CN101986523B - 一种磁动力高反转扭矩直流电机 - Google Patents
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Abstract
一种磁动力高反转扭矩直流电机，包括电机转子、电机定子、电机壳体、保持架、减速器和电机输出轴，二片电机定子固定在电机壳体上，每片圆周方向为60度；保持架固定在电机壳体上；在不改变原有电机结构的基础上，在转子和减速器连接处增加有内外二圈磁体，内圈磁体为数片磁体组成的转子磁体，外圈磁体为整体圆环状的定子磁体；定子磁体与保持架相连，转子磁体固定在转子上，减速器与电机壳体和电机转子相连，电机输出轴与减速器连接。但当内圈磁体旋转某一角度时，内外圈磁体相吸，产生较大的反转力矩，能使电机断电时迅速停止，磁体片数越多，电机断电时停止和位置保持精准度越好。具有直流电机断电时承载能力大、电机使用寿命长、磁体间隙可调等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种以磁动力驱动的高反转扭矩直流电机，此类电机特别适用于重型、超重型云台、重型数控机床滑枕的驱动。
背景技术
普通直流电机反转扭矩较小，断电情况下承载能力低，难以实现高负载情况下电机迅速停止转动以及位置保持作用，如社区及公路摄像头水平和一定角度旋转的云台用电机，以及数控机床中驱动滑枕滚珠丝杠用电机，均要求电机具有断电时承载能力大的特点，保证云台或滑枕断电时能立即停止，避免由于惯性，导致云台或滑枕出现自由滑落、不受控制现象发生。普通直流电机磁杯多为两片，一片为N级磁体，另一片为S极磁体，每片磁体为圆周方向60度左右的磁体结构，不是整圈均是磁体，此种情况下在电机断电时不能产生反转扭矩。
目前，普通直流电机市场上较为常见，且技术成熟，而在原有磁杯不变的情况下，研究在电机轴向靠近减速器处增加定子磁体结构和转子磁体结构及数量来产生磁动力和高反转扭矩方面却是空白。这是因为普通电机在日常生活中无特殊情况下可以满足日常使用要求，且使用成本较低，但随着社会发展及特殊情况的需要，要求直流电机断电时具有高反转扭矩特性来控制电机的停止以及位置保持的精准度。此种情况下，促使在不改变普通直流电机壳体、电刷、换向器、电机定子、电机转子、减速器和电机输出轴情况下，通过进行增加电机定子内圈磁体和转子外圈磁体的结构和原理改进研究，实现直流电机断电时承载能力高、磁体寿命长(受控于电机)、磁体间隙可调和磁动力增加等优点。
发明内容
本发明的目的在于，通过提供一种磁动力高反转扭矩直流电机，针对现有直流电机断电时承载能力、使用寿命、运行平稳性方面存在的不足，通过设计制造新的定子和转子的磁体结构，设计一种磁动力高反转扭矩直流电机，本发明能够实现直流电机断电时承载能力大、电机使用寿命长、磁体间隙可调等优点。
本发明是采用以下技术手段实现的：
一种磁动力高反转扭矩直流电机，包括电机转子、电机定子、电机壳体、保持架、减速器和电机输出轴，二片电机定子固定在电机壳体上，每片圆周方向为60度左右；保持架固定在电机壳体上；在不改变原有电机结构的基础上，在转子和减速器连接处增加有内外二圈磁体，内圈磁体为数片磁体组成的转子磁体，外圈磁体为整体圆环状的定子磁体；定子磁体与保持架相连，转子磁体固定在转子上，减速器与电机壳体和电机转子相连，电机输出轴与减速器连接。
前述的定子磁体为可充磁的一整体结构；转子磁体分为五组十片，每片圆周方向为36度结构，其中五片为NS方向，另五片为沿SN方向相间装配，内圈磁体沿圆周半径减小方向充磁五片，反向充磁五片，且间隔分布；分10个区域对其充磁，和内圈对应，且外圈磁体的N极对应内圈磁体的S极，外圈磁体的S极对应内圈磁体的N极，此时内外圈磁场处于稳定状态，由于新增转子磁体对新增定子磁体的较强磁化作用，外圈也可不充磁。当内圈磁体旋转某一角度时，即旋转360°/(磁体片数×2)之内时，内外圈磁体相吸，产生较大的反转力矩，使电机断电时迅速停止，磁体片数越多，电机断电时停止和位置保持精准度越好。
前述的定子磁体和转子磁体之间的磁隙为1mm的可调磁隙。
前述的转子磁体，其各片间用粘合剂粘结。
本发明与现有技术相比，具有以下明显的优势和有益效果：
本发明通过增加定子和转子上的磁体结构促使直流电机断电时产生高反转扭矩的方法，该方法采用了转子磁体结构细分原理，断电时小旋转角度内即通过定子和转子上的磁体相互吸引，产生较大反转扭矩，抑制电机由于惯性而产生的顺势运动，并且磁体数量越多，电机断电时运行越平稳。新增的定子和转子间的磁隙可调，以控制磁力大小。磁动力高反转扭矩直流电机的设计去掉了传统电机的离合器，避免了电机寿命受到离合器寿命的影响和限制，故磁动力高反转扭矩直流电机的寿命更长。
附图说明
图1为磁动力高反转扭矩直流电机及其截面示意图；
图2为转子磁体示意图；
图3为定子磁体示意图；
图4为磁动力产生电机高反转扭矩原理图。
图中：1为电机转子，2为电机定子，3为电机壳体，4为定子磁体，5为保持架，6为转子磁体，7为减速器，8为电机输出轴，60-69为十片转子磁体。
具体实施方式
下面结合说明书附图1-附图4对本发明作进一步说明：
本实施例的磁动力高反转扭矩直流电机的设计原理是将传统的直流电机改变为在电机轴向转子与减速器连接处增加转子和定子磁体，并根据磁体细分原理控制电机停止和位置保持的精准性。磁动力高反转扭矩直流电机截面图如图1所示，包括电机转子1、电机定子2、电机壳体3、定子磁体4、保持架5、转子磁体6、减速器7和电机输出轴8。电机定子2固定在电机壳体3上，为2片，每片圆周方向为60度左右，电机转子1在电机定子2中转动，产生感应电动势和扭转力矩，但此时电机断电时不能产生高反转力矩。保持架5固定在电机壳体3上，定子磁体4与保持架5相连，定子磁体4为一整体结构，如图2所示，可充磁可不充磁，因为转子磁体6具有强烈的磁力，定子磁体4已被转子磁体6磁化，定子磁体材料为铝铁硼N35，加工时要求不倒角不镀膜，径向取向；转子磁体6固定在转子1上，转子磁体6分为十片，每片圆周方向为36度结构，其中五片为NS方向，另五片为SN方向，要求相间装配，各片间用粘合剂粘结，转子转动时各片间不会出现松动，加工要求同定子磁体4。减速器7与电机壳体3和电机转子1相连，电机输出轴8最后与减速器7连接，输出扭矩和力，实现其驱动云台和数控机床滑枕工作，并能实现断电时产生高反转扭矩，起到断电时云台和数控机床滑枕迅速停止和位置保持作用。在转子和减速器间新增了保持架5、定子磁体4和转子磁体6，并根据转子磁体细分原理(如图3所示，图中为转子两片磁体和定子磁体的相互作用示意)，可知电机实际运转过程中，磁体越多，电机运行越平稳、电机停止和位置保持精准性越高，定子磁体4不动，转子磁体62和63逆时针旋转到某一角度时，如图中虚线所示，此时磁体62的N极和定子磁体的S极吸引、磁体63的S极和定子的N极相互吸引，此两种情况下都会各自产生力F，并形成力偶，产生高反转力矩阻止转轴转动。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，如转子磁体片数的增加和减少，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (4)
1.一种磁动力高反转扭矩直流电机，包括电机转子(1)、电机定子(2)、电机壳体(3)、保持架(5)、减速器(7)和电机输出轴(8)，二片电机定子(2)固定在电机壳体(3)上，每片圆周方向为60度；保持架(5)固定在电机壳体(3)上；其特征在于：在转子和减速器连接处增加有内外二圈磁体，内圈磁体为数片磁体组成的转子磁体(6)，外圈磁体为整体圆环状的定子磁体(4)；定子磁体(4)固定在保持架(5)上，转子磁体(6)固定在转子(1)上，减速器(7)与电机壳体(3)连接，电机转子(1)与减速器(7)连接，电机输出轴(8)与减速器(7)连接。
2.根据权利要求1所述的一种磁动力高反转扭矩直流电机，其特征在于：所述的定子磁体(4)为可充磁的一整体结构；转子磁体(6)分为十片，每片圆周方向为36度结构，其中五片为NS方向，另五片为沿SN方向相间装配。
3.根据权利要求1所述的一种磁动力高反转扭矩直流电机，其特征在于：所述的定子磁体(4)和转子磁体(6)之间的磁隙为1mm的可调磁隙。
4.根据权利要求1所述的一种磁动力高反转扭矩直流电机，其特征在于：所述的转子磁体(6)，其各片间用粘合剂粘结。
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