[發明專利]線圈外置式斜翼力矩馬達

有效

• 申請號: 201710112826.0
• 申請日: 2017-02-28
• 公開（公告）號: CN106763994B
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發明（設計）人: 孟彬;申屠勝男;林瓊;李勝;阮健
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: F16K31/06
• 分類號: F16K31/06;F16K31/08;F15B13/02
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;黃美娟

線圈外置式斜翼力矩馬達，安裝在力反饋式二維電液伺服閥的液壓放大機構的一端，由左、右軛鐵、銜鐵、上、下永磁體、左、右線圈等組成；左、右軛鐵及銜鐵均為導磁體；左、右軛鐵為C字形結構，C字形結構包括上、下側和側立柱形成的封閉側以及與封閉側相對的開口側，左、右軛鐵的開口側相對；左、右線圈分別纏繞于左、右軛鐵的側立柱上；銜鐵連接液壓放大機構的閥芯，銜鐵在扭轉方向上連接彈簧桿；銜鐵由水平設置的中心軸和兩側翼面構成，兩側翼面、左、右軛鐵的極靴表面呈以垂直軸為中心軸的180°陣列特征；四個工作氣隙的高度相同；四個工作氣隙高度的變化受到銜鐵轉動的影響，同時也受到閥芯的軸向位移的影響，以此實現閥芯位移對力矩馬達的力反饋。

技術領域

本發明涉及電液伺服控制元件用的電-機械轉換器領域，尤其是一種二維電液伺服閥用的新型線圈外置式斜翼力矩馬達。

背景技術

電液伺服控制技術自四十年代出現以來，便以其功率重量比高、輸出力(力矩)大和靜動態特性優異等顯著特點在機電傳動與控制技術中占據了高端位置，重點應用于航空航天、軍用武器、船舶、大型電站、鋼鐵、材料試驗機和振動臺等各種關鍵場合，從而被視為各國工業的關鍵競爭力。而作為核心控制元件的電液伺服閥，則對整個電液伺服系統的性能起著決定性的影響作用，歷來是流體傳動及控制領域的研究熱點之一。

為了有效克服液動力從而獲得理想的靜動態特性，人們通常將伺服閥設計成導控式的多級結構。在眾多的結構創新之中，基于閥芯雙運動自由度的方法獨樹一幟，其基本思想如下：一般的滑閥閥芯具有徑向旋轉和軸向移動兩個自由度，且不相互干涉，因而可以用這兩個自由度分別實現導控級和功率級的功能，考慮到滑閥閥口的面積梯度可以做的很大，且閥芯在閥孔中也較容易與端蓋等配合形成敏感腔，一般可用閥芯的旋轉運動實現導控級的功能，而用直線運動來實現功率級的開口。以上即為基于閥芯雙自由度的二維流量放大機構設計思想，最早由阮健等在哈爾濱工業大學攻讀博士學位時提出。

阮健等基于該原理提出了一種位置直接反饋式二維電液伺服閥，通過開設在閥套內表面的一對螺旋槽和閥芯外圓面的一對高低壓孔相交面積構成的液壓阻力半橋來控制敏感腔的壓力，當電-機械轉換器帶動閥芯轉動時，閥套上螺旋槽和閥芯上高低壓孔構成的弓型節流口面積差動變化，導致閥芯兩端液壓力失去平衡而軸向移動，在此過程中閥芯位移又反饋給螺旋槽和高低壓孔構成的弓型節流口面積，最終使其逐漸趨向于相等，此時閥芯停止移動并處于新的平衡位置。可以看到該閥的液壓放大部分自行閉環反饋，因此實質上為兩級的位置直接反饋式伺服閥。該閥的主要優點是將原本分立的導控級和功率級合二為一，集成于單個閥芯上，不但結構簡單、動態響應快，而且閥的抗污染能力得到了極大的提高。然而該閥也存在問題：主要是其閥套上的空間螺旋槽結構一般需要三軸以上的進口電火花機床才能加工，成本較高，且加工效率很低，同時由于其處于閥套內表面，加工精度難于保證，檢測時也較為困難。用于量大價廉的民用領域時就顯露出成本較高的問題。

為解決該問題，也有人提出一種力反饋式二維電液伺服閥(201510620866.7)，其主要特點是在傳統平翼力矩馬達的基礎上，將馬達銜鐵兩翼設計成軸對稱的斜面以此取代原先閥套內表面的螺旋槽結構，從而當銜鐵軸向移動時獲得反饋力矩，該馬達被稱為斜翼力矩馬達，其作為電-機械轉換器可直接驅動滑閥閥芯構成所謂的力反饋式二維電液伺服閥，與原來的位置反饋型二維閥相比，閥套上的感受通道窗口由原先的空間螺旋槽改為普通的直槽結構，對于加工設備要求不高，成本也較為低廉，該類二維閥非常適合在民用領域中推廣。然而，要使得該閥能夠正常工作，斜翼力矩馬達的輸出力矩(驅動和反饋力矩)必須足夠大到能夠克服旋轉時閥芯和閥套之間產生的粘性力矩和液壓卡緊力矩。因此，對于斜翼力矩馬達進行電磁結構優化設計，以進一步提升輸出力矩就顯得至關重要。