[实用新型]一种无刷直驱直线伺服执行器

说明书

本实用新型提供了一种无刷直驱直线伺服执行器，包括定子、动子和外壳，所述定子是一对电枢，镜像布置于动子两侧，所述外壳一体覆封定子，并在动子处形成动子腔，所述动子有一输出端伸出外壳，并能沿输出端方向直线运动。所述动子一侧布置有位移信号发射器，该侧外壳外布置的罩盖内有信号接收器，用于探测动子发射器位移信号。本实用新型执行器具有高可靠性、高精度、低成本的特点。

技术领域

本发明涉及一种无刷直驱直线伺服执行器，属于无刷电机领域，特别是涉及一种电枢定子一体覆封、动磁钢、带位置反馈的无刷直驱直线伺服执行器。

背景技术

在内燃机进排气应用领域，排放法规的不断升级要求进一步精确、快速、可靠的控制油耗和燃烧排放，比如采用废气再循环阀、电控可调的涡轮增压技术等来调节控制发动机。而这些调节功能需要使用能够耐受高温、震动、腐蚀，且高精度、高可靠性、高寿命的执行器。同时，大规模批量应用领域对制造成本又很敏感，由于旋转类电机应用广泛，制造成本低，直线运动通常优选旋转电机通过机械结构转换获得。

在已披露的专利US9322365B2中，为了控制发动机的废气再循环阀，有刷旋转电机首先通过一个二级齿轮进行放大，然后又通过一个偏心凸轮机构将旋转运动转换为直线运动。这类机械结构的转换，虽然可以用小功率的电机产生足够行程的线性推力，成本低廉。但对于废气再循环阀苛刻应用环境，以上技术方案存在较多的缺陷，比如机械转换结构需要高的加工精度，不管是齿轮精度还是齿轮装配相对位置精度，以及凸轮机构精度。已披露的专利US9614413B2就是为了进一步优化解决相关问题。同时考虑到使用温度变差，机械部件之间必须留有一定间隙避免卡死，考虑机械放大倍数，微小的间隙在输出端都会放大为更大倍数的运动误差；高频次长期工作后运动件进一步磨损，精度进一步降低。同时其位移传感器需要单独布置在输出端，考虑周围信号干扰，布置难度大，精度难于保证。机械部件还要承受高温、载荷冲击等，往往是产品失效的源头。使得系统寿命和可靠性大大降低。出于成本考量，通常这类方案采用的是有刷电机，由于碳刷存在磨损，其寿命受制于碳刷寿命，很难满足高可靠性内燃机应用要求。

以上方案如果使用无刷电机，如已披露的专利US7323835B2，通过一个螺杆结构将电机旋转运动转换为线性运动。虽然可以消除碳刷寿命限制，但由于需要电子换相和控制，执行器电子部分成本大大增加。所述专利就是通过优化霍尔传感器的布置来尽量降低电子部分的成本。对于内燃机高温应用环境，电子可靠性随着温度增加而大大降低，一旦突破125℃的器件等级，电子部件成本进一步增加。为确保输出端位移精度，通常还要在输出端额外增加一个位移传感器，这不但增加了电子布置难度，同时又增加了成本。而且所述专利方案同样无法避免前述机械转换结构的缺陷。

在另一个本申请人已披露的专利中（专利号CN 104377843 B），公布了一种无刷直驱旋转扭矩执行器，可以通过凸轮板结构将旋转运动转换为直线输出（参见专利CN203822497 U）。这种无刷直驱扭矩旋转执行器由于是有限转角，可以实现有刷电机一样的控制方式，无需电子换相，同时内部直接集成旋转位置传感器，从而可以满足高温、高可靠性应用，驱动控制器成本低。但还是无法脱离机械转换机构。机械结构精度、可靠性问题还是存在。仍旧不是最理想的解决方案。

虽然无刷直驱直线电机领域已有不同的专业人员进行了探索，但尚无满足上述苛刻应用领域的技术。比如最早期披露的专利US4195277，这里通过一个电枢定子单侧布置一垂直于运动方向充磁的磁钢，或两组相对布置的电枢定子中间布置一垂直于运动方向充磁的磁钢来实现动磁钢结构的线性运动。但这样的结构输出效率低，缺乏具体工业应用价值。进一步的，已披露的专利CN101451520B公开了一种两组多极绕组组成的电枢相对布置的定子，中间布置有至少一对磁钢组成的动子结构，这样的设计用于压缩机应用，在交流电流作用下，动子往复运动实现空气的压缩。这样的结构，机构复杂、体积大、制造成本高，对于苛刻的应用环境条件无法保证可靠性和寿命，电机也无法实现行程位移反馈控制。因而无法满足上述高可靠性、高精度、低成本的应用需要。

发明内容