CN104702008A - 一种潜艇用力矩伺服电机 - Google Patents

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魏娟
李建明
赵国平
马德森
闫海媛
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Abstract

本发明公开了一种潜艇用力矩伺服电机，包括转子，所述转子包括转子轴磁轭和磁钢，所述磁钢固定在所述转子轴上，所述转子还包括隔条，所述隔条用于防止所述磁钢发生轴向或周向移动，所述磁轭套设在所述转子轴上，且与所述转子轴同轴设置，所述隔条、所述磁钢均固定在所述磁轭的外表面上，且沿着所述磁轭的周向方向所述隔条与所述磁钢相间分布。本发明提供的潜艇用力矩伺服电机其承载能力突出，能够满足大力矩、低脉动以及低转速的工况，且电机的可靠性和稳定性较高。

Description

一种潜艇用力矩伺服电机
技术领域
本发明涉及伺服电机领域，尤其涉及一种潜艇用力矩伺服电机。
背景技术
潜艇的静音性能对潜艇的存活至关重要，为了降低潜艇的噪音，逐渐采用电操作系统代替传统的液压操作系统。但由于潜艇上的传动构件的结构极其复杂，实现潜艇的全电化十分困难。例如：潜艇舵面负载一般几吨到几十吨不等，工作时间极长，且要求其驱动机构具有大承载、低脉动、大力矩以及低转速等特点，而目前现有的伺服电机无法满足上述功能，故使得实现潜艇操舵伺服驱动变得十分困难。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题在于提出一种潜艇用力矩伺服电机，其承载能力突出，能够满足大力矩、低脉动以及低转速的工况，且电机的可靠性和稳定性极高。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供的一种潜艇用力矩伺服电机，包括转子，所述转子包括转子轴和磁钢，所述磁钢固定在所述转子轴上，所述转子还包括隔条及磁轭，所述隔条用于防止所述磁钢发生轴向或周向移动，所述磁轭套设在所述转子轴上，且与所述转子轴同轴设置，所述隔条、所述磁钢均固定在所述磁轭的外表面上，且沿着所述磁轭的周向方向所述隔条与所述磁钢相间分布。
本发明的进一步技术方案：所述转子还包括用于防止所述磁钢发生径向移动的钢套，所述钢套固定套设在所述磁钢上。
本发明的进一步技术方案：所述磁轭的两端设有用于消除不平衡量的平衡环。
本发明的进一步技术方案：所述电机为20极电机，具有24个分数槽。
本发明的进一步技术方案：还包括反馈组件和第一端盖，所述反馈组件包括编码器及转接装置，所述编码器用于反馈伺服电机转子位置和速度，所述编码器通过所述转接装置与所述第一端盖固定，且通过所述转接装置与所述转子轴可转动连接。
本发明的进一步技术方案：所述转接装置包括固定座和转轴，所述转轴的一端设有滚齿，所述滚齿与固定在所述转子轴一端的齿轮相啮合，所述转轴的另一端与所述编码器相连。
本发明的进一步技术方案：所述编码器的数量为两个以上，多个所述编码器构成余度结构，多个所述编码器与固定在所述转子轴一端的齿轮相啮合。
本发明的进一步技术方案：还包括水冷系统和第一端盖，所述水冷系统包括进水口、出水口以及与所述出水口和所述进水口相连通的水道，所述水道位于所述定子的内部。
本发明的进一步技术方案：所述水道包括进水螺旋水槽、环形槽以及出水螺旋水槽，所述环形槽两端分别与所述进水螺旋水槽及所述出水螺旋水槽相连通，所述进水螺旋水槽和所述出水螺旋水槽分别与所述进水口和所述出水口相连通。
本发明的进一步技术方案：所述进水螺旋水槽和所述出水螺旋水槽的形状均呈DNA螺旋结构状，且所述进水螺旋水槽与所述出水螺旋水槽并排设置。
本发明的有益效果为：
本发明提供的潜艇用力矩伺服电机设置了用于防止磁钢发生轴向或周向移动的隔条，能增强磁钢固定的可靠性和稳定性，防止磁钢的窜动，从而使得电机的承载能力增强，适用于大力矩、低脉动的工况环境。沿着磁轭的周向方向隔条与磁钢相间分布，使得每个磁钢的固定均十分可靠。电机为20极24分数槽电机，其能够输出低转速、大力矩及低转矩波动的工作量。设置了类似DNA结构的水冷系统，能有效的提高伺服电机的水冷面积，增强电机的散热。反馈组件采用余度设计，即使有部分编码器出现故障，反馈组件依旧能正常工作，增强伺服电机的可靠性及安全性。
附图说明
图1是本发明具体实施方式提供的潜艇用力矩伺服电机的主视图；
图2是本发明具体实施方式提供的潜艇用力矩伺服电机的右视图；
图3是本发明具体实施方式提供的潜艇用力矩伺服电机的俯视图；
图4是本发明具体实施方式提供的转接装置的剖视图；
图5是本发明具体实施方式提供的水冷系统的结构示意图；
图6是本发明具体实施方式提供的水冷系统水路的示意图；
图7是本发明具体实施方式提供的转子的结构示意图；
图8是本发明具体实施方式提供的隔条的安装示意图；
图9是本发明具体实施方式提供的绕组的展开图。
图中：
1、壳体；21、第一端盖；22、第二端盖；31、转子轴；32、磁钢；33、隔条；34、磁轭；35、钢套；36、平衡环；41、铁芯；42、绕组；51、接线盒；52、动力连接器；53、反馈连接器；61、保护盖；62、固定座；63、转轴；631、滚齿；311、齿轮；64、第一编码器；65、第二编码器；71、进水口；72、出水口；73、进水螺旋水槽；74、环形槽；75、出水螺旋水槽。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如图1-3所示，本实施例中提供的一种潜艇用力矩伺服电机，包括壳体1、第一端盖21、第二端盖22、转子、定子、电气接口、反馈组件以及水冷系统。其中第一端盖21和第二端盖22固定在壳体1的两端的端面处，转子位于定子的内部，与定子同轴设置，转子位于壳体1内，电气接口固定在壳体1的外表面上，反馈组件与第一端面或第二端面固定连接，用于反馈转子轴31的位置和速度信号，且与电气接口电性连接，水冷系统位于定子内，靠近定子的外表面或者位于定子与壳体1之间。
优选的，电机为20极24分数槽电机，能够输出低转速、大力矩及低转矩波动的工作量。
如图7所示，转子包括转子轴31、磁钢32、隔条33及磁轭34，磁钢32固定在转子轴31上，磁轭34套设在转子轴31上，且与转子轴31同轴设置，磁钢32提供主磁通，磁轭34提供磁场通路。隔条33、磁钢32均固定在磁轭34的外表面上，固定方式为粘接，沿着磁轭34的周向方向隔条33与磁钢32相间分布，使得每块磁钢32的固定均十分可靠。隔条33用于防止磁钢32发生轴向或周向移动，且能增强磁钢32固定的可靠性和稳定性，防止磁钢32的窜动。
进一步的，转子还包括钢套35，钢套35固定套设在磁钢32上，磁轭34的两端设有平衡环36，钢套35用于防止磁钢32发生径向移动，平衡环36用于防止磁钢32发生轴线窜动，消除不平衡量。装配时，平衡环36的装配采用压装工艺，并通过螺钉进行双面加固，钢套35与磁钢32的装配采用热装工艺，磁钢32与转子轴31之间的转配也采用热装工艺，压装工艺和热装工艺均增强构件之间固定的可靠性。
定子包括铁芯41和绕组42，铁芯41位于壳体1内，绕组42缠绕在铁芯41上，当通过电流时会产生磁场，铁芯41为磁场提供通路。装配时，铁芯41与壳体1的装配采用热装工艺，且通过专用工装进行安装。
电器接口包括接线盒51、动力连接器52以及反馈连接器53，接线盒51通过螺钉固定在壳体1上，动力连接器52和反馈连接器53均通过螺钉固定在接线盒51的内部，动力连接器52和反馈连接器53用于接收及反馈控制信号，动力连接器52与伺服驱动器电性连接。
反馈组件包括两个编码器、转接装置及保护盖61，编码器用于反馈伺服电机转子位置和速度信号，编码器通过转接装置与第一端盖21固定，且通过转接装置与转子轴31可转动连接，两个编码器均位于保护盖61的内部，保护盖61则通过螺钉固定在第一端盖21上。动力连接器52引线、反馈连接器53引线、绕组42引线以及编码器引线均按照点定义安装在接线盒51内。
如图4所示，进一步的，转接装置包括固定座62和转轴63，转轴63的一端设有滚齿631，滚齿631与固定在转子轴31一端的大齿轮311相啮合，转轴63的另一端与编码器相连，也即转子轴31的转动通过转轴63传递给编码器，从而使得编码器能够实时检测电机转子的位置和速度，固定座62与一个或者多个编码器固定连接。
进一步优选的，编码器包括第一编码器64和第二编码器65，第一编码器64和第二编码器65构成双余度结构，第一编码器64和第二编码器65与固定在转子轴31一端的齿轮311相啮合，当第一编码器64和第二编码器65中的一个编码器出现故障后，另一个编码器可以代替其继续工作，从而增强伺服电机的可靠性及安全性。
如图5和图6所示，水冷系统包括进水口71、出水口72以及与出水口72和进水口71相连通的水道，水道位于定子的内部或者定子与壳体1之间的间隙中，也即将一部分或全部的定子包裹在水道中。装配时，进水口71与出水口72应待整机装配完成后再装配。
进一步的，水道包括进水螺旋水槽73、环形槽74以及出水螺旋水槽75，环形槽74两端分别与进水螺旋水槽73及出水螺旋水槽75相连通，进水螺旋水槽73和出水螺旋水槽75分别与进水口71和出水口72相连通，冷却水从进水口71进入口，依次流经进水螺旋水槽73、环形槽74以及出水螺旋水槽75后，从出水口72流出。
进一步优选的，进水螺旋水槽73和出水螺旋水槽75的形状均呈DNA螺旋结构状，且进水螺旋水槽73与出水螺旋水槽75并排设置。进水螺旋水槽73和出水螺旋水槽75类似DNA结构设计，能有效的提高伺服电机的水冷面积，增强电机的散热能力。
具体使用时，潜艇用力矩伺服电机通过动力连接器52接收伺服驱动器发出的动力信号，在定子中产生旋转磁场，与磁钢32中产生的恒定磁场相互作用产生电磁转矩，该转矩带动转子转动，同时反馈组件将转子轴31的位置信号反馈给伺服驱动器，实现伺服电机的闭环控制，从而驱动电操舵机构按要求动作。
本发明是通过优选实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，其他落入本申请的权利要求内的实施例都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种潜艇用力矩伺服电机，包括转子，所述转子包括转子轴(31)、磁轭(34)和磁钢(32)，所述磁钢(32)固定在所述磁轭(34)上，其特征在于：
所述转子还包括隔条(33)，所述隔条(33)用于防止所述磁钢(32)发生轴向或周向移动；
所述磁轭(34)套设在所述转子轴(31)上，且与所述转子轴(31)同轴设置；
所述隔条(33)、所述磁钢(32)均固定在所述磁轭(34)的外表面上，且沿着所述磁轭(34)的周向方向所述隔条(33)与所述磁钢(32)相间分布。
2.根据权利要求1所述的潜艇用力矩伺服电机，其特征在于：
所述转子还包括用于防止所述磁钢(32)发生径向移动的钢套(35)；
所述钢套(35)固定套设在所述磁钢(32)上。
3.根据权利要求1所述的潜艇用力矩伺服电机，其特征在于：
所述磁轭(34)的两端设有用于消除不平衡量的平衡环(36)。
4.根据权利要求1或2或3所述的潜艇用力矩伺服电机，其特征在于：
所述电机为20极电机，具有24个分数槽。
5.根据权利要求1所述的潜艇用力矩伺服电机，其特征在于：
还包括反馈组件和第一端盖(21)；
所述反馈组件包括编码器及转接装置，所述编码器用于反馈伺服电机转子位置和速度，所述编码器通过所述转接装置与所述第一端盖(21)固定，且通过所述转接装置与所述转子轴(31)可转动连接。
6.根据权利要求5所述的潜艇用力矩伺服电机，其特征在于：
所述转接装置包括固定座(62)和转轴(63)；
所述转轴(63)的一端设有滚齿(631)，所述滚齿(631)与固定在所述转子轴(31)一端的齿轮(311)相啮合，所述转轴(63)的另一端与所述编码器相连。
7.根据权利要求5或6所述的潜艇用力矩伺服电机，其特征在于：
所述编码器的数量为两个以上，多个所述编码器构成余度结构，多个所述编码器与固定在所述转子轴(31)一端的齿轮(311)相啮合。
8.根据权利要求1所述的潜艇用力矩伺服电机，其特征在于：
还包括水冷系统和第一端盖(21)；
所述水冷系统包括进水口(71)、出水口(72)以及与所述出水口(72)和所述进水口(71)相连通的水道；
所述水道位于所述定子的内部。
9.根据权利要求8所述的潜艇用力矩伺服电机，其特征在于：
所述水道包括进水螺旋水槽(73)、环形槽(74)以及出水螺旋水槽(75)；
所述环形槽(74)两端分别与所述进水螺旋水槽(73)及所述出水螺旋水槽(75)相连通；
所述进水螺旋水槽(73)和所述出水螺旋水槽(75)分别与所述进水口(71)和所述出水口(72)相连通。
10.根据权利要求8所述的潜艇用力矩伺服电机，其特征在于：
所述进水螺旋水槽(73)和所述出水螺旋水槽(75)的形状均呈DNA螺旋结构状，且所述进水螺旋水槽(73)与所述出水螺旋水槽(75)并排设置。
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