CN103647381B - 无铁心永磁式有限转角电机 - Google Patents
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Abstract
无铁心永磁式有限转角电机，涉及一种有限转角电机。针对现有绕线式有限转角直流力矩电机气隙磁密低，力矩密度较低、电感较大及一般径向磁路结构的动圈式有限转角电机绕组中环流问题。轴承座与外壳封闭端固接，内、外定子固定在一起，电机轴通过轴承安装在轴承座内和支架上，外定子套装在轴承座上，内、外定子外圆周侧面和内圆周侧面上固定有外、内永磁磁钢，并形成闭式磁路结构，内、外永磁磁钢之间设置有骨架，多组绕组线圈固定缠绕在骨架上，骨架与内、外永磁磁钢之间设有气隙，绕组线圈组数与磁极极数相同，每两个相邻的绕组线圈绕向相反，且串联连接，骨架与支架固定连接，外壳敞口端与端盖可拆卸连接。本发明用于扫描机构及伺服定位系统中。
Description
技术领域
本发明涉及一种有限转角电机，属于电机领域。
背景技术
在自动控制系统中，电机是一种必不可少的执行元件，在某些特殊的场合下只要求执行元件在有限角度内旋转，此时往往考虑使用有限转角电机。与传统的电励磁电机和永磁电机相比，有限转角电机在控制的难易程度和系统的成本上有明显的优势，具有力矩波动小、输出力矩大、易于控制和维护性好等优点。但是传统的动铁式有限转角电机，其转动惯量较大，响应速度较慢，若有限转角电机为齿槽结构时，虽能够保证较高的气隙磁密，但其会产生较大的力矩波动，对有限转角电机的最大摆角范围造成很大的影响。若有限转角电机设计为无齿槽结构，即为绕线式结构，将绕组线圈均匀的缠绕在一个导磁环上，虽然此时不存在定位力矩，但同时也增大了有限转角电机的气隙，使得其气隙磁密有显著的减小，从而降低了有限转角电机的力矩密度，且电感较大。此外，一股径向磁路结构的动圈式有限转角电机还存在绕组中的环流问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种无铁心永磁式有限转角电机，以解决现有绕线式有限转角直流力矩电机气隙磁密低，力矩密度较低、电感较大以及一股径向磁路结构的动圈式有限转角电机绕组中的环流问题。
本发明的无铁心永磁式有限转角电机为环形闭式磁路结构的无铁心永磁式有限转角电机。此种环形闭式磁路结构，沿着半径方向能够提供一致的气隙磁密，从而消除了一股径向磁路结构的动圈式有限转角电机绕组中的环流问题。
无铁心永磁式有限转角电机，它包括内定子、外定子、内永磁磁钢、外永磁磁钢、外壳、电机轴、端盖、轴承座，所述的外壳一端为封闭端，外壳另一端为敞口端，外壳中部设有安装孔，外壳内设置有轴承座，轴承座一端与外壳的封闭端固接，且轴承座中心线与外壳中心线重合；所述的无铁心永磁式有限转角电机还包括动圈式转子，所述的动圈式转子包括骨架、支架和多组绕组线圈，所述的内永磁磁钢和外永磁磁钢均包括多个大扇形永磁磁钢片和多个小扇形永磁磁钢片，外定子和内定子均由导磁材料制成；
所述的内定子与外定子固定在一起，电机轴一端穿出外壳安装孔，电机轴通过轴承一安装在轴承座内，电机轴另一端通过轴承二安装在支架上，电机轴另一端与支架固定连接，电机轴轴线与支架中心线重合，外定子中部设有中心孔，外定子通过中心孔套装在轴承座上，且外定子与轴承座可拆卸连接，电机轴与内定子和外定子同轴设置，内定子外圆周侧面上固定有外永磁磁钢，且外永磁磁钢的多个大扇形永磁磁钢片和多个小扇形永磁磁钢片沿内定子外圆周侧面上依次交替排布，外定子内圆周侧面上固定有内永磁磁钢，且内永磁磁钢的多个大扇形永磁磁钢片和多个小扇形永磁磁钢片沿外定子内圆周侧面上依次交替排布，内永磁磁钢和外永磁磁钢所构成的每一对极为多段式结构，并形成闭式磁路结构，内永磁磁钢和外永磁磁钢之间设置有骨架，多组绕组线圈沿外永磁磁钢圆周方向均布固定缠绕在骨架上，骨架与内永磁磁钢之间以及骨架与外永磁磁钢之间分别设有气隙，绕组线圈组数与绕组线圈磁极极数相同，每两个相邻的绕组线圈绕向相反，且串联连接，骨架外端与支架固定连接，外壳敞口端与端盖可拆卸连接，外定子与外壳可拆卸连接。
优选的是，所述的外永磁磁钢利用环氧树脂胶粘接固定在内定子的外圆周侧面上，内永磁磁钢同样利用环氧树脂胶粘接固定在外定子的内圆周侧面上。
本发明相对于现有技术具有如下有益效果：
1.内、外定子上的永磁磁钢为新型环形闭式磁路结构，能够有效的提高动圈式有限转角电机的气隙磁密，磁密幅值一股可由0.4T左右提高到0.6T左右，进而提高其力矩密度，力矩密度提高了20％左右，在同等的技术要求下，可以减小电机的尺寸，应用场合广泛。
2.此种新型环形闭式磁路结构，可以使得电机沿着径向具有一致性的气隙磁密，从而消除了电机绕组中的环流问题。
3.电机采用无铁心结构，消除了定位力矩对此类电机性能的影响，且转子采用的动圈式结构，能够有效的减小电机的转动惯量，从而提高了系统的响应速度。
附图说明
图1是本发明的无铁心永磁式有限转角电机的主剖视图；
图2是图1中的A-A剖面图，电机轴未画出；
图3是图2中的B-B剖视图；
图4是内永磁磁钢和外永磁磁钢充磁示意图，箭头所指示的方向为充磁方向，从图4可以看出内永磁磁钢三段和外永磁磁钢三段构成了一个闭式磁路结构；
图5是绕组线圈在骨架上的分布及某一时刻绕组线圈上的电流通电方向示意图。
图4和图5中，黑点表示电流由里向出，十字线表示电流由外向里进。
本发明中的各部件名称及件号如下：
1-外定子；2-内永磁磁钢；3-绕组线圈；4-骨架；5-外永磁磁钢；6-内定子；7-支架；8-外壳；9-电机轴；10-端盖；11-轴承座；12-轴承一；13-轴承二；14-气隙；15-挡板。
具体实施方式
下面结合附图说明具体的实施方式：
如图1～图5所示；无铁心永磁式有限转角电机，它包括内定子6、外定子1、内永磁磁钢2、外永磁磁钢5、外壳8、电机轴9、端盖10、轴承座11，所述的外壳8一端为封闭端，外壳8另一端为敞口端，外壳8中部设有安装孔，外壳8内设置有轴承座11，轴承座11一端与外壳8的封闭端固接，且轴承座11中心线与外壳8中心线重合；所述的无铁心永磁式有限转角电机还包括动圈式转子，所述的动圈式转子包括骨架4、支架7和多组绕组线圈3，所述的内永磁磁钢2和外永磁磁钢5均包括多个大扇形永磁磁钢片和多个小扇形永磁磁钢片，外定子1和内定子6均由导磁材料制成；
所述的内定子6与外定子1固定在一起，电机轴9一端穿出外壳8安装孔，电机轴9通过轴承一12安装在轴承座11内，电机轴9另一端通过轴承二13安装在支架7上，电机轴9另一端与支架7固定连接，电机轴9轴线与支架7中心线重合，外定子1中部设有中心孔，外定子1通过中心孔套装在轴承座11上，且外定子1与轴承座11可拆卸连接，电机轴9与内定子6和外定子1同轴设置，内定子6外圆周侧面上固定有外永磁磁钢5，且外永磁磁钢5的多个大扇形永磁磁钢片和多个小扇形永磁磁钢片沿内定子6外圆周侧面上依次交替排布，外定子1内圆周侧面上固定有内永磁磁钢2，且内永磁磁钢2的多个大扇形永磁磁钢片和多个小扇形永磁磁钢片沿外定子1内圆周侧面上依次交替排布，内永磁磁钢2和外永磁磁钢5所构成的每一对极为多段式结构，并形成闭式磁路结构，内永磁磁钢2和外永磁磁钢5之间设置有骨架4，多组绕组线圈3沿外永磁磁钢5圆周方向均布固定缠绕在骨架4上，骨架4与内永磁磁钢2之间以及骨架4与外永磁磁钢5之间分别设有气隙14，绕组线圈3组数与绕组线圈3磁极极数相同，每两个相邻的绕组线圈3绕向相反，且串联连接，骨架4外端与支架7固定连接，外壳8敞口端与端盖10可拆卸连接，外定子1与外壳8可拆卸连接。
内定子6和外定子1采用环形闭式磁路结构，绕组线圈3缠绕在骨架4上，每两个相邻的绕组线圈3绕向相反，且串联连接，保证通入到绕组线圈3中的电流方向相反。
本实施方式中，所述的外永磁磁钢5利用环氧树脂胶粘接固定在内定子6的外圆周侧面上，内永磁磁钢2同样利用环氧树脂胶粘接固定在外定子1的内圆周侧面上。
本实施方式中，外定子1为圆柱形筒体，外定子1一端通过挡板15封闭，挡板15的中心设有所述的中心孔，外定子1通过挡块15的中心孔套装在轴承座11上。
内定子6也为圆柱形筒体，且内定子6的两端均为敞口端，内定子6套装在外定子1内。
本发明的工作原理如下：
当绕组线圈3通入直流电时，因为骨架4上相邻的绕组线圈3的绕向相反，那么某一时刻时，绕组线圈3中的电流方向如图5所示，闭式磁路的充磁方式如图4所示，这种环形闭式磁路结构能够有效的提高电机的气隙磁密，从而提高电机的力矩密度，同时此种新型闭式磁路结构在半径方向上能够提供一致的气隙磁密，从而消除了一股径向磁路结构的有限转角电机绕组中的环流问题。本发明是以电机的绕组线圈3极数等于8为例，同样也可以设计为其他极数以满足不同场合对于力矩范围的要求。
当电机空载时，内永磁磁钢2和外永磁磁钢5提供的磁动势经过内定子6、外定子1及气隙14形成闭合磁路。负载时，绕组线圈3中通入直流电后，根据左手定则，即可判断电机在有限角度内产生恒定转矩的方向，电流相反时，转矩也随之相反。
Claims (2)
1.一种无铁心永磁式有限转角电机，它包括内定子(6)、外定子(1)、内永磁磁钢(2)、外永磁磁钢(5)、外壳(8)、电机轴(9)、端盖(10)、轴承座(11)，所述的外壳(8)一端为封闭端，外壳(8)另一端为敞口端，外壳(8)中部设有安装孔，外壳(8)内设置有轴承座(11)，轴承座(11)一端与外壳(8)的封闭端固接，且轴承座(11)中心线与外壳(8)中心线重合；其特征是：所述的无铁心永磁式有限转角电机还包括动圈式转子，所述的动圈式转子包括骨架(4)、支架(7)和多组绕组线圈(3)，所述的内永磁磁钢(2)和外永磁磁钢(5)均包括多个大扇形永磁磁钢片和多个小扇形永磁磁钢片，外定子(1)和内定子(6)均由导磁材料制成；
所述的内定子(6)与外定子(1)固定在一起，电机轴(9)一端穿出外壳(8)安装孔，电机轴(9)通过轴承一(12)安装在轴承座(11)内，电机轴(9)另一端通过轴承二(13)安装在支架(7)上，电机轴(9)另一端与支架(7)固定连接，电机轴(9)轴线与支架(7)中心线重合，外定子(1)中部设有中心孔，外定子(1)通过中心孔套装在轴承座(11)上，且外定子(1)与轴承座(11)可拆卸连接，电机轴(9)与内定子(6)和外定子(1)同轴设置，内定子(6)外圆周侧面上固定有外永磁磁钢(5)，且外永磁磁钢(5)的多个大扇形永磁磁钢片和多个小扇形永磁磁钢片沿内定子(6)外圆周侧面上依次交替排布，外定子(1)内圆周侧面上固定有内永磁磁钢(2)，且内永磁磁钢(2)的多个大扇形永磁磁钢片和多个小扇形永磁磁钢片沿外定子(1)内圆周侧面上依次交替排布，内永磁磁钢(2)和外永磁磁钢(5)所构成的每一对极为多段式结构，并形成闭式磁路结构，内永磁磁钢(2)和外永磁磁钢(5)之间设置有骨架(4)，多组绕组线圈(3)沿外永磁磁钢(5)圆周方向均布固定缠绕在骨架(4)上，骨架(4)与内永磁磁钢(2)之间以及骨架(4)与外永磁磁钢(5)之间分别设有气隙(14)，绕组线圈(3)组数与绕组线圈(3)磁极极数相同，每两个相邻的绕组线圈(3)绕向相反，且串联连接，骨架(4)外端与支架(7)固定连接，外壳(8)敞口端与端盖(10)可拆卸连接，外定子(1)与外壳(8)可拆卸连接。
2.如权利要求1所述的无铁心永磁式有限转角电机，其特征是：所述的外永磁磁钢(5)利用环氧树脂胶粘接固定在内定子(6)的外圆周侧面上，内永磁磁钢(2)同样利用环氧树脂胶粘接固定在外定子(1)的内圆周侧面上。
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