[发明专利]双相旋转式比例电磁铁

说明书

双相旋转式比例电磁铁，包括定子，定子的前后侧分别装有前端盖和后端盖，定子内安装有转子，转子上装有输出轴，定子由同轴排列的第一定子、第二定子、第三定子和第四定子组成，每个定子环圆周均匀分布N个定子齿；第一定子和第二定子之间、以及第三定子和第四定子之间分别沿交界面开有对称的凹槽，拼合形成环形槽，环形槽放置隔磁环，隔磁环上缠有控制线圈，形成控制磁通；第二定子和第三定子之间放置有永磁体，形成极化磁通；转子沿周向均匀分布有N个转子齿，转子齿形成转子磁面，每个转子磁面与定子磁面形成工作气隙。本发明可以获得接近水平的矩角特性曲线，外加复位扭簧后就可以获得比例的位置控制特性。

技术领域

本发明涉及流体传动及控制领域中电液数字阀用的电-机械转换器，尤其涉及双相旋转式比例电磁铁。

背景技术

转阀是一种利用旋转运动改变阀芯、阀套的相对位置，使转阀内部的流路改变，最终实现流路启闭或换向的换向阀。转阀可以通过手动、机械传动或直接由电机、马达和旋转电磁铁驱动，以实现精确的伺服/比例控制。与滑阀或锥阀相比，转阀具有可靠性高、结构简单、工作频率高、抗油液污染能力强等优点，可广泛应用于高速开关、高速激振、高速换向的液压系统中，尤其当阀芯阀套的节流槽数较多时，单级转阀可以获得比多级滑阀还要大的额定流量。然而在现有的电液伺服/比例控制系统中，转阀的应用却远不如滑阀广泛。细究其原因，一是转阀的节流槽/窗加工较为复杂，二是用来驱动转阀的旋转电磁铁获得比例控制特性比直动式比例电磁铁困难的多，后者通过采用一隔磁环结构，励磁时磁路在隔磁环处分为轴向和径向的两路，合成后可得到比例控制所要求的水平行程-推力特性，虽然导磁套的焊接较为繁琐，但对于大批量自动化生产而言并不是什么大问题，而旋转电磁铁往往要对定子齿和转子齿形状进行特殊优化设计才能获得较为平坦的力矩-转角特性，这就大大限制了其实际应用。

为了在电液伺服/比例系统中推广和应用转阀，人们在旋转电磁铁的磁路拓扑结构和矩角特性优化上做了大量研究。在喷嘴挡板阀和射流管伺服阀中获得广泛应用的力矩马达，通过对弹性元件的合理设计也可以获得比例的位置控制特性，但由于其磁路基于轴向气隙，难以获得较大的工作角度。美国通用检测公司的Montagu提出的基于径向工作气隙的改进型力矩马达则使得其工作转角范围进一步拓展，且其本身具有正电磁刚度，可以在不外加弹性元件的情况下获得比例位置控制特性。为了获得平坦的矩角特性曲线，日立公司的Fumio将所设计的动磁式力矩马达转子上永磁体形状作了特殊设计，其极面沿径向割有凹槽并且填入非导磁材料，以此补偿转子旋转时所伴随的转矩脉动。日本denso公司的进藤二郎设计的永磁式力矩马达，由分立永磁体构成的两个磁面以相差半个磁面角的方式非对称布置在转轴的外侧，以此来补偿由多边形磁面外周所造成的转矩脉动，从而获得平稳的力矩-转角特性。浙江大学崔剑等人提出一种基于径向工作气隙的动磁式旋转比例电磁铁，其基于差动磁路且具有正电磁刚度，但结构较为复杂，不利于工业化应用和大规模批量生产。

发明内容

为了克服已有的旋转电磁铁获得水平力矩-转角特性困难、结构复杂且不利于工业化，应用和大规模批量生产的缺点，本发明提供一种具有水平力矩-转角特性的、结构简单的双相旋转式比例电磁铁。

本发明的基本原理如下：一般旋转式电-机械转换器在工作过程中随着转子的转动(定转子逐渐对齐)，输出力矩会减小，即其矩角特性曲线的斜率为负。因此，本发明将定子齿的形状进行了特殊设计，将定子齿设计为尖齿形状，通过改变定子齿尖的形状来控制齿尖的磁饱和程度，使得随着转子的旋转，转子齿侧所产生的驱动转子旋转的侧向磁通量保持不变。经过合理的参数优化就可以获得接近水平的矩角特性曲线，外加复位扭簧后就可以获得比例的位置控制特性。