有限转角电动机介绍及主要公式推导

    曹春，杨素香，黄宇峰，程远

(中国电子科技集团公司第二十一研究所，上海200233)

    摘要：简单介绍有限转角电动机种类，着重介绍带有槽铁心嵌线式摆动磁场型有限转角电动机的结构、工作原理及主要技术指标、主要计算公式和主要技术参数。

    关键词：有限转角电动机；反电势；堵转转矩

    中图分类号：TM33  文献标识码：A  文章编号：1004—7018(2008)05—0016—02

0概述

    在有限转角机构中，驱动负载只能在有限转角范围内摆动，而驱动电机可以360。正反旋转，然后通过限位换向开关，或通过齿轮和限位换向开关，将驱动负载限制在有限转角范围内摆动。这种驱动电机也可以采用有限转角电动机。有限转角电动机只能在有限角度范围内摆动。

    有限转角电动机分摆动磁场型和摆动电枢型两类。因为电机转子本身只能在有限转角范围内摆动，即使是摆动电枢型有限转角电动机也不需要通过电刷滑环，将电流直接引入电枢，所以有限转角电动机也是一种无刷直流电动机，比一般电子换向的无刷电动机简单，而且又不会像有刷电动机受电刷困扰。

    检流计具有摆动空心线圈，它是典型的摆动电枢型有限转角电动机。此外还有带铁心式的电枢型电动机。

  本文主要介绍摆动磁场型有限转角电动机。

1摆动磁场型有限转角电动机分类

1．1环形铁心绕线式

    环形铁心绕线式是指将线圈紧密地绕在环形导磁环上，绕制的层数可以根据结构尺寸和技术要求确定。其优点是：能充分利用轴向长度，绕组的端部尺寸等于线径乘以绕制层数，在轴向长度很有限的情况下，能****可能地利用轴向尺寸输出力矩；定转子之间磁场气隙很大，可以改善电机的静摩擦力矩，理论上这种形式是无力矩脉动的；电机绕组的电感比较小，对控制线路的要求比较低。其缺点是：电机的磁场气隙很大，它的气隙磁密不高，这样直接导致了电机的堵转力矩不高；由于环形绕线的线圈只有通过气隙的一段导线产生力矩，所以导线的利用率不高；环形铁心的绕线要用专用设备，并且对设备的要求很高，绕线必须绕得均匀、紧密，而且每一层都要达到要求，否则它会影响气隙的大小，影响力矩波动，电机的反电势波形也不好等。

1.2有槽铁心嵌线式

    有槽铁心嵌线式是由有槽冲片叠装而成的铁心嵌线式(或将线圈粘在无槽铁心内表面上)，这种形式是指将绕组线圈有序地嵌在有槽定子铁心的槽里。其优点是：电机的气隙可以设计得很小，这样可以大大提高电机的气隙磁密，从而提高电机的输出力矩；定子绕组的利用率高，线圈的两条边都产生了力矩；定子齿槽分布较均匀，相应的定子嵌线也较均匀，这样电机的反电势蓝线(梯形波)较好，不同的电机曲线一致性很好；电机可以像直流电机一样嵌线，不要专用设备，工艺比较方便。其缺点是：定子的绕组形式是集中式绕组，在绕组集中的地方端部尺寸比较高，减少了铁心长度，在轴向长度紧张的情况下，不利于电机输出力矩；电机绕组的电感比较大，对控制线路的要求比较高；由于电机定子有齿、槽，就存在定、转子之间的齿槽效应，由此造成了电机的静摩擦力矩的增大和力矩波动增加。   

总之，这两种定子绕组的形式各有优、缺点，在各种不同的项目中，可以选择更合理的定子绕组形式来设计电机，满足各种工程的需要。

2结构和工作原理

    有槽铁心嵌线式摆动磁场型有限转角电动机极

     有限转角电动机工作原理与其它电机一样，电枢电流基于法拉第电磁感应定律。根据电动机左手定则，图3a为电枢电流正向通电情况下，电机应逆时针方向旋转；而图3b因电流反向，转子顺时针旋转。磁极摆动超出图示点划线范围，进入力矩、反电势系数下降区域，而呈现有限转角特性。显然，磁极宽度6。取得窄些，有限转角范围就大些；6。太小，电机力能指标下降。所以，这里应当有一个权衡兼顾两者要求的数据。如果6。对应圆周角“。，对于二对极电机，其****的转角范围大约为这种电机有一条“零线”，****左右偏角以“零线”为对