[发明专利]矩角特性对称的轴向分相式阀用电-机械转换器

说明书

技术领域

本发明属于流体传动及控制领域，尤其涉及一种2D数字伺服阀用的电-机械转换器。

背景技术

近年来，利用伺服螺旋机构原理工作的2D数字伺服阀因其具有结构简单，响应速度快，精度高，抗污染能力强等优点，而在金属材料试验机、地震模拟震动台以及相关航空航天领域等得到了广泛应用。常规的2D数字伺服阀用电-机械转换器一般为按照交流伺服方式控制的两相混合式步进电机，其结构按照电机定子分相方式的不同可以分为轴向分相和径向分相两种，前者与后者相比有以下几个优点：第一、采用轴向分相，控制绕组可以用环形线圈，绕制和下线工艺简单，线圈漆皮不易受伤，电机的电气可靠性优于径向分相结构的电机；第二、轴向分相的电机可以采用O形密封圈对转子容腔进行密封，从而可以使得油液进入转子工作腔，使其成为“湿式”的电-机械转换器，将其直接与2D数字阀相连，可构成所谓的直动阀，有利于结构设计及取消动密封；第三、径向分相结构由于要留出空间绕制线圈，其定子空间无法全部用于开齿。而轴向分相结构整个定子圆周上可全部开齿，提高了有效空间的利用情况，从而提升了电机的输出力矩。

一般而言，轴向分相式电机的定转子由于不能像径向分相结构那样沿轴向叠片而只能采用整体式结构，在交流方式控制下涡流效应严重，使得电机损耗及温升增高；涡流还对控制绕组内电流的变化起到一定的阻碍作用，影响了电机的动态性能，为此，也有专利提出利用增强尼龙等塑料材料作为定转子保持架，通过插片的方式构成低涡流高动态的轴向分相式电机。

无论是整体式结构还是插片式结构的轴向分相式电机，其基本工作原理都是将定子分为两相置于永磁体两边，定子依次和转子构成四段环形的工作气隙，永磁体在四段工作气隙下产生极化磁场，两个励磁线圈各自在其所属定子相内产生控制磁场，励磁电流方向变化而引起控制磁场对永磁体极化磁场作差动叠加以产生电磁力矩。如果假设定转子铁芯磁阻为零，则永磁体在四段工作气隙下产生的极化磁场强度相同，此时磁路对称，即电机在不同方向励磁电流下获得的矩角特性幅值相等，矩角特性是对称的；然而实际情况是定转子铁芯都具有一定的磁阻，按照磁路理论，此时距离永磁体较远的两段工作气隙下的极化磁场强度较弱，而距离永磁体较近的两段工作气隙下的极化磁场较强，这就造成了电机磁路不对称，当励磁电流的磁场和永磁体的磁场差动叠加时，电机的矩角特性受到励磁电流方向的影响，即在不同方向的励磁电流下获得的矩角特性幅值不等，呈现出一种不对称的特征，当将其作为阀用电-机械转换器使用时，这种不对称的矩角特性会影响到2D数字阀的定位精度，使其无法呈现出伺服阀应有的高性能。

发明内容

为了克服现有的轴向分相式阀用电-机械转换器的矩角特性非对称性而导致的2D数字阀定位精度较差的不足，本发明提供一种可提高2D数字阀定位精度的矩角特性对称的轴向分相式阀用电-机械转换器。

为了解决上述技术问题所提出的技术方案为：

一种矩角特性对称的轴向分相式阀用电-机械转换器，包括壳体，壳体内安装第一定子保持架盖、第一定子保持架座、第二定子保持架盖、第二定子保持架座、定子硅钢片、第一线圈保持架、第二线圈保持架、第一控制线圈、第二控制线圈、永磁体和转子组件，第一定子保持架盖、第一定子保持架座、第二定子保持架盖、第二定子保持架座均布置在转子组件外圈，第一定子保持架盖和第一定子保持架座相互连接构成第一定子保持架，第一线圈保持架位于第一定子保持架的空腔内，第一控制线圈环绕在第一线圈保持架上组成电流励磁的一相；第二定子保持架盖和第二定子保持架座相互连接构成第二定子保持架，第二线圈保持架位于第二定子保持架的空腔内，第二控制线圈环绕在第二线圈保持架上组成电流励磁的另一相；永磁体位于所述的第一定子保持架和第二定子保持架之间；所述永磁体按照整个圆周四等分的方式划分成四个区域，每个区域均轴向充磁，且N极和S极两两相间。

进一步，所述第一定子保持架座和第二定子保持架座均为一端开口的杯形体，杯形体外圆周面分布有定子插槽。

再进一步，所述杯形体的整个圆周径向等分为a、b、c、d四个区域，每个区域均匀分布数目相等的插槽且要求各自两两错开半个齿距角，即当a和c两区域内的定子插槽和转子保持架上的插槽对齐时，b和d两区域内的定子插槽和转子保持架上的插槽错开半个齿距角。