CN108039806A - 液控可变多自由度驱动球形感应电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液控可变多自由度驱动球形感应电机，其包括设置在球形转子上下两端的环形固定框架、设置在上下两个所述环形固定框架之间的定子固定支架以及固定在所述定子固定支架上的驱动单元；所述定子固定支架的两端分别与所述环形固定框架滑动连接，使定子固定支架的两端均可沿所述环形固定框架滑动以带动定子偏转。该电机可实现空间内多自由度旋转运动，可经球形转子上下表面直接输出转矩，同时可调控转矩大小；并且，其结构简单，输出性能良好、集肤效应小；此外，其应用广泛，可应用于球形摄像头、混合动力汽车复合驱动系统等。
Description
技术领域
本发明涉及一种液控可变多自由度驱动球形感应电机。
背景技术
随着机器人技术、传感器检测技术、自动控制技术等高新技术的飞速发展，电机也在不断的需求中获得了极大的进步和发展。比较成熟的电动机与执行装置相连接都采用机械连接，比如法兰连接、联轴器连接、键连接等，这种电动机只有单个自由度，只能对外输出转矩，在需要两自由度甚至多自由度的场合，往往需要多个电机提供动力支持，而这种方式会造成系统体积庞大、动作协调性低、制造安装困难、效率低、响应速度慢、动态性能差、检查维护不便等缺点。同时，传统旋转电机定子360°全覆盖于转子，转子无法进行直接输出，一般通过轴传输转矩，对转矩多自由度的输出起到了一定的限制，比如将其作为驱动部件(如车用轮毂电机)只能提供车轮单自由度的旋转，其转向还要由转向机构实现，增大了机构的复杂程度。
此外，在探测领域，摄像头是一个极为基础的探测元件，在深海探测中尤为突出，摄像头需要精准、及时的拍摄海洋中的生物，而现在最先进的3D摄像头技术往往需要不同视角的拍摄，单一平面的镜头不能满足其拍摄的要求，而需要集成多个摄像头进行追踪，结构复杂，控制困难。
发明内容
本发明的目的是提供一种液控可变多自由度驱动球形感应电机，以解决现有旋转电机转子无法进行直接输出，对转矩多自由度的输出起到了一定的限制的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种液控可变多自由度驱动球形感应电机，包括设置在球形转子上下两端的环形固定框架、设置在上下两个所述环形固定框架之间的定子固定支架以及固定在所述定子固定支架上的驱动单元；所述定子固定支架的两端分别与所述环形固定框架滑动连接，使定子固定支架的两端均可沿所述环形固定框架滑动以带动定子偏转。
进一步地，所述环形固定框架包括间隔相连的U形段和弧形段，且所述U形段和弧形段分别向两个相反的方向凹陷。
进一步地，所述弧形段为空心结构，其内部设有与其弧度相配合的弧形液压活塞缸杆，所述定子固定支架的两端分别通过一固定件固定在上下相对的两个所述弧形液压活塞缸杆上。
进一步地，所述U形段为空心结构，且所述U形段上分别设有第一液压油进出接口和第二液压油进出接口。
进一步地，所述环形固定框架与所述球形转子接触的一侧上设有若干万向牛眼球轴承，使球形转子与定子之间形成气隙。
进一步地，所述U形段的开口端之间设有加强筋。
进一步地，所述定子固定支架的数量为三个，且三个所述定子固定支架绕着所述球形转子呈圆周均匀分布。
进一步地，每个所述环形固定框架分别安装有六个万向牛眼球轴承，六个所述万向牛眼球轴承两两相隔60°呈圆周分布。
进一步地，所述驱动单元包括固定在所述定子固定支架上的定子以及设置在所述定子上的若干线圈。
进一步地，该电机还包括液控单元，所述液控单元包括分别与所述第一液压油进出接口和第二液压油进出接口连接三位四通电磁阀，所述三位四通电磁阀的T口与第一油箱连通，所述三位四通电磁阀的P口与第二油箱连通，且所述三位四通电磁阀的P口与所述第二油箱之间设有液压泵；所述液压泵与所述三位四通电磁阀之间设有溢流阀。
本发明的有益效果为：该电机可实现空间内多自由度旋转运动，可经球形转子上下表面直接输出转矩，同时可调控转矩大小；并且，其结构简单，输出性能良好、集肤效应小；其应用广泛，可应用于球形摄像头、混合动力汽车复合驱动系统等。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明一个实施例的定子处于子午线位置的整体结构示意图；
图2为本发明一个实施例的定子处于子午线位置时的局部剖视图；
图3为本发明一个实施例的定子偏转子午线15°时的整体结构示意图；
图4为本发明一个实施例的液控可变形定子固定机构结构示意图；
图5为本发明一个实施例的液控可变形定子固定机构的局部剖视图；
图6为本发明一个实施例的液控单元原理图。
其中：1、球形转子；11、铜层；12、铁层；2、环形固定框架；21、U形段；A、第一液压油进出接口；B、第二液压油进出接口；22、弧形段；3、定子固定支架；4、定子；5、线圈；6、弧形液压活塞缸杆；7、万向牛眼球轴承；8、螺栓；9、螺母。
具体实施方式
如图1-图3所示的液控可变多自由度驱动球形感应电机，包括设置在球形转子1上下两端的环形固定框架2、设置在上下两个所述环形固定框架2之间的定子固定支架3、固定在所述定子固定支架3上的驱动单元。所述定子固定支架3的两端分别与所述环形固定框架2滑动连接，使定子固定支架3的两端均可沿所述环形固定框架2滑动以带动定子4偏转。所述驱动单元包括固定在所述定子固定支架3上的定子4以及设置在所述定子4上的若干线圈5。如图2所示，所述转子为铜-铁双层转子，外层为铜层11(由两个铜半球壳焊接而成)，内层为铁层12(由两个铁半球壳焊接而成)，内外两层由粘合剂粘接。
所述环形固定框架2包括间隔相连的U形段21和弧形段22，且所述U形段21和弧形段22分别向两个相反的方向凹陷，可以增强稳定性，使转子稳定地设置在由两个环形固定框架2组成的框体中。并且，所述U形段21的开口端之间设有加强筋，可以增强环形固定框架2的稳固性。
所述弧形段22为空心结构，且其内部设有与其弧度相配合的弧形液压活塞缸杆6，所述定子固定支架3的两端分别通过一固定件固定在上下相对的两个所述弧形液压活塞缸杆6上。环形固定框架2、定子固定支架3与弧形液压活塞缸杆6构成了液控单元的执行元件，其作用为通过改变定子固定支架3的偏移角度，来改变定子4相对于球形转子1的位置，从而改变驱动的自由度数目，其偏转角为-15°～15°。
所述U形段21为空心结构，且所述U形段21上分别设有第一液压油进出接口A和第二液压油进出接口B。如图6所示，所述接口A、B分别表示第一液压油进出接口A和第二液压油进出接口B，其分别与一三位四通电磁阀连接，所述三位四通电磁阀的T口与第一油箱连通，所述电磁阀的P口与第二油箱连通d，所述电磁阀的P口与所述第二油箱d之间设有液压泵a,所述电磁阀的T口与另一油箱连通；所述液压泵a与所述定子固定支架c之间设有溢流阀b。
当三位四通电磁阀的左侧电磁铁通电时，阀芯向左侧运动到左端位置，使得第一液压油进出接口A和输入液压油，第二液压油进出接口B输出液压油，下端环形固定框架2弧形段22的弧形液压活塞缸杆6沿顺时针偏转，使定子4沿水平轴向顺时针偏转一定角度(小于15°)；当三位四通电磁阀的右侧电磁铁通电时，阀芯向右侧运动到右端位置，使得第二液压油进出接口B输入液压油，第一液压油进出接口A输出液压油，下端环形固定框架2弧形段22的弧形液压活塞缸杆6沿逆时针偏转，使定子4沿水平轴向逆时针偏转一定角度(小于15°)；当阀芯运动至中心位置，驱动元件停止，第一液压油进出接口A、第二液压油进出接口B均不进出液压油，定子4定位到相应的位置。
所述环形固定框架2与所述球形转子1接触的一侧上设有若干万向牛眼球轴承7，使球形转子1与定子4之间形成气隙。万向滚珠牛眼轴承用于支撑球形转子1铜层11以及球形转子1铁层12，以及在球形转子1铜层11与定子4之间设置气隙，以防止球形转子1因偏心产生的麦克斯韦力，起到支撑对心的作用。并且，每个所述环形固定框架2分别安装有六个万向牛眼球轴承7，六个所述万向牛眼球轴承7两两相隔60°呈圆周分布。万向牛眼轴承7的数量、排布方式以及气息大小均可由具体情况进行变化。
所述定子固定支架3的数量为三个，且三个所述定子固定支架3绕着所述球形转子1呈圆周均匀分布。所述的定子4，为相隔120°圆周分布于球形转子1的赤道位置，三个定子4单独供电。其结构为仿圆弧形直线电机结构，将其圆弧面变换为球面，使其由行波磁场转化为旋转的球形磁场。
本发明的液控可变多自由度驱动球形感应电机，当任一定子4中的线圈5通入三相电流工作时，定子4将产生一个旋转磁场，这个旋转磁场通过气隙作用于球形转子铜层11与球形转子铁层12上，与球形转子铁层12形成闭合磁场，同时在球形转子铜层112上产生感应电动势以及感应电流，导致在其表面形成相切的洛伦兹力，从而产生旋转的力矩。当转子因工作要求需要改变其旋转方向或增大转矩时，便可通过向另外两个定子4通入相应三相电流，产生上述的转矩，并通过转矩合成的原理改变其原旋转方向或提高某方向上的转矩，以达到工作要求。
本发明应用的范围广，其自动可变自由度驱动的结构，能够适应多种场合的应用，如：当其作为某物体平面运动的驱动部件(汽车轮毂电机)时，可调节其定子4至某一位置，实现二自由度的驱动(提供任意水平方向的转矩，垂直方向为自由转动，不提供驱动)；当其作为全方位驱动(机器人关节、球形摄像头)时，可调节其定子4至某一位置，实现三自由度驱动。并且其驱动自由度数的改变能够通过液控单元实现自动改变定子4偏转位置，定子4定位准确、过程简单，省去了人工定位的繁杂的步骤。
并且，本发明对于深海探测的摄像头技术提出了新的概念，对于3D摄像技术存在的拍摄器械多、无法实现全方位旋转、受到深海水压影响等问题，提供了一种球形摄像头，其可进行全方位拍摄，同时其结构能够均匀的分配水压，能够实现海平面以下更为深度的探测。
此外，对于混合动力汽车复合驱动系统有明显的改善，对传统汽车轮毂电机及其配套的转向机构存在的结构复杂、不易于集成化或集成化程度低、不能满足轻量化、高效、可靠、紧凑、适用多种车型以及批量生产等问题，提供一种有效解决上述问题的一种驱动用球形轮毂电机，大大简化了结构的复杂度，提高了集成化，同时有效的解决了传统汽车无法全方位转向的问题。其结构简单，一定程度上也优化了散热的问题。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种液控可变多自由度驱动球形感应电机，其特征在于，包括设置在球形转子上下两端的环形固定框架、设置在上下两个所述环形固定框架之间的定子固定支架以及固定在所述定子固定支架上的驱动单元；所述定子固定支架的两端分别与所述环形固定框架滑动连接，使定子固定支架的两端均可沿所述环形固定框架滑动以带动定子偏转。
2.根据权利要求1所述的液控可变多自由度驱动球形感应电机，其特征在于，所述环形固定框架包括间隔相连的U形段和弧形段，且所述U形段和弧形段分别向两个相反的方向凹陷。
3.根据权利要求2所述的液控可变多自由度驱动球形感应电机，其特征在于，所述弧形段为空心结构，其内部设有与其弧度相配合的弧形液压活塞缸杆，所述定子固定支架的两端分别通过一固定件固定在上下相对的两个所述弧形液压活塞缸杆上。
4.根据权利要求3所述的液控可变多自由度驱动球形感应电机，其特征在于，所述U形段为空心结构，且所述U形段上分别设有第一液压油进出接口和第二液压油进出接口。
5.根据权利要求1所述的液控可变多自由度驱动球形感应电机，其特征在于，所述环形固定框架与所述球形转子接触的一侧上设有若干万向牛眼球轴承，使球形转子与定子之间形成气隙。
6.根据权利要求2所述的液控可变多自由度驱动球形感应电机，其特征在于，所述U形段的开口端之间设有加强筋。
7.根据权利要求1所述的液控可变多自由度驱动球形感应电机，其特征在于，所述定子固定支架的数量为三个，且三个所述定子固定支架绕着所述球形转子呈圆周均匀分布。
8.根据权利要求5所述的液控可变多自由度驱动球形感应电机，其特征在于，每个所述环形固定框架分别安装有六个万向牛眼球轴承，六个所述万向牛眼球轴承两两相隔60°呈圆周分布。
9.根据权利要求1所述的液控可变多自由度驱动球形感应电机，其特征在于，所述驱动单元包括固定在所述定子固定支架上的定子以及设置在所述定子上的若干线圈。
10.根据权利要求4所述的液控可变多自由度驱动球形感应电机，其特征在于，该电机还包括液控单元，所述液控单元包括分别与所述第一液压油进出接口和第二液压油进出接口连接三位四通电磁阀，所述三位四通电磁阀的T口与第一油箱连通，所述三位四通电磁阀的P口与第二油箱连通，且所述三位四通电磁阀的P口与所述第二油箱之间设有液压泵；所述液压泵与所述三位四通电磁阀之间设有溢流阀。
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