本发明属于电机技术领域，具体涉及一种具有大转角范围的有限转角电机。
背景技术：
在高精度光学仪器领域，其驱动系统常采用有限转角电机。现有的有限转角电机在使用时，转角范围小，转矩波动大，转动角度需要额外增加位置反馈元件进行反馈，导致伺服系统成本提高结构更加复杂，使用场合受到限制。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种具有大转角范围的有限转角电机，解决了现有的有限转角电机转角范围小转矩波动大的问题。
本发明所采用的技术方案是，具有大转角范围的有限转角电机，包括定子铁心、正弦绕组、余弦绕组、径向充磁的永磁体、转轴，正弦绕组、余弦绕组绕制在定子铁心上，转轴设置在定子铁心轴心，径向充磁永磁体粘接在转轴外圆上，正弦绕组和余弦绕组为匝数分别按正弦曲线和余弦曲线选取排布的绕组，两套所述绕组分别按正弦、余弦对应关系同时在定子铁心的齿上绕制。
本发明的特点还在于，
定子铁心采用冲片叠压制成。
正弦绕组通入按正弦规律变化的电压，余弦绕组通入与正弦绕组所通电压对应角度和量级的余弦电压。
正弦绕组和余弦绕组各自形成的合成磁场峰值位置，与所述正弦绕组和余弦绕组各自所通电压角度成正比例变化，径向充磁永磁体位置与正弦绕组和余弦绕组各自形成的合成磁场峰值位置成正比例变化。
两套绕组分别引出两根引出线。
本发明具有大转角范围的有限转角电机的有益效果是，基于sinα2+cosα2＝1的原理，驱动方式完全不同于传统的有限转角电机，解决了传统有限转角电机转角范围小、转矩波动大、只有极限位置能够定位而中间位置不易定位、转动角度需要额外增加位置反馈元件进行反馈的问题。极大地拓宽了有限转角电机的应用场合同时简化了有限转角伺服系统，降低了伺服系统成本同时提高了伺服系统的运行可靠性。
附图说明
图1是本发明具有大转角范围的有限转角电机的截面图；
图2是本发明具有大转角范围的有限转角电机的正弦绕组和余弦绕组的绕制示意图；
图3是本发明具有大转角范围的有限转角电机的正弦绕组通电压sin0×n和余弦绕组通电压cos0×n时的工作原理图；
图4是本发明具有大转角范围的有限转角电机的正弦绕组通电压sin0×n和余弦绕组通电压cos0×n时合成磁场峰值与永磁体位置变化图；
图5是本发明具有大转角范围的有限转角电机的正弦绕组通电压sin45×n和余弦绕组通电压cos45×n时的工作原理图；
图6是本发明具有大转角范围的有限转角电机的正弦绕组通电压sin45×n和余弦绕组通电压cos45×n时合成磁场峰值与永磁体位置变化图；
图7是本发明具有大转角范围的有限转角电机的正弦绕组通电压sin90×n和余弦绕组通电压cos90×n时的工作原理图；
图8是本发明具有大转角范围的有限转角电机的正弦绕组通电压sin90×n和余弦绕组通电压cos90×n时合成磁场峰值与永磁体位置变化图。
图中，1.定子铁心，2.正弦绕组，3.余弦绕组，4.径向充磁永磁体，5.转轴。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明具有大转角范围的有限转角电机，如图1所示，包括定子铁心1、正弦绕组2、余弦绕组3、径向充磁的永磁体4、转轴5，正弦绕组2、余弦绕组3绕制在定子铁心1上，所述转轴5设置在定子铁心1轴心，径向充磁永磁体4粘接在转轴5外圆上，正弦绕组2和余弦绕组3为匝数分别按正弦曲线和余弦曲线选取排布的绕组，两套所述绕组分别按正弦、余弦对应关系同时在定子铁心1的齿上绕制。
定子铁心1采用冲片叠压制成。
正弦绕组2通入按正弦规律变化的电压，余弦绕组3通入与正弦绕组2所通电压对应角度和量级的余弦电压。
正弦绕组2和余弦绕组3各自形成的合成磁场峰值位置，与所述正弦绕组2和余弦绕组3各自所通电压角度成正比例变化，径向充磁永磁体4位置与正弦绕组2和余弦绕组3各自形成的合成磁场峰值位置成正比例变化。
两套绕组分别引出两根引出线。
本发明具有大转角范围的有限转角电机，电机运行时，正弦绕组2通入按正弦规律变化的电压，余弦绕组3通入与正弦绕组2所通电压角度和量级对应的余弦电压，正弦绕组2与余弦绕组3产生的合成磁场形成一个波峰位置与正弦绕组2、余弦绕组3所通电压角度直接相关的正弦型磁场，当正弦绕组2、余弦绕组3所通电压角度变化时，两套绕组形成的合成磁场峰值位置随之改变，合成磁场吸引径向充磁的永磁体4带动转轴随之转动，即径向充磁的永磁体4位置与两套绕组合成磁场的峰值重合，也即径向充磁的永磁体4位置与正弦绕组2、余弦绕组3所通电压角度直接相关。永磁体4位置与电压角度的换算关系为永磁体位置角＝电机的转角范围÷90°×电压角度，90°指在电机转角范围内分布着四分之一个波长的正弦绕组和余弦绕组，也可以是对应实际绕组波长的其他角度，就是说该电机即是伺服驱动元件也是位置反馈元件，能够组成不含位置反馈元件但同时具有高精度运行特性的自闭环伺服系统。
如图2所示，图中深色的为正弦绕组2，浅色的为余弦绕组3，两种绕组采用相同线径的铜线，按图2中的方式共同绕制在定子铁心上，具体为：图2横坐标为绕组分布角坐标，纵坐标为匝数取值坐标，包括匝数取值坐标线在内的七条竖线代表定子铁心1沿顺时针方向的七个齿，即电机的七个齿上分布了四分之一波长的正、余弦绕组，，每条竖线与正弦曲线和余弦曲线的交点即为相应绕组在相应定子齿上的匝数比例因数，实际匝数根据电机性能要求进行计算取值但其取值必须是匝数比例因数的相同倍数取整。另外坐标系中的正余弦曲线为标准正余弦曲线，只为取得匝数比例因数，电机的实际齿距角即绕组分布角可根据实际情况选取。该电机的七个齿及全工作范围内分布四分之一波长的正、余弦绕组只为示例，可以选取其他齿数和绕组分布波长，但其匝数与相对应齿的关系必须符合图2所示。当匝数取值坐标延伸至负象限时，只需将相应绕组的线圈较正象限线圈反绕即可，匝数比例因数取绝对值。两套绕组分别引出两根引出线，即共四根引出线。正弦绕组2和余弦绕组3，二者缠绕的的匝数与定子铁心1的齿数关系为：定子铁心1的齿数为匝数取值的节点，定子铁心1的齿数在整个正余弦周期内总是均布的，因此按照每个定子铁心1的齿数的分布顺序对应正余弦曲线的节点取值匝数并取整即可。
由图3-图8所示，该发明中的有限转角电机正弦绕组2通直流电时，电压为sinα×n，余弦绕组3同时通直流电，电压为cosα×n，n为任意值，根据电机实际工况确定。此时两套绕组共同作用，在定子铁心1内圆与径向充磁永磁体4外圆之间产生一个合成磁场，其峰值位置与电压角度α的换算关系为，合成磁场峰值位置角＝电机的转角范围÷90°×α，90°指在该示例电机转角范围内分布着四分之一个波长的正弦绕组和余弦绕组，以电压角度α分别为0°、45°、90°为例，合成磁场峰值分别处于0°、108°及216°，也即有限转角电机的左端极限位置、转角范围正中和右端极限位置，与正弦分布关系完全一致，当电压角度α改变时，合成磁场峰值位置随之改变，永磁体位置也在吸引力作用下随之改变。
本发明具有大转角范围的有限转角电机，基于sinα2+cosα2＝1的原理运行，运行转速与正、余弦电压角度变化速率同步，运行转矩与正、余弦电压大小成正比，运行平稳性极高并且具有在运行范围内任意位置静止并保持转矩的特性。另外根据该电机运行原理，其转角范围最大可达360°，是该类电机所能达到的最大转角范围。