专利名称：数字阀用旋转电磁铁的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种应用在流体控制系统数字阀中的电-机械转换器，尤其涉及
一种数字阀低惯量旋转电磁铁。
背景技术：
常规的数字阀用电_机械转换器是按照交流伺服方式控制的混合式步进电机，传统混合式步进电机的转子采用实心硅钢片叠压而成，转动惯量、转矩波动都比较大，从而导致动态响应速度慢，频响偏低，从而限制了阀以至整个电液伺服系统的频宽，限制了对于需要快速动态响应的场合的应用。 此外，实心硅钢片叠压的结构导致涡流损耗和散热都成为步进电机设计和使用上需要考虑的技术问题。同时，还因为硅钢片的磁导率偏低，使得传统的步进电机功率/重量比，输出力矩/电流比不高。
实用新型内容为了克服已有数字阀用电-机械转换器的步进电机功率/重量比和输出力矩/电流比较低、响应速度较慢、动态性能较差的不足，本实用新型提供一种增大步进电机功率/重量比和输出力矩/电流比、提高响应速度、提升动态性能的数字阀用旋转电磁铁。[0005] 本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是 —种数字阀用旋转电磁铁，包括前端盖、后端盖、定子部件和转子部件，所述定子
部件包括第一电枢绕组、第二电枢绕组和定子铁心，所述转子部件包括第一转子铁心、永磁
磁钢、第二转子铁心、定位螺母和转轴，所述转轴安装在前轴承和后轴承上，在所述后轴承
到前轴承的转轴上依次安装第一转子铁心、永磁磁钢、第二转子铁心、定位螺母，所述前轴
承的外圈安装在前端盖内，所述后轴承的外圈安装在后端盖内，所述前端盖与定子铁心的
前侧固定连接，所述定子铁心的后侧与所述后端盖固定连接，所述定子铁心位于所述转子
部件的外侧，所述第一转子铁心和第二转子铁心均呈空心杯状爪型结构，所述第一转子铁
心和第二转子铁心的外边缘有爪极，各个爪极沿圆周方向平均分布，所述第一转子铁心和
第二转子铁心的工作面为爪极的外圆周表面；所述第一转子铁心和第二转子铁心位于同一
轴线，所述第一转子铁心和第二转子铁心采用均匀错位1/2个齿距布置。 作为优选的一种方案所述定子铁心的磁极沿着圆周方向平均分布，定子铁心的
工作面为磁极的内圆周表面，定子铁心上的磁极之间间隔均匀布置第一电枢绕组和第二电
枢绕组。 进一步，所述第一电枢绕组和第二电枢绕组均为集中绕组。[0009] 所述定子铁心上磁极的极宽和爪极的宽度相等。[0010] 所述爪极的宽度和爪极之间的间距相等。 本实用新型的有益效果主要表现在1、采用空心杯转子结构，转动惯量小，频响高，动态性能好；2、输出力矩大，线性工作区间大，能够获得更高的功率/重量比和更大的
3输出力矩/电流比；3、欠阻尼结构，工作稳定性好；4、转子结构简单可靠，易实现，永磁体充
磁简单。
图1是旋转电磁铁结构原理及轴向磁路示意图。[0013] 图2是旋转电磁铁三维结构示意图。[0014] 图3是转子部件三维结构示意图。 图4(a) 、4(b)是一相控制绕组通电时两个转子铁心径向磁路示意图。[0016] 图5(a)、5(b)、5(c)、5(d)是不同激励条件下的工作示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步描述。 参照图1 图5，一种数字阀用旋转电磁铁，包括前端盖12、后端盖14、定子部件和转子部件，所述定子部件包括第一电枢绕组15、第二电枢绕组16和定子铁心13，所述转子部件包括第一转子铁心2、永磁磁钢3、第二转子铁心4、定位螺母5和转轴7，所述转轴安装在前轴承6和后轴承1上，在所述后轴承1到前轴承6的转轴上依次安装第一转子铁心2、永磁磁钢3、第二转子铁心4、定位螺母5，所述前轴承6的外圈安装在前端盖12内，所述后轴承1的外圈安装在后端盖14内，所述前端盖12与定子铁心13的前侧固定连接，所述定子铁心13的后侧与所述后端盖14固定连接，所述定子铁心13位于所述转子部件的外侧，所述第一转子铁心2和第二转子铁心4均呈空心杯状爪型结构，所述第一转子铁心2和第二转子铁心4的外边缘有爪极，各个爪极沿圆周方向平均分布，所述第一转子铁心2和第二转子铁心4的工作面为爪极的外圆周表面；所述第一转子铁心2和第二转子铁心4位于同一轴线，所述第一转子铁心和2第二转子铁心4采用均匀错位1/2个齿距布置。[0019] 所述定子铁心13的磁极沿着圆周方向平均分布，定子铁心13的工作面为磁极的内圆周表面，定子铁心13上的磁极之间间隔均匀布置第一电枢绕组15和第二电枢绕组16。所述第一电枢绕组15和第二电枢绕组16均为集中绕组。所述定子铁心13上磁极的极宽和爪极的宽度相等。所述爪极的宽度和爪极之间的间距相等。 转子铁心采用空心杯状爪型结构，有n个爪极，n为自然数，爪极越多，电磁铁的响应速度越高，动态性能越好，非线性误差越小，其多极式分级控制的特性越明显。工作面为爪极的外圆周表面。所述第一转子铁心和第二转子铁心位于同一轴线，采用均匀错位1/2个齿距安装。所述定子铁心有n个磁极，沿定子铁心内圆周均匀分布。磁极间隔均布n组控制绕组，其结构采用集中绕组的方式。其中，定子极分度角不能被齿距角整除，而其余数为步距角或步距角的倍数，并且倍数值与相数没有公因子。 本实施例的两个转子铁心形状相同，都采用空心杯状爪型结构。转子铁心的外边缘有IO个爪极，它们沿圆周方向平均分布，工作面为爪极的外圆周表面。如图3所示第一转子铁心2、第二转子铁心4和永磁磁钢3为转子部件的主要工作件，为实现低惯量旋转电磁铁的连续转动，第一转子铁心和第二转子铁心采用均匀错位1/2个齿距布置，即相邻两极的中心线成18。的交角。定子铁心13的内边缘有8个极，它们沿圆周方向平均分布，即相邻两极的中心线均成45。的交角，并且在正八边形的各条边呈对称分布。其工作面为各极的内圆周表面。定子铁心上8个爪极间隔均布有电枢绕组15、 16，其结构采用集中绕组的方式，图4显示了其中的一个电枢绕组。定子铁心的极宽与转子的齿宽相等。[0022] 所述第一转子铁心、第二转子铁心、永磁磁钢3和前轴承6、后轴承1依靠转轴上的台肩和定位螺母进行配合定位和安装。定子铁心13与前端盖12、后端盖14之间的定位采用端盖内的凸台与定子电枢凸极的内圆面配合，而前轴承6、后轴承1与前后端盖间的配合则依靠轴承外圆面与端盖凸台内孔的配合。四周外加螺钉8、9、10、11进行强制紧固。[0023] 其工作原理如图1所示，位于转子部件的永磁磁钢产生轴向磁路，两段铁心分别安置在永磁磁钢的两侧，被磁化为N极和S极。图中以虚线表示永磁体产生的极化磁场。这里，轴向磁路的作用如下产生气隙磁密，通过增加气隙磁密，可以提高旋转电磁铁的转矩转动惯量比；通过轴向磁场力与径向磁场力的叠加，产生同步跟随工作磁场的电磁转矩，从而达到驱动旋转电磁铁转动的目的。 图4为定子一组控制绕组产生的径向磁路，控制绕组绕法如图。假定旋转电磁铁的动铁心以此时的位置初始位置，且第一转子铁心2被磁钢磁化为N极，如图4(a)，第二转子铁心4被磁化为S极，如图4(b)。当轴向磁场与径向磁场图叠加时在第一转子铁心中，电枢凸极a和e下气隙中的径向磁势与轴向磁势方向相同，气隙磁通得到加强；c和g下气隙中的径向磁势与轴向磁势方向相反，气隙磁通受到削弱。按照磁学原理，铁心的各个凸出齿面均有促使其磁通量增大的运动趋势，但是由于a和e下的气隙磁通大大超出其他电枢凸极下的气隙磁通，因而铁心总的运动趋势为增大a和e下的气隙磁通。其外在表现为第一转子铁心的突出齿面有与a和e对正的运动趋势。同理，在第二转子铁心中亦有相同的现象发生，且其运动趋势与铁心2完全一致。旋转电磁铁就是利用这种电磁现象推动转子部件运动。 下面以第一转子铁心为例说明通电状态，其中e方向表示沿纸面向里，〇方向表示沿纸面向外如图5 (a)表示A相绕组开始通电时a段的位置。此时A相磁极呈S极性，而第一转子铁心呈N极性，第二转子铁心呈S极性(图5以第一转子铁心为例)，由于转子的稳定平衡位置是使定转子异极性的极下磁导最大，同极性的极下磁导最小的位置，故A相磁极与第一转子铁心的齿轴线趋向于重合，逆时针转动最终达到如图5(b)的位置，此时A相磁极与第一转子铁心的齿轴线重合，与第二转子铁心的齿错开l/2齿距。图5(b)表示B相绕组开始通电时刻；如图5(c)表示A相绕组开始通电时刻；如图5(d)表示B相绕组开始通电时刻。那么可以得到一个周期内旋转电磁铁在各通电状态下的运动状态。由于定子电枢凸极的极间角为45。，动子铁心的齿距角为36。，步距角为9。。在上述通电次序的作用下，旋转电磁铁的内部磁场为一个旋转磁场，其旋转周期由控制电流的周期决定，相位上滞后控制电流一定的角度，产生的电磁转矩将驱动动铁心同步跟随旋转磁场运动。[0026] 上述具体实施方式
用来解释本实用新型，而不是对本实用新型进行限制，在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型作出的任何修改和改变，都落入本实用新型的保护范围。
权利要求一种数字阀用旋转电磁铁，包括前端盖、后端盖、定子部件和转子部件，所述定子部件包括第一电枢绕组、第二电枢绕组和定子铁心，所述转子部件包括第一转子铁心、永磁磁钢、第二转子铁心、定位螺母和转轴，所述转轴安装在前轴承和后轴承上，在所述后轴承到前轴承的转轴上依次安装第一转子铁心、永磁磁钢、第二转子铁心、定位螺母，所述前轴承的外圈安装在前端盖内，所述后轴承的外圈安装在后端盖内，所述前端盖与定子铁心的前侧固定连接，所述定子铁心的后侧与所述后端盖固定连接，所述定子铁心位于所述转子部件的外侧，其特征在于所述第一转子铁心和第二转子铁心均呈空心杯状爪型结构，所述第一转子铁心和第二转子铁心的外边缘有爪极，各个爪极沿圆周方向平均分布，所述第一转子铁心和第二转子铁心的工作面为爪极的外圆周表面；所述第一转子铁心和第二转子铁心位于同一轴线，所述第一转子铁心和第二转子铁心采用均匀错位1/2个齿距布置。
2. 如权利要求1所述的数字阀用旋转电磁铁，其特征在于所述定子铁心的磁极沿着圆周方向平均分布，定子铁心的工作面为磁极的内圆周表面，定子铁心上的磁极之间间隔均匀布置第一电枢绕组和第二电枢绕组。
3. 如权利要求2所述的数字阀用旋转电磁铁，其特征在于所述第一电枢绕组和第二电枢绕组均为集中绕组。
4. 如权利要求2或3所述的数字阀用旋转电磁铁，其特征在于所述定子铁心上磁极的极宽和爪极的宽度相等。
5. 如权利要求1-3之一所述的数字阀用旋转电磁铁，其特征在于所述爪极的宽度和爪极之间的间距相等。
专利摘要一种数字阀用旋转电磁铁，包括前端盖、后端盖、定子部件和转子部件，所述定子部件包括第一电枢绕组、第二电枢绕组和定子铁心，所述转子部件包括第一转子铁心、永磁磁钢、第二转子铁心、定位螺母和转轴，所述转轴安装在前轴承和后轴承上，所述第一转子铁心和第二转子铁心均呈空心杯状爪型结构，所述第一转子铁心和第二转子铁心的外边缘有爪极，各个爪极沿圆周方向平均分布，所述第一转子铁心和第二转子铁心的工作面为爪极的外圆周表面；所述第一转子铁心和第二转子铁心位于同一轴线，所述第一转子铁心和第二转子铁心采用均匀错位1/2个齿距布置。本实用新型能够增大步进电机功率/重量比和输出力矩/电流比、提高响应速度、提升动态性能。
文档编号H02K37/14GK201466930SQ20092012261
公开日2010年5月12日 申请日期2009年6月11日 优先权日2009年6月11日
发明者孟彬, 阮健, 鲁立中 申请人:浙江工业大学