CN114739239B - 一种微型电磁式扰流舵机 - Google Patents

Abstract

本发明属于一种扰流舵机，为解决现有扰流舵机体积和重量无法满足发动机安装要求的技术问题，提供一种电磁式扰流舵机，轭铁内壁开设有环形容腔，骨架位于容腔内且延伸至环形槽中极靴内侧，极靴设置于环形槽内与轭铁相连。衔铁和挡铁套设于轭铁内部，轭铁和挡铁固定连接。衔铁和挡铁内沿轴向分别开设有第一通孔和第二通孔，第一通孔和第二通孔内分别设有限位台阶和第一限位凸台；支撑杆前端位于第一通孔内与衔铁相连，后端位于第二通孔内与第一限位凸台相适配，弹簧绕设于支撑杆上。挡铁前端外壁呈外锥面设置，第一通孔后端侧壁呈内锥面设置，形成适配腔，扰流片呈L型，一端与衔铁前端相连，另一端沿轭铁轴向延伸至轭铁后端端面外部。

Description

一种微型电磁式扰流舵机

技术领域

本发明属于一种电磁驱动舵机，具体涉及一种微型电磁式扰流舵机。

背景技术

微型单兵制导装置在自身非战斗重量尽可能轻的前提下，追求高机动性以便能够精确命中目标。单纯依靠空气舵对制导装置进行姿态控制时，受到自重限制，不能满足高机动制导装置的制导要求。微型燃气舵机在自重很小的情况下，通过自身高速运动，对制导装置发动机少量燃气进行喷射方向控制，在基本不影响制导装置射程的情况下，能够提供有效的制导矢量，提高制导装置命中率。

单兵制导装置火箭发动机体积很小，发动机喷管内安装空间局促，且发动机要求尽量轻量化，对微型电磁式扰流舵机提出了严格的要求，既要实现较大位移的舵机运动能力，又要具有高速响应能力，还需要承受发动机燃气的高温，并且重量轻。现有的电磁舵机体积远远大于安装空间而无法安装，可以安装的电磁舵机又无法输出足够的舵机运动。因此，还无法在单兵制导装置火箭发动机喷管内安装相关部件，来调节航天发动机喷管中的燃气矢量，造成单兵制导装置命中率低，无法满足使用需求。

发明内容

本发明为解决现有电磁舵机体积和重量无法满足发动机安装要求的技术问题，提供一种微型电磁式扰流舵机。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种微型电磁式扰流舵机，包括轭铁、衔铁、线圈、挡铁、骨架、支撑杆、弹簧和极靴；其特殊之处在于，还包括扰流片；

所述轭铁呈中空柱状，轭铁内壁开设有环形容腔，轭铁前端端面上开设有贯穿轭铁内壁且与环形容腔连通的环形槽；所述极靴设置于环形槽内与轭铁相连；所述骨架位于环形容腔内且前端延伸至环形槽中极靴内侧；线圈绕制在骨架上且与供电单元相连；

所述衔铁和挡铁由前到后依次套设于轭铁内部，衔铁外壁与骨架表面贴合且相适配，轭铁和挡铁固定连接；

所述衔铁和挡铁内沿轴向分别开设有第一通孔和第二通孔，第一通孔和第二通孔内分别设有限位台阶和第一限位凸台；所述支撑杆前端位于第一通孔内与衔铁相连，后端位于第二通孔内与第一限位凸台相适配；所述弹簧位于限位台阶和第一限位凸台之间，且绕设于支撑杆上；

所述挡铁前端外壁呈外锥面设置，第一通孔后端侧壁呈内锥面设置，外锥面与内锥面之间形成适配腔；挡铁外锥面底部与环形容腔后端底部之间的距离G，与轭铁的轴向长度F满足G/F≤0.25-0.35；挡铁的外锥面角度小于衔铁的内锥面角度；

所述扰流片呈L型，一端与衔铁前端相连，另一端沿轭铁轴向延伸至轭铁后端端面外部。

进一步地，由于扰流片厚度极薄，为避免扰流片因安装发生形变和损坏，或在高温下工作时因发生明显变形破损导致产品报废，所述扰流片和衔铁通过包边结构相连。

进一步地，扰流片和衔铁相连的包边结构为，所述衔铁前端端面上开设有安装槽，所述扰流片的一端嵌设于安装槽内；

所述衔铁前端端面沿安装槽边沿设有压片，压片向内翻折，用于将扰流片固定于衔铁的前端端面上。

进一步地，所述扰流片与衔铁的连接处，偏离衔铁前端端面中心处。

进一步地，所述挡铁的外锥面角度为20-30°，所述衔铁的内锥面角度为20-30°。

进一步地，所述轭铁的轴向长度F为7mm；在衔铁远离挡铁时，挡铁外锥面底部与衔铁后端面之间的距离x为1.5mm。

进一步地，为了限制支撑杆的运动范围，避免支撑杆脱出，所述支撑杆后端设有第二限位凸台，用于衔铁远离挡铁时与第一限位凸台后端面相抵。

进一步地，为了便于加工制造，所述轭铁和所述挡铁为一体式结构；

所述极靴与所述轭铁为铆接一体式结构。

进一步地，所述轭铁侧壁开设有连接孔，线圈通过导通件与供电单元连接，导通件穿过连接孔设置。

进一步地，所述骨架采用非导磁金属材料；所述轭铁、极靴和衔铁均采用导磁金属材料，使得骨架在厚度极小的情况下，也能够长期承受高温。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明的微型电磁式扰流舵机，在使用时，将舵机安装在发动机喷管上，线圈经供电单元通电后会产生磁场，轭铁、极靴、衔铁和挡铁组成磁场回路，衔铁随线圈通电或不通电，将朝向挡铁方向运动或远离挡铁方向运动，进而带动扰流片轴向运动，改变扰流片延伸至轭铁后端端面外部的长度，进而调整喷管喷出的部分燃气的喷射防线，产生燃气矢量。扰流舵机的体积极小，重量极轻，能够满足发动机安装要求，在安全稳定运行的同时，能够使扰流舵机做成极小的结构。

2.本发明的微型电磁式扰流舵机，骨架延伸至环形槽中极靴内侧，骨架在极靴处形成厚度极薄的环形结构，隔离了极靴和衔铁，能够有效减少衔铁运动时受到的摩擦力，使衔铁能够微型化。

3.本发明中挡铁的外锥面底部与环形容腔后端底部之间的距离，与轭铁的轴向长度F满足G/F≤0.25-0.35，能够最大程度利用磁场能力，产生最大的电磁驱动力。

4.本发明中挡铁的外锥面角度小于衔铁的内锥面角度，在断电时，快速消退磁场，提高舵机在断电时的释放速度。

5.本发明中扰流片呈L型，一端与衔铁前端相连，另一端沿轭铁轴向延伸至轭铁后端端面外部，由于扰流舵机的工作环境为超过1000℃的高温环境，在扰流舵机体积极小的情况下，通过扰流片的结构形式，能够最大限度降低热量从喷管传递至扰流舵机主体的速度，进一步提高扰流舵机的可靠性。

6.本发明中骨架采用能够减磨的非导磁金属材料，使得骨架在厚度极小的情况下，也能够长期承受高温，并对衔铁运动提供足够的导向作用，防止衔铁出现卡死现象，进一步保证了扰流舵机在能够稳定工作的前提下，实现微型化。

7.本发明中扰流片通过包边结构与衔铁连接，由于扰流片厚度极薄，采用包边的连接结构，能够在保证扰流片与衔铁安装强度的同时，避免扰流片因安装发生形变和损坏，也能够进一步避免扰流片在高温下工作时因发生明显变形破损导致产品报废。

8.本发明中第二限位凸台和第一限位凸台的配合，能够限制支撑杆的运动范围，避免支撑杆脱出，进而能够保证衔铁的运动范围，控制扰流片的运动范围。

9.本发明中轭铁和挡铁为一体式结构，便于加工制造，提高扰流舵机的可靠性。

附图说明

图1为本发明一种微型电磁式扰流舵机实施例的结构示意图；

图2为本发明一种微型电磁式扰流舵机实施例中扰流片的安装结构示意图；

图3为本发明一种微型电磁式扰流舵机实施例的外部结构示意图。

其中：1-扰流片、2-衔铁、3-极靴、4-弹簧、5-轭铁、6-骨架、7-支撑杆、8-线圈、9-导通件、10-挡铁、11-第一通孔、12-第二通孔、13-第一限位凸台、14-限位台阶、15-适配腔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

本发明提供了一种能够满足微型单兵制导武器安装要求的微型电磁式扰流舵机，体积极小，可达到9mm直径*7mm高度以下，重量极轻，且安全性能高能够长期在高温环境下稳定工作。

如图1、图2和图3所示，一种微型电磁式扰流舵机，包括轭铁5、衔铁2、线圈8、挡铁10、骨架6、支撑杆7、弹簧4、极靴3和扰流片1。

轭铁5整体呈中空柱状，一般由导磁金属材料制成，表面有耐磨防腐涂层，轭铁5内壁开设有环形容腔，轭铁5前端端面上开设有贯穿轭铁5内壁且与环形容腔连通的环形槽，环形容腔远离环形槽的一端不穿透轭铁5端面。极靴3设置于环形槽内与轭铁5相连，作为一种优选方案，极靴3和轭铁5可铆接成为一体，极靴3作为磁路的组成部分，铆接一体式结构能够减少磁场在磁场回路中的损失。骨架6位于容腔内且延伸至环形槽中极靴3内侧，使得骨架6在靠近极靴3的一端，在极靴3和衔铁2之间形成厚度较薄的环形结构，隔离极靴3与衔铁2，减少衔铁2运动时受到的摩擦力。线圈8可采用漆包线，呈螺线管状绕制在骨架6上与供电单元通过导通件9相连，轭铁5的侧壁上开设有连线孔，供导通件9穿过，骨架6可采用耐高温减磨非金属线圈骨架。作为一种优选方案，骨架6可采用减磨非导磁金属材料，可在厚度很低的情况下，如可在厚度不大于0.25mm的情况下，能够长期承受200℃以上的高温，对衔铁2运动提供足够的导向作用，防止衔铁2在运动过程中卡死。同时，极靴3可由导磁金属制成，表面涂敷防腐涂层，衔铁2也可由导磁金属制成，表面涂敷减磨防腐涂层。

衔铁2的两侧可以设置安装耳，便于将本发明的微型电磁式扰流舵机安装在喷管上。

衔铁2和挡铁10表面的耐磨减磨涂层，以及骨架6的减磨材料使用，使得衔铁2在受到弹簧力作用和电磁力作用时，所受摩擦力小，使扰流片1实现超过50Hz的动作频率从而获得超过50Hz的动态推力矢量。

衔铁2和挡铁10套设于轭铁5内部，轭铁5和挡铁10固定连接，为了方便加工制造，也可将轭铁5和挡铁10加工为一体式结构，衔铁2外壁与骨架6表面贴合且相适配，衔铁2可沿骨架6表面直线运动，骨架6不仅起到支撑线圈8的作用，还能够对衔铁2的直线运动起到导向作用。

衔铁2和挡铁10内沿轴向分别开设有第一通孔11和第二通孔12，第一通孔11和第二通孔12内分别设有限位台阶14和第一限位凸台13，支撑杆7前端位于第一通孔11内与衔铁2相连，支撑杆7和衔铁2连接成一体，使得衔铁2和支撑杆7能够同步直线运动。支撑杆7后端位于第二通孔12内，支撑杆7后端设有第二限位凸台，用于衔铁2远离挡铁10时与第一限位凸台13后端面相抵，使得支撑杆7的第二限位凸台仅在第二通孔12位于第一限位凸台13之后的空间内移动，进而限制了支撑杆7的移动范围，避免支撑杆7脱出。弹簧4位于限位台阶14和第一限位凸台13之间，且绕设于支撑杆7上。线圈8通电时，衔铁2向挡铁10方向移动，压缩弹簧4，线圈8断电后，衔铁2在弹簧4的弹簧力作用下，向远离挡铁10的方向移动。

挡铁10前端外壁呈外锥面设置，第一通孔11后端侧壁呈内锥面设置，外锥面和内锥面形成适配腔15。挡铁10外锥面底部与环形容腔后端底部之间的距离G，与轭铁5的轴向长度F满足G/F≤0.25-0.35，挡铁10的外锥面角度小于衔铁2的内锥面角度。

其中，衔铁2内第一通孔11后端侧壁与挡铁10前端外壁的外锥面结构和角度，使得衔铁2在距离挡铁10最远处产生的力可以克服弹簧力和燃气作用在扰流片1上的力向挡铁10运动，并且能够在线圈8断电时，磁场快速衰减使衔铁2能够在弹簧力作用下快速远离挡铁10。

扰流片1呈L型，一端与衔铁2前端通过包边结构相连，另一端沿轭铁5轴向延伸至轭铁5后端端面外部。具体的包边结构为，衔铁2前端端面上开设有安装槽，扰流片1的一端嵌设于安装槽内，衔铁2前端端面沿安装槽边沿设有压片，压片向内翻折，用于将扰流片1固定于衔铁2的前端端面上。实际使用时，本发明的电磁式扰流舵机整体安装在航天发动机喷管上，扰流片1末端延伸至喷管内，扰流片1随衔铁2的运动伸缩，达到扰流的目的。衔铁2的运动受供电单元控制，具体的，供电单元通过PWM信号进行控制，采用气流瞬态保持算法实现燃气矢量连续调节。

经实际验证，本发明可加工制造为重量小于6g，体积极小的产品，且能够输出1.6~3.5N的电磁吸力使扰流片1高频往复运动1.5mm，并且实现小于5ms的响应速度。

本发明的工作原理为：线圈8通电时将产生磁场，轭铁5、极靴3、衔铁2和挡铁10组成磁场回路，衔铁2受磁场力作用压缩弹簧4，向挡铁10方向运动，带动扰流片1向极靴3方向运动，扰流片1向喷管中心方向运动，克服燃气阻力，并使燃气射出方向发生偏转，产生矢量控制推力。在断电后，磁场消失，衔铁2在弹簧4的弹簧力作用下向远离挡铁10的方向运动，带动扰流片1向远离极靴3的方向运动，使喷管内燃气方向再次发生偏转，产生矢量控制推力。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微型电磁式扰流舵机，包括轭铁（5）、衔铁（2）、线圈（8）、挡铁（10）、骨架（6）、支撑杆（7）、弹簧（4）和极靴（3）；其特征在于：还包括扰流片（1）；

所述轭铁（5）呈中空柱状，轭铁（5）内壁开设有环形容腔，轭铁（5）前端端面上开设有贯穿轭铁（5）内壁且与环形容腔连通的环形槽；所述极靴（3）设置于环形槽内与轭铁（5）相连；所述骨架（6）位于环形容腔内且前端延伸至环形槽中极靴（3）内侧；线圈（8）绕制在骨架（6）上且与供电单元相连；

所述衔铁（2）和挡铁（10）由前到后依次套设于轭铁（5）内部，衔铁（2）外壁与骨架（6）表面贴合且相适配，轭铁（5）和挡铁（10）固定连接；

所述衔铁（2）和挡铁（10）内沿轴向分别开设有第一通孔（11）和第二通孔（12），第一通孔（11）和第二通孔（12）内分别设有限位台阶（14）和第一限位凸台（13）；所述支撑杆（7）前端位于第一通孔（11）内与衔铁（2）相连，后端位于第二通孔（12）内与第一限位凸台（13）相适配；所述弹簧（4）位于限位台阶（14）和第一限位凸台（13）之间，且绕设于支撑杆（7）上；

所述挡铁（10）前端外壁呈外锥面设置，第一通孔（11）后端侧壁呈内锥面设置，外锥面与内锥面之间形成适配腔（15）；挡铁（10）外锥面底部与环形容腔后端底部之间的距离G，与轭铁（5）的轴向长度F满足G/F≤0.25-0.35；挡铁（10）的外锥面角度小于衔铁（2）的内锥面角度；

所述扰流片（1）呈L型，一端与衔铁（2）前端相连，另一端沿轭铁（5）轴向延伸至轭铁（5）后端端面外部。

2.根据权利要求1所述一种微型电磁式扰流舵机，其特征在于：所述扰流片（1）和衔铁（2）通过包边结构相连。

3.根据权利要求2所述一种微型电磁式扰流舵机，其特征在于：所述衔铁（2）前端端面上开设有安装槽，所述扰流片（1）的一端嵌设于安装槽内；

所述衔铁（2）前端端面沿安装槽边沿设有压片，压片向内翻折，用于将扰流片（1）固定于衔铁（2）的前端端面上。

4.根据权利要求2或3所述一种微型电磁式扰流舵机，其特征在于：所述扰流片（1）与衔铁（2）的连接处，偏离衔铁（2）前端端面中心处。

5.根据权利要求4所述一种微型电磁式扰流舵机，其特征在于：所述挡铁（10）的外锥面角度为20-30°；所述衔铁（2）的内锥面角度为20-30°。

6.根据权利要求5所述一种微型电磁式扰流舵机，其特征在于：所述轭铁（5）的轴向长度F为7mm；在衔铁（2）远离挡铁（10）时，挡铁（10）外锥面底部与衔铁（2）后端面之间的距离x为1.5mm。

7.根据权利要求6所述一种微型电磁式扰流舵机，其特征在于：所述支撑杆（7）后端设有第二限位凸台，用于衔铁（2）远离挡铁（10）时与第一限位凸台（13）后端面相抵。

8.根据权利要求7所述一种微型电磁式扰流舵机，其特征在于：所述轭铁（5）和所述挡铁（10）为一体式结构；

所述极靴（3）与所述轭铁（5）为铆接结构。

9.根据权利要求8所述一种微型电磁式扰流舵机，其特征在于：所述轭铁（5）侧壁开设有连接孔，线圈（8）通过导通件（9）与供电单元连接，导通件（9）穿过连接孔设置。

10.根据权利要求9所述一种微型电磁式扰流舵机，其特征在于：

所述骨架（6）采用非导磁金属材料；

所述轭铁（5）、极靴（3）和衔铁（2）均采用导磁金属材料。

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