專利名稱：耐高壓永磁雙向旋轉(zhuǎn)比例電磁鐵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流體控制系統(tǒng)中比例閥、伺服閥用的電-機械轉(zhuǎn)換機構(gòu)，尤其涉及一種耐高壓永磁雙向旋轉(zhuǎn)比例電磁鐵。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)比例電磁鐵雖然輸出轉(zhuǎn)角和輸出轉(zhuǎn)矩較大，但僅能提供單向驅(qū)動能力，且由于線圈腔與高壓油腔相通，不具有耐高壓特性。常規(guī)伺服閥先導級用力矩馬達雖然頻響高，且具有耐高壓特性，不過輸出轉(zhuǎn)角和輸出轉(zhuǎn)矩較小，線性工作區(qū)間小，且具有負的磁彈簧剛度，控制特性不佳，無法直接驅(qū)動功率級閥芯；此外，常規(guī)力矩馬達是通過結(jié)構(gòu)復雜、加工困難的隔壓膜片獲得耐高壓特性，成本昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
為了提高輸出轉(zhuǎn)角和輸出轉(zhuǎn)矩，增大線性工作區(qū)間和頻響，通過簡單可靠的方式獲得耐高壓特性，降低系統(tǒng)能耗，本發(fā)明的目的在于提供一種耐高壓永磁雙向旋轉(zhuǎn)比例電磁鐵。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種耐高壓永磁雙向旋轉(zhuǎn)比例電磁鐵，其特征在于包括定子極靴、銜鐵轉(zhuǎn)子、N塊軛鐵、殼體、N個控制線圈、前端蓋、后端蓋、軸承；定子極靴由N塊非導磁體沿周向均勻分割成N塊導磁體并焊合為一整體；定子極靴內(nèi)裝有銜鐵轉(zhuǎn)子，銜鐵轉(zhuǎn)子由徑向?qū)ΨQ布置的N塊永磁體和轉(zhuǎn)軸組成，轉(zhuǎn)軸中段截面為N邊的正多邊形，轉(zhuǎn)軸兩端截面為圓形，N塊永磁體固定在轉(zhuǎn)軸中段上，磁極呈交錯分布，沿周向相鄰磁極的磁場方向相反；銜鐵轉(zhuǎn)子通過固定在轉(zhuǎn)軸兩端的軸承支撐在前端蓋和后端蓋中；殼體內(nèi)圓柱面上沿周向?qū)ΨQ固定有N塊軛鐵，N塊軛鐵的內(nèi)端面上裝有定子極靴，N塊軛鐵、定子極靴和殼體三者固定成一體，定子極靴上的N塊導磁體與N塊軛鐵相緊密接觸，并呈對稱分布；銜鐵轉(zhuǎn)子上每塊永磁體與相對的定子極靴上的導磁體形成兩個工作氣隙；以上所述的N為大于等于2的偶數(shù)。
定子極靴上N塊非導磁體呈對稱的扇形，且使N塊導磁體每兩塊間形成一隔磁間距ξ。
銜鐵轉(zhuǎn)子上N塊永磁體的磁極面曲率半徑R1大于定子極靴內(nèi)圓柱的曲率半徑R2。
所述的前端蓋、后端蓋為非導磁材料制成的非導磁體。
所述的殼體、N塊軛鐵、轉(zhuǎn)軸均為軟磁材料制成的良導磁體。
本發(fā)明與背景技術(shù)相比，具有的有益的效果是1、輸出力矩(或轉(zhuǎn)角)可以雙向連續(xù)控制，無零位死區(qū)；2、輸出力矩(或轉(zhuǎn)角)大，功率重量比高，線性工作區(qū)間大；3、具有正的磁彈簧剛度，工作穩(wěn)定性好；4、靜態(tài)特性非線性誤差小，滯環(huán)小，頻響較高；5、耐高壓結(jié)構(gòu)簡單可靠，易實現(xiàn)，工作壓力最高為31.5MPa；6、轉(zhuǎn)子永磁體充磁簡單，無需沿徑向充磁。
因此，本發(fā)明可應用于比例閥、伺服閥功率級閥芯的直接驅(qū)動。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理示意圖；圖2為本發(fā)明結(jié)構(gòu)原理示意圖的A-A向剖視圖；圖3為本發(fā)明轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明定子極靴和永磁體結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明在零位時不同激勵條件下的工作示意圖；圖6為本發(fā)明靜態(tài)零位電流-轉(zhuǎn)矩特性。
圖中1、前端蓋，2、殼體，3、4、5、6、軛鐵，7、定子極靴，8、9、10、11、控制線圈，12、后端蓋，13、軸承，14、銜鐵轉(zhuǎn)子，15、16、17、18、永磁體，19、轉(zhuǎn)軸，20、保持卡環(huán)，21、22、23、24、導磁體，25、26、27、28、非導磁體，29、30、31、32、33、34、35、36、工作氣隙，37、前端蓋伸出端，38、后端蓋伸出端，39、密封圈，40、轉(zhuǎn)軸中段。
具體實施例方式
本發(fā)明以四極結(jié)構(gòu)為例，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
如圖1、圖2、圖3所示，本發(fā)明包括定子極靴7、銜鐵轉(zhuǎn)子14、軛鐵3、4、5、6、殼體2、控制線圈8、9、10、11、前端蓋1、后端蓋12、軸承13；定子極靴7由非導磁體25、26、27、28沿周向均勻分割成四部分導磁體21、22、23、24并焊合為一整體，內(nèi)部能承受很高的流體壓力；定子極靴7與后端蓋12相固定，前端蓋1和后端蓋12分別固定在殼體2上；定子極靴7內(nèi)裝有銜鐵轉(zhuǎn)子14，銜鐵轉(zhuǎn)子14由徑向?qū)ΨQ布置的四塊永磁體15、16、17、18和轉(zhuǎn)軸19組成，轉(zhuǎn)軸19中段40截面為偶數(shù)邊的正多邊形，轉(zhuǎn)軸19兩端截面為圓形，永磁體15、16、17、18固定在轉(zhuǎn)軸19中段40上，磁極呈交錯分布，周向相鄰磁極的磁場方向相反，其中，永磁體16、18的N極朝外，永磁體15、17的S極朝外，銜鐵轉(zhuǎn)子14通過固定在轉(zhuǎn)軸19兩端的軸承13支撐在前端蓋1和后端蓋12中，可繞中心軸轉(zhuǎn)動；前端蓋伸出端37和后端蓋伸出端38分別與定子極靴7的內(nèi)圓柱面相配，前端蓋伸出端37和后端蓋伸出端38上開有環(huán)形槽，可放入密封圈39使控制線圈8、9、10、11與高壓油相隔離；殼體2外表面靠近端面處開有一導線引出孔，以方便將控制線圈8、9、10、11端引出與外界控制電路相連；殼體2內(nèi)圓柱面上沿周向?qū)ΨQ固定有四塊軛鐵3、4、5、6，軛鐵3、4、5、6的內(nèi)端面上裝有定子極靴7，軛鐵3、4、5、6、定子極靴7和殼體2三者固定成一體，定子極靴7上的導磁體21、22、23、24分別與軛鐵3、4、5、6相緊密接觸，并呈對稱分布；銜鐵轉(zhuǎn)子14上每塊永磁體與相對的定子極靴7上的導磁體形成兩個工作氣隙，永磁體15分別與導磁體21、24形成兩個工作氣隙29，30，永磁體16分別與導磁體21、22形成兩個工作氣隙31，32，永磁體17分別與導磁體22、23形成兩個工作氣隙33，34，永磁體18分別與導磁體23、24形成兩個工作氣隙35，36。
如圖4所示，為獲得線性控制特性和正的磁彈簧剛度，增大線性工作區(qū)間，定子極靴7和永磁體15、16、17、18的極面形狀經(jīng)過了特殊設(shè)計。定子極靴7上非導磁體25、26、27、28呈對稱的扇形，且使導磁體21、22、23、24間形成一隔磁間距ξ，隔磁間距ξ過小會減小輸出力矩，隔磁間距ξ過大會增大非線性誤差；銜鐵轉(zhuǎn)子14上永磁體15、16、17、18的磁極面曲率半徑R1大于定子極靴7內(nèi)圓柱的曲率半徑R2，曲率半徑R1過小會增大非線性誤差，減小線性工作區(qū)間。
通過由非導磁材料制成的保持卡環(huán)20使永磁體21、22、23、24可靠固定在轉(zhuǎn)軸19中段40上。
為滿足偏置磁通和控制磁通的要求，耐高壓永磁雙向旋轉(zhuǎn)比例電磁鐵的前端蓋1、后端蓋12均為非導磁材料制成的非導磁體，殼體2、軛鐵3、4、5、6、轉(zhuǎn)軸19均為軟磁材料制成的良導磁體。
如圖5(a)所示，控制線圈不通電流，工作氣隙29、30、31、32、33、34、35、36內(nèi)只有永磁體15、16、17、18產(chǎn)生的偏置磁場，且工作氣隙29、30、31、32、33、34、35、36中的磁場強度都相同，銜鐵轉(zhuǎn)子14停留在中位；如圖5(b)所示，控制線圈8、9、10、11通入圖示方向控制電流，其中，“”表永控制電流沿紙面向里，“⊙”表示控制電流沿紙面向外；軛鐵3中控制磁通方向沿紙面朝下，軛鐵4中控制磁通方向沿紙面朝右，軛鐵5中控制磁通方向沿紙面朝上，軛鐵6中控制磁通方向沿紙面朝左，控制磁通與偏置磁通在工作氣隙29、30、31、32、33、34、35、36中相互疊加，工作氣隙30、32、34、36中磁場強度增強，工作氣隙29、31、33、35中磁場強度減弱，轉(zhuǎn)子銜鐵14受到順時針方向的力矩，朝順時針方向旋轉(zhuǎn)；同理，當控制線圈8、9、10、11通入相反方向的控制電流后，轉(zhuǎn)子銜鐵14將受到順時針方向的力矩，朝順時針方向旋轉(zhuǎn)，如圖5(c)所示。耐高壓永磁雙向旋轉(zhuǎn)比例電磁鐵的工作方式為差動型。
由于永磁體15、16、17、18磁阻大，且工作氣隙29、30、31、32、33、34、35、36是通過重合面積發(fā)生變化而改變，而非通過距離變化而改變，所以轉(zhuǎn)角-力矩特性具有負的斜率，磁彈簧剛度為正值，靜態(tài)零位電流-轉(zhuǎn)矩特性呈線性，如圖6所示。
上述具體實施方式
用來解釋說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)，對本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種耐高壓永磁雙向旋轉(zhuǎn)比例電磁鐵，其特征在于包括定子極靴(7)、銜鐵轉(zhuǎn)子(14)、N塊軛鐵、殼體(2)、N個控制線圈、前端蓋(1)、后端蓋(12)、軸承(13)；定子極靴(7)由N塊非導磁體沿周向均勻分割成N塊導磁體并焊合為一整體；定子極靴(7)內(nèi)裝有銜鐵轉(zhuǎn)子(14)，銜鐵轉(zhuǎn)子(14)由徑向?qū)ΨQ布置的N塊永磁體和轉(zhuǎn)軸(19)組成，轉(zhuǎn)軸(19)中段(40)截面為N邊的正多邊形，轉(zhuǎn)軸(19)兩端截面為圓形，N塊永磁體固定在轉(zhuǎn)軸(19)中段(40)上，磁極呈交錯分布，沿周向相鄰磁極的磁場方向相反；銜鐵轉(zhuǎn)子(14)通過固定在轉(zhuǎn)軸(19)兩端的軸承(13)支撐在前端蓋(1)和后端蓋(12)中；殼體(2)內(nèi)圓柱面上沿周向?qū)ΨQ固定有N塊軛鐵，N塊軛鐵的內(nèi)端面上裝有定子極靴(7)，N塊軛鐵、定子極靴(7)和殼體(2)三者固定成一體，定子極靴(7)上的N塊導磁體與N塊軛鐵相緊密接觸，并呈對稱分布；銜鐵轉(zhuǎn)子(14)上每塊永磁體與相對的定子極靴(7)上的導磁體形成兩個工作氣隙；以上所述的N為大于等于2的偶數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐高壓永磁雙向旋轉(zhuǎn)比例電磁鐵，其特征在于定子極靴(7)上N塊非導磁體呈對稱的扇形，且使N塊導磁體每兩塊間形成一隔磁間距ξ。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐高壓永磁雙向旋轉(zhuǎn)比例電磁鐵，其特征在于銜鐵轉(zhuǎn)子(14)上N塊永磁體的磁極面曲率半徑R1大于定子極靴(7)內(nèi)圓柱的曲率半徑R2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐高壓永磁雙向旋轉(zhuǎn)比例電磁鐵，其特征在于所述的前端蓋(1)、后端蓋(12)為非導磁材料制成的非導磁體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐高壓永磁雙向旋轉(zhuǎn)比例電磁鐵，其特征在于所述的殼體(2)、N塊軛鐵、轉(zhuǎn)軸(19)均為軟磁材料制成的良導磁體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種耐高壓永磁雙向旋轉(zhuǎn)比例電磁鐵。是屬于流體控制系統(tǒng)中比例閥、伺服閥用的電－機械轉(zhuǎn)換機構(gòu)。耐高壓永磁雙向旋轉(zhuǎn)比例電磁鐵采用由非導磁材料焊合的定子極靴，定子極靴內(nèi)裝有由永磁體、轉(zhuǎn)軸構(gòu)成的銜鐵轉(zhuǎn)子，定子極靴外表面裝有軛鐵，軛鐵上繞有控制線圈，永磁體產(chǎn)生的偏置磁場與控制線圈產(chǎn)生的控制磁場差動疊加，在銜鐵轉(zhuǎn)子上可得到與輸入信號成比例、雙向、連續(xù)的輸出力矩。耐高壓永磁雙向旋轉(zhuǎn)比例電磁鐵能耗低，滯環(huán)小，無零位死區(qū)，具有良好的靜、動態(tài)特性。因此，本發(fā)明可應用于比例閥、伺服閥功率級閥芯的直接驅(qū)動。
文檔編號H01F7/14GK1805078SQ200610049209
公開日2006年7月19日 申請日期2006年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月23日
發(fā)明者丁凡, 崔劍, 翁振濤 申請人:浙江大學, 寧波華液機器制造有限公司