CN107911002A - 一种基于e形铁轭的双稳态电磁舵机及作动方法 - Google Patents

一种基于e形铁轭的双稳态电磁舵机及作动方法 Download PDF

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雷俊琪
徐明龙
邵恕宝
韩文文
王源
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K33/00—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system
    • H02K33/18—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system with coil systems moving upon intermittent or reversed energisation thereof by interaction with a fixed field system, e.g. permanent magnets

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Abstract

一种基于E形铁轭的双稳态电磁舵机及作动方法，该双稳态电磁舵机由外壳，两个对称的E形铁轭，每个E形铁轭上绕制的两组线圈，中心转轴，动子，与动子相连的舵翼和两个永磁体构成；在极限位置处，永磁体产生的磁通量使动子保持锁止，利用给绕在铁轭上的线圈通电，产生新的磁通量，控制动子旋转作动到另一个极限位置，通过改变对线圈通入电流的方向，使动子与舵翼在E形铁轭形成的两个极限位置之间偏转；本发明结构简单，能够实现双向驱动负载，只需在切换偏转角时通电，断电后通过永磁体创建的磁通量对铁芯进行锁止，具有低能耗的特点。

Description

一种基于E形铁轭的双稳态电磁舵机及作动方法
技术领域
本发明涉及一种舵机，具体涉及一种基于E形铁轭的双稳态电磁舵机及作动方法。
背景技术
电磁机构运动零部件少，结构简单，可靠性高，符合人们对舵机性能逐步提高的要求：结构紧凑、体积小、质量轻，而传统的舵机机构却存在着结构复杂、质量与体积大、难以控制等诸多缺点。现有的技术中，多用电磁线圈驱动输出直线运动，再将直线运动转化为旋转运动，因而，需要结构简单、体积精小、电磁直驱的电磁舵机。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于E形铁轭的双稳态电磁舵机及作动方法，利用通电线圈产生的磁通量与永磁体产生的磁通量之间的交互作用使动子和舵翼在两个极限位置产生双稳态的旋转。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于E形铁轭的双稳态电磁舵机及作动方法，其特征在于：该双稳态电磁舵机由外壳6，位于外壳6内的两个对称的E形铁轭：第一铁轭1-1和第二铁轭1-2，铁轭上分别绕制的第一线圈201和第二线圈202以及第三线圈203和第四线圈204，位于第一铁轭1-1和第二铁轭1-2间的中心转轴5，分别位于第一铁轭1-1和第二铁轭1-2间的第一永磁体301和第二永磁体302，设置在中心转轴5上的动子4，与动子4相连的舵翼7构成。
所述第一铁轭1-1包括第一限位臂111和第二限位臂112；第二铁轭1-2包括第三限位臂121和第四限位臂122。第一铁轭1-1上绕制了第一线圈201和第二线圈202；第二铁轭1-2上绕制了第三线圈203和第四线圈204。
所述E形铁轭的第一限位臂111、第二限位臂112、第三限位臂121和第四限位臂122的末端为楔形，目的是在极限位置时更好地与动子4的第一动子臂401和第二动子臂402贴合。
所述E形铁轭由软铁材料制成，起到传输磁力线的作用，第一永磁体301被装于第一铁轭1-1的中间臂内，第二永磁体302被安装于第二铁轭1-2的中间臂内，相同磁极相对设置，起到提供永磁回路a、d或g、h的作用。
所述基于E形铁轭的双稳态电磁舵机的作动方法，当动子4在一个极限位置锁止，比如当第一动子臂401与第三限位臂121贴合，第二动子臂402与第二限位臂112贴合时，第一永磁体301和第二永磁体302产生的磁通量a和d，使动子4锁止，给第一线圈201、第二线圈202、第三线圈203和第四线圈304分别通入电流，产生新的磁通量b、c、e和f，控制动子4旋转作动到另一个极限位置，于是，第一永磁体301和第二永磁体302产生的新的、稳定的磁通量g和h使动子4锁止在新的极限位置，即第一动子臂401与第一限位臂111贴合，第二动子臂402与第四限位臂122贴合。
和现有技术相比，本发明具有如下优点：
1)本发明结构紧凑，便于实现小体积、小质量设计。
2)本发明中，由永磁体产生的永久磁通来进行锁止，只需在切换偏转角时通电，具有低能耗的特点。
3)本发明中，力磁通直接驱动舵机转动，大大提高了传动效率和可靠性。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为其中一个稳态及其磁通回路示意图。
图3为另一个稳态及其磁通回路示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，该双稳态电磁舵机由外壳6，两个对称的E形铁轭：第一铁轭1-1和第二铁轭1-2，中心转轴5，第一永磁体301，第二永磁体302，动子4，与动子4相连的舵翼7构成。第一铁轭1-1含第一限位臂111和第二限位臂112；第二铁轭1-2含第三限位臂121和第四限位臂122。第一铁轭1-1上绕制了第一线圈201和第二线圈202；第二铁轭1-2上绕制了第三线圈203和第四线圈204。
如图2所示，当动子4在一个极限位置锁止，比如当第一动子臂401与第三限位臂121贴合，第二动子臂402与第二限位臂112贴合时，第一永磁体301和第二永磁体302产生了磁通量回路a和d，并且使动子4锁止；给第一线圈201、第二线圈202、第三线圈203、第四线圈304通入如图所示方向的某个数值的电流，产生新的磁通回路b，c，e，f，当电流大于一定数值，新的磁通量b会克服永久磁通量a，新的磁通量e会克服永久磁通量d，进而产生偏转，在偏转过程中，气隙δ2和气隙δ3变大，第一永磁体301和第二永磁体302产生的永久磁通量会减小；气隙δ1和气隙δ4变小，通电线圈产生的新的磁通量b、e会增大，更易克服永久磁通量b、d，新的磁通量c、f也随气隙δ1和气隙δ4的变小而增大，并在新的极限位置处达到稳定，成为新的永久磁通回路g和h。于是，动子4一旦离开该极限位置，一定会运动到另一个极限位置才停止，并产生如图3所示的新的永久磁通g、h来保持锁止。由此动子4和舵翼7完成一个方向的双稳态作动。
类似的，当定子4在如图3所示的极限位置时，分别给第一线圈201、第二线圈202、第三线圈203、第四线圈204有与之前方向相反的电流，即可使动子4和舵翼7完成另一个方向的双稳态作动。

Claims (5)

1.一种基于E形铁轭的双稳态电磁舵机，其特征在于：该双稳态电磁舵机由外壳(6)，位于外壳(6)内的两个对称的E形铁轭：第一铁轭(1-1)和第二铁轭(1-2)，铁轭上分别绕制的第一线圈(201)和第二线圈(202)以及第三线圈(203)和第四线圈(204)，位于第一铁轭(1-1)和第二铁轭(1-2)间的中心转轴(5)，分别位于第一铁轭(1-1)和第二铁轭(1-2)间的第一永磁体(301)和第二永磁体(302)，设置在中心转轴(5)上的动子(4)，与动子(4)相连的舵翼(7)构成。
2.根据权利要求1所述的一种基于E形铁轭的双稳态电磁舵机，其特征在于：所述第一铁轭(1-1)包括第一限位臂(111)和第二限位臂(112)；第二铁轭(1-2)包括第三限位臂(121)和第四限位臂(122)。
3.根据权利要求1所述的一种基于E形铁轭的双稳态电磁舵机，其特征在于：所述E形铁轭的第一限位臂(111)、第二限位臂(112)、第三限位臂(121)和第四限位臂(122)的末端为楔形，目的是在极限位置时更好地与动子(4)的第一动子臂(401)和第二动子臂(402)贴合。
4.根据权利要求1所述的一种基于E形铁轭的双稳态电磁舵机，其特征在于：所述E形铁轭由软铁材料制成，起到传输磁力线的作用，第一永磁体(301)被装于第一铁轭(1-1)的中间臂内，第二永磁体(302)被安装于第二铁轭(1-2)的中间臂内，相同磁极相对设置，起到提供永磁回路的作用。
5.权利要求1至4任一项所述的一种基于E形铁轭的双稳态电磁舵机的作动方法，其特征在于：当动子(4)在一个极限位置锁止，比如当第一动子臂(401)与第三限位臂(121)贴合，第二动子臂(402)与第二限位臂(112)贴合时，第一永磁体(301)和第二永磁体(302)产生的磁通量，使动子(4)锁止，给第一线圈(201)、第二线圈(202)、第三线圈(203)和第四线圈(304)分别通入电流，产生新的磁通量，控制动子(4)旋转作动到另一个极限位置，于是，第一永磁体(301)和第二永磁体(302)产生的新的、稳定的磁通量使动子(4)锁止在新的极限位置，即第一动子臂(401)与第一限位臂(111)贴合，第二动子臂(402)与第四限位臂(122)贴合。
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