和第二交流在振幅上相等并且异相90度。将认识到的是，可以通过控制第一和第二交变电流的频率来控制围绕旋转轴116的转动的速率和方向。

现在，在图7中，倾斜导体110不通电或者用非常低幅度的直流来通电，使得不生成足以引起转动的力。因此，第一结构102不围绕倾斜轴118转动。然而，在图8中，用在第一方向上且具有足以生成转动力的幅度的直流使倾斜导体110通电。因此，当第一结构102围绕旋转轴116连续转动时，其还围绕倾斜轴118在第一方向上转动至倾斜位置。在图9中，用在第二方向上且具有足以生成转动力的幅度的直流使倾斜导体110通电。因此，当第一结构102围绕旋转轴116连续转动时，其还围绕倾斜轴118在第二方向上转动至另一倾斜位置。如可以认识到的，经由倾斜导体110中的直流的幅度和方向来控制第一结构102的倾斜角度。

现在参考图10，描绘了包括图1的多自由度机电机械100的多自由度致动控制系统1000的功能框图。如图10描绘的，系统1000包括耦合到导体106、108、110中的每个的控制1002。控制1002被配置成控制在导体108中的每个中的电流幅度和方向，以由此控制旋转速率和方向以及第一结构102的倾斜角度。控制1002可以被配置成使用开环控制或闭环控制来实现此功能性。开环控制提供了相对更低的成本、更少的复杂性、相对简单的DC操作、以及相对更小的尺寸和重量。闭环控制提供更高的准确度和精度、更高的带宽和自主控制。可以在控制1002中实现各种控制技术。合适控制技术中的一些非限制性示例包括PWM控制和反EMF控制。

如果控制1002实现闭环控制，则控制系统1000另外包括一个或多个位置传感器1004。位置传感器1004的数目和类型可以变化。例如，系统1000可以包括一个或多个传感器1004以独立地感测第一结构102的位置。此类传感器可以使用光学传感器、轨迹球、旋转传感器等来实现。在其它实施例中，可以使用施加到第一结构102的表面的光学掩模来实现传感器1004，所述光学掩模然后可以由安装在第二结构104的内表面上的光学传感器读取。

将认识到的是，可以使用许多技术中的任何一个来向和从导体106、108、110和（多个）位置传感器1004（如果被包括的话）传输数据和功率。例如，可以经由柔性导体或经由微型滑动环无线地传输数据，并且可以经由柔性导体、经由微型滑动环来传输功率或经由电池提供功率。在一个特定实施例中，经由滑动环机构将导体106、108、110连接到控制。

本文所公开的多自由度机器100比已知设备相对更小、更不繁琐、并且更加高效。它不包括难以缠绕的纵向线圈，并且它不依赖于单独的定心力矩来实现开环位置控制。它可以在各种设备和系统中使用，以实现多个致动器部件的功能。例如，如本文所述，当其用作用于卫星姿态控制的控制力矩陀螺（CMG）时，机器100可以实现两个旋转发动机和四个力矩电动机的功能。

本领域技术人员将认识到的是，结合本文所公开的实施例来描述的各种说明性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以被实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。上面就功能和/或逻辑块部件（或模块）和各种处理步骤而言描述了实施例和实施方式中的一些。然而，应当认识到的是，此类块部件（或模块）可以通过被配置成执行指定功能的任何数目的硬件、软件和/或固件部件来实现。为了清楚地说明硬件和软件的此可互换性，上文已经就其功能性而言一般性地描述了各种说明性部件、块、模块、电路和步骤。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于强加在整个系统上的设计约束和特定应用。技术人员可以针对每个特定应用以不同的方式实现所描述的功能性，但是此类实现决定不应被解释为引起从本发明的范围的偏离。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、查找表等，其可以在一个或多个微处理器或其它控制设备的控制下执行多种功能。此外，本领域技术人员将认识到的是，本文所描述的实施例仅仅是示例性实施方式。

结合本文所公开的实施例来描述的各种说明性逻辑块、模块和电路可以用被设计成执行本文所述功能的通用处理器、数字信号处理器（DSP）、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）或其它可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立硬件部件、或其任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但是作为替代，处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP和微处理器的组合、多个微处理器、结合DSP核的一个或多个微处理器、或者任何其它此类配置。

在本文献中，诸如第一和第二等的关系术语可以仅用来将一个实体或动作与另一实体或动作区分开，而不一定要求或暗示此类实体或动作之间的任何实际的此类关系或顺序。诸如“第一”、“第二”、“第三”等的数字序数仅表示多个中的不同单个，并且不暗示任何顺序或序列，除非由权利要求语言特别地限定。权利要求中的任何权利要求中的文本的序列并不意味着必须根据此类序列以时间或逻辑顺序来执行过程步骤，除非它是由权利要求语言特别地限定。过程步骤可以以任何顺序互换而不脱离本发明的范围——只要此类互换不与权利要求语言相矛盾并且不是在逻辑上无意义的即可。

此外，取决于上下文，在描述不同元件之间的关系中使用的诸如“连接”或“耦合到”之类的单词并不暗示在这些元件之间必须进行直接的物理连接。例如，两个元件可以通过一个或多个另外的元件以物理方式、以电子方式、以逻辑方式或以任何其它方式来彼此连接。

虽然已经在本发明的前述详细描述中呈现了至少一个示例性实施例，但是应当认识到的是，存在大量的变型。还应当认识到的是，一个或多个示例性实施例仅仅是示例，并且不旨在以任何方式限制本发明的范围、适用性或配置。更确切地说，前述详细描述将为本领域技术人员提供用于实现本发明的示例性实施例的方便的道路图。应当理解，在不脱离如所附权利要求中所阐述的本发明的范围的情况下，可以在示例性实施例中描述的元件的功能和布置方面进行各种改变。

Claims

1.一种多自由度电磁机器，包括：

第一结构，其被配置成围绕旋转轴和围绕垂直于所述旋转轴的倾斜轴转动，所述第一结构包括第一旋转导体、第二旋转导体和倾斜导体，所述第一旋转导体遵循第一一般轨迹，所述第二旋转导体遵循与所述第一一般轨迹不同的第二一般轨迹，所述倾斜导体遵循与所述第一和第二一般轨迹不同的第三一般轨迹，所述第一旋转导体、第二旋转导体和倾斜导体一起形成表面的一般形状；

第二结构，其被设置成与所述第一结构相邻并且包括多个磁体，每个磁体具有面对所述表面的磁极中的至少一个；和

耦合到所述第一旋转导体、所述第二旋转导体和所述倾斜导体的控制，所述控制被配置成可控制地向所述第一和第二旋转导体供应交流（AC）并向所述倾斜导体供应直流（DC），

其中所述第一结构响应于所述交流被供应到所述第一和第二旋转导体而围绕所述旋转轴连续转动，并且响应于所述直流被供应到所述倾斜导体而围绕所述倾斜轴转动至倾斜位置。

2.根据权利要求1所述的机器，其中：

所述第一旋转导体、所述第二旋转导体和所述倾斜导体中的一个或多个包括多个导电段；和

导电段中的每个包括预定长度的导体。

3.根据权利要求1所述的机器，其中所述第一旋转导体、所述第二旋转导体和所述倾斜导体中的一个或多个包括连续导体。

4.根据权利要求1所述的机器，其中：

所述第一结构还包括由磁可渗透材料形成并具有外表面的第一主体，所述外表面的至少一部分具有所述表面的一般形状；和

至少与所述第一结构的所述外表面的至少该部分相邻地设置所述第一旋转导体、所述第二旋转导体和所述倾斜导体。

5.根据权利要求1所述的机器，其中：

所述表面是球形；和

所述第一、第二和第三一般轨迹使得所述第一旋转导体、所述第二旋转导体和所述倾斜导体相对于彼此以预定角度被定向。

6.根据权利要求1所述的机器，其中面对所述表面的所述磁极与所述第一结构间隔开预定间隙。

7.根据权利要求1所述的机器，其中所述磁体为永磁体或电磁体。

8.一种控制多自由度电磁机器的方法，所述多自由度电磁机器包括第一结构和第二结构，其中所述第一结构被配置成围绕旋转轴和围绕垂直于所述旋转轴的倾斜轴转动，并且包括第一旋转导体、第二旋转导体和倾斜导体，其中所述第一旋转导体遵循第一一般轨迹，所述第二旋转导体遵循与所述第一一般轨迹不同的第二一般轨迹，所述倾斜导体遵循与所述第一和第二一般轨迹不同的第三一般轨迹，并且其中所述第一旋转导体、所述第二旋转导体和所述倾斜导体一起形成表面的一般形状；并且其中所述第二结构被设置成与所述第一结构相邻并且包括多个磁体，每个磁体具有面对所述表面的磁极中的至少一个，所述方法包括以下步骤：

可控制地向所述第一和第二旋转导体供应交流（AC），以由此使所述第一结构围绕所述旋转轴连续转动；和

可控制地向所述倾斜导体供应直流（DC），以由此使所述第一结构围绕所述倾斜轴转动至倾斜位置。