[发明专利]基于哈尔巴赫阵列自屏蔽特性的直驱泵用直线振荡电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种直线振荡电机，具体来说，是一种基于哈尔巴赫阵列自屏蔽特性的直线振荡电机，主要针对直接驱动固液一体化作动器液压伺服泵(直驱泵)。

背景技术

目前功率电传系统中常用的一体化作动器：采用机械传动方式的机电作动器EMA(Electro-mechanical Actuator)，采用液压传动方式的电动静液作动器EHA(Elector-hydrostatic Actuator)和集成电液作动器IAP(Integrated Actuation Package)等。

采用机械传动机电作动器EMA中通常包括电动机、减速器和滚珠丝杠等元件，电动机在电能的驱动下输出高转速、低扭矩的旋转运动，经减速器后转换为低转速、小扭矩的旋转运动，最后经滚珠丝杠转换为驱动舵面需要的直线运动。然而，机械传动装置具有的体积质量大、可靠性低等缺点使得EMA在现有的技术水平下还不能适应飞行器的需求。

采用液压传动的电动静液作动器EHA中通常包括电动机、液压泵和作动筒等主要元件，电动机带动液压泵将电能转换大小可控的液压能，直接驱动作动筒从而获得驱动舵面所需的直线运动，因而具有和传统液压传动系统相同的功率密度大的优势，同时又采用容积控制消除了液压节流损失，提高了液压传动系统能量转换效率。然而整个EHA系统存在下面问题：

1、精度问题：电机的低转速性能不稳定，液压泵的摩擦与泄露问题突出，控制精度与稳定性是个难点；

2、动态问题：控制电机-泵组的惯量大，液压泵的液压刚度低，需要频繁的双向起停控制，EHA系统频宽无法获得突破；

3、可靠性与寿命问题：余度配置复杂，容错能力差，可靠性低，电机的转速范围比较宽(最高可达1万转以上)，制约了液压泵的寿命，在国外民用飞机上目前主要是用做备份使用。

针对上述EHA不足，目前提出采用一种直接驱动固液复合一体化作动器的概念，来提高EHA系统总体性能，直接驱动工作原理是利用直线驱动器直接驱动柱塞吸压油，抛弃了传统EHA旋转变直线运动需要的旋转轴、斜盘、配流盘等部件，这种方式的优点为：

A、直接驱动固液复合一体化作动器结构简化，惯量减小，动态性能得到提升；

B、没有了柱塞泵旋转带来的各种摩擦，可靠性增强，效率更高；

C、可以进行模块化的设计组合，余度配置灵活，单个柱塞独立控制，抗故障能力增强，提高可靠性；

目前一体化作动器中直接驱动液压伺服泵采用的直线驱动器主要是智能材料，如：压电陶瓷、磁致伸缩、形状记忆合金等，由此使直线驱动器具有大功率密度与输出力，动态性能好，频响高，高分辨率，且体积小，设计结构简单。

但采用智能材料的直线驱动器受限于自身输出行程短，如：压电陶瓷，仅有0.1mm，所以很难实现大的流量与大的输出功率，因此目前基于智能材料的直接驱动液压伺服泵主要应用在小型导弹、飞行器的应用研究上，基本上还不能达到在体积、质量相当条件下传统EHA中旋转柱塞泵的系统压力、功率指标。这成为制约直接驱动液压伺服泵在大功率输出应用领域发展的瓶颈，限制了直接驱动液压伺服泵独具有高动态特性、高可靠性、余度配置控制灵活性等诸多优势的充分发挥。

发明内容

本发明针对目前直接驱动液压伺服泵用直线驱动器存在的输出位移小，造成泵系统输出流量低、功率低等问题，提出将电磁驱动方式的直线振荡电机应用于直接驱动液压伺服泵中，取代传统的EHA用旋转电机作为固液复合一体化舵机液压伺服泵的直线驱动装置，另外针对直线振荡电机在较高频率往复运动时存在较大动子惯性力造成的电机有效输出力降低、功率密度受限等问题，提出一种基于哈尔巴赫阵列永磁体空心动子磁路设计结构，同时提出在动子空心处安装谐振弹簧抵消动子惯性力的结构设计方式。

本发明提出一种基于哈尔巴赫阵列自屏蔽特性的直驱泵用直线振荡电机，包括外层定子、内层动子、永磁体、支撑轴、线圈绕组、直线轴承、谐振弹簧与端盖。外层定子为具有圆筒状通道的结构，内层动子为圆筒状结构，内层动子位于外层定子内部。