专利名称：超导型高动态直接驱动电动作动器的制作方法
技术领域：
本发明是关于超导型高动态直接驱动电动作动器，属于电机领域。
背景技术：
舵机(作动器)系统是导弹飞行控制系统不可缺少的关键组成部分，舵机的性能直 接影响着导弹的机动性能。根据动力源的不同，常用的舵机系统可分为气动舵机、液压舵 机及电动舵机等。与气动及液压舵机相比，电动舵机(EMA)具有结构简单、加工装配容易、 线路铺设、制造维修及改装方便等特点，且易实现余度控制，可靠性高，因而在导弹、联合 制导导弹及其他先进飞行器中得到越来越广泛的应用，已成为各国空军研究的重要课题 之一。电动舵机的主要构成方式之一是伺服电机+减速器的方式，由于交流伺服电机具有 体积小、质量轻、时间常数小、负载特性好等优点，被逐渐应用于电动舵机系统中。
但是目前的电动舵机系统还存在以下问题与液压舵机系统相比，位置控制频响 低、动态特性较差，尤其是大功率系统问题突出。
发明内容
为了解决现有作动器结构复杂、控制频响低、动态特性较差以及不适用于大功率 舵机系统的问题，本发明提出一种超导型高动态直接驱动电动作动器。 —种超导型高动态直接驱动电动作动器由初级、次级和气隙构成，初级为圆筒形，
次级为圆柱形，次级位于圆筒形的初级内，并且与所述初级同轴，初级与次级之间是均匀的
气隙；初级包括屏蔽壳体和多个环形线圈，所述屏蔽壳体是圆筒形，多个环形线圈沿轴向依
次固定在屏蔽壳体内，多个环形线圈串联或并联组成单相或多相初级绕组；次级包括圆筒
形密闭冷却器、支撑轴、两个屏蔽端板和n个超导磁环，所述圆筒形密闭冷却器固定在支撑
轴外，并且所述圆筒形密闭冷却器与支撑轴外表面之间为圆环形空间，n个超导磁环沿轴向
排列固定在所述圆环形空间内的支撑轴上，所述超导磁环为轴向充磁或径向充磁，沿轴向
每相邻两个超导磁环的充磁方向相反，两个屏蔽端板为带有中心轴孔的圆形板，所述两个
屏蔽端板均套在支撑轴上，并固定在圆筒形密闭冷却器的两端，n为自然数。 本发明中次级的超导磁环可以采用超导磁块材实现，还可以采用超导线圈实现。
当所述超导磁环采用超导磁块材实现时，还可以在相邻的超导磁环之间设置圆环形聚磁轭。 本发明中的屏蔽壳体、屏蔽端板和圆环形聚磁轭均可以采用高导磁材料制作。
本发明中的低温冷却媒质可为液态的氮、氦或氖。 本发明的作动器采用超导体励磁，产生强磁场，大大提高了作动器的推力密度。本 发明中的作动器的工作原理类似同步直线电机，使得控制灵活，由该作动器组成的舵机伺 服系统不需要减速机构，可直接驱动负载，具有输出功率大、动态特性好、线性度高、频带 宽、体积小、重量轻等特点。 本发明的作动器可以应用于舵机伺服系统中。
图1是具体实施方式
八所述的超导型高动态直接驱动电动作动器的结构示意图。 图具体实施方式
九所述的超导型高动态直接驱动电动作动器的结构示意图。图3是具体 实施方式七所述的超导型高动态直接驱动电动作动器的结构示意图。
具体实施例方式
具体实施方式
一 本实施方式所述的一种超导型高动态直接驱动电动作动 器由初级、次级和气隙构成，初级为圆筒形，次级为圆柱形，次级位于圆筒形的初级内，并且 与所述初级同轴，初级与次级之间是均匀的气隙；初级包括屏蔽壳体1和多个环形线圈2， 所述屏蔽壳体1是圆筒形，多个环形线圈2沿轴向依次固定在屏蔽壳体1内，多个环形线圈 2串联或并联组成单相或多相初级绕组；次级包括圆筒形密闭冷却器5、支撑轴9、两个屏蔽 端板8和n个超导磁环6，所述圆筒形密闭冷却器5固定在支撑轴9夕卜，并且所述圆筒形密 闭冷却器5与支撑轴9外表面之间为圆环形空间，n个超导磁环6沿轴向排列固定在所述 圆环形空间内的支撑轴9上，所述超导磁环6为轴向充磁或径向充磁，沿轴向每相邻两个超 导磁环6的充磁方向相反，两个屏蔽端板8为带有中心轴孔的圆形板，所述两个屏蔽端板8 均套在支撑轴9上，并固定在圆筒形密闭冷却器5的两端。所述n为自然数。
本实施方式所述的作动器采用同步直线电机的工作原理，在次级的外表面设置后 冷却作用的圆筒形密闭冷却器5。 本实施方式所述的作动器的控制方法与同步直线电机的控制方法相同，控制灵 活、反应迅速。
具体实施方式
二 本实施方式与具体实施方式
一所述的超导型高动态直接 驱动电动作动器的区别在于，所述初级还包括线圈固定架，所述线圈固定架固定在屏蔽壳 体l内表面，线圈固定在所述线圈固定架内。 本实施方式增加了用于固定线圈的线圈固定架，更有助于初级线圈的固定。
本实施方式中所述的线圈固定架可以采用下述结构(参见图1-3所示)由固定圆 筒3和多个环形隔板4组成，所述多个环形隔板4沿轴向均匀分布，并且每个环形隔板4的 外圆周表面均固定在屏蔽壳体1的内表面，所述每个环形隔板4的内圆周表面与固定圆筒 3的外表面固定连接，每个线圈固定在相邻两个环形隔板4与屏蔽壳体1、固定圆筒3组成 的环形空间内。
具体实施方式
三 本实施方式与具体实施方式
一所述的超导型高动态直接
驱动电动作动器的区别在于所述圆筒形密闭冷却器5内充有低温冷却媒质。 本实施方式中所述的低温冷却媒质可以采用液态的氮、氦或氖。
具体实施方式
四 本实施方式与具体实施方式
一所述的超导型高动态直接
驱动电动作动器的区别在于，次级还包括磁环固定架7，所述n个环形超导磁环6通过磁环
固定架7固定在支撑轴9上。 本实施方式所述的磁环固定架7位圆筒形，所述圆筒形的磁环固定架7套在n个 环形超导磁环6外侧。
具体实施方式
五 本实施方式与具体实施方式
一所述的超导型高动态直接 驱动电动作动器的区别在于，屏蔽壳体1和屏蔽端板8由高导磁材料构成。
具体实施方式
六 实施方式与具体实施方式
一所述的超导型高动态直接驱 动电动作动器的区别在于，该作动器为动初级结构。
具体实施方式
七 实施方式与具体实施方式
一至六任意实施方式所述的超 导型高动态直接驱动电动作动器的区别在于，所述超导磁环6是环形超导线圈，n个环形超 导线圈11的绕向相反，n个环形超导线圈依次串联连接。 参见图3，表示本实施方式所描述的电动作动器的结构示意图，本实施方式中采用 环形超导线圈11来实现超导磁环6，即采用超导材料绕制成线圈，并通过在所述线圈中施 加电流，使所述线圈产生磁场。本实施方式中次级产生磁场的强度可以通过控制环形超导 线圈11中的电流进行调整。
具体实施方式
八 实施方式与具体实施方式
一至六任意实施方式所述的超 导型高动态直接驱动电动作动器的区别在于，每个超导磁环6由若干个超导磁体块材组 成。 参见图l，表示本实施方式所描述的电动作动器的结构示意图，本实施方式中采用 超导磁体块材实现超导磁环6。
具体实施方式
九 实施方式与具体实施方式
八所述的超导型高动态直接驱 动电动作动器的区别在于，次级还包括n+l个圆环形聚磁轭10，所述n+l个圆环形聚磁轭 10与n个环形超导磁环6相间设置。 参见图2所示，本实施方式在相邻超导磁环6之间增加了圆环形聚磁轭10，在保证 磁场强度的前提下，减少了超导体块材的使用量
本实施方式中的圆环形聚磁轭io可以采用高导磁材料构成。 本发明所述的作动器的结构不局限于上述各具体实施方式
所描述的结构，还可以 是上述各实施方式所记载的技术特征的合理组合后获得的技术方案。
权利要求
一种超导型高动态直接驱动电动作动器，其特征在于它由初级、次级和气隙构成，初级为圆筒形，次级为圆柱形，次级位于圆筒形的初级内，并且与所述初级同轴，初级与次级之间是均匀的气隙；初级包括屏蔽壳体(1)和多个环形线圈(2)，所述屏蔽壳体(1)是圆筒形，多个环形线圈(2)沿轴向依次固定在屏蔽壳体(1)内，多个环形线圈(2)串联或并联组成单相或多相初级绕组；次级包括圆筒形密闭冷却器(5)、支撑轴(9)、两个屏蔽端板(8)和n个超导磁环(6)，所述圆筒形密闭冷却器(5)固定在支撑轴(9)外，并且所述圆筒形密闭冷却器(5)与支撑轴(9)外表面之间为圆环形空间，n个超导磁环(6)沿轴向排列固定在所述圆环形空间内的支撑轴(9)上，所述超导磁环(6)为轴向充磁或径向充磁，沿轴向每相邻两个超导磁环(6)的充磁方向相反，两个屏蔽端板(8)为带有中心轴孔的圆形板，所述两个屏蔽端板(8)均套在支撑轴(9)上，并固定在圆筒形密闭冷却器(5)的两端，n为自然数。
2. 根据权利要求1所述的超导型高动态直接驱动电动作动器，其特征在于所述初级还 包括线圈固定架，所述线圈固定架固定在屏蔽壳体(l)内表面，线圈固定在所述线圈固定架 内。
3. 根据权利要求2所述的超导型高动态直接驱动电动作动器，其特征在于所述线圈固 定架由固定圆筒(3)和多个环形隔板(4)组成，所述多个环形隔板(4)沿轴向均匀分布，并 且每个环形隔板(4)的外圆周表面均固定在屏蔽壳体(1)的内表面，所述每个环形隔板(4) 的内圆周表面与固定圆筒(3)的外表面固定连接，每个线圈固定在相邻两个环形隔板(4) 与屏蔽壳体(1)、固定圆筒(3)组成的环形空间内。
4. 根据权利要求1所述的超导型高动态直接驱动电动作动器，其特征在于所述圆筒形 密闭冷却器(5)内充有低温冷却媒质。
5. 根据权利要求1所述的超导型高动态直接驱动电动作动器，其特征在于次级还包括 磁环固定架(7 )，所述n个环形超导磁环(6 )通过磁环固定架(7 )固定在支撑轴(9 )上。
6. 根据权利要求1所述的超导型高动态直接驱动电动作动器，其特征在于屏蔽壳体 (1)和屏蔽端板(8)采用高导磁材料制作。
7. 根据权利要求1所述的超导型高动态直接驱动电动作动器，其特征在于该作动器为 动初级结构。
8. 根据权利要求1至7任意一个权利要求所述的超导型高动态直接驱动电动作动器， 其特征在于所述超导磁环(6 )是环形超导线圈，每相邻两个环形超导线圈(11)的绕向均相 反，n个环形超导线圈(11)依次串联连接。
9. 根据权利要求1至7任意一个权利要求所述的超导型高动态直接驱动电动作动器， 其特征在于每个超导磁环(6)由若干个超导磁体块材组成。
10. 根据权利要求9所述的超导型高动态直接驱动电动作动器，其特征在于次级还包 括n+l个圆环形聚磁轭(10)，所述n+l个圆环形聚磁轭(10)与n个超导磁环(6)相间设置。
全文摘要
超导型高动态直接驱动电动作动器，属于电机技术领域。本发明解决了现有作动器结构复杂、控制频响低、动态特性较差以及不适用于大功率舵机系统的问题。本发明由初级、次级和气隙构成，初级的环形线圈固定在圆筒形的屏蔽壳体内，多个环形线圈串联或并联组成单相或多相初级绕组；次级的超导磁环固定在圆筒形密闭冷却器和支撑轴组成的圆环形空间内，两个屏蔽端板固定在圆筒形密闭冷却器的两端，圆筒形密闭冷却器内充有低温冷却媒质。所述次级的超导磁环采用超导磁块材或者超导线圈实现，所述低温冷却媒质为液态的氮、氦或氖。本发明不需要减速机构，并采用超导体励磁产生强磁场，提高了作动器的推力密度，可广泛应用于舵机伺服系统中。
文档编号H02K55/00GK101795050SQ20101013683
公开日2010年8月4日 申请日期2010年3月31日 优先权日2010年3月31日
发明者寇宝泉, 王春明, 黄玉平 申请人:哈尔滨工业大学