CN105529895B - 定轴式动磁电动作动器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种定轴式动磁电动作动器包括：外壳、以及与外壳相连接的第一端盖和第二端盖、位于外壳内的定子、动子以及弹性支撑结构，还包括固定轴，定子安装在固定轴的外侧，动子设置于定子的外围，弹性支撑结构连接动子与固定轴；固定轴的一端固定连接第一端盖且位于第一端盖内侧；固定轴的另一端伸出第二端盖，且固定轴伸出第二端盖的部分具有螺纹结构，用以旋入被控设备的安装孔。本申请采用定轴且螺栓输出的方式，便于安装；以弹性支撑结构连接动子和固定轴，既能精确的对动子进行定位，保证作动器各向特性，又具有良好的疲劳特性；采用矩形结构，既保证作动器有较大的出力，又能充分利有限的安装空间。

Description

定轴式动磁电动作动器

技术领域

本发明涉及设备振动主动控制的技术领域，尤其涉及一种定轴式动磁电动作动器。

背景技术

作动器是振动主动控制系统中的重要组成元件，其工作原理是根据控制器的输出信号，向被控对象或系统施加控制动作，按照所需方式输出力，从而改变控制对象或系统的响应。目前常用的作动器有伺服气动式、液压式、电磁/动式及利用智能材料制作的新型智能型作动器，如压电材料、形状记忆合金、电/磁致伸缩材料和电/磁流变材料等。作动器的设计和选择与应用场合密切相关，受体积、结构形式、需求力、需求功率、成本以及可靠性等方面的约束。相比气动、液压而言，电磁/动实现比较容易、附属结构少；而对于智能型材料作动器，成本较高、技术不够成熟；因此目前多用电磁/动式结构的作动器。而电动式相比电磁式具有更好的物理特性，因此常被采用。而为了保证作动器能够有较大的出力，一般采用动磁式结构的电动作动器，即将磁体和部分导磁体作为动子。

电动作动器的保持架通常采用片状弹簧，在大位移、长时间的工作状态下，很容易引起疲劳断裂，并且在冲击作用下很容易损坏，无法保证长时间的运行要求。目前作动器基本上是圆柱体结构，而包括柴油机在内的大部分主动控制对象，作动器的安装位置并不是圆形，都是矩形或不规则的结构；安装方式大部分通过螺钉结合过渡板进行安装，安装不是很方便且占用掉一部分本来就有限的安装空间；而且部分作动器配有线圈保持架，占用了一部分磁场强度较大的磁场间隙。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种定轴式动磁电动作动器。

本申请提供的定轴式动磁电动作动器包括：外壳、以及与所述外壳相连接的第一端盖和第二端盖、位于所述外壳内的定子、动子以及弹性支撑结构，还包括固定轴，所述定子安装在所述固定轴的外侧，所述动子设置于所述定子的外围，所述弹性支撑结构连接所述动子与所述固定轴；

所述固定轴的一端固定连接所述第一端盖且位于所述第一端盖内侧；所述固定轴的另一端伸出所述第二端盖，且所述固定轴伸出所述第二端盖的部分具有螺纹结构，用以旋入被控设备的安装孔。

与现有技术相比，本申请提供的定轴式动磁电动作动器，采用定轴且螺栓输出的方式，便于安装；且采用弹性支撑结构连接动子和固定轴，作动器既能精确的对动子进行定位，保证作动器各向特性，又具有良好的疲劳特性，能够承受主动控制长时间的运行要求；且采用矩形结构，能够在有限尺寸下，充分利用气隙磁场，既保证作动器有较大的出力，又能充分利用有限的安装空间。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明提供的定轴式动磁电动作动器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图1所示，本申请提供一种定轴式动磁电动作动器，包括外壳9、以及与外壳9相连接的第一端盖17和第二端盖2、位于外壳9内的定子、动子以及弹性支撑结构，还包括固定轴6，定子安装在固定轴的外侧，动子设置于定子的外围，弹性支撑结构连接动子与固定轴；固定轴6的一端固定连接第一端盖17且位于第一端盖17内侧；固定轴6的另一端伸出第二端盖2，且固定轴6伸出第二端盖2的部分具有螺纹结构，用以旋入被控设备的安装孔。

本申请提供的定轴式动磁电动作动器采用固定轴、内定子以及外动子的结构，固定轴伸出第二端盖的部分设计螺纹结构以便于本申请提供的作动器通过具有螺纹结构的端部直接旋入被控部件的安装孔内，实现作动器和被控设备的连接。

可选的，在本申请的一个或多个实施例中，固定轴6的一端通过螺钉20固定于第一端盖17的内侧。固定轴6的另一端伸出第二端盖，为防止作动器在被控设备上松动，在固定轴6伸出第二端盖的部分设置螺母以进行防松处理。

进一步地，参考图1，固定轴伸出第二端盖的部分设有锁紧螺母5，用于压紧固定轴与被控设备的连接并供作动器调节安装方位。在固定轴伸出第二端盖的部分设置锁紧螺母以形成螺栓输出的方式，通过锁紧螺母压紧固定轴与被控设备之间的连接，并且方便作动器安装位置的调整，避免了安装附件(例如垫圈)的使用。

进一步地，本申请中定子包括设置于固定轴外围的定导磁体19，定导磁体的外壁上缠绕有定子线圈；以及

本申请中动子包括设置于定子外围的动导磁体10、固接于动导磁体10内侧且位于定导磁体19外围的永磁体。

参照图1，本申请通过定导磁体压环4将定导磁体19固定于固定轴6的外侧，通过永磁体压环7将永磁体固定于动导磁体10的内侧，且动子和定子之间存在一定的磁场间隙。

本申请提供的定轴式动磁电动作动器采用内定子、外动子，具体为采用外圈动磁模式，使动子质量增大，省去了线圈保持架，充分利用了以往被线圈保持架占用的磁场空间，使得作动器的输出力更大。

如图1所示，沿固定轴6的轴线方向，定子线圈包括在定导磁体19的外壁上依次串联缠绕的第一线圈15、第二线圈13和第三线圈15’，第一线圈15和第三线圈15’的绕向相同，第二线圈13与第一线圈15和第三线圈15’的绕向相反；以及沿固定轴的轴线方向，永磁体包括依次层叠设置的第一永磁体14、第二永磁体12和第三永磁体14’，第一永磁体14和第三永磁体14’的磁性相同，第二永磁体12与第一永磁体14和第三永磁体14’的磁性相反。

进一步地，沿固定轴的轴线方向，在第一永磁体14和第二永磁体之间12、第二永磁体12和第三永磁体14’之间均设置有隔磁环11，且隔磁环11对应设置于第一线圈15、第二线圈13和第三线圈15’换向的位置。通过设置隔磁环11将第一永磁体、第二永磁体、第三永磁体产生的磁场进行隔离，防止磁场短路，以保证磁力线能够正常通过线圈。

当定子线圈通有交变电流时，定子线圈切割磁力线而产生电磁力，驱动动子运动产生控制力，对被控对象进行控制。

作为一种可选的实施方式，本申请提供的弹性支撑结构包括片弹簧3，片弹簧3安装于动导磁体10的两端，供动子在沿固定轴的轴线方向以及在垂直于固定轴轴线的方向上进行对中及限位，动导磁体10通过片弹簧3连接固定轴6。

进一步地，弹性支撑结构还包括：压簧18，设置于片弹簧3与片弹簧临近的端盖之间，用于在固定轴的轴线方向上对动子进一步进行对中及限位。

进一步地，在动导磁体10两端设置有片弹簧固定环16，片弹簧3固定于片弹簧固定环16和片弹簧固定环临近的动导磁体的端部之间；压簧18设置于片弹簧固定环16和片弹簧固定环临近的端盖之间。

如图1所示，片弹簧3的中部开有小孔套设于固定轴6上，片弹簧3的边缘位于动导磁体的上方，为固定好片弹簧3，在动导磁体10的两端设置片弹簧固定环16，便于在片弹簧固定环16上设置片弹簧固定螺钉8以固定片弹簧3。片弹簧主要用于连接动子和固定轴，对动子起支承作用，压簧设置于片弹簧与其临近的端盖之间，考虑片弹簧的承压能力以及限制动子在沿着固定轴轴线方向上的移动，压簧优选设置于片弹簧固定环16与其临近的端盖之间，以片弹簧固定环16为支承点，进而避免片弹簧的变形。

作为一种可选的实施方式，在垂直于固定轴轴线的方向上，本申请中的外壳9的横截面优选为矩形，以及动子的横截面和定子的横截面均为矩形环。相应的，第一端盖17和第二端盖2优选为矩形端盖。

可选的，外壳9和第一端盖17之间、外壳9和第二端盖2之间均通过端盖螺钉1固定连接，每个端盖上优选设置4个端盖螺钉1，且螺钉优选设置于每个端盖的边沿的中心处，相比于将端盖螺钉1设置于端盖的四个顶角位置，将端盖螺钉1设置于端盖的边沿的中心处便于安装且提高安装强度。

通常情况下动子结构和定子结构设置为圆筒形，本申请提供的作动器的定子、动子可以设置为圆筒形的结构，即在垂直于固定轴轴线的方向上，动子的横截面和定子的横截面均为圆环，可满足作动器的基本的工作性能。然而，本申请提供的作动器的外壳的横截面优选为矩形，相比于圆筒型结构的外壳，容纳空间更大，本申请中动子的横截面和定子的横截面均优选为矩形环，能够布置更多的线圈，本申请提供的作动器的磁结构的周向长度较圆形更大，并且动子的质量得到增加，作动器的输出力进一步得到增加。

本申请提供的定轴式动磁电动作动器，第一，采用定轴及螺栓输出的方式，便于作动器和被控设备之间的连接、安装以及位置的调整，减少了安装附件的使用；并且作动器采用外圈动磁模式，动子质量增大，省去了线圈保持架，充分的利用了以往被线圈保持架占用的磁场空间，使作动器的输出力更大。第二，采用片弹簧与压簧相结合的弹性支撑结构以连接动子和固定轴，通过片弹簧可方便动子在沿着固定轴轴线的方向以及垂直于固定轴轴线的方向上进行对中和限位，保证动子和定子之间的间隙同时提供部分恢复力；同时压簧也提供部分恢复力以在沿着固定轴轴线的方向上起到限位作用，保证动子在沿着固定轴轴线的方向上处于对中位置，避免因动子质量引起的偏移以及片弹簧的永久变形，具有一定的抗冲击作用，起到良好的抗疲劳、冲击等作用，满足了作动器长时间运行的要求。第三，省去了线圈保持架的同时，作用器采用矩形结构，相比于圆形结构的作动器，矩形结构的作动器的内置空间更大，磁结构的周向长度得到增加，可以布置较多的线圈，动子的质量进一步得到增加，作动器的输出力进一步得到增大；且作动器的安装位置一般为矩形或者不规则的结构，矩形结构的作动器便于安装的同时，充分利用了有限的安装空间。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (5)

1.一种定轴式动磁电动作动器，包括外壳、以及与所述外壳相连接的第一端盖和第二端盖、位于所述外壳内的定子、动子以及弹性支撑结构，其特征在于，还包括固定轴，所述定子安装在所述固定轴的外侧，所述动子设置于所述定子的外围，所述弹性支撑结构连接所述动子与所述固定轴；

所述固定轴的一端固定连接所述第一端盖且位于所述第一端盖内侧；所述固定轴的另一端伸出所述第二端盖，且所述固定轴伸出所述第二端盖的部分具有螺纹结构，用以旋入被控设备的安装孔；

所述定子包括设置于所述固定轴外围的定导磁体，所述定导磁体的外壁上缠绕有定子线圈；以及

所述动子包括设置于所述定子外围的动导磁体、固接于所述动导磁体内侧且位于所述定导磁体外围的永磁体；

所述弹性支撑结构包括片弹簧，所述片弹簧安装于所述动导磁体的两端，供所述动子在沿所述固定轴的轴线方向以及在垂直于所述固定轴的横向方向上进行对中及限位，所述动导磁体通过所述片弹簧连接所述固定轴；

所述弹性支撑结构还包括：压簧，设置于所述片弹簧与所述片弹簧临近的端盖之间，用于在所述固定轴的轴线方向上对所述动子进一步进行对中及限位；

在所述动导磁体两端设置有片弹簧固定环，所述片弹簧固定于所述片弹簧固定环和所述片弹簧固定环临近的动导磁体的端部之间；

所述压簧设置于所述片弹簧固定环和所述片弹簧固定环临近的端盖之间；

在垂直于所述固定轴轴线的方向上，所述外壳的横截面为矩形，以及所述动子的横截面和所述定子的横截面均为矩形环；

所述外壳和所述第一端盖之间、所述外壳和所述第二端盖之间均通过端盖螺钉固定连接，每个端盖上设置4个所述端盖螺钉，所述端盖螺钉设置于每个端盖边沿的中心处。

2.根据权利要求1所述的定轴式动磁电动作动器，其特征在于，所述固定轴伸出所述第二端盖的部分设有锁紧螺母，用于压紧所述固定轴与被控设备的连接并供所述作动器调节安装方位。

3.根据权利要求1所述的定轴式动磁电动作动器，其特征在于，

沿所述固定轴的轴线方向，所述定子线圈包括在所述定导磁体的外壁上依次串联缠绕的第一线圈、第二线圈和第三线圈，所述第一线圈和所述第三线圈的绕向相同，所述第二线圈与所述第一线圈和所述第三线圈的绕向相反；以及

沿所述固定轴的轴线方向，所述永磁体包括依次层叠设置的第一永磁体、第二永磁体和第三永磁体，所述第一永磁体和所述第三永磁体的磁性相同，所述第二永磁体与所述第一永磁体和所述第三永磁体的磁性相反。

4.根据权利要求3所述的定轴式动磁电动作动器，其特征在于，

沿所述固定轴的轴线方向，在所述第一永磁体和所述第二永磁体之间、所述第二永磁体和所述第三永磁体之间均设置有隔磁环，且所述隔磁环对应设置于所述第一线圈、所述第二线圈和所述第三线圈换向的位置。

5.根据权利要求1所述的定轴式动磁电动作动器，其特征在于，所述固定轴的一端通过螺钉固定于所述第一端盖的内侧。