CN1805078A

CN1805078A - 耐高压永磁双向旋转比例电磁铁

Info

Publication number: CN1805078A
Application number: CN 200610049209
Authority: CN
Inventors: 丁凡; 崔剑; 翁振涛
Original assignee: Zhejiang University ZJU; Ningbo Hoyea Machinery Manufacture Co Ltd
Current assignee: Zhejiang University ZJU; Ningbo Hoyea Machinery Manufacture Co Ltd
Priority date: 2006-01-23
Filing date: 2006-01-23
Publication date: 2006-07-19
Anticipated expiration: 2026-01-23
Also published as: CN100383896C

Abstract

本发明公开了一种耐高压永磁双向旋转比例电磁铁。是属于流体控制系统中比例阀、伺服阀用的电－机械转换机构。耐高压永磁双向旋转比例电磁铁采用由非导磁材料焊合的定子极靴，定子极靴内装有由永磁体、转轴构成的衔铁转子，定子极靴外表面装有轭铁，轭铁上绕有控制线圈，永磁体产生的偏置磁场与控制线圈产生的控制磁场差动叠加，在衔铁转子上可得到与输入信号成比例、双向、连续的输出力矩。耐高压永磁双向旋转比例电磁铁能耗低，滞环小，无零位死区，具有良好的静、动态特性。因此，本发明可应用于比例阀、伺服阀功率级阀芯的直接驱动。

Description

耐高压永磁双向旋转比例电磁铁

技术领域

本发明涉及流体控制系统中比例阀、伺服阀用的电-机械转换机构，尤其涉及一种耐高压永磁双向旋转比例电磁铁。

背景技术

传统旋转比例电磁铁虽然输出转角和输出转矩较大，但仅能提供单向驱动能力，且由于线圈腔与高压油腔相通，不具有耐高压特性。常规伺服阀先导级用力矩马达虽然频响高，且具有耐高压特性，不过输出转角和输出转矩较小，线性工作区间小，且具有负的磁弹簧刚度，控制特性不佳，无法直接驱动功率级阀芯；此外，常规力矩马达是通过结构复杂、加工困难的隔压膜片获得耐高压特性，成本昂贵。

发明内容

为了提高输出转角和输出转矩，增大线性工作区间和频响，通过简单可靠的方式获得耐高压特性，降低系统能耗，本发明的目的在于提供一种耐高压永磁双向旋转比例电磁铁。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种耐高压永磁双向旋转比例电磁铁，其特征在于：包括定子极靴、衔铁转子、N块轭铁、壳体、N个控制线圈、前端盖、后端盖、轴承；定子极靴由N块非导磁体沿周向均匀分割成N块导磁体并焊合为一整体；定子极靴内装有衔铁转子，衔铁转子由径向对称布置的N块永磁体和转轴组成，转轴中段截面为N边的正多边形，转轴两端截面为圆形，N块永磁体固定在转轴中段上，磁极呈交错分布，沿周向相邻磁极的磁场方向相反；衔铁转子通过固定在转轴两端的轴承支撑在前端盖和后端盖中；壳体内圆柱面上沿周向对称固定有N块轭铁，N块轭铁的内端面上装有定子极靴，N块轭铁、定子极靴和壳体三者固定成一体，定子极靴上的N块导磁体与N块轭铁相紧密接触，并呈对称分布；衔铁转子上每块永磁体与相对的定子极靴上的导磁体形成两个工作气隙；以上所述的N为大于等于2的偶数。

定子极靴上N块非导磁体呈对称的扇形，且使N块导磁体每两块间形成一隔磁间距ξ。

衔铁转子上N块永磁体的磁极面曲率半径R1大于定子极靴内圆柱的曲率半径R2。

所述的前端盖、后端盖为非导磁材料制成的非导磁体。

所述的壳体、N块轭铁、转轴均为软磁材料制成的良导磁体。

本发明与背景技术相比，具有的有益的效果是：

1、输出力矩(或转角)可以双向连续控制，无零位死区；

2、输出力矩(或转角)大，功率重量比高，线性工作区间大；

3、具有正的磁弹簧刚度，工作稳定性好；

4、静态特性非线性误差小，滞环小，频响较高；

5、耐高压结构简单可靠，易实现，工作压力最高为31.5MPa；

6、转子永磁体充磁简单，无需沿径向充磁。

因此，本发明可应用于比例阀、伺服阀功率级阀芯的直接驱动。

附图说明

图1为本发明的结构原理示意图；

图2为本发明结构原理示意图的A-A向剖视图；

图3为本发明转轴结构示意图；

图4为本发明定子极靴和永磁体结构示意图；

图5为本发明在零位时不同激励条件下的工作示意图；

图6为本发明静态零位电流-转矩特性。

图中：1、前端盖，2、壳体，3、4、5、6、轭铁，7、定子极靴，8、9、10、11、控制线圈，12、后端盖，13、轴承，14、衔铁转子，15、16、17、18、永磁体，19、转轴，20、保持卡环，21、22、23、24、导磁体，25、26、27、28、非导磁体，29、30、31、32、33、34、35、36、工作气隙，37、前端盖伸出端，38、后端盖伸出端，39、密封圈，40、转轴中段。

具体实施方式

本发明以四极结构为例，下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1、图2、图3所示，本发明包括定子极靴7、衔铁转子14、轭铁3、4、5、6、壳体2、控制线圈8、9、10、11、前端盖1、后端盖12、轴承13；定子极靴7由非导磁体25、26、27、28沿周向均匀分割成四部分导磁体21、22、23、24并焊合为一整体，内部能承受很高的流体压力；定子极靴7与后端盖12相固定，前端盖1和后端盖12分别固定在壳体2上；定子极靴7内装有衔铁转子14，衔铁转子14由径向对称布置的四块永磁体15、16、17、18和转轴19组成，转轴19中段40截面为偶数边的正多边形，转轴19两端截面为圆形，永磁体15、16、17、18固定在转轴19中段40上，磁极呈交错分布，周向相邻磁极的磁场方向相反，其中，永磁体16、18的N极朝外，永磁体15、17的S极朝外，衔铁转子14通过固定在转轴19两端的轴承13支撑在前端盖1和后端盖12中，可绕中心轴转动；前端盖伸出端37和后端盖伸出端38分别与定子极靴7的内圆柱面相配，前端盖伸出端37和后端盖伸出端38上开有环形槽，可放入密封圈39使控制线圈8、9、10、11与高压油相隔离；壳体2外表面靠近端面处开有一导线引出孔，以方便将控制线圈8、9、10、11端引出与外界控制电路相连；壳体2内圆柱面上沿周向对称固定有四块轭铁3、4、5、6，轭铁3、4、5、6的内端面上装有定子极靴7，轭铁3、4、5、6、定子极靴7和壳体2三者固定成一体，定子极靴7上的导磁体21、22、23、24分别与轭铁3、4、5、6相紧密接触，并呈对称分布；衔铁转子14上每块永磁体与相对的定子极靴7上的导磁体形成两个工作气隙，永磁体15分别与导磁体21、24形成两个工作气隙29，30，永磁体16分别与导磁体21、22形成两个工作气隙31，32，永磁体17分别与导磁体22、23形成两个工作气隙33，34，永磁体18分别与导磁体23、24形成两个工作气隙35，36。

如图4所示，为获得线性控制特性和正的磁弹簧刚度，增大线性工作区间，定子极靴7和永磁体15、16、17、18的极面形状经过了特殊设计。定子极靴7上非导磁体25、26、27、28呈对称的扇形，且使导磁体21、22、23、24间形成一隔磁间距ξ，隔磁间距ξ过小会减小输出力矩，隔磁间距ξ过大会增大非线性误差；衔铁转子14上永磁体15、16、17、18的磁极面曲率半径R1大于定子极靴7内圆柱的曲率半径R2，曲率半径R1过小会增大非线性误差，减小线性工作区间。

通过由非导磁材料制成的保持卡环20使永磁体21、22、23、24可靠固定在转轴19中段40上。

为满足偏置磁通和控制磁通的要求，耐高压永磁双向旋转比例电磁铁的前端盖1、后端盖12均为非导磁材料制成的非导磁体，壳体2、轭铁3、4、5、6、转轴19均为软磁材料制成的良导磁体。

如图5(a)所示，控制线圈不通电流，工作气隙29、30、31、32、33、34、35、36内只有永磁体15、16、17、18产生的偏置磁场，且工作气隙29、30、31、32、33、34、35、36中的磁场强度都相同，衔铁转子14停留在中位；如图5(b)所示，控制线圈8、9、10、11通入图示方向控制电流，其中，“”表

永控制电流沿纸面向里，“⊙”表示控制电流沿纸面向外；轭铁3中控制磁通方向沿纸面朝下，轭铁4中控制磁通方向沿纸面朝右，轭铁5中控制磁通方向沿纸面朝上，轭铁6中控制磁通方向沿纸面朝左，控制磁通与偏置磁通在工作气隙29、30、31、32、33、34、35、36中相互叠加，工作气隙30、32、34、36中磁场强度增强，工作气隙29、31、33、35中磁场强度减弱，转子衔铁14受到顺时针方向的力矩，朝顺时针方向旋转；同理，当控制线圈8、9、10、11通入相反方向的控制电流后，转子衔铁14将受到顺时针方向的力矩，朝顺时针方向旋转，如图5(c)所示。耐高压永磁双向旋转比例电磁铁的工作方式为差动型。

由于永磁体15、16、17、18磁阻大，且工作气隙29、30、31、32、33、34、35、36是通过重合面积发生变化而改变，而非通过距离变化而改变，所以转角-力矩特性具有负的斜率，磁弹簧刚度为正值，静态零位电流-转矩特性呈线性，如图6所示。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims

1、一种耐高压永磁双向旋转比例电磁铁，其特征在于：包括定子极靴(7)、衔铁转子(14)、N块轭铁、壳体(2)、N个控制线圈、前端盖(1)、后端盖(12)、轴承(13)；定子极靴(7)由N块非导磁体沿周向均匀分割成N块导磁体并焊合为一整体；定子极靴(7)内装有衔铁转子(14)，衔铁转子(14)由径向对称布置的N块永磁体和转轴(19)组成，转轴(19)中段(40)截面为N边的正多边形，转轴(19)两端截面为圆形，N块永磁体固定在转轴(19)中段(40)上，磁极呈交错分布，沿周向相邻磁极的磁场方向相反；衔铁转子(14)通过固定在转轴(19)两端的轴承(13)支撑在前端盖(1)和后端盖(12)中；壳体(2)内圆柱面上沿周向对称固定有N块轭铁，N块轭铁的内端面上装有定子极靴(7)，N块轭铁、定子极靴(7)和壳体(2)三者固定成一体，定子极靴(7)上的N块导磁体与N块轭铁相紧密接触，并呈对称分布；衔铁转子(14)上每块永磁体与相对的定子极靴(7)上的导磁体形成两个工作气隙；以上所述的N为大于等于2的偶数。

2、根据权利要求1所述的一种耐高压永磁双向旋转比例电磁铁，其特征在于：定子极靴(7)上N块非导磁体呈对称的扇形，且使N块导磁体每两块间形成一隔磁间距ξ。

3、根据权利要求1所述的一种耐高压永磁双向旋转比例电磁铁，其特征在于：衔铁转子(14)上N块永磁体的磁极面曲率半径R1大于定子极靴(7)内圆柱的曲率半径R2。

4、根据权利要求1所述的一种耐高压永磁双向旋转比例电磁铁，其特征在于：所述的前端盖(1)、后端盖(12)为非导磁材料制成的非导磁体。

5、根据权利要求1所述的一种耐高压永磁双向旋转比例电磁铁，其特征在于：所述的壳体(2)、N块轭铁、转轴(19)均为软磁材料制成的良导磁体。