CN101834509A - 一种新型电磁驱动器及其应用 - Google Patents
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Abstract
一种新型电磁驱动器,包括绝缘材料制作的线圈架和绕制其上的线圈,线圈架内腔里固装有软磁纯铁制作的铁芯,铁芯中心孔内套有非导磁材料制作轴杆,轴杆两端分别固装有两块永磁铁,两块永磁铁的磁极分布相反,一块为轴向SN分布,另一块则为轴向NS分布。本发明广泛应用于智能电器和作直线式往复运动的自动控制机械装置,特点是结构简单、可控性强、反应速度快、适用频率广、运行平稳、可靠性高、高效节能、制造和使用成本低。
Description
技术领域
一种机电领域用的自动驱动装置,广泛应用于智能电器和作直线式往复运动的自动控制机械,属于自动控制机电产品。
背景技术
随着社会的发展和进步,控制电器的智能化被提到了议事日程上来了。目前已有很多单位和个人在大力开发,但都未能取得突破性进展,特别是智能化技术的核心部件驱动器,未能取得突破。作为智能技术的核心部件驱动器,必须考虑其通用性、实用性、可操作性以及极佳的工作性能,这给开发和设计提出了苛刻的要求,使得新一代智能电器的开发进展缓慢,迟迟未能研发出有突破性的新一代智能电器来。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型电磁驱动器,做到工作性能良好,具有通用性、实用性,可作为智能化技术的核心部件。
本发明包括由绝缘材料制作的线圈架和绕制其上的线圈,改进之处是线圈架内腔里固装有软磁纯铁制作的铁芯,铁芯中心孔内套有非导磁材料制作的轴杆,轴杆两端分别固装有I号永磁铁和II号永磁铁,两块永磁铁的磁极分布相反,一个为轴向SN分布,另一个则为轴向NS分布。
为了讲述工作原理方便,我们假设上述驱动器横向放置,即线圈架、铁芯和轴杆的轴线为水平方向,I号永磁铁位于轴杆左端,暂称为左永磁铁,II号永磁铁位于轴杆右端,暂称为右永磁铁。
驱动原理如下:线圈未充电前,左永磁铁或右永磁铁靠近铁芯的一端会自动吸上铁芯。只要磁吸力足够大,就可以固定住轴杆及另一端永磁铁。当线圈上端接入电源正极、下端接入电源负极,向其充入脉冲直流电流时,线圈迅速建立电磁场,磁场方向遵循右手螺旋定则,左端为n极,右端为s极,并使线圈磁场强度大于永磁铁磁场强度。位于线圈内部的铁芯是软磁铁,具有很小的矫顽力,也被磁化跟着建立起和线圈同为ns极性的磁场,而永磁铁的磁极是固定的,左永磁铁磁极为轴向SN极分布,右永磁铁磁极为轴向NS极分布,两磁铁轴向对应面为相同磁性N。在左永磁铁与铁芯的接触面上,它们同为N极,根据磁铁同性相斥、异性相吸的原理可知,铁芯和左永磁铁是相互排斥的,而铁芯是固定在线圈架上的,因此左永磁铁被驱动向左运动,同时带动轴杆一起向左。铁芯右端为S极,而右永磁铁的左边为N极,它们之间是相互吸引的,异性相吸更加速了左、右永磁铁和轴杆向左运动的速度。由于充入的是脉冲直流电流,电源很快撤销,永磁铁、连杆依靠惯性和两端静磁力继续向左运动,由于距离短、速度快,很快运行到位,右永磁铁吸上铁芯,整个驱动过程结束。右永磁铁吸上铁芯将铁芯磁化,使铁芯成充电时的ns极性分布,左永磁铁与铁芯相互排斥,右永磁铁与铁芯相互吸引,更增强了轴杆和永磁铁的稳定。如果要左永磁铁、右永磁铁和连杆向右端运动,只需要将直流脉冲电源反向充入线圈即可,使线圈建立起sn极性分布的磁场,铁芯也跟着建立起成sn分布的磁场,左永磁铁和铁芯在左边相互吸引,右永磁铁和铁芯在右边相互排斥,从而快速推动永磁铁和连杆向右边运动,最终左永磁铁固定在铁芯上。选用合适的永磁铁就可以有足够的吸引力吸住铁芯,且驱动器的启动时间可以随意控制,其表现出双稳态特性,这一特性特别适合智能电器的分合控制。
由于驱动器的驱动时间和间隔时间长短可以任意控制,在短时间内,反复多次调换线圈的正负电极,驱动器将高速往复运动,其表现出电动机特性,这一特性特别适合作直线式往复电动机使用。
驱动器作直线往复运动的前提就是不断地改变线圈的电源极性,而交流电磁线圈是一种自动改变磁场极性的线圈,其改变的频率为工频,只要满足其线圈磁场强度大于永磁铁固定铁芯和负载的总功率,就可以直接接入工频和变频交流电源,来启动驱动器运行,成为交流往复式直线电机。
在交流电源状态下运行,可以通过控制输入单个正、反波形来启动驱动器,使其具有双稳态特性。
本发明所述的驱动器,铁芯由软磁材料纯铁制成,铁芯可长可短,最长不超过线圈的1.5倍,最短不小于0.5倍,铁芯长度和线圈长度一样长为最佳,如超过或低于线圈长度,将降低驱动器的效率和速度。轴杆由非导磁材质铜、不锈钢、塑料等制作,轴杆长度和运动间隙可长可短,最长不超过线圈的3-5倍,最短只要有运动间隙就可以。间隙越短驱动器的效率和速度越高,间隙越长驱动器的效率和速度越低。永磁铁选用高矫顽力和高磁能积的稀土永磁,保证永磁铁的极性和磁场强度不受干扰,工作尺寸不受限制,只需满足机械强度即可。
本发明所述的驱动器,为减少重量、体积、零部件数量,在不需要可靠稳定状态的前提下,可以去掉铁芯,直接由线圈架、左永磁铁、轴杆、右永磁铁、线圈组成驱动器,往线圈充入脉冲电源就可以启动驱动器。尽管取消了铁芯,永磁铁和连杆的位置不确定,但只要线圈中充入电流,永磁铁就会自动适应电磁场的极性,异性端吸引,同性端排斥,从而启动驱动器运行。
本发明所述的驱动器,由于驱动器是纯电感负载,只需脉冲电流就可驱动,且能耗低。不管是交流电,还是直流电驱动,都可以通过电容储存电能来启动驱动器,这一性能在智能控制器上的应用特别难能可贵,使智能断路器在发生故障时电压降低的情况下,自储电源还能可靠跳开断路器。
本发明的优点如下:
1、应用范围广泛,交流、直流电源均可启动驱动器,均可以实现双稳态运行。
2、结构简单,整个驱动器只需6个部件,无需其他部件配合就可以实现双稳态和往复运行,运行方式转变简单,无需任何改动,只需调频即可。
3、功能强大,控制简单,可控性强,使用范围广,适用于智能控制电器和直线往复驱动机电领域。
4、性能极佳,反应速度快、适应频率广,运行平稳。
5、可靠性高,稳定状态时,一边吸住,一边撑住,自动形成稳定结构,防震动冲击,分、合无抖动,驱动时推、吸同时进行,一个驱动源,两个动力驱动,运行平稳、可靠,并且运行周期内免维护。
6、高效节能,充分发挥电磁、永磁的特性,以及双动力驱动的效果,应用脉冲电源驱动,利用电容器储存的电能即可驱动,实现驱动器分、合操作。
7、通用开发平台,易实现微型化和大型化,小至微型开关,大到锯床,方便替代老式自动电器的执行器,更是未来高、低压智能控制电器的核心执行部件。
8、成本低,结构简单、可靠性高、运行平稳、高效节能、免维护,使驱动器的生产、使用成本较低。
9、高低压通用,由于采用电磁与永磁的相互作用来驱动,由于磁具有穿透性,这样可以使驱动动力与驱动效果间有电气上的隔离(绝缘),实现隔离驱动,特别适合高、低压电器中的真空开关、六氟化硫开关,其永磁铁兼有磁吹灭弧作用。
附图说明
图1是新型电磁驱动器主剖图。
图2是应用电磁驱动器的电磁阀主剖图。
图3是应用电磁驱动器的电磁泵主剖图。
图4是应用电磁驱动器的电锯主剖图。
图5是应用电磁驱动器的电镐主剖图,图中14为镐把,15为手握柄。
图6是应用电磁驱动器的继电器三维图。
图7是电磁驱动单极真空开前三维图。
图8是电磁驱动三极真空开关三维图。
图9是电磁驱动高压真空开关三维图。
图10是接触器用电磁驱动器三维图。
图11是简化的新型电磁驱动器主剖图。
图12是电磁驱动微型开关三维图。
具体实施方式
实施例一 新型电磁驱动器
如图1所示,本例包括绝缘材料制作的线圈架1和绕制其上的线圈2,线圈架1内腔里固装有软磁纯铁制作的铁芯6,铁芯6中心孔内套有非导磁材料制作的轴杆4,轴杆4两端分别固装有I号永磁铁3和II号永磁铁5,两块永磁铁的磁极相反,一个为轴向SN分布,另一个则为轴向NS分布。
实施例二 应用电磁驱动器的电磁阀
如图2所示,本例的核心部件是竖立的电磁驱动器,其线圈架1下端固连在阀体7上,轴杆4下端穿过与阀体7固连的密封件71与阀芯72固连。密封件71的作用是防止液体外泄。启动驱动器可使永磁铁和轴杆上、下运动,实现阀的开关。本例的特点是结构简单、开关可靠,不受工作电压影响,而且节能。
实施例三 应用电磁驱动器的电磁泵
如图3所示,本例的核心部件是竖立的电磁驱动器,其线圈架1下端固连在泵体8上,轴杆4下端固连有活塞81,泵体8下方进液口上装有进液阀82、出液口上装有出液阀83。启动驱动器使永磁铁和轴杆向上运动,轴杆带动活塞81往上,使进液阀82打开吸入液体,同时出液阀83关闭。当驱动器使永磁铁和轴杆向下运动时,轴杆带动活塞81往下,使进液阀82关闭,同时出液阀83打开,将液体排出。本例的特点是结构简单,运行可靠,无污染,可实现精确的输液量,特别适合医疗上使用。
实施例四 应用电磁驱动器的电锯
如图4所示,本例的核心部件是横放的电磁驱动器,其轴杆4延长的两端往下弯折且固装有锯条10。启动驱动器来回运动,就可以驱动锯条作业。本例的特点是结构简单,运行可靠。
实施例五 应用电磁驱动器的电镐
如图5所示,本例的核心部件是电磁驱动器,它固装在镐壳11内,镐壳11左端壳壁上固定有缓冲弹簧12,右端安装有镐头13及镐头座14,轴杆4左端相应为锥状体,右端为锤状体。本例的特点是结构简单,运行可靠,直接将电能转化成直线式往复运动机械能而驱动镐头作业。
实施例六 应用电磁驱动器的继电器
如图6所示,本例的核心部件是电磁驱动器,它固定在底座21上,线圈架1顶端右侧有延伸板架20,绝缘材料制作的衔铁块22铰接在板架20上,衔铁块22上固定有两个动触头23,底座21相应位置上固定有两个常闭触头24和两个常开触头25,衔铁块22下部与轴杆4相连。底座21上还安有驱动电源接线脚26和控制电源接线脚27。本例的特点是由脉冲电源驱动,自动保持稳定状态,比现有继电器节能、可靠。
实施例七 电磁驱动单极真空开关
如图7所示,本例的核心部件是电磁驱动器,它的线圈架1固定在底座31上,线圈架1内套装有真空瓷管32,真空瓷管内腔里固装有软磁纯铁制作的铁芯6,铁芯6中心孔内套有铜制的轴杆4,轴杆4两端分别固装有I号永磁铁3和II号永磁铁5,两块永磁铁的磁极分布相反,一个为轴向SN分布,另一个则为轴向NS分布;真空瓷管32左端固定有接线柱33,接线柱33与轴杆4左端之间用软导线连接,真空瓷管32右端固定有静触头34,轴杆4右端相应为动触头35,真空瓷管32上方左、右侧分别装有传感器36、37。
本实施例有机地将电磁驱动器与真空管结合在一起,形成全新的真空开关。由于采用电磁与永磁的相互作用来驱动,由于磁具有穿透性,中间虽然隔着线圈架和瓷管,但还是能可靠驱动触头实现分合,这样使驱动电磁场与被驱动轴杆之间相互隔离(绝缘),实现隔离驱动,无连接驱动,其驱动原理同前。瓷管两端设有传感器36、37,传感器采用霍尔开关或磁敏电阻,利用永磁铁对霍尔开关和磁敏电阻的作用,使开关发生分合或使磁敏电阻的电气参数发生突变,以此来确定开关的分合状态、记录驱动次数、以及作为辅助开关。其位置与内部永磁铁的位置错开。真空开关合上时,右边传感器合,左边传感器分;真空开关分开时,右边传感器分,左边传感器合。真空开关通过线圈架1上的固定条,固定在底座31上,底座31上还设有六只引脚,电源脚38提供驱动电能,反馈脚39反馈传感器信号,底座上方设有外壳40,外壳40下部插入底座31两侧凹侧内、顶部用壳锁扣41锁住,两端的接线柱外露便于接线。本实施例的特点是:将驱动器和真空管完美地结合起来,形成全新一代的电磁驱动真空开关,具有极佳的机械、电气、操控性能。
实施例八 电磁驱动三极真空开关
如图8所示,线圈架1内套装有三根真空瓷管32,每个真空瓷管的内、外结构与实施例7基本相同。本例的特点是用一个线圈的驱动磁场同时驱动三根真空瓷管内的永磁铁和轴杆机构,同时实现三个控制电路的通断,因此减少体积,实现多极开关小型化。
实施例九 电磁驱动高压真空开关
如图9所示,本实施例与例七基本相同,不同之处是真空瓷管32右端静触头34上增加了一块灭弧磁铁42,与II号永磁铁5配合,为触头组提供足够大的接触压力,同时兼做灭弧用。在真空瓷管32外面为提高其绝缘水平和耐压强度,两端各增加了两层瓷环43。本实施例的特点是:在真空管内部考虑吸弧和触头压力,在外面考虑其耐压强度,将驱动器与真空管整体考虑,使其机电一体化程度达到了极高的水平,省去了断路器的几乎全部机械装置和部分控制电路,真空开关的各项性能指标将得到极大的提高,更能适应高压断路器的工作环境,并且终身使用免维护。
实施例十 接触器用电磁驱动器
如图10所示,线圈架1的外周绕制有线圈2,上、下铁芯6、6′经铆接柱9分别固定在线圈架1上、下挡板上,上、下铁芯6、6′的通孔内套有轴杆4,轴杆4上、下端分别固定有I号永磁铁3和II号永磁铁5,两块永磁铁的磁极分布相反,一块为轴向SN分布,另一块则为轴向NS分布。在本实施例中,左、右两个电磁驱动器91、92并联为一体,以增加驱动动力。
实施例十一 简化的新型电磁驱动器
如图11所示,本例包括绝缘材料制作的线圈架1和绕制其上的线圈2,线圈架1中心孔内套有非导磁材料制作的轴杆4,轴杆4两端分别固装有I号永磁铁3和II号永磁铁5,两块永磁铁的磁极分布相反,一块为轴向SN分布,另一块则为轴向NS分布。
实施例十二 电磁驱动微型开关
如图12所示,本例的核心部件是简化的电磁驱动器,其线圈架1固定在底座51上,铜制轴杆左端用软导线连接控制电路引入脚,铜制轴杆右端为动触头52,动触头52对应位置处有固定在底座51上的静触头53。底座51上还安有驱动电源接线脚54和信号反馈接线脚55,反馈接线脚55将驱动器分合的信号反馈给主控制电路,以判断驱动器是否可靠断开或合上。本例的特点是结构紧凑,体积小,脉冲电源驱动,自动保持状态,轴杆直接作为导电杆和动触头,机电一体化程度高。
Claims (4)
1.一种新型电磁驱动器,包括由绝缘材料制作的线圈架(1)和绕制其上的线圈(2),其特征在于线圈架(1)内腔里固装有软磁纯铁制作的铁芯(6),铁芯(6)中心孔内套有非导磁材料制作的轴杆(4),轴杆(4)两端分别固装有I号永磁铁(3)和II号永磁铁(5),两块永磁铁的磁极分布相反,一块为轴向SN分布,另一块则为轴向NS分布。
2.一种新型电磁驱动器,包括绝缘材料制作的线圈架(1)和绕制其上的线圈(2),其特征在于线圈架(1)中心孔内套有非导磁材料制作的轴杆(4),轴杆(4)两端分别固装有I号永磁铁(3)和II号永磁铁(5),两块永磁铁的磁极分布相反,一块为轴向SN分布,另一块则为轴向NS分布。
3.一种新型电磁驱动器的应用,其特征是作为核心部件用于控制电路通断的智能电器。
4.一种新型电磁驱动器的应用,其特征是作为核心部件用于作直线式往复运动的自动控制机械装置。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20100915 |