[发明专利]包括平面线圈的多自由度电磁机器

说明书

本公开题为“包括平面线圈的多自由度电磁机器”。本公开提供了一种多自由度电磁机器，该多自由度电磁机器包括球形主体、外部结构、多个磁体和多个绕组。该多个绕组中的每个绕组包括柔性介电基板和电导体。该柔性介电基板具有内表面和外表面，并且该柔性基板的该内表面面向该球形主体的该外表面。该电导体设置在该柔性介电基板的该内表面或该外表面中的至少一者上。

技术领域

本发明整体及多自由度电磁机器，并且更具体地涉及包括平面线圈的多自由度电磁机器。

背景技术

众所周知，当前可用的运动控制系统被设计成以多于一个自由度(DoF)移动物体，其包括用于每个DoF的单独的马达或致动器。更具体地，需要至少两个马达或致动器来实现2-DoF运动，需要至少三个马达或致动器来实现3-DoF运动，等等。因此，涉及多于一个DoF的机构往往一定程度地体积较大且笨重，因此效率低下。

虽然近年来电子器件和传感器技术已显著缩小，但机械运动技术却没有跟上。这就是为什么平移/倾斜机构等运动系统通常不用于较小平台诸如迷你型或微型无人机(无人驾驶飞行器)和微型卫星上的原因所在。取决于多DoF运动控制的机器人系统只得忍受当前运动系统所固有的低效率。

为了解决上述问题，已经开发出各种类型的多轴机器。然而，在许多情况下，这些多轴机器是使用相对困难、耗时、非标准且低重复性工艺和方法制造的。

因此，需要的是可使用与已知方法相比相对容易、耗时较少、标准且呈现出高重复性的方法制造的多自由度电磁机器。本发明至少满足了这些需求。

发明内容

提供本发明内容以便以简化形式描述所选概念，这些概念在具体实施方式中进一步描述。本发明内容不旨在识别要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不旨在用于帮助确定要求保护的主题的范围。

在一个实施方案中，多自由度电磁机器包括球形主体、外部结构、多个磁体和多个绕组。球形主体具有外表面。外部结构与球形主体间隔开并包围该球形主体的至少一部分，并且外部结构具有内表面。磁体耦接到外部结构的内表面。绕组耦接到球形主体的外表面。多个绕组的至少一部分与多个绕组的至少另一个部分部分地重叠。多个绕组中的每个绕组包括柔性介电基板和电导体。柔性介电基板具有内表面和外表面，并且柔性基板的内表面面向球形主体的外表面。电导体设置在柔性介电基板的内表面或外表面中的至少一者上并被配置为螺旋。螺旋可为圆形或非圆形的。

在另一个实施方案中，多自由度电磁机器包括定子、转子和多个绕组组。定子具有内表面、外表面、敞开的第一端和敞开的第二端。内表面限定在敞开的第一端与敞开的第二端之间的通道。转子设置在通道内并能够在其中旋转。转子具有外表面。绕组组耦接到结构的内表面并与转子的外表面间隔开。绕组组中的每个绕组组包括第一绕组、第二绕组和第三绕组。第一绕组和第二绕组彼此相邻地设置且不重叠。第三绕组缠绕在第一绕组和第二绕组上。第一绕组、第二绕组和第三绕组中的每者包括柔性介电基板和电导体。柔性介电基板具有内表面和外表面，并且电导体设置在柔性介电基板的内表面或外表面中的至少一者上。

此外，结合附图和前述的背景技术，多自由度电磁机器的其他所期望的特征和特性将从后续详细描述和所附权利要求书变得显而易见。

附图说明

下面将结合以下附图来描述本发明，其中相似数字表示相似元件，并且其中：

图1是多自由度电磁机器的一个实施方案的一部分的简化剖视图；

图2至图4描绘了可在图1的机器中使用的绕组配置的不同实施方案；

图5和图6描绘了电导体可如何设置在柔性基板上的不同配置；

图7和图8描绘了可用于实现图1的机器的球形主体和绕组的一个实施方案；

图9描绘了可用于实现图1的机器的球形主体和绕组的另一个实施方案；