專利名稱：新型盤式永磁直流有刷力矩電機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電動機中的一種力矩電機，尤其是一種新型盤式永磁直流 有刷力矩電機。
背景技術：
永磁直流力矩電機是一種具有寬調速范圍的特種電機，能夠長期處于堵 轉或低速狀態下工作并輸出大力矩，由于這種特性，它被廣泛地應用于各種 自動控制領域。永磁直流力矩電機在慣性導航系統中是穩定平臺的執行元件， 它可以直接驅動負載，這樣消除了齒輪或其它傳動機構帶來的傳動誤差，隨著 新型慣性導航系統的研制，對力矩電機的靜摩擦力矩、電氣時間常數、可靠性 等技術指標提出了更高的要求，并且峰值堵轉力矩、力矩系數等力能指標也不 能下降。力矩電機中靜摩擦力矩的存在使得系統存在非線性環節——死區，死 區的存在影響了系統的穩態精度，傳統的直流有刷力矩電機中的靜摩擦力矩來 源于三個方面磁阻阻尼力矩、磁滯阻尼力矩及電刷與換向器間的機械摩擦力
矩，前兩者之和占整個靜摩擦力矩的60 70%。磁阻阻尼力矩是由于鐵芯開槽、 氣隙不勻引起的，磁滯阻尼力矩是由于鐵芯材料中的磁密B落后磁場強度H引 起的。總之，由于鐵芯軟磁材料的存在，傳統力矩電機的靜摩擦力矩較大，由 于這個問題使得傳統的直流有刷力矩電機已不能滿足高精度慣性導航系統和其 它精密型控制系統的要求。雖然一些新型的力矩電機釆用定子磁鋼斜極或轉子 斜槽、閉口或半閉口槽、不等氣隙優化磁密波形等技術盡量減小靜摩擦力矩， 但效果并不是很明顯。 發明內容
本實用新型的目的在于克服現有技術的不足，提供一種結構簡單、體積小、 靜摩擦力矩和電氣時間常數小且能有效地解決定子磁鋼防腐鍍層因腐蝕導致的 脫落物損害電機的問題、滿足高精度慣性導航系統和其它精密型控制系統要求 的新型盤式永磁直流有刷力矩電機。
本實用新型采取的技術方案是-
一種新型盤式永磁直流有刷力矩電機，由殼體、定子和轉子組成，定子和
轉子同軸安裝在殼體上，其特征在于所述的轉子為由中心至外側依次同軸固 裝且均為非導磁材料制成的軸套、換向器組件和盤式無鐵芯轉子電樞組成，所 述的換向器組件由絕緣襯套及其上同軸徑向均布固裝的換向片組成，所述的盤 式無鐵芯轉子電樞由同軸徑向均布雙層疊放的梯形線圈壓制成型，每個梯形線 圈下端的兩根引線均以相同的換向器節距連接在絕緣襯套上徑向均布固裝的換
3所述的定子由左定子和右定子相對扣裝組成，左定子和右定子相對的內表 面均徑向均布安裝有磁極相異的永磁體，在右定子外表面的磁軛上同軸安裝有 電刷架組件，電刷架組件上設置的電刷的底面與換向片垂直接觸。
而且，所述的盤式無鐵芯轉子電樞中的梯形線圈的數量與換向片的數量相 同且換向器節距按照梯形線圈數量與電機極對數的比值設定。
而且，所述的左定子和右定子還分別安裝有一用于支撐加固永磁體的內加 強環。
而且，所述的左、右定子的永磁體外表面都同軸套裝有一無磁磁鋼罩。 而且，所述的磁鋼罩與永磁體之間的接觸面涂覆有一層絕緣粘接膠。 本實用新型的優點和積極效果是
1. 本力矩電機中的轉子不含鐵芯，軸套、絕緣襯套、換向片、梯形線圈以 及各部件連接用的環氧樹脂膠均為非導磁材料，使用該轉子后從根本上消除了 力矩電機中的磁阻阻尼力矩和磁滯阻尼力矩，力矩電機的靜摩擦力矩只剩下電 刷與換向器間的機械摩擦力矩，靜摩擦力矩較傳統有鐵芯力矩電機相比減小了 60%以上，僅為峰值堵轉力矩的1.2% (國軍標要求小于峰值堵轉力矩的6%)，
在使用時減小了力矩電機在控制系統中的死區效應，提高了系統穩態輸出精度。
2. 本力矩電機中定子上徑向均布安裝的永磁體采用由日本三環洛希生產的 致密性好、粉化顆粒小的燒結釹鐵硼材料制成，同傳統的鋁鎳鈷、釤鈷磁鋼等 材料相比較，燒結釹鐵硼材料的可逆導磁率僅為鋁鎳鈷材料的三分之一，而且 燒結釹鐵硼材料的磁能積達到48MGs.0e (384i^/m3)，采用燒結釹鐵硼材料制 成的永磁體有利于提高電機的力學性能。
3. 本力矩電機的定子舍棄了傳統的單面磁鋼和導磁環的結構，采用了雙面 定子磁鋼結構，這樣可保證即使氣隙達到5咖，電機的氣隙磁密也能達到0. 6T， 從而使電機的技術指標滿足要求。同時，由于左、右定子間的磁吸力已達到50kg 以上，所以安裝時左、右定子可自動對準最佳位置，不再需要螺釘固定，既減 少了加工程序，也便于力矩電機的整體安裝。
4. 本力矩電機中的換向器組件的加工過程是，首先在環形換向器毛坯中的 內緣處徑向均布制出換向片，然后通過環氧樹脂膠將環形換向器毛坯與絕緣襯 套固裝在一起，最后對環形換向器毛坯進行再加工，將環形換向器毛坯外緣處 多余的材料去除，加工成活后，環形換向器毛坯中只有換向片固定在絕緣襯套 上，該換向片與絕緣襯套組成換向器組件。在加工過程中采用線切割工藝，換 向片的片間間隔均勻，尺寸精度可以得到很好的保證。
5. 本力矩電機中左、右定子上均徑向均布安裝有燒結釹鐵硼材料制成的永 磁體，在左、右定子永磁體的外表面都同軸套裝有一磁鋼罩，該磁鋼罩為0.2mm 厚的無磁黃銅帶冶煉材料，該磁鋼罩很好的將永磁體與環境中的水分等有害物
4質分隔開，有效的解決了燒結釹鐵硼材料外表面的防腐鍍層因環境因素導致的 腐蝕脫落物損害電機的問題，而且為了進一步提高密封性，在磁鋼罩與永磁體 的接觸表面還涂覆有一層絕緣粘接膠。
6. 本力矩電機中的定子與轉子之間氣隙較大，電樞電感僅為傳統電機的十 分之一，電氣時間常數也減小了一個數量級左右。同時，轉子采用無鐵芯轉子 電樞后，轉子質量變小，轉動慣量變小，電機的機械時間常數也得到減小。上 述兩方面有助于提高該直流力矩電機作為系統執行機構的動作快速性，提高其 響應速度。
7. 本力矩電機采用大氣隙，即定子與轉子間的機械間隙達到lmm以上，因 而降低了定子與轉子的加工精度要求，特別是降低了轉子灌環氧樹脂膠成形的 尺寸精度要求，解決了現有轉子結構中轉子灌膠成形后的尺寸精度難以保證的 問題。同時由于定子與轉子之間的大氣隙，定子上安裝的永磁體無需作精密的 磨削就可以直接安裝，與傳統的鋁鎳鈷材料制成的永磁體定子相比較，定子的 加工量減少了 80%以上，定子和轉子加工工序、工時的減少極大地降低了該力 矩電機的生產成本。
8. 本實用新型改善了傳統力矩電機中靜摩擦力矩較大造成的死區效應，提 高了系統穩態輸出精度，而且通過無磁磁鋼罩和絕緣粘接膠的結構解決了燒結 釹鐵硼材料外表面鍍層的腐蝕脫落物損害電機的問題。同時，轉子的外徑可以 做到幾乎與電機最大外徑相等，有利于提高電機的出力。另外，該電機雖然按 分裝式結構設計，但將轉子放置在定子腔中，安裝好電刷架組件后，卻能象一 體式那樣提供系統使用，因而便于安裝、運輸和儲存。


圖l是本實用新型的主視圖； 圖2是圖1的A-A向剖視圖； 圖3是圖2的I部放大圖4是環形換向器毛坯的結構示意圖； 圖5是絕緣襯套和換向片組裝后的主視圖； 圖6是圖5的B-B向剖視圖； 圖7是梯形線圈的結構示意圖8是永磁體、梯形線圈組、換向片和電刷的安裝位置示意圖； 圖9是右定子中永磁體安裝位置的示意圖io是右定子的剖視圖。
具體實施方式
下面結合實施例，對本實用新型進一步說明，下述實施例是說明性的，不 是限定性的，不能以下述實施例來限定本實用新型的保護范圍。
一種新型盤式永磁直流有刷力矩電機，如圖1 10所示，由殼體6、定子和轉子組成，定子和轉子同軸安裝在殼體上，本實用新型的創新在于-
轉子為無鐵芯轉子電樞，其具體結構是軸套4、換向器組件和盤式無鐵芯 轉子電樞7由中心至外側依次同軸固裝且各部件均為非導磁材料制成。換向器
組件由絕緣襯套3及其上同軸徑向均布固裝的換向片13組成，盤式無鐵芯轉子 電樞由同軸徑向均布雙層疊放的梯形線圈16壓制成型，每個梯形線圈下端的兩 根引線15均以相同的換向器節距連接在絕緣襯套上徑向均布固裝的換向片的上 端凹臺上。
定子由左定子5和右定子1相對扣裝組成，左定子和右定子相對的內表面 均徑向均布安裝有磁極相異的永磁體8，本實施例中永磁體為八塊且按N-S方式 粘貼在左、右定子上，永磁體由燒結釹鐵硼材料制成，在右定子的外表面的磁 軛9上同軸安裝有電刷架組件2，電刷架組件上設置的電刷12的底部與換向片 垂直相接觸。在左定子和右定子安裝永磁體的內表面還分別安裝有用于支撐加 固永磁體、防止永磁體發生徑向位移和脫落的內加強環10。為了解決燒結釹鐵 硼材料外表面防腐鍍層因腐蝕導致的脫落物損害電機的問題，在左、右定子上 的永磁體的外表面分別同軸套裝有磁鋼罩17,磁鋼罩與永磁體之間的接觸面涂 覆有一層絕緣粘接膠。
無鐵芯轉子電樞的加工過程是.-
先在專用繞線模上繞制好如圖7所示的梯形線圈16，然后如圖8所示，在 專用模具的一端面同軸均布疊放所需數量的線圈并粘接成型，對線圈整形后將 專用模具抽出，將梯形線圈組通過機床擠壓成截面為"工"型，即完成盤式無 鐵芯轉子電樞的加工。梯形線圈疊放的結構是位于每個梯形線圈的兩邊所夾 區域內的其它梯形線圈的上層邊(以每個梯形線圈疊放時外露的側邊為上層邊) 的數量為第一節距(以換向片個數為計量單位)減一，如圖8所示，l號梯形 線圈的兩個側邊所夾區域內的其它梯形線圈的上層邊分別是2號、3號、4號和 5號梯形線圈的上層邊。
換向器組件的加工裝配過程是
如圖4所示，首先制出環形換向器毛坯14，在環形的內緣處徑向均布制出 換向片后，將換向器毛坯與絕緣襯套一起灌膠成形，成型后用機床去除環形換 向器毛坯上換向片徑向外端的材料并在每個換向片的上端制出凹臺，加工好的 換向器組件的結構如圖5、圖6所示，最后再將換向器組件與軸套粘接成型。
轉子的加工過程是
盤式無鐵芯轉子電樞通過環氧樹脂膠12與換向器組件和軸套同軸固裝，轉 子電樞中的每個梯形線圈的引線焊接在換向片頂端制出的凹臺上，并由環氧樹 脂膠層密封、絕緣。
盤式無鐵芯轉子電樞中的梯形線圈引線與換向片的連接關系是
如圖8所示，電機極對數p=8，繞組第一節距^ =5個換向片，第二節距h = 5個換向片，梯形線圈數量為5 = 79，換向片數量^ = 79，梯形線圈數量與電機極對 數的比值約等于10，所以換向器節距力-10個換向片，以1號梯形線圈為例， 將1號梯形線圈上層邊的引線與70號梯形線圈(相隔l個換向器節距)的下層 邊(以每個梯形線圈疊放時被其它梯形線圈壓在下面的側邊為下層邊)的引線 擰在一起焊接在1號換向片上端的凹臺；將1號梯形線圈下層邊的引線與11號 梯形線圈上層邊的引線擰在一起，焊接在11號換向片上端的凹臺，至此，1號 梯形線圈的兩根引線焊接完畢，以此類推，將79個線圈的158根引線焊接在79 個換向片上，之后進行換向片片間電阻和線圈電阻檢查，保證焊接正確無誤。 本實用新型機殼、定子和轉子的安裝的過程是
先利用專用安裝夾具將機殼預固定在左半定子上，將轉子套在左半定子永 磁體上，利用專用夾具將右半定子緩緩放下，直至止口配合面完全接觸機殼內 圓柱面，此時左、右定子間磁吸力能達到50Kg以上，左、右定子自動對準最佳 位置，左、右定子之間以及每個定子和機殼之間無需螺釘固定，最后將電刷架 組件固定在右半定子磁軛上，即完成了整個力矩電機的裝配。
權利要求1、一種新型盤式永磁直流有刷力矩電機，由殼體、定子和轉子組成，定子和轉子同軸安裝在殼體上，其特征在于所述的轉子為由中心至外側依次同軸固裝且均為非導磁材料制成的軸套、換向器組件和盤式無鐵芯轉子電樞組成，所述的換向器組件由絕緣襯套及其上同軸徑向均布固裝的換向片組成，所述的盤式無鐵芯轉子電樞由同軸徑向均布雙層疊放的梯形線圈壓制成型，每個梯形線圈下端的兩根引線均以相同的換向器節距連接在絕緣襯套上徑向均布固裝的換向片的上端；所述的定子由左定子和右定子相對扣裝組成，左定子和右定子相對的內表面均徑向均布安裝有磁極相異的永磁體，在右定子外表面的磁軛上同軸安裝有電刷架組件，電刷架組件上設置的電刷的底面與換向片垂直接觸。
2、 根據權利要求1所述的新型盤式永磁直流有刷力矩電機，其特征在 于所述的盤式無鐵芯轉子電樞中的梯形線圈的數量與換向片的數量相同且 換向器節距按照梯形線圈數量與電機極對數的比值設定。
3、 根據權利要求1所述的新型盤式永磁直流有刷力矩電機，其特征在 于:所述的左定子和右定子還分別安裝有一用于支撐加固永磁體的內加強環。
4、 根據權利要求1所述的新型盤式永磁直流有刷力矩電機，其特征在 于所述的左、右定子的永磁體外表面都同軸套裝有一無磁磁鋼罩。
5、 根據權利要求4所述的新型盤式永磁直流有刷力矩電機，其特征在 于所述的磁鋼罩與永磁體之間的接觸面涂覆有一層絕緣粘接膠。
專利摘要本實用新型涉及一種新型盤式永磁直流有刷力矩電機，由殼體、定子和轉子組成，定子和轉子同軸安裝在殼體上，其中轉子為由中心至外側依次同軸固裝的軸套、換向器組件和盤式無鐵芯轉子電樞組成，定子由左定子和右定子相對扣裝組成。本實用新型改善了傳統力矩電機中靜摩擦力矩較大造成的死區效應，提高了系統穩態輸出精度，而且通過無磁磁鋼罩和絕緣粘接膠的結構解決了燒結釹鐵硼鍍層的防腐蝕問題。同時，轉子的外徑可以做到幾乎與電機最大外徑相等，有利于提高電機的出力。另外，該電機雖然按分裝式結構設計，但將轉子放置在定子腔中，安裝好電刷架組件后，卻能象一體式電機那樣提供系統使用，因而便于安裝、運輸和儲存。
文檔編號H02K13/04GK201365181SQ200920095650
公開日2009年12月16日 申請日期2009年2月25日 優先權日2009年2月25日
發明者凌林本, 灝 周, 東 曹, 璐 李, 潘龍飛 申請人:中國船舶重工集團公司第七○七研究所