CN102005892B - 一种应用轴向充磁永磁体的电磁直线执行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用轴向充磁永磁体的电磁直线执行器，包括上端盖、线圈及线圈骨架、外磁轭、下端盖、定位销、一个及以上的轴向磁通模块，所述轴向磁通模块为中空圆柱形，并位于上端盖和下端盖之间，其中心由定位销固定，轴向磁通模块的外侧为筒状外磁轭，两者之间存在气隙，线圈及线圈骨架位于气隙中，可沿轴向方向上下运动，每一轴向磁通模块对应设置一组线圈。本发明可作为各类自动控制系统中的执行元件，实现高速、高精度的直线直接驱动与运动控制。在要求直线执行器体积和质量较小的同时具有较大的推力和精确度的应用场合将可得到广泛应用。

Description

一种应用轴向充磁永磁体的电磁直线执行器

技术领域

本发明属于一种执行器，特别是一种应用轴向充磁永磁体的电磁直线执行器。

背景技术

电磁直线执行器是一种将电能直接转换成直线运动形式的机械能而不需通过中间任何转换装置的元件，它具有系统结构简单、磨损小、噪声低、组合性强、维护方便等优点。工业自动化、机器人等相关技术领域以及产业的迅速发展不仅扩大了直线运动控制的应用范围，而且对直线运动控制提出了越来越高的精度和动态响应等要求，电磁直线执行器的应用日趋广泛。

已获授权的国家发明专利：高功率密度的动圈式永磁直线电机．2007 10132009．8提出了一种动圈式电磁直线执行器的新结构与工作原理。动圈式电磁直线执行器中，径向充磁的圆环状永磁体是关键部件之一，对保证径向气隙内的磁感应强度起到重要作用。但是圆环状永磁体的径向充磁（或称为辐射充磁）技术至今仍未有重大突破，特别对于高性能的永磁材料，现通常采用的方法是用多片平行充磁的磁瓦的组合来代替径向充磁的磁环，这样不仅在直线执行器性能上受到不利影响，且制造精度难以保证，装配难度也加大了。因而对动圈式电磁直线执行器需要做进一步的改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有良好控制性能的应用轴向充磁永磁体的电磁直线执行器。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种应用轴向充磁永磁体的电磁直线执行器，包括上端盖、线圈及线圈骨架、外磁轭、下端盖、定位销、一个及以上的轴向磁通模块，所述轴向磁通模块为中空圆柱形，并位于上端盖和下端盖之间，其中心由定位销固定，轴向磁通模块的外侧为筒状外磁轭，两者之间存在气隙，线圈及线圈骨架位于气隙中，并可沿轴向方向上下运动，每一轴向磁通模块对应设置一组线圈；

所述轴向磁通模块包括第一永磁体、第二永磁体和内磁轭，所述第一永磁体与第二永磁体的形状相同，均为圆锥台状，中间均设置通孔，两个永磁体的磁化方向均为轴向，其中第一永磁体与第二永磁体的磁化方向相反，两个永磁体之间设置内磁轭，该内磁轭的外径与两个永磁体最大外径相同。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1）可作为各类自动控制系统中的执行元件，实现高速、高精度的直线直接驱动与运动控制。在要求直线执行器体积和质量较小的同时具有较大的推力和精确度的应用场合将可得到广泛应用；2）由于应用易于制造的轴向充磁永磁体产生径向气隙内磁场，不仅能保证一定的直线行程，而且能降低成本，提高制造精度，提高径向气隙内磁感应强度的均匀性，同时提高直线执行器的性能；3）能提高径向气隙内磁感应强度的均匀性，可以通过电磁场分析优化执行器的设计参数，实现在整个行程范围内保证电流与执行器电磁力成正比而与位置无关，从而获得具有良好控制性能的直线执行器。

附图说明

图1为本发明的一种应用轴向充磁永磁体的电磁直线执行器结构示意图。

图2为本发明的一种应用轴向充磁永磁体的电磁直线执行器一种实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1，本发明的一种应用轴向充磁永磁体的电磁直线执行器，包括上端盖2、线圈及线圈骨架4、外磁轭5、下端盖8、定位销9、一个及以上的轴向磁通模块，所述轴向磁通模块为中空圆柱形，并位于上端盖2和下端盖8之间，其中心由定位销9固定，轴向磁通模块的外侧为筒状外磁轭5，两者之间存在气隙，线圈及线圈骨架4位于气隙中，并可沿轴向方向上下运动，每一轴向磁通模块对应设置一组线圈；

所述轴向磁通模块包括第一永磁体1、第二永磁体6和内磁轭3，所述第一永磁体1与第二永磁体6的形状相同，均为圆锥台状，中间均设置通孔，两个永磁体的磁化方向均为轴向，其中第一永磁体1与第二永磁体6的磁化方向相反，两个永磁体之间设置内磁轭3，该内磁轭的外径与两个永磁体最大外径相同。

下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述：

结合图1，轴向磁通模块的数量为一个。第一永磁体1和第二永磁体6相向而对，磁化方向相反，即第一永磁体1磁化方向向下，则第二永磁体6磁化方向向上，反之若第一永磁体1磁化方向向上，则第二永磁体6磁化方向向下。第一永磁体1和第二永磁体6之间装有内磁轭3，内磁轭3的上下两端面分别与第一永磁体1和第二永磁体6紧密接触。第一永磁体1、内磁轭3和第二永磁体6以及上端盖2和下端盖8均安装在定位销9上，两端可由螺母固定压紧。外磁轭5为圆筒状，两端分别由上端盖2和下端盖8固定。第一永磁体1、内磁轭3和第二永磁体6外径相同，与外磁轭5间构成径向气隙。在第一永磁体1和第二永磁体6的作用下，内磁轭3与外磁轭5间的径向气隙内产生沿径向分布的磁场。

线圈及线圈骨架4在径向气隙内，与内磁轭3、外磁轭5间有间隙，线圈通电后产生电磁力，推动线圈在径向气隙内的磁场中对应的行程范围内上下往复运动，电磁力的方向取决于线圈中电流的方向，电磁力的大小取决于线圈中电流的大小。

电磁直线执行器可实现模块化的结构，即根据需要，沿轴向可布置多组第一永磁体1、内磁轭3和第二永磁体6以及线圈及线圈骨架4。电磁直线执行器的最大行程理论上为内磁轭高度与线圈高度之差，当两端电磁力要求可适当降低时，最大行程还可有所增加。

轴向磁通模块的数量为两个或多个，该两个或多个轴向磁通模块串在定位销9上。结合图2，当轴向磁通模块的数量为两个时，永磁体为圆锥台状，中间有孔，可采用烧结钕铁硼（NdFeB）材料，磁化方向为轴向（轴向充磁）。第一永磁体1和第二永磁体6相向而对，磁化方向相反，即第一永磁体1磁化方向向下，则第二永磁体6磁化方向向上，反之若第一永磁体1磁化方向向上，则第二永磁体6磁化方向向下。第一永磁体1和第二永磁体6之间装有内磁轭3，内磁轭3的上下两端面分别与第一永磁体1和第二永磁体6紧密接触。

电磁直线执行器可实现模块化的结构，两个轴向磁通模块沿轴向布置，内、外径均相同，相邻（相紧靠）的两个永磁体磁化方向应保持一致，即第二永磁体6与第三永磁体10的磁化方向一致，第一永磁体1、内磁轭3和第二永磁体6、第三永磁体10、第二内磁轭11和第四永磁体12以及上端盖2和下端盖8均安装在定位销9上，两端可由螺母固定。外磁轭5为圆筒状，两端分别有上端盖2和下端盖8固定。

在第一永磁体1和第二永磁体6的作用下，内磁轭3与外磁轭5间的径向气隙内产生沿径向分布的磁场。在第三永磁体10和第四永磁体12的作用下，第二内磁轭11与外磁轭5间的径向气隙内产生沿径向分布的磁场。两组模块形成的磁场大小相同但方向相反。

线圈及线圈骨架4在径向气隙内，与两个内磁轭及外磁轭5间有间隙，线圈通电后产生电磁力，推动线圈在径向气隙内的磁场中对应的行程范围内上下往复运动，电磁力的方向取决于线圈中电流的方向，电磁力的大小取决于线圈中电流的大小。两组线圈固定于同一线圈骨架上，绕向相反。

必须通过电磁场分析来确定主要零部件的几何参数，以获得最佳性能。

电磁直线执行器动圈可通过端部或外磁轭上开槽与外部连接，输出需要的位移与电磁力，同时根据需要还可安装直线位移传感器。

Claims (3)

1.一种应用轴向充磁永磁体的电磁直线执行器，其特征在于，包括上端盖[2]、线圈及线圈骨架[4]、筒状外磁轭[5]、下端盖[8]、定位销[9]、一个及以上的轴向磁通模块，所述轴向磁通模块为中空圆柱形，并位于上端盖[2]和下端盖[8]之间，其中心由定位销[9]固定，轴向磁通模块的外侧为筒状外磁轭[5]，两者之间存在气隙，线圈及线圈骨架[4]位于气隙中，并可沿轴向方向上下运动，每一轴向磁通模块对应设置一组线圈；

所述轴向磁通模块包括第一永磁体[1]、第二永磁体[6]和内磁轭[3]，所述第一永磁体[1]与第二永磁体[6]的形状相同，均为圆锥台状，中间均设置通孔，两个永磁体的磁化方向均为轴向，其中第一永磁体[1]与第二永磁体[6]的磁化方向相反，两个永磁体之间设置内磁轭[3]，该内磁轭的外径与两个永磁体最大外径相同。

2.根据权利要求1所述的应用轴向充磁永磁体的电磁直线执行器，其特征在于，轴向磁通模块的数量为一个。

3.根据权利要求1所述的应用轴向充磁永磁体的电磁直线执行器，其特征在于，轴向磁通模块的数量为两个或多个，该两个或多个轴向磁通模块串在定位销[9]上。

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