CN101425733A - 电磁永磁复合驱动装置 - Google Patents

Abstract

一种电磁永磁复合驱动开关、冲击机构，包括：永磁移动体、电磁线圈、套筒、上导磁盖、下导磁盖、上力输出杆、下力输出杆，其中：永磁移动体置于由上导磁盖、下导磁盖与套筒固定连接而组成的空间内，永磁移动体也置于电磁线圈内部，上导磁盖、下导磁盖之间的间距大于永磁移动体的长度，永磁移动体的上下两端分别与上力输出杆、下力输出杆固定连接，上力输出杆、下力输出杆分别穿过上导磁盖、下导磁盖中间的通孔，永磁移动体为单一永磁体或永磁铁磁的复合体，永磁铁磁的复合体由永磁体与铁磁体之间固定连接组成。本发明整体机构简单，可以形成无局部振动的瞬间吸合，开合稳定，开合动作快速、精确、不波动，并且开或合位置可以实现断电稳定保持。

Description

电磁永磁复合驱动装置

技术领域

本发明涉及的是一种电磁驱动技术领域的装置，具体是一种电磁永磁复合驱动装置。

背景技术

目前，在驱动技术应用实践中发现非常需要一些体积相对较小，但能够产生大驱动力，并具有断电位置稳定保持等性能的驱动装置。这类装置的应用，如在电力技术领域，真空断路器精确同步开关操作，实现“电压过零导通和电流过零切断”同步动作，对避免高压放电电弧和涌流，避免烧损触头提高真空接触器使用寿命等方面具有重要意义。

经对现有技术文献检索发现，中国专利申请号为200710047397.X，专利名称为“永磁伸缩机构”，该专利采用椭圆形中心永磁体在外磁场激励下发生偏转，致使在磁场方向上导致尺寸变化而产生驱动效果的一种驱动装置。虽然，该装置也采用了电磁、永磁复合磁场进行驱动，驱动效率高，驱动过程容易实现，但是，该驱动装置输出位移始终是电磁力、永磁力与外部弹簧力共同作用下确定的，因此，驱动位移的精确性要受实时励磁电流精度的影响，容易产生位移波动，在断电情况下，驱动位移位置也不能保持。并且，由于弹簧是一种易疲劳件，如果长期使用，如百万次以上的驱动，可能有疲劳失效隐患，影响装置长期运行安全和稳定性。另外，永磁伸缩机构的中心永磁体只能旋转而不能整体移动，所以其驱动位移是伴随中心永磁体的旋转而逐渐形成的，动作瞬时性较差，而且驱动行程也取决于中心永磁体自身尺寸，这些不利于形成瞬间大行程冲击驱动。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提出了一种电磁永磁复合驱动装置，利用电磁控制，实现电磁和永磁复合强磁场驱动，具有毫秒级瞬间准确位移驱动－驱动位置稳定不波动，且具有断电位置保持功能，是一种可以用于真空断路器同步操作的理想驱动装置。同时，该装置的永磁和电磁瞬间复合强磁场驱动性能可以产生瞬间大驱动冲击力，而用于研制类如冲击平台装置，相比现有重力加速度方式冲击平台，所制成装置将具有体积更小，冲击力可根据试件需求进行实时改变和控制的特点。

本发明是通过如下技术方案实现的，本发明包括：永磁移动体、电磁线圈、套筒、上导磁盖、下导磁盖、上力输出杆、下力输出杆，其中：

永磁移动体置于由上导磁盖、下导磁盖与套筒固定连接而组成的空间内，永磁移动体也置于电磁线圈内部，上导磁盖、下导磁盖之间的间距大于永磁移动体的长度，永磁移动体的上下两端分别与上力输出杆、下力输出杆固定连接，上力输出杆、下力输出杆分别穿过上导磁盖、下导磁盖中间的通孔。

所述永磁移动体，为单一永磁体或永磁铁磁的复合体，永磁铁磁的复合体由永磁体与铁磁体之间固定连接组成。

所述永磁铁磁的复合体，其中的永磁体夹于若干铁磁体之间。

所述永磁铁磁的复合体，其中的铁磁体夹于若干永磁体之间。

所述永磁铁磁的复合体，其中的铁磁体外侧套有若干管状永磁体。

所述永磁铁磁的复合体，其中的永磁体外侧套有若干管状铁磁体。

所述套筒，为非导磁刚性框架或导磁刚性外壳体，如为非导磁刚性框架，电磁线圈套于套筒外侧，如为导磁刚性外壳体，电磁线圈置于套筒内侧。

所述上力输出杆、下力输出杆的外端分别设有上垫块、下垫块，上垫块、下垫块均为非导磁材料。

所述上力输出杆与上导磁盖之间设有上轴承，下力输出杆与下导磁盖之间设有下轴承，轴承起到对永磁移动体进行导向和限位，同时确保上力输出杆、下力输出杆和上导磁盖、下导磁盖之间能够相对自由移动。

本发明工作时，对于处于自由初始位置永磁移动体，电磁线圈通电产生电磁力将作用位于线圈中部的永磁移动体，如果电磁场方向与永磁场方向相同，并且强度足够，电磁力“推动”永磁移动体移动，直至永磁移动体外端与上导磁盖或下导磁盖接触停止。由于上力输出杆或下力输出杆与永磁移动体固连，所以上力输出杆或下力输出杆连同上垫块或下垫块随动，移动距离均相同。

此时，如果切断电磁激励，由于移动体为一个永磁体或永磁和铁磁复合体，永磁移动体将将通过自身的永磁场力与上或下导磁盖实现无局部振动的瞬间吸合，从而保持位置不变，即电磁力撤销后，永磁移动体位置会稳定保持，从而完成一个由电磁力驱动，电磁、永磁力复合作用的稳定合(或开)动作。

如果对断电的电磁线圈再通电，并且电流方向与前次相反，电磁线圈通电产生电磁力将作用位于线圈中部的永磁移动体，则此次电磁场方向与永磁场方向相反，当施加足够强度电流时，电磁力将“拉动”永磁移动体与上导磁盖或下导磁盖脱离，并进一步移动，直至永磁移动体外端与下导磁盖或上导磁盖接触停止。由于下力输出杆或上力输出杆与永磁移动体固连，所以下力输出杆或上力输出杆连同下垫块或上垫块随动，移动距离均相同。

此时，如果切断电磁激励，由于移动体为一个永磁体或永磁和铁磁复合体，永磁移动体将将通过自身的永磁场力与下或上导磁盖实现无局部振动瞬间吸合，并同样保持位置不变，即电磁力撤销后，永磁移动体位置将稳定保持，从而完成一个由电磁力驱动，电磁、永磁力复合作用的稳定开(或合)动作。至此，一个由电磁控制，电磁、用磁场复合作用的稳定开合过程得以实现。

对于以上情况，当实施电磁场与永磁场方向是相同的情形，由于两种磁场复合叠加增强效应，可以使激励电流产生更大的开或合力，从而也易于形成高加速度冲击力，使开或合的过程变为一个开火合的冲击过程，使开合机构变成一个冲击机构，实现一次或多次反复冲击动作过程。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明整体机构简单，可以形成无局部振动的瞬间吸合，开合稳定，开合动作快速、精确、不波动，并且开或合位置可以实现断电稳定保持。同时，由于电磁和永磁复合作用，可以实现小电流大驱动力驱动，驱动效率高，容易形成高加速度开合即冲击动作过程；整个机构可以通过电信号对开或合动作及开、合力的大小进行方便控制。本发明可以作为真空断路器同步操作的驱动装置，也可应用于振动、冲击测试平台、定位平台等领域。

附图说明

图1是本发明的实施例1的结构示意图；

图2是本发明的实施例1中机构处于“合”状态的结构示意图；

图3是本发明的实施例1中机构处于“开”状态的结构示意图；

图4是本发明的实施例2的结构示意图；

图5是本发明的实施例2中机构处于“合”状态的结构示意图；

图6是本发明的实施例2中机构处于“开”状态的结构示意图；

图7是本发明的实施例3的结构示意图；

图8是本发明的实施例3中机构处于“合”状态的结构示意图；

图9是本发明中永磁移动体的七种结构示意图；

其中：(a)永磁移动体为单一永磁体，(b)永磁移动体为两永磁体夹于三铁磁体之间，(c)永磁移动体为三铁磁体夹于四永磁体之间，(d)永磁移动体为一铁磁体套于一管状永磁体中间，(e)永磁移动体为一铁磁体套于三管状永磁体中间，(f)永磁移动体为一铁磁体套于两管状永磁体中间，(g)永磁移动体为两铁磁体套于一管状永磁体中间。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1所示，本实施例包括：永磁移动体、电磁线圈2、套筒、上导磁盖4、下导磁盖5、上力输出杆10、下力输出杆11，其中：套筒为非导磁刚性框架3，永磁移动体由一永磁体1夹于两块铁磁体6之间构成，永磁体1与铁磁体6之间固定连接，永磁移动体置于一个由刚性的上导磁盖4、下导磁盖5与非导磁刚性框架3固定连接而组成的空间内，永磁移动体的两端面分别与上力输出杆10、下力输出杆11固定连接，上力输出杆10、下力输出杆11分别由留有中孔的上导磁盖4、下导磁盖5穿出。

所述上力输出杆10、下力输出杆11的外端分别设有非导磁材料制成的上垫块12、下垫块13。

所述上力输出杆10、下力输出杆11与上导磁盖4、下导磁盖5之间分别设有上轴承8、下轴承9，上轴承、下轴承起到对永磁移动体进行导向和限位，同时确保上力输出杆10、下力输出杆11和上导磁盖4、下导磁盖5之间能够相对自由移动。

所述上导磁盖4、下导磁盖5之间的间距L大于永磁移动体的长度l，则永磁移动体最大可移动距离△X为上导磁盖4、下导磁盖5间距与永磁移动体的长度之差，即△X＝L-l。

本实施例工作时，对于处于自由初始位置永磁移动体，电磁线圈2通电产生电磁场15作用在位于线圈中部的永磁移动体，如果电磁场方向与永磁体1磁场16方向相同，并且强度足够，电磁力将推动永磁移动体移动，直至永磁移动体外端与上导磁盖4内侧接触停止。由于上力输出杆10与永磁移动体固连，所以上力输出杆10连同上垫块12随动，移动距离均相同。此时，如果切断电磁激励，由于移动体为永磁体1与两块铁磁体6的复合体，永磁移动体将通过永磁体1的永磁场力与上导磁盖4实现无局部振动的瞬间吸合，从而保持位置不变，即电磁力撤销后，永磁移动体位置会稳定保持，从而完成一个由电磁力驱动，电磁、永磁力复合作用的稳定合动作，如图2。

同理，对断电的电磁线圈2再通电，并且电流方向与前次相反，电磁线圈2通电产生电磁场15将作用位于线圈中部的永磁移动体，此次电磁场16方向与永磁体1永磁场方向相反，当施加足够强度电流时，电磁力将拉动永磁移动体与上导磁盖4脱离，并进一步移动，直至永磁移动体外端与下导磁盖5内侧接触停止。由于下力输出杆11与永磁移动体固连，所以下力输出杆11连同下垫块13随动，移动距离均相同。此时，如果切断电磁激励，由于移动体为永磁体1和铁磁体6的复合体，永磁移动体将通过永磁体1永磁场力与下导磁盖5实现无局部振动瞬间吸合，并同样保持位置不变，即电磁力撤销后，永磁移动体位置将稳定保持，从而完成一个由电磁力驱动，电磁、永磁力复合作用的稳定开动作，如图3。至此，一个由电磁控制，电磁、用磁场复合作用的稳定开合过程得以实现。

对于以上情况，当电磁线圈2施加电磁场15与永磁体1磁场16方向是相同时，由于两种磁场复合叠加增强效应，可以使激励电流产生更大的开或合力，从而也易于形成高加速度冲击力，使开或合的过程变为一个开或合的冲击过程，使开合机构变成一个冲击机构，通过信号控制方便实现一次或多次往复冲击动作过程。

实施例2

如图4所示，本实施例包括：永磁移动体、电磁线圈2、套筒、上导磁盖4、下导磁盖5、上轴承8、上轴承9、上力输出杆10、下力输出杆11、上垫块12、下垫块13，其中：套筒为非导磁刚性框架3，永磁移动体由铁磁体6和永磁体1组成，铁磁体6作为中心体，外侧套有管状永磁体1，永磁体1和铁磁体6之间固定连接，永磁移动体的外端面分别与上力输出杆10、下力输出杆11固定连接，永磁移动体置于一个由刚性的上导磁盖4、下导磁盖5与非导磁刚性框架3固连而组成的空间内，上力输出杆10、下力输出杆11分别由留有中孔的上导磁盖4、下导磁盖5穿出。

所述上导磁盖4、下导磁盖5之间的间距L大于永磁移动体的长度l，最大可移动距离△X为上导磁盖4、下导磁盖5间距与永磁移动体的长度之差，即△X＝L-l。

所述上力输出杆10、下力输出杆11与上导磁盖4、下导磁盖5之间设有上轴承8、下轴承9，起到对永磁移动体进行导向和限位，同时确保上力输出杆10、下力输出杆11和上导磁盖4、下导磁盖5之间能够相对自由移动。

所述上力输出杆10、下力输出杆11的外端分别有非导磁材料制成的上垫块12、下垫块13。

本实施例工作时，对于处于自由初始位置永磁移动体，电磁线圈2通电产生电磁场15将作用位于线圈中部的永磁移动体，如果电磁场方向与永磁体1磁场16方向相同，并且强度足够，电磁力将“推动”永磁移动体移动，直至永磁移动体外端与上导磁盖4内侧接触停止。由于上力输出杆10与永磁移动体固连，所以上力输出杆10连同上垫块12随动，移动距离均相同。此时，如果切断电磁激励，由于移动体为永磁体1与铁磁体14的复合体，永磁移动体将通过永磁体1的永磁场力与上或下导磁盖4或5实现无局部振动的瞬间吸合，从而保持位置不变，即电磁力撤销后，永磁移动体位置会稳定保持，从而完成一个由电磁力驱动，电磁、永磁力复合作用的稳定合动作，如图5。

同理，对断电的电磁线圈2再通电，并且电流方向与前次相反，电磁线圈2通电产生电磁场15将作用位于线圈中部的永磁移动体，此次电磁场15方向与永磁体1永磁场16方向相反，当施加足够强度电流时，电磁力将“拉动”永磁移动体与上导磁盖4脱离，并进一步移动，直至永磁移动体外端与下导磁盖5内侧接触停止。由于下力输出杆11与永磁移动体固连，所以下力输出杆11连同下垫块13随动，移动距离均相同。此时，如果切断电磁激励，由于移动体为永磁体1和铁磁体14的复合体，永磁移动体将通过永磁体1永磁场力与下导磁盖5实现无局部振动瞬间吸合，并同样保持位置不变，即电磁力撤销后，永磁移动体位置将稳定保持，从而完成一个由电磁力驱动，电磁、永磁力复合作用的稳定开动作，如图6。至此，一个由电磁控制，电磁、用磁场复合作用的稳定开合过程得以实现。

对于以上情况，当电磁线圈2施加电磁场15与永磁体1磁场16方向是相同时，由于两种磁场复合叠加增强效应，可以使激励电流产生更大的开或合力，从而也易于形成高加速度冲击力，使开或合的过程变为一个开或合的冲击过程，使开合机构变成一个冲击机构，通过信号控制方便实现一次或多次往复冲击动作过程。

实施例3

如图7所示，本实施例包括：永磁移动体、电磁线圈2、套筒、上导磁盖4、下导磁盖5、上轴承8、下轴承9、上力输出杆10、下力输出杆11，其中：套筒为铁磁性刚性外壳体17，永磁移动体由铁磁体6和永磁体1组成，铁磁体6作为中心体，外侧套有管状永磁体1，永磁体1和铁磁体6之间固定连接，永磁移动体的外端面分别与上力输出杆10、下力输出杆11固连，永磁移动体置于一个由刚性的上导磁盖4、下导磁盖5与刚性的非导磁套筒3固连而组成的空间内，上力输出杆10、下力输出杆11分别由留有中孔的上导磁盖4、下导磁盖5穿出。

所述上导磁盖4、下导磁盖5之间的间距L大于永磁移动体的长度l，最大可移动距离△X为上导磁盖4、下导磁盖5间距与永磁移动体的长度之差，即△X＝L-l。

所述上力输出杆10、下力输出杆11的外端分别有非导磁材料制成的上垫块12、下垫块13。

所述上力输出杆10、下力输出杆11与上导磁盖4、下导磁盖5之间设有上轴承8、下轴承9，起到对永磁移动体进行导向和限位，同时确保上力输出杆10、下力输出杆11和上导磁盖4、下导磁盖5之间能够相对自由移动。

本实施例工作时，开、合动作过程(或冲击动作过程)与实施例2相同，只是本实施例的电磁场18和永磁场19均可通过铁磁性刚性外壳体17形成闭合磁路，如图8所示。此实施例漏磁少，整个机构励磁效率更高。

需要进一步说明的是，永磁移动体的组成方式除了上述三个实施例所述之外，还可以为如下形式：单一永磁体1、永磁体1夹于若干铁磁体6之间、铁磁体6夹于若干永磁体1之间、铁磁体6外侧套有若干管状永磁体1、永磁体1外侧套有若干管状铁磁体6的形式。具体实施时如图9所示，具体如下：

(a)永磁移动体为单一永磁体1，(b)永磁移动体为两永磁体1夹于三铁磁体6之间，(c)永磁移动体为三铁磁体6夹于四永磁体1之间，(d)永磁移动体为一铁磁体6套于一管状永磁体1中间，(e)永磁移动体为一铁磁体6套于三管状永磁体1中间，(f)永磁移动体为一铁磁体6套于两管状永磁体1中间，(g)永磁移动体为两铁磁体6套于一管状永磁体1中间。

Claims (8)

1、一种电磁永磁复合驱动装置，包括：永磁移动体、电磁线圈、套筒、上力输出杆、下力输出杆，其特征在于，还包括：上导磁盖、下导磁盖，其中：永磁移动体置于由上导磁盖、下导磁盖与套筒固定连接而组成的空间内，永磁移动体也置于电磁线圈内部，上导磁盖、下导磁盖之间的间距大于永磁移动体的长度，永磁移动体的上下两端分别与上力输出杆、下力输出杆固定连接，上力输出杆、下力输出杆分别穿过上导磁盖、下导磁盖中间的通孔，永磁移动体为单一永磁体或永磁铁磁的复合体，永磁铁磁的复合体由永磁体与铁磁体之间固定连接组成。

2、根据权利要求1所述的电磁永磁复合驱动装置，其特征是，所述永磁铁磁的复合体，其中的永磁体夹于若干铁磁体之间。

3、根据权利要求1所述的电磁永磁复合驱动装置，其特征是，所述永磁铁磁的复合体，其中的铁磁体夹于若干永磁体之间。

4、根据权利要求1所述的电磁永磁复合驱动装置，其特征是，所述永磁铁磁的复合体，其中的铁磁体外侧套有若干管状永磁体。

5、根据权利要求1所述的电磁永磁复合驱动装置，其特征是，所述永磁铁磁的复合体，其中的永磁体外侧套有若干管状铁磁体。

6、根据权利要求1所述的电磁永磁复合驱动装置，其特征是，所述套筒，为非导磁刚性框架或导磁刚性外壳体，如为非导磁刚性框架，电磁线圈套于套筒外侧，如为导磁刚性外壳体，电磁线圈置于套筒内侧。

7、根据权利要求1所述的电磁永磁复合驱动装置，其特征是，所述上力输出杆、下力输出杆的外端分别设有上垫块、下垫块，上垫块、下垫块均为非导磁材料。

8、根据权利要求1或7所述的电磁永磁复合驱动装置，其特征是，所述上力输出杆与上导磁盖之间设有上轴承，下力输出杆与下导磁盖之间设有下轴承。

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