專利名稱：新型盤式永磁直流有刷力矩電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電動機中的一種力矩電機，尤其是一種新型盤式永磁直流 有刷力矩電機。
背景技術(shù)：
永磁直流力矩電機是一種具有寬調(diào)速范圍的特種電機，能夠長期處于堵 轉(zhuǎn)或低速狀態(tài)下工作并輸出大力矩，由于這種特性，它被廣泛地應(yīng)用于各種 自動控制領(lǐng)域。永磁直流力矩電機在慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中是穩(wěn)定平臺的執(zhí)行元件， 它可以直接驅(qū)動負(fù)載，這樣消除了齒輪或其它傳動機構(gòu)帶來的傳動誤差，隨著 新型慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的研制，對力矩電機的靜摩擦力矩、電氣時間常數(shù)、可靠性 等技術(shù)指標(biāo)提出了更高的要求，并且峰值堵轉(zhuǎn)力矩、力矩系數(shù)等力能指標(biāo)也不 能下降。力矩電機中靜摩擦力矩的存在使得系統(tǒng)存在非線性環(huán)節(jié)——死區(qū)，死 區(qū)的存在影響了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度，傳統(tǒng)的直流有刷力矩電機中的靜摩擦力矩來 源于三個方面磁阻阻尼力矩、磁滯阻尼力矩及電刷與換向器間的機械摩擦力
矩，前兩者之和占整個靜摩擦力矩的60 70%。磁阻阻尼力矩是由于鐵芯開槽、 氣隙不勻引起的，磁滯阻尼力矩是由于鐵芯材料中的磁密B落后磁場強度H引 起的?？傊?，由于鐵芯軟磁材料的存在，傳統(tǒng)力矩電機的靜摩擦力矩較大，由 于這個問題使得傳統(tǒng)的直流有刷力矩電機已不能滿足高精度慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和其 它精密型控制系統(tǒng)的要求。雖然一些新型的力矩電機釆用定子磁鋼斜極或轉(zhuǎn)子 斜槽、閉口或半閉口槽、不等氣隙優(yōu)化磁密波形等技術(shù)盡量減小靜摩擦力矩， 但效果并不是很明顯。 發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、體積小、 靜摩擦力矩和電氣時間常數(shù)小且能有效地解決定子磁鋼防腐鍍層因腐蝕導(dǎo)致的 脫落物損害電機的問題、滿足高精度慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和其它精密型控制系統(tǒng)要求 的新型盤式永磁直流有刷力矩電機。
本實用新型采取的技術(shù)方案是-
一種新型盤式永磁直流有刷力矩電機，由殼體、定子和轉(zhuǎn)子組成，定子和
轉(zhuǎn)子同軸安裝在殼體上，其特征在于所述的轉(zhuǎn)子為由中心至外側(cè)依次同軸固 裝且均為非導(dǎo)磁材料制成的軸套、換向器組件和盤式無鐵芯轉(zhuǎn)子電樞組成，所 述的換向器組件由絕緣襯套及其上同軸徑向均布固裝的換向片組成，所述的盤 式無鐵芯轉(zhuǎn)子電樞由同軸徑向均布雙層疊放的梯形線圈壓制成型，每個梯形線 圈下端的兩根引線均以相同的換向器節(jié)距連接在絕緣襯套上徑向均布固裝的換
3所述的定子由左定子和右定子相對扣裝組成，左定子和右定子相對的內(nèi)表 面均徑向均布安裝有磁極相異的永磁體，在右定子外表面的磁軛上同軸安裝有 電刷架組件，電刷架組件上設(shè)置的電刷的底面與換向片垂直接觸。
而且，所述的盤式無鐵芯轉(zhuǎn)子電樞中的梯形線圈的數(shù)量與換向片的數(shù)量相 同且換向器節(jié)距按照梯形線圈數(shù)量與電機極對數(shù)的比值設(shè)定。
而且，所述的左定子和右定子還分別安裝有一用于支撐加固永磁體的內(nèi)加 強環(huán)。
而且，所述的左、右定子的永磁體外表面都同軸套裝有一無磁磁鋼罩。 而且，所述的磁鋼罩與永磁體之間的接觸面涂覆有一層絕緣粘接膠。 本實用新型的優(yōu)點和積極效果是
1. 本力矩電機中的轉(zhuǎn)子不含鐵芯，軸套、絕緣襯套、換向片、梯形線圈以 及各部件連接用的環(huán)氧樹脂膠均為非導(dǎo)磁材料，使用該轉(zhuǎn)子后從根本上消除了 力矩電機中的磁阻阻尼力矩和磁滯阻尼力矩，力矩電機的靜摩擦力矩只剩下電 刷與換向器間的機械摩擦力矩，靜摩擦力矩較傳統(tǒng)有鐵芯力矩電機相比減小了 60%以上，僅為峰值堵轉(zhuǎn)力矩的1.2% (國軍標(biāo)要求小于峰值堵轉(zhuǎn)力矩的6%)，
在使用時減小了力矩電機在控制系統(tǒng)中的死區(qū)效應(yīng)，提高了系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)輸出精度。
2. 本力矩電機中定子上徑向均布安裝的永磁體采用由日本三環(huán)洛希生產(chǎn)的 致密性好、粉化顆粒小的燒結(jié)釹鐵硼材料制成，同傳統(tǒng)的鋁鎳鈷、釤鈷磁鋼等 材料相比較，燒結(jié)釹鐵硼材料的可逆導(dǎo)磁率僅為鋁鎳鈷材料的三分之一，而且 燒結(jié)釹鐵硼材料的磁能積達到48MGs.0e (384i^/m3)，采用燒結(jié)釹鐵硼材料制 成的永磁體有利于提高電機的力學(xué)性能。
3. 本力矩電機的定子舍棄了傳統(tǒng)的單面磁鋼和導(dǎo)磁環(huán)的結(jié)構(gòu)，采用了雙面 定子磁鋼結(jié)構(gòu)，這樣可保證即使氣隙達到5咖，電機的氣隙磁密也能達到0. 6T， 從而使電機的技術(shù)指標(biāo)滿足要求。同時，由于左、右定子間的磁吸力已達到50kg 以上，所以安裝時左、右定子可自動對準(zhǔn)最佳位置，不再需要螺釘固定，既減 少了加工程序，也便于力矩電機的整體安裝。
4. 本力矩電機中的換向器組件的加工過程是，首先在環(huán)形換向器毛坯中的 內(nèi)緣處徑向均布制出換向片，然后通過環(huán)氧樹脂膠將環(huán)形換向器毛坯與絕緣襯 套固裝在一起，最后對環(huán)形換向器毛坯進行再加工，將環(huán)形換向器毛坯外緣處 多余的材料去除，加工成活后，環(huán)形換向器毛坯中只有換向片固定在絕緣襯套 上，該換向片與絕緣襯套組成換向器組件。在加工過程中采用線切割工藝，換 向片的片間間隔均勻，尺寸精度可以得到很好的保證。
5. 本力矩電機中左、右定子上均徑向均布安裝有燒結(jié)釹鐵硼材料制成的永 磁體，在左、右定子永磁體的外表面都同軸套裝有一磁鋼罩，該磁鋼罩為0.2mm 厚的無磁黃銅帶冶煉材料，該磁鋼罩很好的將永磁體與環(huán)境中的水分等有害物
4質(zhì)分隔開，有效的解決了燒結(jié)釹鐵硼材料外表面的防腐鍍層因環(huán)境因素導(dǎo)致的 腐蝕脫落物損害電機的問題，而且為了進一步提高密封性，在磁鋼罩與永磁體 的接觸表面還涂覆有一層絕緣粘接膠。
6. 本力矩電機中的定子與轉(zhuǎn)子之間氣隙較大，電樞電感僅為傳統(tǒng)電機的十 分之一，電氣時間常數(shù)也減小了一個數(shù)量級左右。同時，轉(zhuǎn)子采用無鐵芯轉(zhuǎn)子 電樞后，轉(zhuǎn)子質(zhì)量變小，轉(zhuǎn)動慣量變小，電機的機械時間常數(shù)也得到減小。上 述兩方面有助于提高該直流力矩電機作為系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)的動作快速性，提高其 響應(yīng)速度。
7. 本力矩電機采用大氣隙，即定子與轉(zhuǎn)子間的機械間隙達到lmm以上，因 而降低了定子與轉(zhuǎn)子的加工精度要求，特別是降低了轉(zhuǎn)子灌環(huán)氧樹脂膠成形的 尺寸精度要求，解決了現(xiàn)有轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中轉(zhuǎn)子灌膠成形后的尺寸精度難以保證的 問題。同時由于定子與轉(zhuǎn)子之間的大氣隙，定子上安裝的永磁體無需作精密的 磨削就可以直接安裝，與傳統(tǒng)的鋁鎳鈷材料制成的永磁體定子相比較，定子的 加工量減少了 80%以上，定子和轉(zhuǎn)子加工工序、工時的減少極大地降低了該力 矩電機的生產(chǎn)成本。
8. 本實用新型改善了傳統(tǒng)力矩電機中靜摩擦力矩較大造成的死區(qū)效應(yīng)，提 高了系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)輸出精度，而且通過無磁磁鋼罩和絕緣粘接膠的結(jié)構(gòu)解決了燒結(jié) 釹鐵硼材料外表面鍍層的腐蝕脫落物損害電機的問題。同時，轉(zhuǎn)子的外徑可以 做到幾乎與電機最大外徑相等，有利于提高電機的出力。另外，該電機雖然按 分裝式結(jié)構(gòu)設(shè)計，但將轉(zhuǎn)子放置在定子腔中，安裝好電刷架組件后，卻能象一 體式那樣提供系統(tǒng)使用，因而便于安裝、運輸和儲存。


圖l是本實用新型的主視圖； 圖2是圖1的A-A向剖視圖； 圖3是圖2的I部放大圖4是環(huán)形換向器毛坯的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是絕緣襯套和換向片組裝后的主視圖； 圖6是圖5的B-B向剖視圖； 圖7是梯形線圈的結(jié)構(gòu)示意圖8是永磁體、梯形線圈組、換向片和電刷的安裝位置示意圖； 圖9是右定子中永磁體安裝位置的示意圖io是右定子的剖視圖。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例，對本實用新型進一步說明，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實用新型的保護范圍。
一種新型盤式永磁直流有刷力矩電機，如圖1 10所示，由殼體6、定子和轉(zhuǎn)子組成，定子和轉(zhuǎn)子同軸安裝在殼體上，本實用新型的創(chuàng)新在于-
轉(zhuǎn)子為無鐵芯轉(zhuǎn)子電樞，其具體結(jié)構(gòu)是軸套4、換向器組件和盤式無鐵芯 轉(zhuǎn)子電樞7由中心至外側(cè)依次同軸固裝且各部件均為非導(dǎo)磁材料制成。換向器
組件由絕緣襯套3及其上同軸徑向均布固裝的換向片13組成，盤式無鐵芯轉(zhuǎn)子 電樞由同軸徑向均布雙層疊放的梯形線圈16壓制成型，每個梯形線圈下端的兩 根引線15均以相同的換向器節(jié)距連接在絕緣襯套上徑向均布固裝的換向片的上 端凹臺上。
定子由左定子5和右定子1相對扣裝組成，左定子和右定子相對的內(nèi)表面 均徑向均布安裝有磁極相異的永磁體8，本實施例中永磁體為八塊且按N-S方式 粘貼在左、右定子上，永磁體由燒結(jié)釹鐵硼材料制成，在右定子的外表面的磁 軛9上同軸安裝有電刷架組件2，電刷架組件上設(shè)置的電刷12的底部與換向片 垂直相接觸。在左定子和右定子安裝永磁體的內(nèi)表面還分別安裝有用于支撐加 固永磁體、防止永磁體發(fā)生徑向位移和脫落的內(nèi)加強環(huán)10。為了解決燒結(jié)釹鐵 硼材料外表面防腐鍍層因腐蝕導(dǎo)致的脫落物損害電機的問題，在左、右定子上 的永磁體的外表面分別同軸套裝有磁鋼罩17,磁鋼罩與永磁體之間的接觸面涂 覆有一層絕緣粘接膠。
無鐵芯轉(zhuǎn)子電樞的加工過程是.-
先在專用繞線模上繞制好如圖7所示的梯形線圈16，然后如圖8所示，在 專用模具的一端面同軸均布疊放所需數(shù)量的線圈并粘接成型，對線圈整形后將 專用模具抽出，將梯形線圈組通過機床擠壓成截面為"工"型，即完成盤式無 鐵芯轉(zhuǎn)子電樞的加工。梯形線圈疊放的結(jié)構(gòu)是位于每個梯形線圈的兩邊所夾 區(qū)域內(nèi)的其它梯形線圈的上層邊(以每個梯形線圈疊放時外露的側(cè)邊為上層邊) 的數(shù)量為第一節(jié)距(以換向片個數(shù)為計量單位)減一，如圖8所示，l號梯形 線圈的兩個側(cè)邊所夾區(qū)域內(nèi)的其它梯形線圈的上層邊分別是2號、3號、4號和 5號梯形線圈的上層邊。
換向器組件的加工裝配過程是
如圖4所示，首先制出環(huán)形換向器毛坯14，在環(huán)形的內(nèi)緣處徑向均布制出 換向片后，將換向器毛坯與絕緣襯套一起灌膠成形，成型后用機床去除環(huán)形換 向器毛坯上換向片徑向外端的材料并在每個換向片的上端制出凹臺，加工好的 換向器組件的結(jié)構(gòu)如圖5、圖6所示，最后再將換向器組件與軸套粘接成型。
轉(zhuǎn)子的加工過程是
盤式無鐵芯轉(zhuǎn)子電樞通過環(huán)氧樹脂膠12與換向器組件和軸套同軸固裝，轉(zhuǎn) 子電樞中的每個梯形線圈的引線焊接在換向片頂端制出的凹臺上，并由環(huán)氧樹 脂膠層密封、絕緣。
盤式無鐵芯轉(zhuǎn)子電樞中的梯形線圈引線與換向片的連接關(guān)系是
如圖8所示，電機極對數(shù)p=8，繞組第一節(jié)距^ =5個換向片，第二節(jié)距h = 5個換向片，梯形線圈數(shù)量為5 = 79，換向片數(shù)量^ = 79，梯形線圈數(shù)量與電機極對 數(shù)的比值約等于10，所以換向器節(jié)距力-10個換向片，以1號梯形線圈為例， 將1號梯形線圈上層邊的引線與70號梯形線圈(相隔l個換向器節(jié)距)的下層 邊(以每個梯形線圈疊放時被其它梯形線圈壓在下面的側(cè)邊為下層邊)的引線 擰在一起焊接在1號換向片上端的凹臺；將1號梯形線圈下層邊的引線與11號 梯形線圈上層邊的引線擰在一起，焊接在11號換向片上端的凹臺，至此，1號 梯形線圈的兩根引線焊接完畢，以此類推，將79個線圈的158根引線焊接在79 個換向片上，之后進行換向片片間電阻和線圈電阻檢查，保證焊接正確無誤。 本實用新型機殼、定子和轉(zhuǎn)子的安裝的過程是
先利用專用安裝夾具將機殼預(yù)固定在左半定子上，將轉(zhuǎn)子套在左半定子永 磁體上，利用專用夾具將右半定子緩緩放下，直至止口配合面完全接觸機殼內(nèi) 圓柱面，此時左、右定子間磁吸力能達到50Kg以上，左、右定子自動對準(zhǔn)最佳 位置，左、右定子之間以及每個定子和機殼之間無需螺釘固定，最后將電刷架 組件固定在右半定子磁軛上，即完成了整個力矩電機的裝配。
權(quán)利要求1、一種新型盤式永磁直流有刷力矩電機，由殼體、定子和轉(zhuǎn)子組成，定子和轉(zhuǎn)子同軸安裝在殼體上，其特征在于所述的轉(zhuǎn)子為由中心至外側(cè)依次同軸固裝且均為非導(dǎo)磁材料制成的軸套、換向器組件和盤式無鐵芯轉(zhuǎn)子電樞組成，所述的換向器組件由絕緣襯套及其上同軸徑向均布固裝的換向片組成，所述的盤式無鐵芯轉(zhuǎn)子電樞由同軸徑向均布雙層疊放的梯形線圈壓制成型，每個梯形線圈下端的兩根引線均以相同的換向器節(jié)距連接在絕緣襯套上徑向均布固裝的換向片的上端；所述的定子由左定子和右定子相對扣裝組成，左定子和右定子相對的內(nèi)表面均徑向均布安裝有磁極相異的永磁體，在右定子外表面的磁軛上同軸安裝有電刷架組件，電刷架組件上設(shè)置的電刷的底面與換向片垂直接觸。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型盤式永磁直流有刷力矩電機，其特征在 于所述的盤式無鐵芯轉(zhuǎn)子電樞中的梯形線圈的數(shù)量與換向片的數(shù)量相同且 換向器節(jié)距按照梯形線圈數(shù)量與電機極對數(shù)的比值設(shè)定。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型盤式永磁直流有刷力矩電機，其特征在 于:所述的左定子和右定子還分別安裝有一用于支撐加固永磁體的內(nèi)加強環(huán)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型盤式永磁直流有刷力矩電機，其特征在 于所述的左、右定子的永磁體外表面都同軸套裝有一無磁磁鋼罩。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的新型盤式永磁直流有刷力矩電機，其特征在 于所述的磁鋼罩與永磁體之間的接觸面涂覆有一層絕緣粘接膠。
專利摘要本實用新型涉及一種新型盤式永磁直流有刷力矩電機，由殼體、定子和轉(zhuǎn)子組成，定子和轉(zhuǎn)子同軸安裝在殼體上，其中轉(zhuǎn)子為由中心至外側(cè)依次同軸固裝的軸套、換向器組件和盤式無鐵芯轉(zhuǎn)子電樞組成，定子由左定子和右定子相對扣裝組成。本實用新型改善了傳統(tǒng)力矩電機中靜摩擦力矩較大造成的死區(qū)效應(yīng)，提高了系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)輸出精度，而且通過無磁磁鋼罩和絕緣粘接膠的結(jié)構(gòu)解決了燒結(jié)釹鐵硼鍍層的防腐蝕問題。同時，轉(zhuǎn)子的外徑可以做到幾乎與電機最大外徑相等，有利于提高電機的出力。另外，該電機雖然按分裝式結(jié)構(gòu)設(shè)計，但將轉(zhuǎn)子放置在定子腔中，安裝好電刷架組件后，卻能象一體式電機那樣提供系統(tǒng)使用，因而便于安裝、運輸和儲存。
文檔編號H02K13/04GK201365181SQ200920095650
公開日2009年12月16日 申請日期2009年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月25日
發(fā)明者凌林本, 灝 周, 東 曹, 璐 李, 潘龍飛 申請人:中國船舶重工集團公司第七○七研究所