具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图5。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

实施例1

请参阅图1、图2，本发明提供一种万向电机，包括永磁体转子2、定子基座4及芯片伺服系统6，所述芯片伺服系统6固定于定子基座4的底部，永磁体转子2位于定子基座4的上方，永磁体转子2和定子基座4之间设置有重力支撑5，所述重力支撑5与定子基座4固定连接；永磁体转子2的顶部刚性连接有转子轴1，转子轴1与永磁体转子2为一体结构，定子基座4上排列有多组线圈3；所述芯片伺服系统6包括IC芯片，及与IC芯片电连接的电流调节单元，电流调节单元与所述多组线圈3电连接，用于控制多组线圈3的通电电流，所述电流调节单元可采用伺服电机或电流调节器，IC芯片通过电流调节单元精确的输出电流获得所需要的电机工作状态；本电机可外挂物联网通信模块IOT或者人工智能芯片AI实现远程智能控制。

本发明万向电机包括永磁体转子2，定子基座4以及用于驱动永磁体转子2相对于定子基座4转动的线圈3。所述线圈3为多组(至少三组)，可均匀排布在永磁体转子2和定子基座4之间，线圈3基于不同预设通电电流，从各个设定方向产生驱动永磁体转子2发生转动的力矩。基于预设的控制方法，线圈3产生的叠加力矩实现永磁体转子2的动力输出。

可选的，所述线圈3包括绕组导线与绕组本体，所述绕组导线环绕在绕组本体上，绕组本体为柱状，其一端连接在定子基座4上，另一端抵近永磁体转子2。绕组本体通过卡接、焊接或粘接在定子基座4外壁上。当绕组本体卡接连接定子基座4时，所述定子基座4外壁上设有与绕组本体卡接配合的卡槽。

可选的，永磁体转子2和定子基座4之间设置有重力支撑5，用于使永磁体转子2和定子基座4产生容纳所述线圈3的间隙，重力支撑5的长度至少应大于线圈3的长度。

重力支撑5与定子基座4连接，包括粘结、焊接或沉头螺钉等连接结构；在静止状态时，重力支撑5产生足以抵消永磁体转子2重力的支撑力，永磁体转子2与重力支撑5接触面为均匀光滑的面，如弧形曲面、线性平面等。

可选的，转子轴1与永磁体转子2连接结构为插接、焊接等，也可一体成型；线圈3产生的驱动力矩作用在永磁体转子2上，通过多组线圈3作用力的叠加，使永磁体转子2相对定子基座4发生偏移、旋转等动作，永磁体转子2带动转子轴1向设定方向输出动力。

可选的，所述线圈3的通电电流通过芯片伺服系统6控制，芯片伺服系统6可包括IC芯片、pc或其他具有相应功能的处理计算单元，它根据预设的控制参数，为线圈3输入通电电流。

基于以上实施例，所述定子基座4为球形，所述定子基座4的球形表面分布有多组线圈。线圈的分布特征和数量根据应用环境和电机的尺寸、用途决定，其分布特征符合任意一种矩阵数学表达式即可。

基于以上实施例，所述永磁体转子2为球冠形，在不通电的情况下由重力支撑5固定，并罩设于定子基座4的上半球部分，在通电的情况下，重力支撑5收缩，永磁体转子2依靠线圈3产生的电磁力悬浮，当永磁体转子2旋转时可减少摩擦力对动力的损耗，在线圈3通电的情况下，永磁体转子2围绕定子基座4转动，实现球面有限范围内任意角度方向的矢量扭矩输出或者可持续的轴动力输出。

基于以上实施例，所述转子轴1的一端与永磁体转子2连接，另一端连接运动机构，所述运动机构包括工业机器人机械臂、电动旋翼飞行器及其他结构。

基于以上实施例，所述重力支撑5与永磁体转子的接触面采用光滑柔性材料制成，可采用硅胶、橡胶等，其内部结构如图7所示，重力支撑底部设置有弹簧，弹簧通电后产生磁力将重力支撑底部磁铁吸住使重力支撑离开转子；弹簧不通电后磁力消失，重力支撑弹出。

转子支撑也可以采用轴承结构，无论转子重力支撑是采用可伸缩磁悬浮还是机械轴承，都在本专利权利保护范围内。

请参阅图5，为一种万向电机的控制方法，所述控制方法包括：

步骤1：将预设的电机工作状态输入IC芯片；

基于以上实施例，所述步骤1中，输入的电机工作状态包括，需要方向A的矢量扭矩M1，并在时段t1后到达角度S，在工作时段t2内向角度S提供持续轴动力M2。

基于以上实施例，可通过人工输入电机工作状态，例：可采用遥控手柄，在遥控手柄上人工输入电机的状态感应信号，传感器将其转化为电信号，并发送至IC芯片；

或自动将电机工作状态转化为电信号输入，例：应用于自动化领域工业机器人时，工业机器人所需要的工作状态通过电信号输入至IC芯片。

步骤2：IC芯片通过数学运算将所述工作状态转化成控制指令，并将该控制指令发送至伺服电机；

本步骤中，数学运算方法可以为(本算法为举例，实际工程应用中可变通处理，均在本专利权利要求范围内)：

1)以球心为原点建立笛卡尔坐标系。

2)设线圈a₁、a₂…a_n产生的力分别为F_a1、F_a2…F_an；

3)合力在每个坐标轴上的投影，等于多个线圈产生的力在每个坐标轴上投影的线性叠加：

F_x＝C_a1·F_a1·Sin(θ_xa1)+C_a1·F_a2·Sin(θ_xa2)+C_a3·F_a3·Sin(θ_xa3)+…+C_an·F_an·Sin(θ_xan)； (1)

F_y＝C_a1·F_a1·Sin(θ_ya1)+C_a1·F_a2·Sin(θ_ya2)+C_a3·F_a3·Sin(θ_ya3)+…+C_an·F_an·Sin(θ_yan)； (2)

F_z＝C_a1·F_a1·Sin(θ_za1)+C_a1·F_a2·Sin(θ_za2)+C_a3·F_a3·Sin(θ_za3)+…+C_an·F_an·Sin(θ_zan)； (3)

其中F_an为每个线圈所能产生的最大力；C_an为控制系数，取值范围0～1，具体数值为线圈3当前电流与最大电流的比值；F_an与C_an的乘积即为该线圈当前实际产生的力；θ为线圈3轴心即力的方向与各坐标轴的夹角。

实际控制时，将目标方向在三个坐标轴方向投影，将得到的三个方向的分力F_x、F_y、F_z带入上述合力线性叠加方程，解出每个线圈的控制系数，根据控制系数调整每个线圈3的电流。

运动轨迹控制：将一个运动分解为多个连续的方位变化，通过公式(1)～(3)可计算得出每个方位上线圈a_1～a_n的所受的力，实现的连续控制。

其中，本数学计算方法为可采用的实现本步骤的方法之一，只要最终实现的技术目标相同或者相近，均属于本方案的保护范围。

步骤3：伺服电机向多组线圈a_n输入不同大小和方向的电流，根据磁场—电流原理，由于永磁体磁场的存在，多组线圈a_n通电后形成不同方向与大小的矢量安培力；

请参阅图6，由上述公式(1)～(3)解出：

1.在t1时段内应对线圈a₁～a_n分别输入同步电脉冲h₁-h_n(可变)，以获取方向A的矢量扭矩M1合力，永磁体转子2在时间节点t1准确到达角度位置S；

2.在工作时段t2内对线圈a₁～a_n分别输入同步电脉冲H₁～H_n(可变)，以获得持续轴动力M2。

其中，h_n、H_n可以为稳定的多相交流电(波形相同，相位差与线圈的轴夹角相等)。

步骤4：多组线圈a_n形成的矢量安培力叠加后形成预设方向和大小的矢量扭转合力，所述矢量扭转合力使永磁体转子2偏转至所述预设方向；

步骤5：伺服电机向预设线圈3输出电流，转子轴1向预设方向输出轴动力。

实施例2

请参阅图3、图4，本发明提供一种万向电机，包括永磁体转子2、定子基座4及芯片伺服系统6，所述芯片伺服系统6固定于定子基座4的底部，永磁体转子2位于定子基座4的上方，永磁体转子2和定子基座4之间设置有可伸缩重力支撑5，所述重力支撑5与定子基座4固定连接；永磁体转子2的顶部刚性连接有转子轴1，转子轴1与永磁体转子2为一体结构，定子基座4上排列有多组线圈3；所述芯片伺服系统6包括IC芯片，及与IC芯片电连接的电流调节单元，电流调节单元与所述多组线圈3电连接，用于控制多组线圈3的通电电流，IC芯片通过控制伺服电机精确的输出电流获得所需要的电机工作状态；本电机可外挂物联网通信模块IOT或者人工智能芯片AI实现远程智能控制。

本发明万向电机包括永磁体转子2，定子基座4以及用于驱动永磁体转子2相对于子基座4转动的线圈3。所述线圈3为多组(至少三组)，可均匀排布在永磁体转子2和定子基座4之间，线圈3基于不同预设通电电流，从各个设定方向产生驱动永磁体转子2发生转动的力矩。基于预设的控制方法，线圈3产生的叠加力矩实现永磁体转子2的动力输出。

可选的，所述线圈3包括绕组导线与绕组本体，所述绕组导线环绕在绕组本体上，绕组本体为任意截面柱状或特定螺旋状，其一端连接在定子基座4上，另一端抵近永磁体转子2。绕组本体通过卡接、焊接或粘接在定子基座4内壁上。当绕组本体卡接连接定子基座4时，所述定子基座4内壁上设有与绕组本体卡接配合的卡槽。

可选的，永磁体转子2和定子基座4之间设置有重力支撑5，用于使永磁体转子2和定子基座4产生容纳所述线圈3的间隙，重力支撑5的长度至少应大于线圈3的长度。

重力支撑5与定子基座4连接，包括粘结、焊接或沉头螺钉等连接结构；在静止状态时，重力支撑5产生足以抵消永磁体转子2重力的支撑力，永磁体转子2与重力支撑5接触面为均匀光滑的面，如弧形曲面、线性平面等。

可选的，转子轴1与永磁体转子2连接结构为插接、焊接等，也可一体成型；线圈3产生的驱动力矩作用在永磁体转子2上，通过多组线圈3作用力的叠加，使永磁体转子2相对定子基座4发生偏移、旋转等动作，永磁体转子2带动转子轴1向设定方向输出动力。

可选的，所述线圈3的通电电流通过芯片伺服系统6控制，芯片伺服系统6可包括IC芯片、pc或其他具有相应功能的处理计算单元，它根据预设的控制参数，为线圈3输入通电电流。

基于以上实施例，所述定子基座4为球冠形，所述定子基座4的内表面分布有多组线圈a_n。线圈的分布特征和数量根据应用环境和电机的尺寸、用途决定，其分布特征符合任意一种矩阵数学表达式。

基于以上实施例，所述永磁体转子2为球形，位于定子基座4内，在不通电的情况下由重力支撑5固定，并罩设于定子基座4的上半球部分，在通电的情况下，重力支撑5收缩，永磁体转子2依靠线圈3产生的电磁力悬浮，当永磁体转子2旋转时可减少摩擦力对动力的损耗。

基于以上实施例，所述转子轴1的一端与永磁体转子2连接，另一端连接运动机构，所述运动机构包括工业机器人机械臂、电动旋翼飞行器及其他结构。

基于以上实施例，所述重力支撑5采用柔性材料制成，可以为硅胶或者橡胶等。

工作原理：

步骤1：将预设的电机工作状态输入IC芯片；

步骤2：IC芯片通过数学运算将所述工作状态转化成控制指令(参考实施例1)，并将该控制指令发送至伺服电机；

步骤3：伺服电机向多组线圈输入不同大小和方向的电流，多组线圈通电后形成不同方向与大小的矢量安培力；

步骤4：多组线圈形成的矢量安培力叠加后形成预设方向和大小的矢量扭转合力，所述矢量扭转合力使永磁体转子2偏转至所述预设方向；

步骤5：伺服电机向预设线圈3输出电流，转子轴1向预设方向输出轴动力。

综上所述，本发明将多个电机所能实现的功能改进为采用一个电机即可实现，并且增加了灵活度，可向任意角度输出轴动力，不仅简化了机械结构，还达到了工业自动化的要求。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。