[發明專利]用于微小扭矩校準的力矩發生器

在審

• 申請號: 202010527979.3
• 申請日: 2020-06-11
• 公開（公告）號: CN111595512A
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發明（設計）人: 齊紅麗;吳昊;戴明;陳平;林杰俊
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七0四研究所
• 主分類號: G01L25/00
• 分類號: G01L25/00
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 王晶

本發明涉及一種用于微小扭矩校準的力矩發生器，包括配重塊，橫梁，刀口支撐，機架，外導磁筒，線圈，線圈架，梯形導磁體，磁靴，永磁體，推刀口，吊刀口，扭矩輸出軸，所述橫梁的倒V型缺口支撐在刀口支撐的刃上，所述橫梁一端安裝配重塊，另一端的V型缺口連接在推刀口和吊刀口上；所述扭矩輸出軸的軸線與橫梁垂直并通過刀口支撐的支撐點；所述永磁體、外導磁筒、磁靴、梯形導磁體形成音圈執行器的動鐵，所述動鐵與推刀口和吊刀口固定連接，并通過橫梁被配重塊所平衡。本發明采用基于音圈驅動技術，短音圈中可以實現行程力穩定性，可調磁補償可以產生均勻磁場，自適應球鉸可以避免姿態變化引起的偏差，保證微小扭矩產生的穩定性和精準性。

技術領域

本發明涉及一種力矩發生器，特別涉及一種可以用于產生微小扭矩用于校準的力矩產生裝置。

背景技術

動態扭矩測量在工業控制系統中應用場景十分廣泛，在測量時需要面對振動、沖擊等干擾，其扭矩是動態加載的，扭矩數據并不穩定。而研究對微小動態扭矩的測量在精密控制、航天等領域意義十分重大，而國內目前還沒有這樣的專用微小動態扭矩校準裝置。

對于微小動態扭矩的測量一般使用微小精密等臂法原理，采用被測扭矩傳感器(如陀螺馬達、力矩電機等)的輸出扭矩與標準裝置中機械系統的力矩器部分的反饋信號給出的標準電磁力矩(經砝碼標定)相平衡的原理而進行校準測試工作的。即通過一定的結構設計，使微小扭矩信號與扭矩加載系統產生的扭矩相平衡來測量微小扭矩。此原理的核心即扭矩加載系統，動態扭矩加載裝置的精度、靈敏度、穩定性決定了扭矩測量裝置的性能，設計合適的扭矩加載設備意義重大。但是，由于力矩加載經由中間力矩傳遞機構往往會引入不確定性和誤差，限制了計量精度的提升。

為了避免中間傳動環節帶來的誤差，直接驅動技術往往用于高精度的執行機構中，以音圈電機為特征的電磁力矩器可以克服上述缺點。音圈電機是一種利用永磁穩定磁場中的通電線圈來產生推力進行直接驅動的執行機構，具有直接驅動能力強、無中間傳動環節、動態響應性好等特點，在精密運動控制領域具有廣泛的應用。利用音圈電機驅動懸臂的末端，懸臂作為力臂在驅動力的作用下可以產生力矩，此力矩經由砝碼標定可以用于計量。

經過對現有技術的文獻檢索發現，目前有關微小力矩校準的力矩發生器，國內中航長城計量研究所常年從事微小力矩計量研究工作，提出了電磁天平，使用精密螺桿來進行調平，另外還提出了使用旋轉時力矩電機的轉矩來作為力矩發生裝置，上述研究工作在工作原理、結構形式、性能上均不同于使用音圈驅動的力矩發生裝置。

發明內容

本發明是針對微小扭矩計量中扭矩產生的需求，提出一種基于音圈驅動技術的力矩發生器，短音圈中可以實現行程力穩定性，可調磁補償可以產生均勻磁場，自適應球鉸可以避免姿態變化引起的偏差，以上保證了微小扭矩產生的穩定性和精準性。

為實現上述目的，本發明的技術方案為：一種用于微小扭矩發生裝置的電磁力矩器，包括配重塊，橫梁，刀口支撐，機架，外導磁筒，線圈，線圈架，梯形導磁體，磁靴，永磁體，推刀口，吊刀口，扭矩輸出軸，所述橫梁的倒V型缺口支撐在刀口支撐的刃上，所述橫梁一端安裝配重塊，另一端的V型缺口連接在推刀口和吊刀口上；所述扭矩輸出軸的軸線與橫梁垂直并通過刀口支撐的支撐點；所述永磁體、外導磁筒、磁靴、梯形導磁體形成音圈執行器的動鐵，所述動鐵與推刀口和吊刀口固定連接，并通過橫梁被配重塊所平衡。

進一步，所線圈纏繞在線圈架上，線圈架與機架固定，初始位置時，線圈不通電時位于空氣隙工作磁場的中間位置。

進一步，所述磁靴為圓筒狀，內側面高度比外側面高度小，其橫截面為梯形，磁力線垂直出射到氣隙的工作磁場，對磁力線具有匯聚作用，能夠減少漏磁，保障磁場的穩定性。

進一步，所述梯形導磁體的外側面設計成梯形，和軸線形成一個微小的夾角θ，為椎體的一部分，能夠改變空氣隙的厚度，從而使得各磁力線的磁路的磁阻相同，保證空氣隙里面的工作磁場的均勻性。