開(kāi)關(guān)磁通弧形永磁電機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種在有限角度內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的開(kāi)關(guān)磁通弧形永磁電機(jī)，屬于直線永磁電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的掃描伺服機(jī)構(gòu)多采用由“高速伺服電機(jī)+齒輪組+齒圈”等構(gòu)成的間接驅(qū)動(dòng)方式，這種通過(guò)齒輪嚙合的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)不可避免地存在非線性摩擦力、間隔死區(qū)及彈性變形，在完成啟動(dòng)、加速、減速、反轉(zhuǎn)及制動(dòng)等運(yùn)動(dòng)時(shí)，容易造成系統(tǒng)振動(dòng)、運(yùn)動(dòng)響應(yīng)慢、動(dòng)態(tài)剛度差，這些固有的缺陷都使得掃描機(jī)構(gòu)在進(jìn)一步提高其調(diào)速性能和定位能力時(shí)難以實(shí)現(xiàn)技術(shù)性突破。而由弧形力矩電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的方式則能夠有效地解決上述問(wèn)題，采用弧形永磁電機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的直接驅(qū)動(dòng)式伺服系統(tǒng)是一種前沿、新型的電傳動(dòng)系統(tǒng)，可以直接驅(qū)動(dòng)掃描機(jī)構(gòu)在有限轉(zhuǎn)角內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，取消從驅(qū)動(dòng)電機(jī)到方位掃描機(jī)構(gòu)之間的中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，安裝簡(jiǎn)單，可靠性高，并且可以有效減小伺服機(jī)構(gòu)的體積和重量；把控制對(duì)象同電機(jī)做成一體化結(jié)構(gòu)，傳動(dòng)結(jié)構(gòu)緊湊，不存在傳動(dòng)間隙，消除了中間環(huán)節(jié)的累積誤差，使系統(tǒng)具有極高的動(dòng)態(tài)剛度和定位精度，有助于提高伺服跟蹤的響應(yīng)速度、伺服帶寬和控制精度。
[0003]中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)CN101577448A公開(kāi)了一種扇形永磁電動(dòng)機(jī)，其可以在有限角度內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，該電動(dòng)機(jī)的定子為沿圓周鐵芯的一扇形弧段，分布有若干齒槽；動(dòng)子由扇形動(dòng)子鐵芯外表或內(nèi)孔粘接磁鋼或在動(dòng)子鐵芯內(nèi)部埋設(shè)磁鋼組成，磁鋼沿周?chē)碞-S-N交叉排列。由于該扇形電機(jī)的定子為有限長(zhǎng)的扇形弧段，在電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中動(dòng)子上的永磁體只有部分有效，這種可以在有限角度往復(fù)運(yùn)動(dòng)的扇形電動(dòng)機(jī)存在永磁體利用率較低的問(wèn)題。此夕卜，該扇形電機(jī)的動(dòng)子處于不同位置時(shí)，動(dòng)子上不能形成有效磁場(chǎng)的永磁體會(huì)對(duì)外圍電子設(shè)備造成干擾。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有掃描機(jī)構(gòu)通過(guò)齒輪間接驅(qū)動(dòng)帶來(lái)的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)慢、定位精度不高、系統(tǒng)復(fù)雜等問(wèn)題及解決永磁體在動(dòng)子上引起的永磁體利用率低以及動(dòng)子上的永磁體對(duì)外圍電子設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾的問(wèn)題，提出一種開(kāi)關(guān)磁通弧形永磁電機(jī)。其可以應(yīng)用在天線掃描系統(tǒng)、機(jī)器人關(guān)節(jié)、衛(wèi)星掃描鏡等負(fù)載只需要在有限角度內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合。
[0005]本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0006]本發(fā)明的一種開(kāi)關(guān)磁通弧形永磁電機(jī)，包括定子和動(dòng)子；動(dòng)子為由硅鋼片疊壓而成的半圓弧形結(jié)構(gòu)，圓周上均勻分布有若干個(gè)形狀相同的凸極，且動(dòng)子凸極的數(shù)量與定子U型槽的數(shù)量相匹配。定子為某特定角度的弧形結(jié)構(gòu)，由N塊完整的U型鐵心和N-1塊永磁體依次緊密相間組成，相鄰永磁體的充磁方向沿圓周方向相反，定子U型鐵心由硅鋼片疊壓而成，U型槽內(nèi)安放集中電樞繞組；繞組為三相或者三相以上；動(dòng)子大出定子的角度為電機(jī)的掃描范圍，定子的圓心角可以根據(jù)電機(jī)的掃描范圍要求來(lái)設(shè)計(jì)；定子和動(dòng)子之間留有間隙。
[0007]定子左邊端和右邊端可以分別增加一塊永磁體和一塊長(zhǎng)方形鐵芯來(lái)改善電機(jī)的電磁性能；定子左邊端和右邊端添加的永磁體充磁方向可以根據(jù)電機(jī)性能進(jìn)行調(diào)整；定子左、右邊端添加的永磁體可以采用2段或3段式類(lèi)似于Halbach的結(jié)構(gòu)。
[0008]有益效果
[0009]本發(fā)明一種開(kāi)關(guān)磁通弧形永磁電機(jī)，集開(kāi)關(guān)磁通電機(jī)和弧形電機(jī)于一體。開(kāi)關(guān)磁通弧形永磁電機(jī)定、動(dòng)子都為雙凸極結(jié)構(gòu)，定子采用集中繞組，永磁體都嵌于定子軛部，動(dòng)子上既無(wú)永磁體又無(wú)繞組，具有永磁電機(jī)轉(zhuǎn)矩/功率密度大和動(dòng)子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。本電機(jī)可以直接驅(qū)動(dòng)需要在有限角度內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的負(fù)載，省去了間接驅(qū)動(dòng)中間復(fù)雜的機(jī)械變換裝置，可以使整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、定位精度更高、響應(yīng)更快。
[0010]本發(fā)明開(kāi)關(guān)磁通弧形永磁電機(jī)的永磁體都在定子側(cè)，電機(jī)適合高速運(yùn)行，且永磁體容易通過(guò)定子散熱而避免了永磁體高溫退磁的問(wèn)題。此外，電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，在定子側(cè)的所有永磁體都能產(chǎn)生有效的磁場(chǎng)，永磁體的利用率較高，并且可以把永磁體對(duì)外圍電子設(shè)備的電磁影響降到最小。
[0011]本發(fā)明的電機(jī)定子左、右邊端添加的鐵芯寬度和左、右邊端添加的永磁體磁化方向可以根據(jù)電機(jī)性能要求進(jìn)行調(diào)整。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1、本發(fā)明的開(kāi)關(guān)磁通弧形永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2、定子左、右邊端添加鐵芯和永磁體結(jié)構(gòu)不意圖；
[0014]圖3、添加的左邊端和右邊端永磁體充磁方向示意圖；
[0015]圖4、左、右邊端永磁采用兩段式結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖5、左、右邊端永磁體采用三段Halbach充磁結(jié)構(gòu)示意圖
[0017]圖中，1-1為動(dòng)子、1-2為動(dòng)子凸極、2-1為永磁體、2-2為U型鐵芯、2-3為繞組、2-4為定子左邊端、2-5為定子右邊端、2-6為定子左邊端鐵芯、2-7為定子左邊端永磁體、2-8為定子右邊端鐵芯、2-9為定子右邊端永磁體。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明
[0019]實(shí)施例1
[0020]結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式包括定子和動(dòng)子(1-1)。動(dòng)子(1-1)為由硅鋼片疊壓而成的半圓弧形結(jié)構(gòu)，沿圓周均勻分布有若干個(gè)形狀相同的凸極(1-2);定子為某特定角度的弧形結(jié)構(gòu)，由N塊完整的U型鐵心(2-2)和N-1塊永磁體(2-1)依次緊密相間組成，相鄰永磁體的充磁方向沿圓周方向相反，永磁體可采用高性能稀土永磁材料；定子U型鐵心(2-2)由硅鋼片疊壓而成，U型槽(2-2)內(nèi)安放集中電樞繞組(2-3);動(dòng)子凸極(1-2)數(shù)量與定子U型槽(2-2)的數(shù)量根據(jù)電磁作用機(jī)理相匹配；定子和動(dòng)子(1-1)之間留有間隙。
[0021]實(shí)施例2
[0022]結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，與實(shí)施例一的不同之處在于U型槽(2-2)內(nèi)安放的繞組為三相或者三相以上。
[0023]實(shí)施例3
[0024]結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，與實(shí)施例一的不同之處在于動(dòng)子(1-1)大出定子的角度為電機(jī)的掃描范圍，定子的圓心角可以根據(jù)電機(jī)的掃描范圍要求來(lái)設(shè)計(jì)。
[0025]實(shí)施例4
[0026]結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，與實(shí)施例一的不同之處在于定子左邊端(2-4)和右邊端(2-5)可以分別增加一塊左邊端永磁體(2-7)、左邊端鐵芯(2-6)和右邊端永磁體(2-9)、右邊端鐵芯(2-8)，來(lái)改善電機(jī)的電磁性能。
[0027]實(shí)施例5
[0028]結(jié)合圖2和圖3說(shuō)明本實(shí)施方式，與實(shí)施例一和實(shí)施例四的不同之處在于定子左邊端永磁體(2-7)和右邊端永磁體(2-9)的充磁方向可以根據(jù)電機(jī)性能進(jìn)行調(diào)整。
[0029]實(shí)施例6
[0030]結(jié)合圖2和圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，與實(shí)施例一、四和五的不同之處在于定子左邊端永磁體(2-7)和右邊端永磁體(2-9)可采用兩段式結(jié)構(gòu)，兩段永磁體的充磁方向可根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行調(diào)整。
[0031]實(shí)施例7
[0032]結(jié)合圖2和圖5說(shuō)明本實(shí)施方式，與實(shí)施例一、四、五和六的不同之處在于定子左邊端永磁體(2-7)和右邊端永磁體(2-9)可以采用3段式Halbach充磁結(jié)構(gòu)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.開(kāi)關(guān)磁通弧形永磁電機(jī)，其特征在于:該電機(jī)包括定子和動(dòng)子(1-1);動(dòng)子(1-1)為由硅鋼片疊壓而成的半圓弧形結(jié)構(gòu)，沿圓周均勻分布有若干個(gè)形狀相同的凸極(1-2);定子為某特定角度的弧形結(jié)構(gòu)，由N塊完整的U型鐵心(2-2)和N-1塊永磁體(2-1)依次緊密相間組成，相鄰永磁體的充磁方向沿圓周方向相反，定子U型鐵心(2-2)由硅鋼片疊壓而成，U型槽(2-2)內(nèi)安放集中電樞繞組(2-3);動(dòng)子凸極(1-2)數(shù)量與定子U型槽(2-2)的數(shù)量相匹配；定子和動(dòng)子(1-1)之間留有間隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開(kāi)關(guān)磁通弧形永磁電機(jī)，其特征在于:U型槽(2-2)內(nèi)安放的繞組為三相或者三相以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的開(kāi)關(guān)磁通弧形永磁電機(jī)，其特征在于:動(dòng)子(1-1)大出定子的角度為電機(jī)的掃描范圍，定子的圓心角是根據(jù)電機(jī)的掃描范圍要求來(lái)設(shè)計(jì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開(kāi)關(guān)磁通弧形永磁電機(jī)，其特征在于:定子左邊端(2-4)和右邊端(2-5)可以分別增加一塊永磁體和一塊長(zhǎng)方形鐵芯來(lái)改善電機(jī)的電磁性能。
5.根據(jù)權(quán)利要求1和4所述的開(kāi)關(guān)磁通弧形永磁電機(jī)，其特征在于:定子左邊端(2-4)和右邊端(2-5)添加的永磁體充磁方向可以根據(jù)電機(jī)性能進(jìn)行調(diào)整。
6.根據(jù)權(quán)利要求1和4所述的開(kāi)關(guān)磁通弧形永磁電機(jī)，其特征在于:定子左邊端(2-4)和右邊端(2-5)添加的永磁體可以采用2段或3段式類(lèi)似于Halbach的結(jié)構(gòu)。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種開(kāi)關(guān)磁通弧形永磁電機(jī)，屬于直線電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。它包括定子和動(dòng)子。所述動(dòng)子為由硅鋼片疊壓而成的180°圓弧形結(jié)構(gòu)；動(dòng)子上沿圓周均勻分布有若干個(gè)形狀完全相同的凸極。所述定子為某特定圓心角的圓弧型結(jié)構(gòu)；定子由13塊完整的U型硅鋼片鐵芯和12塊永磁體依次緊密相間組成。動(dòng)子的圓心角大于定子的圓心角，且與定子圓心角的差值為開(kāi)關(guān)磁通弧形永磁同步電機(jī)的掃描范圍；定子與動(dòng)子之間為氣隙；電樞繞組放置在U型鐵心內(nèi)，繞組為三相或者多相。本發(fā)明可以直接驅(qū)動(dòng)需要在有限角度內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的負(fù)載，省去了間接驅(qū)動(dòng)中間復(fù)雜的機(jī)械變換裝置，使整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、定位精度更高、響應(yīng)更快。
【IPC分類(lèi)】H02K1-17, H02K1-16, H02K41-03
【公開(kāi)號(hào)】CN104716811
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510064470
【發(fā)明人】趙靜, 古中鑫, 劉向東, 李景琪
【申請(qǐng)人】北京理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年6月17日
【申請(qǐng)日】2015年2月9日