CN219101871U - 复合式磁悬浮球形主动关节 - Google Patents

Abstract

本发明公开了复合式磁悬浮球形主动关节，包括关节外壳，所述关节外壳的外侧开设有竖向槽、横向槽，所述关节外壳的下端固定连接有底座，所述关节外壳的上端固定连接有端盖，所述关节外壳的内侧活动连接有主轴，所述关节外壳的内部开设有安装腔、一号穿插孔、二号穿插孔，所述安装腔的内部固定连接有圆弧形硅光电池阵列、环形硅光电池阵列、定子槽，所述环形硅光电池阵列的一侧固定连接有定位板。本发明所述的复合式磁悬浮球形主动关节，设有端盖与横向槽，与已有的磁悬浮球形关节相比，简化了球关节的电磁模型，改善了磁悬浮球形电机中转矩控制和悬浮控制复杂电磁耦合关系，便于球形电机的姿态控制。

Description

复合式磁悬浮球形主动关节

技术领域

本发明涉及主动关节领域，特别涉及复合式磁悬浮球形主动关节。

背景技术

复合式磁悬浮球形主动关节是一种进行磁悬浮的支撑设备，过去所研究的磁悬浮球形关节是由球形关节转子与在转子周围呈对称分布的定子组成，定子上安装的三相绕组产生旋转磁场，驱动球形关节实现无约束三自由度旋转运动，随着科技的不断发展，人们对于复合式磁悬浮球形主动关节的制造工艺要求也越来越高。

现有的复合式磁悬浮球形主动关节在使用时存在一定的弊端，由于浮球形电机中转矩控制和悬浮控制之间存在复杂的电磁耦合关系，不便于球形电机的姿态控制，所以现有的球型关节不够灵活，不能根据连接的电机进行控制关节转动，给人们的使用过程带来了一定的不利影响，为此，我们提出复合式磁悬浮球形主动关节。

发明内容

解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了复合式磁悬浮球形主动关节，与已有的磁悬浮球形关节相比，简化了球关节的电磁模型，改善了磁悬浮球形电机中转矩控制和悬浮控制复杂电磁耦合关系，便于球形电机的姿态控制，可以有效解决背景技术中的问题。

技术方案

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：复合式磁悬浮球形主动关节，包括关节外壳，所述关节外壳的外侧开设有竖向槽、横向槽，所述关节外壳的下端固定连接有底座，所述关节外壳的上端固定连接有端盖，所述关节外壳的内侧活动连接有主轴，所述关节外壳的内部开设有安装腔、一号穿插孔、二号穿插孔。

优选的，所述安装腔的内部固定连接有圆弧形硅光电池阵列、环形硅光电池阵列、定子槽，所述环形硅光电池阵列的一侧固定连接有定位板，所述环形硅光电池阵列的下端固定连接有圆弧形硅光电池阵列，所述定位板的下端固定连接有定位腿，所述定子槽的内侧活动连接有定子环，所述定子环的内侧开设有一号定位孔。

优选的，所述定子环的内侧固定连接有定子，所述底座的内侧开设有方形定位槽、定位圆槽、二号定位孔、三号穿插孔，所述端盖的内侧开设有三号定位孔，所述端盖的内侧活动连接有轴承，所述轴承的内侧开设有四号穿插孔。

优选的，所述轴承的外侧固定连接有一号径向传感器，所述主轴的外侧固定连接有二号轴向磁轴承，所述二号轴向磁轴承的下端固定连接有推力盘，所述推力盘的下端固定连接有一号轴向磁轴承，所述主轴的一端固定连接有二号径向传感器。

优选的，所述关节外壳与竖向槽、横向槽的之间通过浇铸的方式一体成型，所述端盖与关节外壳的之间设置有焊接块，所述端盖的下端通过焊接块与关节外壳的上端固定连接。

优选的，所述环形硅光电池阵列与关节外壳的之间设置有电弧焊，所述环形硅光电池阵列的内侧通过电弧焊与关节外壳的内侧固定连接。

优选的，所述环形硅光电池阵列的外侧通过定子槽与定子环的外侧滑动连接，所述关节外壳的底端通过定位腿、方形定位槽、二号定位孔与底座的上端固定连接。

优选的，所述轴承与端盖的之间设置有安装槽，所述轴承的外侧通过安装槽与端盖的内部活动连接，所述主轴的外侧通过一号轴向磁轴承、推力盘、二号轴向磁轴承与关节外壳的内部活动连接。

有益效果

与现有技术进行对比，本发明提供了复合式磁悬浮球形主动关节，具备以下有益效果：该复合式磁悬浮球形主动关节，与已有的磁悬浮球形关节相比，简化了球关节的电磁模型，改善了磁悬浮球形电机中转矩控制和悬浮控制复杂电磁耦合关系，便于球形电机的姿态控制，本文提出的复合式磁悬浮球形关节是一种特殊的球形关节结构，由悬浮偏转驱动结构和主轴结构两部分构成，将沿着主轴旋转的自由度分配到安装在球形转子腔体内的磁悬浮电机主轴上，由定子控制球形关节的悬浮与剩余两个自由度的偏转驱动，整个复合式磁悬浮球形主动关节结构简单，操作方便，使用的效果相对于传统方式更好。

附图说明

图1为本发明复合式磁悬浮球形主动关节的整体结构示意图。

图2为本发明复合式磁悬浮球形主动关节中关节外壳截面的结构示意图。

图3为本发明复合式磁悬浮球形主动关节中磁悬浮球形关节机架的结构示意图。

图4为本发明复合式磁悬浮球形主动关节中定子冲片局部的结构示意图。

图5为本发明复合式磁悬浮球形主动关节中磁悬浮球形的关节底座的结构示意图。

图6为本发明复合式磁悬浮球形主动关节中主轴径向控制安装端盖的结构示意图。

图7为本发明复合式磁悬浮球形主动关节中主轴的结构示意图。

图中：1、关节外壳；2、竖向槽；3、端盖；4、横向槽；5、底座；6、安装腔；7、一号穿插孔；8、二号穿插孔；9、定位腿；10、圆弧形硅光电池阵列；11、环形硅光电池阵列；12、定位板；13、定子槽；14、定子；15、定子环；16、一号定位孔；17、方形定位槽；18、定位圆槽；19、二号定位孔；20、三号穿插孔；21、三号定位孔；22、轴承；23、一号径向传感器；24、四号穿插孔；25、主轴；26、一号轴向磁轴承；27、二号径向传感器；28、推力盘；29、二号轴向磁轴承。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一：

如图1-4所示，复合式磁悬浮球形主动关节，包括关节外壳1，关节外壳1的外侧开设有竖向槽2、横向槽4，关节外壳1的下端固定连接有底座5，关节外壳1的上端固定连接有端盖3，关节外壳1的内侧活动连接有主轴25，关节外壳1的内部开设有安装腔6、一号穿插孔7、二号穿插孔8。

安装腔6的内部固定连接有圆弧形硅光电池阵列10、环形硅光电池阵列11、定子槽13，环形硅光电池阵列11的一侧固定连接有定位板12，环形硅光电池阵列11的下端固定连接有圆弧形硅光电池阵列10，定位板12的下端固定连接有定位腿9，定子槽13的内侧活动连接有定子环15，定子环15的内侧开设有一号定位孔16。

定子环15的内侧固定连接有定子14，底座5的内侧开设有方形定位槽17、定位圆槽18、二号定位孔19、三号穿插孔20，端盖3的内侧开设有三号定位孔21，端盖3的内侧活动连接有轴承22，轴承22的内侧开设有四号穿插孔24。

轴承22的外侧固定连接有一号径向传感器23，主轴25的外侧固定连接有二号轴向磁轴承29，二号轴向磁轴承29的下端固定连接有推力盘28，推力盘28的下端固定连接有一号轴向磁轴承26，主轴25的一端固定连接有二号径向传感器27。

关节外壳1与竖向槽2、横向槽4的之间通过浇铸的方式一体成型，端盖3与关节外壳1的之间设置有焊接块，端盖3的下端通过焊接块与关节外壳1的上端固定连接。

环形硅光电池阵列11与关节外壳1的之间设置有电弧焊，环形硅光电池阵列11的内侧通过电弧焊与关节外壳1的内侧固定连接。

实施例二：

如图1、2、5、6所示，复合式磁悬浮球形主动关节，包括关节外壳1，关节外壳1的外侧开设有竖向槽2、横向槽4，关节外壳1的下端固定连接有底座5，关节外壳1的上端固定连接有端盖3，关节外壳1的内侧活动连接有主轴25，关节外壳1的内部开设有安装腔6、一号穿插孔7、二号穿插孔8。

安装腔6的内部固定连接有圆弧形硅光电池阵列10、环形硅光电池阵列11、定子槽13，环形硅光电池阵列11的一侧固定连接有定位板12，环形硅光电池阵列11的下端固定连接有圆弧形硅光电池阵列10，定位板12的下端固定连接有定位腿9，定子槽13的内侧活动连接有定子环15，定子环15的内侧开设有一号定位孔16。

定子环15的内侧固定连接有定子14，底座5的内侧开设有方形定位槽17、定位圆槽18、二号定位孔19、三号穿插孔20，端盖3的内侧开设有三号定位孔21，端盖3的内侧活动连接有轴承22，轴承22的内侧开设有四号穿插孔24。

轴承22的外侧固定连接有一号径向传感器23，主轴25的外侧固定连接有二号轴向磁轴承29，二号轴向磁轴承29的下端固定连接有推力盘28，推力盘28的下端固定连接有一号轴向磁轴承26，主轴25的一端固定连接有二号径向传感器27。

环形硅光电池阵列11的外侧通过定子槽13与定子环15的外侧滑动连接，关节外壳1的底端通过定位腿9、方形定位槽17、二号定位孔19与底座5的上端固定连接。

实施例三：

如图1、2、7所示，复合式磁悬浮球形主动关节，包括关节外壳1，关节外壳1的外侧开设有竖向槽2、横向槽4，关节外壳1的下端固定连接有底座5，关节外壳1的上端固定连接有端盖3，关节外壳1的内侧活动连接有主轴25，关节外壳1的内部开设有安装腔6、一号穿插孔7、二号穿插孔8。

安装腔6的内部固定连接有圆弧形硅光电池阵列10、环形硅光电池阵列11、定子槽13，环形硅光电池阵列11的一侧固定连接有定位板12，环形硅光电池阵列11的下端固定连接有圆弧形硅光电池阵列10，定位板12的下端固定连接有定位腿9，定子槽13的内侧活动连接有定子环15，定子环15的内侧开设有一号定位孔16。

定子环15的内侧固定连接有定子14，底座5的内侧开设有方形定位槽17、定位圆槽18、二号定位孔19、三号穿插孔20，端盖3的内侧开设有三号定位孔21，端盖3的内侧活动连接有轴承22，轴承22的内侧开设有四号穿插孔24。

轴承22的外侧固定连接有一号径向传感器23，主轴25的外侧固定连接有二号轴向磁轴承29，二号轴向磁轴承29的下端固定连接有推力盘28，推力盘28的下端固定连接有一号轴向磁轴承26，主轴25的一端固定连接有二号径向传感器27。

轴承22与端盖3的之间设置有安装槽，轴承22的外侧通过安装槽与端盖3的内部活动连接，主轴25的外侧通过一号轴向磁轴承26、推力盘28、二号轴向磁轴承29与关节外壳1的内部活动连接。

工作原理：本发明包括关节外壳1、竖向槽2、端盖3、横向槽4、底座5、安装腔6、一号穿插孔7、二号穿插孔8、定位腿9、圆弧形硅光电池阵列10、环形硅光电池阵列11、定位板12、定子槽13、定子14、定子环15、一号定位孔16、方形定位槽17、定位圆槽18、二号定位孔19、三号穿插孔20、三号定位孔21、轴承22、一号径向传感器23、四号穿插孔24、主轴25、一号轴向磁轴承26、二号径向传感器27、推力盘28、二号轴向磁轴承29，本发明为复合式磁悬浮球形主动关节，在使用时将定子环15装入定子槽13的内侧，将主轴25通过一号轴向磁轴承26、二号轴向磁轴承29与关节外壳1的内部固定连接，通过端盖3、底座5对主轴25的两端进行固定，关节外壳1的底端通过定位腿9、方形定位槽17、二号定位孔19与底座5进行固定连接，固定完成后将主轴25连接到动力端，本文提出的复合式磁悬浮球形关节是一种特殊的球形关节结构，由悬浮偏转驱动结构和主轴25结构两部分构成，将沿着主轴25旋转的自由度分配到安装在球形转子腔体内的磁悬浮电机主轴上，由定子14控制球形关节的悬浮与剩余两个自由度的偏转驱动，与已有的磁悬浮球形关节相比，简化了球关节的电磁模型，改善了磁悬浮球形电机中转矩控制和悬浮控制复杂电磁耦合关系，便于球形电机的姿态控制，整个操作简单快捷，较为实用。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二（一号、二号）等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (8)

1.复合式磁悬浮球形主动关节，包括关节外壳（1），其特征在于：所述关节外壳（1）的外侧开设有竖向槽（2）、横向槽（4），所述关节外壳（1）的下端固定连接有底座（5），所述关节外壳（1）的上端固定连接有端盖（3），所述关节外壳（1）的内侧活动连接有主轴（25），所述关节外壳（1）的内部开设有安装腔（6）、一号穿插孔（7）、二号穿插孔（8）。

2.根据权利要求1所述的复合式磁悬浮球形主动关节，其特征在于：所述安装腔（6）的内部固定连接有圆弧形硅光电池阵列（10）、环形硅光电池阵列（11）、定子槽（13），所述环形硅光电池阵列（11）的一侧固定连接有定位板（12），所述环形硅光电池阵列（11）的下端固定连接有圆弧形硅光电池阵列（10），所述定位板（12）的下端固定连接有定位腿（9），所述定子槽（13）的内侧活动连接有定子环（15），所述定子环（15）的内侧开设有一号定位孔（16）。

3.根据权利要求2所述的复合式磁悬浮球形主动关节，其特征在于：所述定子环（15）的内侧固定连接有定子（14），所述底座（5）的内侧开设有方形定位槽（17）、定位圆槽（18）、二号定位孔（19）、三号穿插孔（20），所述端盖（3）的内侧开设有三号定位孔（21），所述端盖（3）的内侧活动连接有轴承（22），所述轴承（22）的内侧开设有四号穿插孔（24）。

4.根据权利要求3所述的复合式磁悬浮球形主动关节，其特征在于：所述轴承（22）的外侧固定连接有一号径向传感器（23），所述主轴（25）的外侧固定连接有二号轴向磁轴承（29），所述二号轴向磁轴承（29）的下端固定连接有推力盘（28），所述推力盘（28）的下端固定连接有一号轴向磁轴承（26），所述主轴（25）的一端固定连接有二号径向传感器（27）。

5.根据权利要求1所述的复合式磁悬浮球形主动关节，其特征在于：所述关节外壳（1）与竖向槽（2）、横向槽（4）的之间通过浇铸的方式一体成型，所述端盖（3）与关节外壳（1）的之间设置有焊接块，所述端盖（3）的下端通过焊接块与关节外壳（1）的上端固定连接。

6.根据权利要求2所述的复合式磁悬浮球形主动关节，其特征在于：所述环形硅光电池阵列（11）与关节外壳（1）的之间设置有电弧焊，所述环形硅光电池阵列（11）的内侧通过电弧焊与关节外壳（1）的内侧固定连接。

7.根据权利要求2所述的复合式磁悬浮球形主动关节，其特征在于：所述环形硅光电池阵列（11）的外侧通过定子槽（13）与定子环（15）的外侧滑动连接，所述关节外壳（1）的底端通过定位腿（9）、方形定位槽（17）、二号定位孔（19）与底座（5）的上端固定连接。

8.根据权利要求3所述的复合式磁悬浮球形主动关节，其特征在于：所述轴承（22）与端盖（3）的之间设置有安装槽，所述轴承（22）的外侧通过安装槽与端盖（3）的内部活动连接，所述主轴（25）的外侧通过一号轴向磁轴承（26）、推力盘（28）、二号轴向磁轴承（29）与关节外壳（1）的内部活动连接。

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