[其他]球形转子力矩电动机

说明书

本发明属于力矩电动机。本发明球形转子力矩电动机由空气轴承，球形转子和定子构成。定子为非整体式结构，是由一条绕球形转子四周的有限带宽内的三个定子部件和托盘构成。三个定子部件的绕组通电后，能使球形转子分别产生围绕Ｘ轴，Ｙ轴和Ｚ轴的转动力矩，电动机的力矩由各转动力矩的矢量和所决定，分别调节各定子部件绕组的电流就可以调节电动机的力矩大小，并使力矩方向在空间任意变化，从而实现球形转子的空间运动。

本发明属于力矩电动机。

一般的力矩电动机的转子呈圆柱形或圆盘形。定子由一个嵌有绕组的整体铁芯构成。绕组通电产生力矩，力矩的大小可以调节，其方向沿圆周的切线方向。转子围绕其固定轴线旋转，转子上的各点作圆周运动。法国专利FR2452193采用二个定子磁场部件，彼此对于XOX′轴和YOY′轴对称布置，在同一磁场部件上嵌有在球面经线槽和纬线槽内的二组线圈，从而使球形转子产生空间转动的力矩。由于它采取了共磁路结构，因此很难实现在各个轴线方向上高精度地控制转动力矩的大小。

本发明的目的是提供一种新结构的球形转子力矩电动机，该电动机能够高精度地控制各轴转动力矩的大小，其力矩方向能在空间任意变化，能实现转子及其负载（如装有控制装置和仪表的平台）在空间的运动。例如，它可以作为飞行物体姿态控制模拟试验的干扰力矩源，能用于模拟飞行物体（如卫星）在空间飞行时所受到的引力、空气动力等干扰力矩，有助于试验研究物体在干扰力矩作用下的飞行姿态以及控制装置对飞行姿态的影响。

本发明的球形转子力矩电动机是将定子的输入电能转变成转子在空间任意方向上的机械力矩输出。它由一个空气轴承支撑的球形转子和一个非整体式结构的定子组成。这种定子与现有力矩电动机的定子不同，它由一条绕球形转子四周的有限带宽内的三个定子部件和固定这三个定子部件的托盘构成，该有限带宽的中心轴线称为Z轴，该轴也是球形转子的Z方向中心轴线。定子部件的安装原则是各定子形成单独的磁路结构，三个定子分别通以交流电后，能使球形转子分别产生围绕Z轴、X轴和Y轴的转动力矩。X轴和Y轴彼此正交并且与Z轴垂直。本发明电动机可以高精度地控制转子在一定空间圆锥角度的输出力矩的大小和方向，并能够带动与球形转子Z轴方向上相连接的负载在空间转动。每个定子部件由一块或数块弧形定子（包括定子铁芯和绕组）构成。其弧形定子的块数根据使用要求的最大输出力矩而定，在弧形定子的电磁参数相同的条件下，力矩要求越大，需要的块数越多。

为了清楚地说明本发明内容，给予三个定子部件以命名：当一个定子部件的绕组通电后，产生使球形转子围绕X轴运动的力矩称为X轴力矩T_X，该定子部件称为A定子;同理，另一个定子部件的绕组通电后，产生使球形转子围绕Y轴运动的力矩称为Y轴力矩T_y，该定子部件称为B定子;当第三个定子部件的绕组通电后，产生使球形转子围绕Z轴运动的力矩称为Z轴力矩Tz，该定子部件称为C定子以下的叙述采用了这些命名。

当A、B、C定子的绕组通电后，球形转子力矩电动机的力矩矢量T为;

T＝T_x+T_y+T_z ①

电动机的力矩值为

T＝Tx2+Ty2+Tz2 ]]> ②

电动机力矩与Z轴的夹角为

θz＝tg^-1T_z/T ③