力-位移特性對(duì)稱的雙相插片式直動(dòng)電磁鐵的制作方法
【專利摘要】力-位移特性對(duì)稱的雙相插片式直動(dòng)電磁鐵，包括銜鐵部件、定子部件、殼體、前端蓋和后端蓋；所述定子部件具有雙相電流勵(lì)磁結(jié)構(gòu)；環(huán)狀永磁體位于定子右保持架與定子左保持架之間,按照整個(gè)圓周均分的方式劃分成偶數(shù)個(gè)區(qū)域，且N極區(qū)域和S極區(qū)域間隔排列；銜鐵保持架的插槽數(shù)是能被4所整除的偶數(shù)，將銜鐵保持架分成插槽數(shù)相等的四個(gè)區(qū)域，插入第一銜鐵硅鋼片7的區(qū)域與插入第二銜鐵硅鋼片8的區(qū)域間隔排列，第一銜鐵硅鋼片7與第二銜鐵硅鋼片8軸向錯(cuò)開(kāi)半個(gè)齒距。
【專利說(shuō)明】力-位移特性對(duì)稱的雙相插片式直動(dòng)電磁鐵
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及屬于流體傳動(dòng)及控制領(lǐng)域中電液比例/伺服閥用的電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器，尤其涉及一種力-位移特性對(duì)稱的雙相插片式直動(dòng)電磁鐵。
【背景技術(shù)】
[0002]在電液比例/伺服控制系統(tǒng)中，作為電液比例/伺服閥關(guān)鍵部件的電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器由于工作行程較小，其性能主要追求電能與機(jī)械能轉(zhuǎn)換的實(shí)時(shí)性和精度，也就是要求在保證一定的輸出力/力矩的同時(shí)，盡量取得較高的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。另外，在特殊環(huán)境下(如車載或者航空航天等應(yīng)用場(chǎng)合)，還要求閥以及電-機(jī)械轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)在保證輸出功率的同時(shí)，能盡量減少外形尺寸和重量。
[0003]與傳統(tǒng)的電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器如力矩馬達(dá)、線性力馬達(dá)以及比例電磁鐵相比，雙凸齒式閥用電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器的最大特征是定子和轉(zhuǎn)子(銜鐵)上開(kāi)有若干小齒，因而具有輸出力(力矩)和控制精度與轉(zhuǎn)子(銜鐵)的齒數(shù)成正比的特點(diǎn)，近年來(lái)在基于液壓伺服螺旋機(jī)構(gòu)的2D閥等領(lǐng)域里得到了應(yīng)用。雙凸齒式閥用電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器按照定子分相方式的不同可以分為徑向分相式和軸向分相式兩種，后者與前者相比，通過(guò)將定子勵(lì)磁相改置于永磁體的一側(cè)或兩側(cè)，從而可以構(gòu)成多種旋轉(zhuǎn)式、直動(dòng)式、單相以及雙相等新型的閥用電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器，而且很容易設(shè)計(jì)成濕式耐高壓結(jié)構(gòu)。
[0004]在交流控制方式下工作的電磁元件都存在渦流的問(wèn)題，一般都是通過(guò)將定轉(zhuǎn)子鐵芯疊片的方式來(lái)降低渦流損耗。軸向分相式的雙凸齒式閥用電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器由于不能像徑向分相結(jié)構(gòu)那樣沿軸向疊片，所以只能采用整體式結(jié)構(gòu)。但該結(jié)構(gòu)在交流方式控制下渦流效應(yīng)嚴(yán)重，使得電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器的無(wú)用功損耗增高，線圈發(fā)熱嚴(yán)重，渦流還對(duì)控制繞組內(nèi)電流的變化起到一定的阻礙作用，影響了電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器的動(dòng)態(tài)性能。另外，其定轉(zhuǎn)子整體式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)也決定了必須要使用整塊金屬作為鐵芯的軟磁材料，從而使得重量居高不下，影響了整機(jī)的功率重量比。為此，也有專利提出利用增強(qiáng)尼龍等塑料材料作為定轉(zhuǎn)子保持架，通過(guò)插片的方式構(gòu)成低渦流高動(dòng)態(tài)的軸向分相式電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器。
[0005]無(wú)論是整體式結(jié)構(gòu)還是插片式結(jié)構(gòu)的直動(dòng)式軸向分相電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器，其基本工作原理都是將定子分為兩相置于永磁體兩邊，定子依次和銜鐵構(gòu)成四段環(huán)形的工作氣隙，永磁體在四段工作氣隙下產(chǎn)生極化磁場(chǎng)，兩個(gè)勵(lì)磁線圈各自在其所屬定子相內(nèi)產(chǎn)生控制磁場(chǎng)，勵(lì)磁電流方向變化而引起控制磁場(chǎng)對(duì)永磁體極化磁場(chǎng)作差動(dòng)疊加以產(chǎn)生電磁力。如果假設(shè)定子鐵芯和銜鐵的磁阻為零，則永磁體在四段工作氣隙下產(chǎn)生的極化磁場(chǎng)強(qiáng)度相同，此時(shí)磁路對(duì)稱，即電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器在不同方向勵(lì)磁電流下獲得的力-位移特性幅值相等，力-位移特性是對(duì)稱的；然而實(shí)際情況是定子鐵芯和銜鐵都具有一定的磁阻，按照磁路理論，此時(shí)距離永磁體較遠(yuǎn)的兩段工作氣隙下的極化磁場(chǎng)強(qiáng)度較弱，而距離永磁體較近的兩段工作氣隙下的極化磁場(chǎng)較強(qiáng)，這就造成了電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器的磁路不對(duì)稱，當(dāng)勵(lì)磁電流的磁場(chǎng)和永磁體的磁場(chǎng)差動(dòng)疊加時(shí)，電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器的力-位移特性受到勵(lì)磁電流方向的影響，即在不同方向的勵(lì)磁電流下獲得的力-位移特性幅值不等，呈現(xiàn)出一種不對(duì)稱的特征，當(dāng)將其作為閥用電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器使用時(shí)，這種不對(duì)稱的力-位移特性會(huì)影響到閥的定位精度，使其無(wú)法呈現(xiàn)出比例/伺服閥應(yīng)有的高性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型要克服現(xiàn)有技術(shù)受定子鐵芯和銜鐵的磁阻效應(yīng)影響，呈現(xiàn)出一種不對(duì)稱的特征的缺陷，提供一種能夠克服鐵芯和銜鐵的磁阻效應(yīng)影響，不同方向勵(lì)磁電流下獲得的力-位移特性幅值相等，力-位移特性對(duì)稱的電磁鐵。
[0007]力-位移特性對(duì)稱的雙相插片式直動(dòng)電磁鐵，包括定子部件、銜鐵部件、殼體以及前后端蓋，所述定子部件位于銜鐵部件的外側(cè)，所述定子部件具有雙相電流勵(lì)磁結(jié)構(gòu)；
[0008]所述永磁體11為圓環(huán)形狀，其軸向尺寸S2要求保持為定子以及銜鐵硅鋼片齒距Pt的(K-1/2)倍，K為任意正整數(shù)；永磁體11位于所述定子左保持架和定子右保持架之間且被軸向磁化成N極和S極；永磁體11必須按照整個(gè)圓周均分的方式劃分成偶數(shù)個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域均軸向充磁，且N極區(qū)域和S極區(qū)域間隔排列；
[0009]所述四個(gè)定子保持架形狀相同，均為中空的半圓柱體，杯體外圓周面開(kāi)有徑向均勻分布的插槽，其形狀尺寸要求和定子硅鋼片4相同；定子硅鋼片4為冷沖壓成型的扁平匚形狀，其兩個(gè)末端上分別開(kāi)有軸向均勻分布且數(shù)目相等的小齒，小齒的齒寬和槽寬相等；定子硅鋼片4兩條內(nèi)邊的距離SI為齒距Pt的整數(shù)倍；定子硅鋼片4插入四個(gè)定子保持架上的插槽以構(gòu)成產(chǎn)生電磁力所必需的定子凸齒結(jié)構(gòu)；
[0010]所述銜鐵部件包括銜鐵保持架16、第一銜鐵硅鋼片7、第二銜鐵硅鋼片8與推桿17 ;第一銜鐵硅鋼片7和第二銜鐵硅鋼片8均為冷沖壓成型的扁平長(zhǎng)條形狀，且軸向均勻分布有多個(gè)小齒，其齒寬和槽寬相等；兩種銜鐵硅鋼片插入銜鐵保持架16上的插槽以構(gòu)成產(chǎn)生電磁力所必需的銜鐵凸齒結(jié)構(gòu)；
[0011]第一銜鐵硅鋼片7和第二銜鐵硅鋼片8軸向錯(cuò)開(kāi)半個(gè)齒距，第一銜鐵硅鋼片7和第二銜鐵硅鋼片8其余的結(jié)構(gòu)參數(shù)相同；銜鐵保持架16外圓周面上開(kāi)有均勻分布的插槽，插槽數(shù)是能被2所整除的偶數(shù)，將銜鐵保持架16分成與永磁體10對(duì)應(yīng)的區(qū)域，插入第一銜鐵硅鋼片7的區(qū)域和插入第二銜鐵硅鋼片8的區(qū)域間隔排列；
[0012]銜鐵保持架16安裝在推桿17之上，可與閥芯聯(lián)動(dòng)的推桿17通過(guò)直線軸承支撐在前端蓋I及后端蓋3中。
[0013]優(yōu)選地，永磁體11必須按照整個(gè)圓周四均分的方式劃分成4個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域均軸向充磁，且N極區(qū)域和S極區(qū)域間隔排列。
[0014]優(yōu)選地，所述定子部件的雙相電流勵(lì)磁結(jié)構(gòu)包括:第一定子保持架12、第二定子保持架13、第三定子保持架5、第四定子保持架9、定子硅鋼片4、第一線圈保持架15、第二線圈保持架6、第一控制線圈14、第二控制線圈10、永磁體11和殼體2 ;所述第一定子保持架12、第二定子保持架13、第三定子保持架5、第四定子保持架9均布置在銜鐵外圈，第一定子保持架12和第二定子保持架13形狀相同，兩者相互扣合構(gòu)成定子左保持架并通過(guò)殼體2壓緊，第一線圈保持架15位于定子左保持架的空腔內(nèi)，所述第一控制線圈14環(huán)繞在第一線圈保持架15上組成電流勵(lì)磁的一相；第三定子保持架5和第四定子保持架9形狀相同，兩者相互扣合構(gòu)成定子右保持架并通過(guò)殼體2壓緊，所述第二線圈保持架6位于所述定子右保持架的空腔內(nèi)，所述第二控制線圈10環(huán)繞在第二線圈保持架6上組成電流勵(lì)磁的另一相。
[0015]優(yōu)選地，所述第一定子保持架12、第二定子保持架13、第三定子保持架5、第四定子保持架9為高強(qiáng)度的增強(qiáng)尼龍材料注塑成型；銜鐵保持架16為高強(qiáng)度的增強(qiáng)尼龍材料注塑成型；殼體2和前后端蓋I和3可以采用高強(qiáng)度的增強(qiáng)尼龍材料注塑成型。
[0016]本實(shí)用新型的有益效果主要表現(xiàn)在:1、通過(guò)改進(jìn)的電磁設(shè)計(jì)，使得雙相插片式直動(dòng)電磁鐵的力-位移特性對(duì)稱，即在不同方向的勵(lì)磁電流下獲得的力-位移特性幅值相等，有利于提聞閥的定位精度。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理示意圖；
[0018]圖2為本實(shí)用新型的定子硅鋼片的結(jié)構(gòu)示意；
[0019]圖3為本實(shí)用新型的第三定子保持架結(jié)構(gòu)示意圖，第一定子保持架、第二定子保持架和第四定子保持架與其完全相同；
[0020]圖4為本實(shí)用新型中插上定子硅鋼片后的定子左保持架示意圖，定子右保持架與其完全相同；
[0021]圖5為本實(shí)用新型的第一銜鐵硅鋼片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖6為本實(shí)用新型的第二銜鐵硅鋼片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖7為本實(shí)用新型的銜鐵保持架的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖8為本實(shí)用新型中按兩兩間隔方式插入第一銜鐵硅鋼片和第二銜鐵硅鋼片后的銜鐵組件整體示意圖；
[0025]圖9為本實(shí)用新型按兩兩間隔方式插入第一銜鐵硅鋼片和第二銜鐵硅鋼片后的銜鐵組件端面示意圖；
[0026]圖10為本實(shí)用新型的永磁體充磁方式示意圖；
[0027]圖11為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)尺寸示意圖；
[0028]圖12為用來(lái)和本實(shí)用新型對(duì)比的傳統(tǒng)雙相插片式直動(dòng)電磁鐵的工作原理示意圖；
[0029]圖13a，13b，13c，13d和13e為本實(shí)用新型的工作原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。
[0031]本實(shí)施例中的“齒距”是指銜鐵相鄰兩齒(或槽)中心線的距離；“力-位移特性”是指在定子兩相通電方式下，一個(gè)齒距的范圍內(nèi)電磁鐵輸出的電磁力曲線。
[0032]如圖1?圖11所示，本實(shí)用新型包括定子部件、銜鐵部件、殼體以及前后端蓋。所述定子部件位于銜鐵部件的外側(cè)，所述定子部件包括第一定子保持架12、第二定子保持架13、第三定子保持架5、第四定子保持架9、定子硅鋼片4、第一線圈保持架15、第二線圈保持架6、第一控制線圈14、第二控制線圈10、永磁體11和殼體2。所述殼體2為定子部件的基體，用來(lái)支撐和容納其他定子零部件；所述第一定子保持架12、第二定子保持架13、第三定子保持架5、第四定子保持架9為高強(qiáng)度的增強(qiáng)尼龍材料注塑成型，可以在保持一定的強(qiáng)度和剛度的同時(shí)，大大減輕整機(jī)重量，有利于提高整機(jī)的功率重量比；所述第一定子保持架12、第二定子保持架13、第三定子保持架5、第四定子保持架9均布置在銜鐵外圈，第一定子保持架12和第二定子保持架13形狀相同，兩者相互扣合構(gòu)成定子左保持架并通過(guò)殼體2壓緊，第一線圈保持架15位于定子左保持架的空腔內(nèi)，所述第一控制線圈14環(huán)繞在第一線圈保持架15上組成電流勵(lì)磁的一相；第三定子保持架5和第四定子保持架9形狀相同，兩者相互扣合構(gòu)成定子右保持架并通過(guò)殼體2壓緊，所述第二線圈保持架6位于所述定子右保持架的空腔內(nèi)，所述第二控制線圈10環(huán)繞在第二線圈保持架6上組成電流勵(lì)磁的另一相；所述永磁體11為圓環(huán)形狀，其軸向尺寸S2要求保持為定子以及銜鐵硅鋼片齒距Pt的(K-1/2)倍，K為任意正整數(shù)，如圖11所示；永磁體11位于所述定子左保持架和定子右保持架之間且被軸向磁化成N極和S極。為保證電磁鐵的力-位移特性對(duì)稱，永磁體11必須按照將整個(gè)圓周以偶數(shù)等分的方式劃分成若干個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域均軸向充磁，且N極區(qū)域和S極區(qū)域間隔排列。從工藝角度而言，二等分充磁最為便捷，但電磁鐵會(huì)有徑向力不平衡的問(wèn)題，從而影響到軸承的使用壽命；過(guò)多的等分對(duì)電磁鐵性能的提升沒(méi)有幫助，且充磁工藝上較為繁瑣，因而綜合而言，將永磁體四等分充磁實(shí)用性最好，如圖10所示。
[0033]如圖2、圖3、圖4和圖11所示，所述四個(gè)定子保持架形狀相同，均為中空的半圓柱體，杯體外圓周面開(kāi)有徑向均勻分布的插槽，其形狀尺寸要求和定子硅鋼片4相同，用于插入定子硅鋼片；定子硅鋼片4為冷沖壓成型的扁平匚形狀，其兩個(gè)末端上分別開(kāi)有軸向均勻分布且數(shù)目相等的小齒，小齒的齒寬和槽寬相等；定子硅鋼片4兩條內(nèi)邊的距離SI要求保持為齒距Pt的整數(shù)倍；定子硅鋼片4以稍微過(guò)盈的配合插入四個(gè)定子保持架上的插槽以構(gòu)成產(chǎn)生電磁力所必需的定子凸齒結(jié)構(gòu)。
[0034]如圖5?圖9所示，所述銜鐵部件包括銜鐵保持架16、第一銜鐵硅鋼片7、第二銜鐵硅鋼片8與推桿17三部分。第一銜鐵硅鋼片7和第二銜鐵硅鋼片8均為冷沖壓成型的扁平長(zhǎng)條形狀，且軸向均勻分布有多個(gè)小齒，其齒寬和槽寬相等，均為齒距的1/2 ;兩種銜鐵硅鋼片以稍微過(guò)盈的配合插入銜鐵保持架16上的插槽以構(gòu)成產(chǎn)生電磁力所必需的銜鐵凸齒結(jié)構(gòu)。為使得電磁鐵的力-位移特性相等，達(dá)到在工作時(shí)，電磁鐵工作氣隙下有一半的區(qū)域定子硅鋼片和銜鐵硅鋼片處于“齒對(duì)齒”的狀態(tài)，而另外一半?yún)^(qū)域定子硅鋼片和銜鐵硅鋼片則處于“齒對(duì)槽”的狀態(tài)，第一銜鐵硅鋼片7和第二銜鐵硅鋼片8軸向必須錯(cuò)開(kāi)半個(gè)齒距，即將第一銜鐵硅鋼片7和第二銜鐵硅鋼片8放在一起重合比較時(shí)，前者上的齒必須正對(duì)著后者上的槽，第一銜鐵硅鋼片7和第二銜鐵硅鋼片8其余的結(jié)構(gòu)參數(shù)相同。銜鐵保持架16為高強(qiáng)度的增強(qiáng)尼龍材料注塑成型，其外圓周面上開(kāi)有一定深度且均勻分布的矩形插槽，用于插入第一銜鐵硅鋼片7和第二銜鐵硅鋼片8，插槽的槽寬、槽深等和上述銜鐵硅鋼片的寬度及高度相同，為了保證力-位移特性對(duì)稱，插槽數(shù)必須是能被2所整除的偶數(shù)，以此可以將銜鐵保持架16分成插槽數(shù)相等的若干偶數(shù)個(gè)區(qū)域，插入第一銜鐵硅鋼片7的區(qū)域和插入第二銜鐵硅鋼片8的區(qū)域間隔排列，注意銜鐵保持架16的區(qū)域數(shù)需要和前述永磁體11的區(qū)域數(shù)對(duì)應(yīng)，即兩者的劃分區(qū)域數(shù)目相等、各區(qū)域的弧度相同。銜鐵保持架16安裝在推桿17之上，可與閥芯聯(lián)動(dòng)的推桿17通過(guò)直線軸承支撐在前端蓋I及后端蓋3中。
[0035]為進(jìn)一步減輕整機(jī)重量，殼體2和前后端蓋I和3也可以采用高強(qiáng)度的增強(qiáng)尼龍材料注塑成型。
[0036]下面以永磁體四等分充磁、銜鐵保持架徑向均布24個(gè)插槽且劃分為四個(gè)區(qū)域的雙相插片式直動(dòng)電磁鐵為例，闡述本實(shí)用新型的工作原理:[0037]首先有必要闡述傳統(tǒng)的雙相插片式直動(dòng)電磁鐵的工作原理，以期與本實(shí)用新型的內(nèi)容作個(gè)比較，如圖12所示，和本實(shí)用新型一樣，傳統(tǒng)的雙相插片式直動(dòng)電磁鐵也是由定子和銜鐵之間形成四段環(huán)形的工作氣隙S1、δ2、δ3和δ 4，永磁體在四段工作氣隙下產(chǎn)生極化磁場(chǎng)，兩個(gè)勵(lì)磁線圈各自在其所屬定子相內(nèi)產(chǎn)生控制磁場(chǎng)，以勵(lì)磁電流的方向變化而引起控制磁場(chǎng)對(duì)永磁體磁場(chǎng)作差動(dòng)疊加以產(chǎn)生電磁力。但是和本實(shí)用新型不同的是，傳統(tǒng)的雙相插片式直動(dòng)電磁鐵的銜鐵保持架上的銜鐵硅鋼片只有單獨(dú)的一種，且永磁體是整體軸向充磁?？梢钥吹?，無(wú)論勵(lì)磁電流方向怎么變化，四段工作氣隙δ1、δ2、δ3和δ4下的磁場(chǎng)必然是以下四種情況之一:
[0038]1.δ I和δ 4下永磁體和勵(lì)磁線圈的磁場(chǎng)相互增強(qiáng)，δ 2和δ 3下永磁體和勵(lì)磁線圈的磁場(chǎng)相互抵消；
[0039]I1.δ 2和δ 3下永磁體和勵(lì)磁線圈的磁場(chǎng)相互增強(qiáng)，δ I和δ 4下永磁體和勵(lì)磁線圈的磁場(chǎng)相互抵消；
[0040]II1.δ I和δ 3下永磁體和勵(lì)磁線圈的磁場(chǎng)相互增強(qiáng)，δ 2和δ 4下永磁體和勵(lì)磁線圈的磁場(chǎng)相互抵消；
[0041]IV.δ 2和δ 4下永磁體和勵(lì)磁線圈的磁場(chǎng)相互增強(qiáng)，δ I和δ 3下永磁體和勵(lì)磁線圈的磁場(chǎng)相互抵消。
[0042]如果假設(shè)定子和銜鐵的硅鋼片磁阻為零，則永磁體在四段工作氣隙下產(chǎn)生的極化磁場(chǎng)強(qiáng)度相同，此時(shí)磁路對(duì)稱，力-位移特性獨(dú)立于勵(lì)磁電流方向的變化，即電磁鐵在不同方向的勵(lì)磁電流下獲得的力-位移幅值相等，力-位移是對(duì)稱的；然而實(shí)際情況是定子和銜鐵的硅鋼片都具有一定的磁阻，按照磁路理論，此時(shí)距離永磁體較遠(yuǎn)的兩段工作氣隙δ I和S 4下的極化磁場(chǎng)強(qiáng)度較弱，而距離永磁體較近的兩段工作氣隙δ2和δ 3下的極化磁場(chǎng)較強(qiáng)，從產(chǎn)生的電磁力幅值的角度看，第I種情況產(chǎn)生的力幅值最小；第II種情況產(chǎn)生的力幅值最大；第III和第IV種情況產(chǎn)生的力幅值相同，其介于I和II之間。可以看到，由于電磁鐵磁路不對(duì)稱，其在不同方向的勵(lì)磁電流下獲得的力-位移特性幅值不等，呈現(xiàn)出一種不對(duì)稱的特征。
[0043]從上述的第III和第IV種情況的討論中可以得到啟發(fā)，如果能做到無(wú)論勵(lì)磁電流方向怎么變化，四段工作氣隙下始終有靠近永磁體的一段氣隙和遠(yuǎn)離永磁體的一段氣隙下各自的磁場(chǎng)相互增強(qiáng)，而剩余的靠近永磁體的一段氣隙和遠(yuǎn)離永磁體的一段氣隙下各自的磁場(chǎng)相互抵消的話，磁路就可以對(duì)稱，電磁鐵的力-位移特性就可以對(duì)稱，不同方向的勵(lì)磁電流產(chǎn)生的力幅值就可以相等。
[0044]按照這個(gè)原則，本實(shí)用新型提出了所謂力-位移特性對(duì)稱的雙相插片式直動(dòng)電磁鐵，通過(guò)改變永磁體的充磁方式和軸向錯(cuò)齒的兩種銜鐵硅鋼片，來(lái)實(shí)現(xiàn)電磁鐵的力-位移特性對(duì)稱。
[0045]參照?qǐng)D13a?13e，令圖13a所示的轉(zhuǎn)子位置為初始位置，當(dāng)?shù)诙刂凭€圈10、第一控制線圈14不通電流的時(shí)候，工作氣隙δ 1、δ 2、δ 3、δ 4、δ 5、δ 6、δ 7和δ 8內(nèi)只有永磁體產(chǎn)生的極化磁場(chǎng)；當(dāng)?shù)诙刂凭€圈10、第一控制線圈14通入如圖13b所示的電流時(shí)(Θ方向表示沿紙面向外，?方向表示沿紙面向里)，電流控制磁場(chǎng)與永磁極化磁場(chǎng)在工作氣隙δ 1、δ2、δ3、δ4、δ5、δ6、δ7和δ 8中相互疊加，其中工作氣隙δ 2、δ 3、δ5和δ 8下控制磁場(chǎng)與永磁極化磁場(chǎng)方向相同，磁場(chǎng)增強(qiáng)；工作氣隙δ 1、δ 4、δ 6和δ 7下電流磁場(chǎng)與永磁極化磁場(chǎng)方向相反，磁場(chǎng)相互抵消，此時(shí)整個(gè)銜鐵受到電磁力移動(dòng)1/4個(gè)齒距，可以看到，此時(shí)產(chǎn)生電磁力的S 5和δ 8位于遠(yuǎn)離永磁體的兩端，δ2和δ 3則靠近永磁體；不產(chǎn)生電磁力的δ I和δ 4也位于遠(yuǎn)離永磁體的兩端，δ 6和δ 7則靠近永磁體；當(dāng)?shù)诙刂凭€圈10、第一控制線圈14通入如圖13c所示的電流時(shí)，工作氣隙δ1、δ3、δ6和δ8下磁場(chǎng)增強(qiáng)，工作氣隙δ2、δ4、δ5和δ 7下磁場(chǎng)相互抵消，整個(gè)銜鐵受到電磁力移動(dòng)1/4個(gè)齒距，此時(shí)產(chǎn)生電磁力的δ?和δ 8位于遠(yuǎn)離永磁體的兩端，δ3和δ 6則靠近永磁體；不產(chǎn)生電磁力的S4和δ 5也位于遠(yuǎn)離永磁體的兩端，δ2和δ 7則靠近永磁體；同理當(dāng)?shù)诙刂凭€圈10、第一控制線圈14通入如圖13d所示的電流時(shí)，工作氣隙δ?、δ4、δ6和δ7下磁場(chǎng)增強(qiáng)；工作氣隙δ 2、δ 3、δ 5和δ 8下磁場(chǎng)相互抵消，銜鐵繼續(xù)受到電磁力移動(dòng)1/4個(gè)齒距，此時(shí)產(chǎn)生電磁力的δ?和δ 4位于遠(yuǎn)離永磁體的兩端，δ6和δ 7則靠近永磁體；不產(chǎn)生電磁力的δ 5和δ 8也位于遠(yuǎn)離永磁體的兩端，δ 2和δ 3則靠近永磁體；當(dāng)?shù)诙刂凭€圈10、第一控制線圈14通入如圖13e所示的電流時(shí)，工作氣隙δ2、δ4、δ5和δ7下磁場(chǎng)增強(qiáng)，工作氣隙δ1、δ3、δ6和δ8下磁場(chǎng)相互抵消，銜鐵繼續(xù)受到電磁力移動(dòng)1/4個(gè)齒距，此時(shí)產(chǎn)生電磁力的δ4和δ 5位于遠(yuǎn)離永磁體的兩端，δ2和δ 7則靠近永磁體；不產(chǎn)生電磁力的S I和δ 8也位于遠(yuǎn)離永磁體的兩端，δ3和δ 6則靠近永磁體?？梢钥吹剑陔娏骺刂拼艌?chǎng)和永磁極化磁場(chǎng)的差動(dòng)疊加下，每經(jīng)過(guò)四種通電方式變化，銜鐵就會(huì)移動(dòng)一個(gè)齒距。重復(fù)上述通電方式，銜鐵就會(huì)以1/4齒距的步距連續(xù)移動(dòng)下去；而且無(wú)論勵(lì)磁電流方向如何變化，總是可以實(shí)現(xiàn)四段工作氣隙中有靠近永磁體的一段氣隙和遠(yuǎn)離永磁體的一段氣隙下各自的磁場(chǎng)相互增強(qiáng)，而剩余靠近永磁體的一段氣隙和遠(yuǎn)離永磁體的一段氣隙下各自的磁場(chǎng)相互抵消，即磁路是對(duì)稱的，從而保證了電磁鐵的力-位移特性對(duì)稱，不同方向的勵(lì)磁電流產(chǎn)生的力幅值相等。
[0046] 上述【具體實(shí)施方式】用來(lái)解釋本實(shí)用新型，而不是對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行限制，在本實(shí)用新型的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)本實(shí)用新型作出的任何修改和改變，都落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.力-位移特性對(duì)稱的雙相插片式直動(dòng)電磁鐵，包括定子部件、銜鐵部件、殼體以及前后端蓋，所述定子部件位于銜鐵部件的外側(cè)，所述定子部件具有雙相電流勵(lì)磁結(jié)構(gòu)； 所述永磁體(11)為圓環(huán)形狀，其軸向尺寸S2要求保持為定子以及銜鐵硅鋼片齒距Pt的(K-1/2)倍，K為任意正整數(shù)；永磁體(11)位于所述定子左保持架和定子右保持架之間且被軸向磁化成N極和S極；永磁體(11)必須按照整個(gè)圓周均分的方式劃分成偶數(shù)個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域均軸向充磁，且N極區(qū)域和S極區(qū)域間隔排列； 所述四個(gè)定子保持架形狀相同，均為中空的半圓柱體，杯體外圓周面開(kāi)有徑向均勻分布的插槽，其形狀尺寸要求和定子硅鋼片(4)相同；定子硅鋼片(4)為冷沖壓成型的扁平匚形狀，其兩個(gè)末端上分別開(kāi)有軸向均勻分布且數(shù)目相等的小齒，小齒的齒寬和槽寬相等；定子硅鋼片(4)兩條內(nèi)邊的距離SI為齒距Pt的整數(shù)倍；定子硅鋼片(4)插入四個(gè)定子保持架上的插槽以構(gòu)成產(chǎn)生電磁力所必需的定子凸齒結(jié)構(gòu)； 所述銜鐵部件包括銜鐵保持架(16)、第一銜鐵硅鋼片(7)、第二銜鐵硅鋼片(8)與推桿(17);第一銜鐵硅鋼片(7)和第二銜鐵硅鋼片(8)均為冷沖壓成型的扁平長(zhǎng)條形狀，且軸向均勻分布有多個(gè)小齒，其齒寬和槽寬相等；兩種銜鐵硅鋼片插入銜鐵保持架(16)上的插槽以構(gòu)成產(chǎn)生電磁力所必需的銜鐵凸齒結(jié)構(gòu)； 第一銜鐵硅鋼片(7)和第二銜鐵硅鋼片(8)軸向錯(cuò)開(kāi)半個(gè)齒距，第一銜鐵硅鋼片(7)和第二銜鐵硅鋼片(8)其余的結(jié)構(gòu)參數(shù)相同；銜鐵保持架(16)外圓周面上開(kāi)有均勻分布的插槽，插槽數(shù)是能被4所整除的偶數(shù)，將銜鐵保持架(16)分成與永磁體(10)對(duì)應(yīng)的區(qū)域，插入第一銜鐵硅鋼片(7)的區(qū)域和插入第二銜鐵硅鋼片(8)的區(qū)域間隔排列； 銜鐵保持架(16)安裝在推桿(17)之上，可與閥芯聯(lián)動(dòng)的推桿(17)通過(guò)直線軸承支撐在前端蓋(I)及后端蓋(3)中。
2.如權(quán)利要求1所述的電磁體，其特征在于:永磁體(11)必須按照整個(gè)圓周四均分的方式劃分成4個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域均軸向充磁，且N極區(qū)域和S極區(qū)域間隔排列。
3.如權(quán)利要求1或2所述的電磁體，其特征在于:所述定子部件的雙相電流勵(lì)磁結(jié)構(gòu)包括:第一定子保持架(12)、第二定子保持架(13)、第三定子保持架(5)、第四定子保持架(9)、定子硅鋼片(4)、第一線圈保持架(15)、第二線圈保持架(6)、第一控制線圈(14)、第二控制線圈(10)、永磁體(11)和殼體(2);所述第一定子保持架(12)、第二定子保持架(13)、第三定子保持架(5)、第四定子保持架(9)均布置在銜鐵外圈，第一定子保持架(12)和第二定子保持架(13)形狀相同，兩者相互扣合構(gòu)成定子左保持架并通過(guò)殼體(2)壓緊，第一線圈保持架(15)位于定子左保持架的空腔內(nèi)，所述第一控制線圈(14)環(huán)繞在第一線圈保持架(15)上組成電流勵(lì)磁的一相；第三定子保持架(5)和第四定子保持架(9)形狀相同，兩者相互扣合構(gòu)成定子右保持架并通過(guò)殼體(2)壓緊，所述第二線圈保持架(6)位于所述定子右保持架的空腔內(nèi)，所述第二控制線圈(10)環(huán)繞在第二線圈保持架(6)上組成電流勵(lì)磁的另一相。
4.如權(quán)利要求3所述的電磁體，其特征在于:所述第一定子保持架(12)、第二定子保持架(13)、第三定子保持架(5)、第四定子保持架(9)為增強(qiáng)尼龍材料注塑成型；銜鐵保持架(16)為增強(qiáng)尼龍材料注塑成型；殼體(2)和前、后端蓋(1、3)可以采用增強(qiáng)尼龍材料注塑成型。
【文檔編號(hào)】F16K31/08GK203413212SQ201320395234
【公開(kāi)日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年7月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月3日
【發(fā)明者】孟彬, 陳烜, 阮健 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)