CN101989776A - 具有自定位功能的有限转角无刷力矩电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有自定位功能的有限转角无刷力矩电机，包括定子组件、转子组件、连接轴、轴承及底座、机盖，所述转子组件的磁钢和转子导磁环紧密固装成一个整体，转子组件中心孔同轴安装连接轴；所述定子组件的定子导磁环由导磁材料直接加工成一个光滑的圆环，绕组直接环绕安装在定子导磁环上内、外环面；所述轴承与连接轴用防尘螺母装配，再装配锁母进行锁紧，最后安装转子组件的限位螺钉。本发明结构简单、可靠性高、响应迅速、无齿槽效应、低静摩擦力矩、无需霍尔元件和控制电路、能够实现低速和冲击条件下平稳运转。

Description

具有自定位功能的有限转角无刷力矩电机 

技术领域

本发明属于电机技术领域，涉及力矩电机，尤其是一种具有自定位功能的有限转角无刷力矩电机。 

背景技术

在坦克、侦察车等特殊的作战车种中，力矩电机作为提供力矩输出的执行元件，需要具有高可靠性、快速响应、大力矩、冲击条件下运转平稳、防腐蚀性、低静摩擦力矩等特点。传统的永磁力矩电机大都采用有刷结构，电机线圈嵌在定子槽里。有刷电机的这种结构决定了电机可靠性较差，且需要定期维护。由于电刷和换向器之间的摩擦及齿槽效应，静摩擦力矩会提高，并且很难实现低速下的平稳运转。若采用减速机构，电机虽可以在低速下运行，齿槽效应明显减弱，但又会产生空回现象，系统的可靠性仍会降低。采用传统的无刷力矩电机同样存在齿槽效应的问题，并且由于换相需要霍尔元件和控制电路，这会进一步降低系统的可靠性。 

通过检索，发现两篇有关力矩电机的专利文献，1、一种涉及电机主要用于电动车辆的直流变频无刷力矩电机(CN101043155)，其中部矽钢冲片叠组，构成电机定子部件，矽钢冲片上设有9个呈周向均布的心形槽或直槽，该为电机绕组线圈槽；外套磁圈，磁圈固定在磁圈支架上，通过主轴轴承和电机端盖构成电机转子部件，磁圈由10片瓦状并按N-S-N-S方式圆周均布的磁钢组成，构成5对磁场；相应的电机三相绕组为9组线圈，并依照排列顺序和连接顺序每两组相邻两边相互重叠放在9个绕线槽里；每隔三槽设有一个电磁控制元件霍尔，设定相角为240°。当通电时，主轴固定，转子转动。本发明具有转速高、效率高、耗材省等优点。2、一种双控双驱永磁直流无刷力矩电机(CN201414062)，包括转子和定子，所述的定子上设置的电枢极数量为36个，36个电枢极圆周360°均分为4等份，每等份内有9个电枢极，所述的转子上设置的与定子相对应的永磁磁钢的数量为32片，32片永磁磁钢圆周360°均分为4等份，每等份内有8片永磁磁钢，每90°对角相加的电枢极数量为18个，永磁磁钢的数量为16片，每90°对角相加的18个电枢极为一组三相绕组，圆周360°内有两组三相绕组。本发明与同类型体积的电机相比电机输出扭矩大、发热量低、能量转换效率高。 

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种具有自定位功能的有限转角无刷力矩电机，该电机在有限角度内，结构简单、可靠性高、响应迅速、无齿槽效应、 低静摩擦力矩、无需霍尔元件和控制电路、能够实现低速和冲击条件下平稳运转。 

本发明技术方案是： 

一种具有自定位功能的有限转角无刷力矩电机，包括定子组件、转子组件、连接轴、轴承及底座、机盖，连接轴的两侧装配面分别采用轴承与底座及机盖滑动安装，在机壳内的连接轴上同轴固装转子组件，转子组件由磁钢及转子导磁环构成，在机壳内的底座上固装定子组件，定子组件由定子导磁环、线圈及磁环固定块构成，其特征在于： 

(1)所述转子组件的磁钢和转子导磁环紧密固装成一个整体，转子组件中心孔同轴安装连接轴； 

(2)所述定子组件的定子导磁环由导磁材料直接加工成一个光滑的圆环，绕组直接环绕安装在定子导磁环上内、外环面； 

(3)所述轴承与连接轴用防尘螺母装配，再装配锁母进行锁紧，最后安装转子组件的限位螺钉。 

而且，所述底座与定子组件的安装结构是：在底座上制有径向的内环装配面，定子组件有外环装配面，通过紧固螺钉进行紧固。 

而且，所述机壳上安装有引出线，该引出线采用压线片和压线螺钉进行固定。 

本发明的优点和有益效果为： 

1、本发明的转子组件由转子导磁环和一对或多对N-S相间分布的永磁体磁钢构成一个整体，转子组件中心孔直接安装连接轴，将磁钢和转子导磁环做成一个整体后，结构紧凑，可靠性高。

2、本发明的定子组件由定子导磁环、磁环固定块及线圈构成，定子导磁环由导磁材料直接加工成一个光滑的圆环，绕组是直接环绕在定子导磁环上的，绕组的有效部分——也就是产生力矩的部分只限于内环面上的导体，其余都是不能产生力矩的“连接线”，或者说一匝线圈只有一个有效边，这种结构虽然浪费了铜线，却有效的克服了齿槽效应，降低了静摩擦力矩，增强了转动平稳性。 

3、本发明整个电机回路既不用电刷也不用换向电路，就是一根导线，所以可靠性非常高，通过改变线圈中的电流方向就能够实现电机的正反旋转。电机的壳体(包括底座和机盖)材料采用高强度不锈钢，既能起到防锈作用，又能对定转子起到保护作用。壳体对定子组件和转子组件起到定位和支撑保护作用，保证了定转子的相对运动。采用两对能够相互锁紧的锁母和防尘螺母装置，能够调节预紧力，保证电机在冲击振动条件下 轴向间隙适中，实现电机平稳运转。 

附图说明

图1为本发明的结构剖视图； 

图2为本发明的工作原理示意图。 

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。 

一种具有自定位功能的有限转角无刷力矩电机，包括定子组件3、转子组件7、连接轴12、轴承9及底座15、机盖2，底座及机盖同轴采用紧固螺钉1固装在一起，连接轴的两侧装配面分别采用轴承与底座及机盖滑动安装，在机壳内的连接轴上同轴固装转子组件，该转子组件由转子导磁环19和一对或多对N-S极相间分布的永磁体磁钢18构成，在机壳内的底座上固装定子组件，定子组件由定子导磁环17、线圈16和磁环固定块20构成。 

本发明的创新点在于： 

1、转子组件与连接轴的安装结构： 

转子组件的磁钢和转子导磁环紧密固装成一个整体，转子组件中心孔与连接轴的中间装配面进行配合，保证装配精度，紧固螺钉8将转子组件与连接轴直接进行紧固，如此结构能够具备可靠性高，结构紧凑的特点。 

2、定子组件与底座的安装结构： 

底座制有径向的内环装配面，定子组件有外环装配面，通过紧固螺钉14进行紧固；底座和定子组件通过装配面装配到一起能够保证装配精度。定子组件的定子导磁环由导磁材料直接加工成一个光滑的圆环，绕组是直接环绕在定子导磁环上内外环面，绕组的有效部分——也就是产生力矩的部分只限于内环面上的导体，其余都是不能产生力矩的“连接线”，或者说一匝线圈只有一个有效边，这种结构虽然浪费了铜线，却有效的克服了齿槽效应，降低了静摩擦力矩，增强了转动平稳性。整个电机回路既不用电刷也不用换向电路，就是一根导线，所以可靠性非常高，通过改变线圈中的电流方向就能够实现电机的正反旋转。 

3、连接轴与轴承的安装结构： 

轴承在连接轴的安装是先用防尘螺母10装配到连接轴上进行预紧，再装配锁母11进行锁紧，最后装入限位螺钉13对转子组件进行限位，确保电机在性能稳定的区间工作；采用两对能够相互锁紧的锁母和防尘螺母装置，能够调节预紧力，保证电机在冲击振动条件下轴向间隙适中，实现电机平稳运转。这种电机的最大转角范围是±90°/P，产生恒值力矩的转角范围是±(90°/P-b/2-α/2)，其中P为极对数，b是转子磁极的夹角，α是单个磁环固定块所占角度。用压线片5和压线螺钉6对引出线4进行固定，确保电机在冲击、振动条件下引出线能够可靠工作。 

4、底座及机盖与连接轴的安装结构： 

电机的壳体材料采用高强度不锈钢，既能起到防锈作用，又能对定转子起到保护作用。壳体对定子组件和转子组件起到定位和支撑保护作用，保证了定转子的相对运动。在底座、机盖与连接轴之间均安装有轴承，该轴承制有外环装配面和内环装配面，外环装配面分别与底座和机盖轴承孔内环装配面装配到一起，然后内环装配面与连接轴两侧装配面进行装配，用螺钉对底座和机盖进行紧固。 

本发明的工作原理是： 

参见图2，转子组件包括磁钢和转子导磁环，转子导磁环成为构成磁回路的重要组成部分，将磁钢和转子导磁环做成一个整体后结构非常紧凑，可靠性更高。定子组件包括定子导磁环、线圈及磁环固定块，定子导磁环是一个光滑的圆环，能够有效的克服齿槽效应的问题，减小静摩擦力矩，实现电机平稳运转。磁钢的磁力线在转子导磁环和定子导磁环中形成闭合回路，在通电的情况下能够实现有限角度内正反旋转，定子的绕组直接环绕在定子导磁环上的，整个回路中就是一根导线，既不用电刷也不用换向电路，可靠性非常高，不受冲击和振动的影响，只需通过改变线圈中的电流方向就能够实现电机的正反旋转。 

本实施例图2中只描述了一对磁极的情况，对于多对磁极的情况原理相同。 

本发明的工作过程是： 

由于转子组件和连接轴的装配面的配合关系及紧固螺钉的紧固作用，转子组件和连接轴在保证装配精度的条件下作为一个整体相对转动；底座和定子组件由于装配面的配合关系及固定螺钉的作用，在保证装配精度的条件下作为一个整体相对转动；转子组件和连接轴、底座和定子组件、机盖通过轴承及螺钉的定位和紧固作用构成电机整体，保证了转子组件和定子组件的相对转动；防尘螺母和锁母装配到连接轴上，保证了转子组件与定子组件在轴向的相对位置固定，同时调整防尘螺母和锁母的松紧，能够起到调节 预紧力大小的作用，预紧力是构成静摩擦力矩的一部分，同时又是冲击条件下影响电机稳定工作的一项因素，调整合适的预紧力能够同时满足静摩擦力矩和冲击条件下电机工作稳定两项指标；在同向绕组下，转子组件能够获得稳定的转矩，超出范围，转子组件获得的转矩减小甚至消失，为了获得稳定的转矩性能，通过限位螺钉进行限位，使得电机在有限的角度区间内工作，保证转矩性能的稳定性；通电时，线圈内有电流通过，由于线圈均匀缠绕在定子导磁环上，产生的电磁转矩也很均匀，电机能够平稳转动，当电流方向相反时，产生的转矩也反向。 

Claims (3)

1.一种具有自定位功能的有限转角无刷力矩电机，包括定子组件、转子组件、连接轴、轴承及底座、机盖，连接轴的两侧装配面分别采用轴承与底座及机盖滑动安装，在机壳内的连接轴上同轴固装转子组件，转子组件由磁钢及转子导磁环构成，在机壳内的底座上固装定子组件，定子组件由定子导磁环、线圈及磁环固定块构成，其特征在于：

(1)所述转子组件的磁钢和转子导磁环紧密固装成一个整体，转子组件中心孔同轴安装连接轴；

(2)所述定子组件的定子导磁环由导磁材料直接加工成一个光滑的圆环，绕组直接环绕安装在定子导磁环上内、外环面；

(3)所述轴承与连接轴用防尘螺母装配，再装配锁母进行锁紧，最后安装转子组件的限位螺钉。

2.根据权利要求1所述的具有自定位功能的有限转角无刷力矩电机，其特征在于：所述底座与定子组件的安装结构是：在底座上制有径向的内环装配面，定子组件有外环装配面，通过紧固螺钉进行紧固。

3.根据权利要求1所述的具有自定位功能的有限转角无刷力矩电机，其特征在于：所述机壳上安装有引出线，该引出线采用压]线片和压线螺钉进行固定。

Images