[發(fā)明專利]一種具有正磁彈簧剛度的力矩馬達(dá)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410400233.0
• 申請日: 2014-08-13
• 公開（公告）號: CN104124848A
• 公開（公告）日: 2014-10-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李勇;申允德;玄東吉;成泰洪
• 申請（專利權(quán)）人: 溫州大學(xué)
• 主分類號: H02K24/00
• 分類號: H02K24/00
• 代理公司: 杭州新源專利事務(wù)所(普通合伙) 33234
• 代理人: 李大剛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電磁驅(qū)動系統(tǒng)中用于角位移控制的旋轉(zhuǎn)式電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器，特別是一種具有正磁彈簧剛度的力矩馬達(dá)。

背景技術(shù)

力矩馬達(dá)是一種旋轉(zhuǎn)式電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器，其原理在于控制線圈產(chǎn)生的磁場與永磁極化磁場實現(xiàn)差動控制，所形成的電磁力矩作用在轉(zhuǎn)子上，并在復(fù)位彈簧的作用下轉(zhuǎn)換成角位移輸出。現(xiàn)有力矩馬達(dá)線性范圍小且存在具有負(fù)磁彈簧剛度的力矩-角位移特性，正常情況下轉(zhuǎn)子難以穩(wěn)定在中位，必須采用較大的機(jī)械復(fù)位彈簧使其穩(wěn)定在中位，一般用于小角位移的控制要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，提供一種具有正磁彈簧剛度的力矩馬達(dá)。本發(fā)明無需外加復(fù)位彈簧，轉(zhuǎn)子在永磁極化磁場的作用下也能夠穩(wěn)定在中位，具有穩(wěn)定性好、角位移范圍大、結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點。

本發(fā)明的技術(shù)方案：一種具有正磁彈簧剛度的力矩馬達(dá)，其特征在于：包括底板、線圈繞組A、線圈繞組B、輸出軸、轉(zhuǎn)子、軛鐵、永磁體、頂板、軸承a、軸承b、套筒，固定在底板和頂板之間的軛鐵分為左軛鐵和右軛鐵，左軛鐵和右軛鐵一側(cè)所形成的空腔內(nèi)裝有永磁體，另一側(cè)所形成的空腔內(nèi)安裝兩平行布置的線圈繞組A和線圈繞組B，線圈繞組A和線圈繞組B的內(nèi)腔設(shè)置固定在輸出軸上的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子兩端面與軛鐵內(nèi)側(cè)面形成四段環(huán)形空氣間隙，輸出軸兩端徑向通過軸承a和軸承b分別支撐在底板和頂板的孔內(nèi)，軸向通過套筒和軸肩固定。

前述的具有正磁彈簧剛度的力矩馬達(dá)中，所述轉(zhuǎn)子由多層導(dǎo)磁材料制成的疊片疊加構(gòu)成，疊片的截面均為兩條直徑和兩條圓弧圍合組成的平面，轉(zhuǎn)子相對軛鐵的轉(zhuǎn)角范圍為±15°。

前述的具有正磁彈簧剛度的力矩馬達(dá)中，所述左軛鐵和右軛鐵均由多層導(dǎo)磁材料制成的疊片疊加構(gòu)成，且對稱布置在輸出軸和轉(zhuǎn)子的兩側(cè)。

前述的具有正磁彈簧剛度的力矩馬達(dá)中，所述等腰梯形空氣間隙的銳角為30°～60°。

前述的具有正磁彈簧剛度的力矩馬達(dá)中，所述線圈繞組A和線圈繞組B分別纏繞在矩形的線圈架上，每個線圈架的上下端分別固定在底板和頂板的矩形槽內(nèi)，線圈繞組A和線圈繞組B的接線通過串聯(lián)方式連接。

前述的具有正磁彈簧剛度的力矩馬達(dá)中，所述底板和頂板由非導(dǎo)磁材料制成。

前述的具有正磁彈簧剛度的力矩馬達(dá)中，所述永磁體為釹鐵硼稀土永磁材料，磁化方向垂直于永磁體與左軛鐵、右軛鐵的接觸面。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果是：

1、左、右軛鐵之間形成的等腰梯形空氣間隙、軛鐵與轉(zhuǎn)子之間形成的四段環(huán)形空氣間隙等磁路結(jié)構(gòu)協(xié)同作用，使得在一定角位移范圍內(nèi)具有正磁彈簧剛度(值約為+0.013Nm/°)的力矩-角位移特性，即轉(zhuǎn)子無需外加復(fù)位彈簧，在永磁極化磁場的作用下也能夠穩(wěn)定在中位，具有穩(wěn)定性好、角位移范圍大、結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點，克服了力矩馬達(dá)典型結(jié)構(gòu)中存在的負(fù)磁彈簧剛度特性問題。

2、實現(xiàn)了線圈控制磁場與單永磁極化磁場的差動磁場目的，具有直接驅(qū)動、連續(xù)可調(diào)、比例控制等優(yōu)點，適用于電磁驅(qū)動系統(tǒng)中角位移比例控制的直接驅(qū)動要求。

3、分層疊片導(dǎo)磁結(jié)構(gòu)能降低了交變電磁場中渦流損耗的作用，提高了電磁轉(zhuǎn)換效率，降低了能量損耗。

4、還可通過改變分層疊片的層數(shù)或永磁體的尺寸大小，可調(diào)節(jié)正磁彈簧剛度的剛度系數(shù)，以滿足不同負(fù)載的需求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的水平剖視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的垂直剖視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)爆炸圖；

圖4為本發(fā)明線圈繞組無電流時水平截面的磁力線分布圖；

圖5為本發(fā)明線圈繞組加載正電流時水平截面的磁力線分布圖；

圖6為本發(fā)明線圈繞組加載負(fù)電流時水平截面的磁力線分布圖；

圖7為本發(fā)明的角位移-控制電流特性。

附圖中的標(biāo)記為：1-底板，2-線圈繞組A，3-線圈繞組B，4-輸出軸，5-轉(zhuǎn)子，6-軛鐵，7-永磁體，8-頂板，9-軸承a，10-軸承b，11-套筒，12-梯形空氣間隙，13-環(huán)形空氣間隙，131-環(huán)形空氣間隙a,132-環(huán)形空氣間隙b,133-環(huán)形空氣間隙c,134-環(huán)形空氣間隙d。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但并不作為對本發(fā)明限制的依據(jù)。