[發明專利]具有水平力矩-轉角特性的電勵磁式雙向旋轉電磁鐵

在審

• 申請號: 201910071703.6
• 申請日: 2019-01-25
• 公開（公告）號: CN111486264A
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 孟彬;賴永江;裘信國;姜偉
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: F16K31/08
• 分類號: F16K31/08
• 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

具有水平力矩?轉角特性的電勵磁式雙向旋轉電磁鐵，定子內安裝有轉子和輸出軸。半方框形的左定子軛鐵和右定子軛鐵拼接成方框形的定子，每塊定子軛鐵的轉角處沿角平分線伸出一個定子磁極，四個定子磁極相隔90°分布在所述方框形的對角線上。左右定子軛鐵中部設有控制線圈，形成控制磁通；左、右定子鐵軛的上下側有勵磁線圈，形成偏置磁場。轉子呈X形，周向對應定子齒位置分布有四個大齒，每個大齒端面包括圓弧形的齒面和矩形面，齒面與定子磁極的徑向端面組成徑向氣隙。矩形面位于在大齒的齒面的端部，與定子磁極的側面組成軸向氣隙。與同一個定子軛鐵的兩個定子磁極對應的兩個大齒的矩形面位于齒面上的相互遠離的一端。

技術領域

本發明屬于電液伺服/比例控制系統中電液伺服/比例轉閥用的電 -機械轉換器，尤其涉及一種具有水平力矩-轉角特性的雙向旋轉式力矩馬達。

背景技術

轉閥是一種利用旋轉運動改變閥芯、閥套的相對位置，使轉閥內部的流路改變，最終實現流路啟閉或換向的換向閥。轉閥可以通過手動、機械傳動或直接由電機、馬達和旋轉電磁鐵驅動，以實現精確的伺服/比例控制。與滑閥或錐閥相比，轉閥具有可靠性高、結構簡單、工作頻率高、抗油液污染能力強等優點，可廣泛應用于高速開關、高速激振、高速換向的液壓系統中，尤其當閥芯閥套的節流槽數較多時，單級轉閥可以獲得比多級滑閥還要大的額定流量。然而在現有的電液伺服/比例控制系統中，轉閥的應用卻遠不如滑閥廣泛。細究其原因，一是轉閥的節流槽/窗加工較為復雜，二是用來驅動轉閥的旋轉電磁鐵獲得比例控制特性比直動式比例電磁鐵困難的多，后者通過采用一隔磁環結構，勵磁時磁路在隔磁環處分為軸向和徑向的兩路，合成后可得到比例控制所要求的水平行程-推力特性，雖然導磁套的焊接較為繁瑣，但對于大批量自動化生產而言并不是什么大問題，而旋轉電磁鐵往往要對定子齒和轉子齒形狀進行特殊優化設計才能獲得較為平坦的力矩-轉角特性，這就大大限制了其實際應用。

為了在電液伺服/比例系統中推廣和應用轉閥，人們在旋轉電磁鐵的磁路拓撲結構和矩角特性優化上做了大量研究。在噴嘴擋板閥和射流管伺服閥中獲得廣泛應用的力矩馬達，通過對彈性元件的合理設計也可以獲得比例的位置控制特性，但由于其磁路基于軸向氣隙，難以獲得較大的工作角度。美國通用檢測公司的Montagu提出的基于徑向工作氣隙的改進型力矩馬達則使得其工作轉角范圍進一步拓展，且其本身具有正電磁剛度，可以在不外加彈性元件的情況下獲得比例位置控制特性。為了獲得平坦的矩角特性曲線，日立公司的Fumio將所設計的動磁式力矩馬達轉子上永磁體形狀作了特殊設計，其極面沿徑向割有凹槽并且填入非導磁材料，以此補償轉子旋轉時所伴隨的轉矩脈動。日本denso公司的進藤二郎設計的永磁式力矩馬達，由分立永磁體構成的兩個磁極以相差半個磁極角的方式非對稱布置在轉軸的外側，以此來補償由多邊形磁極外周所造成的轉矩脈動，從而獲得平穩的力矩-轉角特性。浙江大學張光瓊等研制的電勵磁力矩馬達，對定子磁極和轉子極面的形狀進行了特殊設計，通過控制定子磁極靴尖處的磁通飽和程度來改變馬達的矩角特性。崔劍等人提出一種基于徑向工作氣隙的動磁式旋轉比例電磁鐵，其基于差動磁路且具有正電磁剛度，但結構較為復雜，不利于工業化應用和大規模批量生產。

發明內容

為了克服已有的旋轉電磁鐵獲得水平力矩-轉角特性困難、結構復雜且不利于工業化應用和大規模批量生產的缺點，本發明提供一種基于混合式氣隙的、具有水平力矩-轉角特性的、結構簡單的雙向旋轉電磁鐵。

本發明的基本原理如下：電-機械轉換器中常用的工作氣隙有徑向氣隙和軸向氣隙兩種，徑向氣隙可以有較大的工作轉角，但隨著失調角的增加(定轉子逐漸對齊)，輸出力矩會減小，即其矩角特性曲線的斜率為負；而軸向氣隙工作范圍較窄，但輸出力矩隨著失調角的增加而增加，即其矩角特性曲線的斜率為正。因此，本發明的工作氣隙分為兩部分，主要工作氣隙為徑向氣隙，在徑向氣隙的基礎上增加一個軸向氣隙。徑向氣隙和軸向氣隙產生的力矩相互調制，經過合理的參數優化就可以獲得接近水平的矩角特性曲線，外加線性彈簧后就可以獲得比例的位置控制特性。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：