CN211930459U - 有限转角力矩电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种有限转角力矩电机。它包括定子组件、转子组件和壳体，转子固定磁钢；转子固定磁钢和定子组件均通过过盈方式压装在壳体上；转子组件通过轴承固定在壳体内，轴承一端伸出壳体；转子组件呈偏心结构；转子固定磁钢位于转子组件外周，定子组件位于转子固定磁钢和转子组件的外周；转子组件、定子组件和转子固定磁钢呈同心设置；定子组件包括定子铁芯和定子绕组，定子铁芯为齿槽结构；定子绕组嵌在定子铁芯上；定子铁芯由多个高磁导率硅钢片叠压而成。本实用新型具有结构简单紧凑、体积小、重量轻、效率高、输出转矩脉动小，低噪声、使用寿命长、工作可靠性高的优点。

Description

有限转角力矩电机

技术领域

本实用新型涉及一种有限转角力矩电机，用于配套各种飞机燃油系统，转子可在一定角度范围内直接驱动阀芯的位移，进而改变出油口压力。

背景技术

一般航空直流伺服系统中选用传统的永磁直流电动机作为驱动，为适应各种大转矩、大流量、高压力，电机必须通过增大零件体积和重量来提高输出功率来实现；但由于电刷和换向器的存在，在换向时有电磁、机械、电化学等不同因素交错在一起，而产生火花、噪声、速度限制、无线电干扰等一系列问题，限制了永磁直流电动机的发展。永磁无刷直流电动机随着电子技术的发展取得了快速发展。有限转角力矩电机又名有限转角无刷直流力矩电机。该电机可在有限角度范围内实现精确的位置跟踪，并能直接带动负载实现快速正/反转。

目前，稀土永磁材料在电机上的应用，使其体积小、重量轻、效率高、可靠性高、可控性强等一系列优点已获得广泛应用。他可有效地使用于航空伺服阀、卫星天线、导弹舵机、机器人关节、激光反射镜等有限转角驱动装置的位置伺服控制系统中。故而，新型的小体积、低重量、大功率有限转角力矩电机成为很有前景的研究方向。

发明内容

本实用新型的目的是为了提供一种有限转角力矩电机，结构简单紧凑、体积小、重量轻、效率高、输出转矩脉动小，低噪声、使用寿命长、工作可靠性高。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案为：有限转角力矩电机，包括定子组件、转子组件和壳体，其特征在于：还包括转子固定磁钢；转子固定磁钢和定子组件均通过过盈方式压装在壳体上；

转子组件通过轴承固定在壳体内，轴承一端伸出壳体；所述转子组件呈偏心结构；

转子固定磁钢位于转子组件外周，定子组件位于转子固定磁钢和转子组件的外周；转子组件、定子组件和转子固定磁钢呈同心设置；

所述定子组件包括定子铁芯和定子绕组，所述定子铁芯为齿槽结构；所述定子绕组嵌在定子铁芯上；

所述定子铁芯由多个高磁导率硅钢片叠压而成。

在上述技术方案中，所述高磁导率硅钢片内侧设有转子固定磁钢；

所述定子绕组为双层叠绕结构。

在上述技术方案中，所述转子组件包括转子铁芯和转子永磁体；所述转子永磁体粘贴在转子铁芯上；转子铁芯通过轴承固定在壳体中心的侧方。

在上述技术方案中，转子固定磁钢和所述转子永磁体均为钐钴永磁体转子固定磁钢。

在上述技术方案中，定子绕组为漆包铜线。

本实用新型具有如下优点：

(1)本实用新型完全取消了传统电机齿轮箱限位啮合，直接与负载相连，是一种体积小、可靠性高的伺服电机，可直接驱动负载在一定角度范围内，做准确且快速的往复运动并保证高加速度和光滑稳定的力矩输出，通过伺服控制系统来保证高精度的快速响应；本实用新型中的稀土永磁的应用又保证了产品的高功率密度，高出力；

(2)本实用新型结构简单紧凑、体积小、重量轻，适应航空产品狭窄的安装空间限制和严格的载重要求，同时提高效率、输出转矩脉动小，低噪声、使用寿命长、工作可靠性高，减小压力和流量脉动、降低噪声、提高驱动效率；

(3)本实用新型在传统的永磁直流电动机基础上，取消转子上换向器及碳刷结构，将电枢绕组安装在定子组件上，转子采用稀土永磁体进行励磁，并采用高性能位置伺服系统控制，保证转角力矩电机精度高、频响快、出力大、可靠性高；本实用新型采用定子铁芯内孔压装置形式，使结构变得紧凑，缩小电机体积及产品重量；本实用新型中的转子采用稀土永磁材料，可提供较大的剩磁及矫顽力，使产品具有较大的输出力矩；同样转子限位采用稀土永磁体，保证产品在限定角度内精确定位、可靠性高等特点。

附图说明

图1为本实用新型中的定子绕组嵌在定子铁芯上的结构示意图。

图2为本实用新型中的定子绕组为双层叠绕结构示意图。

图3为本实用新型中的定子铁芯通过过盈方式压装在壳体上的结构示意图。

图4为本实用新型中的三个磁场的作用下使转子位置发生偏移，使转子停留在一个新的磁阻最小的位置上的工作原理图。

图5为本实用新型中的转子组件输出采用偏心结构的局部剖视结构示意图。

图6为图5的侧视图。

图7为本实用新型中的转子组件输出采用偏心结构的整体结构示意图。

图8为图7的侧视图。

图9为本实用新型应用于旋转直驱阀系统的工作原理图。

图10为本实用新型应用于旋转直驱阀系统时、阀芯向右移动的工作结构示意图。

图11为本实用新型应用于旋转直驱阀系统时、阀芯处于平衡位置的工作结构示意图。

图12为本实用新型应用于旋转直驱阀系统时、阀芯向左移动的工作结构示意图。

图2中的1、2、3、4、5、6、7、8代表绕组导体线圈，每槽二个有效导体，1和2代表1一个绕圈，3和4代表一个绕圈，5和6 代表一个绕圈，7和8代表一个绕圈，共计四个绕圈；

VDC表示直流电源，+28VDC表示直流28伏特；GND代表地线。

图4中，N、S均表示永磁体极性，其中，N表示北极，S表示南极；+θ、-θ表示转子位置发生偏转的角度范围，θ根据需要设置，如设置θ为20度。

图8中，N、S均表示永磁体极性，其中，N表示北极，S表示南极。

图9-图12中，B表示工作腔；P表示供油腔；R表示回油腔。

图10中，E表示PWM信号。

图11中，F表示PWM信号固定占空比。

图12中，E表示PWM信号。

图中1-定子组件,1.1-定子铁芯，1.11-高磁导率硅钢片，1.2- 定子绕组，2-转子组件,2.1-转子铁芯，2.2-转子绕组，3-壳体,4- 转子固定磁钢，5-轴承,6-有限转角力矩电机，7-旋转直驱阀系统， 8-阀芯，8.1-阀芯小槽，9-控制器，10-反馈信号，11-电连接器，12-压力传感器，13-弹簧。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的实施情况，但它们并不构成对本实用新型的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本实用新型的优点更加清楚和容易理解。

参阅附图可知：有限转角力矩电机，包括定子组件1、转子组件 2和壳体3，还包括转子固定磁钢4；转子固定磁钢4和定子组件1 均通过过盈方式压装在壳体3上，使结构变得紧凑，缩小电机体积及产品重量；

转子组件2通过轴承5固定在壳体3内，轴承5一端伸出壳体3；所述转子组件2呈偏心结构；所述轴承5为偏心轴承；转子组件2输出采用偏心结构设计来满足行程需要，并采用三个轴承进行定位；

转子固定磁钢4位于转子组件2外周，定子组件1位于转子固定磁钢4和转子组件2的外周；转子组件2、定子组件1和转子固定磁钢4呈同心设置；

转子固定磁钢4与主转子磁场相互作用，平衡在磁阻最小位置上，对定子组件1进行通电，产生磁场，三个磁场的作用下使转子位置发生偏移，使转子停留在一个新的磁阻最小的位置上；电机的定子铁心为齿槽结构，定子上嵌有绕组，当绕组无电流通过时，转子上永磁体的磁场会与固定在壳体3上转子侧磁钢产生的磁场相互作用，停留在一个平衡稳定位置。当绕组有电流时，会在定子铁芯1.1上形成一个磁场，这时转子侧磁钢与定子绕组1.2的合成磁场会使转子发生偏转，转子依据磁阻最小原理，在新的位置达到平衡。转子的偏转方向与永磁体的极性和定子绕组1.2通电形成的合成磁场方向有关(如图4所示)；

所述定子组件1包括定子铁芯1.1和定子绕组1.2，所述定子铁芯1.1为齿槽结构；所述定子绕组1.2嵌在定子铁芯1.1上；

所述定子铁芯1.1由多个高磁导率硅钢片1.11叠压而成(如图 1、图2、图3所示)；所述高磁导率硅钢片1.11内侧设有转子固定磁钢4；转子固定磁钢4为钐钴永磁体。

进一步地，所述定子绕组1.2为双层叠绕结构(如图2所示)，使电机具有较好的电气性能；通过调整定子绕组1.2参数来改变电机转子的时间常数及响应时间。

进一步地，所述转子组件2包括转子铁芯2.1和转子永磁体2.2；所述转子永磁体2.2粘贴在转子铁芯2.1上；转子铁芯2.1通过轴承 5固定在壳体3中心的侧方(如图5、图6、图7、图8所示)，即转子铁芯2.1通过轴承5固定在偏离壳体3中心的位置。

更进一步地，转子固定磁钢4和转子永磁体2.2均为钐钴永磁体转子固定磁钢；可提供较大的剩磁及矫顽力，使产品具有较大的输出力矩，保证产品在限定角度内精确定位、可靠性高等特点。

更进一步地，定子绕组1.2为漆包铜线(如图1所示)。

本实用新型所述的有限转角力矩电机用于配套旋转直驱阀系统；配套旋转直驱阀系统所实现的功能为：采集控制信号、供电信号、反馈信号；处理(滤波、放大等)并运算上述信号；给电机提供驱动信号(PWM信号)；给压力传感器供电；实现相关保护功能；

旋转直驱阀系统架构和交联关系如下：

1)控制器9处理供电信号，控制电机6运动，采集并处理压力传感器12的反馈信号10；

2)电机6驱动阀芯8运动；

3)压力传感器12将工作腔工作介质压力转换为等比例的电压信号，并反馈至控制器9；

4)滑阀部分，旋转直驱阀系统的壳体支撑所有零组件，并提供所需的油道，阀芯阀套决定产品的输出压力、流量及内泄漏量等性能。

当本实用新型所述的有限转角力矩电机用于配套旋转直驱阀系统时的工作原理为：有限转角力矩电机6直接驱动型伺服阀，采用单向固定正增益压力特性，其反馈方式采用压力-电反馈即直接利用压力传感器采集工作腔的压力信号进行反馈，其功能框图如图10所示；

有限转角电机旋转轴(即轴承5)插在旋转直驱阀系统中的阀芯小槽8.1内，当偏心轴(即轴承5)作旋转运动时，轴承5的旋转运动就带动阀芯8在旋转直驱阀系统的壳体内作直线运动，从而阀芯凸肩与旋转直驱阀系统的壳体通油槽形成一定开口，通过控制开口的大小就实现了对流量大小的控制；旋转直驱阀系统的阀芯8反向运动就实现流体流动方向的改变。

当本实用新型所述的有限转角力矩电机用于配套旋转直驱阀系统时的工作过程如下：

当控制电流为零时，阀芯8处于左端，供油腔P与工作腔B断开，此时工作腔输出压力最低(此时，工作腔与回油相通，输出压力即为回油压力)；插座通过电连接器11供电输入，当通过电连接器11输入控制电流时，经控制器9分配后，给有限转角力矩电机6输入一个对应的脉冲调宽(PWM〕信号E，使有限转角力矩电机6转动，进而带动阀芯8向右移动，如图10所示，供油腔P逐步打开与工作腔B 相连，输出压力增大；

通过压力传感器12将工作腔B的压力信号转变为电压信号反馈至控制器9，随着工作腔输出压力增大，反馈电信号逐步加强，经控制器9处理后重新给有限转角力矩电机6提供一个对应的脉冲调宽信号，使有限转角力矩电机6反向转动，进而带动阀芯8向左移动；使输出压力降低，趋于稳定，反馈信号10与控制信号经处理后形成一个固定占空比的脉冲调宽信号，有限转角力矩电机6静止，带动阀芯8静止，此时将弹簧13压缩至固定长度，阀芯8受一个稳定弹簧力作用，有限转角力矩电机6提供一个反作用力，阀芯8受力平衡处于静止状态；此时阀芯8处于平衡位置，此时工作腔、供油腔、回油腔R均不连通，旋转直驱阀系统稳定输出一个与控制信号成比例的刹车压力，如图11所示；

当刹车压力需要降低时，减小控制信号，此时由于控制信号减小而反馈信号10尚未变化，将控制器9处理后，输出到有限转角力矩电机6的脉冲调宽(PWM〕信号的占空比F发生变化，使有限转角力矩电机6反向转动，带动阀芯8向左运动，如图12所示，此时弹簧,1辅助推动阀芯8，并且保持阀芯8平稳运动。

阀芯8向左运动，使工作腔B与回油腔R连通，并与供油腔P隔断，使旋转直驱阀系统输出刹车压力降低，压力传感器12采集工作腔的实时压力信号，转换为电压信号，反馈至控制器9中，经控制器9处理后重新给有限转角力矩电机6提供一个对应占空比的脉冲调宽信号 (PWM)，使有限转角力矩电机6根据实时情况继续反向转动或者正向转动，最终趋于稳定，阀芯8重新回至平衡位置(如图11所示)，旋转直驱阀系统稳定输出一个满足要求的刹车压力。

本实用新型所述的有限转角力矩电机用于配套旋转直驱阀系统时，通过压力传感器进行了更高精度的闭环控制；本实用新型所述的有限转角力矩电机用于配套旋转直驱阀系统，是应急刹车系统的控制元件，直接决定了应急刹车系统能否正常工作进而决定飞机能否在需要时安全制动，对于飞机应急状态下的处置起着重要作用。

其它未说明的部分均属于现有技术。

Claims (5)

1.有限转角力矩电机，包括定子组件(1)、转子组件(2)和壳体(3)，其特征在于：还包括转子固定磁钢(4)；转子固定磁钢(4)和定子组件(1)均通过过盈方式压装在壳体(3)上；

所述转子组件(2)通过轴承(5)固定在所述壳体(3)内，所述轴承(5)一端伸出所述壳体(3)；所述转子组件(2)呈偏心结构；

所述转子固定磁钢(4)位于所述转子组件(2)外周，所述定子组件(1)位于所述转子固定磁钢(4)和转子组件(2)的外周；所述转子组件(2)、定子组件(1)和转子固定磁钢(4)呈同心设置；

所述定子组件(1)包括定子铁芯(1.1)和定子绕组(1.2)，所述定子铁芯(1.1)为齿槽结构；所述定子绕组(1.2)嵌在定子铁芯(1.1)上；

所述定子铁芯(1.1)由多个高磁导率硅钢片(1.11)叠压而成。

2.根据权利要求1所述的有限转角力矩电机，其特征在于：所述高磁导率硅钢片(1.11)内侧设有所述转子固定磁钢(4)；

所述定子绕组(1.2)为双层叠绕结构。

3.根据权利要求2所述的有限转角力矩电机，其特征在于：所述转子组件(2)包括转子铁芯(2.1)和转子永磁体(2.2)；所述转子永磁体(2.2)粘贴在转子铁芯(2.1)上；转子铁芯(2.1)通过轴承(5)固定在壳体(3)中心的侧方。

4.根据权利要求3所述的有限转角力矩电机，其特征在于：转子固定磁钢(4)和转子永磁体(2.2)均为钐钴永磁体转子固定磁钢。

5.根据权利要求4所述的有限转角力矩电机，其特征在于：定子绕组(1.2)为漆包铜线。

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