专利名称：一种用于直接驱动伺服阀的力马达的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于直接驱动伺服阀的直线运动力马达，它直接驱动液压舵机的主控阀工作。
背景技术：
在液压舵机中，用直线运动力马达代替了传统的电液伺服阀，直接驱动舵机的主控阀工作。美国MOOG公司生产的D633系列直动式反馈电液伺服阀中采用了力马达，它是20世纪90年代研制成功的新型产品。该力马达的结构可参见说明书附图1，它由固定外壳6、后盖2、右端盖4、左端盖10、压环13、导磁外壳5、绕组9、输出轴14、动铁心8、片状弹簧3组成；固定外壳6是一个具有台阶形内腔的台阶圆筒，前腔直径大且轴向长度长，容纳马达的定子和转子构件，后腔直径小且轴向长度短；后盖2封盖在固定外壳6后腔的后端，通过螺钉与固定外壳6的后端面连接，在后盖2和固定外壳6后端之间有密封圈1，固定外壳6的前端口有一个带有安装孔的法兰；导磁外壳5是一个圆筒件，安装在固定外壳6的前腔内，与固定外壳6的内径配合；绕组9是一个绕有线圈的圆筒形骨架，它粘接在导磁外壳5的内腔中，绕组9的引出线通过密封的引线孔从固定外壳6的后端引出；带有中心孔的右端盖4安装在固定外壳6前腔的右端，它的右端面上有一个与中心孔同心的下凹球形窝，该球形窝的右端面和固定外壳6前腔右端的内环形面之间夹着带有中心孔的片状弹簧3 ；带有中心孔的动铁心8位于右端盖4的左边，带有中心孔的左端盖10位于动铁心8的左边，其外圆周面与固定外壳6的内圆周面之间有密封圈11，在左端盖10的中心孔内安装着轴向轴承12 ；动铁心8与左端盖10和右端盖4之间留有工作气隙；在右端盖4的左端面上粘接着环形的右稀土磁钢18，其外径与绕组9的线圈骨架内径配合，其内径与动铁心8的外径之间留有非工作气隙，在右稀土磁钢18的左端面同轴粘接着右磁轭17，其内外径与右稀土磁钢18相同，在左端盖10的右端面上粘接着环形的左稀土磁钢15，其结构形状和配合关系与右稀土磁钢18相同，在左稀土磁钢15的右端面同轴粘接着左磁轭16，其内外径与左稀土磁钢15相同，动铁心8位于左稀土磁钢15、左磁轭16、右稀土磁钢18和右磁轭17的内腔共同构成的圆柱形内腔中，在左磁轭16和右磁轭17相对的端面之间有密封圈7，左稀土磁钢15和右稀土磁钢18的磁场相反；带有中心孔的压环13位于固定外壳6前腔的最左端，邻接左端盖10的左端面；输出轴14的右段穿在片状弹簧3、右端盖4的中心孔内，通过螺纹和螺母将片状弹簧3和输出轴14牢固连接，与右端盖4的中心孔留有活动间隙，输出轴14的中段穿在动铁心8的中心孔内，通过粘接和压配合或者焊接方式将动铁心8和输出轴14牢固连接为整体，输出轴14的左段穿在左端盖10上的轴向轴承12内，其左端头从压环13的中心孔伸出。其工作原理是装在前、右端盖上的两个环形稀土磁钢产生永磁磁场，反向通过动铁心和两个端盖形成的工作气隙。如果两个工作气隙相等，动铁心停留在中立位置(不稳定平衡点)。控制线圈通过电流以后，产生直流磁通，它以相同的方向流经两个工作气隙。这样，在一个工作气隙中，永磁磁通和直流磁通相加，在另一个工作气隙中，两个磁通相减。磁通相加的工作气隙，电磁力增加。磁通相减的工作气隙，电磁力减小。两个电磁力的矢量和，推动动铁心向磁通相加一方运动；如果控制线圈通过的电流反向，动铁心向另一个方向运动。上述力马达的缺点是该力马达的工作气隙是两个平行平面，难以解决减少力马达输出特性非线性和提高线圈的电磁力之间的矛盾。在力马达中，磁钢产生的磁力和线圈通电产生的电磁力，直接影响力马达的性能。磁钢产生的磁力，是磁钢带来的附加力，它是力马达输出特性非线性的主要来源。如果非线性超过一定的限度，会使所配套的液压系统无法稳定工作。为了解决这个问题，不得不减小力马达有效工作行程与气隙长度之比。线圈通电产生的电磁力，是受控的输出力，在力马达的输入功率和体积、重量不变的条件下，希望它越大越好。因此，在力马达的设计中，总是尽量降低磁钢产生的磁力，同时，又要最大限度地提高线圈通电产生的电磁力。实际上，减小磁力和增大电磁力是相互矛盾的要求。因为，要减小磁钢的磁力，就要在工作气隙中，减小磁钢的磁通密度。但是，线圈通电产生的电磁力，是与工作气隙中磁钢的磁通密度成比例的。因此，减小磁钢的磁力，就会带来电磁力的相应减小。用力马达输出力的表达式可以清楚地说明这一问题。经过变换以后，力马达的输出力可以用式(1)的F来表示。
Γ π r 1 B2 m2 -B2 m\ B, (B 2 + B, ),_(、F=--S+ 1 m2-—S ........................... (1)
2 M0M0式中F-—力马达的输出力，N ；Bm,磁钢在一个工作气隙中的磁通密度，T ；Bffl2—磁钢在另一个工作气隙中的磁通密度，T，在动铁心处于中位时，Bffl, = Bffl2 ；B1—线圈通电后在两个工作气隙中产生的磁通密度，T ；S—气隙工作面的面积，m2 ；μ。---真空导磁率，μ。= 4 31 X 10_7H/m。从式(1)可见，力马达的输出力F，包括两项内容，第一项是磁钢的磁力，第二项是线圈通电后产生的电磁力。磁钢的磁力，与磁钢在两个工作气隙产生的磁通密度平方差成比例。要减小磁钢的磁力，必须减小磁钢的磁通密度Bm!和Bm2。但是，线圈的电磁力，与(BmJBm2)成比例。因此，要减小磁力，同时又要增大电磁力，二者是相互矛盾的。
发明内容本发明的目的是提出一种能解决减少力马达输出特性非线性和提高线圈的电磁力之间矛盾的球型气隙的力马达。本发明的技术方案为一种用于直接驱动伺服阀的力马达，包括固定外壳(6)、后盖(2)、右端盖(4)、左端盖(10)、压环(13)、导磁外壳(5)、绕组(9)、输出轴(14)、动铁心(8)、片状弹簧(3)；固定外壳(6)是一个具有台阶形内腔的台阶圆筒，前腔直径大且轴向长度长，容纳马达的定子和转子构件，后腔直径小且轴向长度短；后盖( 封盖在固定外壳(6)后腔的后端，通过螺钉与固定外壳(6)的后端面连接，在后盖( 和固定外壳(6)后端之间有密封圈(1)，固定外壳(6)的前端口有一个带有安装孔的法兰；导磁外壳(5)是一个圆筒件，安装在固定外壳(6)的前腔内，与固定外壳(6)的内径配合；绕组(9)是一个绕有线圈的圆筒形骨架，粘接在导磁外壳(5)的内腔中，绕组(9)的引出线通过密封的引线孔从固定外壳(6)的后端引出；带有中心孔的右端盖(4)安装在固定外壳(6)前腔的右端，其右端面上有一个与中心孔同心的下凹球形窝，该球形窝的右端面和固定外壳(6)前腔右端的内环形面之间装有一片带有中心孔的片状弹簧(3)；带有中心孔并固定在输出轴(14)上的动铁心(8)位于右端盖(4)的左边，带有中心孔的左端盖(10)位于动铁心(8)的左边，其外圆周面与固定外壳(6)的内圆周面之间有密封圈(11)，在左端盖(10)的中心孔内安装着轴向轴承(1 ；动铁心(8)与左端盖(10)和右端盖(4)之间留有工作气隙；在右端盖(4)的左端面上粘接着环形的右稀土磁钢(18)，其外径与绕组(9)的线圈骨架内径配合，其内径与动铁心(8)的外径之间留有非工作气隙，在右稀土磁钢(18)的左端面同轴粘接着右磁轭(17)，其内外径与右稀土磁钢(18)相同，在左端盖(10)的右端面上粘接着环形的左稀土磁钢(15)，其结构形状和配合关系与右稀土磁钢(18)相同，在左稀土磁钢(15)的右端面同轴粘接着左磁轭(16)，其内外径与左稀土磁钢(15)相同，动铁心(8)位于右稀土磁钢(18)、右磁轭(17)、左稀土磁钢(1 和左磁轭(16)的内腔共同构成的圆柱形内腔中，在右磁轭(17)和左磁轭(16)相对的端面之间有密封圈(7)，右稀土磁钢(18)和左稀土磁钢(15)的磁场相反；带有中心孔的压环(13)位于固定外壳(6)前腔的最左端，邻接左端盖(10)的左端面；输出轴(14)的右段穿在片状弹簧(3)、右端盖的中心孔内，通过螺纹和螺母将片状弹簧⑶和输出轴(14)牢固连接，与右端盖⑷的中心孔留有活动间隙，输出轴(14)的中段穿在动铁心(8)的中心孔内，通过压配合或者键连接和焊接方式将动铁心(8)和输出轴(14)牢固连接为整体，输出轴(14)的左段穿在左端盖(10)上的轴向轴承(12)内，其左端头从压环(1 的中心孔伸出，动铁心(8)与左端盖(10)和右端盖(4)之间的工作气隙为球形工作气隙，具体结构为，动铁心(8)的左右两个端面上各有一个向内凹的球形端面，两侧的内凹球形端面对称，在左端盖(10)的右端面和右端盖(4)的左端面上各有一个相互对称的球形凸起，该球形凸起的形状与动铁心(8)的内凹球形端面相同，动铁心(8)的内凹球形端面与左端盖(10)和右端盖的球形凸起之间留有工作气隙。本发明的优点是本发明力马达中，把动铁心和两端端盖之间的工作气隙，设计成球形，很好地解决了减少力马达输出特性非线性和提高线圈的电磁力之间的矛盾。
[0016]图1是本发明力马达的结构示意图，1 密封圈，2 后盖，3 片状弹，4 右端盖，5 导磁外壳，6 固定外壳，7 密封圈，8 动铁心，9 绕组，10 左端盖，11 密封圈，12 轴向轴承，13 压环，14 输出轴，15 左稀土磁钢，16 左磁轭，17 右磁轭18 右稀土磁钢。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明做进一步详细说明，请参阅附图1。本发明的力马达包括固定外壳6、后盖2、右端盖4、左端盖10、压环13、导磁外壳5、绕组9、输出轴14、动铁心8、片状弹簧3 ；固定外壳6是一个具有台阶形内腔的台阶圆筒，前腔直径大且轴向长度长，容纳马达的定子和转子构件，后腔直径小且轴向长度短；后盖2封盖在固定外壳6后腔的后端，通过螺钉与固定外壳6的后端面连接，在后盖2和固定外壳6后端之间有密封圈1，固定外壳6的前端口有一个带有安装孔的法兰；[0021]导磁外壳5是一个圆筒件，安装在固定外壳6的前腔内，与固定外壳6的内径配合。绕组9是一个绕有线圈的圆筒形骨架，它粘接在导磁外壳5的内腔中，绕组9的引出线通过密封的引线孔从固定外壳6的后端引出；带有中心孔的右端盖4安装在固定外壳6前腔的右端，它的右端面上有一个与中心孔同心的下凹球形窝，该球形窝的右端面和固定外壳6前腔右端的内环形面之间夹着带有中心孔的片状弹簧3 ；带有中心孔的动铁心8位于右端盖4的左边，带有中心孔的左端盖10位于动铁心8的左边，其外圆周面与固定外壳6的内圆周面之间有密封圈11，在左端盖10的中心孔内安装着轴向轴承12;动铁心8与左端盖10和右端盖4之间留有工作气隙。在右端盖4的左端面上粘接着环形的右稀土磁钢18，其外径与绕组9的线圈骨架内径配合，其内径与动铁心8的外径之间留有非工作气隙，在右稀土磁钢18的左端面同轴粘接着右磁轭17，其内外径与右稀土磁钢18相同，在左端盖10的右端面上粘接着环形的左稀土磁钢15，其结构形状和配合关系与右稀土磁钢18相同，在左稀土磁钢15的右端面同轴粘接着左磁轭16，其内外径与左稀土磁钢15相同，动铁心8位于右稀土磁钢18、右磁轭17、左稀土磁钢15和左磁轭16的内腔共同构成的圆柱形内腔中，在右磁轭17和左磁轭16相对的端面之间有密封圈7，右稀土磁钢18和左稀土磁钢15的磁场相反；带有中心孔的压环13位于固定外壳6前腔的最左端，邻接左端盖10的左端面。输出轴14的右段穿在片状弹簧3、右端盖4的中心孔内，通过螺纹和螺母将片状弹簧3和输出轴14牢固连接，与右端盖4的中心孔留有活动间隙，输出轴14的中段穿在动铁心8的中心孔内，通过压配合或者键连接和焊接方式将动铁心8和输出轴14牢固连接为整体，输出轴14的左段穿在左端盖10上的轴向轴承12内，其左端头从压环13的中心孔伸
出ο动铁心8与左端盖10和右端盖4之间的工作气隙为球形工作气隙，具体结构为，动铁心8的左右两个端面上各有一个向内凹的球形端面，两侧的内凹球形端面对称，在左端盖10的右端面和右端盖4的左端面上各有一个相互对称的球形凸起，该球形凸起的形状与动铁心8的内凹球形面相同，动铁心8的内凹球形端面与左端盖10和右端盖4的球形凸起之间留有工作气隙。装在前、右端盖上的两个环形稀土磁钢产生永磁磁场，反向通过动铁心和两个端盖形成的工作气隙。如果两个工作气隙相等，动铁心停留在中立位置(不稳定平衡点)。控制线圈通过电流以后，产生直流磁通，它以相同的方向流经两个工作气隙。这样，在一个工作气隙中，永磁磁通和直流磁通相加，在另一个工作气隙中，两个磁通相减。磁通相加的工作气隙，电磁力增加。磁通相减的工作气隙，电磁力减小。两个电磁力的矢量和，推动动铁心向磁通相加一方运动；如果控制线圈通过的电流反向，动铁心向另一个方向运动。在本力马达中，采用了大磁能积、大矫顽力的稀土磁钢。同时，在磁路设计中，保证了磁钢的工作点接近剩余磁感应强度点。这样，在磁路中，可以把两块稀土磁钢看成两个恒流源，在一定范围内，工作气隙的变化，基本上不影响磁钢发出的磁通量。设动铁心的内、外园直径保持不变，如果把工作气隙设计成球状，气隙工作面由原来距离为δ的平行平面，变为球顶相距δ的半圆球面，工作气隙的距离变为不等的气隙。此时，若力马达的输入功率保持不变，根据基本电磁理论，及磁场计算。在电磁力相同的情况下，磁钢的磁力减小，比例力却基本保持不变。基本满足了此类产品的需求。本发明解决减少力马达输出特性非线性和提高线圈的电磁力之间矛盾的球型气隙的力马达。
权利要求1. 一种用于直接驱动伺服阀的力马达，包括固定外壳W]、后盖[2]、右端盖W]、左端盖[10]、压环[13]、导磁外壳[5]、绕组[9]、输出轴[14]、动铁心[8]、片状弹簧[3]；固定外壳[6]是一个具有台阶形内腔的台阶圆筒，前腔直径大且轴向长度长，容纳马达的定子和转子构件，后腔直径小且轴向长度短；后盖[2]封盖在固定外壳[6]后腔的后端，通过螺钉与固定外壳W]的后端面连接，在后盖[2]和固定外壳[6]后端之间有密封圈[1]，固定外壳[6]的前端口有一个带有安装孔的法兰；导磁外壳[5]是一个圆筒件，安装在固定外壳 [6]的前腔内，与固定外壳[6]的内径配合；绕组[9]是一个绕有线圈的圆筒形骨架，粘接在导磁外壳[5]的内腔中，绕组[9]的引出线通过密封的引线孔从固定外壳W]的后端引出；带有中心孔的右端盖[4]安装在固定外壳[6]前腔的右端，其右端面上有一个与中心孔同心的下凹球形窝，该球形窝的右端面和固定外壳[6]前腔右端的内环形面之间装有一片带有中心孔的片状弹簧[3]；带有中心孔并固定在输出轴[14]上的动铁心[8]位于右端盖 [4]的左边，带有中心孔的左端盖[10]位于动铁心[8]的左边，其外圆周面与固定外壳[6] 的内圆周面之间有密封圈[11]，在左端盖[10]的中心孔内安装着轴向轴承[12]；动铁心 [8]与左端盖[10]和右端盖[4]之间留有工作气隙；在右端盖W]的左端面上粘接着环形的右稀土磁钢[18]，其外径与绕组[9]的线圈骨架内径配合，其内径与动铁心[8]的外径之间留有非工作气隙，在右稀土磁钢[18]的左端面同轴粘接着右磁轭[17]，其内外径与右稀土磁钢[18]相同，在左端盖[10]的右端面上粘接着环形的左稀土磁钢[15]，其结构形状和配合关系与右稀土磁钢[18]相同，在左稀土磁钢[15]的右端面同轴粘接着左磁轭[16]， 其内外径与左稀土磁钢[15]相同，动铁心[8]位于右稀土磁钢[18]、右磁轭[17]、左稀土磁钢[15]和左磁轭[16]的内腔共同构成的圆柱形内腔中，在右磁轭[17]和左磁轭[16]相对的端面之间有密封圈[7]，右稀土磁钢[18]和左稀土磁钢[15]的磁场相反；带有中心孔的压环[13]位于固定外壳[6]前腔的最左端，邻接左端盖[10]的左端面；输出轴[14]的右段穿在片状弹簧[3]、右端盖W]的中心孔内，通过螺纹和螺母将片状弹簧[3]和输出轴 [14]牢固连接，与右端盖W]的中心孔留有活动间隙，输出轴[14]的中段穿在动铁心[8] 的中心孔内，通过压配合或者键连接和焊接方式将动铁心[8]和输出轴[14]牢固连接为整体，输出轴[14]的左段穿在左端盖[10]上的轴向轴承[12]内，其左端头从压环[13]的中心孔伸出，其特征在于动铁心[8]与左端盖[10]和右端盖[4]之间的工作气隙为球形工作气隙，具体结构为，动铁心[8]的左右两个端面上各有一个向内凹的球形端面，两侧的内凹球形端面对称，在左端盖[10]的右端面和右端盖[4]的左端面上各有一个相互对称的球形凸起，该球形凸起的形状与动铁心[8]的内凹球形端面相同，动铁心[8]的内凹球形端面与左端盖[10]和右端盖W]的球形凸起之间留有工作气隙。
专利摘要本实用新型涉及一种用于直接驱动伺服阀的力马达，包括固定外壳(6)、后盖(2)、右端盖(4)、左端盖(10)、压环(13)、导磁外壳(5)、绕组(9)、输出轴(14)、动铁心(8)、片状弹簧(3)组成，动铁心(8)与左端盖(10)和右端盖(4)之间的工作气隙为球形工作气隙。本实用新型解决了减少力马达输出特性非线性和提高线圈的电磁力之间的矛盾。
文档编号H02K41/03GK202334244SQ201120344130
公开日2012年7月11日 申请日期2011年9月8日 优先权日2011年9月8日
发明者刘元度, 毕联江, 牛艳艳, 酒晨霄 申请人:中国航空工业第六一八研究所