专利名称：耐高压低惯量直动式电-机械转换器的制作方法
技术领域：
本发明属于流体传动及控制领域中电液数字阀用的电能-机械能 转换机构，尤其涉及一种耐高压低惯量直动式电-机械转换器。
背景技术：
阀用电-机械转换器按照衔铁工作腔是否有油液进入可以分为干 式和湿式两种，后者与前者相比，由于其结构上的耐高压特性而允许 衔铁工作时可以浸在油液中，从而具有散热好，摩擦小，换向和复位 时冲击噪声小，工作平稳和寿命长的优点，因此应用日益广泛。
常规的电液数字阀用电-机械转换器为按照交流伺服方式控制的 混合式步进电机，其控制线圈与转子工作腔之间并无密封耐高压结构， 油液一旦进入工作腔，控制线圈将直接浸在油液中从而导致电机的损
坏，因而无法在湿式状态下工作；另外，为了实现从步进电机的旋转 运动到数字阀阀芯直线运动的转换，必须在电机和液压阀阀体之间增 加丝杠或凸轮等机械转换环节，而机械转换环节的存在带来了一系列 的间隙、摩擦和磨损问题，导致控制上未知的死区和零点漂移；再者， 常规的混合式步进电机的转子为实心硅钢片叠压而成，其转动惯量大， 响应速度较慢，从而限制了阀以至整个电液伺服系统的频宽，因而对 于需要快速动态响应的使用场合，并不适用.
发明内容
为了克服已有电液数字阀用电-机械转换器的无密封耐高压结构、 无法在湿式状态下工作以及存在机械转换环节的不足，本发明提供一种可直接和数字阀阀芯相连、具有良好的耐高压特性、适应湿式状态 下工作的耐高压低惯量直动式电-机械转换器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是
一种耐高压低惯量直动式电-机械转换器，包括轭铁部件、衔铁部 件、前端盖和后端盖，所述轭铁部件位于衔铁部件的外侧，所述衔铁 部件包括衔铁和推杆，衔铁安装在推杆上，所述推杆的一端安装在前 端盖上，所述轭铁部件包括第一轭铁、第二轭铁、第三轭铁、第四轭 铁、第一隔磁环、第二隔磁环、第一控制线圈、第二控制线圈和永磁 体，所述第一轭铁、第二轭铁、第三轭铁、第四轭铁均呈半开口状， 所述第一轭铁、第二轭铁、第三轭铁、第四轭铁均布置在衔铁外圈， 所述第一轭铁和第二轭铁的开口相对并形成第一空腔，第一隔磁环位 于所述第一空腔内，所述第一控制线圈环绕在第一隔磁环上组成电流 励磁的一相；所述第三轭铁和第四轭铁的开口相对并形成第二空腔， 所述第二隔磁环位于所述第二空腔内，所述第二控制线圈环绕在第二 隔磁环上组成电流励磁的另一相；所述永磁体位于所述第二轭铁和第 三轭铁之间且被轴向磁化成N极和S极；所述第一轭铁、第二轭铁、 第三轭铁、第四轭铁的内圆周面均开有轴向均匀分布的多个小齿，其
齿宽和槽宽相等，且四个轭铁的齿数相同；第一轭铁和第二轭铁之间
的距离和第三轭铁和第四轭铁之间的距离相等，且第一轭铁和第二轭
铁之间的距离为齿距的整数倍；永磁体的轴向尺寸为齿距的(K-1/4) 倍，K为任意正整数；所述衔铁的外圆周面上开有轴向均匀分布的多 个小齿，齿宽等于槽宽，其齿距要求和轭铁的齿距相等；所述第一隔 磁环与所述第一轭铁、第二轭铁均密封连接；所述第二隔磁环与所述第三轭铁、第四轭铁均密封连接，所述第一轭铁的侧壁与所述后端盖 密封连接，所述第四轭铁的侧壁与所述前端盖密封连接。
作为优选的一种方案，所述第一隔磁环的内面开有第一环形凹槽 和第二环形凹槽，所述第一环形凹槽内装密封圈并与第一轭铁接触；
所述第二环形凹槽内装密封圈并与第二轭铁接触；所述第二隔磁环的
内面开有第三环形凹槽和第四环形凹槽，所述第三环形凹槽内装密封
圈并与第三轭铁接触；所述第四环形凹槽内装密封圈并与第四轭铁接 触；所述第二轭铁的侧壁开有第五环形凹槽，所述第三轭铁的侧壁开 有第六环形凹槽，所述第五环形凹槽内装密封圈并与所述永磁体的侧 壁接触，所述第六环形凹槽内装密封圈并与所述永磁体的另一侧壁接 触；所述前端盖内壁开有第七环形凹槽，所述后端盖的内壁开有第八 环形凹槽，所述第七环形凹槽内装密封圈并与所述第四轭铁接触，所 述第八环形凹槽内装密封圈并与所述第一轭铁接触。
进一步，所述的推杆通过直线轴承支撑在前端盖中。
再进一步，所述的衔铁为空心杯形状。
所述的前端盖、后端盖、第一隔磁环、第二隔磁环和推杆均为不 导磁材料制成的非导磁体；所述第一轭铁、第二轭铁、第三轭铁、第 四轭铁和空心杯衔铁均为软磁材料制成的导磁体。
本发明的有益效果主要表现在1、采用了简单可靠的耐高压结构， 使得系统具备在湿式状态下工作的能力；2、取消了机械转换环节，电 -机械转换器可直接和阀芯相连，避免了由于机械转换环节的间隙、摩 擦和磨损而带来的控制误差；3、衔铁运动惯量小，频响高，响应速度 快，动态性能好；4、换向和复位时冲击和噪声小，工作稳定；5、控制线圈温升低，系统寿命长；6、运动零部件摩擦小，润滑性能好，有
利于长期保持精度。
图1为本发明的结构原理示意图。
图2为本发明的结构尺寸示意图。 图3a， 3b， 3c， 3d和3e为本发明的工作原理示意图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图l 图3e， 一种耐高压低惯量直动式电-机械转换器，包括 轭铁部件、衔铁部件、前端盖16和后端盖1，所述轭铁部件位于衔铁 部件的外侧，所述衔铁部件包括空心杯形状的衔铁4和可与阀芯直接 连接的推杆5，空心杯衔铁4安装在推杆5上，所述推杆5的一端通 过直线轴承17支撑在前端盖16上，所述轭铁部件包括第一轭铁2、 第二轭铁10、第三轭铁12、第四轭铁14、第一隔磁环7、第二隔磁环 20、第一控制线圈8、第二控制线圈13和永磁体11，所述第一轭铁2、 第二轭铁IO、第三轭铁12、第四轭铁14均呈半开口状，所述第一轭 铁2、第二轭铁10、第三轭铁12、第四轭铁14均布置在衔铁外圈， 所述第一轭铁2和第二轭铁10的开口相对并形成第一空腔，第一隔磁 环7位于所述第一空腔内，所述第一控制线圈8环绕在第一隔磁环7 上组成电流励磁的一相；所述第三轭铁12和第四轭铁14的开口相对 并形成第二空腔，所述第二隔磁环20位于所述第二空腔内，所述第二 控制线圈13环绕在第二隔磁环20上组成电流励磁的另一相；所述永 磁体11位于所述第二轭铁10和第三轭铁12之间且被轴向磁化成N极和S极；所述第一轭铁2、第二轭铁10、第三轭铁12、第四轭铁 14的内圆周面均开有轴向均匀分布的多个小齿，其齿宽和槽宽相等，
且四个轭铁的齿数相同；为实现连续运动，第一轭铁2和第二轭铁10 之间的距离、第三轭铁12和第四轭铁14之间的距离SK必须相等，且 要求为齿距Pt的整数倍；永磁体11的轴向尺寸GK要求为齿距Pt的 (K-1/4)倍，K为任意正整数；所述第一隔磁环7与所述第一轭铁2、 第二轭铁10均密封连接；所述第二隔磁环20与所述第三轭铁12、第 四轭铁14均密封连接，所述第一轭铁2的侧壁与所述后端盖1密封连 接，所述第四轭铁14的侧壁与所述前端盖16密封连接。
所述第一隔磁环7的内面开有第一环形凹槽和第二环形凹槽，所 述第一环形凹槽内装密封圈并与第一轭铁2接触；所述第二环形凹槽 内装密封圈并与第二轭铁IO接触；所述第二隔磁环20的内面开有第 三环形凹槽和第四环形凹槽，所述第三环形凹槽内装密封圈并与第三 轭铁12接触；所述第四环形凹槽内装密封圈并与第四轭铁14接触； 所述第二轭铁10的侧壁开有第五环形凹槽，所述第三轭铁12的侧壁
开有第六环形凹槽，所述第五环形凹槽内装密封圈并与所述永磁体11 的侧壁接触，所述第六环形凹槽内装密封圈并与所述永磁体11的另一
侧壁接触；所述前端盖16内壁开有第七环形凹槽，所述后端盖1的内 壁开有第八环形凹槽，所述第七环形凹槽内装密封圈并与所述第四轭 铁14接触，所述第八环形凹槽内装密封圈并与所述第一轭铁2接触。
本实施例以电-机械转换器每个轭铁上均匀分布3个齿、衔铁上均 匀分布15个齿的结构为例，结合附图对本发明作进一步说明。
如图1和图2所示，本发明包括第一轭铁2、第二轭铁IO、第三轭铁12、第四轭铁14、第一隔磁环7、第二隔磁环20、第一控制线圈 8、第二控制线圈13、永磁体ll、空心杯衔铁4、推杆5、前端盖16、 后端盖1和密封圈9、 3、 6、 22、 21、 19、 18、 15;第一轭铁2和第 二轭铁10的开口相对并形成第一空腔，内置第一隔磁环7，第一控制 线圈8环绕在第一隔磁环7上组成电流励磁的一相，第三轭铁12和第 第四轭铁14的开口相对并形成第二空腔，内置第二隔磁环20，第二 控制线圈13环绕在第二隔磁环20上组成电流励磁的另一相，永磁体 11被放置在第二轭铁IO和第三轭铁12的中间且被轴向磁化成N极和 S级。
当有油液进入衔铁工作腔时，第二轭铁10和第三轭铁12的外侧 各开有一个环形凹槽用来放置第五密封圈22、第六密封圈21，前端盖 16和后端盖1的内侧各开有一个环形凹槽用来放置第七密封圈15、第 八密封圈9，以防止油液从电-机械转换器零部件之间的配合间隙中泄 漏出来；第一隔磁环7、第二隔磁环20内孔各开有一对左右均布的环 形凹槽，用来放置第一密封圈3、第二密封圈6、第三密封圈19、第 四密封圈18，使得控制线圈8、 13与充满油液的衔铁工作腔相隔离； 上述的耐高压结构简单可靠，容易实现，从而使得系统具有了在湿式 状态下工作的能力。
第一轭铁2、第二轭铁10、第三轭铁12、第四轭铁14的内圆周 面均开有轴向均匀分布的小齿，其齿宽和槽宽相等，且四个轭铁的齿 数相同；如果不受机械加工的限制，齿数越多，电-机械转换器的响应 速度越高，动态性能越好，非线性误差越小，其多极式分级控制的特 性越明显。
为取得高的动态响应，设计了空心杯形状的衔铁4与推杆5相配合，其外圆周面上开有轴向均匀分布的、齿宽和槽宽相等的转子齿，
其齿距要求和轭铁的齿距相等，均为Pt;整个衔铁部件通过直线轴承 17支撑在前端盖16中，可绕中心轴线转动。
为满足永磁极化磁通和电流控制磁通的要求，前端盖16、后端盖 1、第一隔磁环7、第二隔磁环20和推杆5均为非导磁材料制成的非 导磁体，第一轭铁2、第二轭铁IO、第三轭铁12、第四轭铁14和空 心杯衔铁4均为软磁材料制成的良导磁体；为加强散热，降低第一控 制线圈8、第二控制线圈13的温升，第一隔磁环7、第二隔磁环20 的材料还应有良好的导热性能。
如图2所示，为实现电-机械转换器的连续运动，第一轭铁2和第 二轭铁10之间的距离、第三轭铁12和第四轭铁14之间的距离必须相 等，以Sk来表示该距离，Sk必须为齿距Pt的整数倍，从而可保证第 一轭铁2的齿和衔铁的齿对齐时，第二轭铁10的齿中心正好对着衔铁 齿槽的中心；永磁体11的轴向尺寸GK要求保持为齿距Pt的(K-1/4) 倍，K为任意正整数，从而保证第一轭铁2的齿和衔铁的齿对齐时， 第三轭铁12和第四轭铁14的齿中心分别都正好处在衔铁齿中心和槽 中心之间，为电-机械转换器下一步运动做好位置准备。
本实施例的工作原理如图3a所示，第一轭铁2、第二轭铁IO、 第三轭铁12、第四轭铁14分别和空心杯衔铁4形成四段有效工作气 隙；以各极下磁力线分布的疏密程度来表示所受磁力的大小，当第二 控制线圈13、第一控制线圈8不通电流的时候，各极下工作气隙内只 有永磁体产生的极化磁场，此时整个永磁磁路的总磁导与转子位置无 关，电-机械转换器不产生推力；令图3a所示的衔铁位置为初始位置， 当第二控制线圈13、第一控制线圈8通入如图3b所示②方向(沿纸面向里)的电流时，电流控制磁场与永磁极化磁场在各极下的工作气 隙中相互叠加，其中第二轭铁10和第三轭铁12下控制磁场与永磁极
化磁场方向相同，磁场强度相互叠加而增强；第一轭铁2和第四轭铁 14下电流磁场与永磁极化磁场方向相反，磁场强度相互抵消而减弱， 空心杯衔铁4受到向右的推力移动l/4个齿距而处于图3b所示的位置， 此时整个磁路磁导达到最大，衔铁处于稳定平衡位置；当第二控制线 圈13通入〇方向(沿纸面向外)的电流而第一控制线圈8的电流方向 不变时，第二轭铁10和第四轭铁14下磁场强度相互叠加而增强；第 一轭铁2和第三轭铁12下磁场强度相互抵消而减弱，空心杯衔铁4 继续受到向右的推力移动1/4个齿距而处于图3c所示的位置，此时整 个磁路磁导达到最大，衔铁处于稳定平衡位置；同理当第二控制线圈 13和第一控制线圈8都通入0方向的电流时，第一轭铁2和第四轭铁 14下磁场强度相互叠加而增强，第二轭铁10和第三轭铁12下磁场强 度相互抵消而减弱，空心杯衔铁4受到向右的推力再移动1/4个齿距 而处于图3d所示的位置；当第二控制线圈13通入②方向电流而第一 控制线圈8通入0方向电流时，第一轭铁2和第三轭铁12下磁场强度 相互叠加而增强，第二轭铁10和第四轭铁14下磁场强度相互抵消而 减弱，空心杯衔铁4受到向右的推力移动1/4个齿距而处于图3e所示 的位置。比较图3a和图3e可以看到，在电流控制磁场和永磁极化磁 场的差动叠加下，每经过四种通电方式变化，衔铁就会移过一个齿距。 重复上述通电方式，衔铁就会以1/4齿距的步距向右连续步进运动下 去；改变通电方式，也可以实现衔铁的反方向运动；倘若两个控制线 圈同时通入相位差为90度的正弦波电流，则可实现衔铁的平滑均匀的 连续运动。上述具体实施方式
用来解释本发明，而不是对本发明进行限制， 在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改 和改变，都落入本发明的保护范围。
权利要求
1、一种耐高压低惯量直动式电-机械转换器，包括轭铁部件、衔铁部件、前端盖和后端盖，所述轭铁部件位于衔铁部件的外侧，所述衔铁部件包括衔铁和推杆，衔铁安装在推杆上，所述推杆的一端安装在前端盖上，其特征在于所述轭铁部件包括第一轭铁、第二轭铁、第三轭铁、第四轭铁、第一隔磁环、第二隔磁环、第一控制线圈、第二控制线圈和永磁体，所述第一轭铁、第二轭铁、第三轭铁、第四轭铁均呈半开口状，所述第一轭铁、第二轭铁、第三轭铁、第四轭铁均布置在衔铁外圈，所述第一轭铁和第二轭铁的开口相对并形成第一空腔，第一隔磁环位于所述第一空腔内，所述第一控制线圈环绕在第一隔磁环上组成电流励磁的一相；所述第三轭铁和第四轭铁的开口相对并形成第二空腔，所述第二隔磁环位于所述第二空腔内，所述第二控制线圈环绕在第二隔磁环上组成电流励磁的另一相；所述永磁体位于所述第二轭铁和第三轭铁之间且被轴向磁化成N极和S极；所述第一轭铁、第二轭铁、第三轭铁、第四轭铁的内圆周面均开有轴向均匀分布的多个小齿，其齿宽和槽宽相等，且四个轭铁的齿数相同；第一轭铁和第二轭铁之间的距离和第三轭铁和第四轭铁之间的距离相等，且第一轭铁和第二轭铁之间的距离为齿距的整数倍；永磁体的轴向尺寸为齿距的(K-1/4)倍，K为任意正整数；所述衔铁的外圆周面上开有轴向均匀分布的多个小齿，齿宽等于槽宽，其齿距要求和轭铁的齿距相等；所述第一隔磁环与所述第一轭铁、第二轭铁均密封连接；所述第二隔磁环与所述第三轭铁、第四轭铁均密封连接，所述第一轭铁的侧壁与所述后端盖密封连接，所述第四轭铁的侧壁与所述前端盖密封连接。
2、 如权利要求1所述的耐高压低惯量直动式电-机械转换器，其特征 在于所述第一隔磁环的内面开有第一环形凹槽和第二环形凹槽，所 述第一环形凹槽内装密封圈并与第一轭铁接触；所述第二环形凹槽内 装密封圈并与第二轭铁接触；所述第二隔磁环的内面开有第三环形凹 槽和第四环形凹槽，所述第三环形凹槽内装密封圈并与第三轭铁接触； 所述第四环形凹槽内装密封圈并与第四轭铁接触；所述第二轭铁的侧 壁开有第五环形凹槽，所述第三轭铁的侧壁开有第六环形凹槽，所述 第五环形凹槽内装密封圈并与所述永磁体的侧壁接触，所述第六环形 凹槽内装密封圈并与所述永磁体的另一侧壁接触；所述前端盖内壁开 有第七环形凹槽，所述后端盖的内壁开有第八环形凹槽，所述第七环 形凹槽内装密封圈并与所述第四轭铁接触，所述第八环形凹槽内装密 封圈并与所述第一轭铁接触。
3、 如权利要求1或2所述的耐高压低惯量直动式电-机械转换器，其 特征在于所述的推杆通过直线轴承支撑在前端盖中。
4、 如权利要求3所述的耐高压低惯量直动式电-机械转换器，其特征 在于所述的衔铁为空心杯形状。
5、 如权利要求3所述的耐高压低惯量直动式电-机械转换器，其特征 在于所述的前端盖、后端盖、第一隔磁环、第二隔磁环和推杆均为 不导磁材料制成的非导磁体；所述第一轭铁、第二轭铁、第三轭铁、 第四轭铁和空心杯衔铁均为软磁材料制成的导磁体。
全文摘要
一种耐高压低惯量直动式电-机械转换器，包括轭铁部件、衔铁部件、前端盖和后端盖，第一轭铁、第二轭铁、第三轭铁、第四轭铁均呈半开口状，且均布置在衔铁外圈，第一轭铁和第二轭铁的开口相对并形成第一空腔，第一隔磁环位于所述第一空腔内，第一控制线圈环绕在第一隔磁环上；第三轭铁和第四轭铁的开口相对并形成第二空腔，第二隔磁环位于所述第二空腔内，第二控制线圈环绕在第二隔磁环上；永磁体位于第二轭铁和第三轭铁之间；各个隔磁环与轭铁的连接处、以及第一轭铁的侧壁与后端盖、第四轭铁的侧壁与前端盖均密封连接。本发明可直接和数字阀阀芯相连、具有良好的耐高压特性、适应湿式状态下工作。
文档编号H02K37/24GK101527492SQ20091009709
公开日2009年9月9日 申请日期2009年4月1日 优先权日2009年4月1日
发明者彬 孟, 彤 邢, 健 阮, 鲁立中 申请人:浙江工业大学