双磁路永磁式有限转角电机.pdf

本发明公开了一种双磁路永磁式有限转角电机，包括定子支架、转子支架、外转子磁轭及内转子磁轭，外转子磁轭、内转子磁轭固定于转子支架的同一侧，且内转子磁轭位于外转子磁轭的内部，内转子磁轭和外转子磁轭之间设有环形间隙；外转子磁钢，固定于外转子磁轭的内表面；内转子磁钢，固定于内转子磁轭的外表面，和所述外转子磁钢一一相对设置，且对应位置的内转子磁钢、外转子磁钢充磁方向相反；环形铁芯，环形铁芯固定于定子支架的一侧，且环形铁芯伸入环形间隙中；内绕组和外绕组。本发明可以使得环形绕组的利用率提高一倍，从而提高电机的力矩密度。

权利要求书1.  一种双磁路永磁式有限转角电机，包括圆盘状的定子支架、转子支架，所述定子支架、转子支架同轴且平行设置，其特征在于，还包括：外转子磁轭及内转子磁轭，所述外转子磁轭、内转子磁轭固定于所述转子支架的同一侧，且所述内转子磁轭位于所述外转子磁轭的内部，所述内转子磁轭和所述外转子磁轭之间设有环形间隙；外转子磁钢，固定于所述外转子磁轭的内表面；内转子磁钢，固定于所述内转子磁轭的外表面，和所述外转子磁钢一一相对设置，且对应位置的所述内转子磁钢、外转子磁钢的充磁方向相反；环形铁芯，所述环形铁芯固定于所述定子支架的一侧，且所述环形铁芯伸入所述环形间隙中；内绕组和外绕组，为多个线圈组，其中每个线圈组由同一线圈沿所述环形铁芯的轴向缠绕在所述环形铁芯的内表面、外表面形成，所述环形铁芯的内侧为所述内绕组，所述环形铁芯的外侧为外绕组，所述线圈组的数量和所述外转子磁钢、内转子磁钢的数量均相等。2.  根据权利要求1所述的双磁路永磁式有限转角电机，其特征在于，所述外转子磁钢粘结于所述外转子磁轭的内表面，所述内转子磁钢粘结于所述内转子磁轭的外表面。3.  根据权利要求1所述的双磁路永磁式有限转角电机，其特征在于，所述外转子磁钢、内转子磁钢的断面均呈弧形。4.  根据权利要求1所述的双磁路永磁式有限转角电机，其特征在于，多个所述线圈组之间串联、并联或混联连接。5.  根据权利要求1-4任一所述的双磁路永磁式有限转角电机，其特征在于，所述外转子磁轭、内转子磁轭、环形铁芯均为圆筒状结构。

说明书双磁路永磁式有限转角电机
技术领域
本发明属于电机技术领域，涉及一种有限转角电机，特别涉及一种双磁路永磁式有限转角电机。
背景技术
目前，连续旋转的直流电机已得到了广泛的应用，但在一些特殊使用场合，如红外成像、激光标识、激光雷达、光机扫瞄等应用中需要一种只作往复摆动、体积小、精度高、寿命长、可靠性高的直流有限转角电机。
普通有刷直流电机由于需要电刷和换向器，在这些特殊系统中使用不但结构复杂而且可靠性不高，另外频繁的往复摆动会造成电刷的剧烈跳动，使其和换向器接触不良，对系统造成失踪脉冲、噪音冲击甚至导致系统振荡。无刷直流电机使用电子换向取代了电刷和换向器的机械换向装置，具有与有刷直流电机相同的线性调节特性，并且可靠性高，但其控制系统需对电子换向进行信号处理，控制复杂，所需开关管数量较多，成本较高，且转矩波动较大，这种情况下有限转角电机凸现了它的优势。
但是，传统的环形铁芯型有限转角电机体积大、出力小，力矩密度较低，该问题的原因在于气隙大、绕组利用率低。例如，普通结构的环形绕线有限转角电机仅有一个转子，所能利用的绕组仅为整个绕组的40％甚至更低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双磁路永磁式有限转角电机，以解决现有环形铁芯型有限转角电机存在的气隙大、绕组利用率低的问题。
为了实现上述目的，本发明提供的双磁路永磁式有限转角电机技术方案如下：
一种双磁路永磁式有限转角电机，包括圆盘状的定子支架、转子支架，所述定子支架、转子支架同轴且平行设置，其中，还包括：外转子磁轭及内 转子磁轭，所述外转子磁轭、内转子磁轭固定于所述转子支架的同一侧，且所述内转子磁轭位于所述外转子磁轭的内部，所述内转子磁轭和所述外转子磁轭之间设有环形间隙；外转子磁钢，固定于所述外转子磁轭的内表面；内转子磁钢，固定于所述内转子磁轭的外表面，和所述外转子磁钢一一相对设置，且对应位置的所述内转子磁钢、外转子磁钢充磁方向相反；环形铁芯，所述环形铁芯固定于所述定子支架的一侧，且所述环形铁芯伸入所述环形间隙中；内绕组和外绕组，为多个线圈组，其中每个线圈组由同一线圈沿所述环形铁芯的轴向缠绕在所述环形铁芯的内表面、外表面形成，所述环形铁芯的内侧为所述内绕组，所述环形铁芯的外侧为外绕组，所述线圈组的数量和所述外转子磁钢、内转子磁钢均相等。
优选地，在所述双磁路永磁式有限转角电机中，所述外转子磁钢粘结于所述外转子磁轭的内表面，所述内转子磁钢粘结于所述内转子磁轭的外表面。
优选地，在所述双磁路永磁式有限转角电机中，所述外转子磁钢、内转子磁钢的断面均呈弧形。
优选地，在所述双磁路永磁式有限转角电机中，多个所述线圈组之间串联、并联或混联连接。
优选地，在所述双磁路永磁式有限转角电机中，所述外转子磁轭、内转子磁轭、环形铁芯均为圆筒状结构。
分析可知，本发明包括内、外两条环形磁路结构，可以使得环形绕组的利用率提高一倍，从而提高电机的力矩密度。
附图说明
图1是本发明实施例的主剖视图；
图2是图1中沿A-A线的剖面图(电机轴12未示出)；
图3是为本发明实施例的外转子磁钢、内转子磁钢充磁方向、外绕组和内绕组通电方向示意图；其中，黑点表示电流方向由内向外，十字线表示电流方向由外向内。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
如图1-3所示，本发明实施例包括卡圈(可能还包括调整垫圈)1、轴承支架2、轴承3、定子支架4、内绕组5、环形铁芯6、外绕组7、外转子磁钢8、外转子磁轭9、内转子磁钢10、内转子磁轭11、电机轴12、转子支架13。
转子支架13与电机轴12之间相对固定设置，电机轴12位于轴承3中，定子支架4通过轴承3与电机轴12连接，并保证圆柱度，且转子支架13和定子支架4相对平行设置。筒状的环形铁芯6设于定子支架4的边缘，外转子磁轭9、内转子磁轭11呈筒状，且均设于转子支架13的边缘部分，外转子磁轭9位于内转子磁轭11外侧，也就是说内转子磁轭11与转子支架13的中心的距离小于外转子磁轭9与转子支架13的中心的距离，环形铁芯6则伸入二者之间的环形槽状间隙。外转子磁轭9和内转子磁轭11的材料为导磁材料。同一极下，内转子磁钢10和外转子磁钢8的磁性方向相反。
外转子磁钢8固定，例如粘结，在外转子磁轭9内表面，外转子磁钢8和外转子磁轭9构成外转子；内转子磁钢10固定，例如粘结，在内转子磁轭11外表面，内转子磁钢10和内转子磁轭11构成内转子，也就是说该电机转子功能上分为内转子和外转子两部分。实际中可以采用结构胶实现粘结。内、外转子通过同时固定于转子支架13保证同心，转子支架13连接电机轴12，电机轴12输出机械功率。外转子磁轭9、内转子磁轭11、外转子磁钢8和内转子磁钢10同轴。
本实施例的定子设置于内转子和外转子之间，其包括外绕组7、内绕组5、环形铁芯6和定子支架4。环形铁芯6为圆筒型结构，外表面按环形铁心的轴向均匀绕制一层或多层绕组，其中，位于环形铁芯6外侧的绕组为外绕组7，位于环形铁芯内侧的绕组为内绕组5。且内绕组5与外绕组7可以均由多个线圈组串联而成，在其他的实施例中，也可以由多个线圈组并联而成，还可以由多个线圈组混联连接而成，线圈组的数量根据电机极数而定，图2中电机级数为4，线圈组的数量为4。内绕组5对应内转子，即内绕组5和内转子位于环形铁芯6的同一侧(内侧)；外绕组7对应外转子，即外绕组7和外转子位于环形铁芯6的同一侧(外侧)。内转子磁钢10与内绕组5之间存在内气隙，外转子磁钢8与外绕组7之间存在外气隙。内转子磁轭11(内导磁轭)、内转子磁钢10、内绕组5、内气隙和环形铁芯6行成内磁路；外转子磁轭9(外导磁轭)、外转子磁钢8、外绕组7、外气隙和环形铁芯6行成外磁 路；内、外双磁路共用环形铁芯。环形铁芯6的材料为导磁材料。内绕组5和外绕组7内通入的电流方向相反。线圈组规则地一层或多层沿环形铁芯6的轴向环形缠绕在环形铁芯6上，内绕组5和外绕组7为同一线圈缠绕在环形铁芯上的不同位置，内绕组5和外绕组7为同一线圈缠绕在环形铁芯6上的不同位置形成，环形铁芯6内侧为内绕组，环形铁芯6外侧为外绕组。
优选在，在本实施例的转子中，外转子磁钢8和内转子磁钢10的断面均为呈弧形的瓦片状结构，磁钢数量根据电机极数而定。且对应位置的内、外转子磁钢充磁方向相反。外转子磁钢8和内转子磁钢10的形状还可以为矩形或其他形状，本实施例不对其形状进行具体限定。断面呈弧形的外转子磁钢8与呈筒形的外转子磁轭9优选同心，断面呈弧形的内转子磁钢10与呈筒形的内转子磁轭11优选同心。
本实施例在运行时，当内绕组5与外绕组7中通入直流电，对于任一极下，由于绕制时内绕组5与外绕组7方向相反，内绕组5与外绕组7内通过的电流方向亦相反，而且内绕组5与外绕组7恰好处于不同充磁方向的磁场之下，使得内绕组5、外绕组7受力方向相同，共同作用输出力矩。内外绕组均得到利用，提高电机的转矩密度。
当内绕组5、外绕组7通入反方向的直流电时，从图3中可以判断电机会产生反方向的转矩，实现电机的反向运动，在图3中，外转子磁钢8、内转子磁钢10中的箭头方向表示其内的充磁方向。双磁路永磁式有限转角电机尤其用于扫描系统及伺服系统中作为驱动元件使用。
在图中，本实施例是以电机极数为4进行描述，本领域技术人员应当理解，也可以设计为其它极数，以满足不同场合对不同力矩和转角范围的需求。
综上所述，本发明包括内、外两条环形磁路结构，此种结构使得环形绕组的利用率提高一倍，充分利用了绕组，从而提高了电机的力矩密度，可以解决现有环形铁芯型有限转角电机由于绕组利用率低而导致的体积大、力矩小、力矩密度低的问题，可以在扫描系统及伺服驱动系统中作为驱动元件等。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。