一種可自定位的異形磁鋼結構的雙磁路旋轉式音圈電機的制作方法
【技術領域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種雙磁路旋轉式音圈電機，屬于音圈電機技術領域。
【背景技術】
[0002]旋轉式音圈電機在有限轉角精密控制領域具有越來越廣泛的應用，比如航天領域。從實現(xiàn)精密控制的角度來看，現(xiàn)有的普通結構的雙磁路旋轉式音圈電機存在的主要問題是:在負載情況下由于存在一個不對稱的電樞磁場導致力矩系數(shù)不再恒定，使得音圈電機的出力隨著轉角位移的變化而變化，而且變化趨勢與通電電流的方向有關。這個特性的存在使得音圈電機的控制變得更為復雜，不利于實現(xiàn)精密位置控制。
[0003]產生這個現(xiàn)象的根本原因，是由于音圈電機動子線圈通電后的電樞反應作用。所以，抑制電樞反應是提高旋轉式音圈電機控制精度的根本措施?，F(xiàn)有的普通結構的雙磁路旋轉式音圈電機無法解決這個問題。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種可自定位的異形磁鋼結構的雙磁路旋轉式音圈電機，其通過特殊形狀的定子磁鋼設計，在不改變空載氣隙磁場分布規(guī)律的基礎上，通過在特殊位置設置氣隙進而增加磁路的磁阻達到削弱動子線圈通電時的電樞電流磁場的目的。由于有效抑制了這種電樞反應，就可以達到改善該類電機的力矩系數(shù)分布曲線的目的，得到提高電機的控制精度的結果。
[0005]實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術方案如下:
一種可自定位的異形磁鋼結構的雙磁路旋轉式音圈電機，包括定子磁鋼和定子軛，所述的定子軛的上端面中部設有缺口，定子軛的內腔上端面設有平面和斜面，所述的平面和斜面之間通過豎直面連接過渡構成臺階面，所述的斜面與所述的缺口連接的一端向上傾斜;所述的定子磁鋼為工字型，工字型定子磁鋼的上端寬度小于下端寬度，工字型定子磁鋼的下端兩側邊緣的厚度相等并均小于中間位置的厚度，工字型定子磁鋼設置在定子軛的缺口處，且工字型定子磁鋼的上端設置在定子軛的外部并與定子軛的上表面相貼靠，工字型定子磁鋼的下端設置在定子軛的內部，工字型定子磁鋼的上端與下端的連接部分的寬度與定子軛的缺口寬度相匹配，工字型定子磁鋼貼靠在定子軛的斜面以及所述的豎直面上，工字型定子磁鋼采用與徑向成銳角的方向充磁。
[0006]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術的有益效果是:
本發(fā)明中充分考慮了雙磁路結構旋轉式音圈電機中空載磁場和電樞反應磁場的正交性質，設計出完全斷開的定子軛，通過對不均勻厚度的定子磁鋼進行非平行充磁，在幾乎不影響空載磁場的基礎上達到抑制電樞反應磁場的特殊目的，進而有效改善該類音圈電機的力矩系數(shù)特性，提高該類電機的控制精度。
[0007]另外，由于定子軛內腔的上端面設計有臺階，在不用粘接劑的情況下就可以保證定子磁鋼實現(xiàn)自定位，而無需靠膠粘接。
【附圖說明】
[0008]圖1為普通的雙磁路結構的旋轉式音圈電機橫截面示意圖；
圖2為普通的雙磁路結構的旋轉式音圈電機定子磁鋼的磁場方向示意圖；
圖3為普通的雙磁路結構的旋轉式音圈電機的動子線圈單獨通電時的氣隙磁通路徑圖；
圖4為存在電樞反應的音圈電機力-位移曲線圖；
圖5為本發(fā)明的可自定位的異形磁鋼結構的雙磁路旋轉式音圈電機橫截面示意圖；
圖6為本發(fā)明的可自定位的異形磁鋼結構的雙磁路旋轉式音圈電機定子磁鋼的磁場方向示意圖。
[0009]圖中:定子磁鋼1、定子軛2、缺口3、平面4、斜面5、豎直面6、動子線圈7。
【具體實施方式】
[0010]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，下面結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0011]【具體實施方式】一:如圖5和圖6所示，本實施方式記載了一種可自定位的異形磁鋼結構的雙磁路旋轉式音圈電機，包括定子磁鋼I和定子軛2，所述的定子軛2的上端面中部設有缺口 3，定子軛2的內腔上端面設有平面4和斜面5，所述的平面4和斜面5之間通過豎直面6連接過渡構成臺階面，所述的斜面5與所述的缺口 3連接的一端向上傾斜;所述的定子磁鋼I為工字型，工字型定子磁鋼的上端寬度小于下端寬度，工字型定子磁鋼的下端兩側邊緣的厚度相等并均小于中間位置的厚度，工字型定子磁鋼設置在定子軛2的缺口 3處，且工字型定子磁鋼的上端設置在定子軛2的外部并與定子軛2的上表面相貼靠，工字型定子磁鋼的下端設置在定子軛2的內部，工字型定子磁鋼的上端與下端的連接部分的寬度與定子軛2的缺口 3寬度相匹配，工字型定子磁鋼貼靠在定子軛2的斜面5以及所述的豎直面6上，工字型定子磁鋼采用與徑向成銳角的方向充磁。
[0012]【具體實施方式】二:如圖5和圖6所示，【具體實施方式】一所述的一種可自定位的異形磁鋼結構的雙磁路旋轉式音圈電機，所述的工字型定子磁鋼的下端兩側邊緣的厚度為
3.5mm，工字型定子磁鋼的下端中間位置的厚度為5.5mm，所述的缺口 3的寬度為4mm;所述的音圈電機最大力矩0.75Nm，轉角土7°，音圈電機的力矩系數(shù)為0.63Nm/A，有限轉角全程內的力矩系數(shù)變化率小于3%(普通的雙磁路旋轉式音圈電機該指標為7%)，達到了預期的設計效果O
[0013]—個普通的雙磁路結構的旋轉式音圈電機橫截面如圖1所示。它的主要特點是上下對稱，定子磁鋼I橫截面是方形的，定子軛2是連接在一起的并且左右等厚度，定子磁鋼I的磁場方向和動子線圈7不通電時的氣隙磁通路徑如圖2所示(由于電機是上下完全對稱結構，所以圖中僅表示出一半?yún)^(qū)域)，其特點是左右對稱。而動子線圈7單獨通電時的磁通路徑如圖3所示，正好借用了上面的定子軛2作為通道。兩個磁場的合成結果，就是氣隙磁場左右不再對稱，磁密大小不再相等，對應相同的電樞電流輸出力矩不再相同。一個典型的存在電樞反應的音圈電機力-位移曲線如圖4所示，在最大角位移處，這種偏差一般能達到8%左右。
[0014]理論分析表明，削弱電樞反應磁場的最有效手段是增加磁路的磁阻，進而大幅度減小電樞反應磁通的影響。為此，本發(fā)明所設計的雙磁路旋轉式音圈電機的橫截面結構如圖5所示，定子磁鋼I的磁場方向如圖6所示。本發(fā)明的技術方案與圖1、圖2的結構相比，本發(fā)明的主要特征是:
(I)定子軛2上端中部是斷開的(即缺口 3)，而且斷開的寬度和定子磁鋼I的具體尺寸有關。其最終目的，是在基本不影響空載氣隙磁場的前提下，切斷動子繞組形成的磁場的通路，大幅度降低氣隙中的電樞反應磁密，進而抑制電樞反應的影響。另外，該寬度還要考慮到保證定子磁鋼I的強度。
[0015](2)電機的定子磁鋼I采用不均勻厚度分布，中間厚，兩端薄。與此對應的是，定子磁鋼I不采用平行充磁方式，而是采用非平行的徑向充磁方式，這樣可以使得定子軛2中的磁場更均勻，避免局部飽和。
[0016](3)定子軛2的內腔的上端面要設計出有一定厚度的臺階，同時定子磁鋼I外形和定子軛2外形匹配設計。裝配時，沿著軸向把定子磁鋼I推入并對齊，就可以保證定子磁鋼I自定位，無需再使用粘接劑進行粘接。
【主權項】
1.一種可自定位的異形磁鋼結構的雙磁路旋轉式音圈電機，包括定子磁鋼(I)和定子軛(2)，其特征在于:所述的定子軛(2)的上端面中部設有缺口(3)，定子軛(2)的內腔上端面設有平面(4)和斜面(5)，所述的平面(4)和斜面(5)之間通過豎直面(6)連接過渡構成臺階面，所述的斜面(5)與所述的缺口(3)連接的一端向上傾斜;所述的定子磁鋼(I)為工字型，工字型定子磁鋼的上端寬度小于下端寬度，工字型定子磁鋼的下端兩側邊緣的厚度相等并均小于中間位置的厚度，工字型定子磁鋼設置在定子軛(2)的缺口(3)處，且工字型定子磁鋼的上端設置在定子軛(2)的外部并與定子軛(2)的上表面相貼靠，工字型定子磁鋼的下端設置在定子軛(2)的內部，工字型定子磁鋼的上端與下端的連接部分的寬度與定子軛(2)的缺口(3)寬度相匹配，工字型定子磁鋼貼靠在定子軛(2)的斜面(5)以及所述的豎直面(6)上，工字型定子磁鋼采用與徑向成銳角的方向充磁。2.根據(jù)權利要求1所述的一種可自定位的異形磁鋼結構的雙磁路旋轉式音圈電機，其特征在于:所述的工字型定子磁鋼的下端兩側邊緣的厚度為3.5_，工字型定子磁鋼的下端中間位置的厚度為5.5mm，所述的缺口(3)的寬度為4mm。
【專利摘要】一種可自定位的異形磁鋼結構的雙磁路旋轉式音圈電機，屬于音圈電機技術領域。本發(fā)明在不改變空載氣隙磁場分布規(guī)律的基礎上，改善動子線圈通電時的負載氣隙磁場分布；通過電機電樞反應的抑制，改善該類電機的力矩系數(shù)分布曲線，提高電機的控制精度。定子軛的上端面中部設有缺口，定子軛的內腔上端面為臺階面，定子磁鋼為工字型，工字型定子磁鋼的上端寬度小于下端寬度，工字型定子磁鋼的下端兩側邊緣的厚度相等并均小于中間位置的厚度，工字型定子磁鋼匹配設置在定子軛的缺口處，工字型定子磁鋼的下端設置在定子軛的內部，工字型定子磁鋼貼靠在定子軛的臺階面上，工字型定子磁鋼采用與徑向成銳角的方向充磁。本發(fā)明用于有限轉角精密控制領域。
【IPC分類】H02K41/035, H02K1/17, H02K1/18
【公開號】CN105553223
【申請?zhí)枴緾N201511011447
【發(fā)明人】李勇, 王騫, 趙猛, 趙博, 胡建輝, 徐永向, 鄒繼斌, 劉承軍, 江善林, 王寶超, 尚靜
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年12月30日