一種磁路對(duì)稱(chēng)的旋轉(zhuǎn)電磁鐵的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于流體傳動(dòng)及控制領(lǐng)域中的電-機(jī)械能量轉(zhuǎn)換裝置，尤其涉及一種磁路對(duì)稱(chēng)的旋轉(zhuǎn)電磁鐵。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，利用伺服螺旋機(jī)構(gòu)原理工作的2D數(shù)字伺服閥因其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)速度快，精度高，抗污染能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，而在金屬材料試驗(yàn)機(jī)、地震模擬震動(dòng)臺(tái)以及相關(guān)航空航天領(lǐng)域等得到了廣泛應(yīng)用。常規(guī)的2D數(shù)字伺服閥用電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器一般為混合勵(lì)磁的旋轉(zhuǎn)電磁鐵，其結(jié)構(gòu)按照電磁鐵定子分相方式的不同可以分為軸向分相和徑向分相兩種，前者與后者相比有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):第一、采用軸向分相，控制繞組可以用環(huán)形線圈，繞制和下線工藝簡(jiǎn)單，線圈漆皮不易受傷，電磁鐵的電氣可靠性?xún)?yōu)于徑向分相結(jié)構(gòu)；第二、軸向分相的電磁鐵可以采用0形密封圈對(duì)轉(zhuǎn)子容腔進(jìn)行密封，從而可以使得油液進(jìn)入轉(zhuǎn)子工作腔，使其成為“濕式”的電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器，將其直接與2D數(shù)字閥相連，可構(gòu)成所謂的直動(dòng)閥，有利于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及取消動(dòng)密封；第三、徑向分相結(jié)構(gòu)由于要留出空間繞制線圈，其定子空間無(wú)法全部用于開(kāi)齒。而軸向分相結(jié)構(gòu)整個(gè)定子圓周上可全部開(kāi)齒，提高了有效空間的利用情況，從而提升了電磁鐵的輸出力矩。
[0003]軸向分相式電磁鐵的基本工作原理都是將定子分為單相或者兩相置于永磁體的單邊或者兩邊，定子依次和轉(zhuǎn)子構(gòu)成若干段環(huán)形的工作氣隙，永磁體在工作氣隙下產(chǎn)生極化磁場(chǎng)，勵(lì)磁線圈在其所屬定子相內(nèi)產(chǎn)生控制磁場(chǎng)，勵(lì)磁電流方向變化而引起控制磁場(chǎng)對(duì)永磁體極化磁場(chǎng)作差動(dòng)疊加以產(chǎn)生電磁力矩。如果假設(shè)定轉(zhuǎn)子鐵芯磁阻為零，則永磁體在工作氣隙下產(chǎn)生的極化磁場(chǎng)強(qiáng)度相同，此時(shí)磁路對(duì)稱(chēng)，即電磁鐵在不同方向勵(lì)磁電流下獲得的矩角特性幅值相等，矩角特性是對(duì)稱(chēng)的；然而實(shí)際情況是定轉(zhuǎn)子鐵芯都具有一定的磁阻，按照磁路理論，此時(shí)距離永磁體較遠(yuǎn)的工作氣隙下的極化磁場(chǎng)強(qiáng)度較弱，而距離永磁體較近的工作氣隙下的極化磁場(chǎng)較強(qiáng)，這就造成了電磁鐵磁路不對(duì)稱(chēng)，當(dāng)勵(lì)磁電流的磁場(chǎng)和永磁體的磁場(chǎng)差動(dòng)疊加時(shí)，電磁鐵的矩角特性受到勵(lì)磁電流方向的影響，即在不同方向的勵(lì)磁電流下獲得的矩角特性幅值不等，呈現(xiàn)出一種不對(duì)稱(chēng)的特征，當(dāng)將其作為閥用電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器使用時(shí)，這種不對(duì)稱(chēng)的矩角特性會(huì)影響到2D數(shù)字閥的定位精度，使其無(wú)法呈現(xiàn)出應(yīng)有的高性能。為解決這個(gè)問(wèn)題，也有專(zhuān)利提出將轉(zhuǎn)子和定子齒在徑向和軸向上同時(shí)錯(cuò)齒，并采用定轉(zhuǎn)子保持架注塑成型的方法構(gòu)成磁路對(duì)稱(chēng)的插片式旋轉(zhuǎn)電磁鐵，其矩角特性可保持嚴(yán)格對(duì)稱(chēng)，缺點(diǎn)是定轉(zhuǎn)子無(wú)法用傳統(tǒng)的機(jī)械加工方式進(jìn)行，制作時(shí)需要專(zhuān)門(mén)的注塑模具，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有的磁路對(duì)稱(chēng)式旋轉(zhuǎn)電磁鐵定轉(zhuǎn)子無(wú)法用傳統(tǒng)的機(jī)械加工方式進(jìn)行，制作時(shí)需要專(zhuān)門(mén)的注塑模具，費(fèi)時(shí)費(fèi)力的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且加工簡(jiǎn)便的磁路對(duì)稱(chēng)式旋轉(zhuǎn)電磁鐵。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:
一種磁路對(duì)稱(chēng)的旋轉(zhuǎn)電磁鐵，包括前段蓋和后端蓋，所述的前段蓋和后端蓋上安裝有轉(zhuǎn)子部件，所述的轉(zhuǎn)子部件兩側(cè)的前段蓋和后端蓋上分別安裝有定子部件；所述轉(zhuǎn)子部件包括通過(guò)第一軸承和第二軸承安裝在前端蓋和后端蓋上的轉(zhuǎn)子軸，可繞中心軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，所述的轉(zhuǎn)子軸的兩側(cè)分別安裝有第一永磁體、第二永磁體、轉(zhuǎn)子第一段、轉(zhuǎn)子第二段和轉(zhuǎn)子第三段；所述的定子部件包括第一軛鐵、第二軛鐵、第三軛鐵、第四軛鐵、線圈和線圈保持架。
[0006]所述的轉(zhuǎn)子第二段的外側(cè)安裝有第二軛鐵和第三軛鐵，所述的第二軛鐵和第三軛鐵上開(kāi)設(shè)有開(kāi)口，且所述的第二軛鐵和第三軛鐵上的開(kāi)口相對(duì)放置形成空腔；所述的空腔內(nèi)安裝有線圈保持架，所述的線圈保持架為圓環(huán)狀的線圈保持架；所述的線圈保持架上環(huán)繞有線圈組成電流勵(lì)磁源；所述的轉(zhuǎn)子第一段的外側(cè)安裝有第一軛鐵，所述的轉(zhuǎn)子第三段的外側(cè)安裝有第四軛鐵；所述的前段蓋、第一軛鐵、第二軛鐵、第三軛鐵、第四軛鐵和后端蓋之間依次穿過(guò)第一軸且利用第三軸承、第四軸承固連，使第一軛鐵、第四軛鐵分別鑲嵌在前端蓋和后端蓋的側(cè)壁內(nèi)。
[0007]所述的第一軛鐵和第四軛鐵均呈圓環(huán)狀；所述的第二軛鐵和第三軛鐵均呈半開(kāi)口狀，且所述第二軛鐵、第三軛鐵上的開(kāi)口相對(duì)放置形成空腔；所述第一軛鐵和第四軛鐵的一側(cè)開(kāi)設(shè)有圓環(huán)形凹槽，另一側(cè)開(kāi)設(shè)有圓環(huán)形凸臺(tái)；所述的第二軛鐵和第三軛鐵的一側(cè)均開(kāi)設(shè)有圓環(huán)形凹槽；其中所述的第二軛鐵的圓環(huán)形凹槽內(nèi)鑲嵌有第一軛鐵的圓環(huán)形凸臺(tái)，所述的第一軛鐵的圓環(huán)形凹槽鑲嵌在前端蓋的凸臺(tái)上；所述的第三軛鐵的圓環(huán)形凹槽內(nèi)鑲嵌有第四軛鐵的圓環(huán)形凸臺(tái)，所述第四軛鐵的圓環(huán)形凹槽鑲嵌在后端蓋的凸臺(tái)上；所述的第一軛鐵、第二軛鐵、第三軛鐵、第四軛鐵內(nèi)圓環(huán)的圓周面均布開(kāi)設(shè)有小齒，且第一軛鐵、第二軛鐵、第三軛鐵、第四軛鐵上的小齒齒數(shù)相同。
[0008]所述第一軛鐵、第四軛鐵齒形位置相同，所述的第二軛鐵和第一軛鐵之間錯(cuò)齒1/4個(gè)齒距，所述的第三軛鐵和第二軛鐵之間錯(cuò)齒1/2個(gè)齒距；所述的第三軛鐵外表面開(kāi)有長(zhǎng)方形導(dǎo)線引出凹槽，以方便將線圈端引出與外界控制電路相連。
[0009]所述轉(zhuǎn)子軸由方形段、大圓形段和小圓形段依次銜接而成，且所述的方形段寬度大于大圓形段的直徑，所述的小圓形段的直徑小于大圓形段的直徑；使得所述轉(zhuǎn)子軸呈階梯狀；所述的方形段與轉(zhuǎn)子第一段、轉(zhuǎn)子第二段、轉(zhuǎn)子第三段配合安裝，保證旋轉(zhuǎn)時(shí)不易變位；所述轉(zhuǎn)子第一段、轉(zhuǎn)子第二段、轉(zhuǎn)子第三段均為中心開(kāi)設(shè)有方形孔的圓環(huán)狀設(shè)置，且所述的轉(zhuǎn)子第一段、轉(zhuǎn)子第三段上圓環(huán)的一側(cè)周邊開(kāi)設(shè)有圓環(huán)形凹槽，所述的轉(zhuǎn)子第二段上圓環(huán)的兩側(cè)周邊均開(kāi)設(shè)有圓環(huán)形凹槽；所述的第一永磁體為圓環(huán)狀第一永磁體，所述的第二永磁體為圓環(huán)狀第二永磁體；所述的轉(zhuǎn)子第一段和轉(zhuǎn)子第二段的圓環(huán)形凹槽上鑲嵌有第一永磁體，所述的轉(zhuǎn)子第二段和轉(zhuǎn)子第三段的圓環(huán)形凹槽上鑲嵌有第二永磁體；所述的轉(zhuǎn)子第一段、轉(zhuǎn)子第二段、和轉(zhuǎn)子第三段的外圓周面上開(kāi)設(shè)有與第一軛鐵、第二軛鐵、第三軛鐵、第四軛鐵齒數(shù)相同的小齒。
[0010]所述的前段蓋和后端蓋之間穿過(guò)第二軸且利用第五軸承固連。
[0011]所述的前端蓋為不導(dǎo)磁材料制成的非導(dǎo)磁體前端蓋；所述的后端蓋為不導(dǎo)磁材料制成的非導(dǎo)磁體后端蓋；所述的線圈保持架為不導(dǎo)磁材料制成的非導(dǎo)磁體線圈保持架；所述的轉(zhuǎn)子軸為不導(dǎo)磁材料制成的非導(dǎo)磁體轉(zhuǎn)子軸；所述第一軛鐵為軟磁材料制成的導(dǎo)磁體第一軛鐵；所述的第二軛鐵為軟磁材料制成的導(dǎo)磁體第二軛鐵；所述的第三軛鐵為軟磁材料制成的導(dǎo)磁體第三軛鐵；所述的第四軛鐵為軟磁材料制成的導(dǎo)磁體第四軛鐵；所述的轉(zhuǎn)子第一段為軟磁材料制成的導(dǎo)磁體轉(zhuǎn)子第一段；所述的轉(zhuǎn)子第二段為軟磁材料制成的導(dǎo)磁體轉(zhuǎn)子第二段；所述的轉(zhuǎn)子第三段為軟磁材料制成的導(dǎo)磁體轉(zhuǎn)子第三段。
[0012]本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明通過(guò)改進(jìn)的雙磁鋼式電磁設(shè)計(jì)，使得通過(guò)機(jī)械加工的方式也可以制作出磁路對(duì)稱(chēng)的旋轉(zhuǎn)電磁鐵，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工便利。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明轉(zhuǎn)子軸的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明轉(zhuǎn)子第一段或轉(zhuǎn)子第三段的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為本發(fā)明轉(zhuǎn)子第二段的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5為本發(fā)明第二軛鐵的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6為本發(fā)明第三軛鐵的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖7為本發(fā)明第一永磁體或第二永磁體的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖8為本發(fā)明轉(zhuǎn)子軸一側(cè)的轉(zhuǎn)子部件和定子部件的初始位置的工作原理示意圖；
圖9為本發(fā)明轉(zhuǎn)子軸一側(cè)的轉(zhuǎn)子部件和定子部件，且線圈通X方向電流時(shí)的工作原理示意圖；
圖10為本發(fā)明轉(zhuǎn)子軸一側(cè)的轉(zhuǎn)子部件和定子部件，且線圈通Θ方向電流時(shí)的工作原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0015]參照?qǐng)D1?7所示，一種磁路對(duì)稱(chēng)的旋轉(zhuǎn)電磁鐵，包括前段蓋3和后端蓋8，所述的前段蓋3和后端蓋8上安裝有轉(zhuǎn)子部件，所述的轉(zhuǎn)子部件兩側(cè)的前段蓋3和后端蓋8上分別安裝有定子部件；所述轉(zhuǎn)子部件包括通過(guò)第一軸承23和第二軸承11安裝在前端蓋3和后端蓋8上的轉(zhuǎn)子軸24，可繞中心軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，所述的轉(zhuǎn)子軸24的兩側(cè)分別安裝有第一永磁體20、第二永磁體16、轉(zhuǎn)子第一段22、轉(zhuǎn)子第二段17和轉(zhuǎn)子第三段10 ;所述的定子部件包括第一軛鐵4、第二軛鐵5、第三軛鐵6、第四軛鐵7、線圈19和線圈保持架18。
[0016]所述的轉(zhuǎn)子第二段17的外側(cè)安裝有第二軛鐵5和第三軛鐵6，所述的第二軛鐵5和第三軛鐵6上開(kāi)設(shè)有開(kāi)口，且所述的第二軛鐵5和第三軛鐵6上的開(kāi)口相對(duì)放置形成空腔；所述的空腔內(nèi)安裝有線圈保持架18，所述的線圈保持架18為圓環(huán)狀的線圈保持架，所述的線圈保持架18上環(huán)繞有線圈19組成電流勵(lì)磁源；所述的轉(zhuǎn)子第一段22的外側(cè)安裝有第一軛鐵4，所述的轉(zhuǎn)子第三段10的外側(cè)安裝有第四軛鐵7 ;所述的前段蓋3、第一軛鐵4、第二軛鐵5、第三軛鐵6、第四軛鐵7和后端蓋8之間依次穿過(guò)第一軸1且利用第三軸承2、第四軸承9固連，使第一軛鐵4、第四軛鐵7分別鑲嵌在前端蓋3和后端蓋8的側(cè)壁內(nèi)。
[0017]所述的第一軛鐵4和第四軛鐵7均呈圓環(huán)狀；所述的第二軛鐵5和第三軛鐵6均呈半開(kāi)口狀，且所述第二軛鐵5、第三軛鐵6上的開(kāi)口相對(duì)放置形成空腔；所述第一軛鐵4和第四軛鐵7的一側(cè)開(kāi)設(shè)有圓環(huán)形凹槽14，另一側(cè)開(kāi)設(shè)有圓環(huán)形凸臺(tái)15 ;所述的第二軛鐵5和第三軛鐵6的一側(cè)均開(kāi)設(shè)有圓環(huán)形凹槽14 ;其中所述的第二軛鐵5的圓環(huán)形凹槽14內(nèi)鑲嵌有第一軛鐵4的圓環(huán)形凸臺(tái)15，所述的第一軛鐵4的圓環(huán)形凹槽14鑲嵌在前端蓋3的凸臺(tái)上；所述的第三軛鐵6的圓環(huán)形凹槽14內(nèi)鑲嵌有第四軛鐵7的圓環(huán)形凸臺(tái)15，所述第四軛鐵7的圓環(huán)形凹槽14鑲嵌在后端蓋8的凸臺(tái)上；所述的第一軛鐵4、第二軛鐵5、第三軛鐵6、第四軛鐵7內(nèi)圓環(huán)的圓周面均布開(kāi)設(shè)有小齒21，且第一軛鐵4、第二軛鐵5、第三軛鐵6、第四軛鐵7上的小齒21齒數(shù)相同。
[0018]所述第一軛鐵4、第四軛鐵7齒形位置相同，所述的第二軛鐵5和第一軛鐵4之間錯(cuò)齒1/4個(gè)齒距，所述的第三軛鐵6和第二軛鐵5之間錯(cuò)齒1/2個(gè)齒距；所述的第三軛鐵6外表面開(kāi)有長(zhǎng)方形導(dǎo)線引出凹槽25，以方便將線圈19端引出與外界控制電路相連。
[0019]所述轉(zhuǎn)子軸24由方形段26、大圓形段32和小圓形段28依次銜接而成，且所述的方形段26寬度大于大圓形段32的直徑，所述的小圓形段28的直徑小于大圓形段32的直徑；使得所述轉(zhuǎn)子軸24呈階梯狀；所述的方形段26與轉(zhuǎn)子第一段22、轉(zhuǎn)子第二段17、轉(zhuǎn)子第三段10配合安裝，保證旋轉(zhuǎn)時(shí)不易變位；所述轉(zhuǎn)子第一段2