專利名稱：超導型高動態(tài)直接驅動電動作動器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是關于超導型高動態(tài)直接驅動電動作動器，屬于電機領域。
背景技術：
舵機(作動器)系統(tǒng)是導彈飛行控制系統(tǒng)不可缺少的關鍵組成部分，舵機的性能直 接影響著導彈的機動性能。根據動力源的不同，常用的舵機系統(tǒng)可分為氣動舵機、液壓舵 機及電動舵機等。與氣動及液壓舵機相比，電動舵機(EMA)具有結構簡單、加工裝配容易、 線路鋪設、制造維修及改裝方便等特點，且易實現余度控制，可靠性高，因而在導彈、聯合 制導導彈及其他先進飛行器中得到越來越廣泛的應用，已成為各國空軍研究的重要課題 之一。電動舵機的主要構成方式之一是伺服電機+減速器的方式，由于交流伺服電機具有 體積小、質量輕、時間常數小、負載特性好等優(yōu)點，被逐漸應用于電動舵機系統(tǒng)中。
但是目前的電動舵機系統(tǒng)還存在以下問題與液壓舵機系統(tǒng)相比，位置控制頻響 低、動態(tài)特性較差，尤其是大功率系統(tǒng)問題突出。
發(fā)明內容
為了解決現有作動器結構復雜、控制頻響低、動態(tài)特性較差以及不適用于大功率 舵機系統(tǒng)的問題，本發(fā)明提出一種超導型高動態(tài)直接驅動電動作動器。 —種超導型高動態(tài)直接驅動電動作動器由初級、次級和氣隙構成，初級為圓筒形，
次級為圓柱形，次級位于圓筒形的初級內，并且與所述初級同軸，初級與次級之間是均勻的
氣隙；初級包括屏蔽殼體和多個環(huán)形線圈，所述屏蔽殼體是圓筒形，多個環(huán)形線圈沿軸向依
次固定在屏蔽殼體內，多個環(huán)形線圈串聯或并聯組成單相或多相初級繞組；次級包括圓筒
形密閉冷卻器、支撐軸、兩個屏蔽端板和n個超導磁環(huán)，所述圓筒形密閉冷卻器固定在支撐
軸外，并且所述圓筒形密閉冷卻器與支撐軸外表面之間為圓環(huán)形空間，n個超導磁環(huán)沿軸向
排列固定在所述圓環(huán)形空間內的支撐軸上，所述超導磁環(huán)為軸向充磁或徑向充磁，沿軸向
每相鄰兩個超導磁環(huán)的充磁方向相反，兩個屏蔽端板為帶有中心軸孔的圓形板，所述兩個
屏蔽端板均套在支撐軸上，并固定在圓筒形密閉冷卻器的兩端，n為自然數。 本發(fā)明中次級的超導磁環(huán)可以采用超導磁塊材實現，還可以采用超導線圈實現。
當所述超導磁環(huán)采用超導磁塊材實現時，還可以在相鄰的超導磁環(huán)之間設置圓環(huán)形聚磁軛。 本發(fā)明中的屏蔽殼體、屏蔽端板和圓環(huán)形聚磁軛均可以采用高導磁材料制作。
本發(fā)明中的低溫冷卻媒質可為液態(tài)的氮、氦或氖。 本發(fā)明的作動器采用超導體勵磁，產生強磁場，大大提高了作動器的推力密度。本 發(fā)明中的作動器的工作原理類似同步直線電機，使得控制靈活，由該作動器組成的舵機伺 服系統(tǒng)不需要減速機構，可直接驅動負載，具有輸出功率大、動態(tài)特性好、線性度高、頻帶 寬、體積小、重量輕等特點。 本發(fā)明的作動器可以應用于舵機伺服系統(tǒng)中。
圖1是具體實施方式
八所述的超導型高動態(tài)直接驅動電動作動器的結構示意圖。 圖具體實施方式
九所述的超導型高動態(tài)直接驅動電動作動器的結構示意圖。圖3是具體 實施方式七所述的超導型高動態(tài)直接驅動電動作動器的結構示意圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一 本實施方式所述的一種超導型高動態(tài)直接驅動電動作動 器由初級、次級和氣隙構成，初級為圓筒形，次級為圓柱形，次級位于圓筒形的初級內，并且 與所述初級同軸，初級與次級之間是均勻的氣隙；初級包括屏蔽殼體1和多個環(huán)形線圈2， 所述屏蔽殼體1是圓筒形，多個環(huán)形線圈2沿軸向依次固定在屏蔽殼體1內，多個環(huán)形線圈 2串聯或并聯組成單相或多相初級繞組；次級包括圓筒形密閉冷卻器5、支撐軸9、兩個屏蔽 端板8和n個超導磁環(huán)6，所述圓筒形密閉冷卻器5固定在支撐軸9夕卜，并且所述圓筒形密 閉冷卻器5與支撐軸9外表面之間為圓環(huán)形空間，n個超導磁環(huán)6沿軸向排列固定在所述 圓環(huán)形空間內的支撐軸9上，所述超導磁環(huán)6為軸向充磁或徑向充磁，沿軸向每相鄰兩個超 導磁環(huán)6的充磁方向相反，兩個屏蔽端板8為帶有中心軸孔的圓形板，所述兩個屏蔽端板8 均套在支撐軸9上，并固定在圓筒形密閉冷卻器5的兩端。所述n為自然數。
本實施方式所述的作動器采用同步直線電機的工作原理，在次級的外表面設置后 冷卻作用的圓筒形密閉冷卻器5。 本實施方式所述的作動器的控制方法與同步直線電機的控制方法相同，控制靈 活、反應迅速。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一所述的超導型高動態(tài)直接 驅動電動作動器的區(qū)別在于，所述初級還包括線圈固定架，所述線圈固定架固定在屏蔽殼 體l內表面，線圈固定在所述線圈固定架內。 本實施方式增加了用于固定線圈的線圈固定架，更有助于初級線圈的固定。
本實施方式中所述的線圈固定架可以采用下述結構(參見圖1-3所示)由固定圓 筒3和多個環(huán)形隔板4組成，所述多個環(huán)形隔板4沿軸向均勻分布，并且每個環(huán)形隔板4的 外圓周表面均固定在屏蔽殼體1的內表面，所述每個環(huán)形隔板4的內圓周表面與固定圓筒 3的外表面固定連接，每個線圈固定在相鄰兩個環(huán)形隔板4與屏蔽殼體1、固定圓筒3組成 的環(huán)形空間內。
具體實施方式
三 本實施方式與具體實施方式
一所述的超導型高動態(tài)直接
驅動電動作動器的區(qū)別在于所述圓筒形密閉冷卻器5內充有低溫冷卻媒質。 本實施方式中所述的低溫冷卻媒質可以采用液態(tài)的氮、氦或氖。
具體實施方式
四 本實施方式與具體實施方式
一所述的超導型高動態(tài)直接
驅動電動作動器的區(qū)別在于，次級還包括磁環(huán)固定架7，所述n個環(huán)形超導磁環(huán)6通過磁環(huán)
固定架7固定在支撐軸9上。 本實施方式所述的磁環(huán)固定架7位圓筒形，所述圓筒形的磁環(huán)固定架7套在n個 環(huán)形超導磁環(huán)6外側。
具體實施方式
五 本實施方式與具體實施方式
一所述的超導型高動態(tài)直接 驅動電動作動器的區(qū)別在于，屏蔽殼體1和屏蔽端板8由高導磁材料構成。
具體實施方式
六 實施方式與具體實施方式
一所述的超導型高動態(tài)直接驅 動電動作動器的區(qū)別在于，該作動器為動初級結構。
具體實施方式
七 實施方式與具體實施方式
一至六任意實施方式所述的超 導型高動態(tài)直接驅動電動作動器的區(qū)別在于，所述超導磁環(huán)6是環(huán)形超導線圈，n個環(huán)形超 導線圈11的繞向相反，n個環(huán)形超導線圈依次串聯連接。 參見圖3，表示本實施方式所描述的電動作動器的結構示意圖，本實施方式中采用 環(huán)形超導線圈11來實現超導磁環(huán)6，即采用超導材料繞制成線圈，并通過在所述線圈中施 加電流，使所述線圈產生磁場。本實施方式中次級產生磁場的強度可以通過控制環(huán)形超導 線圈11中的電流進行調整。
具體實施方式
八 實施方式與具體實施方式
一至六任意實施方式所述的超 導型高動態(tài)直接驅動電動作動器的區(qū)別在于，每個超導磁環(huán)6由若干個超導磁體塊材組 成。 參見圖l，表示本實施方式所描述的電動作動器的結構示意圖，本實施方式中采用 超導磁體塊材實現超導磁環(huán)6。
具體實施方式
九 實施方式與具體實施方式
八所述的超導型高動態(tài)直接驅 動電動作動器的區(qū)別在于，次級還包括n+l個圓環(huán)形聚磁軛10，所述n+l個圓環(huán)形聚磁軛 10與n個環(huán)形超導磁環(huán)6相間設置。 參見圖2所示，本實施方式在相鄰超導磁環(huán)6之間增加了圓環(huán)形聚磁軛10，在保證 磁場強度的前提下，減少了超導體塊材的使用量
本實施方式中的圓環(huán)形聚磁軛io可以采用高導磁材料構成。 本發(fā)明所述的作動器的結構不局限于上述各具體實施方式
所描述的結構，還可以 是上述各實施方式所記載的技術特征的合理組合后獲得的技術方案。
權利要求
一種超導型高動態(tài)直接驅動電動作動器，其特征在于它由初級、次級和氣隙構成，初級為圓筒形，次級為圓柱形，次級位于圓筒形的初級內，并且與所述初級同軸，初級與次級之間是均勻的氣隙；初級包括屏蔽殼體(1)和多個環(huán)形線圈(2)，所述屏蔽殼體(1)是圓筒形，多個環(huán)形線圈(2)沿軸向依次固定在屏蔽殼體(1)內，多個環(huán)形線圈(2)串聯或并聯組成單相或多相初級繞組；次級包括圓筒形密閉冷卻器(5)、支撐軸(9)、兩個屏蔽端板(8)和n個超導磁環(huán)(6)，所述圓筒形密閉冷卻器(5)固定在支撐軸(9)外，并且所述圓筒形密閉冷卻器(5)與支撐軸(9)外表面之間為圓環(huán)形空間，n個超導磁環(huán)(6)沿軸向排列固定在所述圓環(huán)形空間內的支撐軸(9)上，所述超導磁環(huán)(6)為軸向充磁或徑向充磁，沿軸向每相鄰兩個超導磁環(huán)(6)的充磁方向相反，兩個屏蔽端板(8)為帶有中心軸孔的圓形板，所述兩個屏蔽端板(8)均套在支撐軸(9)上，并固定在圓筒形密閉冷卻器(5)的兩端，n為自然數。
2. 根據權利要求1所述的超導型高動態(tài)直接驅動電動作動器，其特征在于所述初級還 包括線圈固定架，所述線圈固定架固定在屏蔽殼體(l)內表面，線圈固定在所述線圈固定架 內。
3. 根據權利要求2所述的超導型高動態(tài)直接驅動電動作動器，其特征在于所述線圈固 定架由固定圓筒(3)和多個環(huán)形隔板(4)組成，所述多個環(huán)形隔板(4)沿軸向均勻分布，并 且每個環(huán)形隔板(4)的外圓周表面均固定在屏蔽殼體(1)的內表面，所述每個環(huán)形隔板(4) 的內圓周表面與固定圓筒(3)的外表面固定連接，每個線圈固定在相鄰兩個環(huán)形隔板(4) 與屏蔽殼體(1)、固定圓筒(3)組成的環(huán)形空間內。
4. 根據權利要求1所述的超導型高動態(tài)直接驅動電動作動器，其特征在于所述圓筒形 密閉冷卻器(5)內充有低溫冷卻媒質。
5. 根據權利要求1所述的超導型高動態(tài)直接驅動電動作動器，其特征在于次級還包括 磁環(huán)固定架(7 )，所述n個環(huán)形超導磁環(huán)(6 )通過磁環(huán)固定架(7 )固定在支撐軸(9 )上。
6. 根據權利要求1所述的超導型高動態(tài)直接驅動電動作動器，其特征在于屏蔽殼體 (1)和屏蔽端板(8)采用高導磁材料制作。
7. 根據權利要求1所述的超導型高動態(tài)直接驅動電動作動器，其特征在于該作動器為 動初級結構。
8. 根據權利要求1至7任意一個權利要求所述的超導型高動態(tài)直接驅動電動作動器， 其特征在于所述超導磁環(huán)(6 )是環(huán)形超導線圈，每相鄰兩個環(huán)形超導線圈(11)的繞向均相 反，n個環(huán)形超導線圈(11)依次串聯連接。
9. 根據權利要求1至7任意一個權利要求所述的超導型高動態(tài)直接驅動電動作動器， 其特征在于每個超導磁環(huán)(6)由若干個超導磁體塊材組成。
10. 根據權利要求9所述的超導型高動態(tài)直接驅動電動作動器，其特征在于次級還包 括n+l個圓環(huán)形聚磁軛(10)，所述n+l個圓環(huán)形聚磁軛(10)與n個超導磁環(huán)(6)相間設置。
全文摘要
超導型高動態(tài)直接驅動電動作動器，屬于電機技術領域。本發(fā)明解決了現有作動器結構復雜、控制頻響低、動態(tài)特性較差以及不適用于大功率舵機系統(tǒng)的問題。本發(fā)明由初級、次級和氣隙構成，初級的環(huán)形線圈固定在圓筒形的屏蔽殼體內，多個環(huán)形線圈串聯或并聯組成單相或多相初級繞組；次級的超導磁環(huán)固定在圓筒形密閉冷卻器和支撐軸組成的圓環(huán)形空間內，兩個屏蔽端板固定在圓筒形密閉冷卻器的兩端，圓筒形密閉冷卻器內充有低溫冷卻媒質。所述次級的超導磁環(huán)采用超導磁塊材或者超導線圈實現，所述低溫冷卻媒質為液態(tài)的氮、氦或氖。本發(fā)明不需要減速機構，并采用超導體勵磁產生強磁場，提高了作動器的推力密度，可廣泛應用于舵機伺服系統(tǒng)中。
文檔編號H02K55/00GK101795050SQ20101013683
公開日2010年8月4日 申請日期2010年3月31日 優(yōu)先權日2010年3月31日
發(fā)明者寇寶泉, 王春明, 黃玉平 申請人:哈爾濱工業(yè)大學