CN105553223B - 一种可自定位的异形磁钢结构的双磁路旋转式音圈电机 - Google Patents

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Abstract

一种可自定位的异形磁钢结构的双磁路旋转式音圈电机，属于音圈电机技术领域。本发明在不改变空载气隙磁场分布规律的基础上，改善动子线圈通电时的负载气隙磁场分布；通过电机电枢反应的抑制，改善该类电机的力矩系数分布曲线，提高电机的控制精度。定子轭的上端面中部设有缺口，定子轭的内腔上端面为台阶面，定子磁钢为工字型，工字型定子磁钢的上端宽度小于下端宽度，工字型定子磁钢的下端两侧边缘的厚度相等并均小于中间位置的厚度，工字型定子磁钢匹配设置在定子轭的缺口处，工字型定子磁钢的下端设置在定子轭的内部，工字型定子磁钢贴靠在定子轭的台阶面上，工字型定子磁钢采用与径向成锐角的方向充磁。本发明用于有限转角精密控制领域。

Description

一种可自定位的异形磁钢结构的双磁路旋转式音圈电机
技术领域
本发明涉及一种双磁路旋转式音圈电机，属于音圈电机技术领域。
背景技术
旋转式音圈电机在有限转角精密控制领域具有越来越广泛的应用，比如航天领域。从实现精密控制的角度来看，现有的普通结构的双磁路旋转式音圈电机存在的主要问题是：在负载情况下由于存在一个不对称的电枢磁场导致力矩系数不再恒定，使得音圈电机的出力随着转角位移的变化而变化，而且变化趋势与通电电流的方向有关。这个特性的存在使得音圈电机的控制变得更为复杂，不利于实现精密位置控制。
产生这个现象的根本原因，是由于音圈电机动子线圈通电后的电枢反应作用。所以，抑制电枢反应是提高旋转式音圈电机控制精度的根本措施。现有的普通结构的双磁路旋转式音圈电机无法解决这个问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可自定位的异形磁钢结构的双磁路旋转式音圈电机，其通过特殊形状的定子磁钢设计，在不改变空载气隙磁场分布规律的基础上，通过在特殊位置设置气隙进而增加磁路的磁阻达到削弱动子线圈通电时的电枢电流磁场的目的。由于有效抑制了这种电枢反应，就可以达到改善该类电机的力矩系数分布曲线的目的，得到提高电机的控制精度的结果。
实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种可自定位的异形磁钢结构的双磁路旋转式音圈电机，包括定子磁钢和定子轭，所述的定子轭的上端面中部设有缺口，定子轭的内腔上端面设有平面和斜面，所述的平面和斜面之间通过竖直面连接过渡构成台阶面，所述的斜面与所述的缺口连接的一端向上倾斜；所述的定子磁钢为工字型，工字型定子磁钢的上端宽度小于下端宽度，工字型定子磁钢的下端两侧边缘的厚度相等并均小于中间位置的厚度，工字型定子磁钢设置在定子轭的缺口处，且工字型定子磁钢的上端设置在定子轭的外部并与定子轭的上表面相贴靠，工字型定子磁钢的下端设置在定子轭的内部，工字型定子磁钢的上端与下端的连接部分的宽度与定子轭的缺口宽度相匹配，工字型定子磁钢贴靠在定子轭的斜面以及所述的竖直面上，工字型定子磁钢采用与径向成锐角的方向充磁。
本发明相对于现有技术的有益效果是：
本发明中充分考虑了双磁路结构旋转式音圈电机中空载磁场和电枢反应磁场的正交性质，设计出完全断开的定子轭，通过对不均匀厚度的定子磁钢进行非平行充磁，在几乎不影响空载磁场的基础上达到抑制电枢反应磁场的特殊目的，进而有效改善该类音圈电机的力矩系数特性，提高该类电机的控制精度。
另外，由于定子轭内腔的上端面设计有台阶，在不用粘接剂的情况下就可以保证定子磁钢实现自定位，而无需靠胶粘接。
附图说明
图1为普通的双磁路结构的旋转式音圈电机横截面示意图；
图2为普通的双磁路结构的旋转式音圈电机定子磁钢的磁场方向示意图；
图3为普通的双磁路结构的旋转式音圈电机的动子线圈单独通电时的气隙磁通路径图；
图4为存在电枢反应的音圈电机力-位移曲线图；
图5为本发明的可自定位的异形磁钢结构的双磁路旋转式音圈电机横截面示意图；
图6为本发明的可自定位的异形磁钢结构的双磁路旋转式音圈电机定子磁钢的磁场方向示意图。
图中：定子磁钢1、定子轭2、缺口3、平面4、斜面5、竖直面6、动子线圈7。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
具体实施方式一：如图5和图6所示，本实施方式记载了一种可自定位的异形磁钢结构的双磁路旋转式音圈电机，包括定子磁钢1和定子轭2，所述的定子轭2的上端面中部设有缺口3，定子轭2的内腔上端面设有平面4和斜面5，所述的平面4和斜面5之间通过竖直面6连接过渡构成台阶面，所述的斜面5与所述的缺口3连接的一端向上倾斜；所述的定子磁钢1为工字型，工字型定子磁钢的上端宽度小于下端宽度，工字型定子磁钢的下端两侧边缘的厚度相等并均小于中间位置的厚度，工字型定子磁钢设置在定子轭2的缺口3处，且工字型定子磁钢的上端设置在定子轭2的外部并与定子轭2的上表面相贴靠，工字型定子磁钢的下端设置在定子轭2的内部，工字型定子磁钢的上端与下端的连接部分的宽度与定子轭2的缺口3宽度相匹配，工字型定子磁钢贴靠在定子轭2的斜面5以及所述的竖直面6上，工字型定子磁钢采用与径向成锐角的方向充磁。
具体实施方式二：如图5和图6所示，具体实施方式一所述的一种可自定位的异形磁钢结构的双磁路旋转式音圈电机，所述的工字型定子磁钢的下端两侧边缘的厚度为3.5mm，工字型定子磁钢的下端中间位置的厚度为5.5mm，所述的缺口3的宽度为4mm；所述的音圈电机最大力矩0.75Nm，转角±7°，音圈电机的力矩系数为0.63Nm/A，有限转角全程内的力矩系数变化率小于3%（普通的双磁路旋转式音圈电机该指标为7%），达到了预期的设计效果。
一个普通的双磁路结构的旋转式音圈电机横截面如图1所示。它的主要特点是上下对称，定子磁钢1横截面是方形的，定子轭2是连接在一起的并且左右等厚度，定子磁钢1的磁场方向和动子线圈7不通电时的气隙磁通路径如图2所示（由于电机是上下完全对称结构，所以图中仅表示出一半区域），其特点是左右对称。而动子线圈7单独通电时的磁通路径如图3所示，正好借用了上面的定子轭2作为通道。两个磁场的合成结果，就是气隙磁场左右不再对称，磁密大小不再相等，对应相同的电枢电流输出力矩不再相同。一个典型的存在电枢反应的音圈电机力-位移曲线如图4所示，在最大角位移处，这种偏差一般能达到8%左右。
理论分析表明，削弱电枢反应磁场的最有效手段是增加磁路的磁阻，进而大幅度减小电枢反应磁通的影响。为此，本发明所设计的双磁路旋转式音圈电机的横截面结构如图5所示，定子磁钢1的磁场方向如图6所示。本发明的技术方案与图1、图2的结构相比，本发明的主要特征是：
（1）定子轭2上端中部是断开的（即缺口3），而且断开的宽度和定子磁钢1的具体尺寸有关。其最终目的，是在基本不影响空载气隙磁场的前提下，切断动子绕组形成的磁场的通路，大幅度降低气隙中的电枢反应磁密，进而抑制电枢反应的影响。另外，该宽度还要考虑到保证定子磁钢1的强度。
（2）电机的定子磁钢1采用不均匀厚度分布，中间厚，两端薄。与此对应的是，定子磁钢1不采用平行充磁方式，而是采用非平行的径向充磁方式，这样可以使得定子轭2中的磁场更均匀，避免局部饱和。
（3）定子轭2的内腔的上端面要设计出有一定厚度的台阶，同时定子磁钢1外形和定子轭2外形匹配设计。装配时，沿着轴向把定子磁钢1推入并对齐，就可以保证定子磁钢1自定位，无需再使用粘接剂进行粘接。

Claims (1)

1.一种可自定位的异形磁钢结构的双磁路旋转式音圈电机，包括定子磁钢（1）和定子轭（2），其特征在于：所述的定子轭（2）的上端面中部设有缺口（3），定子轭（2）的内腔上端面设有平面（4）和斜面（5），所述的平面（4）和斜面（5）之间通过竖直面（6）连接过渡构成台阶面，所述的斜面（5）与所述的缺口（3）连接的一端向上倾斜；所述的定子磁钢（1）为工字型，工字型定子磁钢的上端宽度小于下端宽度，工字型定子磁钢的下端两侧边缘的厚度相等并均小于中间位置的厚度，工字型定子磁钢设置在定子轭（2）的缺口（3）处，且工字型定子磁钢的上端设置在定子轭（2）的外部并与定子轭（2）的上表面相贴靠，工字型定子磁钢的下端设置在定子轭（2）的内部，工字型定子磁钢的上端与下端的连接部分的宽度与定子轭（2）的缺口（3）宽度相匹配，工字型定子磁钢贴靠在定子轭（2）的斜面（5）以及所述的竖直面（6）上，工字型定子磁钢采用与径向成锐角的方向充磁；所述的工字型定子磁钢的下端两侧边缘的厚度为3.5mm，工字型定子磁钢的下端中间位置的厚度为5.5mm，所述的缺口（3）的宽度为4mm。
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