CN108768058B - 一种适用于球形电机的转子抱闸机构及球形电机 - Google Patents

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Abstract

本发明属于制动机构相关技术领域，其公开了一种适用于球形电机的转子抱闸机构及球形电机，所述转子抱闸机构收容于所述球形电机的定子内，其包括支撑组件，所述支撑组件穿过所述定子而凸出于所述定子，且其凸出于所述定子的一端朝向所述球形电机的转子；所述转子抱闸机构通过转动来驱动所述支撑组件朝向所述转子移动或者朝向所述定子移动，以使所述支撑组件与所述转子相抵靠或者相脱离，由此使得所述球形电机处于锁定状态或者可转动状态。本发明能够使得转子停止在任意姿态保持静止，结构简单，降低了能源消耗，成本较低。

Description

一种适用于球形电机的转子抱闸机构及球形电机
技术领域
本发明属于制动机构相关技术领域，更具体地，涉及一种适用于球形电机的转子抱闸机构及球形电机。
背景技术
传统的多自由度驱动通常采用多台电机共同作用，因而传动系统结构复杂，体积庞大。新型的电磁式球形电机可以提供三个自由度的运动，并且能够简化机械系统的结构，缩小体积，提高了系统的运动性能和定位精度。
实际应用中，球形电机可能需要长时间保持在某一姿态，如工作结束后或者工作中避免长时间通电发热等等，而这一姿态往往是任意的。此时，需要一直通电来给所述球形电机提供电磁力以使所述球形电机保持姿态，能源消耗大，成本较高。相应地，本领域存在着发展一种成本较低的适用于球形电机的转子抱闸机构的技术需求。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种适用于球形电机的转子抱闸机构及球形电机，其基于现有球形电机保持某一姿态的方式，研究及设计了一种成本较低的适用于球形电机的转子抱闸机构及球形电机。所述转子抱闸机构通过转动来驱动所述支撑组件朝向所述转子移动或者朝向所述定子移动，以使所述支撑组件与所述转子相抵靠或者相脱离，由此使得所述球形电机处于锁定状态或者可转动状态，所述球形电机能够停止在任意姿态保持静止，且无需一直消耗电能，降低了能源消耗，成本较低。此外，通过拉动所述钢丝绳来使所述凸轮沿第一方向转动；同时，所述扭簧的预紧力用于驱动所述凸轮沿与所述第一方向相反的方向转动，可见无需消耗能源或者消耗一小部分能源来拉动钢丝绳即可，降低了成本，绿色环保，且操作简单。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种适用于球形电机的转子抱闸机构，所述转子抱闸机构收容于所述球形电机的定子内，其包括支撑组件，所述支撑组件穿过所述定子而凸出于所述定子，且其凸出于所述定子的一端朝向所述球形电机的转子；
所述转子抱闸机构通过转动来驱动所述支撑组件朝向所述转子移动或者朝向所述定子移动，以使所述支撑组件与所述转子相抵靠或者相脱离，由此使得所述球形电机处于锁定状态或者可转动状态。
进一步地，所述转子抱闸机构还包括凸轮旋转组件，所述凸轮旋转组件与所述支撑组件之间形成滑动连接，所述凸轮旋转组件通过转动来驱动所述支撑组件朝向所述转子或者所述定子移动，进而使所述转子处于锁定状态或者可转动状态。
进一步地，所述凸轮旋转组件包括凸轮、凸轮底座及扭簧，所述扭簧的一端连接于所述凸轮，另一端连接于所述凸轮底座；所述凸轮活动的连接于所述凸轮底座；所述凸轮底座开设有凹形槽，所述凹形槽用于收容所述扭簧。
进一步地，所述凸轮为阶梯状的圆筒，其形成有环形台；所述凸轮还开设有圆形的收容槽，所述收容槽用于收容所述扭簧的一端；所述环形台的外周开设有多个间隔设置的弧形槽，所述弧形槽贯穿所述环形凸台，其用于为所述支撑组件的滑动提供导向。
进一步地，所述弧形槽的底面与垂直于所述收容槽的中心轴的平面之间的交线为曲线，所述曲线与所述收容槽的中心轴之间的距离自所述曲线的一端向所述曲线的另一端逐渐增大，由此使得所述支撑组件沿着所述弧形槽的底面滑动的同时朝向所述定子移动或者朝向所述转子移动。
进一步地，所述定子开设有贯穿孔；所述支撑组件包括摩擦片、压缩弹簧、支撑杆及阶梯状的套筒，所述套筒设置在所述贯穿孔内；所述支撑杆的一端穿过所述套筒后连接于所述摩擦片，另一端设置有半球体，所述半球体与所述弧形槽的底面相接触；所述压缩弹簧套设在所述支撑杆上，其两端分别抵靠在所述套筒及所述支撑杆的台阶上。
进一步地，所述支撑杆包括连接段及活动段，所述连接段穿过所述套筒后连接于所述摩擦片，所述半球体设置在所述活动段上；所述活动端垂直于自身长度方向的横截面的面积大于所述连接段垂直于自身长度方向的横截面的面积；所述压缩弹簧用于为所述支撑杆提供作用力，以使所述半球体与所述弧形槽的底面保持接触。
进一步地，所述转子抱闸机构还包括钢丝绳，所述钢丝绳一端固定连接于所述凸轮，另一端穿过所述定子；通过拉动所述钢丝绳来使所述凸轮沿第一方向转动；同时，所述扭簧的预紧力用于驱动所述凸轮沿与所述第一方向相反的方向转动。
进一步地，所述转子罩设在所述定子的外部，其形成有球形腔；所述定子包括有球形体，所述球形体收容于所述球形腔内，其开设有收容腔，所述收容腔用于收容所述转子抱闸机构。
按照本发明的另一个方面，提供了一种球形电机，所述球形电机包括定子，所述球形电机还包括如上所述的适用于球形电机的转子抱闸机构，所述转子抱闸机构连接于所述定子。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的适用于球形电机的转子抱闸机构及球形电机主要具有以下有益效果：
1.所述转子抱闸机构通过转动来驱动所述支撑组件朝向所述转子移动或者朝向所述定子移动，以使所述支撑组件与所述转子相抵靠或者相脱离，由此使得所述球形电机处于锁定状态或者可转动状态，所述球形电机能够停止在任意姿态保持静止，且无需一直消耗电能，降低了能源消耗，成本较低。
2.通过拉动所述钢丝绳来使所述凸轮沿第一方向转动；同时，所述扭簧的预紧力用于驱动所述凸轮沿与所述第一方向相反的方向转动，可见无需消耗能源或者消耗一小部分能源来拉动钢丝绳即可，降低了成本，绿色环保，且操作简单。
3.所述支撑杆的一端穿过所述套筒后连接于所述摩擦片，另一端设置有半球体，所述半球体与所述弧形槽的底面相接触；所述压缩弹簧套设在所述支撑杆上，其两端分别抵靠在所述套筒及所述支撑杆的台阶上，如此确保了了所述半球体与所述弧形槽的底面始终保持接触，提高了可靠性，且自锁特性良好。
4.所述转子抱闸机构的结构简单，易于使用，灵活性较高，使用性较强，有利于推广应用。
附图说明
图1是本发明提供的球形电机的结构示意图。
图2是图1中的球形电机的局部剖视图。
图3是图2中的球形电机的转子抱闸机构的局部示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-转子，2-转子抱闸机构，3-定子，4-钢丝绳，5-永磁体，6-线圈，7-摩擦片，8-压缩弹簧，9-凸轮，10-通孔，11-支撑杆，12-套筒，13-凸轮底座，14-扭簧，15-环形槽。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
请参阅图1、图2及图3，本发明提供的球形电机通过设置转子抱闸机构可以使得自身停止在任意姿态保持静止，同时所述转子抱闸机构也能松开转子，而所述球形电机由电磁力驱动，无需大的能源消耗，结构简单，成本较低。
所述球形电机包括转子1、定子3及转子抱闸机构2，所述转子1与所述定子3相对设置，且所述转子1罩设在所述定子3的外侧。所述转子抱闸机构2收容于所述定子3内，且其包括支撑组件，所述支撑组件穿过所述定子3而凸出于所述定子3。所述转子抱闸机构2通过转动以使所述支撑组件朝向所述转子1移动或者朝向所述定子3移动，进而使所述支撑组件与所述转子1相抵触或者相分离，由此使所述球形电机处于锁定状态或者可转动状态。
所述转子1的内部形成有球形腔，所述球形腔用于收容所述转子抱闸机构2及所述定子3。所述定子3包括有球形体及支撑座，所述球形体收容于所述球形腔内，且其连接于所述支撑座。所述球形体开设有收容腔，所述收容腔用于收容所述转子抱闸机构2。所述定子还开设有通孔10，所述通孔10与所述收容腔相连通。所述定子3还开设有与所述收容腔相连通的贯穿孔，所述贯穿孔贯穿所述定子3。
所述球形电机还包括多个永磁体5及多个线圈6，多个所述永磁体5均匀设置在所述转子1的外表面上。多个所述线圈6均匀设置在所述定子3的外表面上，且多个所述线圈6的位置与多个所述永磁体5的位置相对应。
所述转子抱闸机构2包括所述支撑组件及凸轮旋转组件，所述支撑组件滑动的连接于所述凸轮旋转组件，所述凸轮旋转组件通过转动来驱动所述支撑组件朝向所述转子1或者所述定子3移动，进而使所述转子1处于锁定状态或者可转动状态。
所述凸轮旋转组件包括凸轮9、凸轮底座13及扭簧14，所述扭簧14的一端连接于所述凸轮9，另一端连接于所述凸轮底座13。
所述凸轮底座13呈圆筒状，其开设有凹形槽，所述凹形槽用于收容所述扭簧14的一端及所述凸轮9。本实施方式中，所述凹形槽为方形。所述凸轮9为阶梯状的圆筒，其形成有环形台，所述环形台的外径大于所述凸轮底座13的直径，其覆盖所述凸轮底座13。所述凸轮9还开设有圆形的收容槽，即所述收容槽垂直于自身长度方向的横截面为圆形。所述收容槽用于收容所述扭簧14的一端。所述凸轮9靠近所述凸轮底座13的一端还开设有环形槽15，所述环形槽15与所述凹形槽相连通。
所述环形台的外周开设有多个间隔设置的弧形槽，相邻的弧形槽之间形成有凸起。所述弧形槽贯穿所述环形凸台，其用于为所述支撑组件的滑动提供导向。所述弧形槽的底面与垂直于所述收容槽的中心轴的平面的交线为曲线，所述曲线与所述收容槽的中心轴之间的距离自所述曲线的一端向所述曲线的另一端逐渐增大，由此随着所述凸轮9的转动，使得所述支撑组件沿着所述弧形槽的底面滑动的同时朝向所述定子3移动或者朝向所述转子1移动。
所述支撑组件包括摩擦片7、压缩弹簧8、支撑杆11及阶梯状的套筒12，所述套筒12设置在所述贯穿孔内。所述支撑杆11活动的设置在所述套筒12内，其包括连接段及活动段，所述连接段穿过所述套筒12后连接于所述摩擦片7，所述活动段朝向凸轮9的端面上形成有半球体，所述半球体与所述弧形槽的底面相接触，所述支撑组件通过所述半球体沿着所述弧形槽的底面滑动。本实施方式中，所述连接段垂直于自身长度方向的横截面的面积小于所述活动段垂直于自身长度方向的横截面的面积，所述压缩弹簧8套设在所述连接段上，其两端分别抵靠在所述套筒12及活动段上。所述压缩弹簧8用于为所述支撑杆11提供作用力，以使所述半球体始终抵靠在所述弧形凹槽的底面上。
本实施方式中，所述支撑组件的数量为8个，8个所述支撑组件绕所述收容槽的中心轴均匀排布；可以理解，在其他实施方式中，所述支撑组件的数量可以根据实际需要增加或者减少，如为7个、6个、9个、10个。
所述转子抱闸机构还包括钢丝绳4，所述钢丝绳4在所述环形槽15内绕设一圈，使得所述钢丝绳4的一端固定连接于所述凸轮9，所述钢丝绳4的另一端穿过所述通孔10，以使得外置驱动力能够拉动所述钢丝绳4。
所述球形电机工作时，所述凸轮9在所述扭簧14的预紧力的作用下沿第一方向转动，使得所述支撑杆11与所述凸轮9上的最大直径处的轮廓(即所述弧形槽底面位于所述曲线与所述收容槽的中心轴之间的间距最大处的区域)相接触，此时所述摩擦片7与所述转子1相抵靠以产生摩擦力而使所述转子停止转动，所述球形电机处于锁定状态。通电前一刻，由外置驱动力拉动所述钢丝绳4以使所述凸轮9沿与所述第一反向相反的第二方向转动，所述支撑杆11在所述压缩弹簧8的作用下与所述凸轮9的最小直径处的外轮廓(即所述弧形槽底面位于所述曲线与所述收容槽的中心轴之间的间距最小处的区域)相抵触，此时所述摩擦片7与所述转子1相脱离，所述转子1处于自由状态，所述球形电机处于可转动状态。
本发明提供的适用于球形电机的转子抱闸机构及球形电机，所述转子抱闸机构通过转动来驱动所述支撑组件朝向所述转子移动或者朝向所述定子移动，以使所述支撑组件与所述转子相抵靠或者相脱离，由此使得所述球形电机处于锁定状态或者可转动状态，所述球形电机能够停止在任意姿态保持静止，且无需一直消耗电能，降低了能源消耗，成本较低。此外，通过拉动所述钢丝绳来使所述凸轮沿第一方向转动；同时，所述扭簧的预紧力用于驱动所述凸轮沿与所述第一方向相反的方向转动，可见无需消耗能源或者消耗一小部分能源来拉动钢丝绳即可，降低了成本，绿色环保，且操作简单。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种适用于球形电机的转子抱闸机构，其特征在于：
所述转子抱闸机构(2)收容于所述球形电机的定子(3)内，其包括支撑组件，所述支撑组件穿过所述定子(3)而凸出于所述定子(3)，且其凸出于所述定子(3)的一端朝向所述球形电机的转子(1)；
所述转子抱闸机构(2)通过转动来驱动所述支撑组件朝向所述转子(1)移动或者朝向所述定子(3)移动，以使所述支撑组件与所述转子(1)相抵靠或者相脱离，由此使得所述球形电机处于锁定状态或者可转动状态；
所述转子抱闸机构(2)还包括凸轮旋转组件，所述凸轮旋转组件与所述支撑组件之间形成滑动连接，所述凸轮旋转组件通过转动来驱动所述支撑组件朝向所述转子(1)或者所述定子(3)移动，进而使所述转子(1)处于锁定状态或者可转动状态。
2.如权利要求1所述的适用于球形电机的转子抱闸机构，去特征在于：所述凸轮旋转组件包括凸轮(9)、凸轮底座(13)及扭簧(14)，所述扭簧(14)的一端连接于所述凸轮(9)，另一端连接于所述凸轮底座(13)；所述凸轮(9)活动的连接于所述凸轮底座(13)；所述凸轮底座(13)开设有凹形槽，所述凹形槽用于收容所述扭簧(14)及所述凸轮(9)。
3.如权利要求2所述的适用于球形电机的转子抱闸机构，其特征在于：所述凸轮(9)为阶梯状的圆筒，其形成有环形台；所述凸轮(9)还开设有圆形的收容槽，所述收容槽用于收容所述扭簧(14)的一端；所述环形台的外周开设有多个间隔设置的弧形槽，所述弧形槽贯穿所述环形凸台，其用于为所述支撑组件的滑动提供导向。
4.如权利要求3所述的适用于球形电机的转子抱闸机构，其特征在于：所述弧形槽的底面与垂直于所述收容槽的中心轴的平面之间的交线为曲线，所述曲线与所述收容槽的中心轴之间的距离自所述曲线的一端向所述曲线的另一端逐渐增大，由此使得所述支撑组件沿着所述弧形槽的底面滑动的同时朝向所述定子(3)移动或者朝向所述转子(1)移动。
5.如权利要求3所述的适用于球形电机的转子抱闸机构，其特征在于：所述定子(3)开设有贯穿孔；所述支撑组件包括摩擦片(7)、压缩弹簧(8)、支撑杆(11)及阶梯状的套筒(12)，所述套筒(12)设置在所述贯穿孔内；所述支撑杆(11)的一端穿过所述套筒(12)后连接于所述摩擦片(7)，另一端设置有半球体，所述半球体与所述弧形槽的底面相接触；所述压缩弹簧(8)套设在所述支撑杆(11)上，其两端分别抵靠在所述套筒(12)及所述支撑杆(11)的台阶上。
6.如权利要求5所述的适用于球形电机的转子抱闸机构，其特征在于：所述支撑杆(11)包括连接段及活动段，所述连接段穿过所述套筒(12)后连接于所述摩擦片(7)，所述半球体设置在所述活动段上；所述活动端垂直于自身长度方向的横截面的面积大于所述连接段垂直于自身长度方向的横截面的面积；所述压缩弹簧(8)用于为所述支撑杆(11)提供作用力，以使所述半球体与所述弧形槽的底面保持接触。
7.如权利要求2所述的适用于球形电机的转子抱闸机构，其特征在于：所述转子抱闸机构(2)还包括钢丝绳(4)，所述钢丝绳(4)一端固定连接于所述凸轮(9)，另一端穿过所述定子(3)；通过拉动所述钢丝绳(4)来使所述凸轮(9)沿第一方向转动；同时，所述扭簧(14)的预紧力用于驱动所述凸轮(9)沿与所述第一方向相反的方向转动。
8.如权利要求1-7任一项所述的适用于球形电机的转子抱闸机构，其特征在于：所述转子(1)罩设在所述定子(3)的外部，其形成有球形腔；所述定子(3)包括有球形体，所述球形体收容于所述球形腔内，其开设有收容腔，所述收容腔用于收容所述转子抱闸机构(2)。
9.一种球形电机，所述球形电机包括定子(3)，其特征在于：所述球形电机还包括如权利要求1-8任一项所述的适用于球形电机的转子抱闸机构，所述转子抱闸机构(2)连接于所述定子(3)。
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