一种高比重永磁无刷直流陀螺电的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种高比重永磁无刷直流陀螺电机，包括转子组件和定子组件，定子组件由定子线圈、定子磁芯、轴组成，轴中间的凸台上设定子磁芯，定子磁芯外圆上设定子线圈；转子组件由转子环、磁钢组件、端盖组成，定子线圈外设转子磁钢组件，转子磁钢组件外圆上设有转子环，轴凸台的两边套轴承内环，轴承外环设在端盖上。本发明具有的优点和积极效果是：选用钨基高比重合金做转子环增加转子的转动惯量，在设定的动量矩值下，降低电机转速；软磁铁氧体电阻率高，涡流损耗小，磁损耗小；定子磁芯无下线槽，无齿槽效应，电机运转平稳，噪音低；采用反电势控制的二相无刷直流电机功耗小，转速稳定，噪声低，寿命长，适合在高、低温环境下工作。
【专利说明】一种高比重永磁无刷直流陀螺电机
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高比重永磁无刷直流陀螺电机。
【背景技术】
[0002]陀螺经纬仪由陀螺仪和经纬仪两部分组成，陀螺仪是不受磁场干扰的指北仪器。它是一种能够精确测定地面任意地点(除地球南、北高纬度地区)或运动体所在地点的真子午线位置的仪器，所以又称真子午线仪。陀螺仪只能测出当地地理北，要将各方位点上真北方向传递出去，要靠经纬仪。陀螺仪与经纬仪配合可以精确地测量出各地点的方位角。
[0003]在军事领域用陀螺经纬仪测量人造卫星、航天飞船的飞行轨道，测量坦克等车辆的行驶方位、测量舰船的行驶方位等。在民用上:测量隧道、地铁、矿井的开掘方向，海图、地图的测绘等。军、民两方面均迫切需要定向时间短，定向精度高的陀螺经纬仪，因此诸多单位安排工程技术人员从事这方面的研究开发工作，并相继投入大量资金。陀螺电机是陀螺经纬仪的核心部件，对陀螺经纬仪的性能指标起着决定性的作用。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的问题是:降低陀螺电机的功耗、减小噪音，延期长轴承寿命、提高转速稳度、在-40°C?+50°C的环境下能正常工作。
[0005]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:一种高比重永磁无刷直流陀螺电机，包括转子组件和定子组件，定子组件由定子线圈、定子磁芯、轴组成，所述轴为中间粗两边细的对称台阶轴，其中间称为凸台，所述轴凸台上设定子磁芯，所述定子磁芯外圆上粘贴定子线圈；所述转子组件由转子环、磁钢组件、端盖组成，所述定子线圈外边是转子磁钢组件，所述转子磁钢组件外圆上设有转子环，所述轴凸台的两边分别套轴承内环，轴承外环设在端盖上，轴承把转子组件和定子组件连成一体，用螺母锁紧。
[0006]进一步，所述转子环为钨基高比重合金材料。
[0007]鹤基高比重合金的比重为16.5?18.75g/cm3,而不锈钢材料的比重为7.8g/cm3,在同样尺寸情况下，转子环的转动惯量(J)可以增加一倍多。
[0008]进一步，所述转子环是比重为17.6g/cm3的钨基高比重合金材料。
[0009]进一步，所述定子磁芯为软磁铁氧体。
[0010]软磁铁氧体的电阻大，涡流损耗小，材料便宜，加工方便。硅钢片做定子磁芯，先要冲压或线切割加工成所要求的尺寸，叠压成环，再磨内、外圆，加工工艺比较复杂。用软磁铁氧体做导磁环，材料厂按毛环图烧结成型，每个环几元钱，精磨内、外圆即可使用，降低了成本
[0011]进一步，软磁铁氧体外圆无下线槽，两相线圈均匀粘贴在磁芯外圆上。电机无齿槽效应，使电机运转平稳，电磁噪声小。
[0012]进一步，所述轴承为油润滑精密滚珠轴承。
[0013]轴承里采用了高低温润滑油、多孔聚酰亚胺保持架，保证电机在_40°C?+50°C的温度范围内能正常工作。
[0014]进一步，所述一种高比重永磁无刷直流陀螺电机为二相永磁无刷直流电机。
[0015]由自身产生的反电势作为位置信号，用逻辑控制电路控制电机旋转，锁相电路稳速，电机的稳速精度可达到ιχιο_4。与三相无刷直流电机相比，定子绕组下线简单，控制电路也比较简单。
[0016]本发明具有的优点和积极效果是:软磁铁氧体电阻率高，涡流损耗小，磁损耗小，加工简单，成本低；磁芯无下线槽，不会产生齿槽效应，减小电磁噪声，电机运行平稳。陀螺电机的轴承选用油润滑精密滚珠轴承，轴承的摩擦力矩小，力矩变化小，使电机转速稳定性好；高温+50°C，低温-40°C下都能正常工作，普通电机无法做到；陀螺电机采用反电势控制的二相无刷直流电机，这种电机与磁滞电机和异步电机相比，具有效率高、转速稳定性好的优点；由于采用上述先进技术措施，使该电机功耗小，转速稳定，噪声低，寿命长，适合在高、低温环境下工作，是陀螺经纬仪的理想陀螺电机。同时也适用于其它陀螺仪表。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本发明的结构示意图。
[0018]1、轴2、轴承3、端盖4、定子磁芯5、定子线圈
[0019]6、转子磁钢组件 7、转子环
【具体实施方式】
[0020]一种高比重永磁无刷直流陀螺电机，包括转动部份即转子组件；不转部份即定子组件。转子组件由转子环7、磁钢组件6、端盖3组成。定子组件由定子线圈5、定子磁芯4、轴I组成。所述轴I为中间设有凸台的轴1，所述轴I凸台上安装有定子磁芯4，所述定子磁芯4外圆上粘贴定子线圈5，所述定子线圈5外边是转子磁钢组件6，所述转子磁钢组件6外圆上安装有转子环7，所述轴I凸台的两边分别安装有轴承2，所述轴承2把转子组件和定子组件连成一体，用螺母锁紧。
[0021]所述转子环7为钨基高比重合金材料。钨基高比重合金的比重为16.5?18.75g/cm3，而不锈钢材料的比重为7.8g/cm3，在同样尺寸情况下，转子环7的转动惯量(J)可以增加一倍多。所述转子环7是比重为17.6g/cm3的钨基高比重合金材料。
[0022]所述转子环为钨基高比重合金材料，材料比重为17.6g/cm3，所述定子磁芯为软磁铁氧体，所述定子磁芯上无下线槽，线圈均匀的粘贴在磁芯的外圆上，所述轴承为油润滑精密滚珠轴承，所述一种高比重永磁无刷直流陀螺电机为二相永磁无刷直流电机，所用控制电路为用反电势作位置信号；逻辑电路控制电机转动；锁相电路控制转速稳定度。
[0023]陀螺经纬仪是利用陀螺电机转子高速旋转产生的动量矩(H)来寻北，H越大，找北精度越高。
[0024]H=JX ω J-转子的转动惯量。J=mr2 (g.cm2);
[0025]其中:m-转子质量；r_转子半径；ω -转子的旋转角速度(rad/s)。
[0026]陀螺经纬仪在测量作业时，需人工搬移，所以对整套系统的体积、重量有一定的限制。对安装陀螺电机的陀螺房要求尺寸越小越好。陀螺电机采用高比重钨基合金以后，可以减小陀螺房的尺寸。在相同尺寸的情况下，要得到同样大小的动量矩，用钨基合金做转子的电机比用普通不锈钢合金做转子的电机转速低一倍多，降低了电机功耗，减少了电机噪音、增加轴承2寿命。
[0027]陀螺电机的定子磁芯4选用了高饱和磁密和高导磁率的5KB软磁铁氧体材料。与传统的硅钢片材料相比，软磁铁氧体电阻率高，涡流损耗小，磁损耗小，加工简单，成本低。用硅钢片做定子磁芯4，先要冲压或线切割加工成所要求的尺寸，叠压成环，再磨内、外圆，加工工艺比较复杂。用软磁铁氧体做定子磁芯4，材料厂按毛环图烧结成型，每个环几元钱，精磨内、外圆即可使用，降低了成本。
[0028]软磁铁氧体外圆上无下线槽，两相线圈均匀粘贴在磁芯外圆上。并真空灌胶固封。电机无齿槽效应，运转平稳，电磁噪声小。
[0029]所述轴承2为油润滑精密滚珠轴承2。轴承2内选用了高低温润滑油、多孔聚酰亚胺保持架，轴承2的摩擦力矩小，力矩变化小，使电机转速稳定性好，保证电机在_40°C?+50°C的温度范围内能正常工作。
[0030]一种高比重永磁无刷直流陀螺电机为二相永磁无刷直流电机。这种电机与磁滞电机和异步电机相比，具有效率高、转速稳定性好的优点。用专用的控制电路来控制电机运转。
[0031]由于采用上述先进技术措施，使该电机功耗小，转速稳定，噪声低，寿命长，适合在高、低温环境下工作，是陀螺经纬仪的理想陀螺电机，目前国内吊絲式的陀螺经纬仪都选用该电机。陀螺经纬仪的性能大大提高，达到世界先进水平。
[0032]实施例:
[0033]我们做了两台试验电机，本研制项目对陀螺电机性能要求:
[0034]①尺寸控制在φ55球内
[0035]②动量矩H>2000g.cm2/s
[0036]③在-40°C?+55°C环境温度下能正常工作
[0037]④转速稳定度过I X 10_4
[0038]⑤功耗〈2瓦(额定电压24V，常温)
[0039]⑥电机运行平稳、噪音低
[0040]⑦寿命不小于2000小时
[0041]一台用钨基高比重合金做转子环7，另一台用不锈钢做转子环7。电机其他零件都一样。这两种电机的实测性能列于表I。
[0042]表I两种电机的实测性能(常温)
[0043]
【权利要求】
1.一种高比重永磁无刷直流陀螺电机，其特征在于:包括转子组件和定子组件，定子组件由定子线圈、定子磁芯、轴组成，所述轴为中间粗两边细的对称台阶轴，其中间称为凸台，所述轴凸台上设定子磁芯，所述定子磁芯外圆上粘贴定子线圈；所述转子组件由转子环、磁钢组件、端盖组成，所述定子线圈外边是转子磁钢组件，所述转子磁钢组件外圆上设有转子环，所述轴凸台的两边分别套轴承内环，轴承外环设在端盖上，轴承把转子组件和定子组件连成一体，用螺母锁紧。
2.根据权利要求1所述的一种高比重永磁无刷直流陀螺电机，其特征在于:所述转子环为钨基高比重合金材料，材料比重为16.5?18.75g/cm3。
3.根据权利要求2所述的一种高比重永磁无刷直流陀螺电机，其特征在于:所述转子环为鹤基高比重合金材料，材料比重为17.6g/cm3。
4.根据权利要求1?3中任一项所述的一种高比重永磁无刷直流陀螺电机，其特征在于:所述定子磁芯为软磁铁氧体。
5.根据权利要求1?3中任一项所述的一种高比重永磁无刷直流陀螺电机，其特征在于:所述定子磁芯上无下线槽，线圈均匀的粘贴在磁芯的外圆上。
6.根据权利要求1?3中任一项所述的一种高比重永磁无刷直流陀螺电机，其特征在于:所述轴承为油润滑精密滚珠轴承。
7.根据权利要求1?3所述的一种高比重永磁无刷直流陀螺电机，其特征在于:所述一种高比重永磁无刷直流陀螺电机为二相永磁无刷直流电机。
8.根据权利要求7所述的一种高比重永磁无刷直流陀螺电机，其特征在于:所述一种高比重永磁无刷直流陀螺电机为二相永磁无刷直流电机，所用控制电路为用反电势作位置信号；逻辑电路控制电机转动；锁相电路控制转速稳定度。
9.根据权利要求1所述的一种高比重永磁无刷直流陀螺电机，其特征在于:所述转子环为鹤基高比重合金材料，材料比重为17.6g/cm3,所述定子磁芯为软磁铁氧体,所述定子磁芯上无下线槽，线圈均匀的粘贴在磁芯的外圆上，所述轴承为油润滑精密滚珠轴承，所述一种高比重永磁无刷直流陀螺电机为二相永磁无刷直流电机，所用控制电路为用反电势作位置信号；逻辑电路控制电机转动；锁相电路控制转速稳定度。
【文档编号】H02K29/00GK103633804SQ201310667660
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年12月10日 优先权日:2013年12月10日
【发明者】李浒, 刘海瑞, 许水珠, 王鹏 申请人:天津市陆航电机技术有限公司