CN104300762A - 一种抗过载永磁无刷直流电动机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种抗过载永磁无刷直流电动机，解决了现有驱动电机不能抗高过载的缺陷。该无刷直流电动机包括定子部件、转子部件、能量吸收垫片(10)和保护夹块；保护夹块包括动夹块(13)、静夹块I(11)和静夹块II(4)；所述转子部件包括机壳(8)、磁钢(7)、前端盖(14)、转轴(15)和后挡环(2)；所述定子部件包括定子铁芯(6)、定子绕组(5)、后端盖(9)和引出线(1)；前轴承(12)轴向两侧分别有静夹块I(11)和动夹块(13)，后轴承(3)轴向内侧有一片静夹块II(4)，能量吸收垫片(10)放置在后端盖(9)的轴芯孔内，且位于静夹块I(11)内侧。

Description

一种抗过载永磁无刷直流电动机
技术领域
本发明涉及驱动电机，具体涉及一种抗过载永磁无刷直流电动机，用于智能弹药的舵机系统。
背景技术
为实现高精度打击目的，智能弹药舵机系统目前均采用电动舵机进行目标追踪锁定，这在无高过载智能弹药(如导弹、火箭弹)的制导系统中已大量应用，而在高过载智能弹药(如榴弹、炮弹)上仍处于开发阶段。电动舵机的核心部件包括控制系统和驱动电机，而能够满足高功率密度、精确控制、快速响应的驱动电机，目前属于公知公用的就是永磁直流电动机，包括永磁有刷直流电动机和永磁无刷直流电动机两种。
这两种驱动电机中，有刷直流电动机的主要结构由电枢转子、永磁定子、轴承、端盖、和电刷等组成。其工作原理是：电源通过电刷输入电枢绕组并由于电刷的换向作用形成旋转磁场，该磁场与定子永磁磁场相互作用，产生旋转电磁力，驱动转子进行旋转，从而将电能转化为机械能，从电机轴端输出。无刷直流电动机的主要结构由永磁转子、电枢定子、传感器(也可不用)、轴承和端盖组成，与有刷直流电动机相比，少了电刷，另外，永磁体放在转子上，电枢绕组在定子上。它的工作原理与有刷电机相同，不同的是用电子换向取代了电刷的机械换向，即通过传感器或反电势感应转子磁极的位置，并将该位置信息反馈到驱动器，再由驱动器给定子绕组通电，从而实现电子换向。
有刷直流电动机的主要缺点是：由于有电刷结构进行机械换向，在运转过程中会产生换向火花、电磁干扰和电刷磨损，因而其高速性能和调速范围受到很大限制，可靠性不高，需要经常维护，使用寿命不长。高过载弹药在发射时，弹药在出膛瞬间的加速度非常高，从而对整个系统造成很高的冲击力，炮弹膛压可达数百兆帕，冲击力达10000～30000倍以上重力加速度。在这个冲击力的作用下，上述两种电机中的轴承保持架和电刷会脱落，磁钢容易碎裂，转轴会弯曲或断裂，若是空心杯绕组，则外层绝缘纸会发生剥离，导致绕组位移、变形和断路，从而使整个电机彻底瘫痪。因此，这两种电机用在高过载弹药舵机系统中，都存在一个致命的缺陷——不具备抗高过载能力，完全不能适应炮弹、榴弹等的恶劣环境发射条件。
发明内容
本发明提供一种抗过载永磁无刷直流电动机，解决了现有驱动电机不能抗高过载的缺陷，满足了炮弹、榴弹等的发射高过载要求。
本发明的技术方案是，一种抗过载永磁无刷直流电动机包括定子部件、转子部件、前轴承、后轴承、前端盖、后端盖、能量吸收垫片和保护夹块；保护夹块包括动夹块、静夹块I和静夹块II。
所述转子部件包括机壳、磁钢、前端盖、转轴和后挡环；磁钢装入机壳内，磁钢和机壳用胶粘剂粘接，磁钢后端靠机壳台阶定位，前端盖套装在转轴上，前端盖和机壳固定连接，后挡环套装在转轴上，后挡环安装在转轴后端，前端盖与转轴之间、后挡环与转轴之间均固定连接；
所述定子部件包括定子铁芯、定子绕组、后端盖和引出线；所述后端盖的轴剖面为“T”形结构，定子铁芯套装在端盖的“T”形下部，定子铁芯与后端盖配合面之间用粘接或者过盈配合，定子绕组嵌绕在定子铁芯外周槽内；定子部件通过前轴承和后轴承套装转轴上，且定子部件位于转轴与磁钢之间，同时端盖的“T”上部将转子部件封堵在壳体内。
前轴承轴向两侧分别有静夹块I和动夹块，后轴承轴向内侧有一片静夹块II，能量吸收垫片放置在后端盖的轴芯孔内，且位于静夹块I内侧。
传感器部件包括传感器元件、电路板和传感器引线，传感器元件焊接在电路板上，且传感器元件直接插装于定子铁芯所对应的槽内，传感器引线焊接在电路板上，电路板与定子绕组端部绑扎在一起。
本发明的有益效果：本发明的有益效果：1)本发明采用了能量吸收垫片、轴承保护夹块、磁钢护套和高强度空心杯定子绕组，使得无刷直流电动机完全具备了抗高过载性能，从而为高过载智能弹药的精确制导解决了关键技术问题；2)本发明采用了能量吸收垫片，既能吸收大部分的冲击能量、削弱反弹力又能保证轴向间隙不会增加太多，从而使直流电动机受到冲击后仍能保持原有的装配精度；3)本发明增加夹块式保护结构，在受到高冲击力和反弹力作用时，夹块式保护结构限制轴承内外圈之间相对运动的行程，使其轴向位移保持在轴承游隙范围内，从而保证轴承保持架不会受损；4)本发明采用磁钢保护套，既不影响直流电动机气隙磁场的正常性能，又不影响气隙空间尺寸大小，同时大大增强了对磁钢的保护，使其在高速和高过载冲击时不会碎裂；5)本发明采用高强度空心杯定子绕组，既保证了绕组的绝缘，又增强了绕组的机械强度以及与铁芯之间的粘接强度，使定子绕组在高冲击力和反弹力的作用下不会发生位移和变形。
附图说明
图1是本发明一种抗过载永磁无刷直流电动机结构示意图；
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明进行进一步详细说明。下面所述前端为本发明的无刷直流电动机的输出端。
如图1所示，本发明一种抗过载永磁无刷直流电动机主要由定子部件、转子部件、前轴承12、后轴承3、前端盖14、后端盖9、能量吸收垫片10及保护夹块组成。保护夹块包括动夹块13、静夹块I11和静夹块II4
转子部件主要由机壳8、磁钢7、前端盖14、转轴15和后挡环2组成，磁钢7装入机壳8内，磁钢7和机壳8用高强度胶粘剂粘接，磁钢7后端靠机壳8台阶定位，前端盖14套装在转轴15上，前端盖14和机壳8可用粘接也可用螺纹连接，后挡环2套装在转轴15上，后挡环2安装在转轴15后端，用于后轴承3轴向定位。前端盖14与转轴15之间、后挡环2与转轴15之间均可用紧定螺钉固定或过盈配合；
定子部件主要由定子铁芯6、定子绕组5、后端盖9和引出线1组成。所述后端盖9的轴剖面为“T”形结构，定子铁芯6为有槽铁芯，定子铁芯6套装在端盖9的“T”形下部，定子铁芯6与后端盖9配合面之间可用粘接也可用过盈配合，定子绕组5直接嵌绕在定子铁芯6外周槽内；定子部件通过前轴承12和后轴承3套装转轴15上，即定子部件和转轴15配合面之间设置有前轴承12和后轴承3，且定子部件位于转轴15与磁钢7之间，同时端盖9的“T”上部将转子部件封堵在壳体8内。
前轴承12轴向两侧分别有静夹块I11和动夹块13，后轴承3轴向内侧有一片静夹块II4，能量吸收垫片10放置在后端盖9的轴芯孔内，且位于静夹块I11内侧，后挡环2可代替动夹块的作用，后端盖9是被固定不动的。
本发明还包括传感器部件，传感器部件包括传感器元件16、电路板17和传感器引线18组成，传感器元件16可选用插脚元件，传感器元件16焊接在电路板17上，并直接插装于定子铁芯6所对应的槽内，传感器引线18焊接在电路板17上，电路板17与定子绕组5端部绑扎在一起。
本发明的工作过程是：当电源接通时，传感器元件16检测到转子磁钢7的位置，并将该位置信息反馈到驱动器，再由驱动器给定子绕组通电，从而实现电子换向，产生旋转磁场。若不用传感器部件，则工作过程是：电源接通时，定子绕组5会产生感应电动势，驱动电路通过检测感应电动势的相位关系，判断定子绕组5的通电顺序，并按此顺序给定子绕组5依次通电，从而产生旋转磁场。该旋转磁场与磁钢7的磁场相互作用，产生旋转电磁力，带动转子部件旋转。在受到来自A向的过载冲击时，整个转子部件的重量所带来的冲击力通过动夹块13、前轴承12、静夹块11作用在能量吸收垫片10上，能量吸收垫片10发生塑性变形，吸收大部分冲击能力，减弱反弹力；动夹块13和静夹块11分别顶住前轴承12的内圈和外圈，靠设计制造的间隙，限制前轴承12内外圈之间的轴向位移，使其保持在轴承的游隙范围内，从而保证轴承不会受损；在冲击力反弹时，由于后挡环2的阻挡作用，转子部件不会飞出，其所有的重量所带来的冲击力直接作用在后轴承3的内圈，静夹块4顶住后轴承3外圈，限制其轴向位移，保护轴承不会受损。
电机外形的截面也不局限于圆形或方形，还可以有其它异形；同样，端盖和机壳的连接方式也不限于使用胶粘剂或螺纹连接，也可采用铆接、焊接等连接方式；磁极对数不限于一对极，也可以是任何极对数；定子绕组也不限于空心杯结构，也可以是有槽铁芯嵌绕结构；绕组型式不限于双层叠绕型式，也可以是单层叠绕、单层波绕或双层波绕等各种型式；绕组接法可以是星形接法，也可以是三角形接法；驱动方式可以是方波驱动，也可以是正弦波驱动；磁极检测可以是传感器元件，也可以是反电势检测法。

Claims (2)

1.一种抗过载永磁无刷直流电动机，其特征是：该无刷直流电动机包括定子部件、转子部件、前轴承(12)、后轴承(3)、前端盖(14)、后端盖(9)、能量吸收垫片(10)和保护夹块；保护夹块包括动夹块(13)、静夹块I(11)和静夹块II(4)；
所述转子部件包括机壳(8)、磁钢(7)、前端盖(14)、转轴(15)和后挡环(2)；磁钢(7)装入机壳(8)内，磁钢(7)和机壳(8)用胶粘剂粘接，磁钢(7)后端靠机壳(8)台阶定位，前端盖(14)套装在转轴(15)上，前端盖(14)和机壳(8)固定连接，后挡环(2)套装在转轴(15)上，后挡环(2)安装在转轴(15)后端，前端盖(14)与转轴(15)之间、后挡环(2)与转轴(15)之间均固定连接；
所述定子部件包括定子铁芯(6)、定子绕组(5)、后端盖(9)和引出线(1)；所述后端盖(9)的轴剖面为“T”形结构，定子铁芯(6)套装在端盖(9)的“T”形下部，定子铁芯(6)与后端盖(9)配合面之间用粘接或者过盈配合，定子绕组(5)嵌绕在定子铁芯(6)外周槽内；定子部件通过前轴承(12)和后轴承(3)套装转轴(15)上，且定子部件位于转轴(15)与磁钢(7)之间，同时端盖(9)的“T”上部将转子部件封堵在壳体(8)内；
前轴承(12)轴向两侧分别有静夹块I(11)和动夹块(13)，后轴承(3)轴向内侧有一片静夹块II(4)，能量吸收垫片(10)放置在后端盖(9)的轴芯孔内，且位于静夹块I(11)内侧。
2.按照权利要求1所述一种抗过载永磁无刷直流电动机，其特征在于：该无刷直流电动机还包括传感器部件，传感器部件包括传感器元件(16)、电路板(17)和传感器引线(18)，传感器元件(16)焊接在电路板(17)上，且传感器元件(16)直接插装于定子铁芯(6)所对应的槽内，传感器引线(18)焊接在电路板(17)上，电路板(17)与定子绕组(5)端部绑扎在一起。
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