[发明专利]无铁心永磁式有限转角电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种有限转角电机，属于电机领域。

背景技术

在自动控制系统中，电机是一种必不可少的执行元件，在某些特殊的场合下只要求执行元件在有限角度内旋转，此时往往考虑使用有限转角电机。与传统的电励磁电机和永磁电机相比，有限转角电机在控制的难易程度和系统的成本上有明显的优势，具有力矩波动小、输出力矩大、易于控制和维护性好等优点。但是传统的动铁式有限转角电机，其转动惯量较大，响应速度较慢，若有限转角电机为齿槽结构时，虽能够保证较高的气隙磁密，但其会产生较大的力矩波动，对有限转角电机的最大摆角范围造成很大的影响。若有限转角电机设计为无齿槽结构，即为绕线式结构，将绕组线圈均匀的缠绕在一个导磁环上，虽然此时不存在定位力矩，但同时也增大了有限转角电机的气隙，使得其气隙磁密有显著的减小，从而降低了有限转角电机的力矩密度，且电感较大。此外，一般径向磁路结构的动圈式有限转角电机还存在绕组中的环流问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种无铁心永磁式有限转角电机，以解决现有绕线式有限转角直流力矩电机气隙磁密低，力矩密度较低、电感较大以及一般径向磁路结构的动圈式有限转角电机绕组中的环流问题。

本发明的无铁心永磁式有限转角电机为环形闭式磁路结构的无铁心永磁式有限转角电机。此种环形闭式磁路结构，沿着半径方向能够提供一致的气隙磁密，从而消除了一般径向磁路结构的动圈式有限转角电机绕组中的环流问题。

无铁心永磁式有限转角电机，它包括内定子、外定子、内永磁磁钢、外永磁磁钢、外壳、电机轴、端盖、轴承座，所述的外壳一端为封闭端，外壳另一端为敞口端，外壳中部设有安装孔，外壳内设置有轴承座，轴承座一端与外壳的封闭端固接，且轴承座中心线与外壳中心线重合；所述的无铁心永磁式有限转角电机还包括动圈式转子，所述的动圈式转子包括骨架、支架和多组绕线线圈，所述的内永磁磁钢和外永磁磁钢均包括多个大扇形永磁磁钢片和多个小扇形永磁磁钢片，外定子和内定子均由导磁材料制成；

所述的内定子与外定子固定在一起，电机轴一端穿出外壳安装孔，电机轴通过轴承一安装在轴承座内，电机轴另一端通过轴承二安装在支架上，电机轴另一端与支架固定连接，电机轴轴线与支架中心线重合，外定子中部设有中心孔，外定子通过中心孔套装在轴承座上，且外定子与轴承座可拆卸连接，电机轴与内定子和外定子同轴设置，内定子外圆周侧面上固定有外永磁磁钢，且外永磁磁钢的多个大扇形永磁磁钢片和多个小扇形永磁磁钢片沿内定子外圆周侧面上依次交替排布，外定子内圆周侧面上固定有内永磁磁钢，且内永磁磁钢的多个大扇形永磁磁钢片和多个小扇形永磁磁钢片沿外定子内圆周侧面上依次交替排布，内永磁磁钢和外永磁磁钢所构成的每一对极为多段式结构，并形成闭式磁路结构，内永磁磁钢和外永磁磁钢之间设置有骨架，多组绕组线圈沿外永磁磁钢圆周方向均布固定缠绕在骨架上，骨架与内永磁磁钢之间以及骨架与外永磁磁钢之间分别设有气隙，绕组线圈组数与绕组线圈磁极极数相同，每两个相邻的绕组线圈绕向相反，且串联连接，骨架外端与支架固定连接，外壳敞口端与端盖可拆卸连接，外定子与外壳可拆卸连接。

优选的是，所述的外永磁磁钢利用环氧树脂胶粘接固定在内定子的外圆周侧面上，内永磁磁钢同样利用环氧树脂胶粘接固定在外定子的内圆周侧面上。

本发明相对于现有技术具有如下有益效果：

1.内、外定子上的永磁磁钢为新型环形闭式磁路结构，能够有效的提高动圈式有限转角电机的气隙磁密，磁密幅值一般可由0.4T左右提高到0.6T左右，进而提高其力矩密度，力矩密度提高了20%左右，在同等的技术要求下，可以减小电机的尺寸，应用场合广泛。

2.此种新型环形闭式磁路结构，可以使得电机沿着径向具有一致性的气隙磁密，从而消除了电机绕组中的环流问题。

3.电机采用无铁心结构，消除了定位力矩对此类电机性能的影响，且转子采用的动圈式结构，能够有效的减小电机的转动惯量，从而提高了系统的响应速度。

附图说明

图1是本发明的无铁心永磁式有限转角电机的主剖视图；

图2是图1中的A-A剖面图,电机轴未画出；

图3是图2中的B-B剖视图；

图4是内永磁磁钢和外永磁磁钢充磁示意图，箭头所指示的方向为充磁方向，从图4可以看出内永磁磁钢三段和外永磁磁钢三段构成了一个闭式磁路结构；

图5是绕组线圈在骨架上的分布及某一时刻绕组线圈上的电流通电方向示意图。

图4和图5中，黑点表示电流由里向出，十字线表示电流由外向里进。