[发明专利]基于气隙补偿的盆形齿式高频直动力马达

说明书

基于气隙补偿的盆形齿式高频直动力马达，包括衔铁部件、轭铁部件、复位弹簧部件，第一衔铁矩形面板长边的对角线上各伸出一个爪状极靴；第一衔铁的一对极靴被永磁体磁化成N极端，第一衔铁、第二衔铁结构完全相同，反向相互扣合；第二衔铁结构一对极靴被永磁体磁化成S极端；第一衔铁和第二衔铁夹紧在推杆后端，推杆的前端连接复位弹簧部件，推杆后端与伺服比例阀的阀芯连接；控制线圈缠绕在连接桥路上，衔铁部件安装在轭铁架内，第一衔铁的一对爪状极靴、第二衔铁的一对爪状极靴分别与轭铁架形成四个工作气隙。本发明通过混合气隙和补偿齿的运用，会使其最终合成在工作行程内近乎水平的力‑位移特性曲线、有较长的工作行程且水平力有较高提升。

技术领域

本发明涉及流体传动及控制领域中伺服比例阀用的电-机械转换器，尤其涉及基于气隙补偿的盆形齿式高频直动力马达。

背景技术

电液控制器件中，电-机械转换器是一个关键部件。提高电-机械转换器的频响和带载能力是提高电液伺服阀频响的一个前提。目前在电液控制器件中应用的电-机械转换器主要有永磁力矩马达、动圈式力马达、比例电磁铁和动铁式力马达。

阀用电-机械转换器按照可动件的形式可分为直线位移式和角位移式两种，按可动件结构形式可分为动铁式和动圈式两种，前者可动件是衔铁，后者可动件是动圈。动铁式力马达与动圈式力马达相比，尽管价格更贵，但具有体积小、重量轻、输出力大的优点，因此应用日益广泛。

传统的比例电磁铁由于其体积较大，且只能给伺服比例阀提供单向驱动力，因此通常需要采用两个比例电磁铁来实现伺服比例阀的换向，这使得伺服比例阀的质量增加，惯性增大，因此响应速度较慢。因此，传统的比例电磁铁并不适用需要快速动态响应的使用场合。但是比例电磁铁由于结构上的特殊设计，使之形成特殊形式的磁路，从而使它获得的基本吸力特性——水平力-位移特性与普通直流电磁铁的吸力特性有着原则区别。

力马达由于驱动力大的优点往往用于工业领域，直接驱动阀芯，成为在直动式电液伺服阀上应用最广泛的电-机械转换器。例如，MOOG公司开发了用于D633/D634直动式电液伺服阀的永磁极化式双向线性力马达，采用了单线圈、双永磁体的结构型式，利用线圈控制磁场和径向永磁极化磁场的差动驱动方式，实现力马达双向控制，具有节能、可靠、成本低等性能优势。该力马达拥有一个对中弹簧，可实现断电归中，同时对中弹簧也保证力马达输出的阀芯驱动力与输入电流成正比。这种力马达输出力大，确保伺服阀可以克服液动力和摩擦力，提高伺服阀抗污染性。但是该力马达的惯性环节相对笨重，所以响应也相对缓慢，频响一般都不会很高，而且长期工作还会出现发热的问题。

李其朋等在单向比例电磁铁的分析基础上，提出一种新型耐高压电-机械转换器，通过径长比选取、线圈永磁体布局、软磁材料和硬磁材料分析等设计，减少摩擦力并改善磁通，研究出提高响应速度的方法，做到线性工作范围±1mm，最大驱动力为±60N，非线性度小于0.5％，滞环小于2％，幅频宽达到160Hz。

李勇等基于动铁式电-机械转换器的功能转换关系及其效率分析，概述了多种降低功耗的方法，提出了低功耗耐高压单向比例电磁铁和低功耗耐高压双向线性力马达两种结构，前者采用阶梯环形的极靴和衔铁等结构设计，构成了一个轴向工作气隙和两个径向工作气隙，线性工作行程为1.4mm，非线性小于4％，滞环小于2％，力动态响应上升时间为47ms，频响为36Hz，额定稳态功耗为9.5W，室温下稳态线圈温升为42.5℃。

孟彬等提出一种高频直动式力马达，具有高频响应，输出力大的特点，但是其控制线圈的单侧布置使得到四处工作气隙距离不等，从而导致磁路分布不均匀，工作气隙磁通不对称，往复输出力大小不相同，是需要着重改进的一点。同时，电流与位移非线性关系是动铁式力马达的普遍问题，若能运用特殊的补偿方法，添加补偿气隙改进磁路，将能很好的改善其力—位移特性。

发明内容

为克服上述问题，本发明提供高频响应、磁路对称、具有水平力-位移特性曲线的基于气隙补偿的盆形齿式高频直动力马达。