一种磁路对称的旋转电磁铁的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于流体传动及控制领域中的电-机械能量转换装置，尤其涉及一种磁路对称的旋转电磁铁。
【背景技术】
[0002]近年来，利用伺服螺旋机构原理工作的2D数字伺服阀因其具有结构简单，响应速度快，精度高，抗污染能力强等优点，而在金属材料试验机、地震模拟震动台以及相关航空航天领域等得到了广泛应用。常规的2D数字伺服阀用电-机械转换器一般为混合励磁的旋转电磁铁，其结构按照电磁铁定子分相方式的不同可以分为轴向分相和径向分相两种，前者与后者相比有以下几个优点:第一、采用轴向分相，控制绕组可以用环形线圈，绕制和下线工艺简单，线圈漆皮不易受伤，电磁铁的电气可靠性优于径向分相结构；第二、轴向分相的电磁铁可以采用O形密封圈对转子容腔进行密封，从而可以使得油液进入转子工作腔，使其成为“湿式”的电-机械转换器，将其直接与2D数字阀相连，可构成所谓的直动阀，有利于结构设计及取消动密封;第三、径向分相结构由于要留出空间绕制线圈，其定子空间无法全部用于开齿。而轴向分相结构整个定子圆周上可全部开齿，提高了有效空间的利用情况，从而提升了电磁铁的输出力矩。
[0003]轴向分相式电磁铁的基本工作原理都是将定子分为单相或者两相置于永磁体的单边或者两边，定子依次和转子构成若干段环形的工作气隙，永磁体在工作气隙下产生极化磁场，励磁线圈在其所属定子相内产生控制磁场，励磁电流方向变化而引起控制磁场对永磁体极化磁场作差动叠加以产生电磁力矩。如果假设定转子铁芯磁阻为零，则永磁体在工作气隙下产生的极化磁场强度相同，此时磁路对称，即电磁铁在不同方向励磁电流下获得的矩角特性幅值相等，矩角特性是对称的；然而实际情况是定转子铁芯都具有一定的磁阻，按照磁路理论，此时距离永磁体较远的工作气隙下的极化磁场强度较弱，而距离永磁体较近的工作气隙下的极化磁场较强，这就造成了电磁铁磁路不对称，当励磁电流的磁场和永磁体的磁场差动叠加时，电磁铁的矩角特性受到励磁电流方向的影响，即在不同方向的励磁电流下获得的矩角特性幅值不等，呈现出一种不对称的特征，当将其作为阀用电-机械转换器使用时，这种不对称的矩角特性会影响到2D数字阀的定位精度，使其无法呈现出应有的高性能。为解决这个问题，也有专利提出将转子和定子齿在径向和轴向上同时错齿，并采用定转子保持架注塑成型的方法构成磁路对称的插片式旋转电磁铁，其矩角特性可保持严格对称，缺点是定转子无法用传统的机械加工方式进行，制作时需要专门的注塑模具，费时费力。
【实用新型内容】
[0004]为了克服现有的磁路对称式旋转电磁铁定转子无法用传统的机械加工方式进行，制作时需要专门的注塑模具，费时费力的问题，本实用新型提出一种结构简单且加工简便的磁路对称式旋转电磁铁。
[0005]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0006]—种磁路对称的旋转电磁铁，包括前端盖和后端盖，所述的前端盖和后端盖上安装有转子部件，所述的转子部件两侧的前端盖和后端盖上分别安装有定子部件;所述转子部件包括通过第一轴承和第二轴承安装在前端盖和后端盖上的转子轴，可绕中心轴线转动，所述的转子轴的两侧分别安装有第一永磁体、第二永磁体、转子第一段、转子第二段和转子第三段;所述的定子部件包括第一轭铁、第二轭铁、第三轭铁、第四轭铁、线圈和线圈保持架。
[0007]所述的转子第二段的外侧安装有第二轭铁和第三轭铁，所述的第二轭铁和第三轭铁上开设有开口，且所述的第二轭铁和第三轭铁上的开口相对放置形成空腔;所述的空腔内安装有线圈保持架，所述的线圈保持架为圆环状的线圈保持架;所述的线圈保持架上环绕有线圈组成电流励磁源;所述的转子第一段的外侧安装有第一轭铁，所述的转子第三段的外侧安装有第四轭铁;所述的前端盖、第一轭铁、第二轭铁、第三轭铁、第四轭铁和后端盖之间依次穿过第一轴且利用第三轴承、第四轴承固连，使第一轭铁、第四轭铁分别镶嵌在前端盖和后端盖的侧壁内。
[0008]所述的第一轭铁和第四轭铁均呈圆环状;所述的第二轭铁和第三轭铁均呈半开口状，且所述第二轭铁、第三轭铁上的开口相对放置形成空腔;所述第一轭铁和第四轭铁的一侧开设有圆环形凹槽，另一侧开设有圆环形凸台；所述的第二轭铁和第三轭铁的一侧均开设有圆环形凹槽;其中所述的第二轭铁的圆环形凹槽内镶嵌有第一轭铁的圆环形凸台，所述的第一轭铁的圆环形凹槽镶嵌在前端盖的凸台上;所述的第三轭铁的圆环形凹槽内镶嵌有第四轭铁的圆环形凸台，所述第四轭铁的圆环形凹槽镶嵌在后端盖的凸台上;所述的第一轭铁、第二轭铁、第三轭铁、第四轭铁内圆环的圆周面均布开设有小齿，且第一轭铁、第二轭铁、第三轭铁、第四轭铁上的小齿齿数相同。
[0009]所述第一轭铁、第四轭铁齿形位置相同，所述的第二轭铁和第一轭铁之间错齿I/4个齿距，所述的第三轭铁和第二轭铁之间错齿1/2个齿距;所述的第三轭铁外表面开有长方形导线引出凹槽，以方便将线圈端引出与外界控制电路相连。
[0010]所述转子轴由方形段、大圆形段和小圆形段依次衔接而成，且所述的方形段宽度大于大圆形段的直径，所述的小圆形段的直径小于大圆形段的直径;使得所述转子轴呈阶梯状;所述的方形段与转子第一段、转子第二段、转子第三段配合安装，保证旋转时不易变位;所述转子第一段、转子第二段、转子第三段均为中心开设有方形孔的圆环状设置，且所述的转子第一段、转子第三段上圆环的一侧周边开设有圆环形凹槽，所述的转子第二段上圆环的两侧周边均开设有圆环形凹槽;所述的第一永磁体为圆环状第一永磁体，所述的第二永磁体为圆环状第二永磁体;所述的转子第一段和转子第二段的圆环形凹槽上镶嵌有第一永磁体，所述的转子第二段和转子第三段的圆环形凹槽上镶嵌有第二永磁体;所述的转子第一段、转子第二段、和转子第三段的外圆周面上开设有与第一轭铁、第二轭铁、第三轭铁、第四轭铁齿数相同的小齿。
[0011]所述的前端盖和后端盖之间穿过第二轴且利用第五轴承固连。
[0012]所述的前端盖为不导磁材料制成的非导磁体前端盖;所述的后端盖为不导磁材料制成的非导磁体后端盖;所述的线圈保持架为不导磁材料制成的非导磁体线圈保持架;所述的转子轴为不导磁材料制成的非导磁体转子轴;所述第一轭铁为软磁材料制成的导磁体第一轭铁;所述的第二轭铁为软磁材料制成的导磁体第二轭铁;所述的第三轭铁为软磁材料制成的导磁体第三轭铁;所述的第四轭铁为软磁材料制成的导磁体第四轭铁;所述的转子第一段为软磁材料制成的导磁体转子第一段;所述的转子第二段为软磁材料制成的导磁体转子第二段;所述的转子第三段为软磁材料制成的导磁体转子第三段。
[0013]本实用新型的有益效果为:本实用新型通过改进的双磁钢式电磁设计，使得通过机械加工的方式也可以制作出磁路对称的旋转电磁铁，其结构简单，加工便利。
【附图说明】
[0014]图1为本实用新型的结构不意图；
[0015]图2为本实用新型转子轴的结构示意图；
[0016]图3为本实用新型转子第一段或转子第三段的结构示意图；
[0017]图4为本实用新型转子第二段的结构示意图；
[0018]图5为本实用新型第二轭铁的结构示意图；
[0019]图6为本实用新型第三轭铁的结构示意图；
[0020]图7为本实用新型第一永磁体或第二永磁体的结构示意图；
[0021]图8为本实用新型转子轴一侧的转子部件和定子部件的初始位置的工作原理示意图；
[0022]图9为本实用新型转子轴一侧的转子部件和定子部件，且线圈通X方向电流时的工作原理示意图；
[0023]图10为本实用新型转子轴一侧的转子部件和定子部件，且线圈通ο方向电流时的工作原理示意图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图对本实用新型作进一步描述。
[0025]参照图1?7所示，一种磁路对称的旋转电磁铁，包括前端盖3和后端盖8，所述的前端盖3和后端盖8上安装有转子部件，所述的转子部件两侧的前端盖3和后端盖8上分别安装有定子部件;所述转子部件包括通过第一轴承23和第二轴承11安装在前端盖3和后端盖8上的转子轴24，可绕中心轴线转动，所述的转子轴24的两侧分别安装有第一永磁体20、第二永磁体16、转子第一段22、转子第二段17和转子第三段10;所述的定子部件包括第一轭铁4、第二轭铁5、第三轭铁6、第四轭铁7、线圈19和线圈保持架18。
[0026]所述的转子第二段17的外侧安装有第二轭铁5和第三轭铁6，所述的第二轭铁5和第三轭铁6上开设有开口，且所述的第二轭铁5和第三轭铁6上的开口相对放置形成空腔;所述的空腔内安装有线圈保持架18，所述的线圈保持架18为圆环状的线圈保持架，所述的线圈保持架18上环绕有线圈19组成电流励磁源;所述的转子第一段22的外侧安装有第一轭铁4，所述的转子第三段10的外侧安装有第四轭铁7;所述的前端盖3、第一轭铁4、第二轭铁5、第三轭铁6、第四轭铁7和后端盖8之间依次穿过第一轴I且利用第三轴承2、第四轴承9固连，使第一轭铁4、第四轭铁7分别镶嵌在前端盖3和后端盖8的侧壁内。
[0027]所述的第一轭铁4和第四轭铁7均呈圆环状;所述的第二轭铁5和第三轭铁6均呈半开口状，且所述第二轭铁5、第三轭铁6上的开口相对放置形成空腔;所述第一轭铁4和第四轭铁7的一侧开设有圆环形凹槽14，另一侧开设有圆环形凸台15;所述的第二轭铁5和第三轭铁6的一侧均开设有圆环形凹槽14;其中所述的第二轭铁5的圆环形凹槽14内镶嵌有第一轭铁4的圆环形凸台15，所述的第一轭铁4的圆环形凹槽14镶嵌在前端盖3的凸台上;所述的第三轭铁6的圆环形凹槽14内镶嵌有第四轭铁7的圆环形凸台15，所述第四轭铁7的圆环形凹槽14镶嵌在后端盖8的凸台上;所述的第一轭铁4、第二轭铁5、第三轭铁6、第四轭铁7内圆环的圆周面均布开设有小齿21，且第一轭铁4、第二轭铁5、第三轭铁6、第四轭铁7上的小齿21齿数相同。
[0028]所述第一轭铁4、第四轭铁7齿形位置相同，所述的第二轭铁5和第一轭铁4之间错齿1/4个齿距，所述的第三轭铁6和第二轭铁5之间错齿1/2个齿距;所述的第三轭铁6外表面开有长方形导线引出凹槽25，以方便将线圈19端引出与外界控制电路相连。
[0029]所述转子轴24由方形段26、大圆形段32和小圆形段28依次衔接而成，且所述的方形段26宽度大于大圆形段32的直径，所述的小圆形段28的直径小于大圆形段32的直径;使得所述转子轴24呈阶梯状;所述的方形段26与转子第一段22、转子第二段17、转子