一种拼装式铁心集中绕组的有限转角力矩器的制作方法

本发明涉及一种有限转角力矩器，具体涉及一种拼装式铁心集中绕组的有限转角力矩器定子，属于驱动器技术领域。

背景技术：

在很多设备上经常会用到一些驱动单元，用来驱动一些负载在有限转角范围内往复运动。如果负载是连续旋转的，则用传统的伺服电机驱动最为合适。对于有限转角负载，则以旋转式音圈电机和有限转角力矩器最为合适，因为这两种电机都是单相绕组直流电驱动，电路上更简单。这两种驱动元件对于小行程的负载非常有效，一般往复运动范围都在±30°以内，但对于超大行程的负载，比如±50°，则都存在致命的缺陷，甚至是无法实现的。对于旋转式音圈电机，由于磁轭的厚度和转角大小成正比，所以转角达到一定程度后电机的体积重量会急剧增加，结构严重不合理。对于有限转角力矩器而言，线圈的节距是和转角大小成正比的，行程过大以后线圈的端部过长，带来的端部损耗和尺寸增加也不能容忍。

因此，现有的技术和产品中，尚无一种能够满足超大行程驱动要求的，适宜于有限转角范围的驱动元件。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种拼装式铁心集中绕组的有限转角力矩器，通过采用特殊的磁路结构，设计出一种适宜于超大行程的有限转角力矩器，同时避免传统旋转式音圈电机磁轭过厚和传统有限转角力矩器绕组端部过长的缺陷。本发明的有限转角力矩器的有效行程可以达到±90°以内的任何数值，从而实现了对负载在超大行程有限转角范围内的精密伺服驱动。

实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种拼装式铁心集中绕组的有限转角力矩器，包括定子、转子和外壳；所述定子的定子铁心块数与转子的磁极数相同；每块定子铁心上均设有装嵌均匀分布的径向集中绕组的绕线槽，所述绕线槽绝缘后，采用径向集中绕组在每块定子铁心上绕线，所有绕线槽里面线圈的绕向均相同，将所有定子铁心安装在转子外侧拼接成一个圆，所有定子铁心外侧通过外壳固定，每相邻两个定子铁心上绕组的绕向相反，通过外部接线，把所有定子铁心的绕组连接成一个，形成完整的定子绕组。

本发明相对于现有技术的有益效果是：本发明设计了一种有限转角力矩器，采用特殊的拼装式定子铁心和径向集中绕组，可以充分扩大力矩器的运动行程，并极大地减小了绕组端部的影响，非常适宜于超大行程的有限转角往复驱动的场合。

附图说明

图1是单块定子铁心的主剖视图；

图2是转子主剖视图；

图3是在单块定子铁心的绕线槽内绕线且绕向均相同的主剖视图；

图4是在单块定子铁心的绕线槽内绕线且与图3绕向相反的主剖视图；

图5是本发明的拼装式铁心集中绕组的有限转角力矩器的主剖视图；

图6是样机的力矩曲线图。

上述图中各部件名称及标号汇总如下：

定子1、转子2、外壳3、定子铁心4、外齿5、内槽6、圆弧形铁心7、外槽8、转轴9、磁钢10、线圈11、内齿12。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1-图5所示，本实施方式披露了一种拼装式铁心集中绕组的有限转角力矩器，包括定子1、转子2和外壳3；所述定子1的定子铁心4块数与转子2的磁极数相同；每块定子铁心4上均设有装嵌均匀分布的径向集中绕组的绕线槽，所述绕线槽绝缘后，采用径向集中绕组在每块定子铁心4上绕线，所有绕线槽里面线圈11的绕向均相同，将所有定子铁心4安装在转子2外侧拼接成一个圆(每相邻两个定子铁心4的连接端可适当设计相配合的止口，方便连接)，所有定子铁心4外侧通过外壳3固定，每相邻两个定子铁心4上绕组的绕向相反，通过外部接线，把所有定子铁心4的绕组连接成一个，形成完整的定子绕组；所述外壳3为不导磁外壳；每相邻两个绕线槽之间通过齿分割开。

具体实施方式二：如图1所示，本实施方式是对具体实施方式一做出的进一步说明，每个所述齿由内齿12和外齿5组成，所述内齿12和外齿5径向相对设置并均与定子铁心4的圆弧形铁心7固定连接，相邻两个外齿5与所述圆弧形铁心7之间形成外槽8，相邻两个内齿12与圆弧形铁心7之间形成所述内槽6(要保证内外槽面积大致相同，内外槽组合构成绕线槽)。

具体实施方式三：如图2、图5所示，本实施方式是对具体实施方式一做出的进一步说明，所述转子2(采用普通有限转角力矩器结构)由转轴9和磁钢10组成，所述磁钢10的数量为n个，n为偶数，且≤8，磁钢10采用表贴式均布固定在转轴9外表面，磁钢10的n、s磁极对称且交替布置，且极弧系数小于1(需要根据所需要的转角确定磁极个数和旋转区域)，n、s磁极下的通电极性相反。

实施例1：结合图5说明，本实施例所设计的力矩器实验样机定子1外径为83mm，额定力矩为0.12nm。样机的力矩曲线如图6所示，恒力矩输出的平顶宽度是60°，对应的有限转角范围是±30°，达到了预期的设计效果。

本发明的关键技术一，是有限转角力矩器由定子1、转子2和外壳3构成。转子2采用普通有限转角力矩器结构，磁钢10采用表贴式，n、s磁极对称分布(即n磁极与n磁极对称设置，s磁极与s磁极对称设置)且n磁极与s磁极交替设置，且极弧系数小于1。需要根据所需的最大转角确定磁极个数和旋转区域。

本发明的关键技术二，是需要根据旋转区域来确定定子绕组的通电极性与通电相带宽度，必须保证n、s磁极下的通电极性相反，同时避免最大行程内正负电流的力矩相互抵消。

本发明的关键技术三，是根据旋转区域大小进行单块定子铁心4设计和单个线圈11绕制。定子铁心4块数和转子2磁极数相同，每一块定子铁心4上，设计有均匀分布的装嵌径向集中绕组的绕线槽，如图1所示。齿数z1和内槽6槽口宽度c与转子2磁极数有关，决定了力矩器的定位力矩大小，此外还要保证内外槽面积大致相同。

本发明的关键技术四，是每一块定子铁心4上的径向集中绕组的绕法必须完全相同，然后通过外部接线连接成一组。

本发明的关键技术五，是通过轻型不导磁外壳3把定子铁心4拼装成一体，同时通过外部接线，把所有定子铁心4的绕组连接成一个，形成完整的定子绕组。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明的，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其他变化，以及应用到本发明未提及的领域中，当然，这些依据本发明精神所做的变化都应包含在本发明所要求保护的范围内。

技术特征：

1.一种拼装式铁心集中绕组的有限转角力矩器，包括定子(1)、转子(2)和外壳(3)；所述定子(1)的定子铁心(4)块数与转子(2)的磁极数相同；其特征在于：每块定子铁心(4)上均设有装嵌均匀分布的径向集中绕组的绕线槽，所述绕线槽绝缘后，采用径向集中绕组在每块定子铁心(4)上绕线，所有绕线槽里面线圈(11)的绕向均相同，将所有定子铁心(4)安装在转子(2)外侧拼接成一个圆，所有定子铁心(4)外侧通过外壳(3)固定，每相邻两个定子铁心(4)上绕组的绕向相反，通过外部接线，把所有定子铁心(4)的绕组连接成一个，形成完整的定子绕组；每相邻两个绕线槽之间通过齿分割开。

2.根据权利要求1所述的一种拼装式铁心集中绕组的有限转角力矩器，其特征在于：每个所述齿由内齿(12)和外齿(5)组成，所述内齿(12)和外齿(5)径向相对设置并均与定子铁心(4)的圆弧形铁心(7)固定连接，相邻两个外齿(5)与所述圆弧形铁心(7)之间形成外槽(8)，相邻两个内齿(12)与圆弧形铁心(7)之间形成所述内槽(6)。

3.根据权利要求1所述的一种拼装式铁心集中绕组的有限转角力矩器，其特征在于：所述转子(2)由转轴(9)和磁钢(10)组成，所述磁钢(10)的数量为n个，n为偶数，且≤8，磁钢(10)采用表贴式均布固定在转轴(9)外表面，磁钢(10)的n、s磁极对称且交替布置，且极弧系数小于1，n、s磁极下的通电极性相反。

4.根据权利要求1所述的一种拼装式铁心集中绕组的有限转角力矩器，其特征在于：所述外壳(3)为不导磁外壳。

技术总结
一种拼装式铁心集中绕组的有限转角力矩器，属于驱动器技术领域。定子的定子铁心块数与转子的磁极数相同；每块定子铁心上均设有装嵌均匀分布的径向集中绕组的绕线槽，绕线槽绝缘后，采用径向集中绕组在每块定子铁心上绕线，所有绕线槽里面线圈的绕向均相同，将所有定子铁心安装在转子外侧拼接成一个圆，所有定子铁心外侧通过外壳固定，每相邻两个定子铁心上绕组的绕向相反，通过外部接线，把所有定子铁心的绕组连接成一个，形成完整的定子绕组。本发明非常适宜于超大行程的有限转角往复驱动的场合。

技术研发人员：李勇;马鹏程;王骞;赵猛;王宝超;胡建辉
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：2019.08.20
技术公布日：2019.11.19