無鐵心永磁式有限轉(zhuǎn)角電的制造方法
【專利摘要】無鐵心永磁式有限轉(zhuǎn)角電機(jī)，涉及一種有限轉(zhuǎn)角電機(jī)。針對現(xiàn)有繞線式有限轉(zhuǎn)角直流力矩電機(jī)氣隙磁密低，力矩密度較低、電感較大及一般徑向磁路結(jié)構(gòu)的動圈式有限轉(zhuǎn)角電機(jī)繞組中環(huán)流問題。軸承座與外殼封閉端固接，內(nèi)、外定子固定在一起，電機(jī)軸通過軸承安裝在軸承座內(nèi)和支架上，外定子套裝在軸承座上，內(nèi)、外定子外圓周側(cè)面和內(nèi)圓周側(cè)面上固定有外、內(nèi)永磁磁鋼，并形成閉式磁路結(jié)構(gòu)，內(nèi)、外永磁磁鋼之間設(shè)置有骨架，多組繞組線圈固定纏繞在骨架上，骨架與內(nèi)、外永磁磁鋼之間設(shè)有氣隙，繞組線圈組數(shù)與磁極極數(shù)相同，每兩個相鄰的繞組線圈繞向相反，且串聯(lián)連接，骨架與支架固定連接，外殼敞口端與端蓋可拆卸連接。本發(fā)明用于掃描機(jī)構(gòu)及伺服定位系統(tǒng)中。
【專利說明】無鐵心永磁式有限轉(zhuǎn)角電機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種有限轉(zhuǎn)角電機(jī)，屬于電機(jī)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在自動控制系統(tǒng)中，電機(jī)是一種必不可少的執(zhí)行元件，在某些特殊的場合下只要求執(zhí)行元件在有限角度內(nèi)旋轉(zhuǎn)，此時往往考慮使用有限轉(zhuǎn)角電機(jī)。與傳統(tǒng)的電勵磁電機(jī)和永磁電機(jī)相比，有限轉(zhuǎn)角電機(jī)在控制的難易程度和系統(tǒng)的成本上有明顯的優(yōu)勢，具有力矩波動小、輸出力矩大、易于控制和維護(hù)性好等優(yōu)點(diǎn)。但是傳統(tǒng)的動鐵式有限轉(zhuǎn)角電機(jī)，其轉(zhuǎn)動慣量較大，響應(yīng)速度較慢，若有限轉(zhuǎn)角電機(jī)為齒槽結(jié)構(gòu)時，雖能夠保證較高的氣隙磁密，但其會產(chǎn)生較大的力矩波動，對有限轉(zhuǎn)角電機(jī)的最大擺角范圍造成很大的影響。若有限轉(zhuǎn)角電機(jī)設(shè)計(jì)為無齒槽結(jié)構(gòu)，即為繞線式結(jié)構(gòu)，將繞組線圈均勻的纏繞在一個導(dǎo)磁環(huán)上，雖然此時不存在定位力矩，但同時也增大了有限轉(zhuǎn)角電機(jī)的氣隙，使得其氣隙磁密有顯著的減小，從而降低了有限轉(zhuǎn)角電機(jī)的力矩密度，且電感較大。此外，一般徑向磁路結(jié)構(gòu)的動圈式有限轉(zhuǎn)角電機(jī)還存在繞組中的環(huán)流問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種無鐵心永磁式有限轉(zhuǎn)角電機(jī)，以解決現(xiàn)有繞線式有限轉(zhuǎn)角直流力矩電機(jī)氣隙磁密低，力矩密度較低、電感較大以及一般徑向磁路結(jié)構(gòu)的動圈式有限轉(zhuǎn)角電機(jī)繞組中的環(huán)流問題。
[0004]本發(fā)明的無鐵心永磁式有限轉(zhuǎn)角電機(jī)為環(huán)形閉式磁路結(jié)構(gòu)的無鐵心永磁式有限轉(zhuǎn)角電機(jī)。此種環(huán)形閉式磁路結(jié)構(gòu)，沿著半徑方向能夠提供一致的氣隙磁密，從而消除了一般徑向磁路結(jié)構(gòu)的動圈式有限轉(zhuǎn)角電機(jī)繞組中的環(huán)流問題。
[0005]無鐵心永磁式有限轉(zhuǎn)角電機(jī)，它包括內(nèi)定子、外定子、內(nèi)永磁磁鋼、外永磁磁鋼、外殼、電機(jī)軸、端蓋、軸承座，所述的外殼一端為封閉端，外殼另一端為敞口端，外殼中部設(shè)有安裝孔，外殼內(nèi)設(shè)置有軸承座，軸承座一端與外殼的封閉端固接，且軸承座中心線與外殼中心線重合；所述的無鐵心永磁式有限轉(zhuǎn)角電機(jī)還包括動圈式轉(zhuǎn)子，所述的動圈式轉(zhuǎn)子包括骨架、支架和多組繞線線圈，所述的內(nèi)永磁磁鋼和外永磁磁鋼均包括多個大扇形永磁磁鋼片和多個小扇形永磁磁鋼片，外定子和內(nèi)定子均由導(dǎo)磁材料制成；
所述的內(nèi)定子與外定子固定在一起，電機(jī)軸一端穿出外殼安裝孔，電機(jī)軸通過軸承一安裝在軸承座內(nèi)，電機(jī)軸另一端通過軸承二安裝在支架上，電機(jī)軸另一端與支架固定連接，電機(jī)軸軸線與支架中心線重合，外定子中部設(shè)有中心孔，外定子通過中心孔套裝在軸承座上，且外定子與軸承座可拆卸連接，電機(jī)軸與內(nèi)定子和外定子同軸設(shè)置，內(nèi)定子外圓周側(cè)面上固定有外永磁磁鋼，且外永磁磁鋼的多個大扇形永磁磁鋼片和多個小扇形永磁磁鋼片沿內(nèi)定子外圓周側(cè)面上依次交替排布，外定子內(nèi)圓周側(cè)面上固定有內(nèi)永磁磁鋼，且內(nèi)永磁磁鋼的多個大扇形永磁磁鋼片和多個小扇形永磁磁鋼片沿外定子內(nèi)圓周側(cè)面上依次交替排布，內(nèi)永磁磁鋼和外永磁磁鋼所構(gòu)成的每一對極為多段式結(jié)構(gòu)，并形成閉式磁路結(jié)構(gòu)，內(nèi)永磁磁鋼和外永磁磁鋼之間設(shè)置有骨架，多組繞組線圈沿外永磁磁鋼圓周方向均布固定纏繞在骨架上，骨架與內(nèi)永磁磁鋼之間以及骨架與外永磁磁鋼之間分別設(shè)有氣隙，繞組線圈組數(shù)與繞組線圈磁極極數(shù)相同，每兩個相鄰的繞組線圈繞向相反，且串聯(lián)連接，骨架外端與支架固定連接，外殼敞口端與端蓋可拆卸連接，外定子與外殼可拆卸連接。
[0006]優(yōu)選的是，所述的外永磁磁鋼利用環(huán)氧樹脂膠粘接固定在內(nèi)定子的外圓周側(cè)面上，內(nèi)永磁磁鋼同樣利用環(huán)氧樹脂膠粘接固定在外定子的內(nèi)圓周側(cè)面上。
[0007]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果:
1.內(nèi)、外定子上的永磁磁鋼為新型環(huán)形閉式磁路結(jié)構(gòu)，能夠有效的提高動圈式有限轉(zhuǎn)角電機(jī)的氣隙磁密，磁密幅值一般可由0.4T左右提高到0.6T左右，進(jìn)而提高其力矩密度，力矩密度提高了 20%左右，在同等的技術(shù)要求下，可以減小電機(jī)的尺寸，應(yīng)用場合廣泛。
[0008]2.此種新型環(huán)形閉式磁路結(jié)構(gòu)，可以使得電機(jī)沿著徑向具有一致性的氣隙磁密，從而消除了電機(jī)繞組中的環(huán)流問題。
[0009]3.電機(jī)采用無鐵心結(jié)構(gòu)，消除了定位力矩對此類電機(jī)性能的影響，且轉(zhuǎn)子采用的動圈式結(jié)構(gòu)，能夠有效的減小電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量，從而提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明的無鐵心永磁式有限轉(zhuǎn)角電機(jī)的主剖視圖；
圖2是圖1中的A-A剖面圖，電機(jī)軸未畫出；
圖3是圖2中的B-B剖視圖；
圖4是內(nèi)永磁磁鋼和外永磁磁鋼充磁示意圖，箭頭所指示的方向?yàn)槌浯欧较颍瑥膱D4可以看出內(nèi)永磁磁鋼三段和外永磁磁鋼三段構(gòu)成了一個閉式磁路結(jié)構(gòu)；
圖5是繞組線圈在骨架上的分布及某一時刻繞組線圈上的電流通電方向示意圖。
[0011]圖4和圖5中，黑點(diǎn)表示電流由里向出，十字線表示電流由外向里進(jìn)。
[0012]本發(fā)明中的各部件名稱及件號如下:
1-外定子；2_內(nèi)永磁磁鋼；3_繞組線圈；4-骨架；5_外永磁磁鋼；6_內(nèi)定子；7-支架；8-外殼；9-電機(jī)軸；10_端蓋；11_軸承座；12_軸承一 ；13_軸承二 ；14_氣隙；15_擋板。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合【專利附圖】

【附圖說明】具體的實(shí)施方式:
如圖f圖5所示；無鐵心永磁式有限轉(zhuǎn)角電機(jī)，它包括內(nèi)定子6、外定子1、內(nèi)永磁磁鋼2、外永磁磁鋼5、外殼8、電機(jī)軸9、端蓋10、軸承座11,所述的外殼8 —端為封閉端,夕卜殼8另一端為敞口端，外殼8中部設(shè)有安裝孔，外殼8內(nèi)設(shè)置有軸承座11，軸承座11 一端與外殼8的封閉端固接，且軸承座11中心線與外殼8中心線重合；所述的無鐵心永磁式有限轉(zhuǎn)角電機(jī)還包括動圈式轉(zhuǎn)子，所述的動圈式轉(zhuǎn)子包括骨架4、支架7和多組繞線線圈3，所述的內(nèi)永磁磁鋼2和外永磁磁鋼5均包括多個大扇形永磁磁鋼片和多個小扇形永磁磁鋼片，夕卜定子I和內(nèi)定子6均由導(dǎo)磁材料制成；
所述的內(nèi)定子6與外定子I固定在一起，電機(jī)軸9 一端穿出外殼8安裝孔，電機(jī)軸9通過軸承一 12安裝在軸承座11內(nèi)，電機(jī)軸9另一端通過軸承二 13安裝在支架7上，電機(jī)軸9另一端與支架7固定連接，電機(jī)軸9軸線與支架7中心線重合，外定子I中部設(shè)有中心孔，外定子I通過中心孔套裝在軸承座11上，且外定子I與軸承座11可拆卸連接，電機(jī)軸9與內(nèi)定子6和外定子I同軸設(shè)置，內(nèi)定子6外圓周側(cè)面上固定有外永磁磁鋼5,且外永磁磁鋼5的多個大扇形永磁磁鋼片和多個小扇形永磁磁鋼片沿內(nèi)定子6外圓周側(cè)面上依次交替排布，夕卜定子I內(nèi)圓周側(cè)面上固定有內(nèi)永磁磁鋼2,且內(nèi)永磁磁鋼2的多個大扇形永磁磁鋼片和多個小扇形永磁磁鋼片沿外定子I內(nèi)圓周側(cè)面上依次交替排布，內(nèi)永磁磁鋼2和外永磁磁鋼5所構(gòu)成的每一對極為多段式結(jié)構(gòu)，并形成閉式磁路結(jié)構(gòu)，內(nèi)永磁磁鋼2和外永磁磁鋼5之間設(shè)置有骨架4，多組繞組線圈3沿外永磁磁鋼5圓周方向均布固定纏繞在骨架4上，骨架4與內(nèi)永磁磁鋼2之間以及骨架4與外永磁磁鋼5之間分別設(shè)有氣隙14，繞組線圈3組數(shù)與繞組線圈3磁極極數(shù)相同，每兩個相鄰的繞組線圈3繞向相反，且串聯(lián)連接，骨架4外端與支架7固定連接，外殼8敞口端與端蓋10可拆卸連接，外定子I與外殼8可拆卸連接。
[0014]內(nèi)定子6和外定子I采用環(huán)形閉式磁路結(jié)構(gòu)，繞組線圈3纏繞在骨架4上，每兩個相鄰的繞組線圈3繞向相反，且串聯(lián)連接，保證通入到繞組線圈3中的電流方向相反。
[0015]本實(shí)施方式中，所述的外永磁磁鋼5利用環(huán)氧樹脂膠粘接固定在內(nèi)定子6的外圓周側(cè)面上，內(nèi)永磁磁鋼2同樣利用環(huán)氧樹脂膠粘接固定在外定子I的內(nèi)圓周側(cè)面上。
[0016]本實(shí)施方式中，夕卜定子I為圓柱形筒體，夕卜定子I 一端通過擋板15封閉,擋板15的中心設(shè)有所述的中心孔，外定子I通過擋塊15的中心孔套裝在軸承座11上。
[0017]內(nèi)定子6也為圓柱形筒體,且內(nèi)定子6的兩端均為敞口端，內(nèi)定子6套裝在外定子I內(nèi)。
[0018]本發(fā)明的工作原理如下:
當(dāng)繞組線圈3通入直流電時，因?yàn)楣羌?上相鄰的繞組線圈3的繞向相反，那么某一時刻時，繞組線圈3中的電流方向如圖5所示，閉式磁路的充磁方式如圖4所示，這種環(huán)形閉式磁路結(jié)構(gòu)能夠有效的提高電機(jī)的氣隙磁密，從而提高電機(jī)的力矩密度，同時此種新型閉式磁路結(jié)構(gòu)在半徑方向上能夠提供一致的氣隙磁密，從而消除了一般徑向磁路結(jié)構(gòu)的有限轉(zhuǎn)角電機(jī)繞組中的環(huán)流問題。本發(fā)明是以電機(jī)的繞組線圈3極數(shù)等于8為例，同樣也可以設(shè)計(jì)為其他極數(shù)以滿足不同場合對于力矩范圍的要求。
[0019]當(dāng)電機(jī)空載時，內(nèi)永磁磁鋼2和外永磁磁鋼5提供的磁動勢經(jīng)過內(nèi)定子6、外定子I及氣隙14形成閉合磁路。負(fù)載時，繞組線圈3中通入直流電后，根據(jù)左手定則，即可判斷電機(jī)在有限角度內(nèi)產(chǎn)生恒定轉(zhuǎn)矩的方向，電流相反時，轉(zhuǎn)矩也隨之相反。
【權(quán)利要求】
1.一種無鐵心永磁式有限轉(zhuǎn)角電機(jī)，它包括內(nèi)定子(6)、外定子(I)、內(nèi)永磁磁鋼(2)、外永磁磁鋼(5)、外殼(8)、電機(jī)軸(9)、端蓋(10)、軸承座(11),所述的外殼(8) —端為封閉端，外殼(8)另一端為敞口端，外殼(8)中部設(shè)有安裝孔，外殼(8)內(nèi)設(shè)置有軸承座(11)，軸承座(11) 一端與外殼(8)的封閉端固接，且軸承座(11)中心線與外殼(8)中心線重合；其特征是:所述的無鐵心永磁式有限轉(zhuǎn)角電機(jī)還包括動圈式轉(zhuǎn)子，所述的動圈式轉(zhuǎn)子包括骨架(4)、支架(7)和多組繞線線圈(3)，所述的內(nèi)永磁磁鋼(2)和外永磁磁鋼(5)均包括多個大扇形永磁磁鋼片和多個小扇形永磁磁鋼片，夕卜定子(I)和內(nèi)定子(6)均由導(dǎo)磁材料制成； 所述的內(nèi)定子(6)與外定子(I)固定在一起，電機(jī)軸(9) 一端穿出外殼(8)安裝孔，電機(jī)軸(9 )通過軸承一(12 )安裝在軸承座(11)內(nèi)，電機(jī)軸(9 )另一端通過軸承二( 13 )安裝在支架(7)上，電機(jī)軸(9)另一端與支架(7)固定連接，電機(jī)軸(9)軸線與支架(7)中心線重合，外定子(I)中部設(shè)有中心孔，外定子(I)通過中心孔套裝在軸承座(11)上，且外定子(I)與軸承座(11)可拆卸連接，電機(jī)軸(9)與內(nèi)定子(6)和外定子(I)同軸設(shè)置，內(nèi)定子(6)外圓周側(cè)面上固定有外永磁磁鋼(5),且外永磁磁鋼(5)的多個大扇形永磁磁鋼片和多個小扇形永磁磁鋼片沿內(nèi)定子(6)外圓周側(cè)面上依次交替排布,夕卜定子(I)內(nèi)圓周側(cè)面上固定有內(nèi)永磁磁鋼(2)，且內(nèi)永磁磁鋼(2)的多個大扇形永磁磁鋼片和多個小扇形永磁磁鋼片沿外定子(I)內(nèi)圓周側(cè)面上依次交替排布，內(nèi)永磁磁鋼(2)和外永磁磁鋼(5)所構(gòu)成的每一對極為多段式結(jié)構(gòu)，并形成閉式磁路結(jié)構(gòu)，內(nèi)永磁磁鋼(2)和外永磁磁鋼(5)之間設(shè)置有骨架(4 )，多組繞組線圈(3 )沿外永磁磁鋼(5 )圓周方向均布固定纏繞在骨架(4 )上，骨架(4 )與內(nèi)永磁磁鋼(2)之間以及骨架(4)與外永磁磁鋼(5)之間分別設(shè)有氣隙(14)，繞組線圈(3)組數(shù)與繞組線圈(3)磁極極數(shù)相同，每兩個相鄰的繞組線圈(3)繞向相反，且串聯(lián)連接，骨架(4)外端與支架(7)固定連接,外殼(8)敞口端與端蓋(10)可拆卸連接,外定子(I)與外殼(8)可拆卸連接。
2.如權(quán)利要求1所述的無鐵心永磁式有限轉(zhuǎn)角電機(jī)，其特征是:所述的外永磁磁鋼(5)利用環(huán)氧樹脂膠粘接固定在內(nèi)定子(6)的外圓周側(cè)面上，內(nèi)永磁磁鋼(2)同樣利用環(huán)氧樹脂膠粘接固定在外定子(I)的內(nèi)圓周側(cè)面上。
【文檔編號】H02K1/17GK103647381SQ201310720810
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月24日
【發(fā)明者】鄒繼斌, 禹國棟, 徐永向, 李勇, 尚靜, 胡建輝, 劉承軍, 趙猛, 江善林, 趙博, 王騫 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)