CN101944819B - 一种永磁直线往复运动机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁直线往复运动机构，采用固定的运动通道，使相对定子作直线往复运动时，运动轨迹的端部位置保持不变；另一方面，本发明只需适时对上线圈和下线圈施加短时正、负大电流，就能够产生比永磁吸力大得多的电磁推力，因此是一种适用于小行程的大推力永磁直线往复运动机构；另外，本发明结构简单易行，系统的可靠性高，作为本发明的优选，采用弹性部件支撑动子，能够实现无磨损往复直线运动，进一步提高系统寿命与可靠性。

Description

一种永磁直线往复运动机构

技术领域

本发明涉及往复运动机构技术领域，特别涉及一种永磁直线往复运动机构。

背景技术

直线往复运动机构广泛应用于压缩机、发动机以及各种流体泵等工业自动化设备中。直线往复运动机构一般采用旋转电机加丝杆或曲柄连杆等装置，将旋转电机的旋转运动转化为直线运动，但是这种工作方式不仅能量转换效率较低，而且机构复杂，零部件较多，故障率较高。采用直线电机可以直接产生直线往复运动，但是需要多组线圈产生行波磁场，对于小行程的快速直线往复运动而言，驱动控制装置复杂，而且不具备端部位置保持功能。另外，运动部件的磨损问题，也会影响工作寿命与可靠性。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种永磁直线往复运动机构，具有端部位置保持功能，是一种能够实现大推力小行程的直线往复运动机构。

本发明实现上述目的所采用的技术方案为：一种永磁直线往复运动机构，包括动子和套在动子上的定子，动子相对定子沿轴向作直线往复运动，其特征是：所述的定子包括两个沿轴向同轴放置的上线圈和下线圈，并且上线圈和下线圈之间距离一定间隔；所述的动子包括沿轴向放置的动杆，以及套接在动杆上的永磁体和上动铁芯、下动铁芯，永磁体沿轴向充磁，永磁体位于上动铁芯、下动铁芯之间；并且与上动铁芯、下动铁芯相连接；所述的上线圈和下线圈的内腔，以及在上线圈和下线圈的相对底面之间、连通上线圈和下线圈的内腔的空间部分构成动子的运动通道，永磁体和上动铁芯、下动铁芯放置在运动通道中，并能够在运动通道的两端面之间作轴向往复运动；所述的上线圈和下线圈和运动通道组成的空间的外围部分制有磁轭，工作状态下，当上动铁芯、下动铁芯和永磁体到达运动通道的一个端面时，磁轭、与该端面相邻的一个动铁芯，以及永磁体形成闭合磁路。

为了优化本发明，采取的措施还包括：

上述定子的两端设有与动杆固定连接，用于支撑动子的弹性支撑部件；该弹性支撑部件可以是板状弹簧。

与现有技术相比，本发明一种永磁直线往复运动机构具有固定的运动通道，当动子在其中作直线往复运动时，运动轨迹的端部位置保持不变；另一方面，本发明只需适时对上线圈和下线圈施加短时正、负大电流，就能够产生比永磁吸力大得多的电磁推力，因此是

一种适用于小行程的大推力永磁直线往复运动机构；另外，本发明结构简单易行，系统的可靠性高，作为本发明的优选，采用弹性部件支撑动子，能够实现无磨损往复直线运动，进一步提高系统寿命与可靠性。

附图说明

图1是本发明一种实施例的组成示意图；

图2是图1的轴向剖视图；

图3是图1实施例所用的板弹簧示意图；

图4是图1实施例的推力特性曲线。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例对本发明做进一步的说明。

图1至图3是本发明一种永磁直线往复运动机构的一种实施例的结构示意图，图4是图1实施例的推力特性曲线，其中的附图标记为：

动子20、定子30、动杆21、外螺母22、内螺母23、上动铁心24、永磁体25、下动铁心26、螺栓31、板弹簧32、磁轭33、上线圈34、下线圈35。

本实施例中的永磁直线往复运动机构由动子20和定子30组成，定子30套在动子20上，动子20能够相对定子30沿轴向作直线往复运动。其中，定子30包括磁轭33、上线圈34和下线圈35，上线圈34和下线圈35沿轴向上下同轴放置，并且上线圈34和下线圈35之间距离一定间隔；上线圈34的内腔，下线圈35的内腔，以及上线圈34的下端面和下线圈35的上端面之间、连通上线圈34的内腔与下线圈35的内腔的空间部分构成了动子20的运动通道；动子20包括动杆21、上动铁芯24、下动铁芯26和永磁体25，其中，动杆21沿轴向放置，永磁体25沿轴向充磁，上动铁芯24、下动铁芯26和永磁体25分别套接在动杆21上，并且永磁体25位于上动铁芯24和下动铁芯26中间；上下两个内螺母23，通过动杆21上的螺纹将上动铁芯24、下动铁芯26和永磁体25压紧并与动杆21固定成一体；上动铁芯24、下动铁芯26和永磁体25放置在动子20的运动通道中，为了使上动铁芯24、下动铁芯26和永磁体25能够在运动通道中沿轴向作无摩擦往复运动，上动铁芯24、下动铁芯26和永磁体25分别与运动通道的侧壁面之间存在气隙；上动铁芯24与运动通道的上端面，即与上线圈34的内腔的上端面之间存在上气隙GAPa；下动铁芯26与运动通道的下端面，即与下线圈35的内腔的下端面之间存在下气隙GAPb，上、下气隙构成总运动行程；上线圈34、下线圈35以及运动通道所组成的空间的外围部分由磁轭填充。

动杆21为非导磁材料，上动铁芯24和下动铁芯26为导磁材料，磁轭33为导磁材料。上线圈34和下线圈35可以由一根导线绕成且绕向相反。

定子30的两端部还装有板弹簧32，用于支撑动子20，使动子20仅可沿轴向进行上下直线运动。板弹簧32通过外螺母22和动杆21两端固定，通过固定螺栓31与磁轭33固定。由于动子20在上下往复运动过程中，由板弹簧32支撑，运动部件无任何磨损，可提高系统寿命与可靠性。

工作状态时，上动铁芯24的上底面与运动通道的上端面之间存在上气隙GAPa，当上气隙值GAPa为0时，磁轭33、上动铁芯24和永磁体25形成闭合磁路，动子20受永磁吸力具有上方端部位置保持功能。

下动铁芯26的下底面与运动通道的下端面之间存在下气隙GAPb，当下气隙值GAPb为0时，磁轭33、下动铁芯26和永磁体25形成闭合磁路，动子20受永磁吸力具有下方端部位置保持功能。

上动铁芯24、下动铁芯26和永磁体25的最大运动行程恒等于GAPa+GAPb；

当GAPa为0时，对上线圈34通足够的短时大电流，使上线圈34在上动铁心24上产生与永磁体25充磁方向相反的短时强电磁场，使下线圈35在下动铁心25上产生与永磁体25充磁方向相同的短时强电磁场，可以克服闭合磁路对上动铁心24向上的吸引力并产生向下的大推力，将动子20快速推至下方端部位置。当动子20被推至下方端部位置时，GAPb为0，动子20受永磁吸力具有下方端部位置保持功能。

当GAPb为0时，对下线圈35通足够的短时大电流，使下线圈35在下动铁心26上产生与永磁体25充磁方向相反的短时强电磁场，使上线圈34在上动铁心24上产生与永磁体25充磁方向相同的短时强电磁场，可以克服闭合磁路对下动铁心25向下的吸引力并产生向上的大推力，将动子20快速推至上方端部位置。当动子20被推至上方端部位置时，GAPa为0，动子20受永磁吸力具有上方端部位置保持功能。

由于动子20在上下往复运动过程中，由板弹簧32支撑，运动部件无任何磨损，可提高系统寿命与可靠性。

由于控制动子20的往复运动只需适时对一个双绕向多匝上线圈34和下线圈35施加短时正、负大电流，即可产生比永磁吸力大得多的电磁推力，因而本发明实现大推力时，对驱动控制电路要求不高，驱动控制电路简单可靠。

由于GAPa或GAPb越大，推动动子20快速运动所需电磁场或加载电流也越大，因而本发明更适用于小行程场合。

所以，本发明可以实现无磨损且具有端部位置保持功能的大推力小行程快速直线往复运动，且系统结构及驱动控制电路更简单，可靠性与工作寿命更高。

图5是图1实施例的推力特性曲线，其中打开曲线表示线圈加正电流时动子20向下运动过程中在不同位置的受力情况，吸合曲线表示线圈加反向电流时动子20向上运动过程中在不同位置的受力情况，保持曲线表示线圈不通电时动子在不同位置的受力情况。

本发明的最佳实施例已阐明，由本领域普通技术人员做出的各种变化或改型都不会脱离本发明的范围。

Claims (3)

1.一种永磁直线往复运动机构，包括动子(20)和套在动子(20)上的定子(30)，动子(20)相对定子(30)沿轴向作直线往复运动，其特征是：所述的定子(30)包括两个沿轴向同轴放置的上线圈(34)和下线圈(35)，并且上线圈(34)和下线圈(35)之间距离一定间隔；所述的动子(20)包括沿轴向放置的动杆(21)，以及套接在动杆(21)上的永磁体(25)和上动铁芯(24)、下动铁芯(26)，永磁体(25)沿轴向充磁，永磁体位于上动铁芯(24)、下动铁芯(26)之间并且与上动铁芯(24)、下动铁芯(26)相连接；所述的上线圈(34)和下线圈(35)的内腔，以及在上线圈(34)的下端面和下线圈(35)的上端面之间、连通上线圈(34)和下线圈(35)的内腔的空间部分构成动子的运动通道，永磁体(25)和上动铁芯(24)、下动铁芯(26)放置在运动通道中，并能够在运动通道的两端面之间沿轴向进行无摩擦直线往复运动；所述的上线圈和下线圈和运动通道组成的空间的外围部分制有磁轭(33)，工作状态下，当上动铁芯、下动铁芯和永磁体(25)到达运动通道的一个端面时，磁轭(33)、与该端面相邻的一个动铁芯，以及永磁体(25)形成闭合磁路。

2.根据权利要求1所述的一种永磁直线往复运动机构，其特征是：所述的定子(30)的两端设有与动杆(21)固定连接，用于支撑动子(20)的弹性支撑部件。

3.根据权利要求2所述的一种永磁直线往复运动机构，其特征是：所述的弹性支撑部件是板状弹簧。

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