王群京，乔元忠，鞠鲁峰，周睿，何竞雄

(1.安徽大学 电气工程与自动化学院，合肥 230601；2.安徽大学 高节能电机及控制技术国家地方联合工程实验室，合肥 230601；3.安徽大学 工业节电与电能质量控制协同创新中心，合肥 230601)

0 引 言

对于传统的单轴电机而言，完成多自由度动作需要多台电机进行组合控制，其机械系统效率低下，体积过大，控制繁琐[1]。球形电机由于自身的结构特性可单独完成三自由度运动，引起了人们的关注和研究，体积小、响应速度快、定位精确的优点使得其在机器人、摄像头、汽车航天等领域拥有广泛的应用前景[2]。

近年来，国内外学者对球形电机进行了大量的研究，并且设计分析了不同形式的球形电机。文献[3]提出了永磁球形步进电动机，该电机转子结构上均匀分布了40个永磁体，定子线圈共有16个，不考虑输出轴的情况下，可以实现全角度旋转，缺点是体积较大。文献[4]基于定转子磁场分析设计出一种新型永磁球形电机，转子球表面的40个永磁体NS极交替分布，增大了电机的运动角，提高了电机输出转矩。文献[5]把球形电机应用到了保形打印上(喷射印花机)，结合底座三轴运动可以实现6自由度运动，并且详细探讨了球形电机应用于保形打印的可行性。文献[6]首次将Halbach阵列的永磁体引入到球形电机中，并分别采用解析法和有限元法对电机的磁场进行分析，该电机气隙磁密近正弦分布。文献[7]采用双相正交绕组设计了一种新颖的壳式感应球形电机，并使用解析法和有限元法进行了磁场分析,该电机可以真正意义上不受结构限制实现三自由度旋转。……