CN111181336B - 三自由度永磁球面运动发生器 - Google Patents

三自由度永磁球面运动发生器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种三自由度永磁球面运动发生器，其包括有第一层转轴(5)、第二层转轴(6)、第三层转轴(7)、第一层驱动组件(1)、第二层驱动组件(2)、第三层驱动组件(3)、执行末端(4)；三层转轴为从外向内放置，三层驱动组件为从上至下重叠放置；第一层驱动组件(1)的上方是上端盖(11)，第三层驱动组件(3)的下方是下端盖(12)，三层驱动组件之间设有两个间隔件隔离。本发明球面运动发生器在三层驱动组件中给定相同电流或不同电流时，能够实现执行末端(4)的自旋运动或倾斜运动。本发明结合了球面并联机构和球电机的电磁驱动方式，能够适应于机器人、雷达驱动航空航天等多个领域。

Description

三自由度永磁球面运动发生器
技术领域
本发明涉及一种能够产生三自由度球面运动的机电一体化的机构，更特别地说，是指一种基于电磁驱动的三自由度永磁球面运动发生器。
背景技术
在现代化的工业生产中，为了最大限度地提高机器人的工作范围和工作效率，往往要求机构能在三维空间内实现多自由度的旋转运动，尤其是三自由度的球面运动。目前，三自由度球面运动发生器主要有两种形式：球面并联机构和球形电机。
球面并联机构的结构特点是由多个独立的支链连接着输出端，这样在输出端上的惯性力或者是受到的外力，都可以很好地由多个支链分担，增加了机构的承载能力、稳定性和刚度；在输入驱动确定的情况下，并联机构输出端的位置误差也将很大程度上缩小，在高精度机械加工有广阔的应用前景。但是，并联机构的驱动方式基本上是由电机通过齿轮传动完成。数量众多的电机以及连杆的自重给系统带来了额外的负担，使得总体尺寸庞大、运动笨拙，附加的齿轮等传动装置增加了回程误差的累计，并大大地增加了功率损耗。
球形电机是一种包含了欧几里得空间的三个全部旋转自由度的一体化电机，具有非常突出的优点：首先，由于无需各种复杂的连接机构和冗余部件，其结构十分紧凑，能获得优异的动态响应性能；其次，因为无需多层次的齿轮、齿条等传动机构，所以没有回程误差积累，能达到很高的运动精度。但由于其自身机械结构的限制，在很多情况下，球形电机的工作空间相对较小，无法满足应用的要求。
发明内容
本发明设计的三自由度永磁球面运动发生器，采用分层驱动、以及分层转轴的相对运动，并结合执行末端的球面并联机构，实现了高灵活性的工作空间，可以实现360度的自旋运动，以及倾斜角为1～60度的球面倾斜运动。本发明是基于电磁驱动的集成三自由度永磁球面运动发生器。
本发明的一种三自由度永磁球面运动发生器，其特征在于：三自由度永磁球面运动发生器包括有第一层转轴(5)、第二层转轴(6)、第三层转轴(7)、第一层驱动组件(1)、第二层驱动组件(2)、第三层驱动组件(3)、执行末端(4)、上端盖(11)、下端盖(12)、第一间隔件(13)和第二间隔件(14)；
第一层转轴(5)、第二层转轴(6)和第三层转轴(7)为从外向内放置；
第一层驱动组件(1)、第二层驱动组件(2)和第三层驱动组件(3)为从上至下重叠放置；
第一层驱动组件(1)的定子部分由第一层定子外壳(1A)和六个圆周布局的定子线圈构成；第一层定子外壳(1A)的中间是AA中心通孔(1A11)，第一层定子外壳(1A)上设有AA平台(1A7)、AB平台(1A8)、AC平台(1A9)、AG通孔(1A10)，以及用于安装AA定子线圈(101)的AA通孔(1A1)、AB定子线圈(102)的AB通孔(1A2)、AC定子线圈(103)的AC通孔(1A3)、AD定子线圈(104)的AD通孔(1A4)、AE定子线圈(105)的AE通孔(1A5)、AF定子线圈(106)的AF通孔(1A6)；AA平台(1A7)用于支撑上端盖(11)，且上端盖(11)通过螺钉固定在第一层定子外壳(1A)的上端；AB平台(1A8)用于支撑A编码器(1B)；AC平台(1A9)用于支撑第一间隔件(13)的上端；
第二层驱动组件(2)的定子部分由第二层定子外壳(2A)和六个圆周布局的定子线圈构成；第二层定子外壳(2A)的中间是BA中心通孔(2A11)，第二层定子外壳(2A)上设有BA平台(2A7)、BB平台(2A8)、BC平台(2A9)、BG通孔(2A10)，以及用于安装BA定子线圈(201)的BA通孔(2A1)、BB定子线圈(202)的BB通孔(2A2)、BC定子线圈(203)的BC通孔(2A3)、BD定子线圈(204)的BD通孔(2A4)、BE定子线圈(205)的BE通孔(2A5)、BF定子线圈(206)的BF通孔(2A6)；BA平台(2A7)用于支撑第一间隔件(13)的下端，且第一间隔件(13)通过螺钉固定在第一层定子外壳(1A)的下端与第二层定子外壳(2A)的上端；BB平台(2A8)用于支撑B编码器(2B)；BC平台(2A9)用于支撑第二间隔件(14)的上端；
第三层驱动组件(3)的定子部分由第三层定子外壳(3A)和六个圆周布局的定子线圈构成；第三层定子外壳(3A)的中间是CA中心通孔(3A11)，第三层定子外壳(3A)上设有CA平台(3A7)、CB平台(3A8)、CC平台(3A9)、CG通孔(3A10)，以及用于安装CA定子线圈(301)的CA通孔(3A1)、CB定子线圈(302)的CB通孔(3A2)、CC定子线圈(303)的CC通孔(3A3)、CD定子线圈(304)的CD通孔(3A4)、CE定子线圈(305)的CE通孔(3A5)、CF定子线圈(306)的CF通孔(3A6)；CA平台(3A7)用于支撑第二间隔件(14)的下端，且第二间隔件(14)通过螺钉固定在第二层定子外壳(2A)的下端与第三层定子外壳(3A)的上端；CB平台(3A8)用于支撑C编码器(3B)；CC平台(2A9)用于固定下端盖(12)；
第一层驱动组件(1)的转子部分包括有第一层转子铁芯(1D)、以及圆周布局安装在第一层转子铁芯(1D)上的四个磁极子、AA角接触轴承(1J)、AB角接触轴承(1K)、A编码器(1B)和第一层转轴座(1C)；第一层转轴座(1C)的中间是AB中心通孔(1C1)，AB中心通孔(1C1)用于第一层转轴(5)的上端穿过；第一层转轴座(1C)上设有AD平台(1C2)、AE平台(1C3)、AF平台(1C4)，AD平台(1C2)用于支撑AA角接触轴承(1J)的外圈，AA角接触轴承(1J)套接在第一层转轴(5)上，AE平台(1C3)用于固定第一层转轴(5)的下端，AF平台(1C4)用于与第一层转子铁芯(1D)的上端接触；第一层转轴座(1C)的外环体上安装有A编码器(1B)；第一层转子铁芯(1D)的外环体上设有用于安装AA磁极子(1E)的AA沉头腔、AB磁极子(1F)的AB沉头腔、AC磁极子(1G)的AC沉头腔、AD磁极子(1H)的AD沉头腔；第一层转子铁芯(1D)的中间是AC中心通孔(1D1)，AC中心通孔(1D1)用于第二层转轴(6)的第二层延长轴(61)的上端穿过；第二层延长轴(61)的上端套接有AB角接触轴承(1K)；第一层转子铁芯(1D)的A轴承腔(1D3)用于放置AB角接触轴承(1K)；第一层转子铁芯(1D)的AG平台(1D2)用于与第一层转轴座(1C)的AE平台(1C3)通过螺钉固定；
第二层驱动组件(2)的转子部分包括有第二层转子铁芯(2D)、以及圆周布局安装在第二层转子铁芯(2D)上的四个磁极子、BA角接触轴承(2J)、BB角接触轴承(2K)、B编码器(2B)和第二层转轴座(2C)；第二层转轴座(2C)的中间是BB中心通孔(2C1)，BB中心通孔(2C1)用于第三层转轴(7)的上端穿过；第二层转轴座(2C)上设有BD平台(2C2)、BE平台(2C3)、BF平台(2C4)，BD平台(2C2)用于支撑BA角接触轴承(2J)的外圈，BA角接触轴承(2J)套接在第二层延长轴(61)上，BE平台(2C3)用于固定第二层延长轴(61)的下端，BF平台(2C4)用于与第二层转子铁芯(2D)的上端接触；第二层转轴座(2C)的外环体上安装有B编码器(2B)；第二层转子铁芯(2D)的外环体上设有用于安装BA磁极子(2E)的BA沉头腔、BB磁极子(2F)的BB沉头腔、BC磁极子(2G)的BC沉头腔、BD磁极子(2H)的BD沉头腔；第二层转子铁芯(2D)的中间是BC中心通孔(2D1)，BC中心通孔(2D1)用于第三层转轴(7)的第三层延长轴(71)的上端穿过；第三层延长轴(71)的上端套接有BB角接触轴承(2K)；第二层转子铁芯(2D)的B轴承腔(2D3)用于放置BB角接触轴承(2K)；第二层转子铁芯(2D)的BG平台(2D2)用于与第二层转轴座(2C)的BE平台(2C3)通过螺钉固定；
第三层驱动组件(3)的转子部分包括有第三层转子铁芯(3D)、以及圆周布局安装在第三层转子铁芯(3D)上的四个磁极子、CA角接触轴承(3J)、CB角接触轴承(3K)、C编码器(3B)和第三层转轴座(3C)；第三层转轴座(3C)的中间是CB中心通孔(3C1)；第三层转轴座(3C)上设有CD平台(3C2)、CE平台(3C3)、CF平台(3C4)，CD平台(3C2)用于支撑CA角接触轴承(3J)的外圈，CA角接触轴承(3J)套接在第三层转轴(7)的第三层延长轴(71)上，且CA角接触轴承(3J)位于BB角接触轴承(2K)的下方，CE平台(3C3)用于固定第三层转轴(7)的第三层延长轴(71)的下端，CF平台(3C4)用于与第三层转子铁芯(3D)的上端接触；第三层转轴座(3C)的外环体上安装有C编码器(3B)；第三层转子铁芯(3D)的外环体上设有用于安装CA磁极子(3E)的CA沉头腔、CB磁极子(3F)的CB沉头腔、CC磁极子(3G)的CC沉头腔、CD磁极子(3H)的CD沉头腔；第三层转子铁芯(3D)的中间是CC中心通孔(3D1)；第三层转子铁芯(3D)的C轴承腔(3D3)用于放置CB角接触轴承(3K)；第三层转子铁芯(3D)的CG平台(3D2)用于与第三层转轴座(3C)的CE平台(3C3)通过螺钉固定；
执行末端(4)包括有第一下连杆(4A)、第二下连杆(4B)、第三下连杆(4C)、第一上连杆(4D)、第二上连杆(4E)、第三上连杆(4F)和运动平台(4G)；
其中，第一下连杆(4A)、第二下连杆(4B)和第三下连杆(4C)的结构相同；
其中，第一上连杆(4D)、第二上连杆(4E)和第三上连杆(4F)的结构相同；
第一下连杆(4A)的下端设有DA通孔(4A1)，DA通孔(4A1)用于第一层转轴(5)的上端穿过，且通过螺钉将第一下连杆(4A)的下端固定在第一层转轴(5)的上端；第一下连杆(4A)的上端设有DB通孔(4A2)，DB通孔(4A2)用于安装第一轴销(4J)的一端，第一轴销(4J)的另一端上套接有DA深沟球轴承(41)，且通过DA卡环(44)锁紧DA深沟球轴承(41)，DA深沟球轴承(41)放置在第一上连杆(4D)的DG通孔(4D1)中；第一上连杆(4D)的一端设有DG通孔(4D1)，DG通孔(4D1)用于放置DA深沟球轴承(41)；第一上连杆(4D)的另一端设有DH通孔(4D2)，DH通孔(4D2)用于放置DD深沟球轴承(4G5)，DD深沟球轴承(4G5)套接在运动平台(4G)的DA凸圆柱(4G1)上，且通过DD卡环(47)锁紧DD深沟球轴承(4G5)；
第二下连杆(4B)的下端设有DC通孔(4B1)，DC通孔(4B1)用于第二层转轴(6)的上端穿过，且通过螺钉将第二下连杆(4B)的下端固定在第二层转轴(6)的上端；第二下连杆(4B)的上端设有DD通孔(4B2)，DD通孔(4B2)用于安装第二轴销(4K)的一端，第二轴销(4K)的另一端上套接有DB深沟球轴承(42)，且通过DB卡环(45)锁紧DB深沟球轴承(42)，DB深沟球轴承(42)放置在第二上连杆(4E)的DI通孔(4E1)中；第二上连杆(4E)的一端设有DI通孔(4E1)，DI通孔(4E1)用于放置DB深沟球轴承(42)；第二上连杆(4E)的另一端设有DJ通孔(4E2)，DI通孔(4E2)用于放置DE深沟球轴承(4G6)，DE深沟球轴承(4G6)套接在运动平台(4G)的DB凸圆柱(4G2)上，且通过DE卡环(48)锁紧DE深沟球轴承(4G6)；
第三下连杆(4C)的下端设有DE通孔(4C1)，DE通孔(4C1)用于第三层转轴(7)的上端穿过，且通过螺钉将第三下连杆(4C)的下端固定在第三层转轴(7)的上端；第三下连杆(4C)的上端设有DF通孔(4C2)，DF通孔(4C2)用于安装第三轴销(4L)的一端，第三轴销(4L)的另一端上套接有DC深沟球轴承(43)，且通过DC卡环(46)锁紧DC深沟球轴承(43)，DC深沟球轴承(43)放置在第三上连杆(4F)的DK通孔(4F1)中；第三上连杆(4F)的一端设有DK通孔(4F1)，DK通孔(4F1)用于放置DC深沟球轴承(43)；第三上连杆(4F)的另一端设有DL通孔(4F2)，DL通孔(4F2)用于放置DF深沟球轴承(4G7)，DF深沟球轴承(4G7)套接在运动平台(4G)的DC凸圆柱(4G3)上，且通过DF卡环(49)锁紧DF深沟球轴承(4G7)；
上端盖(11)的中心设有KA通孔(11A)，KA通孔(11A)用于第一层转轴(5)的上端穿过；上端盖(11)上设有KA减重孔(11B)；上端盖(11)的下面板(11D)上设有KA轴承挡圈(11C)，KA轴承挡圈(11C)与AA角接触轴承(1J)的内圈接触；
上端盖(11)位于驱动组件的上方，且通过螺钉与第一层定子外壳(1A)的上端固定；
下端盖(12)的中心设有LA通孔(12A)；下端盖(12)的上面板(12B)上设有LA轴承挡圈(12C)，LA轴承挡圈(12C)与CB角接触轴承(3K)的内圈接触；
下端盖(12)位于驱动组件的下方，且通过螺钉与第三层定子外壳(3A)的下端固定；
第一间隔件(13)的中心设有MA通孔(13A)，MA通孔(13A)用于第二层转轴(6)的第二层延长轴(61)的上端穿过；第一间隔件(13)的上面板(13B)上设有MA轴承挡圈(13C)，MA轴承挡圈(13C)与AB角接触轴承(1K)的内圈接触；第一间隔件(13)的下面板(13D)上设有MB轴承挡圈(13E)，MB轴承挡圈(13E)与BA角接触轴承(2J)的内圈接触；
第一间隔件(13)位于第一层定子外壳(1A)的下端与第二层定子外壳(2A)的上端之间，且通过螺钉与第一层定子外壳(1A)的下端与第二层定子外壳(2A)的上端固定；
第二间隔件(14)的中心设有NA通孔(14A)，NA通孔(14A)用于第三层转轴(7)的第三层延长轴(71)的上端穿过；第二间隔件(14)的上面板(14B)上设有NA轴承挡圈(14C)，NA轴承挡圈(14C)与BB角接触轴承(2K)的内圈接触；第二间隔件(14)的下面板(14D)上设有NB轴承挡圈(14E)，NB轴承挡圈(14E)与CA角接触轴承(3J)的内圈接触；
第二间隔件(14)位于第二层定子外壳(2A)的下端与第三层定子外壳(3A)的上端之间，且通过螺钉与第二层定子外壳(2A)的下端与第三层定子外壳(3A)的上端固定。
本发明三自由度永磁球面运动发生器的优点在于：
①本发明三自由度永磁球面运动发生器是一种集成了球面并联机构与三自由度永磁球形电机的电磁驱动方式的机电一体化结构，这种集成化的设计具有结构紧凑和高灵活性的特点，有利于其小型化的设计，能够适应于机器人、雷达驱动航空航天等多个领域。
②本发明三自由度永磁球面运动发生器采用球面并联机构作为运动部分，能够获得更大的工作空间，可以实现360度的自旋运动，以及倾斜角为1～60度的球面倾斜运动。
③本发明通过三套结构相同的编码器与多个永磁块、并组合转子与定子实现了执行末端的三自由度运动。本发明相比于球电机庞大的转子系统，三自由度球面运动发生器将转子结构分为三层，采用单独驱动的方式，每一层可看作为一个单独的子系统。在子系统中，转子的惯量很小，能够获得优异的动态相应性能。
④本发明永磁球形电机采用多通道电流控制器，电流控制复杂，三自由度永磁球面运动发生器的设计减少了线圈数量，控制简单。
⑤本发明无接触的电磁驱动方式代替了传统的齿轮传动，没有回程误差的积累，减少了齿轮传动带来的机械磨损问题。
附图说明
图1是本发明的三自由度永磁球面运动发生器的结构图。
图1A是本发明的三自由度永磁球面运动发生器的另一视角结构图。
图1B是本发明的三自由度永磁球面运动发生器的剖面结构图。
图2是本发明重叠设置的驱动组件的定子部分的结构图。
图2A是本发明重叠设置的驱动组件的定子部分的剖面结构图。
图2B是本发明重叠设置的驱动组件的定子部分的分解图。
图2C是本发明重叠设置的驱动组件的定子部分的另一视角分解图。
图3是本发明重叠设置的驱动组件的转子部分的结构图。
图3A是本发明重叠设置的驱动组件的转子部分的剖面结构图。
图3B是本发明重叠设置的驱动组件的转子部分中转轴与轴承的剖面结构图。
图3C是本发明重叠设置的驱动组件的转子部分中除转轴以外的分解图。
图3D是本发明重叠设置的驱动组件的转子部分中除转轴以外的另一视角分解图。
图4是本发明中转轴与执行末端的结构图。
图4A是本发明执行末端的分解图。
图5是本发明上端盖的结构图。
图5A是本发明上端盖的另一视角结构图。
图6是本发明下端盖的结构图。
图6A是本发明下端盖的另一视角结构图。
图7是本发明第一间隔件的结构图。
图7A是本发明第一间隔件的另一视角结构图。
图8是本发明第二间隔件的结构图。
图8A是本发明第二间隔件的另一视角结构图。
Figure GDA0002664992610000071
Figure GDA0002664992610000081
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。
参见图1、图1A、图1B所示，本发明设计的三自由度永磁球面运动发生器，其包括有第一层转轴5、第二层转轴6、第三层转轴7、第一层驱动组件1、第二层驱动组件2、第三层驱动组件3、执行末端4、上端盖11、下端盖12、第一间隔件13和第二间隔件14；其中：
第一层驱动组件1的上端安装有上端盖11，参见图1、图1B、图3、图3A所示；
第三层驱动组件3的下端安装有下端盖12，参见图1、图1A、图1B、图3、图3A所示；
第一层驱动组件1、第二层驱动组件2和第三层驱动组件3为从上至下重叠放置，且第一层驱动组件1与第二层驱动组件2之间安装有第一间隔件13，第二层驱动组件2与第三层驱动组件3之间安装有第二间隔件14；
第一层转轴5、第二层转轴6和第三层转轴7从外向内放置；
执行末端4的第三下连杆4C固定在第三层转轴7的上端、执行末端4的第二下连杆4B固定在第二层转轴6的上端、执行末端4的第一下连杆4A固定在第一层转轴5的上端。
在本发明中，驱动组件包括有定子部分和转子部分。第一层驱动组件1、第二层驱动组件2和第三层驱动组件3的结构相同，且为从上至下重叠放置。
驱动组件中的定子部分
参见图1B、图2、图2A、图2B、图2C所示，第一层驱动组件1的定子部分由第一层定子外壳1A和六个圆周布局的定子线圈构成。第一层驱动组件1中的六个圆周布局的定子线圈分别是指AA定子线圈101、AB定子线圈102、AC定子线圈103、AD定子线圈104、AE定子线圈105和AF定子线圈106。
参见图2B、图2C所示，第一层定子外壳1A的中间是AA中心通孔1A11，第一层定子外壳1A上设有AA平台1A7、AB平台1A8、AC平台1A9、AG通孔1A10，以及用于安装AA定子线圈101的AA通孔1A1、AB定子线圈102的AB通孔1A2、AC定子线圈103的AC通孔1A3、AD定子线圈104的AD通孔1A4、AE定子线圈105的AE通孔1A5、AF定子线圈106的AF通孔1A6。AA平台1A7用于支撑上端盖11，且上端盖11通过螺钉固定在第一层定子外壳1A的上端。AB平台1A8用于支撑A编码器1B。AC平台1A9用于支撑第一间隔件13的上端。
参见图1B、图2、图2A、图2B、图2C所示，第二层驱动组件2的定子部分由第二层定子外壳2A和六个圆周布局的定子线圈构成。第二层驱动组件2中的六个圆周布局的定子线圈分别是指BA定子线圈201、BB定子线圈202、BC定子线圈203、BD定子线圈204、BE定子线圈205和BF定子线圈206。
参见图2B、图2C所示，第二层定子外壳2A的中间是BA中心通孔2A11，第二层定子外壳2A上设有BA平台2A7、BB平台2A8、BC平台2A9、BG通孔2A10，以及用于安装BA定子线圈201的BA通孔2A1、BB定子线圈202的BB通孔2A2、BC定子线圈203的BC通孔2A3、BD定子线圈204的BD通孔2A4、BE定子线圈205的BE通孔2A5、BF定子线圈206的BF通孔2A6。BA平台2A7用于支撑第一间隔件13的下端，且第一间隔件13通过螺钉固定在第一层定子外壳1A的下端与第二层定子外壳2A的上端。BB平台2A8用于支撑B编码器2B。BC平台2A9用于支撑第二间隔件14的上端。
参见图1B、图2、图2A、图2B、图2C所示，第三层驱动组件3的定子部分由第三层定子外壳3A和六个圆周布局的定子线圈构成。第三层驱动组件3中的六个圆周布局的定子线圈分别是指CA定子线圈301、CB定子线圈302、CC定子线圈303、CD定子线圈304、CE定子线圈305和CF定子线圈306。
参见图2B、图2C所示，第三层定子外壳3A的中间是CA中心通孔3A11，第三层定子外壳3A上设有CA平台3A7、CB平台3A8、CC平台3A9、CG通孔3A10，以及用于安装CA定子线圈301的CA通孔3A1、CB定子线圈302的CB通孔3A2、CC定子线圈303的CC通孔3A3、CD定子线圈304的CD通孔3A4、CE定子线圈305的CE通孔3A5、CF定子线圈306的CF通孔3A6。CA平台3A7用于支撑第二间隔件14的下端，且第二间隔件14通过螺钉固定在第二层定子外壳2A的下端与第三层定子外壳3A的上端。CB平台3A8用于支撑C编码器3B。CC平台2A9用于固定下端盖12。
驱动组件中的转子部分
参见图1B、图3、图3A、图3B、图3C、图3D所示，第一层驱动组件1的转子部分包括有第一层转子铁芯1D、以及圆周布局安装在第一层转子铁芯1D上的四个磁极子(AA磁极子1E、AB磁极子1F、AC磁极子1G、AD磁极子1H)、AA角接触轴承1J、AB角接触轴承1K、A编码器1B和第一层转轴座1C。
参见图1B、图3A、图3B、图3C、图3D所示，第一层转轴座1C的中间是AB中心通孔1C1，AB中心通孔1C1用于第一层转轴5的上端穿过；第一层转轴座1C上设有AD平台1C2、AE平台1C3、AF平台1C4，AD平台1C2用于支撑AA角接触轴承1J的外圈，AA角接触轴承1J套接在第一层转轴5上，AE平台1C3用于固定第一层转轴5的下端，AF平台1C4用于与第一层转子铁芯1D的上端接触。第一层转轴座1C的外环体上安装有A编码器1B。
参见图1B、图3A、图3B、图3C、图3D所示，第一层转子铁芯1D的外环体上设有用于安装AA磁极子1E的AA沉头腔、AB磁极子1F的AB沉头腔、AC磁极子1G的AC沉头腔、AD磁极子1H的AD沉头腔。第一层转子铁芯1D的中间是AC中心通孔1D1，AC中心通孔1D1用于第二层转轴6的第二层延长轴61的上端穿过。第二层延长轴61的上端套接有AB角接触轴承1K。第一层转子铁芯1D的A轴承腔1D3用于放置AB角接触轴承1K。第一层转子铁芯1D的AG平台1D2用于与第一层转轴座1C的AE平台1C3通过螺钉固定。
参见图1B、图3、图3A、图3B、图3C、图3D所示，第二层驱动组件2的转子部分包括有第二层转子铁芯2D、以及圆周布局安装在第二层转子铁芯2D上的四个磁极子(BA磁极子2E、BB磁极子2F、BC磁极子2G、BD磁极子2H)、BA角接触轴承2J、BB角接触轴承2K、B编码器2B和第二层转轴座2C。
参见图1B、图3A、图3B、图3C、图3D所示，第二层转轴座2C的中间是BB中心通孔2C1，BB中心通孔2C1用于第三层转轴7的上端穿过；第二层转轴座2C上设有BD平台2C2、BE平台2C3、BF平台2C4，BD平台2C2用于支撑BA角接触轴承2J的外圈，BA角接触轴承2J套接在第二层延长轴61上，BE平台2C3用于固定第二层延长轴61的下端，BF平台2C4用于与第二层转子铁芯2D的上端接触。第二层转轴座2C的外环体上安装有B编码器2B。
参见图1B、图3A、图3B、图3C、图3D所示，第二层转子铁芯2D的外环体上设有用于安装BA磁极子2E的BA沉头腔、BB磁极子2F的BB沉头腔、BC磁极子2G的BC沉头腔、BD磁极子2H的BD沉头腔。第二层转子铁芯2D的中间是BC中心通孔2D1，BC中心通孔2D1用于第三层转轴7的第三层延长轴71的上端穿过。第三层延长轴71的上端套接有BB角接触轴承2K。第二层转子铁芯2D的B轴承腔2D3用于放置BB角接触轴承2K。第二层转子铁芯2D的BG平台2D2用于与第二层转轴座2C的BE平台2C3通过螺钉固定。
参见图1B、图3、图3A、图3B、图3C、图3D所示，第三层驱动组件3的转子部分包括有第三层转子铁芯3D、以及圆周布局安装在第三层转子铁芯3D上的四个磁极子(CA磁极子3E、CB磁极子3F、CC磁极子3G、CD磁极子3H)、CA角接触轴承3J、CB角接触轴承3K、C编码器3B和第三层转轴座3C。
参见图1B、图3A、图3B、图3C、图3D所示，第三层转轴座3C的中间是CB中心通孔3C1；第三层转轴座3C上设有CD平台3C2、CE平台3C3、CF平台3C4，CD平台3C2用于支撑CA角接触轴承3J的外圈，CA角接触轴承3J套接在第三层转轴7的第三层延长轴71上，且CA角接触轴承3J位于BB角接触轴承2K的下方，CE平台3C3用于固定第三层转轴7的第三层延长轴71的下端，CF平台3C4用于与第三层转子铁芯3D的上端接触。第三层转轴座3C的外环体上安装有C编码器3B。
参见图1B、图3A、图3B、图3C、图3D所示，第三层转子铁芯3D的外环体上设有用于安装CA磁极子3E的CA沉头腔、CB磁极子3F的CB沉头腔、CC磁极子3G的CC沉头腔、CD磁极子3H的CD沉头腔。第三层转子铁芯3D的中间是CC中心通孔3D1；第三层转子铁芯3D的C轴承腔3D3用于放置CB角接触轴承3K。第三层转子铁芯3D的CG平台3D2用于与第三层转轴座3C的CE平台3C3通过螺钉固定。
执行末端4
参见图1、图1A、图1B、图4、图4A所示，执行末端4包括有第一下连杆4A、第二下连杆4B、第三下连杆4C、第一上连杆4D、第二上连杆4E、第三上连杆4F和运动平台4G。
其中，第一下连杆4A、第二下连杆4B和第三下连杆4C的结构相同。
其中，第一上连杆4D、第二上连杆4E和第三上连杆4F的结构相同。
参见图4A所示，第一下连杆4A的下端设有DA通孔4A1，DA通孔4A1用于第一层转轴5的上端穿过，且通过螺钉将第一下连杆4A的下端固定在第一层转轴5的上端。第一下连杆4A的上端设有DB通孔4A2，DB通孔4A2用于安装第一轴销4J的一端，第一轴销4J的另一端上套接有DA深沟球轴承41，且通过DA卡环44锁紧DA深沟球轴承41，DA深沟球轴承41放置在第一上连杆4D的DG通孔4D1中。
参见图4A所示，第一上连杆4D的一端设有DG通孔4D1，DG通孔4D1用于放置DA深沟球轴承41；第一上连杆4D的另一端设有DH通孔4D2，DH通孔4D2用于放置DD深沟球轴承4G5，DD深沟球轴承4G5套接在运动平台4G的DA凸圆柱4G1上，且通过DD卡环47锁紧DD深沟球轴承4G5。
参见图4A所示，第二下连杆4B的下端设有DC通孔4B1，DC通孔4B1用于第二层转轴6的上端穿过，且通过螺钉将第二下连杆4B的下端固定在第二层转轴6的上端。第二下连杆4B的上端设有DD通孔4B2，DD通孔4B2用于安装第二轴销4K的一端，第二轴销4K的另一端上套接有DB深沟球轴承42，且通过DB卡环45锁紧DB深沟球轴承42，DB深沟球轴承42放置在第二上连杆4E的DI通孔4E1中。
参见图4A所示，第二上连杆4E的一端设有DI通孔4E1，DI通孔4E1用于放置DB深沟球轴承42；第二上连杆4E的另一端设有DJ通孔4E2，DI通孔4E2用于放置DE深沟球轴承4G6，DE深沟球轴承4G6套接在运动平台4G的DB凸圆柱4G2上，且通过DE卡环48锁紧DE深沟球轴承4G6。
参见图4A所示，第三下连杆4C的下端设有DE通孔4C1，DE通孔4C1用于第三层转轴7的上端穿过，且通过螺钉将第三下连杆4C的下端固定在第三层转轴7的上端。第三下连杆4C的上端设有DF通孔4C2，DF通孔4C2用于安装第三轴销4L的一端，第三轴销4L的另一端上套接有DC深沟球轴承43，且通过DC卡环46锁紧DC深沟球轴承43，DC深沟球轴承43放置在第三上连杆4F的DK通孔4F1中。
参见图4A所示，第三上连杆4F的一端设有DK通孔4F1，DK通孔4F1用于放置DC深沟球轴承43；第三上连杆4F的另一端设有DL通孔4F2，DL通孔4F2用于放置DF深沟球轴承4G7，DF深沟球轴承4G7套接在运动平台4G的DC凸圆柱4G3上，且通过DF卡环49锁紧DF深沟球轴承4G7。
在本发明中，运动平台4G上可以固定安装需要实现三自由度的球面运动的物体，使得物体绕球面运动的球心40运动。为了减轻运动平台4G的重量，可以在运动平台4G上设多个减重孔4H。
在本发明中，执行末端4设计成球面并联机构的形式，并作为本发明设计的三自由度永磁球面运动发生器的运动部分，本发明执行末端4的结构能够获得更大的工作空间，可以实现360度的自旋运动，以及倾斜角为1～60度的球面倾斜运动。
在本发明中，执行末端4的运动是通过三根转轴实现的，三根转轴的相对运动是通过定子线圈与转子磁极在不同电流下实现的。
上端盖11
参见图1、图1B、图3、图3A、图5、图5A所示，上端盖11的中心设有KA通孔11A，KA通孔11A用于第一层转轴5的上端穿过。上端盖11上设有KA减重孔11B。上端盖11的下面板11D上设有KA轴承挡圈11C，KA轴承挡圈11C与AA角接触轴承1J的内圈接触。
上端盖11位于驱动组件的上方，且通过螺钉与第一层定子外壳1A的上端固定。
下端盖12
参见图1、图1A、图1B、图3、图3A、图6、图6A所示，下端盖12的中心设有LA通孔12A。下端盖12的上面板12B上设有LA轴承挡圈12C，LA轴承挡圈12C与CB角接触轴承3K的内圈接触。
下端盖12位于驱动组件的下方，且通过螺钉与第三层定子外壳3A的下端固定。
第一间隔件13
参见图1、图1A、图1B、图3、图3A、图7、图7A所示，第一间隔件13的中心设有MA通孔13A，MA通孔13A用于第二层转轴6的第二层延长轴61的上端穿过。第一间隔件13的上面板13B上设有MA轴承挡圈13C，MA轴承挡圈13C与AB角接触轴承1K的内圈接触。第一间隔件13的下面板13D上设有MB轴承挡圈13E，MB轴承挡圈13E与BA角接触轴承2J的内圈接触。
第一间隔件13位于第一层定子外壳1A的下端与第二层定子外壳2A的上端之间，且通过螺钉与第一层定子外壳1A的下端与第二层定子外壳2A的上端固定。
第二间隔件14
参见图1、图1A、图1B、图3、图3A、图8、图8A所示，第二间隔件14的中心设有NA通孔14A，NA通孔14A用于第三层转轴7的第三层延长轴71的上端穿过。第二间隔件14的上面板14B上设有NA轴承挡圈14C，NA轴承挡圈14C与BB角接触轴承2K的内圈接触。第二间隔件14的下面板14D上设有NB轴承挡圈14E，NB轴承挡圈14E与CA角接触轴承3J的内圈接触。
第二间隔件14位于第二层定子外壳2A的下端与第三层定子外壳3A的上端之间，且通过螺钉与第二层定子外壳2A的下端与第三层定子外壳3A的上端固定。
在本发明中，第一间隔件13与第二间隔件14的结构是相同的。
本发明设计的三自由度永磁球面运动发生器的运动形式：
在本发明中，第一层驱动组件1的六个圆周布局的定子线圈与四个圆周布局的磁极子在电流作用下，产生气隙磁场相互作用力，该作用力驱动第一层转子铁芯1D转动，由于第一层转子铁芯1D、第一层转轴座1C、A编码器1B(用于记录第一层转子铁芯1D转过的角度)和第一层转子轴5固定在一起，进而生成力矩使第一转子轴5转动起来。第一层转子轴5的转动带动了第一下连杆4A运动。
在本发明中，第二层驱动组件2的六个圆周布局的定子线圈与四个圆周布局的磁极子在电流作用下，产生气隙磁场相互作用力，该作用力驱动第二层转子铁芯2D转动，由于第二层转子铁芯2D、第二层转轴座2C、B编码器2B(用于记录第二层转子铁芯2D转过的角度)、第二层转子轴6和第二层延长轴61固定在一起，进而生成力矩使第二层转子轴6和第二层延长轴61转动起来。第二层转子轴6和第二层延长轴61的转动带动了第二下连杆4B运动。
在本发明中，第三层驱动组件3的六个圆周布局的定子线圈与四个圆周布局的磁极子在电流作用下，产生气隙磁场相互作用力，该作用力驱动第三层转子铁芯3D转动，由于第三层转子铁芯3D、第三层转轴座3C、C编码器3B(用于记录第三层转子铁芯3D转过的角度)、第三层转子轴7和第三层延长轴71固定在一起，进而生成力矩使第三层转子轴7和第三层延长轴71转动起来。第三层转子轴7和第三层延长轴71的转动带动了第三下连杆4C运动。
为了实现本发明三自由度球面运动发生器的自旋运动和倾斜运动，采用了输出不同电流方式。即输出相同电流实现三根转子轴自旋运动，输出不同电流实现三根转子轴倾斜运动。三根转子轴指的是第一层转轴5、第二层转轴6和第二层延长轴61、第三层转轴7和第三层延长轴71。
在本发明中，输出相同电流时，定子线圈的电流与转子磁极产生的气隙磁场相互作用，生成相同的力矩使三根转子轴沿圆周做相同的运动，同时带动三根下连杆(4A、4B、4C)在运动平台4G上产生沿坐标系Z轴(图1B所示)的自旋运动。
在本发明中，输出不同电流时，由于不同层的定子线圈的电流不同，则定子线圈与转子磁极产生的气隙磁场相互作用力也不同，生成了不同力矩使三根转子轴产生不同的相对运动，进而使不同运动带动的各自下连杆在运动平台4G上产生了倾斜，从而实现了在运动平台4G的球心处的球面倾斜运动。
综上所述，三层驱动组件实现的运动为：
自旋运动：当给定三层定子线圈相同的电流时，定子线圈的电流与转子磁极产生的气隙磁场相互作用，生成相同的力矩使三根转子轴沿圆周做相同的运动，同时带动三根下连杆在运动平台上产生沿坐标系Z轴(图1B所示)做360度的自旋运动。
倾斜运动：当给定三层定子线圈不同的电流时，三根转子轴沿圆周产生相对运动，同时带动三根下连杆在运动平台的球心(图4所示)处做1～60度的球面倾斜运动。

Claims (5)

1.一种三自由度永磁球面运动发生器，其特征在于：三自由度永磁球面运动发生器包括有第一层转轴(5)、第二层转轴(6)、第三层转轴(7)、第一层驱动组件(1)、第二层驱动组件(2)、第三层驱动组件(3)、执行末端(4)、上端盖(11)、下端盖(12)、第一间隔件(13)和第二间隔件(14)；
第一层转轴(5)、第二层转轴(6)和第三层转轴(7)为从外向内放置；
第一层驱动组件(1)、第二层驱动组件(2)和第三层驱动组件(3)为从上至下重叠放置；
第一层驱动组件(1)的定子部分由第一层定子外壳(1A)和六个圆周布局的定子线圈构成；第一层定子外壳(1A)的中间是AA中心通孔(1A11)，第一层定子外壳(1A)上设有AA平台(1A7)、AB平台(1A8)、AC平台(1A9)、AG通孔(1A10)，以及用于安装AA定子线圈(101)的AA通孔(1A1)、AB定子线圈(102)的AB通孔(1A2)、AC定子线圈(103)的AC通孔(1A3)、AD定子线圈(104)的AD通孔(1A4)、AE定子线圈(105)的AE通孔(1A5)、AF定子线圈(106)的AF通孔(1A6)；AA平台(1A7)用于支撑上端盖(11)，且上端盖(11)通过螺钉固定在第一层定子外壳(1A)的上端；AB平台(1A8)用于支撑A编码器(1B)；AC平台(1A9)用于支撑第一间隔件(13)的上端；
第二层驱动组件(2)的定子部分由第二层定子外壳(2A)和六个圆周布局的定子线圈构成；第二层定子外壳(2A)的中间是BA中心通孔(2A11)，第二层定子外壳(2A)上设有BA平台(2A7)、BB平台(2A8)、BC平台(2A9)、BG通孔(2A10)，以及用于安装BA定子线圈(201)的BA通孔(2A1)、BB定子线圈(202)的BB通孔(2A2)、BC定子线圈(203)的BC通孔(2A3)、BD定子线圈(204)的BD通孔(2A4)、BE定子线圈(205)的BE通孔(2A5)、BF定子线圈(206)的BF通孔(2A6)；BA平台(2A7)用于支撑第一间隔件(13)的下端，且第一间隔件(13)通过螺钉固定在第一层定子外壳(1A)的下端与第二层定子外壳(2A)的上端；BB平台(2A8)用于支撑B编码器(2B)；BC平台(2A9)用于支撑第二间隔件(14)的上端；
第三层驱动组件(3)的定子部分由第三层定子外壳(3A)和六个圆周布局的定子线圈构成；第三层定子外壳(3A)的中间是CA中心通孔(3A11)，第三层定子外壳(3A)上设有CA平台(3A7)、CB平台(3A8)、CC平台(3A9)、CG通孔(3A10)，以及用于安装CA定子线圈(301)的CA通孔(3A1)、CB定子线圈(302)的CB通孔(3A2)、CC定子线圈(303)的CC通孔(3A3)、CD定子线圈(304)的CD通孔(3A4)、CE定子线圈(305)的CE通孔(3A5)、CF定子线圈(306)的CF通孔(3A6)；CA平台(3A7)用于支撑第二间隔件(14)的下端，且第二间隔件(14)通过螺钉固定在第二层定子外壳(2A)的下端与第三层定子外壳(3A)的上端；CB平台(3A8)用于支撑C编码器(3B)；CC平台(2A9)用于固定下端盖(12)；
第一层驱动组件(1)的转子部分包括有第一层转子铁芯(1D)、以及圆周布局安装在第一层转子铁芯(1D)上的四个磁极子、AA角接触轴承(1J)、AB角接触轴承(1K)、A编码器(1B)和第一层转轴座(1C)；第一层转轴座(1C)的中间是AB中心通孔(1C1)，AB中心通孔(1C1)用于第一层转轴(5)的上端穿过；第一层转轴座(1C)上设有AD平台(1C2)、AE平台(1C3)、AF平台(1C4)，AD平台(1C2)用于支撑AA角接触轴承(1J)的外圈，AA角接触轴承(1J)套接在第一层转轴(5)上，AE平台(1C3)用于固定第一层转轴(5)的下端，AF平台(1C4)用于与第一层转子铁芯(1D)的上端接触；第一层转轴座(1C)的外环体上安装有A编码器(1B)；第一层转子铁芯(1D)的外环体上设有用于安装AA磁极子(1E)的AA沉头腔、AB磁极子(1F)的AB沉头腔、AC磁极子(1G)的AC沉头腔、AD磁极子(1H)的AD沉头腔；第一层转子铁芯(1D)的中间是AC中心通孔(1D1)，AC中心通孔(1D1)用于第二层转轴(6)的第二层延长轴(61)的上端穿过；第二层延长轴(61)的上端套接有AB角接触轴承(1K)；第一层转子铁芯(1D)的A轴承腔(1D3)用于放置AB角接触轴承(1K)；第一层转子铁芯(1D)的AG平台(1D2)用于与第一层转轴座(1C)的AE平台(1C3)通过螺钉固定；
第二层驱动组件(2)的转子部分包括有第二层转子铁芯(2D)、以及圆周布局安装在第二层转子铁芯(2D)上的四个磁极子、BA角接触轴承(2J)、BB角接触轴承(2K)、B编码器(2B)和第二层转轴座(2C)；第二层转轴座(2C)的中间是BB中心通孔(2C1)，BB中心通孔(2C1)用于第三层转轴(7)的上端穿过；第二层转轴座(2C)上设有BD平台(2C2)、BE平台(2C3)、BF平台(2C4)，BD平台(2C2)用于支撑BA角接触轴承(2J)的外圈，BA角接触轴承(2J)套接在第二层延长轴(61)上，BE平台(2C3)用于固定第二层延长轴(61)的下端，BF平台(2C4)用于与第二层转子铁芯(2D)的上端接触；第二层转轴座(2C)的外环体上安装有B编码器(2B)；第二层转子铁芯(2D)的外环体上设有用于安装BA磁极子(2E)的BA沉头腔、BB磁极子(2F)的BB沉头腔、BC磁极子(2G)的BC沉头腔、BD磁极子(2H)的BD沉头腔；第二层转子铁芯(2D)的中间是BC中心通孔(2D1)，BC中心通孔(2D1)用于第三层转轴(7)的第三层延长轴(71)的上端穿过；第三层延长轴(71)的上端套接有BB角接触轴承(2K)；第二层转子铁芯(2D)的B轴承腔(2D3)用于放置BB角接触轴承(2K)；第二层转子铁芯(2D)的BG平台(2D2)用于与第二层转轴座(2C)的BE平台(2C3)通过螺钉固定；
第三层驱动组件(3)的转子部分包括有第三层转子铁芯(3D)、以及圆周布局安装在第三层转子铁芯(3D)上的四个磁极子、CA角接触轴承(3J)、CB角接触轴承(3K)、C编码器(3B)和第三层转轴座(3C)；第三层转轴座(3C)的中间是CB中心通孔(3C1)；第三层转轴座(3C)上设有CD平台(3C2)、CE平台(3C3)、CF平台(3C4)，CD平台(3C2)用于支撑CA角接触轴承(3J)的外圈，CA角接触轴承(3J)套接在第三层转轴(7)的第三层延长轴(71)上，且CA角接触轴承(3J)位于BB角接触轴承(2K)的下方，CE平台(3C3)用于固定第三层转轴(7)的第三层延长轴(71)的下端，CF平台(3C4)用于与第三层转子铁芯(3D)的上端接触；第三层转轴座(3C)的外环体上安装有C编码器(3B)；第三层转子铁芯(3D)的外环体上设有用于安装CA磁极子(3E)的CA沉头腔、CB磁极子(3F)的CB沉头腔、CC磁极子(3G)的CC沉头腔、CD磁极子(3H)的CD沉头腔；第三层转子铁芯(3D)的中间是CC中心通孔(3D1)；第三层转子铁芯(3D)的C轴承腔(3D3)用于放置CB角接触轴承(3K)；第三层转子铁芯(3D)的CG平台(3D2)用于与第三层转轴座(3C)的CE平台(3C3)通过螺钉固定；
执行末端(4)包括有第一下连杆(4A)、第二下连杆(4B)、第三下连杆(4C)、第一上连杆(4D)、第二上连杆(4E)、第三上连杆(4F)和运动平台(4G)；
其中，第一下连杆(4A)、第二下连杆(4B)和第三下连杆(4C)的结构相同；
其中，第一上连杆(4D)、第二上连杆(4E)和第三上连杆(4F)的结构相同；
第一下连杆(4A)的下端设有DA通孔(4A1)，DA通孔(4A1)用于第一层转轴(5)的上端穿过，且通过螺钉将第一下连杆(4A)的下端固定在第一层转轴(5)的上端；第一下连杆(4A)的上端设有DB通孔(4A2)，DB通孔(4A2)用于安装第一轴销(4J)的一端，第一轴销(4J)的另一端上套接有DA深沟球轴承(41)，且通过DA卡环(44)锁紧DA深沟球轴承(41)，DA深沟球轴承(41)放置在第一上连杆(4D)的DG通孔(4D1)中；第一上连杆(4D)的一端设有DG通孔(4D1)，DG通孔(4D1)用于放置DA深沟球轴承(41)；第一上连杆(4D)的另一端设有DH通孔(4D2)，DH通孔(4D2)用于放置DD深沟球轴承(4G5)，DD深沟球轴承(4G5)套接在运动平台(4G)的DA凸圆柱(4G1)上，且通过DD卡环(47)锁紧DD深沟球轴承(4G5)；
第二下连杆(4B)的下端设有DC通孔(4B1)，DC通孔(4B1)用于第二层转轴(6)的上端穿过，且通过螺钉将第二下连杆(4B)的下端固定在第二层转轴(6)的上端；第二下连杆(4B)的上端设有DD通孔(4B2)，DD通孔(4B2)用于安装第二轴销(4K)的一端，第二轴销(4K)的另一端上套接有DB深沟球轴承(42)，且通过DB卡环(45)锁紧DB深沟球轴承(42)，DB深沟球轴承(42)放置在第二上连杆(4E)的DI通孔(4E1)中；第二上连杆(4E)的一端设有DI通孔(4E1)，DI通孔(4E1)用于放置DB深沟球轴承(42)；第二上连杆(4E)的另一端设有DJ通孔(4E2)，DI通孔(4E2)用于放置DE深沟球轴承(4G6)，DE深沟球轴承(4G6)套接在运动平台(4G)的DB凸圆柱(4G2)上，且通过DE卡环(48)锁紧DE深沟球轴承(4G6)；
第三下连杆(4C)的下端设有DE通孔(4C1)，DE通孔(4C1)用于第三层转轴(7)的上端穿过，且通过螺钉将第三下连杆(4C)的下端固定在第三层转轴(7)的上端；第三下连杆(4C)的上端设有DF通孔(4C2)，DF通孔(4C2)用于安装第三轴销(4L)的一端，第三轴销(4L)的另一端上套接有DC深沟球轴承(43)，且通过DC卡环(46)锁紧DC深沟球轴承(43)，DC深沟球轴承(43)放置在第三上连杆(4F)的DK通孔(4F1)中；第三上连杆(4F)的一端设有DK通孔(4F1)，DK通孔(4F1)用于放置DC深沟球轴承(43)；第三上连杆(4F)的另一端设有DL通孔(4F2)，DL通孔(4F2)用于放置DF深沟球轴承(4G7)，DF深沟球轴承(4G7)套接在运动平台(4G)的DC凸圆柱(4G3)上，且通过DF卡环(49)锁紧DF深沟球轴承(4G7)；
上端盖(11)的中心设有KA通孔(11A)，KA通孔(11A)用于第一层转轴(5)的上端穿过；上端盖(11)上设有KA减重孔(11B)；上端盖(11)的下面板(11D)上设有KA轴承挡圈(11C)，KA轴承挡圈(11C)与AA角接触轴承(1J)的内圈接触；
上端盖(11)位于驱动组件的上方，且通过螺钉与第一层定子外壳(1A)的上端固定；
下端盖(12)的中心设有LA通孔(12A)；下端盖(12)的上面板(12B)上设有LA轴承挡圈(12C)，LA轴承挡圈(12C)与CB角接触轴承(3K)的内圈接触；
下端盖(12)位于驱动组件的下方，且通过螺钉与第三层定子外壳(3A)的下端固定；
第一间隔件(13)的中心设有MA通孔(13A)，MA通孔(13A)用于第二层转轴(6)的第二层延长轴(61)的上端穿过；第一间隔件(13)的上面板(13B)上设有MA轴承挡圈(13C)，MA轴承挡圈(13C)与AB角接触轴承(1K)的内圈接触；第一间隔件(13)的下面板(13D)上设有MB轴承挡圈(13E)，MB轴承挡圈(13E)与BA角接触轴承(2J)的内圈接触；
第一间隔件(13)位于第一层定子外壳(1A)的下端与第二层定子外壳(2A)的上端之间，且通过螺钉与第一层定子外壳(1A)的下端与第二层定子外壳(2A)的上端固定；
第二间隔件(14)的中心设有NA通孔(14A)，NA通孔(14A)用于第三层转轴(7)的第三层延长轴(71)的上端穿过；第二间隔件(14)的上面板(14B)上设有NA轴承挡圈(14C)，NA轴承挡圈(14C)与BB角接触轴承(2K)的内圈接触；第二间隔件(14)的下面板(14D)上设有NB轴承挡圈(14E)，NB轴承挡圈(14E)与CA角接触轴承(3J)的内圈接触；
第二间隔件(14)位于第二层定子外壳(2A)的下端与第三层定子外壳(3A)的上端之间，且通过螺钉与第二层定子外壳(2A)的下端与第三层定子外壳(3A)的上端固定。
2.根据权利要求1所述的三自由度永磁球面运动发生器，其特征在于：执行末端(4)为球面并联机构。
3.根据权利要求1所述的三自由度永磁球面运动发生器，其特征在于：三层定子线圈与转子磁极为圆周分布。
4.根据权利要求1所述的三自由度永磁球面运动发生器，其特征在于：当给定三层定子线圈相同的电流时，定子线圈的电流与转子磁极产生的气隙磁场相互作用，生成相同的力矩使三根转子轴沿圆周做相同的运动，同时带动三根下连杆在运动平台上产生沿坐标系Z轴做360度的自旋运动。
5.根据权利要求1所述的三自由度永磁球面运动发生器，其特征在于：当给定三层定子线圈不同的电流时，三根转子轴沿圆周产生相对运动，同时带动三根下连杆在运动平台的球心处做1～60度的球面倾斜运动。
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