CN101013841B - 低功耗耐高压双向线性力马达 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低功耗耐高压双向线性力马达。是属于流体控制系统中比例阀、伺服阀用的电-机械转换机构。它采用由特殊设计的导磁套、衔铁和端盖组成的盆形极靴部件，导磁套外侧依次套装有轭铁、永磁体、轭铁、永磁体、轭铁，两永磁体轴向充磁，磁极同向相对，轭铁、永磁体、端盖和壳体之间形成的环形空间内装入同心螺线管式控制线圈；永磁体产生的极化磁场与控制线圈产生的控制磁场差动叠加，在衔铁上可得到与输入信号成比例、双向、连续的输出力，获得良好的比例控制特性。低功耗耐高压双向线性力马达能耗低，输出力/电流比大，功率/重量比高，具有良好的静、动态特性。因此，本发明可广泛应用于比例阀、伺服阀阀芯的直接驱动。
Description
技术领域
本发明涉及流体控制系统中比例阀、伺服阀用的电-机械转换机构，尤其涉及一种低功耗耐高压双向线性力马达。
背景技术
传统比例电磁铁作为一种电机械转换机构，在电液比例阀上应用广泛，但是其控制电流往往较大以至功耗较大，难以满足节约能耗的要求，且易导致线圈温升高。线性力马达作为电液比例阀、伺服阀的电机械转换机构，利用永磁体产生极化磁场，与传统比例电磁铁相比，有效降低了电机械转换机构的功耗，典型线性力马达结构在发明专利US4127835和US4235153均已公开。但是，现有力马达结构如MOOG直动式伺服比例阀采用的力马达输出位移-力特性非线性严重，为了克服非线性，结构中非工作气隙一般较大，输入能量一部分储存在非工作气隙内而不对外做功，使得线性力马达的功耗未能得到有效的抑制。
发明内容
为了降低系统的能耗，减小系统的发热量，提高系统性能，本发明的目的在于提供一种低功耗耐高压双向线性力马达。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
包括由导磁套、装在导磁套两端孔中的两个端盖、装在导磁套及两个端盖孔中两端有输出推杆的衔铁组成的盆形极靴部件；衔铁两端的输出推杆分别以支承套形式支承在端盖中，衔铁与导磁套形成径向间隙；两个端盖内端面分别装有非导磁材料制成的限位片，衔铁两端面分别与限位片形成轴向间隙。在导磁套外侧依次套装有第一轭铁、第一永磁体、第二轭铁、第二永磁体、第三轭铁，第一、第二永磁体磁化方向为轴向辐射向，磁极同向相对，第一、第三轭铁的结构尺寸相同；第一轭铁、第一永磁体、第二轭铁、第二永磁体、第三轭铁、两个端盖和壳体之间形成的环形空间内装有同心螺线管式控制线圈；导磁套依次分隔成第一、第二、第三、第四段导磁环，相邻每两段导磁环分别用第一、第二、第三段非导磁隔磁环隔开，并合为一整体的导磁套；衔铁外圆柱面上轴向依次开有第一、第二、第三环形凹槽。
所述的衔铁的第一、第二、第三环形凹槽均为截面为矩形的环形凹槽，第一环形凹槽与第三环形凹槽的结构尺寸相同。
所述的导磁套的结构与第二段非导磁隔磁环的径向断面中与输出推杆(18)垂直的位于中间的y轴左右对称，第一段导磁环与第一段隔磁环、第四段导磁环与第三段隔磁环均有一夹角α，α为35°～55°。
所述的衔铁处于中间位置时，衔铁的结构与y轴左右对称，水平位置上，第一段导磁环与第一段隔磁环的夹角α锐角的顶点A介于衔铁一侧端点B和第一环形凹槽左侧端点C之间，衔铁的第一环形凹槽右侧端点D和第二环形凹槽左侧端点E介于第二段导磁环内侧端点F和G之间。
所述的支承套形式为直线轴承或者低摩擦材料制成的支承套。
所述的衔铁、两个端盖、三个轭铁、四段导磁环、壳体均为软磁材料制成的导磁体。
所述的两个端盖上分别开有一个环形凹槽，环形凹槽内装有密封圈，衔铁轴向开有对称布置的通孔。
本发明与背景技术相比，具有的有益的效果是：
1.由于采用特殊盆形极靴结构，在一定范围内克服了输出特性的非线性，减小了非工作气隙，提高了磁能利用率，降低了系统能耗，减小了系统的发热量，提高了系统性能；
2.静特性线性好，滞环小，频响高；
3.输出力/电流比大，功率/重量比高；
4.耐高压结构简单可靠；
5.输出力(或位移)可以双向连续控制，无零位死区。
因此本发明可广泛应用于比例阀、伺服阀阀芯的直接驱动。
附图说明
图1是本发明的结构原理示意图；
图2是本发明的盆形极靴的结构图；
图3是本发明的盆形极靴结构的磁路图；
图4是轴向磁通产生吸力F1，径向磁通产生吸力F2、F3，三者合成得到水平特性的力F特性图。
图中：1.端盖，2.端盖，3.轭铁，4.轭铁，5.轭铁，6.永磁体，7.永磁体，8.壳体，9.衔铁，10.导磁套，11.支承套，12.支承套，13.密封圈，14.密封圈，15.限位片，16.限位片，17.控制线圈，18.输出推杆，19.导磁环，20.导磁环，21.导磁环，22.导磁环，23.隔磁环，24.隔磁环，25.隔磁环，26.环形凹槽，27.环形凹槽，28.环形凹槽，29.通孔，30.通孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明包括由导磁套10、装在导磁套10两端孔中的两个端盖1、2、装在导磁套10及两个端盖1、2孔中两端有输出推杆18的衔铁9组成的盆形极靴部件；衔铁9两端的输出推杆18分别以支承套11、12形式支承在端盖1、2中，衔铁9与导磁套10形成径向间隙；两个端盖1、2内端面分别装有非导磁材料制成的限位片15、16，衔铁9两端面分别与限位片15、16形成轴向间隙；衔铁9两端的输出推杆18分别以直线轴承或者低摩擦材料制成的支承套11、12形式支承在端盖1、2中，使衔铁9与导磁套10之间保持较小的径向间隙。为避免衔铁9吸力过大而无法释放，两个端盖1、2内端面分别装有非导磁材料制成的限位片15、16，衔铁9两端面分别与限位片15、16形成轴向间隙。在导磁套10外侧依次套装有第一轭铁3、第一永磁体6、第二轭铁4、第二永磁体7、第三轭铁5，第一、第二永磁体6、7磁化方向为轴向辐射向，磁极同向相对，第一、第三轭铁3、5的结构尺寸相同；第一轭铁3、第一永磁体6、第二轭铁4、第二永磁体7、第三轭铁5、两个端盖1、2和壳体8之间形成的环形空间内装有同心螺线管式控制线圈17；导磁套10依次分隔成第一、第二、第三、第四段导磁环19、20、21、22，相邻每两段导磁环用一段非导磁隔磁环隔开，并合为一整体的导磁套；衔铁9外圆柱面上轴向依次开有第一、第二、第三环形凹槽26、27、28。
图2给出了特殊设计的盆形极靴的结构图，导磁套10依次分隔成四段导磁环19、20、21、22，相邻每两段导磁环用一段非导磁隔磁环隔开，并合为一整体的套，导磁套10的结构与y轴左右对称，第一导磁环19与第一隔磁环23、第四导磁环22与第三隔磁环25均有一夹角α，α为35°～55°。导磁套10的内孔装有轴向可动的软磁材料制成的衔铁9，衔铁9径向开有截面均为矩形的第一、第二、第三环形凹槽26、27、28，第一环形凹槽26与第三环形凹槽28的结构尺寸相同。
图3给出了盆形极靴结构的磁路图，其中衔铁9、端盖1、轭铁3、4、导磁环19、20均为软磁材料制成的导磁体，隔磁环23、24为非导磁体。隔磁环23、24将磁路分为两部分：轴向磁通Φm通过端盖1、气隙δ1进入衔铁9，径向磁通Φs通过轭铁3、导磁环19、气隙δ2进入衔铁9、气隙δ3进入导磁环20、轭铁4，轴向磁通在气隙δ1中产生吸力F1，径向磁通在气隙δ2、δ3中产生吸力F2、F3，三者合成得到水平特性的力F，各分力F1、F2、F3及合力F特性如图4所示。
如图2、图3所示，衔铁9处于中间位置时，衔铁9的结构与y轴左右对称，水平位置上，第一段导磁环19夹角α锐角的顶点A介于衔铁9一侧端点B和第一环形凹槽26左侧端点C之间，衔铁9的第一环形凹槽26右侧端点D和第二环形凹槽27左侧端点E介于第二段导磁环20内侧端点F和G之间。
衔铁9工作在液体介质时，两个端盖1、2上分别开有一个环形凹槽，环形凹槽内装有密封圈13、14，使流入衔铁9的液体形成一个密闭的腔体，衔铁9轴向开有对称布置的通孔29、30，借此保持衔铁9两端的液体压力平衡。
其工作原理：永磁体6、7首先建立极化磁场，然后给控制线圈17输入控制电流，该电流由线性恒流源供给，控制线圈17通电后，产生控制磁场。极化磁场与控制磁场的主磁通通路如图1中虚线所示。控制磁场与极化磁场差动叠加，衔铁9一端磁场得到加强，另一端受到减弱，使得衔铁9受力不再平衡，向磁场增强方向移动直至产生新的平衡。当输入电流极性相反时，衔铁9将向另一方向运动。通入不同极性的控制电流后，由于采用由导磁套10、衔铁9和端盖1、2组成的盆形极靴部件，因而可控制衔铁9移动时的磁路分量，使衔铁9受到的电磁力在一定行程范围内只与控制线圈17的电流值成比例而与衔铁9相对端盖1、2的行程无关，因此便可在衔铁9上得到与控制电流的方向和数值相对应的输出力。由于采用特殊设计的盆型极靴结构减小了线性力马达的非工作气隙，且有永磁极化磁通保证该电磁铁在磁化曲线的最佳区段工作，因此降低了其使用功率，消除了零位死区，并且使其静、动态特性得到提高。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种低功耗耐高压双向线性力马达，包括由导磁套(10)、装在导磁套(10)两端孔中的两个端盖(1、2)、装在导磁套(10)及两个端盖(1、2)孔中两端有输出推杆(18)的衔铁(9)组成的盆形极靴部件；衔铁(9)两端的输出推杆(18)分别以支承套(11、12)形式支承在端盖(1、2)中，衔铁(9)与导磁套(10)形成径向间隙；两个端盖(1、2)内端面分别装有非导磁材料制成的限位片(15、16)，衔铁(9)两端面分别与限位片(15、16)形成轴向间隙；其特征在于：在导磁套(10)外侧依次套装有第一轭铁(3)、第一永磁体(6)、第二轭铁(4)、第二永磁体(7)、第三轭铁(5)，第一、第二永磁体(6、7)磁化方向为轴向辐射向，磁极同向相对，第一、第三轭铁(3、5)的结构尺寸相同；第一轭铁(3)、第一永磁体(6)、第二轭铁(4)、第二永磁体(7)、第三轭铁(5)、两个端盖(1、2)和壳体(8)之间形成的环形空间内装有同心螺线管式控制线圈(17)；导磁套(10)依次分隔成第一、第二、第三、第四段导磁环(19、20、21、22)，相邻每两段导磁环分别用第一、第二、第三段非导磁隔磁环(23、24、25)隔开，并合为一整体的导磁套；衔铁(9)外圆柱面上轴向依次开有第一、第二、第三环形凹槽(26、27、28)；所述的导磁套(10)的结构与第二段非导磁隔磁环(24)的径向断面中与输出推杆(18)垂直的位于中间的y轴左右对称，第一段导磁环(19)与第一段隔磁环(23)、第四段导磁环(22)与第三段隔磁环(25)均有一夹角α，α为35°～55°。
2.根据权利要求1所述的一种低功耗耐高压双向线性力马达，其特征在于：所述的衔铁(9)的第一、第二、第三环形凹槽(26、27、28)均为截面为矩形的环形凹槽，第一环形凹槽(26)与第三环形凹槽(28)的结构尺寸相同。
3.根据权利要求1所述的一种低功耗耐高压双向线性力马达，其特征在于：所述的衔铁(9)处于中间位置时，衔铁(9)的结构与y轴左右对称，水平位置上，第一段导磁环(19)与第一段隔磁环(23)的夹角α锐角的顶点A介于衔铁(9)一侧端点B和第一环形凹槽(26)左侧端点C之间，衔铁(9)的第一环形凹槽(26)右侧端点D和第二环形凹槽(27)左侧端点E介于第二段导磁环(20)内侧端点F和G之间。
4.根据权利要求1所述的一种低功耗耐高压双向线性力马达，其特征在于：所述的支承套(11、12)形式为直线轴承或者低摩擦材料制成的支承套。
5.根据权利要求1所述的一种低功耗耐高压双向线性力马达，其特征在于：所述的衔铁(9)、两个端盖(1、2)、三个轭铁(3、4、5)、四段导磁环(19、20、21、22)、壳体(8)均为软磁材料制成的导磁体。
6.根据权利要求1所述的一种低功耗耐高压双向线性力马达，其特征在于：所述的两个端盖(1、2)上分别开有一个环形凹槽，环形凹槽内装有密封圈(13、14)，衔铁(9)轴向开有对称布置的通孔(29、30)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20110112 Termination date: 20150208 |
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| EXPY | Termination of patent right or utility model |