CN109149895B - 一种新型振荡电机 - Google Patents

Abstract

一种新型振荡电机，涉及振荡电机，为了解决采用现有驱动舵面的系统的动态响应能力差的问题。转轴上套有转子，转子外套有定子；定子铁芯的内壁沿周向均匀、交替分布励磁齿和限位齿，励磁齿上缠绕线圈，限位齿的两侧设置限位永磁体；转子铁芯的外壁沿周向均匀分布P个转子齿，转子齿为V形齿，V形齿中还设有凸齿，凸齿与励磁齿相对，其中，至少一个凸齿与励磁齿正对，至少一个凸齿与励磁齿相错开设定角度θ₁，V形齿的两侧外壁随形设置振荡永磁体；P对振荡永磁体和P对的限位永磁体沿圆周方向交替排布，且每相邻两块永磁体的充磁方向相反。本发明适用于振荡系统。

Description

一种新型振荡电机

技术领域

本发明涉及振荡电机，具体涉及一种在有限转角运行下往复振荡的电机。

背景技术

现阶段，飞行器驱动舵面的系统都是采用旋转电机加滚珠丝杠的驱动形式，利用旋转电机产生旋转运动，通过滚珠丝杠将旋转运动转换为往复的直线运动形式，进而再通过机械连接使得往复运动的直线运动转换为舵面的偏转。整个系统的动态响应能力受到机械系统的制约，造成动态响应能力差。

目前，利用直线电机代替旋转电机加滚珠丝杠的技术逐步发展，进一步提高了舵面驱动系统的动态响应能力，但是直线电机产生的往复运动依然要通过相应的机械结构来转换直线运动为舵面的有限角度偏转。由于取消了滚珠丝杠，直线电机的推力大幅提高，造成直线电机的体积较大。

发明内容

本发明的目的是为了解决采用现有驱动舵面的系统的动态响应能力差的问题，从而提供一种新型振荡电机。

本发明所述的一种新型振荡电机，包括定子1、转子2和转轴3；

转轴3上套有转子2，转子2外套有定子1；

定子1包括定子铁芯1-1、P个励磁齿1-2、线圈1-3、P个限位齿1-4和限位永磁体1-5；P为大于1的正整数；

定子铁芯1-1的内壁沿周向均匀、交替分布励磁齿1-2和限位齿1-4，励磁齿1-2上缠绕线圈1-3，限位齿1-4的两侧设置限位永磁体1-5；

转子2包括转子铁芯2-1、P个转子齿2-2和振荡永磁体2-3；

转子铁芯2-1的外壁沿周向均匀分布P个转子齿2-2，转子齿2-2为V形齿，V形齿中还设有凸齿，凸齿与励磁齿1-2相对，其中，至少一个凸齿与励磁齿1-2正对，至少一个凸齿与励磁齿1-2相错开设定角度θ₁，V形齿的两侧外壁随形设置振荡永磁体2-3；

P对振荡永磁体2-3和P对的限位永磁体1-5沿圆周方向交替排布，且每相邻两块永磁体的充磁方向相反。

优选的是，θ₁的取值范围为-θ/2≤θ₁≤+θ/2，θ为有限转角的角度。

优选的是，定子1和转子2的极数由公式1确定：

θ为有限转角的角度，m的取值向上取正整数即为极数p。

优选的是，定子的线圈1-3通入间歇直流电，转子的凸齿与定子的励磁齿1-2处于初始状态即正对时，线圈1-3通入的电流为零，该转子的凸齿与定子的励磁齿1-2偏移时，线圈通入的电流为设定值。

本发明的有益效果为：本发明的新型振荡电机，采用永磁体之间的排斥力作为振荡作用力，利用线圈绕组提供初速度及控制方式，使得电机在控制作用下实现自有振荡及有限转角的转动。该发明的有限转角自振荡电机可以应用于航空航天的高速飞行器舵面控制及其他有限转角的振荡系统中，通过电机转轴直接与负载相连接，可以大幅提高系统的功率密度及动态响应能力。

附图说明

图1是具体实施方式一所述的一种新型振荡电机的主视图；

图2是具体实施方式一所述的一种新型振荡电机的立体结构示意图；

图3是具体实施方式一中的线圈通电电流与转子速度的关系曲线图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图3具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种新型振荡电机，包括定子1、转子2和转轴3；

转轴3上套有转子2，转子2外套有定子1；

定子1包括定子铁芯1-1、P个励磁齿1-2、线圈1-3、P个限位齿1-4和限位永磁体1-5；P为大于1的正整数；

定子铁芯1-1的内壁沿周向均匀、交替分布励磁齿1-2和限位齿1-4，励磁齿1-2上缠绕线圈1-3，限位齿1-4的两侧设置限位永磁体1-5；

转子2包括转子铁芯2-1、P个转子齿2-2和振荡永磁体2-3；

转子铁芯2-1的外壁沿周向均匀分布P个转子齿2-2，转子齿2-2为V形齿，V形齿中还设有凸齿，凸齿与励磁齿1-2相对，其中，至少一个凸齿与励磁齿1-2正对，至少一个凸齿与励磁齿1-2相错开设定角度θ₁，V形齿的两侧外壁随形设置振荡永磁体2-3；

P对振荡永磁体2-3和P对的限位永磁体1-5沿圆周方向交替排布，且每相邻两块永磁体的充磁方向相反。P对振荡永磁体2-3和P对的限位永磁体1-5的径向位置大致相同，且在同一定子槽中的振荡永磁体2-3和限位永磁体1-5相对侧的极性相同，图1中均为N极。

稳定状态时，转子2与定子1处于力平衡状态，当转子2向定子1的限位永磁体1-5一个方向偏移时，振荡永磁体2-3与相邻限位永磁体1-5间排斥力作为电机振荡源，推动转子2向相反方向转动；进而转子2进行反向偏移，然后对称的另外两块振荡永磁体2-3与相邻限位永磁体1-5间的排斥力起作用，推动永磁体反向运动，从而实现振荡。

当转子2发生相对位置偏移时，定子的限位永磁体1-5与转子的振荡永磁体2-3之间的相互作用力使得电机转子2振荡旋转，其旋转最大角度不超过相邻的限位永磁体1-5与振荡永磁体2-3之间的角度。

此外，由于定子与转子之间具有磁阻力，当转子2位置发生偏转后，定子1励磁齿1-2上的线圈通电，通过磁阻力拉回转子2，加大转子2的振荡振幅。具体通电顺序如图3所示，图3中v为转子2旋转速度。定子的线圈1-3的通电方式为间歇直流，转子凸齿与定子励磁齿1-2处于初始状态即正对时，线圈电流为零；而转子凸齿与定子励磁齿1-2偏移时，线圈电流为最大值。限位永磁体1-5与振荡永磁体2-3磁路自闭合在各自永磁体周围，与线圈1-3的磁路不产生耦合。相对的凸齿与励磁齿1-2构建磁场回路，定子的线圈1-3产生的磁场在该回路中流动。

本实施方式中，电机为4极电机。在其他转子的凸齿与定子的励磁齿1-2正对的情况下，至少有一个转子的凸齿与定子的励磁齿1-2的轴线错开θ₁角度。θ₁角度的存在是电机开始振荡运行的基础，当其他凸齿、励磁齿1-2、限位永磁体及振荡永磁体处于平衡位置时，由转子2错开角度的凸齿相对的励磁齿1-2上的线圈通电，定子1和转子2产生的磁阻力推动转子2旋转一定的角度，而后其他线圈依次通电，使得电机开始振荡。

具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种新型振荡电机作进一步说明，本实施方式中，根据有限转角的角度θ(由于至少具有两个极，因此0°＜θ≤45°，超过90°以上的振荡运动不适用该类型电机)来确定电机定子1和转子2的极数，具体如公式1所示：

式中，m的取值向上取正整数即为极数p。例如，当m为2.5时，p为3。

通过公式1可以针对不同的有限转角数值计算出电机适合的转子极数，转子极数可以为奇数，也可以为偶数。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (4)

1.一种振荡电机，其特征在于，包括定子(1)、转子(2)和转轴(3)；

转轴(3)上套有转子(2)，转子(2)外套有定子(1)；

定子(1)包括定子铁芯(1-1)、P个励磁齿(1-2)、线圈(1-3)、P个限位齿(1-4)和限位永磁体(1-5)；P为大于1的正整数；

定子铁芯(1-1)的内壁沿周向均匀、交替分布励磁齿(1-2)和限位齿(1-4)，励磁齿(1-2)上缠绕线圈(1-3)，限位齿(1-4)的两侧设置限位永磁体(1-5)；

转子(2)包括转子铁芯(2-1)、P个转子齿(2-2)和振荡永磁体(2-3)；

转子铁芯(2-1)的外壁沿周向均匀分布P个转子齿(2-2)，转子齿(2-2)为V形齿，V形齿中还设有凸齿，凸齿与励磁齿(1-2)相对，其中，至少一个凸齿与励磁齿(1-2)正对，至少一个凸齿与励磁齿(1-2)相错开设定角度θ₁，V形齿的两侧外壁随形设置振荡永磁体(2-3)；

P对振荡永磁体(2-3)和P对的限位永磁体(1-5)沿圆周方向交替排布，且每相邻两块永磁体的充磁方向相反。

2.根据权利要求1所述的一种振荡电机，其特征在于，所述θ₁的取值范围为-θ/2≤θ₁≤+θ/2，θ为有限转角的角度。

3.根据权利要求1或2所述的一种振荡电机，其特征在于，所述定子(1)和转子(2)的极数由公式1确定：

θ为有限转角的角度，m的取值向上取正整数即为极数p。

4.根据权利要求1或2所述的一种振荡电机，其特征在于，所述定子的线圈(1-3)通入间歇直流电，转子的凸齿与定子的励磁齿(1-2)处于初始状态即正对时，线圈(1-3)通入的电流为零，该转子的凸齿与定子的励磁齿(1-2)偏移时，线圈通入的电流为设定值。