高性能旋转电磁执行器制造技术

本实用新型专利技术公开了高性能旋转电磁执行器。利用定转子或定转子轭本身作为贯通式导磁铁芯或导磁轭，形成“一吸一排”增力型并联励磁通道，工作气隙降为原来的一半，相同励磁安匝下本实用新型专利技术电磁力矩可达普通旋转电磁铁的20~30倍以上，长时维持电流仅为普通的5%以下或为零，本身具有长时自保持堵转功能。从根本上解决了现有旋转电磁铁出力小、吸合和维持电流大、体积大、成本高、可靠性差等长期制约工程应用的瓶颈问题，提供了一种结构紧凑、工艺简单、输出扭矩和转动角度大、具有长时自保持功能、控制简单的高性能旋转电磁执行器。本实用新型专利技术可广泛应用于通用电磁执行器、电磁操作机构（包括断路器、电磁阀、制动器等）等工业和民用多个领域。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于机电领域，具体涉及一种高性能旋转电磁执行器。
技术介绍
电磁铁、接触器作为电磁执行器已经广泛应用于各行各业，主要分为直线直动式和旋转式两种。直线直动式电磁铁因结构简单，功率范围宽，应用范围最为广泛。目前市场上出售的旋转式电磁铁的输出扭矩一般较小，大都在几十毫牛米到几牛米，一般仅能用于小功率应用场合，对于多数大功率应用场合，难以满足使用要求。旋转电磁铁或旋转电磁执行器的现有技术主要有:常规的旋转电磁铁、利用滚珠的轴向磁路电磁旋转装置、磁钢转角电磁铁、拨杆式转角电磁铁、磁阻式转角电磁铁、有限转角电动机、低速大扭矩电机。在这些旋转电磁执行器中，常规电励磁旋转电磁铁，输出力矩较小；利用滚珠的轴向磁路电磁旋转装置靠机械将轴向运动转变成径向运动，转轴轴向颤动较大，可靠性较差；磁钢转角电磁铁工作时需用专门的脉冲电流控制；拨杆式转角电磁铁是利用放置在左、右两个常规直动电磁铁中间的与旋转轴相连的拨杆带动转轴旋转，结构上较为复杂、体积较大、转换环节多、转轴周向颤动和转动惯量较大；磁阻式转角电磁铁是将绕在定子上的单个通电线圈产生的轴向磁场引导到错位配置的动磁极与静磁极之间形成N、S异性磁极进而产生切向分力和切向力矩使转轴旋转，因无永磁的参与，输出扭矩和转角难以有根本性提高；有限转角电动机结构工艺复杂、制作成本较高；由于旋转负载一般仅要求转动几度到几十度，而且是间歇工作制，直接选用低速大扭矩旋转电机充当旋转电磁铁来工作，不仅体积、功率很大，造成“大马拉小车”现象，而且还面临电机长期堵转（零转速）问题，需要变频控制或特殊结构才能维持零转速状态，长时堵转工作电流大，电机及其控制装置复杂，一般只在不得已情况下才采用。此外，在制动器、离合器、电磁阀、接触器、操作机构等长工作行程（大工作气隙）、重载领域作为打开（松开）动力源，为了克服很大的制动弹簧力等重型负载力矩，还存在吸合电流过大（可达维持电流的十几倍甚至数十倍）、振动冲击大、体积大、控制装置复杂、功耗大、成本高等固有缺陷，已成为制约其工程应用的瓶颈问题。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是现有旋转电磁执行器结构复杂，转换环节多，转动角度小，输出功率低，动作和长时维持电流大，体积大，自重大，成本高、控制装置复杂等一系列瓶颈问题。本技术的技术方案是以下述方法实现的：高性能旋转电磁执行器，包括定子轭、设置在定子轭上的至少一个定子、转子轭、设置在转子轭上的至少一个转子，所述定子轭为圆筒型，所述转子轭为圆柱型或圆筒型，定子固定在定子轭的内缘上并与转子轭间隙设置，转子固定在转子轭的外缘上并与定子轭间隙设置，定子和转子之间为可变间隙设置。进一步，所述定子或转子由至少一组铁芯组成，或由至少一组外表面开槽、槽内嵌有磁体的铁芯组成，或由至少一组铁芯和至少一组磁体沿径向排列而成，至少一个定子或转子的铁芯上设置至少一个励磁线圈。进一步，所述定子轭、转子轭为非导磁材料，至少一组励磁线圈或磁体位于定子铁芯或转子铁芯的中部或中部附近或内外圆周表面之间，使定子铁芯和转子铁芯之间形成励磁通路。进一步，所述定子轭为导磁材料、转子轭为非导磁材料，至少一组励磁线圈或磁体位于定子或转子的铁芯外圆周表面或外圆周表面附近，使定子铁芯、转子铁芯与定子轭之间形成励磁通路。进一步，所述定子轭为非导磁材料、转子轭为导磁材料，至少一组励磁线圈或磁体位于定子或转子的铁芯内圆周表面或内圆周表面附近，使定子铁芯、转子铁芯与转子轭之间形成励磁通路。进一步，所述的转子或转子轭与定子或定子轭之间设置复位弹簧装置或复位阻尼装置或限位装置或行程开关或位置传感器。本技术所述的高性能旋转电磁执行器，巧妙运用圆筒内部空间和对称结构的特点，提供一种结构紧凑，工艺简单，成本低廉，体积小，输出扭矩和转动角度大、可靠性高、具有长时自保持堵转功能、高效节能、控制简单等突出优点的高性能旋转电磁执行器，以克服现有技术的不足。附图说明图1为本技术实施例1结构示意图。图2~5为本技术实施例2结构示意图。图6~7为本技术实施例3结构示意图。图8~13为本技术实施例4结构示意图。附图中：1定子轭，2转子铁芯，3转子轭，4转子线圈，5定子线圈，6定子铁芯，7磁体。具体实施方式下面结合附图和实施例对本技术进一步作出阐述。实施例1如图1所示，高性能旋转电磁执行器，包括定子轭、设置在定子轭上的至少一个定子、转子轭、设置在转子轭上的至少一个转子，所述定子轭为圆筒型，所述转子轭为圆柱型或圆筒型，定子固定在定子轭的内缘上并与转子轭间隙设置，转子固定在转子轭的外缘上并与定子轭间隙设置，定子和转子之间为可变间隙设置，定子和转子之间的可变气隙通过转子轭或转轴与定子轭相对转动实现。转子的外缘与定子轭的内缘、定子的内缘与转子轭的外缘之间为小间隙设置，主要作为安装和装配间隙，一般很小在0.1~0.5mm之间,相对于几十毫米的定子和转子之间的大工作气隙，此装配小间隙可忽略不计。转子轭和定子轭为非导磁材料，定子和转子为带励磁线圈的铁芯，使定子铁芯和转子铁芯之间形成励磁通路：任意相邻两个定、转子铁芯之间围绕相邻的各一个通电线圈边，相互耦合的两对铁芯齿连同齿间的两个工作气隙构成励磁通路（以下称为“双气隙磁路”或“双气隙结构”），因此，励磁回路除了必经的两个工作气隙外没有别的能量损失。定、转子各励磁线圈的设置和绕向使得大气隙侧相邻两个通电线圈边（若绕向相同应同相位）的励磁磁场相互增强产生吸力和吸引力矩、小气隙侧相邻两个通电线圈边（若绕向相同应反相位）的励磁磁场相互减弱产生排斥力和排斥力矩，形成合力矩使转子和转轴转动，这种“一吸一排”励磁线圈和励磁通路的设置使得相同励磁安匝下本技术比普通“吸引式（无排斥力）”结构的力矩可增加50~100%以上。实施例2如图2~5所示，高性能旋转电磁执行器，包括定子轭、设置在定子轭上的至少一个定子、转子轭、设置在转子轭上的至少一个转子，所述定子轭为圆筒型，所述转子轭为圆柱型或圆筒型，定子固定在定子轭的内缘上并与转子轭间隙设置，转子固定在转子轭的外缘上并与定子轭间隙设置，定子和转子之间为可变间隙设置，定子和转子之间的可变气隙通过转子轭或转轴与定子轭相对转动实现。转子与定子轭、定子与转子轭之间为小间隙设置。转子轭和定子轭其中一个为导磁材料、另一个为非导磁材料，定子和转子为带励磁线圈的铁芯，使定子铁芯和转子铁芯与导磁的定子轭或转子轭之间形成励磁通路。以图2为例，一对定子、一对转子对称设置，所述定子轭为导磁材料、转子轭为非导磁材料，至少一组励磁线圈位于定子或转子的铁芯外圆周表面或外圆周表面附近，任意相邻两个定、转子铁芯之间围绕相邻的各一个通电线圈边，相互耦合的一对铁芯齿连同齿间的一个工作气隙与导磁的定子轭构成励磁通路（以下称为“单气隙磁路”或“单气隙结构”），因此，励磁回路除了必经的一个工作气隙外没有别的能量损失，磁阻大为减小。定、转子各励磁线圈的设置和绕向使得大气隙侧相邻两个通电线圈边（若绕向相同应同相位）的励磁磁场相互增强产生吸力和吸引力矩、小气隙侧相邻两个通电线圈边（若绕向相同应反相位）的励磁磁场相互减弱产生排斥力和排斥力矩，形成合力矩使转子和转轴转动，力矩显著增加。经过有限元仿真计算证明，本技术这种“单气隙结构”产本文档来自技高网...

【技术保护点】
高性能旋转电磁执行器，其特征在于，包括定子轭、设置在定子轭上的至少一个定子、转子轭、设置在转子轭上的至少一个转子，所述定子轭为圆筒型，所述转子轭为圆柱型或圆筒型，定子固定在定子轭的内缘上并与转子轭间隙设置，转子固定在转子轭的外缘上并与定子轭间隙设置，定子和转子之间为可变间隙设置。

【技术特征摘要】
1.高性能旋转电磁执行器，其特征在于，包括定子轭、设置在定子轭上的至少一个定子、转子轭、设置在转子轭上的至少一个转子，所述定子轭为圆筒型，所述转子轭为圆柱型或圆筒型，定子固定在定子轭的内缘上并与转子轭间隙设置，转子固定在转子轭的外缘上并与定子轭间隙设置，定子和转子之间为可变间隙设置。2.根据权利要求1所述的高性能旋转电磁执行器，其特征在于，所述定子或转子由至少一组铁芯组成，或由至少一组外表面开槽、槽内嵌有磁体的铁芯组成，或由至少一组铁芯和至少一组磁体沿径向排列而成，至少一个定子或转子的铁芯上设置至少一个励磁线圈。3.根据权利要求2所述的高性能旋转电磁执行器，其特征在于，所述定子轭、转子轭为非导磁材料，至少一组励磁线圈或磁体位于定子铁芯或转子铁芯的中部或中...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪旭东，许宝玉，许孝卓，汪慧，封海潮，
申请(专利权)人：焦作市华鹰机电技术有限公司，
类型：新型
国别省市：河南;41