有限轉角電動機介紹及主要公式推導

    曹春，楊素香，黃宇峰，程遠

(中國電子科技集團公司第二十一研究所，上海200233)

    摘要：簡單介紹有限轉角電動機種類，著重介紹帶有槽鐵心嵌線式擺動磁場型有限轉角電動機的結構、工作原理及主要技術指標、主要計算公式和主要技術參數。

    關鍵詞：有限轉角電動機；反電勢；堵轉轉矩

    中圖分類號：TM33  文獻標識碼：A  文章編號：1004—7018(2008)05—0016—02

0概述

    在有限轉角機構中，驅動負載只能在有限轉角范圍內擺動，而驅動電機可以360。正反旋轉，然后通過限位換向開關，或通過齒輪和限位換向開關，將驅動負載限制在有限轉角范圍內擺動。這種驅動電機也可以采用有限轉角電動機。有限轉角電動機只能在有限角度范圍內擺動。

    有限轉角電動機分擺動磁場型和擺動電樞型兩類。因為電機轉子本身只能在有限轉角范圍內擺動，即使是擺動電樞型有限轉角電動機也不需要通過電刷滑環，將電流直接引入電樞，所以有限轉角電動機也是一種無刷直流電動機，比一般電子換向的無刷電動機簡單，而且又不會像有刷電動機受電刷困擾。

    檢流計具有擺動空心線圈，它是典型的擺動電樞型有限轉角電動機。此外還有帶鐵心式的電樞型電動機。

  本文主要介紹擺動磁場型有限轉角電動機。

1擺動磁場型有限轉角電動機分類

1．1環形鐵心繞線式

    環形鐵心繞線式是指將線圈緊密地繞在環形導磁環上，繞制的層數可以根據結構尺寸和技術要求確定。其優點是：能充分利用軸向長度，繞組的端部尺寸等于線徑乘以繞制層數，在軸向長度很有限的情況下，能****可能地利用軸向尺寸輸出力矩；定轉子之間磁場氣隙很大，可以改善電機的靜摩擦力矩，理論上這種形式是無力矩脈動的；電機繞組的電感比較小，對控制線路的要求比較低。其缺點是：電機的磁場氣隙很大，它的氣隙磁密不高，這樣直接導致了電機的堵轉力矩不高；由于環形繞線的線圈只有通過氣隙的一段導線產生力矩，所以導線的利用率不高；環形鐵心的繞線要用專用設備，并且對設備的要求很高，繞線必須繞得均勻、緊密，而且每一層都要達到要求，否則它會影響氣隙的大小，影響力矩波動，電機的反電勢波形也不好等。

1.2有槽鐵心嵌線式

    有槽鐵心嵌線式是由有槽沖片疊裝而成的鐵心嵌線式(或將線圈粘在無槽鐵心內表面上)，這種形式是指將繞組線圈有序地嵌在有槽定子鐵心的槽里。其優點是：電機的氣隙可以設計得很小，這樣可以大大提高電機的氣隙磁密，從而提高電機的輸出力矩；定子繞組的利用率高，線圈的兩條邊都產生了力矩；定子齒槽分布較均勻，相應的定子嵌線也較均勻，這樣電機的反電勢藍線(梯形波)較好，不同的電機曲線一致性很好；電機可以像直流電機一樣嵌線，不要專用設備，工藝比較方便。其缺點是：定子的繞組形式是集中式繞組，在繞組集中的地方端部尺寸比較高，減少了鐵心長度，在軸向長度緊張的情況下，不利于電機輸出力矩；電機繞組的電感比較大，對控制線路的要求比較高；由于電機定子有齒、槽，就存在定、轉子之間的齒槽效應，由此造成了電機的靜摩擦力矩的增大和力矩波動增加。   

總之，這兩種定子繞組的形式各有優、缺點，在各種不同的項目中，可以選擇更合理的定子繞組形式來設計電機，滿足各種工程的需要。

2結構和工作原理

    有槽鐵心嵌線式擺動磁場型有限轉角電動機極

     有限轉角電動機工作原理與其它電機一樣，電樞電流基于法拉第電磁感應定律。根據電動機左手定則，圖3a為電樞電流正向通電情況下，電機應逆時針方向旋轉；而圖3b因電流反向，轉子順時針旋轉。磁極擺動超出圖示點劃線范圍，進入力矩、反電勢系數下降區域，而呈現有限轉角特性。顯然，磁極寬度6。取得窄些，有限轉角范圍就大些；6。太小，電機力能指標下降。所以，這里應當有一個權衡兼顧兩者要求的數據。如果6。對應圓周角“。，對于二對極電機，其****的轉角范圍大約為這種電機有一條“零線”，****左右偏角以“零線”為對