專利名稱：新型有限轉角直流力矩電機的制作方法
新型有限轉角直流力矩電機技術領域
本發明屬于電機領域，涉及電動機中的一種力矩電機，尤其是一種新型有限轉 角直流力矩電機。
背景技術：
力矩電機作為執行元件應用于自動控制系統中，在某些自動控制系統中不要求 執行元件作360度連續旋轉而是在一特定角度范圍內工作，在這些場合往往選用有限轉 角直流力矩電機，主要考慮的是有限轉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 成光滑無槽結構，消除了齒槽磁阻阻尼力矩，電機的靜摩擦力矩小；用于提供力矩的繞 組線圈數固定，在有限轉角內力矩輸出線性度好，波動小。但是，傳統的有限轉角直流 力矩電機定子繞組的有效部分——也就是產生有效力矩的部分僅限定于線圈的內側邊(內 轉子電機)或線圈的外側邊(外轉子電機)，其余都是不能產生力矩的連接線，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，傳統的有限轉角力矩電機繞組利用率低，造成其力學性能較普通直 流力矩電機低，不能滿足某些場合下控制系統對力矩電機力學性能高并具有上述優點的 使用要求。雖然一些有限轉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。發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種新型有限轉角直流力矩電 機，本力矩電機可以使定子線圈組的每個線圈的內、外側邊都產生有效力矩，不僅可以 保留原有的技術優點，且可顯著地提高電機的力學性能如峰值力矩、力矩系數等技術指 標，提高了繞組利用率和電機效率。
本發明采取的技術方案是
一種新型有限轉角直流力矩電機，由定子、外轉子和內轉子組成，定子同軸安 裝于外轉子與內轉子之間，其特征在于定子由定子鐵芯和纏繞其上的定子繞組構成， 構成該定子繞組的每個線圈組的每個線圈都環形繞制于定子鐵芯上，線圈組的數量與轉 子磁極數量相等；內、外轉子分別由內磁鋼、外磁鋼和內轉子導磁環、外轉子導磁環構 成，內、外轉子磁極數量相等，磁極夾角也相等，內、外轉子的磁鋼在同一線圈組下面 向電機磁路的內氣隙、外氣隙的磁極極性相同，屬于內、外轉子的磁鋼面向內氣隙、外 氣隙的磁極極性依次相異布置于內轉子導磁環、外轉子導磁環上。
而且，所述的定子鐵芯為光滑的環形。
而且，同極性磁極下的定子線圈組的每個線圈內、外側邊都產生力矩且方向相 同。
而且，所述內磁鋼沿內導磁環外表面均布，磁鋼極性依次相異；外磁鋼沿外導 磁環內表面均布，磁鋼極性依次相異。
而且，在同一定子線圈組下的內、外轉子磁鋼氣隙側極性相同。
而且，內、外轉子通過固定環連接為一體，并沿同一軸線在一定角度范圍內同 步旋轉。
而且，所述定子繞組的各線圈組采用串聯或并聯方式連接。
而且，所述定子繞組相鄰兩線圈組應反向連接，保證所通電流方向相反。
本發明的優點和積極效果是
1、本力矩電機定子鐵芯是環形光滑的，沒有鐵芯槽和齒，消除了鐵芯齒槽與轉 子磁極間的磁阻阻尼力矩，再由于采用無刷結構，消除了機械摩擦力矩，因而該電機較 傳統直流力矩電機，靜摩擦力矩得到很大程度地減小，這對控制系統提高穩態輸出精度 和減小死區效應都大有益處。
2、本力矩電機采用雙轉子結構，并且同一線圈組下對應的磁極極性相同，通過 巧妙的磁路設計使內、外轉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、外側邊都成為了產生力矩的有效邊。而傳統有限 轉角力矩電機的線圈組的每匝線圈僅有一個側邊產生有效力矩，因此利用本發明制成的 有限轉角力矩電機可顯著地提高其力學性能、功率密度，在同等技術要求條件下，可減 小電機尺寸，便于使用和更多場合下應用。
3、本發明保持了傳統有限轉角直流力矩電機可靠性高、靜摩擦力矩小、有限轉 角內力矩輸出線性度好，波動小的優點，通過同一線圈組下的內、外磁極極性相同的結 構使線圈組的每匝線圈的內、外側邊都成為有效邊，產生同方向的力矩，顯著地提高了 電機的力能指標，可減小電機外形尺寸，應用于更多的場合。
4、本發明改善了傳統有限轉角直流力矩電機定子線圈組的線圈僅有一側邊產生 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、外側邊都成為有效邊，都 產生有效力矩的有限轉角直流力矩電機，該有限轉角直流力矩電機的力學性能如峰值力 矩、力矩系數等技術指標可得到顯著地提高。
圖1是本發明的結構主視圖2是圖1的縱向軸剖圖3為本發明的定子結構主視圖4為圖3的縱向軸剖圖5為本發明的安裝有機殼、軸承及軸的結構圖。
具體實施方式
下面結合實施例，對本發明進一步說明，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明的保護范圍。
一種新型有限轉角直流力矩電機，如圖1 4所示，由外轉子、內轉子、定子構 成，定子同軸安裝于外轉子與內轉子之間。定子由定子鐵芯3和纏繞其上的定子線圈組8構成，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形繞制于定子鐵芯上，線 圈組的數量與轉子磁極數量相等，線圈組間依次反向串聯或并聯(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，線圈外側邊6、內側邊7、線圈 端部應排列緊密。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。
當電機定子輸入直流電源時，屬于同一線圈組的線圈的內外側邊電流方向相 反，相鄰線圈組的線圈的內、外側邊電流方向也相反。因此，如圖1所示，每個線圈組 的線圈的內、外側邊都為有效邊，產生同樣旋轉方向的力矩。
內、外轉子分別由內磁鋼4、外磁鋼2和內轉子導磁環5、外轉子導磁環1構 成，外磁鋼用環氧樹脂膠粘接固定于外轉子導磁環上，內磁鋼用環氧樹脂膠粘接固定于 內轉子導磁環上。并位于同一線圈組下，面向電機磁路內氣隙、外氣隙的內、外轉子的 磁極極性相同，以N-N極或S-S極布置；屬于內、外轉子的磁鋼面向內氣隙、外氣隙的 磁極極性依次相異布置于內轉子導磁環、外轉子導磁環上，以N-S布置。內磁鋼沿內導 磁環外表面均布，外磁鋼沿外導磁環內表面均布，內、外轉子磁極數量相等，磁極所占 的機械角度也相等。
本發明的內、外轉子采用固定環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同步旋轉，參見圖5，內、外轉子同極性磁極下的定子線圈組的每個 線圈內、外側邊都產生有效力矩且方向相同。
本發明根據電機輸出恒定力矩的旋轉角度范圍要求和力能指標情況，可以制成 多對極。
本發明的電機主磁路工作原理為
同一線圈組下的內、外磁極提供的磁勢/磁力線，分別通過內、外氣隙到達定 子鐵芯，沿環形鐵芯通過，在相鄰的磁極對應的定子鐵芯處分兩路再次通過內、外氣隙 到達內、外轉子相鄰的磁極下，穿過磁極，沿內轉子導磁環、外轉子導磁環回到起始 點，形成閉合回路。
權利要求
1.一種新型有限轉角直流力矩電機，由定子、外轉子和內轉子組成，定子同軸安裝 于外轉子與內轉子之間，其特征在于定子由定子鐵芯和纏繞其上的定子繞組構成，構 成該定子繞組的每個線圈組的每個線圈都環形繞制于定子鐵芯上，線圈組的數量與轉子 磁極數量相等；內、外轉子分別由內磁鋼、外磁鋼和內轉子導磁環、外轉子導磁環構 成，內、外轉子磁極數量相等，磁極夾角也相等，內、外轉子的磁鋼在同一線圈組下面 向電機磁路的內氣隙、外氣隙的磁極極性相同，屬于內、外轉子的磁鋼面向內氣隙、外 氣隙的磁極極性依次相異布置于內轉子導磁環、外轉子導磁環上。
2.根據權利要求1所述的新型有限轉角直流力矩電機，其特征在于所述的定子鐵 芯為光滑的環形。
3.根據權利要求1所述的新型有限轉角直流力矩電機，其特征在于同極性磁極下 的定子線圈組的每個線圈內、外側邊都產生力矩且方向相同。
4.根據權利要求3所述的新型有限轉角直流力矩電機，其特征在于所述內磁鋼沿 內導磁環外表面均布，磁鋼極性依次相異；外磁鋼沿外導磁環內表面均布，磁鋼極性依 次相異。
5.根據權利要求1所述的新型有限轉角直流力矩電機，其特征在于在同一定子線 圈組下的內、外轉子磁鋼氣隙側極性相同。
6.根據權利要求1所述的新型有限轉角直流力矩電機，其特征在于內、外轉子通 過固定環連接為一體，并沿同一軸線在一定角度范圍內同步旋轉。
7.根據權利要求1所述的新型有限轉角直流力矩電機，其特征在于所述定子繞組 的各線圈組采用串聯或并聯方式連接。
8.根據權利要求7所述的新型有限轉角直流力矩電機，其特征在于所述定子繞組 相鄰兩線圈組應反向連接，保證所通電流方向相反。
全文摘要
本發明涉及一種新型有限轉角直流力矩電機，由定子、外轉子和內轉子組成，定子同軸安裝于外轉子與內轉子之間。其中內、外轉子分別由內磁鋼、外磁鋼和內轉子導磁環、外轉子導磁環構成，定子由定子鐵芯及環形繞制在定子鐵芯上數量與轉子磁極數相等的線圈組構成，同一定子線圈組對應的內、外轉子的磁鋼面向電機磁路的內氣隙、外氣隙的磁極極性相同。本發明改善了傳統有限轉角直流力矩電機定子線圈組的線圈僅有一側邊產生力矩的不足，提出了一種可以使定子線圈組的每個線圈的內、外側邊都成為有效邊，都產生有效力矩的有限轉角直流力矩電機，該有限轉角直流力矩電機的力學性能如峰值力矩、力矩系數等技術指標可得到顯著地提高。
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 優先權日2010年11月5日
發明者凌林本, 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