[发明专利]用于微小扭矩校准的力矩发生器

说明书

本发明涉及一种用于微小扭矩校准的力矩发生器，包括配重块，横梁，刀口支撑，机架，外导磁筒，线圈，线圈架，梯形导磁体，磁靴，永磁体，推刀口，吊刀口，扭矩输出轴，所述横梁的倒V型缺口支撑在刀口支撑的刃上，所述横梁一端安装配重块，另一端的V型缺口连接在推刀口和吊刀口上；所述扭矩输出轴的轴线与横梁垂直并通过刀口支撑的支撑点；所述永磁体、外导磁筒、磁靴、梯形导磁体形成音圈执行器的动铁，所述动铁与推刀口和吊刀口固定连接，并通过横梁被配重块所平衡。本发明采用基于音圈驱动技术，短音圈中可以实现行程力稳定性，可调磁补偿可以产生均匀磁场，自适应球铰可以避免姿态变化引起的偏差，保证微小扭矩产生的稳定性和精准性。

技术领域

本发明涉及一种力矩发生器，特别涉及一种可以用于产生微小扭矩用于校准的力矩产生装置。

背景技术

动态扭矩测量在工业控制系统中应用场景十分广泛，在测量时需要面对振动、冲击等干扰，其扭矩是动态加载的，扭矩数据并不稳定。而研究对微小动态扭矩的测量在精密控制、航天等领域意义十分重大，而国内目前还没有这样的专用微小动态扭矩校准装置。

对于微小动态扭矩的测量一般使用微小精密等臂法原理，采用被测扭矩传感器(如陀螺马达、力矩电机等)的输出扭矩与标准装置中机械系统的力矩器部分的反馈信号给出的标准电磁力矩(经砝码标定)相平衡的原理而进行校准测试工作的。即通过一定的结构设计，使微小扭矩信号与扭矩加载系统产生的扭矩相平衡来测量微小扭矩。此原理的核心即扭矩加载系统，动态扭矩加载装置的精度、灵敏度、稳定性决定了扭矩测量装置的性能，设计合适的扭矩加载设备意义重大。但是，由于力矩加载经由中间力矩传递机构往往会引入不确定性和误差，限制了计量精度的提升。

为了避免中间传动环节带来的误差，直接驱动技术往往用于高精度的执行机构中，以音圈电机为特征的电磁力矩器可以克服上述缺点。音圈电机是一种利用永磁稳定磁场中的通电线圈来产生推力进行直接驱动的执行机构，具有直接驱动能力强、无中间传动环节、动态响应性好等特点，在精密运动控制领域具有广泛的应用。利用音圈电机驱动悬臂的末端，悬臂作为力臂在驱动力的作用下可以产生力矩，此力矩经由砝码标定可以用于计量。

经过对现有技术的文献检索发现，目前有关微小力矩校准的力矩发生器，国内中航长城计量研究所常年从事微小力矩计量研究工作，提出了电磁天平，使用精密螺杆来进行调平，另外还提出了使用旋转时力矩电机的转矩来作为力矩发生装置，上述研究工作在工作原理、结构形式、性能上均不同于使用音圈驱动的力矩发生装置。

发明内容

本发明是针对微小扭矩计量中扭矩产生的需求，提出一种基于音圈驱动技术的力矩发生器，短音圈中可以实现行程力稳定性，可调磁补偿可以产生均匀磁场，自适应球铰可以避免姿态变化引起的偏差，以上保证了微小扭矩产生的稳定性和精准性。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种用于微小扭矩发生装置的电磁力矩器，包括配重块，横梁，刀口支撑，机架，外导磁筒，线圈，线圈架，梯形导磁体，磁靴，永磁体，推刀口，吊刀口，扭矩输出轴，所述横梁的倒V型缺口支撑在刀口支撑的刃上，所述横梁一端安装配重块，另一端的V型缺口连接在推刀口和吊刀口上；所述扭矩输出轴的轴线与横梁垂直并通过刀口支撑的支撑点；所述永磁体、外导磁筒、磁靴、梯形导磁体形成音圈执行器的动铁，所述动铁与推刀口和吊刀口固定连接，并通过横梁被配重块所平衡。

进一步，所线圈缠绕在线圈架上，线圈架与机架固定，初始位置时，线圈不通电时位于空气隙工作磁场的中间位置。

进一步，所述磁靴为圆筒状，内侧面高度比外侧面高度小，其横截面为梯形，磁力线垂直出射到气隙的工作磁场，对磁力线具有汇聚作用，能够减少漏磁，保障磁场的稳定性。

进一步，所述梯形导磁体的外侧面设计成梯形，和轴线形成一个微小的夹角θ，为椎体的一部分，能够改变空气隙的厚度，从而使得各磁力线的磁路的磁阻相同，保证空气隙里面的工作磁场的均匀性。