一种基于永磁差动磁路的单相空心杯式直动比例电磁铁制造技术

一种基于永磁差动磁路的单相空心杯式直动比例电磁铁，包括轭铁部件，轭铁部件包括第一轭铁、第二轭铁、第三轭铁、和第四轭铁；第一轭铁、第三轭铁相互远离的一端均设有沿周向连续分布的轭铁尖形齿；第一轭铁的轭铁尖形齿形成轭铁磁面Ⅰ，第三轭铁的轭铁尖形齿形成轭铁磁面Ⅱ；第一轭铁、第三轭铁之间设有第二轭铁，第二轭铁的矩形齿形成轭铁磁面Ⅲ；第一轭铁、第二轭铁之间设有第一永磁体，第二轭铁、第三轭铁之间设有第二永磁铁；第一轭铁、第三轭铁的顶面共同设有第四轭铁；每个衔铁磁面和轭铁磁面之间形成工作气隙。轭铁部件内设有空心杯式衔铁，轴孔内装有输出轴。本发明专利技术具有水平力

【技术实现步骤摘要】
一种基于永磁差动磁路的单相空心杯式直动比例电磁铁


[0001]本专利技术涉及流体传动及控制领域，尤其涉及一种基于永磁差动磁路的单相空心杯式直动比例电磁铁。

技术介绍

[0002]近年来，随着科学技术的发展，液压系统的工作模式逐渐发生改变，从简单的动力传递模式转变为控制模式，为了实现对流量和压力的精确控制，出现了电子与液压技术的结合，即电液控制系统。电液控制系统以其功率重量比高、测速快、信号传输处理方便等优点，已广泛应用于航空航天、军事武器、船舶、大型电站等工业领域。随着工业的不断发展，电液控制系统的发展程度已经成为了衡量一个国家电液控制水平的重要指标之一。作为关键的控制元件，电液伺服阀和比例阀对整个系统的性能起着关键作用。比例阀一般用于开环控制，而伺服阀由于本身的结构会导致一定程度的自激振荡存在一定的可靠性问题，近年来随着伺服控制和比例控制技术的相互融合，出现了所谓的伺服比例阀。
[0003]电
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机械转换器作为伺服比例阀的驱动元件，其工作性能绝大程度上决定了伺服比例阀的工作性能。其按照可动件的运动形式可分为直线位移式、角位移式两种，根据可动件的结构形式可分为动铁式和动圈式。动铁式较动圈式价格便宜，体积小、发热小输出力大的优点。比例电磁铁在结构上的独特设计，使之具有特殊的磁路从而实现水平的力
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位移特性。但传统的动铁式比例电磁铁体积大，需要隔磁环的焊接及复杂的装配工艺，阀芯的双向运动往往需要两个电磁铁进行工作，因此会导致伺服比例阀的惯性增大影响动态响应。
[0004]比例电磁铁由于驱动力大的优点往往用于工业领域,在伺服比例阀中直接驱动阀芯。例如，MOOG公司开发了用于D633/D634直动式电液伺服阀的永磁极化式双向线性力马达，采用了单线圈、双永磁体的结构型式，利用线圈控制磁场和径向永磁极化磁场的差动驱动方式，实现力马达双向控制，具有节能、可靠、成本低等性能优势。该力马达拥有一个对中弹簧,可实现断电归中,同时对中弹簧也保证力马达输出的阀芯驱动力与输入电流成正比。这种力马达输出力大,确保伺服阀可以克服液动力和摩擦力,提高伺服阀抗污染性。但是该力马达的惯性环节相对笨重，所以响应也相对缓慢,频响一般都不会很高,而且长期工作还会出现发热的问题。
[0005]李其朋等在单向比例电磁铁的分析基础上，提出一种新型耐高压电
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机械转换器，通过径长比选取、线圈永磁体布局、软磁材料和硬磁材料分析等设计，减少摩擦力并改善磁通，研究出提高响应速度的方法，做到线性工作范围
±
1mm，最大驱动力为
±
60N，非线性度小于0.5％，滞环小于2％，幅频宽达到160Hz。
[0006]李勇等基于动铁式电
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机械转换器的功能转换关系及其效率分析，概述了多种降低功耗的方法，提出了低功耗耐高压单向比例电磁铁和低功耗耐高压双向线性力马达两种结构，前者采用阶梯环形的极靴和衔铁等结构设计，构成了一个轴向工作气隙和两个径向工作气隙，线性工作行程为1.4mm，非线性小于4％，滞环小于2％，力动态响应上升时间为47ms，频响为36Hz，额定稳态功耗为9.5W，室温下稳态线圈温升为42.5℃。
[0007]孟彬等提出一种高频双向旋转式电
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机械转换器，磁路差动控制，具有结构简单，输出扭矩大的特点。但是永磁体为单侧布置，使得工作气隙中永磁体励磁磁通不同，使得往复输出力矩不同，并且不具有水平特性。

技术实现思路

[0008]为了克服已有的直动式比例电磁铁获得水平力
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位移特性困难、惯性大、结构复杂、装配工艺要求过高等问题，本专利技术提供一种具有水平力
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位移特性、结构简单、惯性小的单相空心杯式直动比例电磁铁。
[0009]本专利技术采用的技术方案是：一种基于永磁差动磁路的单相空心杯式直动比例电磁铁，包括轭铁部件，轭铁部件的外侧设有外壳，轭铁部件的两端分别设有前端盖、后端盖，外壳、前端盖和后端盖将轭铁部件沿轴向固定约束；
[0010]所述轭铁部件包括第一轭铁、第二轭铁、第三轭铁、和第四轭铁；所述第一轭铁和第三轭铁相对于外壳的轴线中心对称布置，第一轭铁、第三轭铁相互远离的一端均设有沿周向连续分布的轭铁尖形齿；第一轭铁的轭铁尖形齿形成轭铁磁面Ⅰ，第三轭铁的轭铁尖形齿形成轭铁磁面Ⅱ；
[0011]第一轭铁、第三轭铁之间设有第二轭铁，第二轭铁极下为矩形齿，第二轭铁的矩形齿形成轭铁磁面Ⅲ；第一轭铁、第二轭铁相互靠近的一侧均设有凹槽Ⅰ，第一轭铁、第二轭铁之间设有第一永磁体，第一永磁体两端分别嵌设在对应的凹槽Ⅰ内；第二轭铁、第三轭铁相互靠近的一侧均设有凹槽Ⅱ，第二轭铁、第三轭铁之间设有第二永磁铁，第二永磁铁的两端分别嵌设在对应的凹槽Ⅱ内；
[0012]第一轭铁、第三轭铁的顶面共同设有第四轭铁，第一轭铁、第一永磁体、第二轭铁、第二永磁体、第三轭铁和第四轭铁所围成的空间里放置线圈固定架，线圈固定架上缠有控制线圈，控制线圈通电后形成控制磁通；
[0013]所述轭铁部件内设有空心杯式衔铁，衔铁呈空心杯状；衔铁内设有轴孔，轴孔内装有输出轴；输出轴一端通过直线轴承支撑在前端盖上，并连接外部弹簧；衔铁上沿轴向依次设有第一矩形齿、第二矩形齿和第三矩形齿，第一矩形齿、第二矩形齿和第三矩形齿均沿周向连续分布；所述第一矩形齿靠近轭铁磁面Ⅰ，第一矩形齿形成衔铁磁面Ⅰ；第二矩形齿正对轭铁磁面Ⅲ，第二矩形齿形成衔铁磁面Ⅱ；第三矩形齿靠近轭铁磁面Ⅱ，第三矩形齿形成衔铁磁面Ⅲ；
[0014]所述前端盖、后端盖、外壳和输出轴用不导磁的金属材料制成，衔铁、第一轭铁、第二轭铁、第三轭铁和第四轭铁用高导磁率的金属软磁材料制成。
[0015]进一步，所述轭铁磁面Ⅰ落后衔铁磁面Ⅰ1/3个齿距，轭铁磁面Ⅱ超前衔铁磁面Ⅲ1/3个齿距。
[0016]本专利技术的原理是：直动式电
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机械转换器在工作过程中随着衔铁的位移，轴向工作气隙逐渐减小，轴向输出力会增大，即其力
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位移特性曲线的斜率为正。旋转式电
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机械转换器在工作过程中随着衔铁的旋转，虽然径向气隙的大小不发生变化，但其磁通大小及走向的变化使得力
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位移特性曲线为负。因此，本专利技术构造了随衔铁轴向运动而不发生变化的径向气隙(如旋转式电
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机械转换器的径向气隙)，并按照旋转式电
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机械转换器的齿极将轭铁齿极的形状进行了特殊设计，将轭铁下的矩形齿设计为尖形齿，通过改变轭铁齿尖的形状
来控制齿尖的磁饱和程度，使得随着衔铁的轴向移动，衔铁齿侧所产生的驱动衔铁轴向运动的轴向磁通量保持不变，经过合理的参数优化就可以获得接近水平的力
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位移特性曲线，外加弹簧后就可以获得比例的位置控制特性(将弹簧盖板和输出轴相连即可)。由于此结构的对称设计，在线圈失电的情况下衔铁会受到永磁励磁磁通的作用自动回中位。
[0017]本专利技术的有益效果是：<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于永磁差动磁路的单相空心杯式直动比例电磁铁，其特征在于：包括轭铁部件，轭铁部件的外侧设有外壳(15)，轭铁部件的两端分别设有前端盖(2)、后端盖(12)，外壳(15)、前端盖(2)和后端盖(12)将轭铁部件沿轴向固定约束；所述轭铁部件包括第一轭铁(5)、第二轭铁(7)、第三轭铁(11)、和第四轭铁(4)；所述第一轭铁(5)和第三轭铁(11)相对于外壳(15)的轴线中心对称布置，第一轭铁(5)、第三轭铁(11)相互远离的一端均设有沿周向连续分布的轭铁尖形齿；第一轭铁(5)的轭铁尖形齿形成轭铁磁面Ⅰ(17)，第三轭铁(11)的轭铁尖形齿形成轭铁磁面Ⅱ(16)；第一轭铁(5)、第三轭铁(11)之间设有第二轭铁(7)，第二轭铁(7)极下为矩形齿，第二轭铁(7)的矩形齿形成轭铁磁面Ⅲ(18)；第一轭铁(5)、第二轭铁(7)相互靠近的一侧均设有凹槽Ⅰ，第一轭铁(5)、第二轭铁(7)之间设有第一永磁体(6)，第一永磁体(6)两端分别嵌设在对应的凹槽Ⅰ内；第二轭铁(7)、第三轭铁(11)相互靠近的一侧均设有凹槽Ⅱ，第二轭铁(7)、第三轭铁(11)之间设有第二永磁铁(8)，第二永磁铁(8)的两端分别嵌设在对应的凹槽Ⅱ内；第一轭铁(5)、第三轭铁(11)的顶面共同设有第四轭铁(4)，第一轭铁(5)、...

【专利技术属性】
技术研发人员：衡垚圳，朱良强，朱晨航，徐豪，戴铭柱，孟彬，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：