[發(fā)明專利]矩角特性對(duì)稱的軸向分相式閥用電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110237650.4
• 申請(qǐng)日: 2011-08-18
• 公開（公告）號(hào): CN102290957A
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孟彬;阮健;左強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H02K37/10
• 分類號(hào): H02K37/10;H02K1/18;H02K1/14;H02K1/24
• 代理公司: 杭州天正專利事務(wù)所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;王利強(qiáng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于流體傳動(dòng)及控制領(lǐng)域，尤其涉及一種2D數(shù)字伺服閥用的電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器。

背景技術(shù)

近年來，利用伺服螺旋機(jī)構(gòu)原理工作的2D數(shù)字伺服閥因其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)速度快，精度高，抗污染能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，而在金屬材料試驗(yàn)機(jī)、地震模擬震動(dòng)臺(tái)以及相關(guān)航空航天領(lǐng)域等得到了廣泛應(yīng)用。常規(guī)的2D數(shù)字伺服閥用電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器一般為按照交流伺服方式控制的兩相混合式步進(jìn)電機(jī)，其結(jié)構(gòu)按照電機(jī)定子分相方式的不同可以分為軸向分相和徑向分相兩種，前者與后者相比有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：第一、采用軸向分相，控制繞組可以用環(huán)形線圈，繞制和下線工藝簡(jiǎn)單，線圈漆皮不易受傷，電機(jī)的電氣可靠性優(yōu)于徑向分相結(jié)構(gòu)的電機(jī)；第二、軸向分相的電機(jī)可以采用O形密封圈對(duì)轉(zhuǎn)子容腔進(jìn)行密封，從而可以使得油液進(jìn)入轉(zhuǎn)子工作腔，使其成為“濕式”的電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器，將其直接與2D數(shù)字閥相連，可構(gòu)成所謂的直動(dòng)閥，有利于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及取消動(dòng)密封；第三、徑向分相結(jié)構(gòu)由于要留出空間繞制線圈，其定子空間無法全部用于開齒。而軸向分相結(jié)構(gòu)整個(gè)定子圓周上可全部開齒，提高了有效空間的利用情況，從而提升了電機(jī)的輸出力矩。

一般而言，軸向分相式電機(jī)的定轉(zhuǎn)子由于不能像徑向分相結(jié)構(gòu)那樣沿軸向疊片而只能采用整體式結(jié)構(gòu)，在交流方式控制下渦流效應(yīng)嚴(yán)重，使得電機(jī)損耗及溫升增高；渦流還對(duì)控制繞組內(nèi)電流的變化起到一定的阻礙作用，影響了電機(jī)的動(dòng)態(tài)性能，為此，也有專利提出利用增強(qiáng)尼龍等塑料材料作為定轉(zhuǎn)子保持架，通過插片的方式構(gòu)成低渦流高動(dòng)態(tài)的軸向分相式電機(jī)。

無論是整體式結(jié)構(gòu)還是插片式結(jié)構(gòu)的軸向分相式電機(jī)，其基本工作原理都是將定子分為兩相置于永磁體兩邊，定子依次和轉(zhuǎn)子構(gòu)成四段環(huán)形的工作氣隙，永磁體在四段工作氣隙下產(chǎn)生極化磁場(chǎng)，兩個(gè)勵(lì)磁線圈各自在其所屬定子相內(nèi)產(chǎn)生控制磁場(chǎng)，勵(lì)磁電流方向變化而引起控制磁場(chǎng)對(duì)永磁體極化磁場(chǎng)作差動(dòng)疊加以產(chǎn)生電磁力矩。如果假設(shè)定轉(zhuǎn)子鐵芯磁阻為零，則永磁體在四段工作氣隙下產(chǎn)生的極化磁場(chǎng)強(qiáng)度相同，此時(shí)磁路對(duì)稱，即電機(jī)在不同方向勵(lì)磁電流下獲得的矩角特性幅值相等，矩角特性是對(duì)稱的；然而實(shí)際情況是定轉(zhuǎn)子鐵芯都具有一定的磁阻，按照磁路理論，此時(shí)距離永磁體較遠(yuǎn)的兩段工作氣隙下的極化磁場(chǎng)強(qiáng)度較弱，而距離永磁體較近的兩段工作氣隙下的極化磁場(chǎng)較強(qiáng)，這就造成了電機(jī)磁路不對(duì)稱，當(dāng)勵(lì)磁電流的磁場(chǎng)和永磁體的磁場(chǎng)差動(dòng)疊加時(shí)，電機(jī)的矩角特性受到勵(lì)磁電流方向的影響，即在不同方向的勵(lì)磁電流下獲得的矩角特性幅值不等，呈現(xiàn)出一種不對(duì)稱的特征，當(dāng)將其作為閥用電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器使用時(shí)，這種不對(duì)稱的矩角特性會(huì)影響到2D數(shù)字閥的定位精度，使其無法呈現(xiàn)出伺服閥應(yīng)有的高性能。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有的軸向分相式閥用電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器的矩角特性非對(duì)稱性而導(dǎo)致的2D數(shù)字閥定位精度較差的不足，本發(fā)明提供一種可提高2D數(shù)字閥定位精度的矩角特性對(duì)稱的軸向分相式閥用電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器。

為了解決上述技術(shù)問題所提出的技術(shù)方案為：

一種矩角特性對(duì)稱的軸向分相式閥用電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器，包括殼體，殼體內(nèi)安裝第一定子保持架蓋、第一定子保持架座、第二定子保持架蓋、第二定子保持架座、定子硅鋼片、第一線圈保持架、第二線圈保持架、第一控制線圈、第二控制線圈、永磁體和轉(zhuǎn)子組件，第一定子保持架蓋、第一定子保持架座、第二定子保持架蓋、第二定子保持架座均布置在轉(zhuǎn)子組件外圈，第一定子保持架蓋和第一定子保持架座相互連接構(gòu)成第一定子保持架，第一線圈保持架位于第一定子保持架的空腔內(nèi)，第一控制線圈環(huán)繞在第一線圈保持架上組成電流勵(lì)磁的一相；第二定子保持架蓋和第二定子保持架座相互連接構(gòu)成第二定子保持架，第二線圈保持架位于第二定子保持架的空腔內(nèi)，第二控制線圈環(huán)繞在第二線圈保持架上組成電流勵(lì)磁的另一相；永磁體位于所述的第一定子保持架和第二定子保持架之間；所述永磁體按照整個(gè)圓周四等分的方式劃分成四個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域均軸向充磁，且N極和S極兩兩相間。

進(jìn)一步，所述第一定子保持架座和第二定子保持架座均為一端開口的杯形體，杯形體外圓周面分布有定子插槽。

再進(jìn)一步，所述杯形體的整個(gè)圓周徑向等分為a、b、c、d四個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域均勻分布數(shù)目相等的插槽且要求各自兩兩錯(cuò)開半個(gè)齒距角，即當(dāng)a和c兩區(qū)域內(nèi)的定子插槽和轉(zhuǎn)子保持架上的插槽對(duì)齊時(shí)，b和d兩區(qū)域內(nèi)的定子插槽和轉(zhuǎn)子保持架上的插槽錯(cuò)開半個(gè)齒距角。