CN112869625B - 基于电磁控制的擦玻璃装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于电磁控制的擦玻璃装置，主机和从机的机体内分别内置第一磁力机构和第二磁力机构，第一磁力机构采用电磁机构，第二磁力机构采用永磁材料；电磁机构能够通过改变电流大小调节磁场强度；从机还设置转动机构，转动机构能够以其轴心为中心进行旋转，至少包括圆形软磁框架和与该软磁框架相匹配的平面鼠笼，平面鼠笼沿径向方向形成多根间隔分布的导电条；主机还设置旋转磁场产生模块，旋转磁场产生模块用于产生轴向励磁且沿轴心形成旋转磁场；主机和从机相互吸附时，当主机受控产生旋转磁场时，平面鼠笼在旋转磁场的作用下，相应的导电条产生感应电流进而产生电磁力，该在转轴上形成电磁转矩带动转动机构旋转。

Description

基于电磁控制的擦玻璃装置

技术领域

本发明涉及日用小家电制造技术领域，尤其涉及一种基于电磁控制的擦玻璃装置。

背景技术

高楼大厦改变了现代人的生活方式，随之而来也产生了很多技术问题，比如，对高楼大厦窗户的玻璃擦拭是一个难题，目前，这项任务通常由“蜘蛛人”高空作业完成，工作难度大，同时存在极大的安全隐患。为了解决该技术问题，中国专利申请(申请号为：2011101794387)提出了一种擦玻璃装置，包括主机和从机，主机设置在窗内，从机设置在窗外，两者通过内置的磁铁磁力吸附在窗户玻璃的内外表面，通过控制主机的运动，从机相应随动并利用其设置的清洁配件(比如擦布、刷子等)对玻璃外表面进行清洁。该技术方案同时设置了磁力调节机构，通过调节从机上磁铁的位置，使得主机和从机之间便于吸合、取下，还能使得主机和从机之间的吸附磁力适合吸附不同厚度的玻璃。然而，该技术方案虽然可以调节磁力，但其磁力是采用永磁吸合控制，仍存在磁力不易控制的问题，磁力太强了，擦玻璃装置不方便移动，磁力太小了，则擦玻璃装置容易打滑或者掉落；另外，该技术方案中，玻璃擦拭过程完全依靠人力移动主机，不仅费力，有可能还导致玻璃擦拭不干净或不均匀。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供基于电磁控制的擦玻璃装置，主机采用电磁控制，从而方便的实现磁场强度的调节；另外，在主机中设置旋转磁场产生模块以及在从机中设置平面鼠笼结构，通过主机产生的旋转磁场驱动从机中平面鼠笼旋转，利用分离式旋转结构使从机具有旋转动力，有效提高了擦玻璃的效率。

为了解决现有技术存在的技术问题，本发明的技术方案如下：

基于电磁控制的擦玻璃装置，包括主机和从机，其中，主机和从机的机体内分别内置第一磁力机构和第二磁力机构，通过所述第一磁力机构和第二磁力机构之间的磁力吸附使所述主机和从机相互吸附在玻璃的内、外两侧，且从机能够与主机产生随动；

所述第一磁力机构采用电磁机构，所述第二磁力机构采用永磁材料；所述电磁机构能够通过改变电流大小调节磁场强度；

所述从机还设置转动机构，所述转动机构能够以其轴心为中心进行旋转，至少包括圆形软磁框架和与该软磁框架相匹配的平面鼠笼，所述平面鼠笼沿径向方向形成多根间隔分布的导电条；

所述主机还设置旋转磁场产生模块，所述旋转磁场产生模块用于产生轴向励磁且沿轴心形成旋转磁场；

所述主机和从机相互吸附时，当主机受控产生旋转磁场时，所述平面鼠笼在旋转磁场的作用下，相应的导电条产生感应电流进而产生电磁力，该在转轴上形成电磁转矩带动转动机构旋转。

作为进一步的改进方案，所述第二磁力机构包括多个永磁体，所述第一磁力机构至少包括第一电流产生单元和多个绕组，所述第一电流产生单元用于产生多路同步电流驱动信号，所述同步电流驱动信号用于驱动绕组产生感应磁场，每个绕组和一个永磁体相对应。

作为进一步的改进方案，所述旋转磁场产生模块包括第二电流产生单元和多个呈圆周分布的定子绕组，所述第二电流产生单元用于产生多路交替电流驱动信号，所述交替电流驱动信号用于交替驱动定子绕组使其产生旋转磁场。

作为进一步的改进方案，所述绕组所产生的感应磁场的方向与其相对应的永磁体相同或相反，其感应磁场的强度通过调节同步电流驱动信号决定。

作为进一步的改进方案，所述定子绕组至少包括磁芯和缠绕在该磁芯上的绕组线圈，所述磁芯采用软磁材料。

作为进一步的改进方案，所述平面鼠笼设置内环导体和外环导体，在所述内环导体和外环导体之间设置多根间隔分布的导电条使其形成闭合环路。

作为进一步的改进方案，所述内环导体、外环导体和导电条一体成型或拼接为一体。

作为进一步的改进方案，所述定子绕组为三相定子绕组，所述第二电流产生单元产生三相对称交流电交替驱动三相定子绕组进而产生旋转磁场。

作为进一步的改进方案，所述软磁框架外周设置一圈环形软磁材料。

作为进一步的改进方案，所述转动机构通过轴承安装于从机壳体底部，所述轴承上安装清洁配件，转动机构能够带动安装于轴承上的清洁配件以轴承为轴心同步旋转。

与现有技术相比较，本发明具有如下技术效果：

1.主机采用电磁控制，能够方便的实现磁场强度的调节，从而方便的实现主机和从机之间的吸合或分离。

2.在主机中设置旋转磁场产生模块以及在从机中设置平面鼠笼结构，通过主机产生的旋转磁场驱动从机中平面鼠笼旋转，利用分离式旋转结构使从机具有旋转动力，有效提高了擦玻璃的效率。

3.在软磁外框的最外周设置了一圈环形磁性材料，从机中的转动机构在工作时，环形磁性材料被磁化后与定子绕组磁场相吸合，不管定子磁场如何变化，两者之间都形成稳定的磁作用力，使转子组件保持稳定，方便的与主机形成自稳结构，当定子绕组断电后，环形磁性材料无磁性，两者之间零磁力，从而方便移动主机或者使主机和从机的分离。

4.主机和从机之间还设置拼接结构，主机和从机能够拼接在一起，能够利用从机的转动机构擦拭窗内玻璃。

附图说明

图1为本发明基于电磁控制的擦玻璃装置的原理示意图。

图2为本发明基于电磁控制的擦玻璃装置中各部件的爆炸结构示意图。

图3为本发明中第一磁力机构和第二磁力机构的原理示意图。

图4为本发明中转动机构的原理示意图。

图5为本发明中定子组件的原理示意图。

图6为现有鼠笼式电机中鼠笼转子的示意图。

图7为本发明中软磁框架的结构示意图。

图8为本发明中平面鼠笼的结构示意图。

图9为本发明中电路控制的结构示意图。

图10为本发明中另一种实施方式的第二磁力机构的结构示意图。

其中，主机1，从机2，玻璃3，第一磁力机构11，第二磁力机构21，旋转磁场产生模块12，转动机构22，轴承23，清洁配件24，轴25，第一电流产生单元120，第二电流产生单元121，定子组件122，软磁框架221，平面鼠笼222，导电条2221，内环导体2222，外环导体2223，定子绕组1221。

如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明提供的技术方案作进一步说明。

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种基于电磁控制改变磁力的擦玻璃装置，参见图1和2，所示为本发明基于电磁控制的擦玻璃装置的结构示意图，包括主机1和从机2，主机1和从机2相互吸附在玻璃3的内、外两侧，且从机2能够与主机1产生随动。主机1和从机2的机体内分别内置第一磁力机构11和第二磁力机构21，通过第一磁力机构11和第二磁力机构21之间的磁力吸附使从机2能够与主机1产生随动，也即，借助主机1的移动，通过相吸的磁力带动从机运动，进而从机上设置的清洁工具对玻璃外表面进行清洁工作。

其中，第一磁力机构11采用电磁机构，所述第二磁力机构21采用永磁材料；由于电磁机构能够通过改变电流大小调节磁场强度，能够方便的实现磁场强度的调节，从而方便的实现主机和从机之间的吸合或分离。

在一种优选实施方式中，第二磁力机构21包括多个永磁体，参见图3，第二磁力机构21包括4个永磁体210，分别设置在从机2的4个角上。第一磁力机构11至少包括第一电流产生单元110和多个绕组111，每个绕组位置上和一个永磁体相对应，第一电流产生单元110与电源相连接，用于产生多路同步电流驱动信号，从而驱动绕组产生感应磁场，通过调节同步电流驱动信号大小，就可以调节感应磁场的强度。进一步的，所述绕组所产生的感应磁场的方向与其相对应的永磁体相同或相反，当绕组所产生的感应磁场的方向与其相对应的永磁体相同时，主机和从机之间产生相斥磁力，两者可以方便的分离；当绕组所产生的感应磁场的方向与其相对应的永磁体相反时，主机和从机之间产生相吸磁力，通过调节感应磁场强度可以调节主机和从机之间的紧固度。

现有技术的擦玻璃装置，玻璃擦拭过程完全依靠人力移动主机，导致擦玻璃效率低，而且很容易出现玻璃擦拭不干净或者不均匀的情况。为了解决该技术问题，本申请创造性的提出了分离式传动结构，在从机2中设置转动机构22，并通过在主机1中产生旋转磁场驱动转动机构22转动，以此带动清洁工具执行擦玻璃操作。转动机构能够以其轴心为中心进行旋转，转动机构22至少包括圆形软磁框架221和与该软磁框架相匹配的平面鼠笼222，参见图4，所示为组合后的转动机构22示意图，平面鼠笼222沿径向方向形成多根间隔分布的导电条2221，与软磁框架221组合后相匹配。

主机还设置旋转磁场产生模块12，旋转磁场产生模块用于产生轴向励磁且沿轴心形成旋转磁场，该旋转磁场能够驱动平面鼠笼222转动。该装置工作时，首先，第一磁力机构和第二磁力机构21相互吸附使主机1和从机2吸附在玻璃内外侧，然后移动主机1并使从机2从动致相应位置，再控制主机产生旋转磁场时，平面鼠笼在旋转磁场的作用下，相应的导电条产生感应电流，带电导体在磁场中产生电磁力(洛伦茨力)，进而在转轴上形成电磁转矩带动转动机构旋转。

主机1中的旋转磁场产生模块12包括第二电流产生单元121和定子组件122，定子组件122包括多个呈圆周分布的定子绕组1221，第二电流产生单元121与电源相连接，用于产生多路交替电流驱动信号，该交替电流驱动信号用于交替驱动定子绕组使其产生旋转磁场。

参见图5，所示为定子组件122的原理示意图，其为呈圆周分布的多个定子绕组1221，每个定子绕组至少包括磁芯1221和缠绕在该磁芯上的绕组线圈，磁芯采用软磁材料。绕组线圈交替通电后形成旋转磁场；理论上，只要第二电流产生单元121能够产生两相电或者多相电交替控制绕组，定子组件122就能够形成旋转磁场。

当主机1和从机2吸合在玻璃两面时，转动机构22与定子组件122同轴设置，定子组件122通电后产生轴向励磁并沿轴心形成旋转磁场；平面鼠笼与现有圆柱形鼠笼的工作原理相同，在旋转磁场的作用下，相当于导体在磁场中做切割磁力线运动，相应的导电条产生感应电流进而产生电磁力，从而在转轴上形成电磁转矩带动转动机构22旋转。

上述技术方案中，主机1中的旋转磁场产生模块12和从机2中的转动机构22组成了分离式电磁感应电机结构，旋转磁场产生模块12相当于定子，用来产生旋转磁场，转动机构22相当于转子，其动力是带电导体在旋转磁场中产生的洛伦茨力。这个发明构思灵感来源于对现有技术鼠笼式电机的改进，申请人对现有鼠笼式电机的结构和工作原理进行深入研究的基础上发现，鼠笼式电机包括设置在内层的定子和设置在定子外层的鼠笼转子，参加图6，所示为现有鼠笼转子的结构示意图，包括两个端环和与端环相连接的鼠笼条，定子(图中未示出)设置在鼠笼转子中，过定子产生旋转磁场驱动鼠笼转子旋转；其定子和转子之间实质上无物理接触，从某种意义而言，现有鼠笼式电机也可以看成是分离式结构；但受限于内外层的设计结构，很难真正实现定子和转子的分离结构。为此，申请人创造性的提出了将现有圆柱形、内外层鼠笼结构展平为平面结构的鼠笼，也即，将鼠笼转子以底面(任一端环)为中心将其轴向的鼠笼条展成相应的平面结构，对其定子以同样的方式展成相应的平面结构。本发明创造性的提出了分离式平面鼠笼电机结构，并将其应用在擦玻璃装置中，能够以无线方式执行电机操作带动带动清洁工具动作，同时也能方便的实现主机和从机的分离结构。

与现有鼠笼式电机定子的原理类似，旋转磁场产生模块12用于产生沿着鼠笼导电条2221旋转方向的旋转磁场，从而能够驱动转动机构22沿着轴心旋转。转动机构22至少圆形软磁框架221和该软磁框架221相匹配的平面鼠笼222，参见图7，所示为软磁框架221的结构示意图，其内部为多个磁芯2211，其采用软磁材料制成，比如硅钢片，其结构尺寸上和平面鼠笼222相适应。参见图8，所示为平面鼠笼222的结构示意图，包括内环导体2222、外环导体2223以及在内环导体2222和外环导体2223之间设置多根间隔分布的导电条2221，每根导电条与内环导体2222和外环导体2223均相连接，并形成闭合环路。平面鼠笼222的结构相当于将现有圆柱形鼠笼结构以底面为展为平面结构，内环导体2222和外环导体2223相当于其两个端环，导电条间隔分布间隔分布在内环导体2222和外环导体2223之间(相当于设置在两个端环之间)。在一种优选实施方式中，内环导体2222、外环导体2223和导电条2221一体成型或者拼接为一体。通常平面鼠笼222采用铜或铝等金属材料制成。平面鼠笼222沿径向方向形成多根间隔分布的导电条2221，平面鼠笼222放置在软磁框架221上时，在相邻导电条之间形成的闭合环路且其中具有软磁材料(磁芯)，从而能够大大增加了磁场强度，增大电磁驱动力。

上述技术方案中，转动机构22工作时，转动机构22在旋转状态下，会导致其自身不稳定。为此，在软磁框架221的最外周设置了一圈环形磁性材料，如图7所示，最外一圈为一磁环2212，也即环形磁性材料。定子组件122和转动机构22之间能够形成自稳结构，也即，定子线圈通电时，环形磁性材料被磁化后与定子磁场相吸合，不管定子磁场如何变化，两者之间都形成稳定的磁作用力，使转动机构22保持稳定；当定子线圈断电后，环形磁性材料无磁性，定子组件122和转动机构22之间零磁力，从而方便从机2的分离。

参见图2，在擦玻璃装置应用领域中，在轴承23另一端安装清洁配件24，清洁配件24可以是刷子、擦布、海绵等，针对不同情况，可以更换。需要执行清洁工作时，定子组件122驱动转动机构22以轴承23为轴心旋转，从而带动安装于轴承23上的清洁配件24以轴承23为轴心同步旋转。完成清洗操作后，移动主机1使从机2从动至下一位置，执行相应清洗操作。另外，控制第一磁力机构11的磁场强度和方向，可以方便的使从机2分离，用户使用非常方便。

在一种优选实施方式中，参见图9，所示为主机中电路原理示意图，主机还设置控制单元和控制面板，其中，控制面板上至少设置第一控制开关和第二控制开关，第一控制开关用于控制第一电流产生单元110产生同步电流驱动信号驱动多个绕组产生感应磁场，可以控制感应磁场的方向，控制吸合从机或与从机分离，同时可以调节感应磁场的强度，控制主机与从机之间的吸合力度。第二控制开关用于控制第二电流产生单元121产生交替电流驱动信号驱动多个定子绕组产生旋转磁场，通过调节电流驱动信号的频率控制旋转磁场的变化速度从而控制转动机构22转动速度。

由于本发明在从机中设置转动机构22，转动机构22在工作时会产生振动，进而影响第一磁力机构11和第二磁力机构21之间的吸合力。在另一种优选实施方式中，参见图10，第二磁力机构21为方形永磁框，同样第一磁力机构11中多个绕组形成相应形状的方形框，由于采用由于采用方形永磁框结构，转动机构22工作时，可以调节磁场强度，进一步提高了主机和从机的吸合力，保证转动机构22在工作时从机不会因振动脱落。

在一种优选实施方式中，定子绕组为三相定子绕组，所述第二电流产生单元121产生三相对称交流电驱动三相定子绕组使其交替工作进而产生旋转磁场。比如，图7示出了采用9个定子绕组的示意图，可以将其分为三组三相定子绕组，每相邻的三个定子绕组为一组三相定子绕组，三相定子绕组工作时，每个绕组依次交替工作，相邻相位差为120°。

本申请中，定子组件122为沿着圆周方向间隔分布的多个绕组，转动机构22由软磁框架221和平面鼠笼222组成，两者组合之后也形成多个绕组。在一种优选实施方式中，定子组件122和转动机构22采用相同的平面结构，在定子组件122和转动机构22上形成的绕组数量相同，并且空间位置上一一对应。这样，转动机构22能够较好地感应定子组件122产生的旋转磁场，能够产生较大的电磁驱动力。

在一种优选实施方式中，主机和从机之间还设置拼接结构，主机和从机能够拼接在一起，能够利用从机的转动机构擦拭窗内玻璃。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.基于电磁控制的擦玻璃装置，包括主机和从机，其中，主机和从机的机体内分别内置第一磁力机构和第二磁力机构，通过所述第一磁力机构和第二磁力机构之间的磁力吸附使所述主机和从机相互吸附在玻璃的内、外两侧，且从机能够与主机产生随动；

其特征在于，所述第一磁力机构采用电磁机构，所述第二磁力机构采用永磁材料；所述电磁机构能够通过改变电流大小调节磁场强度；

所述从机还设置转动机构，所述转动机构能够以其轴心为中心进行旋转，至少包括圆形软磁框架和与该软磁框架相匹配的平面鼠笼，所述平面鼠笼沿径向方向形成多根间隔分布的导电条；

所述主机还设置旋转磁场产生模块，所述旋转磁场产生模块用于产生轴向励磁且沿轴心形成旋转磁场；

所述主机和从机相互吸附时，当主机受控产生旋转磁场时，所述平面鼠笼在旋转磁场的作用下，相应的导电条产生感应电流进而产生电磁力，该在转轴上形成电磁转矩带动转动机构旋转；

所述第二磁力机构包括多个永磁体，所述第一磁力机构至少包括第一电流产生单元和多个绕组，所述第一电流产生单元用于产生多路同步电流驱动信号，所述同步电流驱动信号用于驱动绕组产生感应磁场，每个绕组和一个永磁体相对应；

所述旋转磁场产生模块包括第二电流产生单元和多个呈圆周分布的定子绕组，所述第二电流产生单元用于产生多路交替电流驱动信号，所述交替电流驱动信号用于交替驱动定子绕组使其产生旋转磁场；

所述软磁框架外周设置一圈环形软磁材料；

所述转动机构通过轴承安装于从机壳体底部，所述轴承上安装清洁配件，转动机构能够带动安装于轴承上的清洁配件以轴承为轴心同步旋转。

2.根据权利要求1所述的电磁控制的擦玻璃装置，其特征在于，所述绕组所产生的感应磁场的方向与其相对应的永磁体相同或相反，其感应磁场的强度通过调节同步电流驱动信号决定。

3.根据权利要求1所述的电磁控制的擦玻璃装置，其特征在于，所述定子绕组至少包括磁芯和缠绕在该磁芯上的绕组线圈，所述磁芯采用软磁材料。

4.根据权利要求1所述的电磁控制的擦玻璃装置，其特征在于，所述平面鼠笼设置内环导体和外环导体，在所述内环导体和外环导体之间设置多根间隔分布的导电条使其形成闭合环路。

5.根据权利要求4所述的电磁控制的擦玻璃装置，其特征在于，所述内环导体、外环导体和导电条一体成型或拼接为一体。

6.根据权利要求1所述的电磁控制的擦玻璃装置，其特征在于，所述定子绕组为三相定子绕组，所述第二电流产生单元产生三相对称交流电交替驱动三相定子绕组进而产生旋转磁场。

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