CN113572334B - 一种具有补偿磁钢的双磁路电磁作动器 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种具有补偿磁钢的双磁路电磁作动器，属于航空航天领域。解决了现有现有电磁作动器体积质量大、推力密度小、推力波动大的问题。它包括定子和动子，所述定子包括定子框架、外磁结构和内磁结构，所述外磁结构包括外磁轭、外磁环、外后补偿磁环、外前补偿磁环和外顺磁轭，所述外磁轭位于定子框架环形槽外壁的径向内侧，所述外磁环位于外磁轭的径向内侧中心位置，所述外后补偿磁环位于外磁环的轴向后端，所述外前补偿磁环位于外磁环的轴向前端，所述外顺磁轭位于外磁环的径向内侧，所述外磁结构通过外锁母固定安装在定子框架上。它主要用于电磁作动器。

Description

一种具有补偿磁钢的双磁路电磁作动器

技术领域

本发明属于航空航天领域，特别是涉及一种具有补偿磁钢的双磁路电磁作动器。

背景技术

多颗卫星协同工作完成复杂太空探索任务已成为当今国际航天领域的一个研究热点，如编队、集群等。尤其是纳星研制周期短、成本低等优势，其构成的集群灵活性高、鲁棒性好，能完成大卫星无法独立完成的或所需成本高昂的任务。

在纳卫星在轨部署任务中，为节约成本，往往需要在一次发射任务中利用部署器存储和在轨道上释放大量的纳卫星。由于纳星轨控能力较弱和携带的燃料有限，面向未来更加复杂的部署任务，期望在弹射分离这些纳卫星时能够通过调整纳卫星的分离速度，使它们彼此自然形成稳定的相对运动。这就需要部署器在特定的时刻针对不同质量的纳卫星实现调速释放。而传统的部署器多采用压缩弹簧，难以实现纳卫星重复精确调节释放速度，尤其无法重复使用，导致成本高效率低。

电磁作动器中利用通电线圈在永磁场中产生电磁力，可用来实现对不同质量的纳卫星重复调速释放。然而当前传统的电磁作动器体积质量大、推力密度小、推力波动大，难以直接用于推动纳卫星实现在轨分离释放。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的问题，提出一种具有补偿磁钢的双磁路电磁作动器。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种具有补偿磁钢的双磁路电磁作动器，它包括定子和动子，所述定子包括定子框架、外磁结构和内磁结构，所述外磁结构包括外磁轭、外磁环、外后补偿磁环、外前补偿磁环和外顺磁轭，所述外磁轭位于定子框架环形槽外壁的径向内侧，所述外磁环位于外磁轭的径向内侧中心位置，所述外后补偿磁环位于外磁环的轴向后端，所述外前补偿磁环位于外磁环的轴向前端，所述外顺磁轭位于外磁环的径向内侧，所述外磁结构通过外锁母固定安装在定子框架上；所述内磁结构包括内磁轭、内主磁环、内后补偿磁环、内前补偿磁环和内顺磁轭，所述内磁轭位于定子框架环形槽内壁的径向外侧，所述内主磁环位于内磁轭的径向外侧中心位置，所述内后补偿磁环位于内主磁环的轴向后端，所述内前补偿磁环位于内主磁环的轴向前端，所述内顺磁轭位于内主磁环的径向外侧，所述内磁结构通过内锁母固定安装在定子框架上；所述动子设置在定子内部。

更进一步的，所述动子包括动子框架和线圈，所述动子框架位于内后补偿磁环、内前补偿磁环和内顺磁轭的径向外侧，所述线圈环绕并固定在动子框架上。

更进一步的，所述动子框架为聚酰亚胺材料。

更进一步的，所述外后补偿磁环、外前补偿磁环、外顺磁轭和内后补偿磁环、内前补偿磁环、内顺磁轭之间存在气隙。

更进一步的，所述外锁母与定子框架之间的螺纹配合固定，所述内锁母与定子框架之间的螺纹配合固定。

更进一步的，所述外磁轭、外顺磁轭、内磁轭和内顺磁轭均采用1J50材料。

更进一步的，所述定子框架和外锁母均为硬铝合金2A12材料。

更进一步的，所述外磁环、外后补偿磁环、外前补偿磁环、外顺磁轭、内主磁环、内后补偿磁环和内前补偿磁环均为衫钴合金硬磁材料。

更进一步的，所述外磁环、外后补偿磁环、外前补偿磁环、内主磁环、内后补偿磁环和内前补偿磁环充磁方向依次为：内N外S、内S外N、内S外N、内N外S、内S外N、内S外N。

更进一步的，所述外磁环、外后补偿磁环、外前补偿磁环、内主磁环、内后补偿磁环和内前补偿磁环充磁方向依次为：内S外N、内N外S、内N外S、内S外N、内N外S、内N外S。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明解决了现有电磁作动器体积质量大、推力密度小、推力波动大的问题。可以更好的满足航天应用需求，通过磁路设计使其具有体积小质量轻、推力密度大且平稳的优点。本发明采用单层磁极构型，有效减小了作动器轴向尺寸，所形成的双永磁分支回路实现了永磁磁通分流，有效缓解了磁轭磁饱和，减小了磁轭厚度；提高了电磁作动器的推力密度和平稳度。本发明具有可重复使用、推力密度大、体积小及质量轻的特点，可实现对不同质量的纳卫星在轨分时调速释放，满足航天应用的实际需求。

与现有技术相比具有以下优点：

1.本发明在单层磁极结构上形成了前后双永磁分支回路，实现了永磁磁通分流，有效缓解了磁轭磁饱和，减少了磁轭厚度，降低了电磁作动器的体积质量；

2.位于前后两端的补偿磁钢增大了前后永磁分支回路中的磁动势增大了气隙磁场强度和推力密度；

附图说明

图1为本发明所述的一种具有补偿磁钢的双磁路电磁作动器径向剖视结构示意图；

图2为本发明所述的定子结构示意图；

图3为本发明所述的动子结构示意图；

图4为本发明所述的动子框架立体结构示意图。

1-定子框架，2-外磁轭，3-外磁环，4A-外后补偿磁环，4B-外前补偿磁环，5-外顺磁轭，6-外锁母，7-内磁轭，8-内主磁环，9A-内后补偿磁环，9B-内前补偿磁环，10-内顺磁轭，11-内锁母，12-动子框架，13-线圈，14-纳卫星。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地阐述。

参见图1-4说明本实施方式，一种具有补偿磁钢的双磁路电磁作动器，它包括定子和动子，定子包括定子框架1、外磁结构和内磁结构，外磁结构包括外磁轭2、外磁环3、外后补偿磁环4A、外前补偿磁环4B和外顺磁轭5，外磁轭2位于定子框架1环形槽外壁的径向内侧，外磁环3位于外磁轭2的径向内侧中心位置，外后补偿磁环4A位于外磁环3的轴向后端，外前补偿磁环4B位于外磁环3的轴向前端，外顺磁轭5位于外磁环3的径向内侧，外磁结构通过外锁母6固定安装在定子框架1上；内磁结构包括内磁轭7、内主磁环8、内后补偿磁环9A、内前补偿磁环9B和内顺磁轭10，内磁轭7位于定子框架1环形槽内壁的径向外侧，内主磁环8位于内磁轭7的径向外侧中心位置，内后补偿磁环9A位于内主磁环8的轴向后端，内前补偿磁环9B位于内主磁环8的轴向前端，内顺磁轭10位于内主磁环8的径向外侧，内磁结构通过内锁母11固定安装在定子框架1上；动子设置在定子内部。

本实施例动子包括动子框架12和线圈13，动子框架12位于内后补偿磁环9A、内前补偿磁环9B和内顺磁轭10的径向外侧，线圈13环绕并固定在动子框架12上，动子框架12为聚酰亚胺材料，外后补偿磁环4A、外前补偿磁环4B、外顺磁轭5和内后补偿磁环9A、内前补偿磁环9B、内顺磁轭10之间存在气隙，外锁母6与定子框架1之间的螺纹配合固定，内锁母11与定子框架1之间的螺纹配合固定，外磁轭2、外顺磁轭5、内磁轭7和内顺磁轭10均采用1J50材料，定子框架1和外锁母6均为硬铝合金2A12材料，外磁环3、外后补偿磁环4A、外前补偿磁环4B、外顺磁轭5、内主磁环8、内后补偿磁环9A和内前补偿磁环9B均为衫钴合金硬磁材料，外磁环3、外后补偿磁环4A、外前补偿磁环4B、内主磁环8、内后补偿磁环9A和内前补偿磁环9B充磁方向依次为：内N外S、内S外N、内S外N、内N外S、内S外N、内S外N或内S外N、内N外S、内N外S、内S外N、内N外S、内N外S。

本实施例的工作原理为：外磁环3、外后补偿磁环4A、外前补偿磁环4B、内主磁环8、内后补偿磁环9A和内前补偿磁环9B产生了前后两条永磁分支回路，缓解了磁轭磁饱和，并在气隙中形成恒定的永磁磁场，通电的线圈在永磁场中产生安培力用来推动纳卫星14分离释放。后永磁分支回路形成原理为：后永磁磁通从外磁环3的N极出发，经过顺磁环、气隙、线圈13、定子框架1和内磁轭7到达内主磁环8的S极，从内主磁环8的N极流出，经过内磁轭7到达内后补偿磁环9A的S极，从内后补偿磁环9A的N极流出，经过气隙、定子框架1和线圈13到达外后补偿磁环4A的S极，从外后补偿磁环4A的N极流出，经过外磁轭2回到外磁环3的S极；前永磁分支回路形成原理为：前永磁磁通从外磁环3的N极出发，经过顺磁环、气隙、线圈13、定子框架1和内磁轭7到达内主磁环8的S极，从内主磁环8的N极流出，经过内磁轭7到达内前补偿磁环9B的S极，从内前补偿磁环9B的N极流出，经过气隙、定子框架1和线圈13到达外前补偿磁环4B的S极，从外前补偿磁环4B的N极流出，经过外磁轭2回到外磁环3的S极。

以上对本发明所提供的一种具有补偿磁钢的双磁路电磁作动器，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种具有补偿磁钢的双磁路电磁作动器，其特征在于：它包括定子和动子，所述定子包括定子框架(1)、外磁结构和内磁结构，所述外磁结构包括外磁轭(2)、外磁环(3)、外后补偿磁环(4A)、外前补偿磁环(4B)和外顺磁轭(5)，所述外磁轭(2)位于定子框架(1)环形槽外壁的径向内侧，所述外磁环(3)位于外磁轭(2)的径向内侧中心位置，所述外后补偿磁环(4A)位于外磁环(3)的轴向后端，所述外前补偿磁环(4B)位于外磁环(3)的轴向前端，所述外顺磁轭(5)位于外磁环(3)的径向内侧，所述外磁结构通过外锁母(6)固定安装在定子框架(1)上；所述内磁结构包括内磁轭(7)、内主磁环(8)、内后补偿磁环(9A)、内前补偿磁环(9B)和内顺磁轭(10)，所述内磁轭(7)位于定子框架(1)环形槽内壁的径向外侧，所述内主磁环(8)位于内磁轭(7)的径向外侧中心位置，所述内后补偿磁环(9A)位于内主磁环(8)的轴向后端，所述内前补偿磁环(9B)位于内主磁环(8)的轴向前端，所述内顺磁轭(10)位于内主磁环(8)的径向外侧，所述内磁结构通过内锁母(11)固定安装在定子框架(1)上；所述动子设置在定子内部，所述外磁环(3)、外后补偿磁环(4A)、外前补偿磁环(4B)、内主磁环(8)、内后补偿磁环(9A)和内前补偿磁环(9B)充磁方向依次为：内N外S、内S外N、内S外N、内N外S、内S外N、内S外N或内S外N、内N外S、内N外S、内S外N、内N外S、内N外S。

2.根据权利要求1所述的一种具有补偿磁钢的双磁路电磁作动器，其特征在于：所述动子包括动子框架(12)和线圈(13)，所述动子框架(12)位于内后补偿磁环(9A)、内前补偿磁环(9B)和内顺磁轭(10)的径向外侧，所述线圈(13)环绕并固定在动子框架(12)上。

3.根据权利要求1所述的一种具有补偿磁钢的双磁路电磁作动器，其特征在于：所述外后补偿磁环(4A)、外前补偿磁环(4B)、外顺磁轭(5)和内后补偿磁环(9A)、内前补偿磁环(9B)、内顺磁轭(10)之间存在气隙。

4.根据权利要求1所述的一种具有补偿磁钢的双磁路电磁作动器，其特征在于：所述外锁母(6)与定子框架(1)之间的螺纹配合固定，所述内锁母(11)与定子框架(1)之间的螺纹配合固定。

5.根据权利要求1所述的一种具有补偿磁钢的双磁路电磁作动器，其特征在于：所述外磁轭(2)、外顺磁轭(5)、内磁轭(7)和内顺磁轭(10)均采用1J50材料。

6.根据权利要求1所述的一种具有补偿磁钢的双磁路电磁作动器，其特征在于：所述外磁环(3)、外后补偿磁环(4A)、外前补偿磁环(4B)、外顺磁轭(5)、内主磁环(8)、内后补偿磁环(9A)和内前补偿磁环(9B)均为衫钴合金硬磁材料。

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