一种大行程永磁力矩器的制作方法

本发明属于电磁元件技术领域，涉及一种低功耗大行程永磁力矩器。该力矩器以永久磁钢做激磁磁场源，线圈通电后受力在磁场中运动，该结构的特点是：采用组合扇环形磁铁结构，磁路结构能在较长区域产生强而均匀的磁感应强度分布，极大增加了磁力矩器的有效行程。。

背景技术：

在一些高精密惯性仪表中，如挠性加速度计，需要力矩器作为系统的反馈执行器。现有的磁力矩器通常为单永久磁铁结构，有效行程较短，磁感应强度分布线性度较差，使闭环控制系统较复杂，稳态误差较大。因此，有必要设计一种新的永磁力矩器，增大磁力矩器的有效行程，提高气隙磁感应强度分布的均匀性。

技术实现要素：

本发明的目的在于：设计一种大行程永磁力矩器，克服现有磁力矩器有效行程短，气隙磁感应强度分布线性度差的问题。

本发明的具体方案如下：

一种大行程永磁力矩器，包括磁钢底座(1)、外压环(2)、外扇环形永磁钢(3)、内扇环形永磁钢(4)、内压环(5)、中心支撑柱(6)、线圈骨架(7)和线圈(8)；

n1块内扇环形永磁钢(4)构成环形，与环形结构磁钢底座(1)共轴，内部由中心支撑柱(6)支撑，上部由内压环(5)固定，下部嵌入磁钢底座(1)上的凸台内部，其中内扇环形永磁钢(4)和中心支撑柱(6)的底部齐平，扇环形永磁钢(4)、内压环(5)和中心支撑柱(6)的顶部齐平；n2块外扇环形永磁钢(3)构成环形，环形结构磁钢底座(1)共轴，外部由外压环(2)固定，下部嵌入磁钢底座(1)上的凸台外部，其中外扇环形永磁钢(3)和外压环(2)的顶部底部均齐平。

外扇环形永磁钢(3)中每个扇环形的夹角为360/n2度，n2的取值为4至16的整数；内扇环形永磁钢(4)中每个扇环形的夹角为360/n1度，n1的取值为4至16的整数。

线圈(8)缠绕在线圈骨架(7)上构成线圈结构，线圈结构与中心支撑柱(6)共轴，且悬挂于中心支撑柱(6)之上，且缠绕线圈(8)的中空圆柱体结构部分嵌入外扇环形永磁钢(3)和内扇环形永磁钢(4)之间的气隙之中；

外扇环形永磁钢(3)和内扇环形永磁钢(4)是一种25～85℃温度范围内的低温度系数永磁材料；外扇环形永磁钢(3)和内扇环形永磁钢(4)的剩余磁感应强度方向均沿着径向且方向相同，如果约定外扇环形永磁钢(3)的外侧为n极，则内扇环形永磁钢(4)的外侧为n极，外扇环形永磁钢(3)和内扇环形永磁钢(4)的内侧均为s极；

外扇环形永磁钢(3)和内扇环形永磁钢(4)间气隙间距为0.6mm～1.2mm；

磁钢底座(1)、外压环(2)和中心支撑柱(6)可根据需要做成一体式结构。

本发明和现有技术相比具有如下优点：

本发明的大行程永磁力矩器，采用新型的组合扇环形磁铁设计，一方面气隙有效区域长且磁感应强度分布线性度好，极大增大了磁力矩器的有效行程，并且降低了磁路节结构和线圈结构对装配精度的要求；一方面气隙的磁感应强度大，降低了磁力矩器的功耗，减小了气隙工作区域的温度漂移。

附图说明

图1为本发明的一种大行程永磁力矩器结构示意图；

图2为本发明的一种大行程永磁力矩器磁路结构示意图；

图3为本发明的一种大行程永磁力矩器线圈结构示意图；

图4为现有技术中的一种力矩器的结构示意图；

图5为本发明提供的力矩器与图4所示的力矩器在气隙中轴线上径向磁感应强度有效行程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。

如图1所示为本发明提供的一种大行程永磁力矩器结构示意图，图中箭头表示磁钢剩磁的方向。所述的大行程永磁力矩器包括磁钢底座1、外压环2、外扇环形永磁钢3、内扇环形永磁钢4、内压环5、中心支撑柱6、线圈骨架7和线圈8。

如图2所示，所述磁钢底座1上表面具有一个环形凸台，凸台高度一般0.2～0.3mm之间，宽度0.6～1.2mm，优选0.9mm，对应气隙宽度；所述环形凸台起到固定外扇环形永磁钢3和内扇环形永磁钢4的作用。内扇环形永磁钢4为钐钴磁钢，圆心角为45度，内扇环形永磁钢4的外侧为n极，内侧为s极。8块内扇环形永磁钢4内侧由中心支撑柱6支撑，下部嵌入磁钢底座1上的凸台内部，其中扇环形永磁钢4和中心支撑柱6的底部齐平，内扇环形永磁钢4、内压环5和中心支撑柱6的顶部齐平，并通过胶粘方式固定。外扇环形永磁钢3为钐钴磁钢，圆心角为45度，外扇环形永磁钢3的外侧为n极，内侧为s极。8块外扇环形永磁钢3构成环形，与环形结构的磁钢底座1共轴，8块外扇环形永磁钢3的外侧由外压环2固定，下部嵌入磁钢底座1上的凸台外部，其中外扇环形永磁钢3和外压环2的顶部底部均齐平，最后通过胶粘方式固定。

所述内压环5位于内扇环形永磁钢4上方加工的环形槽内。

所述外扇环形永磁钢3的高度不低于内扇环形永磁钢4的高度。

线圈8采用长度为5米、芯径为40微米的漆包线，将其均匀紧密地缠绕在线圈骨架7上构成线圈结构，线圈匝数为150匝，线圈骨架连接所需被驱动结构。如图3，所述线圈骨架7的结构为中空圆柱体，顶面与侧壁一体，且顶面中心有一中心孔。线圈结构与中心支撑柱6共轴，且悬挂于中心支撑柱6之上，且缠绕线圈8的中空圆柱体结构的侧壁嵌入外扇环形永磁钢3和内扇环形永磁钢4之间的气隙之中。对线圈8施加电流，可对被驱动结构产生沿磁铁轴线方向的电磁力。

图4所示是现有技术中的一种力矩器，与本发明的双扇环形磁钢设计结构相比，本发明提供的力矩器的气隙结构有效行程约3mm，相比于传统结构约1mm提高了3倍以上。

由于磁路结构能够提供给线圈的径向磁感应强度更大，使线圈在产生相同有效行程时，驱动功耗更低，工作功耗比传统结构降低40％。

以上所述的具体实例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实例，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换，改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种大行程永磁力矩器，属于电磁元件技术领域。本发明包括磁钢底座、外压环、外扇环形永磁钢、内扇环形永磁钢、内压环、中心支撑柱、线圈骨架和线圈；内扇环形永磁钢和外扇环形永磁钢分别构成环形，与环形结构磁钢底座共轴，并嵌入磁钢底座上环形凸台的两侧；内扇环形永磁钢内部由中心支撑柱支撑，上部由内压环固定；外扇环形永磁钢外部由外压环固定；线圈缠绕在线圈骨架上构成线圈结构悬挂于中心支撑柱之上，且嵌入气隙之中。本发明采用组合扇环形磁铁设计，气隙有效区域长且磁感应强度分布线性度好，极大增大了磁力矩器的有效行程，降低了磁力矩器的功耗，减小了气隙工作区域的温度漂移。

技术研发人员：冯丽爽;周震;高山;张宇;刘迪;李烁铠
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：2018.10.11
技术公布日：2019.01.11