[发明专利]磁路对称的轴向分相式高速旋转电磁铁

说明书

技术领域

本发明涉及属于流体传动及控制领域中2D数字阀用的电-机械转换器，尤其涉及一种磁路对称的轴向分相式高速旋转电磁铁。

背景技术

近年来，基于液压伺服螺旋原理的2D阀因具有抗污染能力强、响应速度快、结构简单、精度高、无需弹性元件、导控级零位泄漏极小和生产成本低的优点，视应用场合而定可构成2D换向阀、2D电液比例阀、2D电液伺服阀等从低端到高端的全系列流体控制元件，而在金属材料试验机、地震模拟震动台以及相关航空航天领域等得到了广泛应用。2D阀采用直接数字控制技术，常用的电-机械转换器一般为按照交流伺服方式控制的两相混合式步进电机，其结构按照电机定子分相方式的不同可以分为轴向分相和径向分相两种，前者与后者相比有以下几个优点：第一、采用轴向分相，控制绕组可以用环形线圈，绕制和下线工艺简单，线圈漆皮不易受伤，电机的电气可靠性优于径向分相结构的电机；第二、轴向分相的电机可以采用O形密封圈对转子容腔进行密封，从而可以使得油液进入转子工作腔，使其成为“湿式”的电-机械转换器，将其直接与2D数字阀相连，可构成所谓的直动阀，有利于结构设计及取消动密封；第三、径向分相结构由于要留出空间绕制线圈，其定子空间无法全部用于开齿。而轴向分相结构整个定子圆周上可全部开齿，提高了有效空间的利用情况，从而提升了电机的输出力矩。

一般而言，轴向分相式电机的定转子由于不能像径向分相结构那样沿轴向叠片而只能采用整体式结构，在交流方式控制下涡流效应严重，使得电机损耗及温升增高；涡流还对控制绕组内电流的变化起到一定的阻碍作用，影响了电机的动态性能，如要限制这种涡流效应，必须采取措施将定转子铁芯在一定的部位切断，使其沿圆周方向不能形成涡流。为此，也有专利提出利用增强尼龙等塑料材料作为定转子保持架，通过插片的方式构成低涡流高动态的轴向分相式电机。

无论是整体式结构还是插片式结构的轴向分相式电机，其基本工作原理都是将定子的一相或两相分置于永磁体的一侧或两侧(一般阀用电-机械转换器定子相数为单相或者两相，相数过多会导致控制成本增加，因而很少采用)，定子依次和转子构成若干段环形的工作气隙，永磁体在工作气隙下产生极化磁场，励磁线圈则在其所属定子相内产生控制磁场，励磁电流方向变化而引起控制磁场对永磁体极化磁场作差动叠加以产生电磁力矩。如果假设定转子铁芯磁阻为零，则永磁体在各段工作气隙下产生的极化磁场强度相同，此时磁路对称，在不考虑磁导的高次谐波的情况下，电机在不通电时不产生自定位力矩，通电时在不同方向励磁电流下获得的力矩-转角特性幅值也相等，矩角特性是对称的；然而实际情况是定转子铁芯都具有一定的磁阻，按照磁路理论，此时距离永磁体较远的工作气隙下的极化磁场强度较弱，而距离永磁体较近的工作气隙下的极化磁场较强，这就造成了电机磁路不对称，电机在不通电时产生一定的自定位力矩；通电时当励磁电流的磁场和永磁体的磁场差动叠加时，电机的矩角特性受到励磁电流方向的影响，即在不同方向的励磁电流下获得的矩角特性幅值不等，呈现出一种不对称的特征，当将其作为阀用电-机械转换器使用时，这种不对称的特性会影响到2D阀的定位精度，使其无法呈现出应有的高性能。

发明内容

为了克服现有的轴向分相式高速旋转电磁铁的动态响应较差、定位精度较低、成本较高的不足，本发明提供一种提高动态响应、定位精度较高、降低成本的磁路对称的轴向分相式高速旋转电磁铁。

为了解决上述技术问题采用的技术方案为：

一种磁路对称的轴向分相式高速旋转电磁铁，包括壳体、定子部件、转子部件、前端盖，所述定子部件和转子部件位于壳体内，所述定子部件位于转子部件外侧，所述转子部件的转子轴的两端分别通过轴承安装在前端盖和后端盖内，所述定子部件包括整体式定子保持架、第一定子插片、第二定子插片和永磁体，在整体式定子保持架上依次分布有三段沿圆周均匀分布的供定子插片插入的插槽，依次为第一插槽、第二插槽和第三插槽；第一定子插片插接在相邻的第一插槽和第二插槽内，所述第一插槽和第二插槽之间的整体式定子保持架上环绕励磁线圈，所述第一插槽和第二插槽之间错齿1/2的齿距角，第二插槽与第三插槽彼此错齿1/4的齿距角；永磁体放置于第二插槽和第三插槽之间，分别和第一定子插片以及第二定子插片相接触而构成极化磁场源，永磁体按照整个圆周四等分的方式划分成四个区域，每个区域均轴向充磁，且N极和S极两两相间；