[發(fā)明專利]一種無(wú)刷直驅(qū)直線伺服執(zhí)行器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910551808.1
• 申請(qǐng)日: 2019-06-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112134435A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 不公告發(fā)明人
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州福格納機(jī)電有限公司
• 主分類號(hào): H02K41/02
• 分類號(hào): H02K41/02;H02K16/00;H02K29/06;H02K1/12;H02K9/22;H02K5/04
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明提供了一種無(wú)刷直驅(qū)直線伺服執(zhí)行器，包括定子、動(dòng)子和外殼，所述定子是一對(duì)電樞，鏡像布置于動(dòng)子兩側(cè)，所述外殼一體覆封定子，并在動(dòng)子處形成動(dòng)子腔，所述動(dòng)子有一輸出端伸出外殼，并能沿輸出端方向直線運(yùn)動(dòng)。所述動(dòng)子一側(cè)布置有位移信號(hào)發(fā)射器，該側(cè)外殼外布置的罩蓋內(nèi)有信號(hào)接收器，用于探測(cè)動(dòng)子發(fā)射器位移信號(hào)。本發(fā)明執(zhí)行器具有高可靠性、高精度、低成本的特點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種無(wú)刷直驅(qū)直線伺服執(zhí)行器，屬于無(wú)刷電機(jī)領(lǐng)域，特別是涉及一種電樞定子一體覆封、動(dòng)磁鋼、帶位置反饋的無(wú)刷直驅(qū)直線伺服執(zhí)行器。

背景技術(shù)

在內(nèi)燃機(jī)進(jìn)排氣應(yīng)用領(lǐng)域，排放法規(guī)的不斷升級(jí)要求進(jìn)一步精確、快速、可靠的控制油耗和燃燒排放，比如采用廢氣再循環(huán)閥、電控可調(diào)的渦輪增壓技術(shù)等來(lái)調(diào)節(jié)控制發(fā)動(dòng)機(jī)。而這些調(diào)節(jié)功能需要使用能夠耐受高溫、震動(dòng)、腐蝕，且高精度、高可靠性、高壽命的執(zhí)行器。同時(shí)，大規(guī)模批量應(yīng)用領(lǐng)域?qū)χ圃斐杀居趾苊舾校捎谛D(zhuǎn)類電機(jī)應(yīng)用廣泛，制造成本低，直線運(yùn)動(dòng)通常優(yōu)選旋轉(zhuǎn)電機(jī)通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換獲得。

在已披露的專利US9322365B2中，為了控制發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣再循環(huán)閥，有刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)首先通過(guò)一個(gè)二級(jí)齒輪進(jìn)行放大，然后又通過(guò)一個(gè)偏心凸輪機(jī)構(gòu)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)。這類機(jī)械結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換，雖然可以用小功率的電機(jī)產(chǎn)生足夠行程的線性推力，成本低廉。但對(duì)于廢氣再循環(huán)閥苛刻應(yīng)用環(huán)境，以上技術(shù)方案存在較多的缺陷，比如機(jī)械轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)需要高的加工精度，不管是齒輪精度還是齒輪裝配相對(duì)位置精度，以及凸輪機(jī)構(gòu)精度。已披露的專利US9614413B2就是為了進(jìn)一步優(yōu)化解決相關(guān)問(wèn)題。同時(shí)考慮到使用溫度變差，機(jī)械部件之間必須留有一定間隙避免卡死，考慮機(jī)械放大倍數(shù)，微小的間隙在輸出端都會(huì)放大為更大倍數(shù)的運(yùn)動(dòng)誤差；高頻次長(zhǎng)期工作后運(yùn)動(dòng)件進(jìn)一步磨損，精度進(jìn)一步降低。同時(shí)其位移傳感器需要單獨(dú)布置在輸出端，考慮周圍信號(hào)干擾，布置難度大，精度難于保證。機(jī)械部件還要承受高溫、載荷沖擊等，往往是產(chǎn)品失效的源頭。使得系統(tǒng)壽命和可靠性大大降低。出于成本考量，通常這類方案采用的是有刷電機(jī)，由于碳刷存在磨損，其壽命受制于碳刷壽命，很難滿足高可靠性內(nèi)燃機(jī)應(yīng)用要求。

以上方案如果使用無(wú)刷電機(jī)，如已披露的專利US7323835B2，通過(guò)一個(gè)螺桿結(jié)構(gòu)將電機(jī)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為線性運(yùn)動(dòng)。雖然可以消除碳刷壽命限制，但由于需要電子換相和控制，執(zhí)行器電子部分成本大大增加。所述專利就是通過(guò)優(yōu)化霍爾傳感器的布置來(lái)盡量降低電子部分的成本。對(duì)于內(nèi)燃機(jī)高溫應(yīng)用環(huán)境，電子可靠性隨著溫度增加而大大降低，一旦突破125℃的器件等級(jí)，電子部件成本進(jìn)一步增加。為確保輸出端位移精度，通常還要在輸出端額外增加一個(gè)位移傳感器，這不但增加了電子布置難度，同時(shí)又增加了成本。而且所述專利方案同樣無(wú)法避免前述機(jī)械轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的缺陷。

在另一個(gè)本申請(qǐng)人已披露的專利中（專利號(hào)CN 104377843 B），公布了一種無(wú)刷直驅(qū)旋轉(zhuǎn)扭矩執(zhí)行器，可以通過(guò)凸輪板結(jié)構(gòu)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線輸出（參見(jiàn)專利CN203822497 U）。這種無(wú)刷直驅(qū)扭矩旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器由于是有限轉(zhuǎn)角，可以實(shí)現(xiàn)有刷電機(jī)一樣的控制方式，無(wú)需電子換相，同時(shí)內(nèi)部直接集成旋轉(zhuǎn)位置傳感器，從而可以滿足高溫、高可靠性應(yīng)用，驅(qū)動(dòng)控制器成本低。但還是無(wú)法脫離機(jī)械轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)。機(jī)械結(jié)構(gòu)精度、可靠性問(wèn)題還是存在。仍舊不是最理想的解決方案。

雖然無(wú)刷直驅(qū)直線電機(jī)領(lǐng)域已有不同的專業(yè)人員進(jìn)行了探索，但尚無(wú)滿足上述苛刻應(yīng)用領(lǐng)域的技術(shù)。比如最早期披露的專利US4195277，這里通過(guò)一個(gè)電樞定子單側(cè)布置一垂直于運(yùn)動(dòng)方向充磁的磁鋼，或兩組相對(duì)布置的電樞定子中間布置一垂直于運(yùn)動(dòng)方向充磁的磁鋼來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)磁鋼結(jié)構(gòu)的線性運(yùn)動(dòng)。但這樣的結(jié)構(gòu)輸出效率低，缺乏具體工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。進(jìn)一步的，已披露的專利CN101451520B公開(kāi)了一種兩組多極繞組組成的電樞相對(duì)布置的定子，中間布置有至少一對(duì)磁鋼組成的動(dòng)子結(jié)構(gòu)，這樣的設(shè)計(jì)用于壓縮機(jī)應(yīng)用，在交流電流作用下，動(dòng)子往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)空氣的壓縮。這樣的結(jié)構(gòu)，機(jī)構(gòu)復(fù)雜、體積大、制造成本高，對(duì)于苛刻的應(yīng)用環(huán)境條件無(wú)法保證可靠性和壽命，電機(jī)也無(wú)法實(shí)現(xiàn)行程位移反饋控制。因而無(wú)法滿足上述高可靠性、高精度、低成本的應(yīng)用需要。

發(fā)明內(nèi)容