CN109450214B - 一种低功耗永磁力矩器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低功耗永磁力矩器，属于电磁元件技术领域。所述低功耗永磁力矩器包括磁钢底座、空心圆柱形永磁钢、外磁极片、圆柱形永磁钢、内磁极片、线圈骨架和线圈；空心圆柱形永磁钢和圆柱形永磁钢粘接在磁钢底座上，且两者均与磁钢底座共轴；外磁极片粘接在空心圆柱形永磁钢上表面，内磁极片粘接在圆柱形永磁钢上表面。线圈缠绕在线圈骨架上构成线圈结构悬挂于内磁极片之上，缠绕线圈的侧壁嵌入外磁极片和内磁极片之间的气隙之中。本发明采用双永久磁钢结构，能在气隙区域产生很高的磁感应强度，在产生同样电磁力时磁力矩器消耗的功耗较低。

Description

一种低功耗永磁力矩器
技术领域
本发明属于电磁元件技术领域，涉及一种低功耗永磁力矩器，该力矩器以永久磁钢做激磁磁场源，线圈通电后受力在磁场中运动，该结构的特点是：采用双永久磁钢结构，能在气隙区域产生很高的磁感应强度，在产生同样电磁力时磁力矩器消耗的功耗较低。
背景技术
在一些高精密惯性仪表中，如挠性加速度计，需要力矩器作为系统的反馈执行器。现有的磁力矩器通常为单永久磁铁结构，气隙区域磁感应强度低，驱动指定力时需要较大的驱动电流，因此功耗较大；同时较大的功耗会产生较大的焦耳热，从而使磁力矩器产生更大的温度漂移，降低磁力矩器的稳定性。因此，有必要设计一种新的永磁力矩器，提高气隙的磁感应强度，降低磁力矩器的功耗。
发明内容
本发明的目的在于：设计一种基于双永久磁钢结构的低功耗磁力矩器，解决现有磁力矩器气隙区域磁感应强度低，驱动功耗大的问题。
本发明的具体方案如下：
一种低功耗永磁力矩器，包括磁钢底座(1)、空心圆柱形永磁钢(2)、外磁极片(3)、圆柱形永磁钢(4)、内磁极片(5)、线圈骨架(6)和线圈(7)；
磁钢底座(1)上设置环形凸台，凸台两侧槽口分别放置空心圆柱形永磁钢(2)和圆柱形永磁钢(4)，空心圆柱形永磁钢(2)和圆柱形永磁钢(4)粘接在磁钢底座(1)上，且两者均与磁钢底座(1)共轴；外磁极片(3)为空心圆柱形磁极片，粘接在空心圆柱形永磁钢(2)上表面，且与空心圆柱形永磁钢(2)共轴，内径和外径分别相等；内磁极片(5)为圆柱体，粘接在圆柱形永磁钢(4)上表面，且与圆柱形永磁钢(4)共轴，直径相等。
线圈(7)缠绕在线圈骨架(6)上构成线圈结构，线圈结构与内磁极片(5)共轴，且悬挂于内磁极片(5)之上。所述线圈骨架(6)为中空圆柱体，线圈(7)缠绕在所述中空圆柱体的侧壁，且缠绕线圈(7)的所述中空圆柱体的侧壁嵌入外磁极片(3)和内磁极片(5)之间的气隙之中。
空心圆柱形永磁钢(2)和圆柱形永磁钢(4)是一种25～85℃温度范围内的低温度系数永磁材料，其剩磁均沿中心轴线方向，两者剩磁方向相反，如约定空心圆柱形永磁钢(2)靠近外磁极片(3)一侧为N极，靠近磁钢底座(1)一侧为S极，则柱形永磁钢(4)靠近内磁极片(5)一侧为S极，靠近磁钢底座(1)一侧为N极。
外磁极片(3)和内磁极片(5)的内间距为0.5mm～1.2mm。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
本发明的低功耗永磁力矩器，所采用的双永久磁钢结构，实现了更大的磁感应强度分布，在驱动一定力时降低了磁力矩器的功耗，减小了气隙工作区域的温度漂移，提高了磁力矩器的稳定性。
附图说明
图1为本发明的一种低功耗永磁力矩器结构示意图；
图2为本发明的一种低功耗永磁力矩器磁路结构示意图；
图3为本发明的一种低功耗永磁力矩器线圈结构示意图；
图4为现有技术中的一种力矩器的结构示意图；
图5为本发明提供的力矩器与图4所示的力矩器在气隙中轴线上径向磁感应强度分布曲线示意图。
图中：
1.磁钢底座；2.空心圆柱形永磁钢；3.外磁极片；4.圆柱形永磁钢；5.内磁极片；
6.线圈骨架；7.线圈。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。
如图1和图2所示，本发明提供的一种低功耗永磁力矩器，包括磁钢底座1、空心圆柱形永磁钢2、外磁极片3、圆柱形永磁钢4、内磁极片5、线圈骨架6和线圈7。
空心圆柱形永磁钢2和圆柱形永磁钢4均采用钐钴磁钢，其剩磁均沿中心轴线方向，两者剩磁方向相反，剩磁大小为0.8T～1.2T，其中空心圆柱形永磁钢2靠近上方外磁极片3一侧为N极，靠近下方磁钢底座1一侧为S极；则圆柱形永磁钢4靠近上方内磁极片5一侧为S极，靠近下方磁钢底座1一侧为N极。
所述磁钢底座1为圆柱形，中间具有圆环形凸台，凸台两侧的槽口分别放置空心圆柱形永磁钢2和圆柱形永磁钢4，且两者均与磁钢底座1共轴；外磁极片3为空心圆柱形磁极片，将其粘接在空心圆柱形永磁钢2上表面，且与空心圆柱形永磁钢2共轴，并且二者内径和外径分别相等；内磁极片5为圆柱状结构，将其一侧底面粘接在圆柱形永磁钢4上表面，且与圆柱形永磁钢4共轴；所述圆柱形永磁钢4和内磁极片5的直径相等。所述外磁极片3和内磁极片5的内间距(即外磁极片3的内壁和内磁极片5的外壁之间的距离)为0.5～1.2mm，优选0.9mm。所述凸台的厚度刚好就是所述内间距尺寸，也是所述磁力矩器的气隙尺寸。线圈7缠绕在线圈骨架6上构成线圈结构，线圈结构与内磁极片5共轴，且应用时悬挂于内磁极片5之上，线圈骨架6可和被驱动结构连接，对线圈7施加电流，可对被驱动结构产生沿磁铁轴线方向的电磁力。如图3所示，所述线圈骨架6为只有顶面没有底面的圆筒状结构，所述线圈7缠绕在所述圆筒状结构的侧壁上，并且在悬挂所述的线圈结构后，线圈7的部分伸入到气隙内。所述气隙设置凸台位置所对应的外磁极片3和内磁极片5的内间距部分。
所述的空心圆柱形永磁钢2和圆柱形永磁钢4采用粘结的方式固定在磁钢底座1上。
所述空心圆柱形永磁钢2和圆柱形永磁钢4的高度相同，外磁极片3的高度等于或高于内磁极片5的高度。
图4所示是现有技术中的一种力矩器，与本发明的双磁钢设计结构相比，本发明提供的力矩器在气隙区域的径向磁感应强度更大。两种结构工作气隙中轴线上径向磁感应强度分布如图5所示。本发明中磁感应强度峰值为传统结构的1.88倍。由于磁路结构能够提供给线圈的径向磁感应强度更大，使线圈在产生相同轴向力或电磁力时，驱动功耗更低。
以上所述的具体实例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实例，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换，改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种低功耗永磁力矩器，包括磁钢底座(1)、空心圆柱形永磁钢(2)、外磁极片(3)、圆柱形永磁钢(4)、内磁极片(5)、线圈骨架(6)和线圈(7)；
空心圆柱形永磁钢(2)和圆柱形永磁钢(4)粘接在磁钢底座(1)上；
外磁极片(3)为空心圆柱形磁极片，粘接在空心圆柱形永磁钢(2)上表面；
内磁极片(5)为圆柱体，粘接在圆柱形永磁钢(4)上表面；
线圈(7)缠绕在线圈骨架(6)上构成线圈结构；所述线圈骨架(6)为中空圆柱体，线圈(7)缠绕在所述中空圆柱体的侧壁，且缠绕线圈(7)的所述中空圆柱体的侧壁嵌入外磁极片(3)和内磁极片(5)之间的气隙之中；
其特征在于：
磁钢底座(1)上设置环形凸台，凸台两侧槽口分别放置空心圆柱形永磁钢(2)和圆柱形永磁钢(4)，且两者均与磁钢底座(1)共轴；
外磁极片(3)与空心圆柱形永磁钢(2)共轴，内径和外径分别相等；
内磁极片(5)与圆柱形永磁钢(4)共轴，直径相等；
线圈结构与内磁极片(5)共轴，且悬挂于内磁极片(5)之上；
空心圆柱形永磁钢(2)和圆柱形永磁钢(4)的剩磁均沿中心轴线方向，两者剩磁方向相反；空心圆柱形永磁钢(2)和圆柱形永磁钢(4)采用钐钴磁钠；
空心圆柱形永磁钢(2)靠近外磁极片(3)一侧为N极，靠近磁钢底座(1)一侧为S极；圆柱形永磁钢(4)靠近内磁极片(5)一侧为S极，靠近磁钢底座(1)一侧为N极；
空心圆柱形永磁钢(2)和圆柱形永磁钢(4)的高度相同，外磁极片(3)的高度等于或高于内磁极片(5)的高度；
外磁极片(3)和内磁极片(5)的内间距为0.5mm～1.2mm；磁钢底座(1)上设置的环形凸台的厚度刚好就是所述内间距。
2.根据权利要求1所述的一种低功耗永磁力矩器，其特征在于：所述的外磁极片(3)和内磁极片(5)的内间距为0.9mm。
3.根据权利要求1所述的一种低功耗永磁力矩器，其特征在于：所述剩磁大小为0.8T～1.2T。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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GB2214724A (en) * 1988-01-28 1989-09-06 Custom Dev Ltd Permanent magnet electric motor
JPH0370462A (ja) * 1989-08-04 1991-03-26 Showa Electric Wire & Cable Co Ltd コイルモータ

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