專利名稱：一種用于直接驅動伺服閥的力馬達的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于直接驅動伺服閥的直線運動力馬達，它直接驅動液壓舵機的主控閥工作。
背景技術：
在液壓舵機中，用直線運動力馬達代替了傳統的電液伺服閥，直接驅動舵機的主控閥工作。美國MOOG公司生產的D633系列直動式反饋電液伺服閥中采用了力馬達，它是20世紀90年代研制成功的新型產品。該力馬達的結構可參見說明書附圖1，它由固定外殼6、后蓋2、右端蓋4、左端蓋10、壓環13、導磁外殼5、繞組9、輸出軸14、動鐵心8、片狀彈簧3組成；固定外殼6是一個具有臺階形內腔的臺階圓筒，前腔直徑大且軸向長度長，容納馬達的定子和轉子構件，后腔直徑小且軸向長度短；后蓋2封蓋在固定外殼6后腔的后端，通過螺釘與固定外殼6的后端面連接，在后蓋2和固定外殼6后端之間有密封圈1，固定外殼6的前端口有一個帶有安裝孔的法蘭；導磁外殼5是一個圓筒件，安裝在固定外殼6的前腔內，與固定外殼6的內徑配合；繞組9是一個繞有線圈的圓筒形骨架，它粘接在導磁外殼5的內腔中，繞組9的引出線通過密封的引線孔從固定外殼6的后端引出；帶有中心孔的右端蓋4安裝在固定外殼6前腔的右端，它的右端面上有一個與中心孔同心的下凹球形窩，該球形窩的右端面和固定外殼6前腔右端的內環形面之間夾著帶有中心孔的片狀彈簧3 ；帶有中心孔的動鐵心8位于右端蓋4的左邊，帶有中心孔的左端蓋10位于動鐵心8的左邊，其外圓周面與固定外殼6的內圓周面之間有密封圈11，在左端蓋10的中心孔內安裝著軸向軸承12 ；動鐵心8與左端蓋10和右端蓋4之間留有工作氣隙；在右端蓋4的左端面上粘接著環形的右稀土磁鋼18，其外徑與繞組9的線圈骨架內徑配合，其內徑與動鐵心8的外徑之間留有非工作氣隙，在右稀土磁鋼18的左端面同軸粘接著右磁軛17，其內外徑與右稀土磁鋼18相同，在左端蓋10的右端面上粘接著環形的左稀土磁鋼15，其結構形狀和配合關系與右稀土磁鋼18相同，在左稀土磁鋼15的右端面同軸粘接著左磁軛16，其內外徑與左稀土磁鋼15相同，動鐵心8位于左稀土磁鋼15、左磁軛16、右稀土磁鋼18和右磁軛17的內腔共同構成的圓柱形內腔中，在左磁軛16和右磁軛17相對的端面之間有密封圈7，左稀土磁鋼15和右稀土磁鋼18的磁場相反；帶有中心孔的壓環13位于固定外殼6前腔的最左端，鄰接左端蓋10的左端面；輸出軸14的右段穿在片狀彈簧3、右端蓋4的中心孔內，通過螺紋和螺母將片狀彈簧3和輸出軸14牢固連接，與右端蓋4的中心孔留有活動間隙，輸出軸14的中段穿在動鐵心8的中心孔內，通過粘接和壓配合或者焊接方式將動鐵心8和輸出軸14牢固連接為整體，輸出軸14的左段穿在左端蓋10上的軸向軸承12內，其左端頭從壓環13的中心孔伸出。其工作原理是裝在前、右端蓋上的兩個環形稀土磁鋼產生永磁磁場，反向通過動鐵心和兩個端蓋形成的工作氣隙。如果兩個工作氣隙相等，動鐵心停留在中立位置(不穩定平衡點)。控制線圈通過電流以后，產生直流磁通，它以相同的方向流經兩個工作氣隙。這樣，在一個工作氣隙中，永磁磁通和直流磁通相加，在另一個工作氣隙中，兩個磁通相減。磁通相加的工作氣隙，電磁力增加。磁通相減的工作氣隙，電磁力減小。兩個電磁力的矢量和，推動動鐵心向磁通相加一方運動；如果控制線圈通過的電流反向，動鐵心向另一個方向運動。上述力馬達的缺點是該力馬達的工作氣隙是兩個平行平面，難以解決減少力馬達輸出特性非線性和提高線圈的電磁力之間的矛盾。在力馬達中，磁鋼產生的磁力和線圈通電產生的電磁力，直接影響力馬達的性能。磁鋼產生的磁力，是磁鋼帶來的附加力，它是力馬達輸出特性非線性的主要來源。如果非線性超過一定的限度，會使所配套的液壓系統無法穩定工作。為了解決這個問題，不得不減小力馬達有效工作行程與氣隙長度之比。線圈通電產生的電磁力，是受控的輸出力，在力馬達的輸入功率和體積、重量不變的條件下，希望它越大越好。因此，在力馬達的設計中，總是盡量降低磁鋼產生的磁力，同時，又要最大限度地提高線圈通電產生的電磁力。實際上，減小磁力和增大電磁力是相互矛盾的要求。因為，要減小磁鋼的磁力，就要在工作氣隙中，減小磁鋼的磁通密度。但是，線圈通電產生的電磁力，是與工作氣隙中磁鋼的磁通密度成比例的。因此，減小磁鋼的磁力，就會帶來電磁力的相應減小。用力馬達輸出力的表達式可以清楚地說明這一問題。經過變換以后，力馬達的輸出力可以用式(1)的F來表示。
Γ π r 1 B2 m2 -B2 m\ B, (B 2 + B, ),_(、F=--S+ 1 m2-—S ........................... (1)
2 M0M0式中F-—力馬達的輸出力，N ；Bm,磁鋼在一個工作氣隙中的磁通密度，T ；Bffl2—磁鋼在另一個工作氣隙中的磁通密度，T，在動鐵心處于中位時，Bffl, = Bffl2 ；B1—線圈通電后在兩個工作氣隙中產生的磁通密度，T ；S—氣隙工作面的面積，m2 ；μ。---真空導磁率，μ。= 4 31 X 10_7H/m。從式(1)可見，力馬達的輸出力F，包括兩項內容，第一項是磁鋼的磁力，第二項是線圈通電后產生的電磁力。磁鋼的磁力，與磁鋼在兩個工作氣隙產生的磁通密度平方差成比例。要減小磁鋼的磁力，必須減小磁鋼的磁通密度Bm!和Bm2。但是，線圈的電磁力，與(BmJBm2)成比例。因此，要減小磁力，同時又要增大電磁力，二者是相互矛盾的。
發明內容本發明的目的是提出一種能解決減少力馬達輸出特性非線性和提高線圈的電磁力之間矛盾的球型氣隙的力馬達。本發明的技術方案為一種用于直接驅動伺服閥的力馬達，包括固定外殼(6)、后蓋(2)、右端蓋(4)、左端蓋(10)、壓環(13)、導磁外殼(5)、繞組(9)、輸出軸(14)、動鐵心(8)、片狀彈簧(3)；固定外殼(6)是一個具有臺階形內腔的臺階圓筒，前腔直徑大且軸向長度長，容納馬達的定子和轉子構件，后腔直徑小且軸向長度短；后蓋( 封蓋在固定外殼(6)后腔的后端，通過螺釘與固定外殼(6)的后端面連接，在后蓋( 和固定外殼(6)后端之間有密封圈(1)，固定外殼(6)的前端口有一個帶有安裝孔的法蘭；導磁外殼(5)是一個圓筒件，安裝在固定外殼(6)的前腔內，與固定外殼(6)的內徑配合；繞組(9)是一個繞有線圈的圓筒形骨架，粘接在導磁外殼(5)的內腔中，繞組(9)的引出線通過密封的引線孔從固定外殼(6)的后端引出；帶有中心孔的右端蓋(4)安裝在固定外殼(6)前腔的右端，其右端面上有一個與中心孔同心的下凹球形窩，該球形窩的右端面和固定外殼(6)前腔右端的內環形面之間裝有一片帶有中心孔的片狀彈簧(3)；帶有中心孔并固定在輸出軸(14)上的動鐵心(8)位于右端蓋(4)的左邊，帶有中心孔的左端蓋(10)位于動鐵心(8)的左邊，其外圓周面與固定外殼(6)的內圓周面之間有密封圈(11)，在左端蓋(10)的中心孔內安裝著軸向軸承(1 ；動鐵心(8)與左端蓋(10)和右端蓋(4)之間留有工作氣隙；在右端蓋(4)的左端面上粘接著環形的右稀土磁鋼(18)，其外徑與繞組(9)的線圈骨架內徑配合，其內徑與動鐵心(8)的外徑之間留有非工作氣隙，在右稀土磁鋼(18)的左端面同軸粘接著右磁軛(17)，其內外徑與右稀土磁鋼(18)相同，在左端蓋(10)的右端面上粘接著環形的左稀土磁鋼(15)，其結構形狀和配合關系與右稀土磁鋼(18)相同，在左稀土磁鋼(15)的右端面同軸粘接著左磁軛(16)，其內外徑與左稀土磁鋼(15)相同，動鐵心(8)位于右稀土磁鋼(18)、右磁軛(17)、左稀土磁鋼(1 和左磁軛(16)的內腔共同構成的圓柱形內腔中，在右磁軛(17)和左磁軛(16)相對的端面之間有密封圈(7)，右稀土磁鋼(18)和左稀土磁鋼(15)的磁場相反；帶有中心孔的壓環(13)位于固定外殼(6)前腔的最左端，鄰接左端蓋(10)的左端面；輸出軸(14)的右段穿在片狀彈簧(3)、右端蓋的中心孔內，通過螺紋和螺母將片狀彈簧⑶和輸出軸(14)牢固連接，與右端蓋⑷的中心孔留有活動間隙，輸出軸(14)的中段穿在動鐵心(8)的中心孔內，通過壓配合或者鍵連接和焊接方式將動鐵心(8)和輸出軸(14)牢固連接為整體，輸出軸(14)的左段穿在左端蓋(10)上的軸向軸承(12)內，其左端頭從壓環(1 的中心孔伸出，動鐵心(8)與左端蓋(10)和右端蓋(4)之間的工作氣隙為球形工作氣隙，具體結構為，動鐵心(8)的左右兩個端面上各有一個向內凹的球形端面，兩側的內凹球形端面對稱，在左端蓋(10)的右端面和右端蓋(4)的左端面上各有一個相互對稱的球形凸起，該球形凸起的形狀與動鐵心(8)的內凹球形端面相同，動鐵心(8)的內凹球形端面與左端蓋(10)和右端蓋的球形凸起之間留有工作氣隙。本發明的優點是本發明力馬達中，把動鐵心和兩端端蓋之間的工作氣隙，設計成球形，很好地解決了減少力馬達輸出特性非線性和提高線圈的電磁力之間的矛盾。
[0016]圖1是本發明力馬達的結構示意圖，1 密封圈，2 后蓋，3 片狀彈，4 右端蓋，5 導磁外殼，6 固定外殼，7 密封圈，8 動鐵心，9 繞組，10 左端蓋，11 密封圈，12 軸向軸承，13 壓環，14 輸出軸，15 左稀土磁鋼，16 左磁軛，17 右磁軛18 右稀土磁鋼。
具體實施方式
下面結合說明書附圖對本發明做進一步詳細說明，請參閱附圖1。本發明的力馬達包括固定外殼6、后蓋2、右端蓋4、左端蓋10、壓環13、導磁外殼5、繞組9、輸出軸14、動鐵心8、片狀彈簧3 ；固定外殼6是一個具有臺階形內腔的臺階圓筒，前腔直徑大且軸向長度長，容納馬達的定子和轉子構件，后腔直徑小且軸向長度短；后蓋2封蓋在固定外殼6后腔的后端，通過螺釘與固定外殼6的后端面連接，在后蓋2和固定外殼6后端之間有密封圈1，固定外殼6的前端口有一個帶有安裝孔的法蘭；[0021]導磁外殼5是一個圓筒件，安裝在固定外殼6的前腔內，與固定外殼6的內徑配合。繞組9是一個繞有線圈的圓筒形骨架，它粘接在導磁外殼5的內腔中，繞組9的引出線通過密封的引線孔從固定外殼6的后端引出；帶有中心孔的右端蓋4安裝在固定外殼6前腔的右端，它的右端面上有一個與中心孔同心的下凹球形窩，該球形窩的右端面和固定外殼6前腔右端的內環形面之間夾著帶有中心孔的片狀彈簧3 ；帶有中心孔的動鐵心8位于右端蓋4的左邊，帶有中心孔的左端蓋10位于動鐵心8的左邊，其外圓周面與固定外殼6的內圓周面之間有密封圈11，在左端蓋10的中心孔內安裝著軸向軸承12;動鐵心8與左端蓋10和右端蓋4之間留有工作氣隙。在右端蓋4的左端面上粘接著環形的右稀土磁鋼18，其外徑與繞組9的線圈骨架內徑配合，其內徑與動鐵心8的外徑之間留有非工作氣隙，在右稀土磁鋼18的左端面同軸粘接著右磁軛17，其內外徑與右稀土磁鋼18相同，在左端蓋10的右端面上粘接著環形的左稀土磁鋼15，其結構形狀和配合關系與右稀土磁鋼18相同，在左稀土磁鋼15的右端面同軸粘接著左磁軛16，其內外徑與左稀土磁鋼15相同，動鐵心8位于右稀土磁鋼18、右磁軛17、左稀土磁鋼15和左磁軛16的內腔共同構成的圓柱形內腔中，在右磁軛17和左磁軛16相對的端面之間有密封圈7，右稀土磁鋼18和左稀土磁鋼15的磁場相反；帶有中心孔的壓環13位于固定外殼6前腔的最左端，鄰接左端蓋10的左端面。輸出軸14的右段穿在片狀彈簧3、右端蓋4的中心孔內，通過螺紋和螺母將片狀彈簧3和輸出軸14牢固連接，與右端蓋4的中心孔留有活動間隙，輸出軸14的中段穿在動鐵心8的中心孔內，通過壓配合或者鍵連接和焊接方式將動鐵心8和輸出軸14牢固連接為整體，輸出軸14的左段穿在左端蓋10上的軸向軸承12內，其左端頭從壓環13的中心孔伸
出ο動鐵心8與左端蓋10和右端蓋4之間的工作氣隙為球形工作氣隙，具體結構為，動鐵心8的左右兩個端面上各有一個向內凹的球形端面，兩側的內凹球形端面對稱，在左端蓋10的右端面和右端蓋4的左端面上各有一個相互對稱的球形凸起，該球形凸起的形狀與動鐵心8的內凹球形面相同，動鐵心8的內凹球形端面與左端蓋10和右端蓋4的球形凸起之間留有工作氣隙。裝在前、右端蓋上的兩個環形稀土磁鋼產生永磁磁場，反向通過動鐵心和兩個端蓋形成的工作氣隙。如果兩個工作氣隙相等，動鐵心停留在中立位置(不穩定平衡點)。控制線圈通過電流以后，產生直流磁通，它以相同的方向流經兩個工作氣隙。這樣，在一個工作氣隙中，永磁磁通和直流磁通相加，在另一個工作氣隙中，兩個磁通相減。磁通相加的工作氣隙，電磁力增加。磁通相減的工作氣隙，電磁力減小。兩個電磁力的矢量和，推動動鐵心向磁通相加一方運動；如果控制線圈通過的電流反向，動鐵心向另一個方向運動。在本力馬達中，采用了大磁能積、大矯頑力的稀土磁鋼。同時，在磁路設計中，保證了磁鋼的工作點接近剩余磁感應強度點。這樣，在磁路中，可以把兩塊稀土磁鋼看成兩個恒流源，在一定范圍內，工作氣隙的變化，基本上不影響磁鋼發出的磁通量。設動鐵心的內、外園直徑保持不變，如果把工作氣隙設計成球狀，氣隙工作面由原來距離為δ的平行平面，變為球頂相距δ的半圓球面，工作氣隙的距離變為不等的氣隙。此時，若力馬達的輸入功率保持不變，根據基本電磁理論，及磁場計算。在電磁力相同的情況下，磁鋼的磁力減小，比例力卻基本保持不變。基本滿足了此類產品的需求。本發明解決減少力馬達輸出特性非線性和提高線圈的電磁力之間矛盾的球型氣隙的力馬達。
權利要求1. 一種用于直接驅動伺服閥的力馬達，包括固定外殼W]、后蓋[2]、右端蓋W]、左端蓋[10]、壓環[13]、導磁外殼[5]、繞組[9]、輸出軸[14]、動鐵心[8]、片狀彈簧[3]；固定外殼[6]是一個具有臺階形內腔的臺階圓筒，前腔直徑大且軸向長度長，容納馬達的定子和轉子構件，后腔直徑小且軸向長度短；后蓋[2]封蓋在固定外殼[6]后腔的后端，通過螺釘與固定外殼W]的后端面連接，在后蓋[2]和固定外殼[6]后端之間有密封圈[1]，固定外殼[6]的前端口有一個帶有安裝孔的法蘭；導磁外殼[5]是一個圓筒件，安裝在固定外殼 [6]的前腔內，與固定外殼[6]的內徑配合；繞組[9]是一個繞有線圈的圓筒形骨架，粘接在導磁外殼[5]的內腔中，繞組[9]的引出線通過密封的引線孔從固定外殼W]的后端引出；帶有中心孔的右端蓋[4]安裝在固定外殼[6]前腔的右端，其右端面上有一個與中心孔同心的下凹球形窩，該球形窩的右端面和固定外殼[6]前腔右端的內環形面之間裝有一片帶有中心孔的片狀彈簧[3]；帶有中心孔并固定在輸出軸[14]上的動鐵心[8]位于右端蓋 [4]的左邊，帶有中心孔的左端蓋[10]位于動鐵心[8]的左邊，其外圓周面與固定外殼[6] 的內圓周面之間有密封圈[11]，在左端蓋[10]的中心孔內安裝著軸向軸承[12]；動鐵心 [8]與左端蓋[10]和右端蓋[4]之間留有工作氣隙；在右端蓋W]的左端面上粘接著環形的右稀土磁鋼[18]，其外徑與繞組[9]的線圈骨架內徑配合，其內徑與動鐵心[8]的外徑之間留有非工作氣隙，在右稀土磁鋼[18]的左端面同軸粘接著右磁軛[17]，其內外徑與右稀土磁鋼[18]相同，在左端蓋[10]的右端面上粘接著環形的左稀土磁鋼[15]，其結構形狀和配合關系與右稀土磁鋼[18]相同，在左稀土磁鋼[15]的右端面同軸粘接著左磁軛[16]， 其內外徑與左稀土磁鋼[15]相同，動鐵心[8]位于右稀土磁鋼[18]、右磁軛[17]、左稀土磁鋼[15]和左磁軛[16]的內腔共同構成的圓柱形內腔中，在右磁軛[17]和左磁軛[16]相對的端面之間有密封圈[7]，右稀土磁鋼[18]和左稀土磁鋼[15]的磁場相反；帶有中心孔的壓環[13]位于固定外殼[6]前腔的最左端，鄰接左端蓋[10]的左端面；輸出軸[14]的右段穿在片狀彈簧[3]、右端蓋W]的中心孔內，通過螺紋和螺母將片狀彈簧[3]和輸出軸 [14]牢固連接，與右端蓋W]的中心孔留有活動間隙，輸出軸[14]的中段穿在動鐵心[8] 的中心孔內，通過壓配合或者鍵連接和焊接方式將動鐵心[8]和輸出軸[14]牢固連接為整體，輸出軸[14]的左段穿在左端蓋[10]上的軸向軸承[12]內，其左端頭從壓環[13]的中心孔伸出，其特征在于動鐵心[8]與左端蓋[10]和右端蓋[4]之間的工作氣隙為球形工作氣隙，具體結構為，動鐵心[8]的左右兩個端面上各有一個向內凹的球形端面，兩側的內凹球形端面對稱，在左端蓋[10]的右端面和右端蓋[4]的左端面上各有一個相互對稱的球形凸起，該球形凸起的形狀與動鐵心[8]的內凹球形端面相同，動鐵心[8]的內凹球形端面與左端蓋[10]和右端蓋W]的球形凸起之間留有工作氣隙。
專利摘要本實用新型涉及一種用于直接驅動伺服閥的力馬達，包括固定外殼(6)、后蓋(2)、右端蓋(4)、左端蓋(10)、壓環(13)、導磁外殼(5)、繞組(9)、輸出軸(14)、動鐵心(8)、片狀彈簧(3)組成，動鐵心(8)與左端蓋(10)和右端蓋(4)之間的工作氣隙為球形工作氣隙。本實用新型解決了減少力馬達輸出特性非線性和提高線圈的電磁力之間的矛盾。
文檔編號H02K41/03GK202334244SQ201120344130
公開日2012年7月11日 申請日期2011年9月8日 優先權日2011年9月8日
發明者劉元度, 畢聯江, 牛艷艷, 酒晨霄 申請人:中國航空工業第六一八研究所