專利名稱：新型有限轉(zhuǎn)角直流力矩電機的制作方法
新型有限轉(zhuǎn)角直流力矩電機技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于電機領(lǐng)域，涉及電動機中的一種力矩電機，尤其是一種新型有限轉(zhuǎn) 角直流力矩電機。
背景技術(shù)：
力矩電機作為執(zhí)行元件應(yīng)用于自動控制系統(tǒng)中，在某些自動控制系統(tǒng)中不要求 執(zhí)行元件作360度連續(xù)旋轉(zhuǎn)而是在一特定角度范圍內(nèi)工作，在這些場合往往選用有限轉(zhuǎn) 角直流力矩電機，主要考慮的是有限轉(zhuǎn)角直流力矩電機在這些場合中有著較直流有刷力 矩電機更突出的優(yōu)點沒有直流力矩電機的電刷和換向器，可靠性高；定子鐵芯可以做 成光滑無槽結(jié)構(gòu)，消除了齒槽磁阻阻尼力矩，電機的靜摩擦力矩??；用于提供力矩的繞 組線圈數(shù)固定，在有限轉(zhuǎn)角內(nèi)力矩輸出線性度好，波動小。但是，傳統(tǒng)的有限轉(zhuǎn)角直流 力矩電機定子繞組的有效部分——也就是產(chǎn)生有效力矩的部分僅限定于線圈的內(nèi)側(cè)邊(內(nèi) 轉(zhuǎn)子電機)或線圈的外側(cè)邊(外轉(zhuǎn)子電機)，其余都是不能產(chǎn)生力矩的連接線，即線圈組 的每匝線圈僅有一個有效邊；而普通直流力矩電機的每匝線圈都有兩個有效邊。因此， 在同等尺寸條件下，傳統(tǒng)的有限轉(zhuǎn)角力矩電機繞組利用率低，造成其力學(xué)性能較普通直 流力矩電機低，不能滿足某些場合下控制系統(tǒng)對力矩電機力學(xué)性能高并具有上述優(yōu)點的 使用要求。雖然一些有限轉(zhuǎn)角力矩電機采用高性能磁鋼、高飽和磁密低矯頑力的定子鐵 芯材料、Halbach磁場陣列等技術(shù)盡力提高氣隙磁密和改善氣隙磁密波形，但效果并不明 顯，且成本顯著增加。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種新型有限轉(zhuǎn)角直流力矩電 機，本力矩電機可以使定子線圈組的每個線圈的內(nèi)、外側(cè)邊都產(chǎn)生有效力矩，不僅可以 保留原有的技術(shù)優(yōu)點，且可顯著地提高電機的力學(xué)性能如峰值力矩、力矩系數(shù)等技術(shù)指 標(biāo)，提高了繞組利用率和電機效率。
本發(fā)明采取的技術(shù)方案是
一種新型有限轉(zhuǎn)角直流力矩電機，由定子、外轉(zhuǎn)子和內(nèi)轉(zhuǎn)子組成，定子同軸安 裝于外轉(zhuǎn)子與內(nèi)轉(zhuǎn)子之間，其特征在于定子由定子鐵芯和纏繞其上的定子繞組構(gòu)成， 構(gòu)成該定子繞組的每個線圈組的每個線圈都環(huán)形繞制于定子鐵芯上，線圈組的數(shù)量與轉(zhuǎn) 子磁極數(shù)量相等；內(nèi)、外轉(zhuǎn)子分別由內(nèi)磁鋼、外磁鋼和內(nèi)轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)、外轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)構(gòu) 成，內(nèi)、外轉(zhuǎn)子磁極數(shù)量相等，磁極夾角也相等，內(nèi)、外轉(zhuǎn)子的磁鋼在同一線圈組下面 向電機磁路的內(nèi)氣隙、外氣隙的磁極極性相同，屬于內(nèi)、外轉(zhuǎn)子的磁鋼面向內(nèi)氣隙、外 氣隙的磁極極性依次相異布置于內(nèi)轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)、外轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)上。
而且，所述的定子鐵芯為光滑的環(huán)形。
而且，同極性磁極下的定子線圈組的每個線圈內(nèi)、外側(cè)邊都產(chǎn)生力矩且方向相 同。
而且，所述內(nèi)磁鋼沿內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)外表面均布，磁鋼極性依次相異；外磁鋼沿外導(dǎo) 磁環(huán)內(nèi)表面均布，磁鋼極性依次相異。
而且，在同一定子線圈組下的內(nèi)、外轉(zhuǎn)子磁鋼氣隙側(cè)極性相同。
而且，內(nèi)、外轉(zhuǎn)子通過固定環(huán)連接為一體，并沿同一軸線在一定角度范圍內(nèi)同 步旋轉(zhuǎn)。
而且，所述定子繞組的各線圈組采用串聯(lián)或并聯(lián)方式連接。
而且，所述定子繞組相鄰兩線圈組應(yīng)反向連接，保證所通電流方向相反。
本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是
1、本力矩電機定子鐵芯是環(huán)形光滑的，沒有鐵芯槽和齒，消除了鐵芯齒槽與轉(zhuǎn) 子磁極間的磁阻阻尼力矩，再由于采用無刷結(jié)構(gòu)，消除了機械摩擦力矩，因而該電機較 傳統(tǒng)直流力矩電機，靜摩擦力矩得到很大程度地減小，這對控制系統(tǒng)提高穩(wěn)態(tài)輸出精度 和減小死區(qū)效應(yīng)都大有益處。
2、本力矩電機采用雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，并且同一線圈組下對應(yīng)的磁極極性相同，通過 巧妙的磁路設(shè)計使內(nèi)、外轉(zhuǎn)子同極性磁極所提供的主磁通形成了閉合回路，因而位于同 極性磁極下的線圈組的每個線圈的內(nèi)、外側(cè)邊都成為了產(chǎn)生力矩的有效邊。而傳統(tǒng)有限 轉(zhuǎn)角力矩電機的線圈組的每匝線圈僅有一個側(cè)邊產(chǎn)生有效力矩，因此利用本發(fā)明制成的 有限轉(zhuǎn)角力矩電機可顯著地提高其力學(xué)性能、功率密度，在同等技術(shù)要求條件下，可減 小電機尺寸，便于使用和更多場合下應(yīng)用。
3、本發(fā)明保持了傳統(tǒng)有限轉(zhuǎn)角直流力矩電機可靠性高、靜摩擦力矩小、有限轉(zhuǎn) 角內(nèi)力矩輸出線性度好，波動小的優(yōu)點，通過同一線圈組下的內(nèi)、外磁極極性相同的結(jié) 構(gòu)使線圈組的每匝線圈的內(nèi)、外側(cè)邊都成為有效邊，產(chǎn)生同方向的力矩，顯著地提高了 電機的力能指標(biāo)，可減小電機外形尺寸，應(yīng)用于更多的場合。
4、本發(fā)明改善了傳統(tǒng)有限轉(zhuǎn)角直流力矩電機定子線圈組的線圈僅有一側(cè)邊產(chǎn)生 力矩的不足，提出了一種可以使定子線圈組的每個線圈的內(nèi)、外側(cè)邊都成為有效邊，都 產(chǎn)生有效力矩的有限轉(zhuǎn)角直流力矩電機，該有限轉(zhuǎn)角直流力矩電機的力學(xué)性能如峰值力 矩、力矩系數(shù)等技術(shù)指標(biāo)可得到顯著地提高。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)主視圖2是圖1的縱向軸剖圖3為本發(fā)明的定子結(jié)構(gòu)主視圖4為圖3的縱向軸剖圖5為本發(fā)明的安裝有機殼、軸承及軸的結(jié)構(gòu)圖。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明進一步說明，下述實施例是說明性的，不是限定性 的，不能以下述實施例來限定本發(fā)明的保護范圍。
一種新型有限轉(zhuǎn)角直流力矩電機，如圖1 4所示，由外轉(zhuǎn)子、內(nèi)轉(zhuǎn)子、定子構(gòu) 成，定子同軸安裝于外轉(zhuǎn)子與內(nèi)轉(zhuǎn)子之間。定子由定子鐵芯3和纏繞其上的定子線圈組8構(gòu)成，并通過凸臺10與機殼11固定在一起，參見圖2、3、4、5，定子鐵芯是環(huán)形光滑 的，沒有鐵芯槽和齒，定子繞組的每個線圈組的每個線圈都環(huán)形繞制于定子鐵芯上，線 圈組的數(shù)量與轉(zhuǎn)子磁極數(shù)量相等，線圈組間依次反向串聯(lián)或并聯(lián)(見圖3)。為提高輸出 力矩和保證外形尺寸，線圈可繞制成多層，如圖4所示，線圈外側(cè)邊6、內(nèi)側(cè)邊7、線圈 端部應(yīng)排列緊密。每個線圈組的引線末端和相鄰線圈組的引線首端焊接在用于安裝固定 定子的凸臺的接線片9上，相鄰的線圈組線圈繞制方向相反，所有線圈組通過接線片連 接在一起，輸出兩個端子用于輸入直流電源。
當(dāng)電機定子輸入直流電源時，屬于同一線圈組的線圈的內(nèi)外側(cè)邊電流方向相 反，相鄰線圈組的線圈的內(nèi)、外側(cè)邊電流方向也相反。因此，如圖1所示，每個線圈組 的線圈的內(nèi)、外側(cè)邊都為有效邊，產(chǎn)生同樣旋轉(zhuǎn)方向的力矩。
內(nèi)、外轉(zhuǎn)子分別由內(nèi)磁鋼4、外磁鋼2和內(nèi)轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)5、外轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)1構(gòu) 成，外磁鋼用環(huán)氧樹脂膠粘接固定于外轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)上，內(nèi)磁鋼用環(huán)氧樹脂膠粘接固定于 內(nèi)轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)上。并位于同一線圈組下，面向電機磁路內(nèi)氣隙、外氣隙的內(nèi)、外轉(zhuǎn)子的 磁極極性相同，以N-N極或S-S極布置；屬于內(nèi)、外轉(zhuǎn)子的磁鋼面向內(nèi)氣隙、外氣隙的 磁極極性依次相異布置于內(nèi)轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)、外轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)上，以N-S布置。內(nèi)磁鋼沿內(nèi)導(dǎo) 磁環(huán)外表面均布，外磁鋼沿外導(dǎo)磁環(huán)內(nèi)表面均布，內(nèi)、外轉(zhuǎn)子磁極數(shù)量相等，磁極所占 的機械角度也相等。
本發(fā)明的內(nèi)、外轉(zhuǎn)子采用固定環(huán)12連接為一體，并一起固定于軸13上沿同一軸 線在一定角度范圍內(nèi)同步旋轉(zhuǎn)，參見圖5，內(nèi)、外轉(zhuǎn)子同極性磁極下的定子線圈組的每個 線圈內(nèi)、外側(cè)邊都產(chǎn)生有效力矩且方向相同。
本發(fā)明根據(jù)電機輸出恒定力矩的旋轉(zhuǎn)角度范圍要求和力能指標(biāo)情況，可以制成 多對極。
本發(fā)明的電機主磁路工作原理為
同一線圈組下的內(nèi)、外磁極提供的磁勢/磁力線，分別通過內(nèi)、外氣隙到達定 子鐵芯，沿環(huán)形鐵芯通過，在相鄰的磁極對應(yīng)的定子鐵芯處分兩路再次通過內(nèi)、外氣隙 到達內(nèi)、外轉(zhuǎn)子相鄰的磁極下，穿過磁極，沿內(nèi)轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)、外轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)回到起始 點，形成閉合回路。
權(quán)利要求
1.一種新型有限轉(zhuǎn)角直流力矩電機，由定子、外轉(zhuǎn)子和內(nèi)轉(zhuǎn)子組成，定子同軸安裝 于外轉(zhuǎn)子與內(nèi)轉(zhuǎn)子之間，其特征在于定子由定子鐵芯和纏繞其上的定子繞組構(gòu)成，構(gòu) 成該定子繞組的每個線圈組的每個線圈都環(huán)形繞制于定子鐵芯上，線圈組的數(shù)量與轉(zhuǎn)子 磁極數(shù)量相等；內(nèi)、外轉(zhuǎn)子分別由內(nèi)磁鋼、外磁鋼和內(nèi)轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)、外轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)構(gòu) 成，內(nèi)、外轉(zhuǎn)子磁極數(shù)量相等，磁極夾角也相等，內(nèi)、外轉(zhuǎn)子的磁鋼在同一線圈組下面 向電機磁路的內(nèi)氣隙、外氣隙的磁極極性相同，屬于內(nèi)、外轉(zhuǎn)子的磁鋼面向內(nèi)氣隙、外 氣隙的磁極極性依次相異布置于內(nèi)轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)、外轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型有限轉(zhuǎn)角直流力矩電機，其特征在于所述的定子鐵 芯為光滑的環(huán)形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型有限轉(zhuǎn)角直流力矩電機，其特征在于同極性磁極下 的定子線圈組的每個線圈內(nèi)、外側(cè)邊都產(chǎn)生力矩且方向相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的新型有限轉(zhuǎn)角直流力矩電機，其特征在于所述內(nèi)磁鋼沿 內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)外表面均布，磁鋼極性依次相異；外磁鋼沿外導(dǎo)磁環(huán)內(nèi)表面均布，磁鋼極性依 次相異。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型有限轉(zhuǎn)角直流力矩電機，其特征在于在同一定子線 圈組下的內(nèi)、外轉(zhuǎn)子磁鋼氣隙側(cè)極性相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型有限轉(zhuǎn)角直流力矩電機，其特征在于內(nèi)、外轉(zhuǎn)子通 過固定環(huán)連接為一體，并沿同一軸線在一定角度范圍內(nèi)同步旋轉(zhuǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型有限轉(zhuǎn)角直流力矩電機，其特征在于所述定子繞組 的各線圈組采用串聯(lián)或并聯(lián)方式連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的新型有限轉(zhuǎn)角直流力矩電機，其特征在于所述定子繞組 相鄰兩線圈組應(yīng)反向連接，保證所通電流方向相反。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型有限轉(zhuǎn)角直流力矩電機，由定子、外轉(zhuǎn)子和內(nèi)轉(zhuǎn)子組成，定子同軸安裝于外轉(zhuǎn)子與內(nèi)轉(zhuǎn)子之間。其中內(nèi)、外轉(zhuǎn)子分別由內(nèi)磁鋼、外磁鋼和內(nèi)轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)、外轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)構(gòu)成，定子由定子鐵芯及環(huán)形繞制在定子鐵芯上數(shù)量與轉(zhuǎn)子磁極數(shù)相等的線圈組構(gòu)成，同一定子線圈組對應(yīng)的內(nèi)、外轉(zhuǎn)子的磁鋼面向電機磁路的內(nèi)氣隙、外氣隙的磁極極性相同。本發(fā)明改善了傳統(tǒng)有限轉(zhuǎn)角直流力矩電機定子線圈組的線圈僅有一側(cè)邊產(chǎn)生力矩的不足，提出了一種可以使定子線圈組的每個線圈的內(nèi)、外側(cè)邊都成為有效邊，都產(chǎn)生有效力矩的有限轉(zhuǎn)角直流力矩電機，該有限轉(zhuǎn)角直流力矩電機的力學(xué)性能如峰值力矩、力矩系數(shù)等技術(shù)指標(biāo)可得到顯著地提高。
文檔編號H02K16/02GK102025238SQ201010533718
公開日2011年4月20日 申請日期2010年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月5日
發(fā)明者凌林本, 周灝, 李璐, 潘龍飛, 董磊 申請人:中國船舶重工集團公司第七0七研究所