專利名稱：具有自定位功能的有限轉角無刷力矩電機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于電機技術領域，涉及力矩電機，尤其是一種具有自定位功能的有限轉角無刷力矩電機。
背景技術：
在坦克、偵察車等特殊的作戰(zhàn)車種中，力矩電機作為提供力矩輸出的執(zhí)行元件，需要具有高可靠性、快速響應、大力矩、沖擊條件下運轉平穩(wěn)、防腐蝕性、低靜摩擦力矩等特 點。傳統(tǒng)的永磁力矩電機大都采用有刷結構，電機線圈嵌在定子槽里。有刷電機的這種結 構決定了電機可靠性較差，且需要定期維護。由于電刷和換向器之間的摩擦及齒槽效應，靜 摩擦力矩會提高，并且很難實現(xiàn)低速下的平穩(wěn)運轉。若采用減速機構，電機雖可以在低速下 運行，齒槽效應明顯減弱，但又會產生空回現(xiàn)象，系統(tǒng)的可靠性仍會降低。采用傳統(tǒng)的無刷 力矩電機同樣存在齒槽效應的問題，并且由于換相需要霍爾元件和控制電路，這會進一步 降低系統(tǒng)的可靠性。通過檢索，發(fā)現(xiàn)兩篇有關力矩電機的專利文獻，1、一種涉及電機主要用于電動車 輛的直流變頻無刷力矩電機(CN101043155)，其中部矽鋼沖片疊組，構成電機定子部件， 矽鋼沖片上設有9個呈周向均布的心形槽或直槽，該為電機繞組線圈槽；外套磁圈，磁圈 固定在磁圈支架上，通過主軸軸承和電機端蓋構成電機轉子部件，磁圈由10片瓦狀并按 N-S-N-S方式圓周均布的磁鋼組成，構成5對磁場；相應的電機三相繞組為9組線圈，并依 照排列順序和連接順序每兩組相鄰兩邊相互重疊放在9個繞線槽里；每隔三槽設有一個電 磁控制元件霍爾，設定相角為240°。當通電時，主軸固定，轉子轉動。本發(fā)明具有轉速高、 效率高、耗材省等優(yōu)點。2、一種雙控雙驅永磁直流無刷力矩電機(CN201414062)，包括轉子 和定子，所述的定子上設置的電樞極數(shù)量為36個，36個電樞極圓周360°均分為4等份，每 等份內有9個電樞極，所述的轉子上設置的與定子相對應的永磁磁鋼的數(shù)量為32片，32片 永磁磁鋼圓周360°均分為4等份，每等份內有8片永磁磁鋼，每90°對角相加的電樞極數(shù) 量為18個，永磁磁鋼的數(shù)量為16片，每90°對角相加的18個電樞極為一組三相繞組，圓周 360°內有兩組三相繞組。本發(fā)明與同類型體積的電機相比電機輸出扭矩大、發(fā)熱量低、能量轉換效率高。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足之處，提供一種具有自定位功能的有限轉 角無刷力矩電機，該電機在有限角度內，結構簡單、可靠性高、響應迅速、無齒槽效應、低靜 摩擦力矩、無需霍爾元件和控制電路、能夠實現(xiàn)低速和沖擊條件下平穩(wěn)運轉。本發(fā)明技術方案是一種具有自定位功能的有限轉角無刷力矩電機，包括定子組件、轉子組件、連接軸、軸承及底座、機蓋，連接軸的兩側裝配面分別采用軸承與底座及機蓋滑動安裝，在機殼內的連接軸上同軸固裝轉子組件，轉子組件由磁鋼及轉子導磁環(huán)構成，在機殼內的底座上固裝定子組件，定子組件由定子導磁環(huán)、線圈及磁環(huán)固定塊構成，其特征在于
(1)所述轉子組件的磁鋼和轉子導磁環(huán)緊密固裝成一個整體，轉子組件中心孔同 軸安裝連接軸；(2)所述定子組件的定子導磁環(huán)由導磁材料直接加工成一個光滑的圓環(huán)，繞組直 接環(huán)繞安裝在定子導磁環(huán)上內、外環(huán)面；(3)所述軸承與連接軸用防塵螺母裝配，再裝配鎖母進行鎖緊，最后安裝轉子組件 的限位螺釘。而且，所述底座與定子組件的安裝結構是在底座上制有徑向的內環(huán)裝配面，定子 組件有外環(huán)裝配面，通過緊固螺釘進行緊固。而且，所述機殼上安裝有引出線，該引出線采用壓線片和壓線螺釘進行固定。本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果為1、本發(fā)明的轉子組件由轉子導磁環(huán)和一對或多對N-S相間分布的永磁體磁鋼構 成一個整體，轉子組件中心孔直接安裝連接軸，將磁鋼和轉子導磁環(huán)做成一個整體后，結構 緊湊，可靠性高。2、本發(fā)明的定子組件由定子導磁環(huán)、磁環(huán)固定塊及線圈構成，定子導磁環(huán)由導 磁材料直接加工成一個光滑的圓環(huán)，繞組是直接環(huán)繞在定子導磁環(huán)上的，繞組的有效部 分——也就是產生力矩的部分只限于內環(huán)面上的導體，其余都是不能產生力矩的“連接 線”，或者說一匝線圈只有一個有效邊，這種結構雖然浪費了銅線，卻有效的克服了齒槽效 應，降低了靜摩擦力矩，增強了轉動平穩(wěn)性。3、本發(fā)明整個電機回路既不用電刷也不用換向電路，就是一根導線，所以可靠性 非常高，通過改變線圈中的電流方向就能夠實現(xiàn)電機的正反旋轉。電機的殼體(包括底座 和機蓋)材料采用高強度不銹鋼，既能起到防銹作用，又能對定轉子起到保護作用。殼體對 定子組件和轉子組件起到定位和支撐保護作用，保證了定轉子的相對運動。采用兩對能夠 相互鎖緊的鎖母和防塵螺母裝置，能夠調節(jié)預緊力，保證電機在沖擊振動條件下軸向間隙 適中，實現(xiàn)電機平穩(wěn)運轉。


圖1為本發(fā)明的結構剖視圖；圖2為本發(fā)明的工作原理示意圖。
具體實施例方式下面通過具體實施例對本發(fā)明作進一步詳述，以下實施例只是描述性的，不是限 定性的，不能以此限定本發(fā)明的保護范圍。一種具有自定位功能的有限轉角無刷力矩電機，包括定子組件3、轉子組件7、連 接軸12、軸承9及底座15、機蓋2，底座及機蓋同軸采用緊固螺釘1固裝在一起，連接軸的兩 側裝配面分別采用軸承與底座及機蓋滑動安裝，在機殼內的連接軸上同軸固裝轉子組件， 該轉子組件由轉子導磁環(huán)19和一對或多對N-S極相間分布的永磁體磁鋼18構成，在機殼 內的底座上固裝定子組件，定子組件由定子導磁環(huán)17、線圈16和磁環(huán)固定塊20構成。本發(fā)明的創(chuàng)新點在于
1、轉子組件與連接軸的安裝結構轉子組件的磁鋼和轉子導磁環(huán)緊密固裝成一個整體，轉子組件中心孔與連接軸的 中間裝配面進行配合，保證裝配精度，緊固螺釘8將轉子組件與連接軸直接進行緊固，如此 結構能夠具備可靠性高，結構緊湊的特點。2、定子組件與底座的安裝結構底座制有徑向的內環(huán)裝配面，定子組件有外環(huán)裝配面，通過緊固螺釘14進行緊 固；底座和定子組件通過裝配面裝配到一起能夠保證裝配精度。定子組件的定子導磁環(huán) 由導磁材料直接加工成一個光滑的圓環(huán)，繞組是直接環(huán)繞在定子導磁環(huán)上內外環(huán)面，繞組 的有效部分——也就是產生力矩的部分只限于內環(huán)面上的導體，其余都是不能產生力矩的 “連接線”，或者說一匝線圈只有一個有效邊，這種結構雖然浪費了銅線，卻有效的克服了齒 槽效應，降低了靜摩擦力矩，增強了轉動平穩(wěn)性。整個電機回路既不用電刷也不用換向電 路，就是一根導線，所以可靠性非常高，通過改變線圈中的電流方向就能夠實現(xiàn)電機的正反 旋轉。3、連接軸與軸承的安裝結構軸承在連接軸的安裝是先用防塵螺母10裝配到連接軸上進行預緊，再裝配鎖母 11進行鎖緊，最后裝入限位螺釘13對轉子組件進行限位，確保電機在性能穩(wěn)定的區(qū)間工 作；采用兩對能夠相互鎖緊的鎖母和防塵螺母裝置，能夠調節(jié)預緊力，保證電機在沖擊振動 條件下軸向間隙適中，實現(xiàn)電機平穩(wěn)運轉。這種電機的最大轉角范圍是士90° /P，產生恒 值力矩的轉角范圍是士(90° /P-b/2-α/2)，其中P為極對數(shù)，b是轉子磁極的夾角，α是 單個磁環(huán)固定塊所占角度。用壓線片5和壓線螺釘6對引出線4進行固定，確保電機在沖 擊、振動條件下引出線能夠可靠工作。4、底座及機蓋與連接軸的安裝結構電機的殼體材料采用高強度不銹鋼，既能起到防銹作用，又能對定轉子起到保護 作用。殼體對定子組件和轉子組件起到定位和支撐保護作用，保證了定轉子的相對運動。在 底座、機蓋與連接軸之間均安裝有軸承，該軸承制有外環(huán)裝配面和內環(huán)裝配面，外環(huán)裝配面 分別與底座和機蓋軸承孔內環(huán)裝配面裝配到一起，然后內環(huán)裝配面與連接軸兩側裝配面進 行裝配，用螺釘對底座和機蓋進行緊固。本發(fā)明的工作原理是參見圖2，轉子組件包括磁鋼和轉子導磁環(huán)，轉子導磁環(huán)成為構成磁回路的重要組 成部分，將磁鋼和轉子導磁環(huán)做成一個整體后結構非常緊湊，可靠性更高。定子組件包括定 子導磁環(huán)、線圈及磁環(huán)固定塊，定子導磁環(huán)是一個光滑的圓環(huán)，能夠有效的克服齒槽效應的 問題，減小靜摩擦力矩，實現(xiàn)電機平穩(wěn)運轉。磁鋼的磁力線在轉子導磁環(huán)和定子導磁環(huán)中形 成閉合回路，在通電的情況下能夠實現(xiàn)有限角度內正反旋轉，定子的繞組直接環(huán)繞在定子 導磁環(huán)上的，整個回路中就是一根導線，既不用電刷也不用換向電路，可靠性非常高，不受 沖擊和振動的影響，只需通過改變線圈中的電流方向就能夠實現(xiàn)電機的正反旋轉。本實施例圖2中只描述了一對磁極的情況，對于多對磁極的情況原理相同。本發(fā)明的工作過程是由于轉子組件和連接軸的裝配面的配合關系及緊固螺釘?shù)木o固作用，轉子組件和 連接軸在保證裝配精度的條件下作為一個整體相對轉動；底座和定子組件由于裝配面的配合關系及固定螺釘?shù)淖饔?，在保證裝配精度的條件下作為一個整體相對轉動；轉子組件 和連接軸、底座和定子組件、機蓋通過軸承及螺釘?shù)亩ㄎ缓途o固作用構成電機整體，保證了 轉子組件和定子組件的相對轉動；防塵螺母和鎖母裝配到連接軸上，保證了轉子組件與定 子組件在軸向的相對位置固定，同時調整防塵螺母和鎖母的松緊，能夠起到調節(jié)預緊力大 小的作用，預緊力是構成靜摩擦力矩的一部分，同時又是沖擊條件下影響電機穩(wěn)定工作的 一項因素，調整合適的預緊力能夠同時滿足靜摩擦力矩和沖擊條件下電機工作穩(wěn)定兩項指 標；在同向繞組下，轉子組件能夠獲得穩(wěn)定的轉矩，超出范圍，轉子組件獲得的轉矩減小甚 至消失，為了獲得穩(wěn)定的轉矩性能，通過限位螺釘進行限位，使得電機在有限的角度區(qū)間內 工作，保證轉矩性能的穩(wěn)定性；通電時，線圈內有電流通過，由于線圈均勻纏繞在定子導磁 環(huán)上，產生的電磁轉矩也很均勻，電機能夠平穩(wěn)轉動，當電流方向相反時，產生的轉矩也反 向。
權利要求
一種具有自定位功能的有限轉角無刷力矩電機，包括定子組件、轉子組件、連接軸、軸承及底座、機蓋，連接軸的兩側裝配面分別采用軸承與底座及機蓋滑動安裝，在機殼內的連接軸上同軸固裝轉子組件，轉子組件由磁鋼及轉子導磁環(huán)構成，在機殼內的底座上固裝定子組件，定子組件由定子導磁環(huán)、線圈及磁環(huán)固定塊構成，其特征在于(1)所述轉子組件的磁鋼和轉子導磁環(huán)緊密固裝成一個整體，轉子組件中心孔同軸安裝連接軸；(2)所述定子組件的定子導磁環(huán)由導磁材料直接加工成一個光滑的圓環(huán)，繞組直接環(huán)繞安裝在定子導磁環(huán)上內、外環(huán)面；(3)所述軸承與連接軸用防塵螺母裝配，再裝配鎖母進行鎖緊，最后安裝轉子組件的限位螺釘。
2.根據權利要求1所述的具有自定位功能的有限轉角無刷力矩電機，其特征在于所 述底座與定子組件的安裝結構是在底座上制有徑向的內環(huán)裝配面，定子組件有外環(huán)裝配 面，通過緊固螺釘進行緊固。
3.根據權利要求1所述的具有自定位功能的有限轉角無刷力矩電機，其特征在于所 述機殼上安裝有引出線，該引出線采用壓]線片和壓線螺釘進行固定。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有自定位功能的有限轉角無刷力矩電機，包括定子組件、轉子組件、連接軸、軸承及底座、機蓋，所述轉子組件的磁鋼和轉子導磁環(huán)緊密固裝成一個整體，轉子組件中心孔同軸安裝連接軸；所述定子組件的定子導磁環(huán)由導磁材料直接加工成一個光滑的圓環(huán)，繞組直接環(huán)繞安裝在定子導磁環(huán)上內、外環(huán)面；所述軸承與連接軸用防塵螺母裝配，再裝配鎖母進行鎖緊，最后安裝轉子組件的限位螺釘。本發(fā)明結構簡單、可靠性高、響應迅速、無齒槽效應、低靜摩擦力矩、無需霍爾元件和控制電路、能夠實現(xiàn)低速和沖擊條件下平穩(wěn)運轉。
文檔編號H02K5/04GK101989776SQ201010533719
公開日2011年3月23日 申請日期2010年11月5日 優(yōu)先權日2010年11月5日
發(fā)明者潘龍飛, 董磊, 韋俊新, 韓瑩, 馬本富 申請人:中國船舶重工集團公司第七○七研究所