[发明专利]力-位移特性对称的双相插片式直动电磁铁

说明书

技术领域

本发明涉及属于流体传动及控制领域中电液比例/伺服阀用的电-机械转换器，尤其涉及一种力-位移特性对称的双相插片式直动电磁铁。

背景技术

在电液比例/伺服控制系统中，作为电液比例/伺服阀关键部件的电-机械转换器由于工作行程较小，其性能主要追求电能与机械能转换的实时性和精度，也就是要求在保证一定的输出力/力矩的同时，尽量取得较高的动态响应。另外，在特殊环境下（如车载或者航空航天等应用场合），还要求阀以及电-机械转换机构在保证输出功率的同时，能尽量减少外形尺寸和重量。

与传统的电-机械转换器如力矩马达、线性力马达以及比例电磁铁相比，双凸齿式阀用电-机械转换器的最大特征是定子和转子(衔铁)上开有若干小齿，因而具有输出力(力矩)和控制精度与转子(衔铁)的齿数成正比的特点，近年来在基于液压伺服螺旋机构的2D阀等领域里得到了应用。双凸齿式阀用电-机械转换器按照定子分相方式的不同可以分为径向分相式和轴向分相式两种，后者与前者相比，通过将定子励磁相改置于永磁体的一侧或两侧，从而可以构成多种旋转式、直动式、单相以及双相等新型的阀用电-机械转换器，而且很容易设计成湿式耐高压结构。

在交流控制方式下工作的电磁元件都存在涡流的问题，一般都是通过将定转子铁芯叠片的方式来降低涡流损耗。轴向分相式的双凸齿式阀用电-机械转换器由于不能像径向分相结构那样沿轴向叠片，所以只能采用整体式结构。但该结构在交流方式控制下涡流效应严重，使得电-机械转换器的无用功损耗增高，线圈发热严重，涡流还对控制绕组内电流的变化起到一定的阻碍作用，影响了电-机械转换器的动态性能。另外，其定转子整体式结构的特点也决定了必须要使用整块金属作为铁芯的软磁材料，从而使得重量居高不下，影响了整机的功率重量比。为此，也有专利提出利用增强尼龙等塑料材料作为定转子保持架，通过插片的方式构成低涡流高动态的轴向分相式电-机械转换器。

无论是整体式结构还是插片式结构的直动式轴向分相电-机械转换器，其基本工作原理都是将定子分为两相置于永磁体两边，定子依次和衔铁构成四段环形的工作气隙，永磁体在四段工作气隙下产生极化磁场，两个励磁线圈各自在其所属定子相内产生控制磁场，励磁电流方向变化而引起控制磁场对永磁体极化磁场作差动叠加以产生电磁力。如果假设定子铁芯和衔铁的磁阻为零，则永磁体在四段工作气隙下产生的极化磁场强度相同，此时磁路对称，即电-机械转换器在不同方向励磁电流下获得的力-位移特性幅值相等，力-位移特性是对称的；然而实际情况是定子铁芯和衔铁都具有一定的磁阻，按照磁路理论，此时距离永磁体较远的两段工作气隙下的极化磁场强度较弱，而距离永磁体较近的两段工作气隙下的极化磁场较强，这就造成了电-机械转换器的磁路不对称，当励磁电流的磁场和永磁体的磁场差动叠加时，电-机械转换器的力-位移特性受到励磁电流方向的影响，即在不同方向的励磁电流下获得的力-位移特性幅值不等，呈现出一种不对称的特征，当将其作为阀用电-机械转换器使用时，这种不对称的力-位移特性会影响到阀的定位精度，使其无法呈现出比例/伺服阀应有的高性能。

发明内容

本发明要克服现有技术受定子铁芯和衔铁的磁阻效应影响，呈现出一种不对称的特征的缺陷，提供一种能够克服铁芯和衔铁的磁阻效应影响，不同方向励磁电流下获得的力-位移特性幅值相等，力-位移特性对称的电磁铁。

力-位移特性对称的双相插片式直动电磁铁，包括定子部件、衔铁部件、壳体以及前后端盖，所述定子部件位于衔铁部件的外侧，所述定子部件具有双相电流励磁结构；

所述永磁体11为圆环形状，其轴向尺寸S2要求保持为定子以及衔铁硅钢片齿距Pt的（K-1/2）倍，K为任意正整数；永磁体11位于所述定子左保持架和定子右保持架之间且被轴向磁化成N极和S极；永磁体11必须按照整个圆周均分的方式划分成偶数个区域，每个区域均轴向充磁，且N极区域和S极区域间隔排列；

所述四个定子保持架形状相同，均为中空的半圆柱体，杯体外圆周面开有径向均匀分布的插槽，其形状尺寸要求和定子硅钢片4相同；定子硅钢片4为冷冲压成型的扁平匚形状，其两个末端上分别开有轴向均匀分布且数目相等的小齿，小齿的齿宽和槽宽相等；定子硅钢片4两条内边的距离S1为齿距Pt的整数倍；定子硅钢片4插入四个定子保持架上的插槽以构成产生电磁力所必需的定子凸齿结构;