CN114744786B - 一种有限转角的轴向磁场电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种有限转角的轴向磁场电机，包括定子组件和转子组件；定子组件包括前盖、后盖、前轴承、后轴承、第一永磁体、第二永磁体、第三永磁体和第四永磁体；转子组件包括转子轴、线圈支架、第一转子线圈、第二转子线圈、小型永磁体、转子轴法兰盘；电机工作时，当第一转子线圈和第二转子线圈产生的转矩方向一致，同为顺时针或逆时针时，其合成力矩在转子轴上叠加输出；当第一转子线圈和第二转子线圈产生的转矩方向相反，一个为顺时针另一个为逆时针时，合成转矩为零；通过改变电机电流方向和大小能够控制电机的转向和力矩。本发明在缩小了尺寸，简化了控制方式，适合轴向空间狭小、径向空间不宽裕、转角有限、高精度和大转矩的应用场合。
Description
技术领域
本发明属于电机技术领域，具体涉及一种有限转角的轴向磁场电机。
背景技术
轴向磁场电机是一种磁通为轴向的电机，相比径向磁场电机，相同转矩输出下，最大优点就是轴向尺寸小，非常适合轴向安装空间不足的设计场合，比如：光驱中的光盘旋转驱动电机，就是采用轴向磁场电机，这很好的满足了光驱厚度对电机轴向小空间的要求；但其缺点是径向尺寸要比后者高出很多，这在径向安装空间不宽裕情况下，是难以满足使用需求的。
在实际的使用中，我们经常会遇到轴向空间狭小、径向空间不宽裕、转角有限、高精度和大转矩的应用场合，而传统的轴向和径向磁场电机的特点无法满足这种需求。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种有限转角的轴向磁场电机，包括定子组件和转子组件；定子组件包括前盖、后盖、前轴承、后轴承、第一永磁体、第二永磁体、第三永磁体和第四永磁体；转子组件包括转子轴、线圈支架、第一转子线圈、第二转子线圈、小型永磁体、转子轴法兰盘；电机工作时，当第一转子线圈和第二转子线圈产生的转矩方向一致，同为顺时针或逆时针时，其合成力矩在转子轴上叠加输出；当第一转子线圈和第二转子线圈产生的转矩方向相反，一个为顺时针另一个为逆时针时，合成转矩为零；通过改变电机电流方向和大小能够控制电机的转向和力矩。本发明在缩小了尺寸，简化了控制方式，适合轴向空间狭小、径向空间不宽裕、转角有限、高精度和大转矩的应用场合。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
一种有限转角的轴向磁场电机，包括定子组件、转子组件和电子线路板；所述转子组件安装在定子组件内部；所述电子线路板固定在定子组件外侧；
所述定子组件包括前盖、后盖、前轴承、后轴承、第一永磁体、第二永磁体、第三永磁体和第四永磁体；所述第一永磁体、第二永磁体、第三永磁体和第四永磁体为相同的扇面形永磁体；所述后盖内部左右对称设有4个扇面形凹槽，其中第一永磁体和第二永磁体分别固定在后盖右半边的两个扇面形凹槽中，第三永磁体和第四永磁体分别固定在后盖左半边的两个扇面形凹槽中；所述后盖在上下对称位置各设有一段环状开孔；所述前盖和后盖中间分别安装前轴承和后轴承；所述前盖和后盖通过前盖固定孔用螺丝固定在一起；
所述转子组件包括转子轴、线圈支架、第一转子线圈、第二转子线圈、小型永磁体、转子轴法兰盘；所述线圈支架对称结构，几何中心位置开有中孔；所述转子轴穿过中孔，两端分别与前轴承和后轴承配合；所述线圈支架固定在转子轴法兰盘上；所述转子轴法兰盘安装在转子轴上；所述第一转子线圈和第二转子线圈左右对称固定在线圈支架上；所述小型永磁体有4个，分为2组，分别固定在线圈支架上下对称部位，同时分别从后盖上下位置的环状开孔穿入，用于电机位置检测；所述转子轴上开有导线孔，转子轴靠近后盖一端为空腔；所述第一转子线圈和第二转子线圈串联，输出的两个接线头穿过导线孔从转子轴的空腔中引出到电机外部；
所述电子线路板上设有传感器，传感器通过检测小型永磁体的位置，实现电机转角测量；
当电机工作时，由于第一永磁体和第二永磁体都为轴向充磁方式，且充磁方向相反，当电流经过第一转子线圈时，由于第一转子线圈两侧分别处于第一永磁体和第二永磁体所产生的磁场中，形成的等效电流方向相反，因此，根据左手法则，第一转子线圈侧所受的洛伦磁力方向相同，在转子轴上形成转矩；同理，第三永磁体和第四永磁体与第二转子线圈同样也在转子轴上形成转矩；当第一转子线圈和第二转子线圈产生的转矩方向一致，同为顺时针或逆时针时，其合成力矩在转子轴上叠加输出；当第一转子线圈和第二转子线圈产生的转矩方向相反，一个为顺时针另一个为逆时针时，合成转矩为零；通过改变电机电流方向和大小能够控制电机的转向和力矩。
优选地，所述电机为有限转角，转子组件旋转角度范围为：0～20°，电机厚度为7mm。
优选地，所述前盖采用硅钢制成，用于第一永磁体、第二永磁体、第三永磁体和第四永磁体磁化后产生均匀强度磁场。
优选地，所述4个扇面形凹槽的圆心位置重合，且与转子轴的轴心位置重合。
优选地，所述第一永磁体、第二永磁体、第三永磁体和第四永磁体为轴向充磁，且相邻的两个永磁体充磁方向相反；所述第一永磁体、第二永磁体、第三永磁体和第四永磁体的扇面对应的圆心角大于10°。
优选地，所述4个小型永磁体，形状为长方体，分2组，以线圈支架中心为点对称分布在线圈支架的上下两侧；每组内2个永磁体间隔一定距离竖直固定在线圈支架后盖方向一侧上，其间隔所对应的圆心角大于20°；永磁体用径向充磁，组内充磁方向相同，组间充磁方向相反。
优选地，所述环状开孔的扇面对应的圆心角大于40°。
优选地，所述第一转子线圈和第二转子线圈中心位置连线与2组永磁体中心位置连线相交且垂直，交点位于转子轴中心位置。
优选地，所述第一转子线圈和第二转子线圈内圆直径d与扇面型永磁体的外圆弧到轴心距离L与内圆弧到轴心距离r满足d>(L-r)。
优选地，所述第一转子线圈和第二转子线圈中心位置到线圈支架几何中心位置距离R与扇面型永磁体的外圆弧到轴心距离L与内圆弧到轴心距离r满足R＝(L+r)/2。
本发明的有益效果如下：
本发明提供的有限转角的轴向磁场电机，相比一般轴向电机，在径向缩小了尺寸，简化了控制方式，适合轴向空间狭小、径向空间不宽裕、转角有限、高精度和大转矩的应用场合。
附图说明
图1为本发明电机外部结构图。
图2为本发明电机不同视角的结构剖面图。
图3为本发明电机结构爆炸示意图。
附图标记说明：1后盖；2后轴承；3后轴空腔；4导线孔；5转子轴；6前轴承；7前盖；8传感器；9电子线路板固定螺孔；10小型永磁体；11线圈支架；12第一转子线圈；13第二转子线圈；14-1第一永磁体；14-2第二永磁体；15-1第三永磁体组；15-4第四永磁体；16电机固定耳；17前盖固定孔；18扇面形凹槽；19电子线路板；20环状开孔；21转子法兰盘。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
为了解决轴向磁场电机径向尺寸大，无法满足特定的有限转角场合需求，本发明的目的在于提供一种有限转角的轴向磁场电机，使得电机在一定的转角和转矩输出范围内，轴向和径向尺寸明显减小，以满足实际特定需求。
如图1到图3所示，一种有限转角的轴向磁场电机，包括定子组件、转子组件和电子线路板19；所述转子组件安装在定子组件内部；所述电子线路板19固定在定子组件外侧；
所述定子组件包括前盖7、后盖1、前轴承6、后轴承2、第一永磁体14-1、第二永磁体14-2、第三永磁体15-1和第四永磁体15-2；所述第一永磁体14-1、第二永磁体14-2、第三永磁体15-1和第四永磁体15-2为相同的扇面形永磁体；所述后盖1内部左右对称设有4个扇面形凹槽18，其中第一永磁体14-1和第二永磁体14-2分别固定在后盖1右半边的两个扇面形凹槽18中，第三永磁体15-1和第四永磁体15-2分别固定在后盖1左半边的两个扇面形凹槽18中；所述后盖1在上下对称位置各设有一段环状开孔20，为转子组件上小型永磁体10的运动提供空间；所述前盖7和后盖1中间分别安装前轴承6和后轴承2；所述前盖7和后盖1通过前盖固定孔17用螺丝固定在一起；
所述转子组件包括转子轴5、线圈支架11、第一转子线圈12、第二转子线圈13、小型永磁体10、转子轴法兰盘21；所述线圈支架11为对称结构，几何中心位置开有中孔；所述转子轴5穿过中孔，两端分别与前轴承6和后轴承2配合；所述线圈支架11固定在转子轴法兰盘21上；所述转子轴法兰盘21安装在转子轴5上；所述第一转子线圈12和第二转子线圈13左右对称固定在线圈支架11上；所述小型永磁体10有4个，分为2组，分别固定在线圈支架11上下对称部位，同时分别从后盖1上下位置的环状开孔20穿入，用于电机位置检测；所述转子轴5上开有导线孔4，转子轴5靠近后盖一端为空腔；所述第一转子线圈12和第二转子线圈13串联，输出的2个接线头穿过导线孔4从转子轴5的空腔中引出到电机外部；
所述电子线路板19上设有传感器8，传感器8通过检测小型永磁体10的位置，实现电机转角的高精度测量；
当电机工作时，由于第一永磁体14-1和第二永磁体14-2都为轴向充磁方式，且充磁方向相反，当电流经过第一转子线圈12时，由于第一转子线圈12两侧分别处于第一永磁体14-1和第二永磁体14-2所产生的磁场中，形成的等效电流方向相反，因此，根据左手法则，第一转子线圈12两侧所受的洛伦磁力方向相同，在转子轴5上形成转矩；同理，第三永磁体15-1和第四永磁体15-2与第二转子线圈13同样也在转子轴5上形成转矩；当第一转子线圈12和第二转子线圈13产生的转矩方向一致，同为顺时针或逆时针时，其合成力矩在转子轴5上叠加输出；当第一转子线圈12和第二转子线圈13产生的转矩方向相反，一个为顺时针另一个为逆时针时，合成转矩为零；通过改变电机电流方向和大小能够控制电机的转向和力矩。
优选地，所述电机为有限转角，转子组件旋转角度范围为：0～20°，电机厚度为7mm。
优选地，所述前盖7采用硅钢制成，用于第一永磁体14-1、第二永磁体14-2、第三永磁体15-1和第四永磁体15-2磁化后产生均匀强度磁场。
优选地，所述4个扇面形凹槽18的圆心位置重合，且与转子轴5的轴心位置重合。
优选地，所述第一永磁体14-1、第二永磁体14-2、第三永磁体15-1和第四永磁体15-2均为轴向充磁，且相邻的两个永磁体充磁方向相反；所述第一永磁体14-1、第二永磁体14-2、第三永磁体15-1和第四永磁体15-2的扇面对应的圆心角大于10°。
优选地，所述4个小型永磁体10，形状为长方体，分2组，以线圈支架11中心为点对称分布在线圈支架11的上下两侧；每组内2个永磁体10间隔一定距离竖直固定在线圈支架后盖方向一侧上，其间隔所对应的圆心角大于20°；永磁体10采用径向充磁，组内充磁方向相同，组间充磁方向相反。
优选地，所述环状开孔20的扇面对应的圆心角大于40°。
优选地，所述第一转子线圈12和第二转子线圈13中心位置连线与2组永磁体10中心位置连线相交且垂直，交点位于转子轴中心位置。
优选地，所述第一转子线圈12和第二转子线圈13内圆直径d与扇面型永磁体的外圆弧到轴心距离L与内圆弧到轴心距离r满足d>(L-r)。
优选地，所述第一转子线圈12和第二转子线圈13中心位置到线圈支架11几何中心位置距离R与扇面型永磁体的外圆弧到轴心距离L与内圆弧到轴心距离r满足R＝(L+r)/2。
所述第一转子线圈12和第二转子线圈13内电流方向相同(12，13同为顺时针或逆时针方向)，与轴心对称的第三永磁体15-1与第一永磁体14-1，第四永磁体15-2与第二永磁体14-2，充磁方向相同。
所述第一转子线圈12和第二转子线圈13内电流方向相反(线圈12顺时针线圈13为逆时针方向，或线圈13顺时针线圈12为逆时针方向)，与轴心对称的第三永磁体15-1与第一永磁体14-1，第四永磁体15-2与第二永磁体14-2，充磁方向相反。
所述第一转子线圈12和第二转子线圈13内电流方向是由电机线圈绕组方向，以及2个线圈串联接线顺序组合决定的。
在电机定型后，通过改变电机电流方向和大小可控制电机的转向和力矩，通过后盖固定的电子线路板19上传感器8检测电机转子小型永磁体位置，即可实现电机转角的高精度测量。
Claims (10)
1.一种有限转角的轴向磁场电机，其特征在于，包括定子组件、转子组件和电子线路板；所述转子组件安装在定子组件内部；所述电子线路板固定在定子组件外侧；
所述定子组件包括前盖、后盖、前轴承、后轴承、第一永磁体、第二永磁体、第三永磁体和第四永磁体；所述第一永磁体、第二永磁体、第三永磁体和第四永磁体为相同的扇面形永磁体；所述后盖内部左右对称设有4个扇面形凹槽，其中第一永磁体和第二永磁体分别固定在后盖右半边的两个扇面形凹槽中，第三永磁体和第四永磁体分别固定在后盖左半边的两个扇面形凹槽中；所述后盖在上下对称位置各设有一段环状开孔；所述前盖和后盖中间分别安装前轴承和后轴承；所述前盖和后盖通过前盖固定孔用螺丝固定在一起；
所述转子组件包括转子轴、线圈支架、第一转子线圈、第二转子线圈、小型永磁体、转子轴法兰盘；所述线圈支架对称结构，几何中心位置开有中孔；所述转子轴穿过中孔，两端分别与前轴承和后轴承配合；所述线圈支架固定在转子轴法兰盘上；所述转子轴法兰盘安装在转子轴上；所述第一转子线圈和第二转子线圈左右对称固定在线圈支架上；所述小型永磁体有4个，分为2组，分别固定在线圈支架上下对称部位，同时分别从后盖上下位置的环状开孔穿入，用于电机位置检测；所述转子轴上开有导线孔，转子轴靠近后盖一端为空腔；所述第一转子线圈和第二转子线圈串联，输出的两个接线头穿过导线孔从转子轴的空腔中引出到电机外部；
所述电子线路板上设有传感器，传感器通过检测小型永磁体的位置，实现电机转角测量；
当电机工作时，由于第一永磁体和第二永磁体都为轴向充磁方式，且充磁方向相反，当电流经过第一转子线圈时，由于第一转子线圈两侧分别处于第一永磁体和第二永磁体所产生的磁场中，形成的等效电流方向相反，因此，根据左手法则，第一转子线圈侧所受的洛伦磁力方向相同，在转子轴上形成转矩；同理，第三永磁体和第四永磁体与第二转子线圈同样也在转子轴上形成转矩；当第一转子线圈和第二转子线圈产生的转矩方向一致，同为顺时针或逆时针时，其合成力矩在转子轴上叠加输出；当第一转子线圈和第二转子线圈产生的转矩方向相反，一个为顺时针另一个为逆时针时，合成转矩为零；通过改变电机电流方向和大小能够控制电机的转向和力矩。
2.根据权利要求1所述的一种有限转角的轴向磁场电机，其特征在于，所述电机为有限转角，转子组件旋转角度范围为：0～20°，电机厚度为7mm。
3.根据权利要求1所述的一种有限转角的轴向磁场电机，其特征在于，所述前盖采用硅钢制成，用于第一永磁体、第二永磁体、第三永磁体和第四永磁体磁化后产生均匀强度磁场。
4.根据权利要求1所述的一种有限转角的轴向磁场电机，其特征在于，所述4个扇面形凹槽的圆心位置重合，且与转子轴的轴心位置重合。
5.根据权利要求1所述的一种有限转角的轴向磁场电机，其特征在于，所述第一永磁体、第二永磁体、第三永磁体和第四永磁体为轴向充磁，且相邻的两个永磁体充磁方向相反；所述第一永磁体、第二永磁体、第三永磁体和第四永磁体的扇面对应的圆心角大于10°。
6.根据权利要求1所述的一种有限转角的轴向磁场电机，其特征在于，所述4个小型永磁体，形状为长方体，分2组，以线圈支架中心为点对称分布在线圈支架的上下两侧；每组内2个永磁体间隔一定距离竖直固定在线圈支架后盖方向一侧上，其间隔所对应的圆心角大于20°；永磁体用径向充磁，组内充磁方向相同，组间充磁方向相反。
7.根据权利要求1所述的一种有限转角的轴向磁场电机，其特征在于，所述环状开孔的扇面对应的圆心角大于40°。
8.根据权利要求1所述的一种有限转角的轴向磁场电机，其特征在于，所述第一转子线圈和第二转子线圈中心位置连线与2组永磁体中心位置连线相交且垂直，交点位于转子轴中心位置。
9.根据权利要求1所述的一种有限转角的轴向磁场电机，其特征在于，所述第一转子线圈和第二转子线圈内圆直径d与扇面型永磁体的外圆弧到轴心距离L与内圆弧到轴心距离r满足d>(L-r)。
10.根据权利要求1所述的一种有限转角的轴向磁场电机，其特征在于，所述第一转子线圈和第二转子线圈中心位置到线圈支架几何中心位置距离R与扇面型永磁体的外圆弧到轴心距离L与内圆弧到轴心距离r满足R＝(L+r)/2。
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| Title |
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| 轴向磁化永磁微电机最小尺寸分析及定转子制作;杨杰伟;王春昱;苏宇峰;高建设;吴一辉;;仪表技术与传感器;20071015(10);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114744786A (zh) | 2022-07-12 |
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Legal Events
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