雙磁路永磁式有限轉(zhuǎn)角電機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種有限轉(zhuǎn)角電機(jī)，特別涉及一種雙磁路永磁式有限轉(zhuǎn)角電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，連續(xù)旋轉(zhuǎn)的直流電機(jī)已得到了廣泛的應(yīng)用，但在一些特殊使用場(chǎng)合，如紅外成像、激光標(biāo)識(shí)、激光雷達(dá)、光機(jī)掃瞄等應(yīng)用中需要一種只作往復(fù)擺動(dòng)、體積小、精度高、壽命長(zhǎng)、可靠性高的直流有限轉(zhuǎn)角電機(jī)。
[0003]普通有刷直流電機(jī)由于需要電刷和換向器，在這些特殊系統(tǒng)中使用不但結(jié)構(gòu)復(fù)雜而且可靠性不高，另外頻繁的往復(fù)擺動(dòng)會(huì)造成電刷的劇烈跳動(dòng)，使其和換向器接觸不良，對(duì)系統(tǒng)造成失蹤脈沖、噪音沖擊甚至導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩。無(wú)刷直流電機(jī)使用電子換向取代了電刷和換向器的機(jī)械換向裝置，具有與有刷直流電機(jī)相同的線(xiàn)性調(diào)節(jié)特性，并且可靠性高，但其控制系統(tǒng)需對(duì)電子換向進(jìn)行信號(hào)處理，控制復(fù)雜，所需開(kāi)關(guān)管數(shù)量較多，成本較高，且轉(zhuǎn)矩波動(dòng)較大，這種情況下有限轉(zhuǎn)角電機(jī)凸現(xiàn)了它的優(yōu)勢(shì)。
[0004]但是，傳統(tǒng)的環(huán)形鐵芯型有限轉(zhuǎn)角電機(jī)體積大、出力小，力矩密度較低，該問(wèn)題的原因在于氣隙大、繞組利用率低。例如，普通結(jié)構(gòu)的環(huán)形繞線(xiàn)有限轉(zhuǎn)角電機(jī)僅有一個(gè)轉(zhuǎn)子，所能利用的繞組僅為整個(gè)繞組的40%甚至更低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種雙磁路永磁式有限轉(zhuǎn)角電機(jī)，以解決現(xiàn)有環(huán)形鐵芯型有限轉(zhuǎn)角電機(jī)存在的氣隙大、繞組利用率低的問(wèn)題。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的雙磁路永磁式有限轉(zhuǎn)角電機(jī)技術(shù)方案如下:
[0007]一種雙磁路永磁式有限轉(zhuǎn)角電機(jī)，包括圓盤(pán)狀的定子支架、轉(zhuǎn)子支架，所述定子支架、轉(zhuǎn)子支架同軸且平行設(shè)置，其中，還包括:外轉(zhuǎn)子磁軛及內(nèi)轉(zhuǎn)子磁軛，所述外轉(zhuǎn)子磁軛、內(nèi)轉(zhuǎn)子磁軛固定于所述轉(zhuǎn)子支架的同一側(cè)，且所述內(nèi)轉(zhuǎn)子磁軛位于所述外轉(zhuǎn)子磁軛的內(nèi)部，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子磁軛和所述外轉(zhuǎn)子磁軛之間設(shè)有環(huán)形間隙；外轉(zhuǎn)子磁鋼，固定于所述外轉(zhuǎn)子磁軛的內(nèi)表面；內(nèi)轉(zhuǎn)子磁鋼，固定于所述內(nèi)轉(zhuǎn)子磁軛的外表面，和所述外轉(zhuǎn)子磁鋼相對(duì)設(shè)置，且對(duì)應(yīng)位置的所述內(nèi)轉(zhuǎn)子磁鋼、外轉(zhuǎn)子磁鋼充磁方向相反；環(huán)形鐵芯，所述環(huán)形鐵芯固定于所述定子支架的一側(cè)，且所述環(huán)形鐵芯伸入所述環(huán)形間隙中；內(nèi)繞組和外繞組，為多個(gè)線(xiàn)圈組，其中每個(gè)線(xiàn)圈組由同一線(xiàn)圈沿所述環(huán)形鐵芯的軸向纏繞在所述環(huán)形鐵芯的內(nèi)表面、外表面形成，所述環(huán)形鐵芯的內(nèi)側(cè)為所述內(nèi)繞組，所述環(huán)形鐵芯的外側(cè)為外繞組，所述線(xiàn)圈組的數(shù)量和所述外轉(zhuǎn)子磁鋼、內(nèi)轉(zhuǎn)子磁鋼均相等。
[0008]優(yōu)選地，在所述雙磁路永磁式有限轉(zhuǎn)角電機(jī)中，所述外轉(zhuǎn)子磁鋼粘結(jié)于所述外轉(zhuǎn)子磁軛的內(nèi)表面，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子磁鋼粘結(jié)于所述內(nèi)轉(zhuǎn)子磁軛的外表面。
[0009]優(yōu)選地，在所述雙磁路永磁式有限轉(zhuǎn)角電機(jī)中，所述外轉(zhuǎn)子磁鋼、內(nèi)轉(zhuǎn)子磁鋼的斷面均呈弧形。
[0010]優(yōu)選地，在所述雙磁路永磁式有限轉(zhuǎn)角電機(jī)中，多個(gè)所述線(xiàn)圈組之間串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)連接。
[0011]優(yōu)選地，在所述雙磁路永磁式有限轉(zhuǎn)角電機(jī)中，所述外轉(zhuǎn)子磁軛、內(nèi)轉(zhuǎn)子磁軛、環(huán)形鐵芯均為圓筒狀結(jié)構(gòu)。
[0012]分析可知，本發(fā)明包括內(nèi)、外兩條環(huán)形磁路結(jié)構(gòu)，可以使得環(huán)形繞組的利用率提高一倍，從而提高電機(jī)的力矩密度。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的主剖視圖；
[0014]圖2是圖1中沿A-A線(xiàn)的剖面圖(電機(jī)軸12未示出)；
[0015]圖3是為本發(fā)明實(shí)施例的外轉(zhuǎn)子磁鋼、內(nèi)轉(zhuǎn)子磁鋼充磁方向、外繞組和內(nèi)繞組通電方向示意圖；其中，黑點(diǎn)表示電流方向由內(nèi)向外，十字線(xiàn)表示電流方向由外向內(nèi)。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0017]如圖1-3所示，本發(fā)明實(shí)施例包括卡圈(可能還包括調(diào)整墊圈)1、軸承支架2、軸承3、定子支架4、內(nèi)繞組5、環(huán)形鐵芯6、外繞組7、外轉(zhuǎn)子磁鋼8、外轉(zhuǎn)子磁軛9、內(nèi)轉(zhuǎn)子磁鋼10、內(nèi)轉(zhuǎn)子磁軛11、電機(jī)軸12、轉(zhuǎn)子支架13。
[0018]轉(zhuǎn)子支架13與電機(jī)軸12之間相對(duì)固定設(shè)置，電機(jī)軸12位于軸承3中，定子支架4通過(guò)軸承3與電機(jī)軸12連接，并保證圓柱度，且轉(zhuǎn)子支架13和定子支架4相對(duì)平行設(shè)置。筒狀的環(huán)形鐵芯6設(shè)于定子支架4的邊緣，外轉(zhuǎn)子磁軛9、內(nèi)轉(zhuǎn)子磁軛11呈筒狀，且均設(shè)于轉(zhuǎn)子支架13的邊緣部分，外轉(zhuǎn)子磁軛9位于內(nèi)轉(zhuǎn)子磁軛11外側(cè)，也就是說(shuō)內(nèi)轉(zhuǎn)子磁軛11與轉(zhuǎn)子支架13的中心的距離小于外轉(zhuǎn)子磁軛9與轉(zhuǎn)子支架13的中心的距離，環(huán)形鐵芯6則伸入二者之間的環(huán)形槽狀間隙。外轉(zhuǎn)子磁軛9和內(nèi)轉(zhuǎn)子磁軛11的材料為導(dǎo)磁材料。同一極下，內(nèi)轉(zhuǎn)子磁鋼10和外轉(zhuǎn)子磁鋼8的磁性方向相反。
[0019]外轉(zhuǎn)子磁鋼8固定，例如粘結(jié)，在外轉(zhuǎn)子磁軛9內(nèi)表面，外轉(zhuǎn)子磁鋼8和外轉(zhuǎn)子磁軛9構(gòu)成外轉(zhuǎn)子；內(nèi)轉(zhuǎn)子磁鋼10固定，例如粘結(jié)，在內(nèi)轉(zhuǎn)子磁軛11外表面，內(nèi)轉(zhuǎn)子磁鋼10和內(nèi)轉(zhuǎn)子磁軛11構(gòu)成內(nèi)轉(zhuǎn)子，也就是說(shuō)該電機(jī)轉(zhuǎn)子功能上分為內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子兩部分。實(shí)際中可以采用結(jié)構(gòu)膠實(shí)現(xiàn)粘結(jié)。內(nèi)、外轉(zhuǎn)子通過(guò)同時(shí)固定于轉(zhuǎn)子支架13保證同心，轉(zhuǎn)子支架13連接電機(jī)軸12，電機(jī)軸12輸出機(jī)械功率。外轉(zhuǎn)子磁軛9、內(nèi)轉(zhuǎn)子磁軛11、外轉(zhuǎn)子磁鋼8和內(nèi)轉(zhuǎn)子磁鋼10同軸。
[0020]本實(shí)施例的定子設(shè)置于內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子之間，其包括外繞組7、內(nèi)繞組5、環(huán)形鐵芯6和定子支架4。環(huán)形鐵芯6為圓筒型結(jié)構(gòu)，外表面按環(huán)形鐵心的軸向均勻繞制一層或多層繞組，其中，位于環(huán)形鐵芯6外側(cè)的繞組為外繞組7，位于環(huán)形鐵芯內(nèi)側(cè)的繞組為內(nèi)繞組5。且內(nèi)繞組5與外繞組7可以均由多個(gè)線(xiàn)圈組串聯(lián)而成，在其他的實(shí)施例中，也可以由多個(gè)線(xiàn)圈組并聯(lián)而成，還可以由多個(gè)線(xiàn)圈組混聯(lián)連接而成，線(xiàn)圈組的數(shù)量根據(jù)電機(jī)極數(shù)而定，圖2中電機(jī)級(jí)數(shù)為4，線(xiàn)圈組的數(shù)量為4。內(nèi)繞組5對(duì)應(yīng)內(nèi)轉(zhuǎn)子，即內(nèi)繞組5和內(nèi)轉(zhuǎn)子位于環(huán)形鐵芯6的同一側(cè)(內(nèi)側(cè))；外繞組7對(duì)應(yīng)外轉(zhuǎn)子，即外繞組7和外轉(zhuǎn)子位于環(huán)形鐵芯6的同一側(cè)(外側(cè))。內(nèi)轉(zhuǎn)子磁鋼10與內(nèi)繞組5之間存在內(nèi)氣隙，外轉(zhuǎn)子磁鋼8與外繞組7之間存在外氣隙。內(nèi)轉(zhuǎn)子磁軛11 (內(nèi)導(dǎo)磁軛)、內(nèi)轉(zhuǎn)子磁鋼10、內(nèi)繞組5、內(nèi)氣隙和環(huán)形鐵芯6行成內(nèi)磁路；外轉(zhuǎn)子磁軛9 (外導(dǎo)磁軛)、外轉(zhuǎn)子磁鋼8、外繞組7、外氣隙和環(huán)形鐵芯6行成外磁路；內(nèi)、外雙磁路共用環(huán)形鐵芯。環(huán)形鐵芯6的材料為導(dǎo)磁材料。內(nèi)繞組5和外繞組7內(nèi)通入的電流方向相反。線(xiàn)圈組規(guī)則地一層或多層沿環(huán)形鐵芯6的軸向環(huán)形纏繞在環(huán)形鐵芯6上，內(nèi)繞組5和外繞組7為同一線(xiàn)圈纏繞在環(huán)形鐵芯上的不同位置，內(nèi)繞組5和外繞組7為同一線(xiàn)圈纏繞在環(huán)形鐵芯6上的不同位置形成，環(huán)形鐵芯6內(nèi)側(cè)為內(nèi)繞組，環(huán)形鐵芯6外側(cè)為外繞組。
[0021]優(yōu)選在，在本實(shí)施例的轉(zhuǎn)子中，外轉(zhuǎn)子磁鋼8和內(nèi)轉(zhuǎn)子磁鋼10的斷面均為呈弧形的瓦片狀結(jié)構(gòu)，磁鋼數(shù)量根據(jù)電機(jī)極數(shù)而定。且對(duì)應(yīng)位置的內(nèi)、外轉(zhuǎn)子磁鋼充磁方向相反。外轉(zhuǎn)子磁鋼8和內(nèi)轉(zhuǎn)子磁鋼10的形狀還可以為矩形或其他形狀，本實(shí)施例不對(duì)其形狀進(jìn)行具體限定。斷面呈弧形的外轉(zhuǎn)子磁鋼8與呈筒形的外轉(zhuǎn)子磁軛9優(yōu)選同心，斷面呈弧形的內(nèi)轉(zhuǎn)子磁鋼10與呈筒形的內(nèi)轉(zhuǎn)子磁軛11優(yōu)選同心。
[0022]本實(shí)施例在運(yùn)行時(shí)，當(dāng)內(nèi)繞組5與外繞組7中通入直流電，對(duì)于任一極下，由于繞制時(shí)內(nèi)繞組5與外繞組7方向相反，內(nèi)繞組5與外繞組7內(nèi)通過(guò)的電流方向亦相反，而且內(nèi)繞組5與外繞組7恰好處于不同充磁方向的磁場(chǎng)之下，使得內(nèi)繞組5、外繞組7受力方向相同，共同作用輸出力矩。內(nèi)外繞組均得到利用，提高電機(jī)的轉(zhuǎn)矩密度。
[0023]當(dāng)內(nèi)繞組5、外繞組7通入反方向的直流電時(shí)，從圖3中可以判斷電機(jī)會(huì)產(chǎn)生反方向的轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的反向運(yùn)動(dòng)，在圖3中，外轉(zhuǎn)子磁鋼8、內(nèi)轉(zhuǎn)子磁鋼10中的箭頭方向表示其內(nèi)的充磁方向。雙磁路永磁式有限轉(zhuǎn)角電機(jī)尤其用于掃描系統(tǒng)及伺服系統(tǒng)中作為驅(qū)動(dòng)元件使用。
[0024]在圖中，本實(shí)施例是以電機(jī)極數(shù)為4進(jìn)行描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，也可以設(shè)計(jì)為其它極數(shù)，以滿(mǎn)足不同場(chǎng)合對(duì)不同力矩和轉(zhuǎn)角范圍的需求。
[0025]綜上所述，本發(fā)明包括內(nèi)、外兩條環(huán)形磁路結(jié)構(gòu)，此種結(jié)構(gòu)使得環(huán)形繞組的利用率提高一倍，充分利用了繞組，從而提高了電機(jī)的力矩密度，可以解決現(xiàn)有環(huán)形鐵芯型有限轉(zhuǎn)角電機(jī)由于繞組利用率低而導(dǎo)致的體積大、力矩小、力矩密度低的問(wèn)題，可以在掃描系統(tǒng)及伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中作為驅(qū)動(dòng)元件等。
[0026]由技術(shù)常識(shí)可知，本發(fā)明可以通過(guò)其它的不脫離其精神實(shí)質(zhì)或必要特征的實(shí)施方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，上述公開(kāi)的實(shí)施方案，就各方面而言，都只是舉例說(shuō)明，并不是僅有的。所有在本發(fā)明范圍內(nèi)或在等同于本發(fā)明的范圍內(nèi)的改變均被本發(fā)明包含。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種雙磁路永磁式有限轉(zhuǎn)角電機(jī)，包括圓盤(pán)狀的定子支架、轉(zhuǎn)子支架，所述定子支架、轉(zhuǎn)子支架同軸且平行設(shè)置，其特征在于，還包括: 外轉(zhuǎn)子磁軛及內(nèi)轉(zhuǎn)子磁軛，所述外轉(zhuǎn)子磁軛、內(nèi)轉(zhuǎn)子磁軛固定于所述轉(zhuǎn)子支架的同一偵牝且所述內(nèi)轉(zhuǎn)子磁軛位于所述外轉(zhuǎn)子磁軛的內(nèi)部，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子磁軛和所述外轉(zhuǎn)子磁軛之間設(shè)有環(huán)形間隙； 外轉(zhuǎn)子磁鋼，固定于所述外轉(zhuǎn)子磁軛的內(nèi)表面； 內(nèi)轉(zhuǎn)子磁鋼，固定于所述內(nèi)轉(zhuǎn)子磁軛的外表面，和所述外轉(zhuǎn)子磁鋼一一相對(duì)設(shè)置，且對(duì)應(yīng)位置的所述內(nèi)轉(zhuǎn)子磁鋼、外轉(zhuǎn)子磁鋼的充磁方向相反； 環(huán)形鐵芯，所述環(huán)形鐵芯固定于所述定子支架的一側(cè)，且所述環(huán)形鐵芯伸入所述環(huán)形間隙中； 內(nèi)繞組和外繞組，為多個(gè)線(xiàn)圈組，其中每個(gè)線(xiàn)圈組由同一線(xiàn)圈沿所述環(huán)形鐵芯的軸向纏繞在所述環(huán)形鐵芯的內(nèi)表面、外表面形成，所述環(huán)形鐵芯的內(nèi)側(cè)為所述內(nèi)繞組，所述環(huán)形鐵芯的外側(cè)為外繞組，所述線(xiàn)圈組的數(shù)量和所述外轉(zhuǎn)子磁鋼、內(nèi)轉(zhuǎn)子磁鋼的數(shù)量均相等。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙磁路永磁式有限轉(zhuǎn)角電機(jī)，其特征在于，所述外轉(zhuǎn)子磁鋼粘結(jié)于所述外轉(zhuǎn)子磁軛的內(nèi)表面，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子磁鋼粘結(jié)于所述內(nèi)轉(zhuǎn)子磁軛的外表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙磁路永磁式有限轉(zhuǎn)角電機(jī)，其特征在于，所述外轉(zhuǎn)子磁鋼、內(nèi)轉(zhuǎn)子磁鋼的斷面均呈弧形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙磁路永磁式有限轉(zhuǎn)角電機(jī)，其特征在于，多個(gè)所述線(xiàn)圈組之間串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的雙磁路永磁式有限轉(zhuǎn)角電機(jī)，其特征在于，所述外轉(zhuǎn)子磁軛、內(nèi)轉(zhuǎn)子磁軛、環(huán)形鐵芯均為圓筒狀結(jié)構(gòu)。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種雙磁路永磁式有限轉(zhuǎn)角電機(jī)，包括定子支架、轉(zhuǎn)子支架、外轉(zhuǎn)子磁軛及內(nèi)轉(zhuǎn)子磁軛，外轉(zhuǎn)子磁軛、內(nèi)轉(zhuǎn)子磁軛固定于轉(zhuǎn)子支架的同一側(cè)，且內(nèi)轉(zhuǎn)子磁軛位于外轉(zhuǎn)子磁軛的內(nèi)部，內(nèi)轉(zhuǎn)子磁軛和外轉(zhuǎn)子磁軛之間設(shè)有環(huán)形間隙；外轉(zhuǎn)子磁鋼，固定于外轉(zhuǎn)子磁軛的內(nèi)表面；內(nèi)轉(zhuǎn)子磁鋼，固定于內(nèi)轉(zhuǎn)子磁軛的外表面，和所述外轉(zhuǎn)子磁鋼一一相對(duì)設(shè)置，且對(duì)應(yīng)位置的內(nèi)轉(zhuǎn)子磁鋼、外轉(zhuǎn)子磁鋼充磁方向相反；環(huán)形鐵芯，環(huán)形鐵芯固定于定子支架的一側(cè)，且環(huán)形鐵芯伸入環(huán)形間隙中；內(nèi)繞組和外繞組。本發(fā)明可以使得環(huán)形繞組的利用率提高一倍，從而提高電機(jī)的力矩密度。
【IPC分類(lèi)】H02K16-02, H02K1-27, H02K3-28
【公開(kāi)號(hào)】CN104795950
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510199085
【發(fā)明人】李立娜, 袁永杰, 陸英, 錢(qián)華, 胡浩, 錢(qián)樂(lè), 秦祖和
【申請(qǐng)人】中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十一研究所
【公開(kāi)日】2015年7月22日
【申請(qǐng)日】2015年4月23日