[实用新型]线圈外置式斜翼力矩马达

说明书

技术领域

本实用新型涉及电液伺服控制元件用的电-机械转换器领域，尤其是一种二维电液伺服阀用的新型线圈外置式斜翼力矩马达。

背景技术

电液伺服控制技术自四十年代出现以来，便以其功率重量比高、输出力(力矩)大和静动态特性优异等显著特点在机电传动与控制技术中占据了高端位置，重点应用于航空航天、军用武器、船舶、大型电站、钢铁、材料试验机和振动台等各种关键场合，从而被视为各国工业的关键竞争力。而作为核心控制元件的电液伺服阀，则对整个电液伺服系统的性能起着决定性的影响作用，历来是流体传动及控制领域的研究热点之一。

为了有效克服液动力从而获得理想的静动态特性，人们通常将伺服阀设计成导控式的多级结构。在众多的结构创新之中，基于阀芯双运动自由度的方法独树一帜，其基本思想如下：一般的滑阀阀芯具有径向旋转和轴向移动两个自由度，且不相互干涉，因而可以用这两个自由度分别实现导控级和功率级的功能，考虑到滑阀阀口的面积梯度可以做的很大，且阀芯在阀孔中也较容易与端盖等配合形成敏感腔，一般可用阀芯的旋转运动实现导控级的功能，而用直线运动来实现功率级的开口。以上即为基于阀芯双自由度的二维流量放大机构设计思想，最早由阮健等在哈尔滨工业大学攻读博士学位时提出。

阮健等基于该原理提出了一种位置直接反馈式二维电液伺服阀，通过开设在阀套内表面的一对螺旋槽和阀芯外圆面的一对高低压孔相交面积构成的液压阻力半桥来控制敏感腔的压力，当电-机械转换器带动阀芯转动时，阀套上螺旋槽和阀芯上高低压孔构成的弓型节流口面积差动变化，导致阀芯两端液压力失去平衡而轴向移动，在此过程中阀芯位移又反馈给螺旋槽和高低压孔构成的弓型节流口面积，最终使其逐渐趋向于相等，此时阀芯停止移动并处于新的平衡位置。可以看到该阀的液压放大部分自行闭环反馈，因此实质上为两级的位置直接反馈式伺服阀。该阀的主要优点是将原本分立的导控级和功率级合二为一，集成于单个阀芯上，不但结构简单、动态响应快，而且阀的抗污染能力得到了极大的提高。然而该阀也存在问题：主要是其阀套上的空间螺旋槽结构一般需要三轴以上的进口电火花机床才能加工，成本较高，且加工效率很低，同时由于其处于阀套内表面，加工精度难于保证，检测时也较为困难。用于量大价廉的民用领域时就显露出成本较高的问题。

为解决该问题，也有人提出一种力反馈式二维电液伺服阀(201510620866.7)，其主要特点是在传统平翼力矩马达的基础上，将马达衔铁两翼设计成轴对称的斜面以此取代原先阀套内表面的螺旋槽结构，从而当衔铁轴向移动时获得反馈力矩，该马达被称为斜翼力矩马达，其作为电-机械转换器可直接驱动滑阀阀芯构成所谓的力反馈式二维电液伺服阀，与原来的位置反馈型二维阀相比，阀套上的感受通道窗口由原先的空间螺旋槽改为普通的直槽结构，对于加工设备要求不高，成本也较为低廉，该类二维阀非常适合在民用领域中推广。然而，要使得该阀能够正常工作，斜翼力矩马达的输出力矩(驱动和反馈力矩)必须足够大到能够克服旋转时阀芯和阀套之间产生的粘性力矩和液压卡紧力矩。因此，对于斜翼力矩马达进行电磁结构优化设计，以进一步提升输出力矩就显得至关重要。

现有的斜翼力矩马达采用线圈内置式结构，即两个线圈分置缠绕于衔铁上，这样就带来两个问题，首先，线圈缠绕需要空间，其势必要挤压掉一部分衔铁的有效气隙面积(根据电磁学原理，有效气隙面积定义为设计上允许的轭铁极靴面和衔铁翼面的最大正对面积，该面积越大，马达的输出力矩越大)；其次，理论和实验研究均证明斜翼力矩马达的反馈力矩大小与其斜翼倾角的正弦值成正比(“浆翼式力矩马达反馈特性研究”，农业机械学报2017年第1期)，因此在设计过程中，应尽可能将斜翼倾角设计的较大以提升反馈力矩。传统的线圈内置式结构由于线圈缠绕在衔铁上，则线圈也需要设计的更大，以此来容纳倾角变大的衔铁，在这种情况下，虽然线圈缠绕体积增大，但匝数并没有随之增加，而励磁磁势大小与电流值和匝数乘积成正比，也就是说，线圈体积的增大和绕线用铜量的增加，并没有换得励磁磁势的增加，这对于电磁结构参数的协同优化设计而言，显然是不合理的。另外，线圈缠绕在衔铁上，客观上使得线圈无法密封，导致马达无法做成湿式耐高压的结构。

发明内容

为了克服已有的斜翼力矩马达存在的衔铁有效窗口面积小、电磁结构参数难以协同优化设计的缺陷，本实用新型提供一种结构简单、衔铁有效窗口面积大、有利于实现主要结构和电磁参数之间协同优化设计的二维电液伺服阀用新型线圈外置式斜翼力矩马达。

为了解决上述技术问题采用的技术方案为：