CN106685116A - 一种直驱式电机装置 - Google Patents

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陈浩
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陈振
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    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
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Abstract

本发明公开了一种直驱式电机装置，该装置包括：电机转子、永磁体、定子结构组件；定子结构组件包围永磁体，永磁体固定于电机转子上；其中该装置的电机转子的输出轴为法兰结构，与负载直接连接，省去联轴器及减速机构，可以很大程度的增加系统的动态响应，降低维护成本；且该电机转子采用中空结构，降低转动惯量，提高系统带宽，减小电机体积；另外，在电机转子的输出轴贴有应变片测量力矩装置，省去了传统的结构复杂的扭矩测试仪，提高了电机的动态响应。因此，本发明公开的电机装置与传统机构相比，能够输出更高的频率响应，系统的动态响应更快，电机转子体积更小。

Description

一种直驱式电机装置
技术领域
本发明涉及电机技术领域，特别是涉及一种直驱式电机装置。
背景技术
随着军工技术的发展，对加载系统中电机性能指标的要求越来越高。
目前，国内现有的大力矩电动加载系统都是伺服电动机配减速器的驱动方式，但由于减速机构存在磨损，使其在可靠性、运行效率、维护性等方面存在诸多缺陷。
为了解决上述技术问题，世界知名电机制造商ABB、西门子公司采用了直驱式大力矩电机，但其电机体积庞大，输出等级为3000Nm，转动惯量高达3.5kg/m2，极大的限制了系统的带宽和动态响应，并且还需要提供很大的输入功率才能使其运转，极大限制了其直驱式大力矩电机适用范围。
发明内容
本发明的目的是提供一种直驱式电机装置，在提高直驱式电机频率响应和增加系统动态响应的同时，减小电机体积。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种直驱式电机装置，所述直驱式电机装置包括：电机转子(101)、永磁体(102)、定子结构组件(103)；所述定子结构组件(103)包围所述永磁体(102)，所述永磁体固定于所述电机转子(101)上；其中，所述电机转子(101)为中空结构；所述电机转子(101)的输出轴为法兰结构，与负载直接连接。
可选的，所述直驱式电机装置还包括：应变片测量力矩装置(108)；所述应变片测量力矩装置(108)贴在所述电机转子(101)的输出轴上，用于实时测量电机的转矩信号。
可选的，所述直驱式电机装置还包括：机壳(104)和端盖(105)，所述机壳(104)用于包围所述定子结构组件(103)；所述端盖(105)与所述机壳(104)匹配，形成封闭空间；所述电机转子(101)位于所述封闭空间内并穿过所述端盖(105)。
可选的，所述直驱式电机装置还包括：轴承(107)；所述轴承(107)固定在所述电机转子(101)穿过所述端盖(105)的一端并与所述端盖(105)紧密接触，用于支撑所述电机转子(101)。
可选的，所述直驱式电机装置还包括：编码器(106)，所述编码器(106)贴在所述电机转子(101)的输入轴上，用于将机械几何位移量转换成脉冲或数字量。
可选的，所述永磁体(102)的材料为钕铁硼永磁材料或其他任意永磁材料。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供一种直驱式电机装置，该装置包括：电机转子、永磁体、定子结构组件；定子结构组件包围永磁体，永磁体固定于电机转子上；其中该电机转子的输出轴为法兰结构，可与负载直接连接，省去联轴器及减速机构，可以很大程度的增加系统的动态响应，降低维护成本；且该电机转子采用中空结构，降低转动惯量，提高系统带宽，减小电机体积。本发明提供的直驱式电机装置与传统机构相比，能够输出更高的频率响应，系统的动态响应更快，电机转子体积更小。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中的直驱式电机装置结构示意图；
图2为本发明实施例中的电机转子剖面结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种直驱式电机装置，在提高直驱式电机频率响应和增加系统动态响应的同时，减小电机体积。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例中的直驱式电机装置结构示意图，该直驱式电机装置包括电机转子101、永磁体102、定子结构组件103、机壳104、端盖105、编码器106、轴承107以及应变片测量力矩装置108。图2为本发明实施例中的电机转子剖面结构示意图，所述电机转子101包括输入轴201、中空结构202以及输出轴203.
所述机壳104位于直驱式电机装置的最外面，用于封装所述定子结构组件103，所述定子结构组件103包围所述永磁体102，所述永磁体102固定在所述电机转子101的轴上；所述电机转子101为中空结构202；所述端盖105与所述机壳104匹配，形成封闭空间；所述电机转子101位于所述封闭空间中心并穿过所述端盖105，所述轴承107固定在所述电机转子101穿过所述端盖105的一端并与所述端盖105紧密接触，用于支撑所述电机转子101；所述电机转子101的输出轴203为法兰结构，与负载直接连接，且所述应变片测量力矩装置108贴在电机转子(101)的输出轴203上；所述电机转子101的输入轴201贴有所述编码器106。
所述永磁体102材料为钕铁硼永磁材料或其他任意永磁材料。
为了使电机产品可以达到比普通伺服高一个等级的精度，选择配置相应的编码器，通过相应的编码器将运动装置上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量，以便于伺服系统精度的提高。在本发明实施中，同样配置了相应的编码器106，用于将机械几何位移量转换成脉冲或数字量。
本发明实施例采用的电机转子101为中空结构202，具有降低转动惯量，提高系统频率响应，减小电机体积的成作用；
本发明实施例中电机转子101的输出轴203为法兰结构，可直接与负载连接省去减速机构，可以很大程度的增加系统的动态响应，降低维护成本，减小体积；
本发明实施例采用在电机转子(101)的输出轴203上贴有应变片测量力矩装置108，省去了传统的结构复杂的扭矩测试仪，提高了电机的动态响应。
与传统机构相比，本发明能够输出更高的频率响应，系统的动态响应更快；
另外，本发明实施例综合选取电机的极槽配合，本发明实施例中的直驱式电机装置采用12槽数14极数的极槽结构，所述极数表示电机转子上表面贴上永磁体的块数，所述槽数表示定子结构组件上放绕组凹槽的个数。
本实施例采用的极槽结构，实现了电机的大转矩特征，同时能削弱磁极磁场非正弦分布所产生的高次谐波，能有效降低电机齿谐波电势的幅值，改善电动势的波形，并可以减小因气隙磁导变化引起的每极磁通的脉振幅值，减少了磁极表面的脉振损耗；本发明中的永磁体采用了钕铁硼永磁材料，具有极高的磁能积和矫顽力，能量密度高。
经过测试，本发明实施例提供直驱式电机装置，最大输出转矩高达3000Nm；且与目前现有相同输出等级电机相比，电机体积减小了36％，转动惯量降低了70％。即采用本发明提供的直驱式电机装置，达到了在提高直驱式电机频率响应和增加系统动态响应的同时，减小电机体积的目的。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种直驱式电机装置，其特征在于，所述直驱式电机装置包括：电机转子(101)、永磁体(102)、定子结构组件(103)；所述定子结构组件(103)包围所述永磁体(102)，所述永磁体固定于所述电机转子(101)上；其中，所述电机转子(101)为中空结构；所述电机转子(101)的输出轴为法兰结构，与负载直接连接。
2.根据权利要求1所述的一种直驱式电机装置，其特征在于，所述直驱式电机装置还包括：应变片测量力矩装置(108)；所述应变片测量力矩装置(108)贴在所述电机转子(101)的输出轴上，用于实时测量电机的转矩信号。
3.根据权利要求1所述的一种直驱式电机装置，其特征在于，所述直驱式电机装置还包括：机壳(104)和端盖(105)，所述机壳(104)用于包围所述定子结构组件(103)；所述端盖(105)与所述机壳(104)匹配，形成封闭空间；所述电机转子(101)位于所述封闭空间内并穿过所述端盖(105)。
4.根据权利要求1所述的一种直驱式电机装置，其特征在于，所述直驱式电机装置还包括：轴承(107)；所述轴承(107)固定在所述电机转子(101)穿过所述端盖(105)的一端并与所述端盖(105)紧密接触，用于支撑所述电机转子(101)。
5.根据权利要求1所述的一种直驱式电机装置，其特征在于，所述直驱式电机装置还包括：编码器(106)，所述编码器(106)贴在所述电机转子(101)的输入轴上，用于将机械几何位移量转换成脉冲或数字量。
6.根据权利要求1所述的一种直驱式电机装置，其特征在于，所述永磁体(102)的材料为钕铁硼永磁材料或其他任意永磁材料。
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