CN107800263B - 一种可应用于大负载与变行程工况的电磁执行装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可应用于大负载与变行程工况的电磁执行装置，包括调整铁芯组件(1)、固定本体组件(2)、调整弹簧(3)、行程铁芯组件(4)与环形线圈(5)；所述的固定本体组件(2)上设有导向柱(y)，调整铁芯组件(1)套装于导向柱(y)上，且调整铁芯组件(1)与固定本体组件(2)间设有预压缩的调整弹簧(3)；所述的行程铁芯组件(4)同轴设于调整铁芯组件(1)内部，且调整铁芯组件(1)与行程铁芯组件(4)之间的设有阶梯状间隙；环形线圈(5)设于调整铁芯组件(1)内；所述的行程铁芯组件(4)的轴心设有推杆(x)，推杆(x)依次穿过调整铁芯组件(1)与固定本体组件(2)伸出。结构简单，原理巧妙，响应迅速，体积空间小，负载适用范围广，运动行程可随负载自行调整，通用性强，制造与维护成本低且性能可靠。

Description

一种可应用于大负载与变行程工况的电磁执行装置
技术领域
本发明涉及机械电子自动化控制技术，尤其涉及一种可应用于大负载与变行程工况的电磁执行装置。
背景技术
在工业化产品及系统的设计中，为了提升产品应用效率与通用性，对所匹配可自动控制执行装置的性能与个性化特性具有越来越高的需求。
分析当前发展现状，执行机构的工作原理基本可分为气动、液压与电动三大类，其中，气动或液压执行机构需要配套相应的气源与气动元件或液压油与液压元件，从而进行系统回路的搭建，此两种原理的机构输出效率较高，广泛应用于重型工业设备中，但部件较多、应用复杂，不利于小型化的产品设计，而随着工业化系统高度集成化与精致化的发展，电动执行装置受到越来越多的欢迎与选择。
电动工作原理根据工作形式及输出种类的不同，又可分为电机旋转机构与电磁直线机构。其中，电机旋转机构既可以提供高转速输出又可以配套减速器以提供大扭矩输出，但对于直线运动负载的应用情况，则需要增加转换机构，较为复杂；而电磁直线机构受限于电磁力对气隙的特性，在当前常用的应用是负载较小的环境，即便可以应用到负载较大的工况，电磁机构的体积也非常大，且只能是固定行程，否则气隙的增加会导致电磁力的急剧下降。
然而，电磁执行机构在直线型运动场合下具备响应迅速、结构系统简单、制造与维护成本低等诸多优势，因此，开发一种可应用于大负载与变行程工况的电磁执行装置很有必要，且具有十分显著的应用价值。
发明内容
本发明的目的是提供一种可应用于大负载与变行程工况的电磁执行装置，结构简单，原理巧妙，响应迅速，体积空间小，负载适用范围广，运动行程可随负载自行调整，通用性强，制造与维护成本低且性能可靠。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种可应用于大负载与变行程工况的电磁执行装置，包括调整铁芯组件1、固定本体组件2、调整弹簧3、行程铁芯组件4与环形线圈5；
所述的固定本体组件2上设有导向柱y，调整铁芯组件1套装于导向柱y上相对运动，且调整铁芯组件1与固定本体组件2间设有预压缩的调整弹簧3；
所述的行程铁芯组件4同轴设于调整铁芯组件1内部相对运动，且调整铁芯组件1与行程铁芯组件4之间的设有阶梯状间隙；环形线圈5设于调整铁芯组件1内；所述的行程铁芯组件4的轴心设有推杆x，推杆x依次穿过调整铁芯组件1与固定本体组件2伸出。
所述的导向柱y包括两个对称布置。
所述的导向柱y对应的固定本体组件2另一侧设有固定点。
所述调整弹簧3的最大压缩力值小于或等于所述环形线圈5产生的最大电磁力值。
所述行程铁芯组件4与所述调整铁芯组件1之间的初始电磁气隙S大于负载需求行程L，且所述调整铁芯组件1与所述固定本体组件2之间的初始可运动距离H大于或等于行程铁芯组件4与所述调整铁芯组件1之间的初始电磁气隙S与负载需求行程L之差。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的一种可应用于大负载与变行程工况的电磁执行装置，结构简单，原理巧妙，响应迅速，体积空间小，负载适用范围广，运动行程可随负载自行调整，通用性强，制造与维护成本低且性能可靠。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例提供的可应用于大负载与变行程工况的电磁执行装置的结构原理示意图。
具体实施方式
下面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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述。
实施例一
如图1所示，一种可应用于大负载与变行程工况的电磁执行装置，其特征在于，包括调整铁芯组件1、固定本体组件2、调整弹簧3、行程铁芯组件4与环形线圈5；所述的调整铁芯组件1、固定本体组件2与行程铁芯组件4均为回转体零件。
所述的固定本体组件2上设有导向柱y，所述的导向柱y包括两个对称布置，具体为轴对称布置。所述的导向柱y对应的固定本体组件2另一侧设有固定点，如图中位置B与位置C，为固定本体组件2的安装点；调整铁芯组件1套装于导向柱y上，具体的空套上自由移动。且调整铁芯组件1与固定本体组件2间设有预压缩的调整弹簧3；本例配套装配两个调整弹簧3。预压缩指的是装配时将调整弹簧3进行压缩后安装，使调整铁芯组件1被“压”，紧贴于固定本体组件2上。
所述的行程铁芯组件4同轴设于调整铁芯组件1内部，且调整铁芯组件1与行程铁芯组件4之间的设有阶梯状间隙，可以相对运动；环形线圈5设于调整铁芯组件1内，环绕于行程铁芯组件4圆周；所述的行程铁芯组件4的轴心设有推杆x，推杆x依次穿过调整铁芯组件1与固定本体组件2伸出。
本例中，除行程铁芯组件4与调整铁芯组件1可以相对运动外，调整铁芯组件1与固定本体组件2之间也可相对运动，这是电磁执行装置在行程可随负载自动变化的同时能够始终保证足够大输出力的结构条件。在本实施例中，位置D为电磁执行装置的负载起始位置，“A向”为行程铁芯4的推杆x的运动方向。行程铁芯组件4可提供的输出行程为一个可任意设定的区间范围值，对应任意的行程值调整铁芯组件1与行程铁芯组件4之间电磁气隙始终为零。在本实施例中，考虑到安装空间等因素，行程铁芯组件4的输出行程区间为19mm～26mm。
电磁执行装置的初始状态或工作过程中，调整铁芯组件1与行程铁芯组件4之间一直存在阶梯状间隙，而对应输出行程区间范围内的任意行程值，电磁执行装置最终稳定位置的电磁气隙始终为零，这是电磁执行装置在行程可随负载自动变化的同时能够始终保证足够大输出力的技术条件。目前现有技术应用电磁装置也可以提供变行程，但是，电磁气隙只在某一个特定的行程值时为零，而无法实现任意行程值时始终为零，导致输出力衰减非常大，不能一直满足大负载的工况要求。变行程工况下，调整铁芯组件1与行程铁芯组件4之间的阶梯状间隙在最终稳定位置始终为零是本专利的技术创新点之一。
现有技术中，电磁铁的工作(电磁)气隙也称作电磁铁的行程，是指电磁铁的铁芯与挡铁的两端面之间在通电和断电两种状态时的距离；而在本专利技术中，概念与现有技术具有本质区别：电磁执行装置的电磁气隙指的是调整铁芯组件1与行程铁芯组件4之间的阶梯状距离，但无论是通电还是断电状态亦或工作过程中，电磁气隙均不可等同于电磁执行装置的行程，两者是独立的技术项点，电磁执行装置的行程取决于负载，可以在设定范围内自动变化。
行程铁芯组件4提供的最终输出力可以选择由电磁力提供或由弹簧力提供，在行程区间范围值内行程铁芯组件4提供的终力值不变或接近。在本实施例中，行程铁芯4的最终输出力由电磁力提供，最大电磁力值为4200N。
调整弹簧3的最大压缩力值小于或等于环形线圈5产生的最大电磁力值，以满足电磁执行装置的机构特性。在本实施例中，行程铁芯组件4的最大输出行程缩所对应的调整弹簧3的最大压缩力值等于环形线圈5产生的最大电磁力。
行程铁芯组件4与调整铁芯组件1之间的初始电磁气隙S大于负载需求行程L，且调整铁芯组件1与固定本体组件2之间的初始可运动距离H大于或等于行程铁芯组件4与调整铁芯组件1之间的初始电磁气隙S与负载需求行程L之差。在本实施例中，H＝S-L。
综上，在本发明中：行程铁芯组件4与调整铁芯组件1之间、调整铁芯组件1与固定本体组件2之间均可以相对运动，结合上述S＞L以及H≥S-L的技术参数，使得电磁执行装置的输出行程为一个范围值，可随负载自行调整，并且对应输出行程区间内任意行程值时，电磁执行装置稳定状态的电磁气隙均为零；此外，在调整铁芯组件1与固定本体组件2之间预压缩装配调整弹簧3，结合调整弹簧3的最大压缩力值小于或等于环形线圈5产生的最大电磁力值的力学特性，使得行程铁芯组件4提供的最终输出力可以选择由电磁力提供或由弹簧力提供，并且对应输出行程区间内任意行程值时，行程铁芯组件4提供的终力值不变或接近。
本发明打破了传统电磁执行装置中气隙与行程等概念的技术壁垒，实现了在输出行程可以随负载自动调整的情况下始终保证足够大的最终输出力，避免了行程变化所导致的大幅度力值衰减，提升了电磁执行装置的技术多样性与通用性，拓宽了电磁技术快速响应特性的应用价值与发展空间，尤其是，该技术向对“快响应”、“大负载”及“变行程”等性能有同时要求的工况环境提供了一种科学有效的解决方案。
可见，本发明实施例提供的可应用于大负载与变行程工况的电磁执行装置，结构原理巧妙简单，响应迅速，体积空间小，便于系统布局与装配；负载适用范围广，运动行程可随负载自行调整，通用性强，能够适应多种工况下的自适应工作；制造与维护成本低且性能可靠，有利于系统全生命周期的成本与质量管控。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种可应用于大负载与变行程工况的电磁执行装置，其特征在于，包括调整铁芯组件(1)、固定本体组件(2)、调整弹簧(3)、行程铁芯组件(4)与环形线圈(5)；
所述的固定本体组件(2)上设有导向柱(y)，调整铁芯组件(1)套装于导向柱(y)上相对运动，且调整铁芯组件(1)与固定本体组件(2)间设有预压缩的调整弹簧(3)；
所述调整弹簧(3)的最大压缩力值小于或等于所述环形线圈(5)产生的最大电磁力值：
所述的行程铁芯组件(4)同轴设于调整铁芯组件(1)内部相对运动，且调整铁芯组件(1)与行程铁芯组件(4)之间设有阶梯状间隙；环形线圈(5)设于调整铁芯组件(1)内；所述的行程铁芯组件(4)的轴心设有推杆(x)，推杆(x)依次穿过调整铁芯组件(1)与固定本体组件(2)伸出。
2.根据权利要求1所述的可应用于大负载与变行程工况的电磁执行装置，其特征在于，所述的导向柱(y)包括两个；这两个导向柱(y)对称布置。
3.根据权利要求2所述的可应用于大负载与变行程工况的电磁执行装置，其特征在于，所述的导向柱(y)对应的固定本体组件(2)另一侧设有固定点。
4.根据权利要求1、2或3所述的可应用于大负载与变行程工况的电磁执行装置，其特征在于，所述行程铁芯组件(4)与所述调整铁芯组件(1)之间的初始电磁气隙(S)大于负载需求行程(L)，且所述调整铁芯组件(1)与所述固定本体组件(2)之间的初始可运动距离(H)大于或等于行程铁芯组件(4)与所述调整铁芯组件(1)之间的初始电磁气隙(S)与负载需求行程(L)之差。
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