基于混合气隙的高频直动式力马达制造技术

一种基于混合气隙的高频直动式力马达，包括衔铁部件、轭铁部件、复位弹簧部件、前端盖、外壳，衔铁部件包括第一衔铁和第二衔铁、推杆，衔铁长边的对角线上各凸出一个方向相反的90°的凸台，轭铁部件的轭铁架的两臂之间跨设有连接桥路，控制线圈安装在连接桥路中部，轭铁架的两臂端部的相对侧凸出，形成四个相互对称的轴向极靴；控制线圈沿着轭铁架到四个轴向极靴的路径完全对称且相等；衔铁部件安装在轭铁架四个轴向极靴、四个第二径向极靴以及连接桥路构成的立体空间内部，轭铁架与第一衔铁和第二衔铁的凸台分别形成轴向的第一工作气隙、第三工作气隙、第二工作气隙、第四工作气隙；衔铁部件与轭铁部件的四个径向极靴一一对应形成径向气隙。

High frequency direct acting force motor based on mixed air gap

【技术实现步骤摘要】
基于混合气隙的高频直动式力马达
本专利技术属于流体传动及控制领域中伺服比例阀用的电-机械转换器，尤其涉及一种基于混合气隙的高频直动式力马达。技术背景电液控制器件中，电-机械转换器是一个关键部件。提高电-机械转换器的频响和带载能力是提高电液伺服阀频响的一个前提。目前在电液控制器件中应用的电-机械转换器主要有永磁力矩马达、动圈式力马达、比例电磁铁和动铁式力马达。阀用电-机械转换器按照可动件的形式可分为直线位移式和角位移式两种，按可动件结构形式可分为动铁式和动圈式两种，前者可动件是衔铁，后者可动件是动圈。动铁式力马达与动圈式力马达相比，尽管价格更贵，但具有体积小、重量轻、输出力大的优点，因此应用日益广泛。传统的比例电磁铁由于其体积较大，且只能给伺服比例阀提供单向驱动力，因此通常需要采用两个比例电磁铁来实现伺服比例阀的换向，这使得伺服比例阀的质量增加，惯性增大，因此响应速度较慢。因此，传统的比例电磁铁并不适用需要快速动态响应的使用场合。但是比例电磁铁由于结构上的特殊设计，使之形成特殊形式的磁路，从而使它获得的基本吸力特性——水平力-位移特性与普通直流电磁铁的吸力特性有着原则区别。力马达由于驱动力大的优点往往用于工业领域,直接驱动阀芯,成为在直动式电液伺服阀上应用最广泛的电-机械转换器。例如，MOOG公司开发了用于D633/D634直动式电液伺服阀的永磁极化式双向线性力马达，采用了单线圈、双永磁体的结构型式，利用线圈控制磁场和径向永磁极化磁场的差动驱动方式，实现力马达双向控制，具有节能、可靠、成本低等性能优势。该力马达拥有一个对中弹簧,可实现断电归中,同时对中弹簧也保证力马达输出的阀芯驱动力与输入电流成正比。这种力马达输出力大,确保伺服阀可以克服液动力和摩擦力,提高伺服阀抗污染性。但是该力马达的惯性环节相对笨重，所以响应也相对缓慢,频响一般都不会很高,而且长期工作还会出现发热的问题。李其朋等在单向比例电磁铁的分析基础上，提出一种新型耐高压电-机械转换器，通过径长比选取、线圈永磁体布局、软磁材料和硬磁材料分析等设计，减少摩擦力并改善磁通，研究出提高响应速度的方法，做到线性工作范围±1mm，最大驱动力为±60N，非线性度小于0.5％，滞环小于2％，幅频宽达到160Hz。李勇等基于动铁式电-机械转换器的功能转换关系及其效率分析，概述了多种降低功耗的方法，提出了低功耗耐高压单向比例电磁铁和低功耗耐高压双向线性力马达两种结构，前者采用阶梯环形的极靴和衔铁等结构设计，构成了一个轴向工作气隙和两个径向工作气隙，线性工作行程为1.4mm，非线性小于4％，滞环小于2％，力动态响应上升时间为47ms，频响为36Hz，额定稳态功耗为9.5W，室温下稳态线圈温升为42.5℃。孟彬等提出一种高频直动式力马达，具有高频响应，输出力大的特点，但是其控制线圈的单侧布置使得到四处工作气隙距离不等，从而导致磁路分布不均匀，工作气隙磁通不对称，往复输出力大小不相同，是需要着重改进的一点。同时，电流与位移非线性关系是动铁式力马达的普遍问题，若能运用特殊的补偿方法，添加混合气隙改进磁路，将能很好的改善其力-位移特性。在此基础上，提出一种基于混合气隙的高频直动式力马达，使其具有水平力-位移特性曲线，实现电流-力-位移的线性转换。
技术实现思路
为了实现电流-力-位移的线性转换，利用混合气隙，本专利技术提供一种高频响应、磁路对称、具有水平力-位移特性曲线的动铁式力马达。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于混合气隙的高频直动式力马达，包括衔铁部件、轭铁部件、复位弹簧部件、前端盖、外壳，所述衔铁部件包括第一衔铁和第二衔铁、推杆、第一永磁体和第二永磁体。所述第一衔铁长边的对角线上各凸出一个方向相反的90°的凸台，所述第一衔铁上的凸台外侧各自额外添加一个竖直的第一径向极靴。所述第一衔铁的两端各有一个长方形的凹槽，中间有一个圆弧凹槽，所述第一永磁体、第二永磁体均被径向充磁成N级和S极，所述第一衔铁两端长方形的凹槽内分别与第一永磁体、第二永磁体的N极面贴合，所述第一衔铁及第一衔铁的一对凸台均被第一永磁体、第二永磁体磁化成N极端，所述第一衔铁、第二衔铁结构完全相同，反向相互扣合。所述第二衔铁两端长方形的凹槽内分别与第一永磁体、第二永磁体的S极面贴合，所述第二衔铁及第二衔铁的一对凸台均被第一永磁体、第二永磁体磁化成S极端。所述第一衔铁与第二衔铁安装第一永磁体和第二永磁体后组成一个不完整圆孔，该圆孔用于安装推杆。所述推杆为一轴体，沿长轴方向即为轴向，沿半径方向即为径向，沿圆周方向即为周向。所述第一衔铁、第二衔铁的组合圆孔夹紧推杆左端两轴肩之间的部分，所述推杆的中间部分安装在第二外壳上的直线轴承内，所述推杆的右端连接复位弹簧部件，所述推杆右端从前端盖露出的部分与伺服比例阀的阀芯直接连接。所述推杆被限制径向运动，可以周向运动，但主要作用是做轴向直线运动。其他部件的轴向和径向判断皆以推杆轴为标准。所述轭铁部件包括轭铁架和控制线圈，包括平行设置的第一臂和第二臂，两臂的中部的上端面之间跨设有连接桥路，连接桥路高于第一臂和第二臂所在的平面，所述控制线圈安装在轭铁架中间的连接桥路中部，所述轭铁架第一臂和第二臂端部的相对侧凸出，形成四个相互对称的轴向极靴。所述控制线圈沿着轭铁架到四个轴向极靴的路径完全对称且相等。所述衔铁部件安装在轭铁架四个轴向极靴、额外的四个第二径向极靴以及连接桥路构成的立体空间内部，此时第一衔铁的一对凸台分别与轭铁架左端的上极靴、右端的下极靴组成第一工作气隙、第三工作气隙，第二衔铁的一对凸台分别与轭铁架左端的下极靴、右端的上极靴组成第二工作气隙、第四工作气隙，所述第一工作气隙、第二工作气隙、第三工作气隙、第四工作气隙在未通电的情况下，大小完全相等。所述衔铁部件的四个第一径向极靴与所述轭铁部件的四个第二径向极靴一一对应形成径向气隙，该径向气隙在衔铁部件轴向运动时大小恒定不变。沿轴向方向上，衔铁部件的四个第一径向极靴与轭铁部件四个第二径向极靴恰好错位布置，轭铁部件上的第二径向极靴更加靠近外侧。进一步，所述复位弹簧部件包括复位弹簧、第一弹簧底座、第二弹簧底座和第二弹簧底座限位环；所述的外壳包括第一外壳和第二外壳，复位弹簧部件安装在第二外壳内，衔铁部件和轭铁部件安装在第一外壳内；所述第一弹簧底座安装在第二外壳的左端，所述第二弹簧底座安装在前端盖左端的环形凹槽内，所述第二弹簧底座限位环安装在第二弹簧底座的右端，所述复位弹簧的左端安装在第一弹簧底座，所述复位弹簧的右端安装在第二弹簧底座。所述第一弹簧底座和所述第二弹簧底座除了被第二外壳和前端盖限制，也被推杆在第二外壳部位内的两轴肩限制。所述第一外壳右端开口与所述第二外壳左端密封连接，所述前端盖的左端与所述第二外壳的右端密封连接。进一步，所述的前端盖、推杆、第一弹簧底座、第二弹簧底座、第一外壳和第二外壳均为不导磁材料制成的非导磁体；所述轭铁、第一衔铁和第二衔铁均为软磁材料制成的导磁体。本专利技术的有益效果主要表现在：1、该基于混合气本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于混合气隙的高频直动式力马达，包括衔铁部件、轭铁部件、复位弹簧部件、前端盖、外壳，其特征在于：所述衔铁部件包括第一衔铁和第二衔铁、推杆、第一永磁体和第二永磁体；所述第一衔铁长边的对角线上各凸出一个方向相反的90°的凸台，所述第一衔铁上的凸台外侧各自额外添加一个竖直的第一径向极靴；所述第一衔铁的两端各有一个长方形的凹槽，中间有一个圆弧凹槽，所述第一永磁体、第二永磁体均被径向充磁成N级和S极，所述第一衔铁两端长方形的凹槽内分别与第一永磁体、第二永磁体的N极面贴合，所述第一衔铁及第一衔铁的一对凸台均被第一永磁体、第二永磁体磁化成N极端，所述第一衔铁、第二衔铁结构完全相同，反向相互扣合；所述第二衔铁两端长方形的凹槽内分别与第一永磁体、第二永磁体的S极面贴合，所述第二衔铁及第二衔铁的一对凸台均被第一永磁体、第二永磁体磁化成S极端；所述第一衔铁与第二衔铁安装第一永磁体和第二永磁体后组成一个不完整圆孔，该圆孔用于安装推杆；/n所述推杆为一轴体，沿长轴方向即为轴向，沿半径方向即为径向，沿圆周方向即为周向；所述第一衔铁、第二衔铁的组合圆孔夹紧推杆左端两轴肩之间的部分，所述推杆的中间部分安装在第二外壳上的直线轴承内，所述推杆的右端连接复位弹簧部件，所述推杆右端从前端盖露出的部分与伺服比例阀的阀芯直接连接；所述推杆被限制径向运动，可以周向运动，但主要作用是做轴向直线运动；其他部件的轴向和径向判断皆以推杆轴为标准；/n所述轭铁部件包括轭铁架和控制线圈，包括平行设置的第一臂和第二臂，两臂的中部的上端面之间跨设有连接桥路，连接桥路高于第一臂和第二臂所在的平面，所述控制线圈安装在轭铁架中间的连接桥路中部，所述轭铁架第一臂和第二臂端部的相对侧凸出，形成四个相互对称的轴向极靴；所述控制线圈沿着轭铁架到四个轴向极靴的路径完全对称且相等；所述衔铁部件安装在轭铁架四个轴向极靴、四个第二径向极靴以及连接桥路构成的立体空间内部，此时第一衔铁的一对凸台分别与轭铁架左端的上极靴、右端的下极靴组成第一工作气隙、第三工作气隙，第二衔铁的一对凸台分别与轭铁架左端的下极靴、右端的上极靴组成第二工作气隙、第四工作气隙，所述第一工作气隙、第二工作气隙、第三工作气隙、第四工作气隙在未通电的情况下，大小完全相等；/n所述衔铁部件的四个第一径向极靴与所述轭铁部件的四个第二径向极靴一一对应形成径向气隙，该径向气隙在衔铁部件轴向运动时大小恒定不变；沿轴向方向上，衔铁部件的四个第一径向极靴与轭铁部件四个第二径向极靴恰好错位布置，轭铁部件上的第二径向极靴更加靠近外侧。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于混合气隙的高频直动式力马达，包括衔铁部件、轭铁部件、复位弹簧部件、前端盖、外壳，其特征在于：所述衔铁部件包括第一衔铁和第二衔铁、推杆、第一永磁体和第二永磁体；所述第一衔铁长边的对角线上各凸出一个方向相反的90°的凸台，所述第一衔铁上的凸台外侧各自额外添加一个竖直的第一径向极靴；所述第一衔铁的两端各有一个长方形的凹槽，中间有一个圆弧凹槽，所述第一永磁体、第二永磁体均被径向充磁成N级和S极，所述第一衔铁两端长方形的凹槽内分别与第一永磁体、第二永磁体的N极面贴合，所述第一衔铁及第一衔铁的一对凸台均被第一永磁体、第二永磁体磁化成N极端，所述第一衔铁、第二衔铁结构完全相同，反向相互扣合；所述第二衔铁两端长方形的凹槽内分别与第一永磁体、第二永磁体的S极面贴合，所述第二衔铁及第二衔铁的一对凸台均被第一永磁体、第二永磁体磁化成S极端；所述第一衔铁与第二衔铁安装第一永磁体和第二永磁体后组成一个不完整圆孔，该圆孔用于安装推杆；
所述推杆为一轴体，沿长轴方向即为轴向，沿半径方向即为径向，沿圆周方向即为周向；所述第一衔铁、第二衔铁的组合圆孔夹紧推杆左端两轴肩之间的部分，所述推杆的中间部分安装在第二外壳上的直线轴承内，所述推杆的右端连接复位弹簧部件，所述推杆右端从前端盖露出的部分与伺服比例阀的阀芯直接连接；所述推杆被限制径向运动，可以周向运动，但主要作用是做轴向直线运动；其他部件的轴向和径向判断皆以推杆轴为标准；
所述轭铁部件包括轭铁架和控制线圈，包括平行设置的第一臂和第二臂，两臂的中部的上端面之间跨设有连接桥路，连接桥路高于第一臂和第二臂所在的平面，所述控制线圈安装在轭铁架中间的连接桥路中部，所述轭铁架第一臂和第二臂端部的相对侧凸出，形成四个相互对称的轴向极靴；所述控制线圈沿着轭铁架到四个轴向极靴的路径完全...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟彬，戴铭柱，徐豪，刘备，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33