CN102025238A - 新型有限转角直流力矩电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型有限转角直流力矩电机，由定子、外转子和内转子组成，定子同轴安装于外转子与内转子之间。其中内、外转子分别由内磁钢、外磁钢和内转子导磁环、外转子导磁环构成，定子由定子铁芯及环形绕制在定子铁芯上数量与转子磁极数相等的线圈组构成，同一定子线圈组对应的内、外转子的磁钢面向电机磁路的内气隙、外气隙的磁极极性相同。本发明改善了传统有限转角直流力矩电机定子线圈组的线圈仅有一侧边产生力矩的不足，提出了一种可以使定子线圈组的每个线圈的内、外侧边都成为有效边，都产生有效力矩的有限转角直流力矩电机，该有限转角直流力矩电机的力学性能如峰值力矩、力矩系数等技术指标可得到显著地提高。

Description

新型有限转角直流力矩电机

技术领域

本发明属于电机领域，涉及电动机中的一种力矩电机，尤其是一种新型有限转角直流力矩电机。

背景技术

力矩电机作为执行元件应用于自动控制系统中，在某些自动控制系统中不要求执行元件作360度连续旋转而是在一特定角度范围内工作，在这些场合往往选用有限转角直流力矩电机，主要考虑的是有限转角直流力矩电机在这些场合中有着较直流有刷力矩电机更突出的优点：没有直流力矩电机的电刷和换向器，可靠性高；定子铁芯可以做成光滑无槽结构，消除了齿槽磁阻阻尼力矩，电机的静摩擦力矩小；用于提供力矩的绕组线圈数固定，在有限转角内力矩输出线性度好，波动小。但是，传统的有限转角直流力矩电机定子绕组的有效部分——也就是产生有效力矩的部分仅限定于线圈的内侧边(内转子电机)或线圈的外侧边(外转子电机)，其余都是不能产生力矩的连接线，即线圈组的每匝线圈仅有一个有效边；而普通直流力矩电机的每匝线圈都有两个有效边。因此，在同等尺寸条件下，传统的有限转角力矩电机绕组利用率低，造成其力学性能较普通直流力矩电机低，不能满足某些场合下控制系统对力矩电机力学性能高并具有上述优点的使用要求。虽然一些有限转角力矩电机采用高性能磁钢、高饱和磁密低矫顽力的定子铁芯材料、Halbach磁场阵列等技术尽力提高气隙磁密和改善气隙磁密波形，但效果并不明显，且成本显著增加。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新型有限转角直流力矩电机，本力矩电机可以使定子线圈组的每个线圈的内、外侧边都产生有效力矩，不仅可以保留原有的技术优点，且可显著地提高电机的力学性能如峰值力矩、力矩系数等技术指标，提高了绕组利用率和电机效率。

本发明采取的技术方案是：

一种新型有限转角直流力矩电机，由定子、外转子和内转子组成，定子同轴安装于外转子与内转子之间，其特征在于：定子由定子铁芯和缠绕其上的定子绕组构成，构成该定子绕组的每个线圈组的每个线圈都环形绕制于定子铁芯上，线圈组的数量与转子磁极数量相等；内、外转子分别由内磁钢、外磁钢和内转子导磁环、外转子导磁环构成，内、外转子磁极数量相等，磁极夹角也相等，内、外转子的磁钢在同一线圈组下面向电机磁路的内气隙、外气隙的磁极极性相同，属于内、外转子的磁钢面向内气隙、外气隙的磁极极性依次相异布置于内转子导磁环、外转子导磁环上。

而且，所述的定子铁芯为光滑的环形。

而且，同极性磁极下的定子线圈组的每个线圈内、外侧边都产生力矩且方向相同。

而且，所述内磁钢沿内导磁环外表面均布，磁钢极性依次相异；外磁钢沿外导磁环内表面均布，磁钢极性依次相异。

而且，在同一定子线圈组下的内、外转子磁钢气隙侧极性相同。

而且，内、外转子通过固定环连接为一体，并沿同一轴线在一定角度范围内同步旋转。

而且，所述定子绕组的各线圈组采用串联或并联方式连接。

而且，所述定子绕组相邻两线圈组应反向连接，保证所通电流方向相反。

本发明的优点和积极效果是：

1、本力矩电机定子铁芯是环形光滑的，没有铁芯槽和齿，消除了铁芯齿槽与转子磁极间的磁阻阻尼力矩，再由于采用无刷结构，消除了机械摩擦力矩，因而该电机较传统直流力矩电机，静摩擦力矩得到很大程度地减小，这对控制系统提高稳态输出精度和减小死区效应都大有益处。

2、本力矩电机采用双转子结构，并且同一线圈组下对应的磁极极性相同，通过巧妙的磁路设计使内、外转子同极性磁极所提供的主磁通形成了闭合回路，因而位于同极性磁极下的线圈组的每个线圈的内、外侧边都成为了产生力矩的有效边。而传统有限转角力矩电机的线圈组的每匝线圈仅有一个侧边产生有效力矩，因此利用本发明制成的有限转角力矩电机可显著地提高其力学性能、功率密度，在同等技术要求条件下，可减小电机尺寸，便于使用和更多场合下应用。

3、本发明保持了传统有限转角直流力矩电机可靠性高、静摩擦力矩小、有限转角内力矩输出线性度好，波动小的优点，通过同一线圈组下的内、外磁极极性相同的结构使线圈组的每匝线圈的内、外侧边都成为有效边，产生同方向的力矩，显著地提高了电机的力能指标，可减小电机外形尺寸，应用于更多的场合。

4、本发明改善了传统有限转角直流力矩电机定子线圈组的线圈仅有一侧边产生力矩的不足，提出了一种可以使定子线圈组的每个线圈的内、外侧边都成为有效边，都产生有效力矩的有限转角直流力矩电机，该有限转角直流力矩电机的力学性能如峰值力矩、力矩系数等技术指标可得到显著地提高。

附图说明

图1是本发明的结构主视图；

图2是图1的纵向轴剖图；

图3为本发明的定子结构主视图；

图4为图3的纵向轴剖图；

图5为本发明的安装有机壳、轴承及轴的结构图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明进一步说明，下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。

一种新型有限转角直流力矩电机，如图1～4所示，由外转子、内转子、定子构成，定子同轴安装于外转子与内转子之间。定子由定子铁芯3和缠绕其上的定子线圈组8构成，并通过凸台10与机壳11固定在一起，参见图2、3、4、5，定子铁芯是环形光滑的，没有铁芯槽和齿，定子绕组的每个线圈组的每个线圈都环形绕制于定子铁芯上，线圈组的数量与转子磁极数量相等，线圈组间依次反向串联或并联(见图3)。为提高输出力矩和保证外形尺寸，线圈可绕制成多层，如图4所示，线圈外侧边6、内侧边7、线圈端部应排列紧密。每个线圈组的引线末端和相邻线圈组的引线首端焊接在用于安装固定定子的凸台的接线片9上，相邻的线圈组线圈绕制方向相反，所有线圈组通过接线片连接在一起，输出两个端子用于输入直流电源。

当电机定子输入直流电源时，属于同一线圈组的线圈的内外侧边电流方向相反，相邻线圈组的线圈的内、外侧边电流方向也相反。因此，如图1所示，每个线圈组的线圈的内、外侧边都为有效边，产生同样旋转方向的力矩。

内、外转子分别由内磁钢4、外磁钢2和内转子导磁环5、外转子导磁环1构成，外磁钢用环氧树脂胶粘接固定于外转子导磁环上，内磁钢用环氧树脂胶粘接固定于内转子导磁环上。并位于同一线圈组下，面向电机磁路内气隙、外气隙的内、外转子的磁极极性相同，以N-N极或S-S极布置；属于内、外转子的磁钢面向内气隙、外气隙的磁极极性依次相异布置于内转子导磁环、外转子导磁环上，以N-S布置。内磁钢沿内导磁环外表面均布，外磁钢沿外导磁环内表面均布，内、外转子磁极数量相等，磁极所占的机械角度也相等。

本发明的内、外转子采用固定环12连接为一体，并一起固定于轴13上沿同一轴线在一定角度范围内同步旋转，参见图5，内、外转子同极性磁极下的定子线圈组的每个线圈内、外侧边都产生有效力矩且方向相同。

本发明根据电机输出恒定力矩的旋转角度范围要求和力能指标情况，可以制成多对极。

本发明的电机主磁路工作原理为：

同一线圈组下的内、外磁极提供的磁势/磁力线，分别通过内、外气隙到达定子铁芯，沿环形铁芯通过，在相邻的磁极对应的定子铁芯处分两路再次通过内、外气隙到达内、外转子相邻的磁极下，穿过磁极，沿内转子导磁环、外转子导磁环回到起始点，形成闭合回路。

Claims (8)

1.一种新型有限转角直流力矩电机，由定子、外转子和内转子组成，定子同轴安装于外转子与内转子之间，其特征在于：定子由定子铁芯和缠绕其上的定子绕组构成，构成该定子绕组的每个线圈组的每个线圈都环形绕制于定子铁芯上，线圈组的数量与转子磁极数量相等；内、外转子分别由内磁钢、外磁钢和内转子导磁环、外转子导磁环构成，内、外转子磁极数量相等，磁极夹角也相等，内、外转子的磁钢在同一线圈组下面向电机磁路的内气隙、外气隙的磁极极性相同，属于内、外转子的磁钢面向内气隙、外气隙的磁极极性依次相异布置于内转子导磁环、外转子导磁环上。

2.根据权利要求1所述的新型有限转角直流力矩电机，其特征在于：所述的定子铁芯为光滑的环形。

3.根据权利要求1所述的新型有限转角直流力矩电机，其特征在于：同极性磁极下的定子线圈组的每个线圈内、外侧边都产生力矩且方向相同。

4.根据权利要求3所述的新型有限转角直流力矩电机，其特征在于：所述内磁钢沿内导磁环外表面均布，磁钢极性依次相异；外磁钢沿外导磁环内表面均布，磁钢极性依次相异。

5.根据权利要求1所述的新型有限转角直流力矩电机，其特征在于：在同一定子线圈组下的内、外转子磁钢气隙侧极性相同。

6.根据权利要求1所述的新型有限转角直流力矩电机，其特征在于：内、外转子通过固定环连接为一体，并沿同一轴线在一定角度范围内同步旋转。

7.根据权利要求1所述的新型有限转角直流力矩电机，其特征在于：所述定子绕组的各线圈组采用串联或并联方式连接。

8.根据权利要求7所述的新型有限转角直流力矩电机，其特征在于：所述定子绕组相邻两线圈组应反向连接，保证所通电流方向相反。

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