一种有限转角电机的制作方法

本技术属于电机领域，更具体地，涉及一种有限转角电机。

背景技术：

1、有限转角电机是一种无需另加机械装置便能实现在有限范围内来回摆动的电机，在该特定应用下其具有结构简单、易于控制、转矩密度大等优点，因而有限转角电机作为一种可直驱的电动作动机构得到了广泛应用。如中国实用新型专利《一种伺服双余度有限转角力矩电机》(申请日2021.11.16)公开了沿轴向依次设置的两个定子以及位于两个定子之间的转子；转子包括转子磁轭和磁钢，转子磁轭和磁钢使转子产生沿周向极性交错分布的轴向磁场；定子包括定子磁轭，和位于定子磁轭面向转子的一面且沿周向均匀分布的多个定子齿，各定子齿上设置有电枢绕组；伺服双余度有限转角力矩电机的极数与槽数相等，定子相邻两个定子齿上的电枢绕组绕向相反且串联，定子齿与转子进行配合产生磁阻均匀分布的磁力线回路。本实用新型提供的伺服双余度有限转角力矩电机在提供良好的输出力矩特性的同时，能够实现工作绕组和备用绕组间热隔离和磁隔离。但该专利提及需要额外加装回中装置以提供回中转矩。

2、在航空航天等要求高可靠性的应用领域中，为保证电机所控制的阀门等设备在失电等故障情况下能够回到安全位置，将回中装置与有限转角电机配合使用。对回中装置的要求通常为回中转矩-角度特性呈线性，目前的应用中多采用机械结构的回中弹簧，但机械装置存在固有的机械疲劳的问题，可靠性及维护性较差。对此有学者提出了可设计为具有回中转矩-角度特性呈线性的磁性结构的回中装置，该方式虽解决了机械疲劳的问题，但由于其与电机同样通过磁场工作，需要设计放置位置或考虑磁屏蔽以使两者的工作互不影响。即便解决了上述问题，磁性结构的回中装置亦需要占据整机的体积和重量，不利于作动机构的轻量化和小型化。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种有限转角电机。本实用新型通过电机本体结构的设计以提供本需要回中装置提供的回中转矩，并且该回转矩-角度特性能够设计为线性，从而提供一种无需回中装置便可在断电时具备回中转矩的有限转角电机。

2、本实用新型的技术方案是：一种有限转角电机，定子铁心采用硅钢片叠绕制成，绕组由4个分别缠绕于单个定子铁心上的线圈构成集中绕组结构，每一定子铁心上的各线圈反向串联形成一套绕组；其特征在于：转子布置于定子的两个定子铁心中间，转子与两个定子铁心之间均隔有气隙；第一永磁体与第二永磁体一同构成“满极弧系数”的转子永磁体，定子铁心的定子齿的一部分由外径处向内径处开槽，开不同级阶梯状辅助槽，且两个定子铁心的两边定子齿对称开有阶梯状辅助槽；回中位置应为“第一级台阶辅助槽”的中心位置，后续每级辅助槽应开设于上一级辅助槽的长度内以形成阶梯状辅助槽，每一级台阶应关于“第一级台阶辅助槽”的中心线对称开槽以使得每级开槽形成的回中转矩的回中位置一致，每级辅助槽所产生的回中转矩叠加构成最终的回中转矩。

3、根据如上所述的一种有限转角电机，其特征在于：开4级阶梯状辅助槽。

4、根据如上所述的一种有限转角电机，其特征在于：4级阶梯状的辅助槽在定子铁心叠绕前冲制硅钢片或在定子铁心叠绕后切割制成。

5、根据如上所述的一种有限转角电机，其特征在于：4级阶梯状辅助槽的尺寸为：第一级深0.7mm、长17mm、宽2mm，第二级深1.5mm、长13mm、宽2mm；第三级深2.2mm、长9mm、宽2mm，第四级深2.7mm、长3mm、宽2mm。

6、根据如上所述的一种有限转角电机，其特征在于：转子永磁体采用准halbach阵列的结构，其中第一永磁体为轴向磁化的永磁体，第二永磁体为切向磁化的永磁体，第一永磁体和第二永磁体的极性分别交替以形成电机的励磁磁势。

7、根据如上所述的一种有限转角电机，其特征在于：永磁体材料为稀土材料。

8、根据如上所述的一种有限转角电机，其特征在于：还包括转子磁轭，转子磁轭为实心钢制成。

9、通过本实用新型所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得下列

10、有益效果：

11、1、本实用新型提供的有限转角电机，通过在定子齿上的一部分开阶梯状辅助槽的方式将回中装置的功能集成于电机本体，有利于实现有限转角电机的轻量化、小型化和机械结构简单化。

12、2、本实用新型提供的有限转角电机，通过选用轴向磁通结构配合定子平行齿壁开口槽的结构，在保障定子齿不出现饱和的同时为辅助槽提供了足够的设计空间，即该有限转角电机结构兼顾优异的输出转矩能力和回中转矩。

13、3、本实用新型提供的有限转角电机，通过选用准halbach的转子永磁体阵列、双定子单转子的结构以及给出辅助槽的开槽位置，能在获取设计要求的回中转矩的同时最小化开辅助槽对电机原本输出转矩性能的影响。

技术特征：

1.一种有限转角电机，定子铁心采用硅钢片叠绕制成，绕组由4个分别缠绕于单个定子铁心上的线圈构成集中绕组结构，每一定子铁心上的各线圈反向串联形成一套绕组；其特征在于：转子布置于定子的两个定子铁心中间，转子与两个定子铁心之间均隔有气隙；第一永磁体与第二永磁体一同构成“满极弧系数”的转子永磁体，定子铁心的定子齿的一部分由外径处向内径处开槽，开不同级阶梯状辅助槽，且两个定子铁心的两边定子齿对称开有阶梯状辅助槽；回中位置为“第一级台阶辅助槽”的中心位置，后续每级辅助槽应开设于上一级辅助槽的长度内以形成阶梯状辅助槽，每一级台阶关于“第一级台阶辅助槽”的中心线对称开槽以使得每级开槽形成的回中转矩的回中位置一致，每级辅助槽所产生的回中转矩叠加构成最终的回中转矩。

2.根据权利要求1所述的一种有限转角电机，其特征在于：开4级阶梯状辅助槽。

3.根据权利要求2所述的一种有限转角电机，其特征在于：4级阶梯状的辅助槽在定子铁心叠绕前冲制硅钢片或在定子铁心叠绕后切割制成。

4.根据权利要求2所述的一种有限转角电机，其特征在于：4级阶梯状辅助槽的尺寸为：第一级深0.7mm、长17mm、宽2mm，第二级深1.5mm、长13mm、宽2mm；第三级深2.2mm、长9mm、宽2mm，第四级深2.7mm、长3mm、宽2mm。

5.根据权利要求1所述的一种有限转角电机，其特征在于：第一永磁体（21）和第二永磁体（22）采用准halbach阵列的结构，其中第一永磁体为轴向磁化的永磁体，第二永磁体为切向磁化的永磁体，第一永磁体和第二永磁体的极性分别交替以形成电机的励磁磁势。

6.根据权利要求1所述的一种有限转角电机，其特征在于：第一永磁体（21）和第二永磁体（22）的材料为稀土材料。

7.根据权利要求1所述的一种有限转角电机，其特征在于：还包括转子磁轭，转子磁轭为实心钢制成。

技术总结
本技术属于电机领域，更具体地，涉及一种有限转角电机。本技术第一永磁体与第二永磁体一同构成“满极弧系数”的转子永磁体，定子铁心的定子齿的一部分由外径处向内径处开槽，开不同级阶梯状辅助槽，且两个定子铁心的两边定子齿对称开有阶梯状辅助槽；回中位置应为“第一级台阶辅助槽”的中心位置。本技术无需回中装置便可在断电时具备回中转矩的有限转角电机。

技术研发人员：彭金
受保护的技术使用者：武汉大罗技术有限公司
技术研发日：20230703
技术公布日：2024/1/15