[发明专利]一种具有正磁弹簧刚度的力矩马达

说明书

技术领域

本发明涉及电磁驱动系统中用于角位移控制的旋转式电-机械转换器，特别是一种具有正磁弹簧刚度的力矩马达。

背景技术

力矩马达是一种旋转式电-机械转换器，其原理在于控制线圈产生的磁场与永磁极化磁场实现差动控制，所形成的电磁力矩作用在转子上，并在复位弹簧的作用下转换成角位移输出。现有力矩马达线性范围小且存在具有负磁弹簧刚度的力矩-角位移特性，正常情况下转子难以稳定在中位，必须采用较大的机械复位弹簧使其稳定在中位，一般用于小角位移的控制要求。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种具有正磁弹簧刚度的力矩马达。本发明无需外加复位弹簧，转子在永磁极化磁场的作用下也能够稳定在中位，具有稳定性好、角位移范围大、结构紧凑的优点。

本发明的技术方案：一种具有正磁弹簧刚度的力矩马达，其特征在于：包括底板、线圈绕组A、线圈绕组B、输出轴、转子、轭铁、永磁体、顶板、轴承a、轴承b、套筒，固定在底板和顶板之间的轭铁分为左轭铁和右轭铁，左轭铁和右轭铁一侧所形成的空腔内装有永磁体，另一侧所形成的空腔内安装两平行布置的线圈绕组A和线圈绕组B，线圈绕组A和线圈绕组B的内腔设置固定在输出轴上的转子，转子两端面与轭铁内侧面形成四段环形空气间隙，输出轴两端径向通过轴承a和轴承b分别支撑在底板和顶板的孔内，轴向通过套筒和轴肩固定。

前述的具有正磁弹簧刚度的力矩马达中，所述转子由多层导磁材料制成的叠片叠加构成，叠片的截面均为两条直径和两条圆弧围合组成的平面，转子相对轭铁的转角范围为±15°。

前述的具有正磁弹簧刚度的力矩马达中，所述左轭铁和右轭铁均由多层导磁材料制成的叠片叠加构成，且对称布置在输出轴和转子的两侧。

前述的具有正磁弹簧刚度的力矩马达中，所述等腰梯形空气间隙的锐角为30°～60°。

前述的具有正磁弹簧刚度的力矩马达中，所述线圈绕组A和线圈绕组B分别缠绕在矩形的线圈架上，每个线圈架的上下端分别固定在底板和顶板的矩形槽内，线圈绕组A和线圈绕组B的接线通过串联方式连接。

前述的具有正磁弹簧刚度的力矩马达中，所述底板和顶板由非导磁材料制成。

前述的具有正磁弹簧刚度的力矩马达中，所述永磁体为钕铁硼稀土永磁材料，磁化方向垂直于永磁体与左轭铁、右轭铁的接触面。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

1、左、右轭铁之间形成的等腰梯形空气间隙、轭铁与转子之间形成的四段环形空气间隙等磁路结构协同作用，使得在一定角位移范围内具有正磁弹簧刚度(值约为+0.013Nm/°)的力矩-角位移特性，即转子无需外加复位弹簧，在永磁极化磁场的作用下也能够稳定在中位，具有稳定性好、角位移范围大、结构紧凑的优点，克服了力矩马达典型结构中存在的负磁弹簧刚度特性问题。

2、实现了线圈控制磁场与单永磁极化磁场的差动磁场目的，具有直接驱动、连续可调、比例控制等优点，适用于电磁驱动系统中角位移比例控制的直接驱动要求。

3、分层叠片导磁结构能降低了交变电磁场中涡流损耗的作用，提高了电磁转换效率，降低了能量损耗。

4、还可通过改变分层叠片的层数或永磁体的尺寸大小，可调节正磁弹簧刚度的刚度系数，以满足不同负载的需求。

附图说明

图1为本发明的水平剖视结构示意图；

图2为本发明的垂直剖视结构示意图；

图3为本发明的结构爆炸图；

图4为本发明线圈绕组无电流时水平截面的磁力线分布图；

图5为本发明线圈绕组加载正电流时水平截面的磁力线分布图；

图6为本发明线圈绕组加载负电流时水平截面的磁力线分布图；

图7为本发明的角位移-控制电流特性。

附图中的标记为：1-底板，2-线圈绕组A，3-线圈绕组B，4-输出轴，5-转子，6-轭铁，7-永磁体，8-顶板，9-轴承a，10-轴承b，11-套筒，12-梯形空气间隙，13-环形空气间隙，131-环形空气间隙a,132-环形空气间隙b,133-环形空气间隙c,134-环形空气间隙d。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。