CN105099127B - 一种带补偿的高稳定性力发生器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带补偿的高稳定性力发生器，包括壳体、补偿片、定位环、磁钢、导磁环、动框、增磁环。壳体、导磁环、增磁环均由导磁材料制成，与磁钢一起建立闭环磁路，动框是在骨架上绕制线圈。当线圈通入直流电时，线圈在磁场中产生与产品轴向一致的电磁力。本发明所述的力发生器在一个机械整件中应配对对称使用。本发明采用温度系数低、磁性能高的永久磁钢，以提高力输出能力，补偿片采用软磁薄片，以补偿工作温度变化对气隙磁密的影响。本发明具有力输出能力高、力稳定性高、加工制造方便等优点，可作为惯性仪表、伺服控制以及力或力矩测量中的力反馈元件。
Description
技术领域
本发明适用于高精度加速度计、伺服回路、力或力矩测量等精密机械设备中力或力矩的输出，具体地，涉及一种带补偿的高稳定性力发生器。
背景技术
永磁式力发生器一般采用磁性能较高的永磁体，如铝镍钴、钐钴，磁钢外圆用热磁补偿片包裹，磁钢与壳体之间没有定位环，壳体端部没有导磁环，动框一般采用铝合金骨架上绕制一般漆包线。铝镍钴磁钢温度系数低，但是内禀矫顽力也低，因此磁性能的稳定性不高，钐钴磁钢内禀矫顽力高，但是温度系数也高，在使用过程中也出现磁性能不稳定的现象，导致了发生器力输出能力不稳定。用热磁补偿片包裹磁钢外圆使得装配工艺性差，因没有定位环定位，使得磁钢与壳体的同轴度差，再加上壳体端部没有导磁环，间隙中的磁场向壳体内部发散，两个因素都造成间隙中的环形磁场不均匀，动框的任何微小位移都会导致力发生器力输出能力不稳定。
由于铝合金和漆包线都残留一定的导磁性，所以会导致力发生器的常值力或力矩较大，也是导致力发生器力输出能力不稳定的一个因素。
发明内容
本发明的技术解决问题是：为克服现有技术的不足，提供一种力或力矩输出稳定性高、加工制造方便的带补偿的高稳定性力发生器。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案包括：
一种带补偿的高稳定性力发生器，包括壳体、补偿片、定位环、磁钢、导磁环、动框和增磁环，其中所述壳体为中空腔的回转体形结构，底部有一圆形槽，位于底部中心开有用于排胶的通孔；磁钢为圆柱体，其固定在壳体底部的圆形槽里，补偿片为片状圆环，套装于磁钢上并置于壳体底部；定位环为柱状圆环，套装固定在磁钢外圆及壳体的内圆里；增磁环为回转体形结构，底部有一圆形槽，套装在磁钢端部；导磁环为圆环，套装在壳体的内侧端部；动框为环状，其上绕有线圈，支承在增磁环和导磁环之间的间隙中；
磁钢与壳体、导磁环、增磁环组成磁路，在增磁环与导磁环之间的间隙中形成环形磁场，给动框上的线圈通入直流电，使动框产生轴向电磁力。
动框的轴向长度小于环形磁场的轴向长度。
所述的壳体包括顺序连接且内腔彼此连通的第一圆筒、第二圆筒、第三圆筒，所述第一圆筒中心有一通孔；
所述磁钢套装固定在所述第一圆筒，并且所述磁钢的下表面抵靠在第一圆筒的底部，堵住第一圆筒中心的通孔；
所述补偿片紧贴在所述第二圆筒的底部，定位环套装固定在所述第二圆筒上，并紧贴在磁钢的外圆面；导磁环套装固定在所述第三圆筒上。
所述第一圆筒、第二圆筒、第三圆筒的内径逐渐增大。
所述的动框由线圈和骨架组成，线圈采用无磁漆包线顺时针或逆时针绕制在骨架上，骨架采用低磁性铝合金8175。
壳体、导磁环、增磁环均用导磁性能良好的1J50或DT4C材料制成。
所述的补偿片采用厚度一定的磁温度补偿合金1J32。
磁钢采用低温度系数的2：17钐钴磁钢。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明采用低温度系数2：17钐钴磁钢，提高了磁钢磁性能的稳定性，剩余的温度系数由补偿片补偿，使得产品的温度稳定性和力或力矩输出能力的稳定性得到提高。
(2)本发明补偿片采用环形片状结构，紧贴在壳体第二圆筒的底部，定位环套装固定在磁钢外圆和壳体第二圆筒的内圆，使得补偿片的安装方便，磁钢与壳体的同轴度得到提高，导磁环与增磁环之间形成的环形磁场径向均匀性得到改善。
(3)本发明壳体端部增加导磁环，减少环形磁场向壳体内部方向的发散，导磁环与增磁环之间形成的环形磁场轴向均匀性得到改善。
(4)本发明动框骨架采用低磁性铝合金，线圈采用无磁漆包线，使得动框的导磁性更接近空气导磁性，减小产品的常值力，有利于提高整机的精度。
附图说明
图1为本发明的轴向截面图；
图2为本发明的壳体轴向截面图；
图3为本发明的动框轴向截面图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施对根据本发明的带补偿的高稳定性力发生器做进一步详细的说明。
如图1-图3所示，本发明的带补偿的高稳定性力发生器包括壳体1、补偿片2、定位环3、磁钢4、导磁环5、动框6、增磁环7。其中。壳体1具有中空腔的回转体形结构，包括顺序连接且内腔彼此连同的第一圆筒11、第二圆筒12、第三圆筒13，第一圆筒11、第二圆筒12、第三圆筒13的内径逐渐增大，每个圆筒的一端都设置一向外凸出的凸台，以便各零件在壳体内腔中的轴向定位。
磁钢4为圆柱形，充磁后采用粘接的方法套装固定在壳体1的第一圆筒13内，磁钢4下表面抵靠在第一圆筒11的底部，堵住第一圆筒11中心的通孔，套装时受挤压的空气和胶液会通过通孔排出，方便磁钢4的套装固定。
补偿片2采用粘接的方法紧贴在所述第二圆筒12的底部；定位环3采用粘接的方法套装固定在壳体1的第二圆筒12的内圆，定位环3的一端紧贴壳体1的第二圆筒12向外凸出的凸台上，并紧贴在磁钢4的外圆面。导磁环5采用粘接的方法套装固定在壳体1的第三圆筒13的内圆，导磁环5的一端紧贴壳体1的第三圆筒13向外凸出的凸台上。
增磁环7为回转体形结构，底部有一圆形槽，采用粘接的方法套装固定在磁钢4端部，圆形槽的底部紧贴在磁钢4的端部。
上述方案的原理是：低温度系数2：17钐钴磁钢剩磁比铝镍钴和一般的2：17钐钴磁钢略低，内禀矫顽力是铝镍钴的3倍，温度系数比一般的2：17钐钴磁钢低2-5倍，一般地，温度系数低且内禀矫顽力高的磁钢磁性能稳定性也高，所以采用低温度系数的2：17钐钴磁钢虽然导致力发生器在力或力矩的输出能力上有所降低，但稳定性得到提高。
补偿片2的环形片状设计、定位环3的使用很好解决了磁钢4与壳体1同轴度的装配要求，增磁环7的回转体形的结构设计以及壳体1端部增加的导磁环5使得增磁环7与导磁环5之间的环形磁场均匀且集中，有效减小因动框6的位置变化引起的力或力矩输出能力的稳定性下降。
结合图1和图3所示，动框6是由线圈61和骨架62组成，线圈61采用无磁漆包线顺时针或逆时针绕制在骨架62上，骨架采用低磁性铝合金8175。动框6的轴向长度要略小于增磁环7与导磁环5之间的环形磁场的轴向长度。
本发明的壳体1、补偿片2、定位环3、磁钢4、导磁环5、增磁环7相对于动框6对称设置。
上述方案的原理是：线圈61采用无磁漆包线，骨架62采用低磁性铝合金，目的都是降低动框的导磁率，减小产品的常值力矩。动框6的轴向长度略小于增磁环7与导磁环5之间的环形磁场的轴向长度，目的是动框6在轴向若有微小的位移也不会引起输出力矩的稳定性。
在此，需要说明的是，本说明书中未详细描述的内容，是本领域技术人员通过本说明书中的描述以及现有技术能够实现的，因此，不做赘述。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非用来限制本发明的保护范围。对于本领域的技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，可以对本发明做出若干的修改和替换，所有这些修改和替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种带补偿的高稳定性力发生器，其特征在于：包括壳体(1)、补偿片(2)、定位环(3)、磁钢(4)、导磁环(5)、动框(6)和增磁环(7)，其中所述壳体(1)为中空腔的回转体形结构，底部有一圆形槽，位于底部中心开有用于排胶的通孔；磁钢(4)为圆柱体，其固定在壳体(1)底部的圆形槽里，补偿片(2)为片状圆环，套装于磁钢(4)上并置于壳体(1)第二圆筒的底部；定位环(3)为柱状圆环，套装固定在磁钢(4)外圆及壳体的内圆里；增磁环(7)为回转体形结构，底部有一圆形槽，套装在磁钢(4)端部；导磁环(5)为圆环，套装在壳体(1)的内侧端部；动框(6)为环状，其上绕有线圈，支承在增磁环(7)和导磁环(5)之间的间隙中；
磁钢(4)与壳体(1)、导磁环(5)、增磁环(7)组成磁路，在增磁环(7)与导磁环(5)之间的间隙中形成环形磁场，给动框(6)上的线圈通入直流电，使动框(6)产生轴向电磁力。
2.根据权利要求1所述的一种带补偿的高稳定性力发生器，其特征在于：动框(6)的轴向长度小于环形磁场的轴向长度。
3.根据权利要求1所述的一种带补偿的高稳定性力发生器，其特征在于：所述的壳体(1)包括顺序连接且内腔彼此连通的第一圆筒(11)、第二圆筒(12)、第三圆筒(13)，所述第一圆筒(11)中心有一通孔；
所述磁钢(4)套装固定在所述第一圆筒(11)，并且所述磁钢(4)的下表面抵靠在第一圆筒(11)的底部，堵住第一圆筒(11)中心的通孔；
所述补偿片(2)紧贴在所述第二圆筒(12)的底部，定位环(3)套装固定在所述第二圆筒(12)上，并紧贴在磁钢(4)的外圆面；导磁环(5)套装固定在所述第三圆筒(13)上。
4.根据权利要求3所述的一种带补偿的高稳定性力发生器，其特征在于：所述第一圆筒(11)、第二圆筒(12)、第三圆筒(13)的内径逐渐增大。
5.根据权利要求1或2所述的一种带补偿的高稳定性力发生器，其特征在于：所述的动框(6)由线圈(61)和骨架(62)组成，线圈(61)采用无磁漆包线顺时针或逆时针绕制在骨架(62)上，骨架采用低磁性铝合金8175。
6.根据权利要求1所述的一种带补偿的高稳定性力发生器，其特征在于：所述的壳体(1)、导磁环(5)、增磁环(7)均用导磁性能良好的1J50或DT4C材料制成。
7.根据权利要求1所述的一种带补偿的高稳定性力发生器，其特征在于：所述的补偿片(2)采用厚度一定的磁温度补偿合金1J32。
8.根据权利要求1所述的一种带补偿的高稳定性力发生器，其特征在于：所述的磁钢(4)采用低温度系数的2：17钐钴磁钢。
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