一種高比重永磁無刷直流陀螺電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種高比重永磁無刷直流陀螺電機(jī)，包括轉(zhuǎn)子組件和定子組件，定子組件由定子線圈、定子磁芯、軸組成，軸中間的凸臺上設(shè)定子磁芯，定子磁芯外圓上設(shè)定子線圈；轉(zhuǎn)子組件由轉(zhuǎn)子環(huán)、磁鋼組件、端蓋組成，定子線圈外設(shè)轉(zhuǎn)子磁鋼組件，轉(zhuǎn)子磁鋼組件外圓上設(shè)有轉(zhuǎn)子環(huán)，軸凸臺的兩邊套軸承內(nèi)環(huán)，軸承外環(huán)設(shè)在端蓋上。本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是：選用鎢基高比重合金做轉(zhuǎn)子環(huán)增加轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，在設(shè)定的動量矩值下，降低電機(jī)轉(zhuǎn)速；軟磁鐵氧體電阻率高，渦流損耗小，磁損耗?。欢ㄗ哟判緹o下線槽，無齒槽效應(yīng)，電機(jī)運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪音低；采用反電勢控制的二相無刷直流電機(jī)功耗小，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，噪聲低，壽命長，適合在高、低溫環(huán)境下工作。
【專利說明】一種高比重永磁無刷直流陀螺電機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高比重永磁無刷直流陀螺電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]陀螺經(jīng)緯儀由陀螺儀和經(jīng)緯儀兩部分組成，陀螺儀是不受磁場干擾的指北儀器。它是一種能夠精確測定地面任意地點(除地球南、北高緯度地區(qū))或運動體所在地點的真子午線位置的儀器，所以又稱真子午線儀。陀螺儀只能測出當(dāng)?shù)氐乩肀?，要將各方位點上真北方向傳遞出去，要靠經(jīng)緯儀。陀螺儀與經(jīng)緯儀配合可以精確地測量出各地點的方位角。
[0003]在軍事領(lǐng)域用陀螺經(jīng)緯儀測量人造衛(wèi)星、航天飛船的飛行軌道，測量坦克等車輛的行駛方位、測量艦船的行駛方位等。在民用上:測量隧道、地鐵、礦井的開掘方向，海圖、地圖的測繪等。軍、民兩方面均迫切需要定向時間短，定向精度高的陀螺經(jīng)緯儀，因此諸多單位安排工程技術(shù)人員從事這方面的研究開發(fā)工作，并相繼投入大量資金。陀螺電機(jī)是陀螺經(jīng)緯儀的核心部件，對陀螺經(jīng)緯儀的性能指標(biāo)起著決定性的作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的問題是:降低陀螺電機(jī)的功耗、減小噪音，延期長軸承壽命、提高轉(zhuǎn)速穩(wěn)度、在-40°C?+50°C的環(huán)境下能正常工作。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種高比重永磁無刷直流陀螺電機(jī)，包括轉(zhuǎn)子組件和定子組件，定子組件由定子線圈、定子磁芯、軸組成，所述軸為中間粗兩邊細(xì)的對稱臺階軸，其中間稱為凸臺，所述軸凸臺上設(shè)定子磁芯，所述定子磁芯外圓上粘貼定子線圈；所述轉(zhuǎn)子組件由轉(zhuǎn)子環(huán)、磁鋼組件、端蓋組成，所述定子線圈外邊是轉(zhuǎn)子磁鋼組件，所述轉(zhuǎn)子磁鋼組件外圓上設(shè)有轉(zhuǎn)子環(huán)，所述軸凸臺的兩邊分別套軸承內(nèi)環(huán)，軸承外環(huán)設(shè)在端蓋上，軸承把轉(zhuǎn)子組件和定子組件連成一體，用螺母鎖緊。
[0006]進(jìn)一步，所述轉(zhuǎn)子環(huán)為鎢基高比重合金材料。
[0007]鶴基高比重合金的比重為16.5?18.75g/cm3,而不銹鋼材料的比重為7.8g/cm3,在同樣尺寸情況下，轉(zhuǎn)子環(huán)的轉(zhuǎn)動慣量(J)可以增加一倍多。
[0008]進(jìn)一步，所述轉(zhuǎn)子環(huán)是比重為17.6g/cm3的鎢基高比重合金材料。
[0009]進(jìn)一步，所述定子磁芯為軟磁鐵氧體。
[0010]軟磁鐵氧體的電阻大，渦流損耗小，材料便宜，加工方便。硅鋼片做定子磁芯，先要沖壓或線切割加工成所要求的尺寸，疊壓成環(huán)，再磨內(nèi)、外圓，加工工藝比較復(fù)雜。用軟磁鐵氧體做導(dǎo)磁環(huán)，材料廠按毛環(huán)圖燒結(jié)成型，每個環(huán)幾元錢，精磨內(nèi)、外圓即可使用，降低了成本
[0011]進(jìn)一步，軟磁鐵氧體外圓無下線槽，兩相線圈均勻粘貼在磁芯外圓上。電機(jī)無齒槽效應(yīng)，使電機(jī)運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，電磁噪聲小。
[0012]進(jìn)一步，所述軸承為油潤滑精密滾珠軸承。
[0013]軸承里采用了高低溫潤滑油、多孔聚酰亞胺保持架，保證電機(jī)在_40°C?+50°C的溫度范圍內(nèi)能正常工作。
[0014]進(jìn)一步，所述一種高比重永磁無刷直流陀螺電機(jī)為二相永磁無刷直流電機(jī)。
[0015]由自身產(chǎn)生的反電勢作為位置信號，用邏輯控制電路控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)，鎖相電路穩(wěn)速，電機(jī)的穩(wěn)速精度可達(dá)到ιχιο_4。與三相無刷直流電機(jī)相比，定子繞組下線簡單，控制電路也比較簡單。
[0016]本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是:軟磁鐵氧體電阻率高，渦流損耗小，磁損耗小，加工簡單，成本低；磁芯無下線槽，不會產(chǎn)生齒槽效應(yīng)，減小電磁噪聲，電機(jī)運行平穩(wěn)。陀螺電機(jī)的軸承選用油潤滑精密滾珠軸承，軸承的摩擦力矩小，力矩變化小，使電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性好；高溫+50°C，低溫-40°C下都能正常工作，普通電機(jī)無法做到；陀螺電機(jī)采用反電勢控制的二相無刷直流電機(jī)，這種電機(jī)與磁滯電機(jī)和異步電機(jī)相比，具有效率高、轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性好的優(yōu)點；由于采用上述先進(jìn)技術(shù)措施，使該電機(jī)功耗小，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，噪聲低，壽命長，適合在高、低溫環(huán)境下工作，是陀螺經(jīng)緯儀的理想陀螺電機(jī)。同時也適用于其它陀螺儀表。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]1、軸2、軸承3、端蓋4、定子磁芯5、定子線圈
[0019]6、轉(zhuǎn)子磁鋼組件 7、轉(zhuǎn)子環(huán)
【具體實施方式】
[0020]一種高比重永磁無刷直流陀螺電機(jī)，包括轉(zhuǎn)動部份即轉(zhuǎn)子組件；不轉(zhuǎn)部份即定子組件。轉(zhuǎn)子組件由轉(zhuǎn)子環(huán)7、磁鋼組件6、端蓋3組成。定子組件由定子線圈5、定子磁芯4、軸I組成。所述軸I為中間設(shè)有凸臺的軸1，所述軸I凸臺上安裝有定子磁芯4，所述定子磁芯4外圓上粘貼定子線圈5，所述定子線圈5外邊是轉(zhuǎn)子磁鋼組件6，所述轉(zhuǎn)子磁鋼組件6外圓上安裝有轉(zhuǎn)子環(huán)7，所述軸I凸臺的兩邊分別安裝有軸承2，所述軸承2把轉(zhuǎn)子組件和定子組件連成一體，用螺母鎖緊。
[0021]所述轉(zhuǎn)子環(huán)7為鎢基高比重合金材料。鎢基高比重合金的比重為16.5?18.75g/cm3，而不銹鋼材料的比重為7.8g/cm3，在同樣尺寸情況下，轉(zhuǎn)子環(huán)7的轉(zhuǎn)動慣量(J)可以增加一倍多。所述轉(zhuǎn)子環(huán)7是比重為17.6g/cm3的鎢基高比重合金材料。
[0022]所述轉(zhuǎn)子環(huán)為鎢基高比重合金材料，材料比重為17.6g/cm3，所述定子磁芯為軟磁鐵氧體，所述定子磁芯上無下線槽，線圈均勻的粘貼在磁芯的外圓上，所述軸承為油潤滑精密滾珠軸承，所述一種高比重永磁無刷直流陀螺電機(jī)為二相永磁無刷直流電機(jī)，所用控制電路為用反電勢作位置信號；邏輯電路控制電機(jī)轉(zhuǎn)動；鎖相電路控制轉(zhuǎn)速穩(wěn)定度。
[0023]陀螺經(jīng)緯儀是利用陀螺電機(jī)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的動量矩(H)來尋北，H越大，找北精度越高。
[0024]H=JX ω J-轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量。J=mr2 (g.cm2);
[0025]其中:m-轉(zhuǎn)子質(zhì)量；r_轉(zhuǎn)子半徑；ω -轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角速度(rad/s)。
[0026]陀螺經(jīng)緯儀在測量作業(yè)時，需人工搬移，所以對整套系統(tǒng)的體積、重量有一定的限制。對安裝陀螺電機(jī)的陀螺房要求尺寸越小越好。陀螺電機(jī)采用高比重鎢基合金以后，可以減小陀螺房的尺寸。在相同尺寸的情況下，要得到同樣大小的動量矩，用鎢基合金做轉(zhuǎn)子的電機(jī)比用普通不銹鋼合金做轉(zhuǎn)子的電機(jī)轉(zhuǎn)速低一倍多，降低了電機(jī)功耗，減少了電機(jī)噪音、增加軸承2壽命。
[0027]陀螺電機(jī)的定子磁芯4選用了高飽和磁密和高導(dǎo)磁率的5KB軟磁鐵氧體材料。與傳統(tǒng)的硅鋼片材料相比，軟磁鐵氧體電阻率高，渦流損耗小，磁損耗小，加工簡單，成本低。用硅鋼片做定子磁芯4，先要沖壓或線切割加工成所要求的尺寸，疊壓成環(huán)，再磨內(nèi)、外圓，加工工藝比較復(fù)雜。用軟磁鐵氧體做定子磁芯4，材料廠按毛環(huán)圖燒結(jié)成型，每個環(huán)幾元錢，精磨內(nèi)、外圓即可使用，降低了成本。
[0028]軟磁鐵氧體外圓上無下線槽，兩相線圈均勻粘貼在磁芯外圓上。并真空灌膠固封。電機(jī)無齒槽效應(yīng)，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，電磁噪聲小。
[0029]所述軸承2為油潤滑精密滾珠軸承2。軸承2內(nèi)選用了高低溫潤滑油、多孔聚酰亞胺保持架，軸承2的摩擦力矩小，力矩變化小，使電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性好，保證電機(jī)在_40°C?+50°C的溫度范圍內(nèi)能正常工作。
[0030]一種高比重永磁無刷直流陀螺電機(jī)為二相永磁無刷直流電機(jī)。這種電機(jī)與磁滯電機(jī)和異步電機(jī)相比，具有效率高、轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性好的優(yōu)點。用專用的控制電路來控制電機(jī)運轉(zhuǎn)。
[0031]由于采用上述先進(jìn)技術(shù)措施，使該電機(jī)功耗小，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，噪聲低，壽命長，適合在高、低溫環(huán)境下工作，是陀螺經(jīng)緯儀的理想陀螺電機(jī)，目前國內(nèi)吊絲式的陀螺經(jīng)緯儀都選用該電機(jī)。陀螺經(jīng)緯儀的性能大大提高，達(dá)到世界先進(jìn)水平。
[0032]實施例:
[0033]我們做了兩臺試驗電機(jī)，本研制項目對陀螺電機(jī)性能要求:
[0034]①尺寸控制在φ55球內(nèi)
[0035]②動量矩H>2000g.cm2/s
[0036]③在-40°C?+55°C環(huán)境溫度下能正常工作
[0037]④轉(zhuǎn)速穩(wěn)定度過I X 10_4
[0038]⑤功耗〈2瓦(額定電壓24V，常溫)
[0039]⑥電機(jī)運行平穩(wěn)、噪音低
[0040]⑦壽命不小于2000小時
[0041]一臺用鎢基高比重合金做轉(zhuǎn)子環(huán)7，另一臺用不銹鋼做轉(zhuǎn)子環(huán)7。電機(jī)其他零件都一樣。這兩種電機(jī)的實測性能列于表I。
[0042]表I兩種電機(jī)的實測性能(常溫)
[0043]
【權(quán)利要求】
1.一種高比重永磁無刷直流陀螺電機(jī)，其特征在于:包括轉(zhuǎn)子組件和定子組件，定子組件由定子線圈、定子磁芯、軸組成，所述軸為中間粗兩邊細(xì)的對稱臺階軸，其中間稱為凸臺，所述軸凸臺上設(shè)定子磁芯，所述定子磁芯外圓上粘貼定子線圈；所述轉(zhuǎn)子組件由轉(zhuǎn)子環(huán)、磁鋼組件、端蓋組成，所述定子線圈外邊是轉(zhuǎn)子磁鋼組件，所述轉(zhuǎn)子磁鋼組件外圓上設(shè)有轉(zhuǎn)子環(huán)，所述軸凸臺的兩邊分別套軸承內(nèi)環(huán)，軸承外環(huán)設(shè)在端蓋上，軸承把轉(zhuǎn)子組件和定子組件連成一體，用螺母鎖緊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高比重永磁無刷直流陀螺電機(jī)，其特征在于:所述轉(zhuǎn)子環(huán)為鎢基高比重合金材料，材料比重為16.5?18.75g/cm3。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高比重永磁無刷直流陀螺電機(jī)，其特征在于:所述轉(zhuǎn)子環(huán)為鶴基高比重合金材料，材料比重為17.6g/cm3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1?3中任一項所述的一種高比重永磁無刷直流陀螺電機(jī)，其特征在于:所述定子磁芯為軟磁鐵氧體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1?3中任一項所述的一種高比重永磁無刷直流陀螺電機(jī)，其特征在于:所述定子磁芯上無下線槽，線圈均勻的粘貼在磁芯的外圓上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1?3中任一項所述的一種高比重永磁無刷直流陀螺電機(jī)，其特征在于:所述軸承為油潤滑精密滾珠軸承。
7.根據(jù)權(quán)利要求1?3所述的一種高比重永磁無刷直流陀螺電機(jī)，其特征在于:所述一種高比重永磁無刷直流陀螺電機(jī)為二相永磁無刷直流電機(jī)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種高比重永磁無刷直流陀螺電機(jī)，其特征在于:所述一種高比重永磁無刷直流陀螺電機(jī)為二相永磁無刷直流電機(jī)，所用控制電路為用反電勢作位置信號；邏輯電路控制電機(jī)轉(zhuǎn)動；鎖相電路控制轉(zhuǎn)速穩(wěn)定度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高比重永磁無刷直流陀螺電機(jī)，其特征在于:所述轉(zhuǎn)子環(huán)為鶴基高比重合金材料，材料比重為17.6g/cm3,所述定子磁芯為軟磁鐵氧體,所述定子磁芯上無下線槽，線圈均勻的粘貼在磁芯的外圓上，所述軸承為油潤滑精密滾珠軸承，所述一種高比重永磁無刷直流陀螺電機(jī)為二相永磁無刷直流電機(jī)，所用控制電路為用反電勢作位置信號；邏輯電路控制電機(jī)轉(zhuǎn)動；鎖相電路控制轉(zhuǎn)速穩(wěn)定度。
【文檔編號】H02K29/00GK103633804SQ201310667660
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月10日
【發(fā)明者】李滸, 劉海瑞, 許水珠, 王鵬 申請人:天津市陸航電機(jī)技術(shù)有限公司