專利名稱：矩角特性對(duì)稱的軸向分相式閥用電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于流體傳動(dòng)及控制領(lǐng)域，尤其涉及一種2D數(shù)字伺服閥用的電-機(jī)械轉(zhuǎn)換
器ο
背景技術(shù)：
近年來(lái)，利用伺服螺旋機(jī)構(gòu)原理工作的2D數(shù)字伺服閥因其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)速度快，精度高，抗污染能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，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。常規(guī)的2D數(shù)字伺服閥用電-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0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(wú)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，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(guò)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(wú)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分為兩相置于永磁體兩邊，定子依次和轉(zhuǎn)子構(gòu)成四段環(huán)形的工作氣隙，永磁體在四段工作氣隙下產(chǎn)生極化磁場(chǎng)，兩個(gè)勵(lì)磁線圈各自在其所屬定子相內(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，則永磁體在四段工作氣隙下產(chǎn)生的極化磁場(chǎng)強(qiáng)度相同，此時(shí)磁路對(duì)稱，即電機(jī)在不同方向勵(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)的兩段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兩段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，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)稱的矩角特性會(huì)影響到2D數(shù)字閥的定位精度，使其無(wú)法呈現(xiàn)出伺服閥應(yīng)有的高性能。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的軸向分相式閥用電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器的矩角特性非對(duì)稱性而導(dǎo)致的2D數(shù)字閥定位精度較差的不足，本發(fā)明提供一種可提高2D數(shù)字閥定位精度的矩角特性對(duì)稱的軸向分相式閥用電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器。為了解決上述技術(shù)問題所提出的技術(shù)方案為—種矩角特性對(duì)稱的軸向分相式閥用電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器，包括殼體，殼體內(nèi)安裝第一定子保持架蓋、第一定子保持架座、第二定子保持架蓋、第二定子保持架座、定子硅鋼片、 第一線圈保持架、第二線圈保持架、第一控制線圈、第二控制線圈、永磁體和轉(zhuǎn)子組件，第一定子保持架蓋、第一定子保持架座、第二定子保持架蓋、第二定子保持架座均布置在轉(zhuǎn)子組件外圈，第一定子保持架蓋和第一定子保持架座相互連接構(gòu)成第一定子保持架，第一線圈保持架位于第一定子保持架的空腔內(nèi)，第一控制線圈環(huán)繞在第一線圈保持架上組成電流勵(lì)磁的一相；第二定子保持架蓋和第二定子保持架座相互連接構(gòu)成第二定子保持架，第二線圈保持架位于第二定子保持架的空腔內(nèi)，第二控制線圈環(huán)繞在第二線圈保持架上組成電流勵(lì)磁的另一相；永磁體位于所述的第一定子保持架和第二定子保持架之間；所述永磁體按照整個(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。進(jìn)一步，所述第一定子保持架座和第二定子保持架座均為一端開口的杯形體，杯形體外圓周面分布有定子插槽。再進(jìn)一步，所述杯形體的整個(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。所述第一定子保持架座的杯形體外圓周面的定子插槽軸向兩端形狀為矩形直槽且要求各自錯(cuò)開半個(gè)齒距角，中間的連接過(guò)渡形狀為過(guò)渡槽，所述過(guò)渡槽的寬度和兩端直槽相等；所述第一定子保持架座的杯形體的內(nèi)底面上開有和外圓面上插槽連通的第一輔助槽，所述第一輔助槽的寬度和外圓周面上定子插槽兩端的直槽寬度相等，所述第一輔助槽徑向分布情況和第一定子保持架座杯形體外圓周面的定子插槽分布情況相同。所述第一定子保持架蓋和第二定子保持架蓋均為圓盤體，所述圓盤體的一面徑向分布了第二輔助槽，第二輔助槽的形狀及分布情況也和第一定子保持架座杯形體外圓周面的定子插槽分布情況相同。所述第一定子保持架蓋和第二定子保持架蓋的外圓面伸出沿圓周徑向均勻分布的四個(gè)凸臺(tái)，在第一定子保持架座和第二定子保持架座的杯口端面處開有和第一定子保持架蓋、第二定子保持架蓋的凸臺(tái)相配合的凹槽，從而使得當(dāng)?shù)谝欢ㄗ颖３旨苌w和第一定子保持架座連接形成第一定子保持架時(shí)，第一定子保持架蓋的第二輔助槽正對(duì)與其連接的第一定子保持架座杯口端的直槽，且兩者在圓周徑向上不會(huì)發(fā)生相互運(yùn)動(dòng)；第二定子保持架蓋和第二定子保持架座連接形成第二定子保持架時(shí)，第二定子保持架蓋的第二輔助槽正對(duì)與其連接的第二定子保持架座杯口端的直槽，且兩者在圓周徑向上不會(huì)發(fā)生相互運(yùn)動(dòng)。所述定子硅鋼片為冷沖壓成型，所述定子硅鋼片的橫邊形狀尺寸和第一定子保持架、第二定子保持架上的定子插槽相同，所述定子硅鋼片的直邊形狀尺寸分別和杯形體的內(nèi)底面上第一輔助槽、圓盤體上的第二輔助槽相同；定子硅鋼片以過(guò)盈的配合插入第一定子保持架和第二定子保持架上的插槽以構(gòu)成產(chǎn)生電磁力矩所必需的定子凸齒結(jié)構(gòu)。所述第一定子保持架座直槽段的齒和第一定子保持架蓋直槽段的齒依靠其插槽限位相互錯(cuò)開半個(gè)齒距角；第二定子保持架座直槽段的齒和第二定子保持架蓋直槽段的齒依靠其插槽限位相互錯(cuò)開半個(gè)齒距角，第一定子保持架下的所有齒和第二定子保持架下的所有齒需相互錯(cuò)開四分之一個(gè)齒距角。所述轉(zhuǎn)子組件包括轉(zhuǎn)子硅鋼片、轉(zhuǎn)子保持架和轉(zhuǎn)子軸，轉(zhuǎn)子保持架的外圓周面上開有均勻分布的矩形插槽，轉(zhuǎn)子硅鋼片為冷沖壓成型，所述轉(zhuǎn)子硅鋼片的形狀尺寸和轉(zhuǎn)子保持架上的齒槽相同，裝配時(shí)轉(zhuǎn)子硅鋼片以過(guò)盈的配合插入轉(zhuǎn)子保持架上的插槽以構(gòu)成產(chǎn)生電磁力矩所必需的轉(zhuǎn)子凸齒結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子保持架安裝在轉(zhuǎn)子軸上，轉(zhuǎn)子軸的兩端分別安裝在前端蓋和后端蓋上，所述前端蓋和后端蓋分別固定安裝在殼體兩端。類似于步進(jìn)電機(jī)中的“齒”和“齒距角”的概念，本實(shí)施例中的“齒距角”是指轉(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。本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在通過(guò)改進(jìn)的電磁設(shè)計(jì)，使得電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器的矩角特性對(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。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖2為本發(fā)明的第一定子保持架座結(jié)構(gòu)示意圖，第二定子保持架座與其完全相同。圖3為本發(fā)明的第一定子保持架蓋結(jié)構(gòu)示意圖，第二定子保持架蓋與其完全相同。圖4為本發(fā)明的第一定子保持架蓋和第一定子保持架座相互連接而成的第一定子保持架的結(jié)構(gòu)示意圖。第二定子保持架與其完全相同。圖5為本發(fā)明的定子硅鋼片的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明的轉(zhuǎn)子保持架的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為本發(fā)明的轉(zhuǎn)子硅鋼片的結(jié)構(gòu)示意圖。圖8為本發(fā)明的永磁體充磁方式示意圖。圖9為本發(fā)明的定子保持架座外圓周面插槽沿圓周分布的示意圖。圖10為用來(lái)和本發(fā)明對(duì)比的傳統(tǒng)軸向分相式電機(jī)工作原理示意圖。圖11a，11b，11c，Ild和lie為本發(fā)明的工作原理示意圖。圖12a，12b，12c和12d為本發(fā)明的定轉(zhuǎn)子硅鋼片插入槽后，各段工作氣隙下軸向和徑向錯(cuò)齒的示意圖。
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)D1 圖12d，一種矩角特性對(duì)稱的軸向分相式閥用電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器，包括第一定子保持架蓋15、第一定子保持架座5、第二定子保持架蓋14、第二定子保持架座12、定子硅鋼片16、第一線圈保持架7、第二線圈保持架13、第一控制線圈6、第二控制線圈9、永磁體8、轉(zhuǎn)子硅鋼片17、轉(zhuǎn)子保持架4、轉(zhuǎn)子軸3、殼體18、前端蓋1、后端蓋10和右軸承2、左軸承11。其中第一定子保持架蓋15、第一定子保持架座5、第二定子保持架蓋14、第二定子保持架座12和轉(zhuǎn)子保持架4為高強(qiáng)度的增強(qiáng)尼龍材料注塑成型(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。殼體18為定子部件的基體，用來(lái)支撐和容納其他定子零部件。第一定子保持架蓋 15、第一定子保持架座5、第二定子保持架蓋14、第二定子保持架座12均布置在轉(zhuǎn)子外圈， 第一定子保持架蓋15和第一定子保持架座5相互連接構(gòu)成第一定子保持架，第一線圈保持架7位于第一定子保持架的空腔內(nèi)，第一控制線圈6環(huán)繞在第一線圈保持架7上組成電流勵(lì)磁的一相；第二定子保持架蓋14和第二定子保持架座12相互連接構(gòu)成第二定子保持架， 第二線圈保持架13位于第二定子保持架的空腔內(nèi)，第二控制線圈9環(huán)繞在第二線圈保持架 13上組成電流勵(lì)磁的另一相；永磁體8則位于上述的第一定子保持架和第二定子保持架之間；為保證矩角特性對(duì)稱，永磁體8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8所示。如圖2、圖3和圖4所示，第一定子保持架座5和第二定子保持架座12均為一端開口的杯形體，杯形體外圓周面分布有若干個(gè)定子插槽，為了保證矩角特性對(duì)稱，定子插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9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)3和(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)。第一定子保持架座5杯形體外圓周面的定子插槽軸向兩端形狀為矩形直槽且要求各自錯(cuò)開半個(gè)齒距角(180°電角度)，中間的連接過(guò)渡形狀為過(guò)渡槽(優(yōu)選為圓弧槽)，所述過(guò)渡槽的寬度和兩端直槽相等；杯形體的內(nèi)底面上開有和外圓面上插槽連通的第一輔助槽，所述第一輔助槽的寬度和外圓周面上定子插槽兩端的直槽寬度相等，其徑向分布情況和第一定子保持架座5杯形體外圓周面的定子插槽分布情況相同。第一定子保持架蓋15和第二定子保持架蓋14均為圓盤體，其一面徑向分布了若干個(gè)第二輔助槽，其形狀及分布情況也和第一定子保持架座5杯形體外圓周面的定子插槽分布情況相同。另外，第一定子保持架蓋15和第二定子保持架蓋14的外圓面伸出沿圓周徑向均勻分布的四個(gè)凸臺(tái)，在第一定子保持架座5和第二定子保持架座12的杯口端面處開有和第一定子保持架蓋15、第二定子保持架蓋14的凸臺(tái)相配合的凹槽，從而使得當(dāng)?shù)谝欢ㄗ颖３旨苌w15和第一定子保持架座5連接形成第一定子保持架時(shí)，第一定子保持架蓋15的第二輔助槽正對(duì)與其連接的第一定子保持架座5杯口端的直槽，且兩者在圓周徑向上不會(huì)發(fā)生相互運(yùn)動(dòng)；第二定子保持架蓋14和第二定子保持架座12連接形成第二定子保持架時(shí)，第二定子保持架蓋14的第二輔助槽正對(duì)與其連接的第二定子保持架座12杯口端的直槽，且兩者在圓周徑向上不會(huì)發(fā)生相互運(yùn)動(dòng)。定子硅鋼片16為冷沖壓成型，其橫邊形狀尺寸和第一定子保持架、第二定子保持架上的定子插槽相同，其直邊形狀尺寸分別和杯形體的內(nèi)底面上第一輔助槽、圓盤體上的第二輔助槽相同；定子硅鋼片16以稍微過(guò)盈的配合插入第一定子保持架和第二定子保持架上的插槽以構(gòu)成產(chǎn)生電磁力矩所必需的定子凸齒結(jié)構(gòu)。為了實(shí)現(xiàn)電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，第一定子保持架座5直槽段的齒和第一定子保持架蓋15直槽段的齒依靠其插槽限位相互錯(cuò)開半個(gè)齒距角(180°電角度)；第二定子保持架座12直槽段的齒和第二定子保持架蓋14直槽段的齒依靠其插槽限位相互錯(cuò)開半個(gè)齒距角(180°電角度)；裝配時(shí)永磁體位于第一定子保持架和第二定子保持架之間，且第一定子保持架下的所有齒和第二定子保持架下的所有齒需相互錯(cuò)開四分之一個(gè)齒距角 (90°電角度)。如圖6和圖7所示，轉(zhuǎn)子保持架4的外圓周面上開有一定深度且均勻分布的矩形插槽；轉(zhuǎn)子硅鋼片17為冷沖壓成型，其形狀尺寸和轉(zhuǎn)子保持架上的齒槽相同，裝配時(shí)以稍微過(guò)盈的配合插入轉(zhuǎn)子保持架4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4安裝在轉(zhuǎn)子軸3上，轉(zhuǎn)子軸3的兩端分別安裝在前端蓋1和后端蓋10上。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(定子硅鋼片 16和轉(zhuǎn)子硅鋼片17的片數(shù)越多)，齒距角的值越小，電磁鐵的響應(yīng)速度越高，動(dòng)態(tài)性能越好。另外，齒距角的減小使得第一定子保持架和第二定子保持架上定子插槽分布數(shù)增多，間接增大了每條插槽連接過(guò)渡段的圓弧半徑，插齒時(shí)減輕了定子硅鋼片的彎曲程度，有利于裝配。下面以轉(zhuǎn)子48齒，定子44齒的電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)為例，闡述本發(fā)明的工作原理首先有必要闡述傳統(tǒng)的軸向分相式電機(jī)的工作原理，以期與本發(fā)明的內(nèi)容作個(gè)比較，如圖10所示，和本發(fā)明一樣，傳統(tǒng)的軸向分相式電機(jī)也是由定子和轉(zhuǎn)子之間形成四段環(huán)形的工作氣隙δρ δ2、33和δ 4，永磁體在四段工作氣隙下產(chǎn)生極化磁場(chǎng)，兩個(gè)勵(lì)磁線圈各自在其所屬定子相內(nèi)產(chǎn)生控制磁場(chǎng)，以勵(lì)磁電流的方向變化而引起控制磁場(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，無(wú)論是整體式還是插片式結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的軸向分相式電機(jī)定子上的齒槽都是沿圓周均勻分布的，且永磁體是整體軸向充磁?？梢钥吹?，無(wú)論勵(lì)磁電流方向怎么變化，四段工作氣隙\、δ2、33和δ 4下的磁場(chǎng)必然是以下四種情況之一I. S1* δ 4下永磁體和勵(lì)磁線圈的磁場(chǎng)相互增強(qiáng)，32和δ 3下永磁體和勵(lì)磁線圈的磁場(chǎng)相互抵消；II. δ 2和δ 3下永磁體和勵(lì)磁線圈的磁場(chǎng)相互增強(qiáng)，δ工和δ 4下永磁體和勵(lì)磁線圈的磁場(chǎng)相互抵消；II I. S1* δ 3下永磁體和勵(lì)磁線圈的磁場(chǎng)相互增強(qiáng)，32和δ 4下永磁體和勵(lì)磁線圈的磁場(chǎng)相互抵消；IV. δ 2和δ 4下永磁體和勵(lì)磁線圈的磁場(chǎng)相互增強(qiáng)，δ工和δ 3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，則永磁體在四段工作氣隙下產(chǎn)生的極化磁場(chǎng)強(qiáng)度相同，此時(shí)磁路對(duì)稱，矩角特性獨(dú)立于勵(lì)磁電流方向的變化，即電機(jī)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)的兩段工作氣隙S1* δ 4下的極化磁場(chǎng)強(qiáng)度較弱，而距離永磁體較近的兩段工作氣隙\和、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)生的力矩幅值最??；第II種情況產(chǎn)生的力矩幅值最大；第III 和第IV種情況產(chǎn)生的力矩幅值相同，其介于I和II之間?？梢钥吹?，由于電機(jī)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。從上述的第III和第IV種情況的討論中可以得到啟發(fā)，如果能做到無(wú)論勵(lì)磁電流方向怎么變化，四段工作氣隙下始終有靠近永磁體的一段氣隙和遠(yuǎn)離永磁體的一段氣隙下各自的磁場(chǎng)相互增強(qiáng)，而剩余的靠近永磁體的一段氣隙和遠(yuǎn)離永磁體的一段氣隙下各自的磁場(chǎng)相互抵消的話，磁路就可以對(duì)稱，電機(jī)的矩角特性就可以對(duì)稱，不同方向的勵(lì)磁電流產(chǎn)生的力矩幅值就可以相等。按照這個(gè)原則，本發(fā)明提出了所謂矩角特性對(duì)稱的軸向分相式閥用電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器，通過(guò)改變永磁體的充磁方式和定子插槽的徑向分布方式，來(lái)實(shí)現(xiàn)矩角特性對(duì)稱。參照?qǐng)D8、圖9、圖Ila lie和圖12a 12d，可以看到定子插槽整個(gè)圓周等分成 a、b、c、d四個(gè)區(qū)域，而定子和轉(zhuǎn)子之間形成四段環(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S16，但是從圖9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Ila lie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Ila中將右邊第一段定轉(zhuǎn)子之間的氣隙標(biāo)記為 \和S5，兩者之間有半個(gè)齒距角(180°電角度)的錯(cuò)齒，當(dāng)S1下齒對(duì)齒時(shí)，35下是齒對(duì)槽；依次類推，從右往左第二段、第三段和第四段定轉(zhuǎn)子之間的氣隙各自標(biāo)記為32和δ6、 、和S7以及34和δ8。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Ila lie所示。從上面的討論也可以看出，之所以將定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。令圖Ila所示的轉(zhuǎn)子位置為初始位置，當(dāng)?shù)诙刂凭€圈9、第一控制線圈6不通電流的時(shí)候，工作氣隙δ^ δ2、δ3、δ4、δ5、δ6、37和δ 8內(nèi)只有永磁體產(chǎn)生的極化磁場(chǎng)；當(dāng)?shù)诙刂凭€圈9、第一控制線圈6通入如圖lib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)，電流控制磁場(chǎng)與永磁極化磁場(chǎng)在工作氣隙δ” δ2、δ3、δ4、δ5、δ6、 、和S8中相互疊加，其中工作氣隙SpSpSf^P δ 7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、δ 3、δ 5和δ 8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(guò)1/4轉(zhuǎn)子齒距角，可以看到，此時(shí)產(chǎn)生電磁力矩的S1* 、位于遠(yuǎn)離永磁體的兩端，、和、則靠近永磁體；不產(chǎn)生電磁力矩的、和S8也位于遠(yuǎn)離永磁體的兩端，S 2和、則靠近永磁體；當(dāng)?shù)诙刂凭€圈9、第一控制線圈6通入如圖 Ilc所示的電流時(shí)，工作氣隙SpSySf^n 38下磁場(chǎng)增強(qiáng)，工作氣隙δ2、δ4、δ5* 37下磁場(chǎng)相互抵消，轉(zhuǎn)子受到力矩再轉(zhuǎn)過(guò)1/4轉(zhuǎn)子齒距角，此時(shí)產(chǎn)生電磁力矩的S1* δ8位于遠(yuǎn)離永磁體的兩端，、和、則靠近永磁體；不產(chǎn)生電磁力矩的、和、也位于遠(yuǎn)離永磁體的兩端，\和、則靠近永磁體；同理當(dāng)?shù)诙刂凭€圈9、第一控制線圈δ通入如圖Ild 所示的電流時(shí)，工作氣隙δ2、δ3、δ5* 38下磁場(chǎng)增強(qiáng)；工作氣隙SpSpSf^n δ7下磁場(chǎng)相互抵消，轉(zhuǎn)子繼續(xù)受到力矩轉(zhuǎn)過(guò)1/4轉(zhuǎn)子齒距角，此時(shí)產(chǎn)生電磁力矩的35和δ8位于遠(yuǎn)離永磁體的兩端，\和、則靠近永磁體；不產(chǎn)生電磁力矩的\和、也位于遠(yuǎn)離永磁體的兩端，、和δγ則靠近永磁體；當(dāng)?shù)诙刂凭€圈9、第一控制線圈6通入如圖lie所示的電流時(shí)，工作氣隙52、δ4、35和37下磁場(chǎng)增強(qiáng)，工作氣隙δ^ δ3、36和38下磁場(chǎng)相互抵消，轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)過(guò)1/4轉(zhuǎn)子齒距角，此時(shí)產(chǎn)生電磁力矩的34和δ5位于遠(yuǎn)離永磁體的兩端，32和δ 7則靠近永磁體；不產(chǎn)生電磁力矩的S1* δ 8也位于遠(yuǎn)離永磁體的兩端，δ3和、則靠近永磁體。可以看到，在電流控制磁場(chǎng)和永磁極化磁場(chǎng)的差動(dòng)疊加下，每經(jīng)過(guò)四種通電方式變化，轉(zhuǎn)子就會(huì)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距角。重復(fù)上述通電方式，轉(zhuǎn)子就會(huì)以1/4轉(zhuǎn)子齒距角的步距連續(xù)旋轉(zhuǎn)下去；而且無(wú)論勵(lì)磁電流方向如何變化，總是可以實(shí)現(xiàn)四段工作氣隙中有靠近永磁體的一段氣隙和遠(yuǎn)離永磁體的一段氣隙下各自的磁場(chǎng)相互增強(qiáng)，而剩余靠近永磁體的一段氣隙和遠(yuǎn)離永磁體的一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-機(jī)械轉(zhuǎn)換器的矩角特性對(duì)稱，不同方向的勵(lì)磁電流產(chǎn)生的力矩幅值相等。
上述具體實(shí)施方式
用來(lái)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
1.一種矩角特性對(duì)稱的軸向分相式閥用電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器，包括殼體，殼體內(nèi)安裝第一定子保持架蓋、第一定子保持架座、第二定子保持架蓋、第二定子保持架座、定子硅鋼片、第一線圈保持架、第二線圈保持架、第一控制線圈、第二控制線圈、永磁體和轉(zhuǎn)子組件，第一定子保持架蓋、第一定子保持架座、第二定子保持架蓋、第二定子保持架座均布置在轉(zhuǎn)子組件外圈，第一定子保持架蓋和第一定子保持架座相互連接構(gòu)成第一定子保持架，第一線圈保持架位于第一定子保持架的空腔內(nèi)，第一控制線圈環(huán)繞在第一線圈保持架上組成電流勵(lì)磁的一相；第二定子保持架蓋和第二定子保持架座相互連接構(gòu)成第二定子保持架，第二線圈保持架位于第二定子保持架的空腔內(nèi)，第二控制線圈環(huán)繞在第二線圈保持架上組成電流勵(lì)磁的另一相；永磁體位于所述的第一定子保持架和第二定子保持架之間；其特征在于所述永磁體按照整個(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。
2.如權(quán)利要求1所述的矩角特性對(duì)稱的軸向分相式閥用電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器，其特征在于 所述第一定子保持架座和第二定子保持架座均為一端開口的杯形體，杯形體外圓周面分布有定子插槽。
3.如權(quán)利要求2所述的矩角特性對(duì)稱的軸向分相式閥用電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器，其特征在于 所述杯形體的整個(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。
4.如權(quán)利要求3所述的矩角特性對(duì)稱的軸向分相式閥用電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器，其特征在于 所述第一定子保持架座的杯形體外圓周面的定子插槽軸向兩端形狀為矩形直槽且要求各自錯(cuò)開半個(gè)齒距角，中間的連接過(guò)渡形狀為過(guò)渡槽，所述過(guò)渡槽的寬度和兩端直槽相等；所述第一定子保持架座的杯形體的內(nèi)底面上開有和外圓面上插槽連通的第一輔助槽，所述第一輔助槽的寬度和外圓周面上定子插槽兩端的直槽寬度相等，所述第一輔助槽徑向分布情況和第一定子保持架座杯形體外圓周面的定子插槽分布情況相同。
5.如權(quán)利要求3所述的矩角特性對(duì)稱的軸向分相式閥用電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器，其特征在于 所述第一定子保持架蓋和第二定子保持架蓋均為圓盤體，所述圓盤體的一面徑向分布了第二輔助槽，第二輔助槽的形狀及分布情況也和第一定子保持架座杯形體外圓周面的定子插槽分布情況相同。
6.如權(quán)利要求5所述的矩角特性對(duì)稱的軸向分相式閥用電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器，其特征在于 所述第一定子保持架蓋和第二定子保持架蓋的外圓面伸出沿圓周徑向均勻分布的四個(gè)凸臺(tái)，在第一定子保持架座和第二定子保持架座的杯口端面處開有和第一定子保持架蓋、第二定子保持架蓋的凸臺(tái)相配合的凹槽，從而使得當(dāng)?shù)谝欢ㄗ颖３旨苌w和第一定子保持架座連接形成第一定子保持架時(shí)，第一定子保持架蓋的第二輔助槽正對(duì)與其連接的第一定子保持架座杯口端的直槽，且兩者在圓周徑向上不會(huì)發(fā)生相互運(yùn)動(dòng)；第二定子保持架蓋和第二定子保持架座連接形成第二定子保持架時(shí)，第二定子保持架蓋的第二輔助槽正對(duì)與其連接的第二定子保持架座杯口端的直槽，且兩者在圓周徑向上不會(huì)發(fā)生相互運(yùn)動(dòng)。
7.如權(quán)利要求6所述的矩角特性對(duì)稱的軸向分相式閥用電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器，其特征在于 所述定子硅鋼片為冷沖壓成型，所述定子硅鋼片的橫邊形狀尺寸和第一定子保持架、第二定子保持架上的定子插槽相同，所述定子硅鋼片的直邊形狀尺寸分別和杯形體的內(nèi)底面上第一輔助槽、圓盤體上的第二輔助槽相同；定子硅鋼片以過(guò)盈的配合插入第一定子保持架和第二定子保持架上的插槽以構(gòu)成產(chǎn)生電磁力矩所必需的定子凸齒結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求4所述的矩角特性對(duì)稱的軸向分相式閥用電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器，其特征在于 所述第一定子保持架座直槽段的齒和第一定子保持架蓋直槽段的齒依靠其插槽限位相互錯(cuò)開半個(gè)齒距角；第二定子保持架座直槽段的齒和第二定子保持架蓋直槽段的齒依靠其插槽限位相互錯(cuò)開半個(gè)齒距角，第一定子保持架下的所有齒和第二定子保持架下的所有齒需相互錯(cuò)開四分之一個(gè)齒距角。
9.如權(quán)利要求1或2所述的矩角特性對(duì)稱的軸向分相式閥用電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述轉(zhuǎn)子組件包括轉(zhuǎn)子硅鋼片、轉(zhuǎn)子保持架和轉(zhuǎn)子軸，轉(zhuǎn)子保持架的外圓周面上開有均勻分布的矩形插槽，轉(zhuǎn)子硅鋼片為冷沖壓成型，所述轉(zhuǎn)子硅鋼片的形狀尺寸和轉(zhuǎn)子保持架上的齒槽相同，裝配時(shí)轉(zhuǎn)子硅鋼片以過(guò)盈的配合插入轉(zhuǎn)子保持架上的插槽以構(gòu)成產(chǎn)生電磁力矩所必需的轉(zhuǎn)子凸齒結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子保持架安裝在轉(zhuǎn)子軸上，轉(zhuǎn)子軸的兩端分別安裝在前端蓋和后端蓋上，所述前端蓋和后端蓋分別固定安裝在殼體兩端。
全文摘要
一種矩角特性對(duì)稱的軸向分相式閥用電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器，包括殼體，殼體內(nèi)安裝第一定子保持架蓋、第一定子保持架座、第二定子保持架蓋、第二定子保持架座、定子硅鋼片、第一線圈保持架、第二線圈保持架、第一控制線圈、第二控制線圈、永磁體和轉(zhuǎn)子組件，永磁體位于所述的第一定子保持架和第二定子保持架之間；所述永磁體按照整個(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。本發(fā)明提供一種矩角特性對(duì)稱、提高2D數(shù)字閥定位精度的軸向分相式閥用電-機(jī)械轉(zhuǎn)換。
文檔編號(hào)H02K37/10GK102290957SQ201110237650
公開日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月18日
發(fā)明者孟彬, 左強(qiáng), 阮健 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)