专利名称：有限转角永磁式直流力矩电机的制作方法
有限转角永磁式直流力矩电机駄舰本发明关于一种直流电机，尤其是指一种有限转角永磁式直流力矩电机。
背景技术：
电子门锁作为近些年来随着电子技术迅速发展而发展起来的一种新型安 全技术防范设施，其采用电子元件和机械机构相结合的结构，控制部分使用 电子电路，执行机构使用电动机驱动机械机构，与传统的机械门锁相比，其 具有保密性强，安全性高，不用金属钥匙，使用方便等优点。长期以来，电子门锁都采用传统直流电机作为其离合或锁舌机构的驱动 伺服元件，而传统直流电机工作时的换向频率高，其励磁绕组的复阻抗中感 抗分量较高，绕组的直流阻抗较低，在额定工作电压下的额定工作电流主要 取决于其励磁绕组的感抗分量， 一旦发生堵转，感抗将在过渡过程结束后消 失，额定工作电压完全加在较低的绕组直流电阻上产生过载而将绕组损毁。 而且传统直流电机在工作时因为换向器存在机械磨损、电弧烧蚀和氧化等问 题，而造成传统直流电机用于电子门锁的离合及锁舌机构伺服驱动时存在换 向"死点"、接触电阻和磨损失效等现象，致使采用传统直流电机的电子门锁存在稳定性较差、可靠工作寿命短(一般小于io万个工作周期)等问题。因此传统直流电机在电子门锁的频繁启动和换向、非线性负载、小工作 行程快速响应等工况条件下的工作稳定性和工作寿命均较差，制约了电子门 锁系统技术性能的提升。因此，本发明的目的在于提供一种有限转角永磁式直流力矩电机，其具 有换能效率高、稳定性好、运动平顺、寿命长、可长期在堵转工况下工作等特性，大幅度提升了电子门锁离合或锁舌驱动伺服系统的工作稳定性和工作 寿命。为实现在上述目的，本发明提供一种有限转角永磁式直流力矩电机，包 括机壳、及收容于机壳内的定子和转子，定子包括定子铁芯与绕组线圈， 定子铁芯呈圆环状，轴向中心具有一通孔，绕组线圈具有两个，其各自独立 且分别穿过通孔而环绕定子铁芯并呈对称设置于定子铁芯上；转子，具有 N、 S极，可收容于定子铁芯的通孔中。所述的有限转角永磁式直流力矩电机，其中，定子还包括两端盖，其设 于定子铁芯两端，并可分别包覆定子铁芯的端面并沿定子铁芯端面的周边向 定子铁芯的内外侧表面适当延伸，端盖相对定子铁芯端面的表面相对对称凸 出设有四个卡抵块，从而将定子铁芯分成两个相对的齿极，两个绕组线圈分 别集中嵌放于每一个齿极上。所述的有限转角永磁式直流力矩电机，其中，两个齿极之间留有适当间 隙，两端盖于间隙处分别沿定子铁芯的内外侧表面以向着彼此的方向延伸并 最终卡接在一起。综上所述，本发明有限转角永磁式直流力矩电机，结构简单，成本低， 在设定的工作行程范围内出力大，响应快，无电流换向结构，不存在换向失 效等问题，因而工作稳定性好、工作寿命长，且能在低速和长期堵转下工 作，适合在电子门锁行业推广应用。
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式
详细描述，将使本发明的 技术方案及其他有益效果显而易见。 附图中，图1为本发明有限转角永磁式直流力矩电机的立体分解图； 图2-7为本发明有限转角永磁式直流力矩电机的逐步组装图； 图8为本发明有限转角永磁式直流力矩电机的磁路结构图； 图9为本发明有限转角永磁式直流力矩电机的换能机理图。
具体实施方式
如图l-7所示，该有限转角永磁式直流力矩电机包括机壳l、收容于机 壳1内的定子2与转子3。定子2包括定子铁芯28与绕组线圈26。定子铁芯28由多片铁磁体制成圆环 状，轴向中心具有一通孔29，两端分别设端盖20、 21。该端盖20、 21可分别 包覆定子铁芯的端面并沿定子铁芯28端面的周边向定子铁芯28的内外侧表面 适当延伸。端盖20、 21相对定子铁芯28端面的表面相对对称凸出设有四个卡 抵块22，将定子铁芯28分成一对相对的齿极24、 25，该相对的齿极24上分别 嵌放集中绕组线圈26、 27，绕组线圈26、 27穿过通孔29巻绕在定子铁芯28的 两个齿极上。该两个绕组线圈彼此相互独立，实际使用时可单独给一组绕组 线圈通电，也可两个绕组线圈同时通电。齿极24、 25之间还留有适当间隙， 端盖20、 21于间隙处分别沿定子铁芯28的内外侧表面向着彼此的方向延伸并 最终卡接在一起，从而将绕组线圈26固定在定子铁芯28上。转子3包括转子芯36与转子套30，转子芯36由稀土永磁性材料制成条形， 具有N、 S极34、 35。转子芯36收容于转子套30内，转子套30具有一收容转 子芯36的收容腔(未图示)。转子套30两端分别设开口31、 32，转子芯36的 N、 S极34、 35可通过开口31、 32暴露于转子套30外。转子套30垂直转子芯36 N、 S极的方向对称设有转轴33，转轴33与机座10和面盖11连接的位置还设有 轴套37，转轴33两自由端分别通过轴套37固定于机座10和面盖11上，机座IO 和面盖11中心设有便于转轴33穿设通过的孔槽13。机壳1由机座10和面盖11组成，面盖11通过螺钉连接于机座10上。机座IO 内设收容室12，定子2收容于收容室12内，且定子2外周缘卡抵于收容室12的 内壁。转子芯36与转子套30—起收容于定子铁芯28通孔29中，且自由状态 时，转子芯36可旋停在工作行程内任意角度。绕组线圈26、 27通电时，励磁 电流须保证转子芯的N极34对应的绕组线圈的电流方向与转子芯的S极35对 应的绕组线圈电流方向相反，即当转子芯的N极34对应的绕组线圈的电流 方向沿纸面向外时，则转子芯的S极35对应的绕组线圈的电流方向沿纸面向 内。转子芯36收容于定子2中并可以以转轴33为轴线在通孔29内自由旋转，其 旋转面平行于定子铁芯28横断面。当定子2绕组线圈26、 27通电时，转子芯36 可带动转轴33在其旋转面上旋转。当转子芯36的磁场方向和定子2绕组线圈26、 27电流方向为图9所示条件时，转子3将顺时针方向旋转，定子2绕组线圈 26、 27电流方向为图9所示反向时，转子3将逆时针方向旋转。参阅图8-9，本发明有限转角永磁式直流力矩电机的工作原理如下本发明有限转角永磁式直流力矩电机定子2呈圆环状，永磁体转子芯36置 于环形铁磁体定子2内，主磁通4在定子铁芯28中形成两个封闭的半圆形闭合 磁路。巻绕在定子2上的励磁绕组26、 27的内圈电磁线，垂直正交穿过主磁通 4。当励磁绕组26、 27有电流流过电磁线时，即会在励磁绕组穿过磁场部分的 电磁线上感生电磁力(安培力)5。对称布置且固定在定子2上的励磁绕组 26、 27所感生电磁力的反作用力在转子芯36上产生方向相反的切向力偶6，从 而使转子芯36在切向力偶6作用下产生转矩进而带动转子3旋转。本发明有限转角永磁式直流力矩电机工作时，绕组线圈26、 27的电流方 向和转子3的N、 S磁极方向决定转子3转动方向，绕组线圈电流大小和转子 磁感应强度决定转子转矩，在设定的工作行程范围内，转子芯36只需在切向 力偶的作用下转过一个特定的角度，而无需在旋转面内连续不断的旋转，因 此工作时无需切换励磁绕组来形成旋转磁场，所以无需励磁绕组换向器结 构，故不存在换向器接触损耗，且磁滞损耗、涡流损耗也远低于传统直流电 机。且，由于转子转矩正比于穿过转子与定子间磁场包络励磁电流感生安培 力的矢量和，而励磁绕组在完整工作行程内均匀分布，因而磁场包络感生安 培力的矢量和在完整工作行程内理论上各点相等，因而在励磁电流恒定时， 理论上任何一个完整单向工作行程内不存在转子转矩的断点或增量跳变，因 而能使电机的运动平顺。另外，本发明有限转角永磁式直流力矩电机在一个 完整单向工作行程内无需换向，因而其励磁绕组的复阻抗中感抗分量较低、 绕组的直流阻抗较高，在额定工作电压下的额定工作电流主要取决于其励磁 绕组的直流阻抗，在发生堵转时，由于励磁绕组的直流阻抗较高，因而感抗 消失时额定工作电压下的励磁绕组电流虽有所上升，但仍被励磁绕组直流阻 抗限定在可承载的范围内，因而，本发明有限转角永磁式直流力矩电机可在 堵转工况下长期工作而不会产生过载而损毁。综上所述，本发明有限转角永磁式直流力矩电机，结构简单，成本低， 在设定的工作行程范围内出力大，响应快，无电流换向结构，不存在换向失效等问题，因而工作稳定性好、工作寿命长，且能在低速和长期堵转下工 作，适合在电子门锁行业推广应用。以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方 案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应 属于本发明后附的权利要求的保护范围。
权利要求
1、一种有限转角永磁式直流力矩电机，其特征在于，包括机壳、及收容于机壳内的定子和转子，定子包括定子铁芯与绕组线圈，定子铁芯呈圆环状，轴向中心具有一通孔，绕组线圈具有两个，其各自独立且分别穿过通孔而环绕定子铁芯并呈对称设置于定子铁芯上；转子，具有N、S极，可收容于定子铁芯的通孔中。
2、 如权利要求l所述的有限转角永磁式直流力矩电机，其特征在于，定 子还包括两端盖，其设于定子铁芯两端，并可分别包覆定子铁芯的端面并沿 定子铁芯端面的周边向定子铁芯的内外侧表面适当延伸，端盖相对定子铁芯 端面的表面相对对称凸出设有四个卡抵块，从而将定子铁芯分成两个相对的 齿极，两个绕组线圈分别集中嵌放于每一个齿极上。
3、 如权利要求2所述的有限转角永磁式直流力矩电机，其特征在于，两 个齿极之间留有适当间隙，两端盖于间隙处分别沿定子铁芯的内外侧表面以 向着彼此的方向延伸并最终卡接在一起。
4、 如权利要求l所述的有限转角永磁式直流力矩电机，其特征在于，转 子包括一转子芯，转子芯呈条形，具有N、 S极。
5、 如权利要求l所述的有限转角永磁式直流力矩电机，其特征在于，转 子还包括一转子套，转子套具有一收容腔，转子收容于收容腔中，转子与转 子套一起收容于定子铁芯通孔中。
6、 如权利要求5所述的有限转角永磁式直流力矩电机，其特征在于，转 子套还设有两开口，转子的N、 S极可通过开口暴露于转子套外。
7、 如权利要求5所述的有限转角永磁式直流力矩电机，其特征在于，转 子套沿垂直转子N、 S极的方向设有转轴。
8、 如权利要求7所述的有限转角永磁式直流力矩电机，其特征在于，机 壳由机座和面盖组成，机座内设收容室，定子收容于收容室内，且定子外周 缘卡抵于收容室的侧壁，转轴两自由端分别固定于机座和面盖上，机座与面 盖中心设有便于转轴穿设通过的孔槽。
9、 如权利要求l所述的有限转角永磁式直流力矩电机，其特征在于，转 子芯由稀土永磁性材料制成。
10、 如权利要求l所述的有限转角永磁式直流力矩电机，其特征在于，定 子铁芯由铁磁性材料制成。
全文摘要
一种有限转角永磁式直流力矩电机，包括机壳、及收容于机壳内的定子和转子，定子包括定子铁芯与绕组线圈，定子铁芯呈圆环状，轴向中心具有一通孔，绕组线圈具有两个，其各自独立且分别穿过通孔而环绕定子铁芯并呈对称设置于定子铁芯上；转子，具有N、S极，可收容于定子铁芯的通孔中，工作时绕组线圈电流方向和转子N、S磁极方向决定转子转动方向，绕组电流大小和转子磁感应强度决定转子转矩。本发明有限转角永磁式直流力矩电机，结构简单，成本低，在设定的工作行程转角范围内出力大，响应快，无电流换向结构，不存在换向失效等问题，因而工作稳定性好、工作寿命长，且能在低速和长期堵转下工作，适合在电子门锁、自动控制等行业推广应用。
文档编号H02K1/16GK101237164SQ20071007759
公开日2008年8月6日 申请日期2007年12月5日 优先权日2007年12月5日
发明者松 李 申请人:深圳市海贝斯智能科技有限公司