專利名稱：磁路對(duì)稱的軸向分相式高速旋轉(zhuǎn)電磁鐵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及屬于流體傳動(dòng)及控制領(lǐng)域中2D數(shù)字閥用的電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器，尤其涉及一種磁路對(duì)稱的軸向分相式高速旋轉(zhuǎn)電磁鐵。
背景技術(shù)：
近年來，基于液壓伺服螺旋原理的2D閥因具有抗污染能力強(qiáng)、響應(yīng)速度快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度高、無需彈性元件、導(dǎo)控級(jí)零位泄漏極小和生產(chǎn)成本低的優(yōu)點(diǎn)，視應(yīng)用場(chǎng)合而定可構(gòu)成2D換向閥、2D電液比例閥、2D電液伺服閥等從低端到高端的全系列流體控制元件， 而在金屬材料試驗(yàn)機(jī)、地震模擬震動(dòng)臺(tái)以及相關(guān)航空航天領(lǐng)域等得到了廣泛應(yīng)用。2D閥采用直接數(shù)字控制技術(shù)，常用的電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器一般為按照交流伺服方式控制的兩相混合式步進(jìn)電機(jī)，其結(jié)構(gòu)按照電機(jī)定子分相方式的不同可以分為軸向分相和徑向分相兩種，前者與后者相比有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)第一、采用軸向分相，控制繞組可以用環(huán)形線圈，繞制和下線工藝簡(jiǎn)單，線圈漆皮不易受傷，電機(jī)的電氣可靠性優(yōu)于徑向分相結(jié)構(gòu)的電機(jī)；第二、軸向分相的電機(jī)可以采用O形密封圈對(duì)轉(zhuǎn)子容腔進(jìn)行密封，從而可以使得油液進(jìn)入轉(zhuǎn)子工作腔， 使其成為“濕式”的電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器，將其直接與2D數(shù)字閥相連，可構(gòu)成所謂的直動(dòng)閥，有利于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及取消動(dòng)密封；第三、徑向分相結(jié)構(gòu)由于要留出空間繞制線圈，其定子空間無法全部用于開齒。而軸向分相結(jié)構(gòu)整個(gè)定子圓周上可全部開齒，提高了有效空間的利用情況，從而提升了電機(jī)的輸出力矩。一般而言，軸向分相式電機(jī)的定轉(zhuǎn)子由于不能像徑向分相結(jié)構(gòu)那樣沿軸向疊片而只能采用整體式結(jié)構(gòu)，在交流方式控制下渦流效應(yīng)嚴(yán)重，使得電機(jī)損耗及溫升增高；渦流還對(duì)控制繞組內(nèi)電流的變化起到一定的阻礙作用，影響了電機(jī)的動(dòng)態(tài)性能，如要限制這種渦流效應(yīng)，必須采取措施將定轉(zhuǎn)子鐵芯在一定的部位切斷，使其沿圓周方向不能形成渦流。為此，也有專利提出利用增強(qiáng)尼龍等塑料材料作為定轉(zhuǎn)子保持架，通過插片的方式構(gòu)成低渦流高動(dòng)態(tài)的軸向分相式電機(jī)。無論是整體式結(jié)構(gòu)還是插片式結(jié)構(gòu)的軸向分相式電機(jī)，其基本工作原理都是將定子的一相或兩相分置于永磁體的一側(cè)或兩側(cè)(一般閥用電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器定子相數(shù)為單相或者兩相，相數(shù)過多會(huì)導(dǎo)致控制成本增加，因而很少采用)，定子依次和轉(zhuǎn)子構(gòu)成若干段環(huán)形的工作氣隙，永磁體在工作氣隙下產(chǎn)生極化磁場(chǎng)，勵(lì)磁線圈則在其所屬定子相內(nèi)產(chǎn)生控制磁場(chǎng)，勵(lì)磁電流方向變化而引起控制磁場(chǎng)對(duì)永磁體極化磁場(chǎng)作差動(dòng)疊加以產(chǎn)生電磁力矩。 如果假設(shè)定轉(zhuǎn)子鐵芯磁阻為零，則永磁體在各段工作氣隙下產(chǎn)生的極化磁場(chǎng)強(qiáng)度相同，此時(shí)磁路對(duì)稱，在不考慮磁導(dǎo)的高次諧波的情況下，電機(jī)在不通電時(shí)不產(chǎn)生自定位力矩，通電時(shí)在不同方向勵(lì)磁電流下獲得的力矩-轉(zhuǎn)角特性幅值也相等，矩角特性是對(duì)稱的；然而實(shí)際情況是定轉(zhuǎn)子鐵芯都具有一定的磁阻，按照磁路理論，此時(shí)距離永磁體較遠(yuǎn)的工作氣隙下的極化磁場(chǎng)強(qiáng)度較弱，而距離永磁體較近的工作氣隙下的極化磁場(chǎng)較強(qiáng)，這就造成了電機(jī)磁路不對(duì)稱，電機(jī)在不通電時(shí)產(chǎn)生一定的自定位力矩；通電時(shí)當(dāng)勵(lì)磁電流的磁場(chǎng)和永磁體的磁場(chǎng)差動(dòng)疊加時(shí)，電機(jī)的矩角特性受到勵(lì)磁電流方向的影響，即在不同方向的勵(lì)磁電
3流下獲得的矩角特性幅值不等，呈現(xiàn)出一種不對(duì)稱的特征，當(dāng)將其作為閥用電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器使用時(shí)，這種不對(duì)稱的特性會(huì)影響到2D閥的定位精度，使其無法呈現(xiàn)出應(yīng)有的高性能。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的軸向分相式高速旋轉(zhuǎn)電磁鐵的動(dòng)態(tài)響應(yīng)較差、定位精度較低、成本較高的不足，本發(fā)明提供ー種提高動(dòng)態(tài)響應(yīng)、定位精度較高、降低成本的磁路對(duì)稱的軸向分相式高速旋轉(zhuǎn)電磁鐵。為了解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案為—種磁路対稱的軸向分相式高速旋轉(zhuǎn)電磁鐵，包括殼體、定子部件、轉(zhuǎn)子部件、前端蓋，所述定子部件和轉(zhuǎn)子部件位于殼體內(nèi)，所述定子部件位于轉(zhuǎn)子部件外側(cè)，所述轉(zhuǎn)子部件的轉(zhuǎn)子軸的兩端分別通過軸承安裝在前端蓋和后端蓋內(nèi)，所述定子部件包括整體式定子保持架、第一定子插片、第二定子插片和永磁體，在整體式定子保持架上依次分布有三段沿圓周均勻分布的供定子插片插入的插槽，依次為第一插槽、第二插槽和第三插槽；第一定子插片插接在相鄰的第一插槽和第二插槽內(nèi)，所述第一插槽和第二插槽之間的整體式定子保持架上環(huán)繞勵(lì)磁線圈，所述第一插槽和第二插槽之間錯(cuò)齒1/2的齒距角，第二插槽與第三插槽彼此錯(cuò)齒1/4的齒距角；永磁體放置于第二插槽和第三插槽之間，分別和第一定子插片以及第ニ定子插片相接觸而構(gòu)成極化磁場(chǎng)源，永磁體按照整個(gè)圓周四等分的方式劃分成四個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域均軸向充磁，且N極和S極兩兩相間；所述轉(zhuǎn)子部件還包括轉(zhuǎn)子保持架和轉(zhuǎn)子插片，所述轉(zhuǎn)子保持架安裝在轉(zhuǎn)子軸上， 轉(zhuǎn)子保持架外圓周面上開有供轉(zhuǎn)子插片插入的插槽，將整個(gè)轉(zhuǎn)子保持架的圓周徑向等分為
a、b、c、d四個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域均勻分布數(shù)目相等的插槽且要求各自兩兩錯(cuò)開半個(gè)齒距角，即當(dāng)a和c兩區(qū)域內(nèi)的定子插槽和轉(zhuǎn)子保持架上的插槽對(duì)齊時(shí)，b和d兩區(qū)域內(nèi)的定子插槽和轉(zhuǎn)子保持架上的插槽錯(cuò)開半個(gè)齒距角。進(jìn)ー步，所述整體式定子保持架和轉(zhuǎn)子保持架上的插槽為矩形插槽。當(dāng)然，也可以采用其他形式。再進(jìn)ー步，所述后端蓋與整體式定子保持架呈一體。第一定子插片和第二定子插片均為沖壓成型，其材料為高導(dǎo)磁率的金屬軟磁材料，轉(zhuǎn)子插片為沖壓成型，其材料為高導(dǎo)磁率的金屬軟磁材料。本發(fā)明中的“齒距角”是指定轉(zhuǎn)子相鄰兩齒(或槽)中心線的夾角，一個(gè)機(jī)械上的齒距角占360°的電角度；“矩角特性”是指在定子ー相或兩相通電方式下，一個(gè)齒距角的范圍內(nèi)電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)子輸出的電磁力矩曲線；“自定位力矩”是指在定子相不通電的情況下由于磁路不對(duì)稱而弓丨起的カ矩。本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在1、通過改進(jìn)的電磁設(shè)計(jì)，使得單定子的軸向分相式旋轉(zhuǎn)電磁鐵的磁路對(duì)稱，在不考慮磁導(dǎo)的高次諧波的情況下，不通電時(shí)其定位カ矩為零， 從而大大提高了電磁鐵的動(dòng)態(tài)響應(yīng)；2、通過改進(jìn)的電磁設(shè)計(jì)，使得單定子的軸向分相式旋轉(zhuǎn)電磁鐵的矩角特性對(duì)稱，即在不同方向的勵(lì)磁電流下獲得的矩角特性幅值相等，有利于提高2D數(shù)字閥的定位精度；3、采用整體式定子保持架結(jié)構(gòu)，將原本需要分離設(shè)計(jì)的后端蓋、定子線圈保持架和定子片插槽等零件做成一體，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，減少了零件數(shù)，降低了成本。


圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖2為本發(fā)明的精密注塑成型的整體式定子保持架結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明的定子插片后的整體式定子保持架結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明的第一定子插片的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明的第二定子插片的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明的轉(zhuǎn)子插片的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為本發(fā)明的永磁體充磁方式示意圖。圖8為本發(fā)明的轉(zhuǎn)子徑向錯(cuò)齒的示意圖。圖9為磁路不對(duì)稱的單定子的軸向分相式旋轉(zhuǎn)電磁鐵工作原理示意圖。圖IOa和IOb為本發(fā)明的工作原理示意圖。圖11a，Ilb和IIc為本發(fā)明的定轉(zhuǎn)子插片插入插槽后，各段工作氣隙下軸向和徑向錯(cuò)齒的不意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。參照?qǐng)DI 圖11c，一種磁路對(duì)稱的軸向分相式高速旋轉(zhuǎn)電磁鐵，其由定子部件和轉(zhuǎn)子部件構(gòu)成，主要包括整體式定子保持架I、勵(lì)磁線圈2、固定螺棒3、定位套筒4、永磁體 5、前端蓋6、軸承7、轉(zhuǎn)子軸8、轉(zhuǎn)子保持架9、轉(zhuǎn)子插片10、第一定子插片11和第二定子插片 12。其中整體式定子保持架I為高強(qiáng)度的增強(qiáng)尼龍材料經(jīng)精密注塑成型(當(dāng)然，也可以采用其他絕緣材料)，可以在保持一定的強(qiáng)度和剛度的同時(shí)，減輕整機(jī)重量，有利于提高整機(jī)的功率重量比；另外，整體式定子保持架I設(shè)計(jì)成整體式結(jié)構(gòu)，將原本需要分離設(shè)計(jì)的后端蓋、定子線圈保持架和定子片插槽做成一體，勵(lì)磁線圈2環(huán)繞在整體式定子保持架I上形成環(huán)形線圈組成單個(gè)的電流勵(lì)磁相，這樣可以大大簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，減少零件數(shù)，降低成本。第一定子插片11和第二定子插片12均為沖壓成型，其材料為高導(dǎo)磁率的金屬軟磁材料；在整體式定子保持架I上依次分布有三段沿圓周均勻分布的插槽供定子插片插入以構(gòu)成產(chǎn)生電磁力矩所必需的定子凸齒結(jié)構(gòu)，三段插槽依次為第一插槽、第二插槽和第三插槽；第一定子插片插接在相鄰的第一插槽和第二插槽內(nèi)，所述第一插槽和第二插槽之間的整體式定子保持架上環(huán)繞勵(lì)磁線圈，所述第一插槽和第二插槽之間錯(cuò)齒1/2的齒距角，第二插槽與第三插槽彼此錯(cuò)齒1/4的齒距角；永磁體放置于第二插槽和第三插槽之間，分別和第一定子插片以及第二定子插片相接觸而構(gòu)成極化磁場(chǎng)源，為保證磁路對(duì)稱，永磁體5必須按照整個(gè)圓周四等分的方式劃分成四個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域均軸向充磁，且N極和S極兩兩相間，如圖7所
/Jn ο為實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的雙向運(yùn)動(dòng)，電流勵(lì)磁相兩端的兩段插槽各自需錯(cuò)齒1/2的齒距角 (180°電角度)，而后電流勵(lì)磁相兩端的兩段插槽再一起與永磁體另一端的一段插槽彼此錯(cuò)齒1/4的齒距角(90。電角度)。和定子部件類似，轉(zhuǎn)子部件也采用插片的方式構(gòu)成，轉(zhuǎn)子保持架9做成空心杯的結(jié)構(gòu)以減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量并且也用高強(qiáng)度的增強(qiáng)尼龍材料經(jīng)精密注塑成型(當(dāng)然，也可以采用其他絕緣材料);轉(zhuǎn)子保持架外圓周面上開有一定深度的矩形插槽，為保證磁路對(duì)稱，轉(zhuǎn)子保持架9上的轉(zhuǎn)子插片槽不能沿著圓周徑向均勻分布，而必須作特殊的設(shè)計(jì)如圖8所示， 將整個(gè)圓周徑向等分為a、b、C、d四個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域均勻分布若干個(gè)數(shù)目相等的插槽且要求各自兩兩錯(cuò)開半個(gè)齒距角(180°電角度)，即當(dāng)a和c兩區(qū)域內(nèi)的定子插槽和轉(zhuǎn)子保持架上的插槽對(duì)齊時(shí)，b和d兩區(qū)域內(nèi)的定子插槽和轉(zhuǎn)子保持架上的插槽錯(cuò)開半個(gè)齒距角 (180°電角度)；轉(zhuǎn)子插片10為沖壓成型，其材料為高導(dǎo)磁率的金屬軟磁材料，形狀尺寸和轉(zhuǎn)子保持架上的齒槽相同，裝配時(shí)以稍微過盈的配合插入轉(zhuǎn)子保持架9上的插槽以構(gòu)成產(chǎn)生電磁力矩所必需的轉(zhuǎn)子凸齒結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)子保持架9安裝在轉(zhuǎn)子軸8上，轉(zhuǎn)子軸8的兩端和軸承7配合，分別安裝在整體式定子保持架I和前端蓋6上。本發(fā)明中的電磁鐵，既可以當(dāng)作開關(guān)電磁鐵使用(此時(shí)在勵(lì)磁線圈2中通入脈沖電流)，也可以作為轉(zhuǎn)子角位移連續(xù)可控的電磁鐵使用(此時(shí)在勵(lì)磁線圈2中通入正弦波電流或者斜坡電流以調(diào)制永磁體磁場(chǎng))。需要說明的是，本發(fā)明中的電磁鐵由于其轉(zhuǎn)子角位移最大工作行程限制為1/2個(gè)齒距角。而在電磁鐵定轉(zhuǎn)子的外徑尺寸一定的情況下，定轉(zhuǎn)子插齒的齒數(shù)越多，電磁鐵的響應(yīng)速度越高，輸出力矩越大，動(dòng)態(tài)性能越好，但是齒距角的值越小，轉(zhuǎn)子角位移的最大行程也越小。因此，需要根據(jù)使用場(chǎng)合的具體要求合理選擇插齒齒數(shù)，適當(dāng)調(diào)整電磁鐵本身的結(jié)構(gòu)參數(shù)，例如動(dòng)態(tài)響應(yīng)要求不高但要求轉(zhuǎn)動(dòng)角度較大者，可減小插齒齒數(shù)，相應(yīng)增加定轉(zhuǎn)子插片厚度以增加工作行程，反之亦然。下面以轉(zhuǎn)子44齒，定子48齒的電磁鐵結(jié)構(gòu)為例，闡述本發(fā)明的工作原理首先有必要闡述磁路不對(duì)稱的單定子的軸向分相式旋轉(zhuǎn)電磁鐵的工作原理，以期與本發(fā)明的內(nèi)容作個(gè)比較，如圖9所示，和本發(fā)明一祥，磁路不対稱的單定子的軸向分相式旋轉(zhuǎn)電磁鐵也是由定子和轉(zhuǎn)子之間形成三段環(huán)形的工作氣隙SpS2和S3，對(duì)應(yīng)S2和S3 的定子插槽各自需錯(cuò)齒1/2的齒距角(180°電角度)，而后再一起和對(duì)應(yīng)S1的定子插槽彼此錯(cuò)齒1/4的齒距角(90°電角度)，永磁體在三段工作氣隙下產(chǎn)生極化磁場(chǎng)，勵(lì)磁線圈則產(chǎn)生控制磁場(chǎng)，以勵(lì)磁電流的方向變化而弓I起控制磁場(chǎng)對(duì)永磁體磁場(chǎng)作差動(dòng)疊加以產(chǎn)生電磁力矩。但是和本發(fā)明不同的是，其轉(zhuǎn)子上的齒槽是沿圓周均勻分布的，且永磁體是整體軸向充磁。可以看到，當(dāng)勵(lì)磁線圈不通電流的時(shí)候，各極下工作氣隙內(nèi)只有永磁體產(chǎn)生的極化磁場(chǎng)，由于整個(gè)永磁磁路并不對(duì)稱，有一定的自定位カ矩存在，電磁鐵將會(huì)自動(dòng)停留在磁路總磁導(dǎo)最大的位置，此時(shí)S1下的定子插齒和轉(zhuǎn)子插齒重合，可稱其為初始平衡位置。需要說明的是，由于永磁體一般被當(dāng)作不導(dǎo)磁體，因此理論上來講勵(lì)磁電流的磁場(chǎng)無法穿越永磁體，而僅僅是在S2和S3下調(diào)制永磁體的極化磁場(chǎng)，這就意味著磁路不對(duì)稱引起的自定位力矩即使在通電狀態(tài)下也不受勵(lì)磁電流磁場(chǎng)影響，且其是作為一種阻カ的存在，通電狀態(tài)下轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)時(shí)首先要克服這部分自定位力矩，而這必然影響到電機(jī)的動(dòng)態(tài)性能。另外， 無論勵(lì)磁電流方向怎么變化，工作氣隙S2和S3下的磁場(chǎng)必然是以下兩種情況之一I. S2下永磁體和勵(lì)磁線圈的磁場(chǎng)相互增強(qiáng)，S3下永磁體和勵(lì)磁線圈的磁場(chǎng)相互抵消；II. S3下永磁體和勵(lì)磁線圈的磁場(chǎng)相互增強(qiáng)，S 2下永磁體和勵(lì)磁線圈的磁場(chǎng)相互抵消；如果假設(shè)定轉(zhuǎn)子鐵芯磁阻為零，則永磁體在工作氣隙S 2和S 3下產(chǎn)生的極化磁場(chǎng)強(qiáng)度相同，此時(shí)磁路對(duì)稱，電磁鐵不通電時(shí)不產(chǎn)生自定位カ矩，通電時(shí)矩角特性獨(dú)立于勵(lì)磁5/6頁
電流方向的變化，即電磁鐵在不同方向的勵(lì)磁電流下獲得的矩角特性幅值相等，矩角特性是對(duì)稱的；然而實(shí)際情況是定轉(zhuǎn)子鐵芯都具有一定的磁阻，按照磁路理論，此時(shí)距離永磁體較遠(yuǎn)的工作氣隙S 3下的極化磁場(chǎng)強(qiáng)度較弱，而距離永磁體較近的工作氣隙S2下的極化磁場(chǎng)較強(qiáng)，從產(chǎn)生的電磁力矩幅值的角度看，第I種情況產(chǎn)生的力矩幅值較大；第II種情況產(chǎn)生的力矩幅值較小?？梢钥吹剑捎陔姶盆F磁路不對(duì)稱，其在不同方向的勵(lì)磁電流下獲得的矩角特性幅值不等，呈現(xiàn)出一種不對(duì)稱的特征。由此本發(fā)明提出了所謂磁路對(duì)稱的軸向分相式高速旋轉(zhuǎn)電磁鐵，通過改變永磁體的充磁方式和轉(zhuǎn)子插槽的徑向分布方式，來實(shí)現(xiàn)磁路對(duì)稱。參照?qǐng)D8、圖IOa IOb和圖Ila lie,可以看到轉(zhuǎn)子保持架9整個(gè)圓周等分成 a、b、C、d四個(gè)區(qū)域，而定子和轉(zhuǎn)子之間形成三段環(huán)形的工作氣隙，按照之前約定的標(biāo)記方式，似乎需要從S1標(biāo)記到S12，但是從圖8可以看到，由于a、b、c、d四個(gè)區(qū)域各自錯(cuò)開半個(gè)齒距角(180°電角度)，從力矩的角度看，a區(qū)域和c區(qū)域產(chǎn)生力矩的效果相同，b區(qū)域和d區(qū)域產(chǎn)生力矩的效果相同，所以為清晰起見，在圖IOa IOb中將定轉(zhuǎn)子各段下的a和 c區(qū)域、b和d區(qū)域各自合并標(biāo)記，例如在圖IOa中將右邊第一段定轉(zhuǎn)子之間的氣隙標(biāo)記為 \和S4，兩者之間有半個(gè)齒距角(180°電角度)的錯(cuò)齒，當(dāng)S1下齒對(duì)齒時(shí)，δ4下是齒對(duì)槽；依次類推，從右往左第二段和第三段定轉(zhuǎn)子之間的氣隙各自標(biāo)記為\和S5以及δ3 和S6。同樣的，雖然將永磁體沿圓周等分為四個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域均軸向充磁，且N極和S極要求兩兩相間，但是從勵(lì)磁的角度看，可以將其合并為一個(gè)N極和一個(gè)S極處理(各占圓周的一半)，如圖IOa IOb所示。從上面的討論也可以看出，之所以將轉(zhuǎn)子插槽的分布和永磁體的充磁區(qū)域劃分為四等分而不是二等分，完全是出于平衡徑向力的需要，從而延長(zhǎng)軸承的使用壽命。從圖IOa IOb和圖Ila Ilc也可以看到，當(dāng)勵(lì)磁線圈2不通電流的時(shí)候,各極下工作氣隙內(nèi)只有永磁體產(chǎn)生的極化磁場(chǎng)，由于整個(gè)永磁磁路對(duì)稱，在不考慮磁導(dǎo)的高次諧波的情況下，電機(jī)沒有作為阻力的自定位力矩存在，轉(zhuǎn)子可隨意轉(zhuǎn)動(dòng)而不會(huì)停留在某一特定的位置，這就相當(dāng)程度地提升了電磁鐵的動(dòng)態(tài)性能。為描述方便，以S1下的定子插齒和轉(zhuǎn)子插齒重合的位置為初始平衡位置，當(dāng)勵(lì)磁線圈2通入如圖IOa所示的電流時(shí)(Θ方向表示沿紙面向外， 方向表示沿紙面向里)，由于永磁體一般被當(dāng)作不導(dǎo)磁體，電流控制磁場(chǎng)與永磁極化磁場(chǎng)只在工作氣隙32、63、65和δ6中相互疊加，其中工作氣隙63和δ5 下控制磁場(chǎng)與永磁極化磁場(chǎng)方向相同，磁場(chǎng)增強(qiáng)；工作氣隙δ 2和5 6下電流磁場(chǎng)與永磁極化磁場(chǎng)方向相反，磁場(chǎng)相互抵消，此時(shí)整個(gè)轉(zhuǎn)子受到力矩轉(zhuǎn)過1/4轉(zhuǎn)子齒距角，可以看到， 此時(shí)產(chǎn)生電磁力矩的δ3位于遠(yuǎn)離永磁體的一端，δ 5則靠近永磁體；不產(chǎn)生電磁力矩的δ6 也位于遠(yuǎn)離永磁體的一端，δ 2則靠近永磁體；當(dāng)控制線圈2通入如圖IOb所示的電流時(shí)， 工作氣隙\和S6下磁場(chǎng)增強(qiáng)，工作氣隙33和S 5下磁場(chǎng)相互抵消，轉(zhuǎn)子受到力矩反方向轉(zhuǎn)過1/2轉(zhuǎn)子齒距角，此時(shí)產(chǎn)生電磁力矩的δ6位于遠(yuǎn)離永磁體的一端，62則靠近永磁體； 不產(chǎn)生電磁力矩的S3也位于遠(yuǎn)離永磁體的一端，S 5則靠近永磁體。可以看到，無論電流方向如何變化，總是可以實(shí)現(xiàn)兩段工作氣隙中有靠近永磁體的半段氣隙和遠(yuǎn)離永磁體的半段氣隙下各自的磁場(chǎng)相互增強(qiáng)，而剩余靠近永磁體的半段氣隙和遠(yuǎn)離永磁體的半段氣隙下各自的磁場(chǎng)相互抵消，即磁路是對(duì)稱的，從而保證了電磁鐵不通電時(shí)不產(chǎn)生自定位力矩，其矩角特性對(duì)稱，不同方向的勵(lì)磁電流產(chǎn)生的力矩幅值相等。
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上述具體實(shí)施方式
用來解釋本發(fā)明，而不是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種磁路對(duì)稱的軸向分相式高速旋轉(zhuǎn)電磁鐵，包括殼體、定子部件、轉(zhuǎn)子部件、前端蓋和后端蓋，所述定子部件和轉(zhuǎn)子部件位于殼體內(nèi)，所述定子部件位于轉(zhuǎn)子部件外側(cè)，所述轉(zhuǎn)子部件的轉(zhuǎn)子軸的兩端分別通過軸承安裝在前端蓋和整體式定子保持架的軸承孔內(nèi)，其特征在于所述定子部件包括整體式定子保持架、第一定子插片、第二定子插片和永磁體， 在整體式定子保持架上依次分布有三段沿圓周均勻分布的供定子插片插入的插槽，依次為第一插槽、第二插槽和第三插槽；第一定子插片插接在相鄰的第一插槽和第二插槽內(nèi)，所述第一插槽和第二插槽之間的整體式定子保持架上環(huán)繞勵(lì)磁線圈，所述第一插槽和第二插槽之間錯(cuò)齒1/2的齒距角，第二插槽與第三插槽彼此錯(cuò)齒1/4的齒距角；永磁體放置于第二插槽和第三插槽之間，分別和第一定子插片以及第二定子插片相接觸而構(gòu)成極化磁場(chǎng)源，永磁體按照整個(gè)圓周四等分的方式劃分成四個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域均軸向充磁，且N極和S極兩兩相間；所述轉(zhuǎn)子部件還包括轉(zhuǎn)子保持架和轉(zhuǎn)子插片，所述轉(zhuǎn)子保持架安裝在轉(zhuǎn)子軸上，轉(zhuǎn)子保持架外圓周面上開有供轉(zhuǎn)子插片插入的插槽，將整個(gè)轉(zhuǎn)子保持架的圓周徑向等分為a、b、 C、d四個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域均勻分布數(shù)目相等的插槽且要求各自兩兩錯(cuò)開半個(gè)齒距角，即當(dāng)a 和c兩區(qū)域內(nèi)的定子插槽和轉(zhuǎn)子保持架上的插槽對(duì)齊時(shí)，b和d兩區(qū)域內(nèi)的定子插槽和轉(zhuǎn)子保持架上的插槽錯(cuò)開半個(gè)齒距角。
2.如權(quán)利要求I所述的磁路對(duì)稱的軸向分相式高速旋轉(zhuǎn)電磁鐵，其特征在于所述轉(zhuǎn)子插槽為矩形插槽。
3.如權(quán)利要求I或2所述的磁路對(duì)稱的軸向分相式高速旋轉(zhuǎn)電磁鐵，其特征在于所述后端蓋與整體式定子保持架呈一體。
4.如權(quán)利要求I或2所述的磁路對(duì)稱的軸向分相式高速旋轉(zhuǎn)電磁鐵，其特征在于 第一定子插片和第二定子插片均為沖壓成型，其材料為高導(dǎo)磁率的金屬軟磁材料，轉(zhuǎn)子插片為沖壓成型，其材料為高導(dǎo)磁率的金屬軟磁材料。
全文摘要
一種磁路對(duì)稱的軸向分相式高速旋轉(zhuǎn)電磁鐵，包括殼體、定子部件、轉(zhuǎn)子部件、前端蓋和后端蓋，在整體式定子保持架上依次分布有第一插槽、第二插槽和第三插槽；第一定子插片插接在相鄰的第一插槽和第二插槽內(nèi)，第一插槽和第二插槽之間環(huán)繞勵(lì)磁線圈，第一插槽和第二插槽之間錯(cuò)齒1/2的齒距角，第二插槽與第三插槽彼此錯(cuò)齒1/4的齒距角；永磁體放置于第二插槽和第三插槽之間；轉(zhuǎn)子部件還包括轉(zhuǎn)子保持架和轉(zhuǎn)子插片，轉(zhuǎn)子保持架外圓周面上開有供轉(zhuǎn)子插片插入的插槽，將整個(gè)轉(zhuǎn)子保持架的圓周徑向等分為四個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域均勻分布數(shù)目相等的插槽且要求各自兩兩錯(cuò)開半個(gè)齒距角。本發(fā)明能提高動(dòng)態(tài)響應(yīng)、定位精度較高、降低成本。
文檔編號(hào)H02K1/14GK102594071SQ20121007406
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月20日
發(fā)明者寧曉斌, 林瓊, 王秋成 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)